V

1
Változtatható fényeloszlási testtel rendelkezo
közvilágítási LED-es lámpák optikai rendszerének
tervezése

• dr. Szarvas Gábor, dr. Domján László, Sághy
  Attila, Kautny Szabolcs, Molnár András
• Optimal Optik Kft., Budapest Istenhegyi út
  9/dgabor_szarvas_at_optimal-optik.hu
• Az eloadás az NKTH által támogatott
  TECH_08_A4-KOZLED PROJEKT keretében végzett
  kutató-fejleszto munkát mutatja be.

2
Tartalom

• Bevezetés Különbözo fényeloszlások, klasszikus
  és LED-es lámpák, milyen az optimális
  fényeloszlási test?
• Optikai követelmények összefoglalása
• LED kiválasztása hogyan lehet olcsóbb a LED-es
  lámpatest?
• Változtatatható fényeloszlási testtel rendelkezo
  LED-es optikai modul konstrukciója
• Fényeloszlás test tervezése ZEMAX optikai tervezo
  programmal
• - LED-es lámpák modellezése ZEMAX programmal
• - optimalizálás ME követelményeket számító
  MAKRO-kal.
• 6. Eredmények

A követelmények összegyujtésében és
megfogalmazásában a HOFEKA Kft. vezetoi és
munkatársai segítettek.
3
BevezetésA fényeloszlás illesztése a különbözo
oszlopmagasságokhoz, távolságokhoz,
útszélességekhez változtatható fényeloszlás
test.- A modern lámpatestekben az optikához
(tükör) képest a fényforrás két tengely mentén
elmozdítható. - 5-10 különbözo fényeloszlás test
típusonként.
HOFEKA Kft. CLAUDIA MT150W lámpatest (csoburás
fém halogén lámpa), 26 fényeloszlás test
(EULUMDAT fájl) Jelleg hasonló, de a
csúcsintenzitás nagysága és iránya változik.
Síküveg lezárás, (2/C) Legnagyobb fényerosség
iránya?65?,18?
Domború lezárás, (3/A) Legnagyobb fényerosség
iránya ?68?,21?
Domború lezárás, (5/B) Legnagyobb fényerosség
iránya ?70?,30?
4
Különbözo gyártmányú LED-es lámpák fényeloszlása
A CORLIGHT/EWO cégek DS32-9G jelu LED-es modulja
A HELLA cég Eco Streetline Case M LED-es
lámpateste
A MODOLIGHTS cég MODO_903 LED-es lámpateste
A VALOPAA cég VP1301 M6 LED-es lámpateste
5
Útvilágítási feladatok megoldása LED-es lámpákkal
(fényeloszlás test befagyasztva)
  El. Telj. Út szél. Oszl. mag. Dolés Tá-volság  
Gyártó/típus/ típus  W m m m W/m2
ME4a            
CORLIGHT, és EWO/DS32 (5 modul) 54 6,00 6,60   28,0 0,32
CORLIGHT, és EWO/DS32 (5 modul) 54 7,00 7,00 5,00 25,0 0,31
HELLA/ Eco Streetline Case M (2mod) 68 9,00 9,50   26,0 0,29
VALOPAA / VP1301 M6 50 6,00 8,50 10,00 24,0 0,35
ME5            
CORLIGHT, és EWO/DS32 (3 modul) 32 6,00 6,00 5,00 25,0 0,21
HELLA/ Eco Streetline Case M (1mod) 34 6,00 5,20   23,0 0,25
VALOPAA / VP1301 M6 50 6,00 8,50 10,00 36,0 0,23
ME6            
CORLIGHT és EWO/DS32 (2 modul) 22 6,00 6,20   28,0 0,13
HELLA/ Eco Streetline Case M (1mod) 34 6,00 7,00   29,0 0,20
6
Tervezési követelmények
1. Út menti oszlopra szerelt lámpatest (nem
útközepes)
2. Útvilágítási követelmények teljesítése (MSZ EN
13201-ben rögzített) tipikus útszélességek,oszlop
távolságok és oszlopmagasságok mellett CE0
CE5 útvilágítási köv. ME1 ME6 útvilágítási
köv. Eátl Megvilágítás közép ért.(lx) Látl
Fénysuruség közép ért. (cd/m2) U0 min/közép
(min.) U0 min/közép (min.) Ui hosszir.
egyenletesség (min.) Ti káprázás korlátozása
(max.) SR környezet világossága
(min.) Fényeloszlást test és az út geom.
meghat. még az út reflexiójától is
függ! Megoldás ? változtatható denevérszárny
fényeloszlás, az adott ME(CE) útkategóriára
optimalizálva, tipikus út és oszlop paraméterekkel
3. Fényszennyezés mentes lámpatest 90º felett
nincs direkt fénysugárzás, vagy szórt
fény. Megoldás ? vízszintesen elhelyezett
lámpatest, síküveg lezárás.
4. Olcsó ár klasszikus fényforrással szerelt
lámpatesttel összemérheto Megoldás Kevesebb
(jobb, de drágább) tok, nagyobb meghajtó áram,
nagyobb homérséklet, jobb hutés.
7
Melyik LED-el tervezzük a lámpát? 2009 CREE
XP-E, 110lm/W 400-500Ft/tok MC-E 4 chip 2010
CREE XP-G 130 -140lm/W 600-700Ft/tok 2011 CREE
XM-L? 160 lm/W ???? Ft/tok
Élettartam mérések ENERGYSTAR eloírása szerint.
XP-G élettartama 1000mA esetén is eléri az XP-E
350mA-en mért élettartamát
Olcsóbb lámpatest XP-G, 700mA (esetleg 1000mA) -
Kevesebb tok - Kisebb méret, kevesebb optika -
Magasabb homérséklet- hatékonyabb hutés
8
A változtatható fényeloszlású optikai modul
konstrukciója (felülnézet)
FelépítésA LED-ek egy zárt közös optikai
térben helyezkednek elKét fix oldal tükör (az út
hossztengelyére meroleges)
Oldal tükör
Középso LED-ek hutocsonkja
Hátsó tükör
Elso tükör
Két állítható tükör, elso és hátsó tükör (az út
hossztengelyével párhuzamos tengely körül
forgatható)Antireflexiós sík üveg lap
A hutocsonkra szerelt LED-ek az optikai térbe
befelé világítanak. Hutocsonkokkivezetik a
veszteséghotaz optikai térbol.
Hátsó tükörtartó lemezek beillesztve a rögzíto
nyílásokba
Elso tükörtartó lemezek beillesztve a rögzíto
nyílásokba
Középso LED-ek (egy tengely mentén beforgatva)
Elso tükörrögzíto nyílások
Hátsó tükörrögzíto nyílások
Oldalsó LED-ek hutocsonkja
Oldalsó LED-ek (két tengely körül beforgatva)
Oldaltükör
9
Állítható fényeloszlású optikai modul lámpatestbe
illesztve, alulnézet
Oldalsó LED-ek
Hátsó tükör (két helyzetben)
Elso tükör (két helyzetben)
Középso LED-ek

• Fényeloszlási test változtatása
• Gyártás alatt (ME/CE)
• Oldalsó és középso LED-ek száma aránya
• Aszférikus tükrök száma/pozíciója (oldalanként 4
  lehetoség)
• Szerelés alatt (Oszlop magasság/út szélesség)
• Mozgatgatható elso/hátsó tükör szöge
• (választható fix pozíciók)

Az oldalsó hutocsonk és az oldalsó LED-ek ZEMAX
modellje Az oldalsó LED-eken a feladattól
függoen aszférikus - kollimátor tükör van.
10
LED-es lámpa ZEMAX modellje 1.ZEMAX optikai
tervezo program Sorrendi sugárátvezetés Nem
sorrendi sugárátvezetés Fizikai optika.
Nem sorrendi sugárátvezetés Fényforrások?Fénysu
garak(teljesítmény, hullámhossz, polarizáció)
?Nem sorrendi objektumok? Detektorok Minden
fénysugár (fehér v. színes) egy adott
teljesítmény hányadot visz magával (W vagy
lumen) Minden sugárra minden objektummal/detektor
ral lehetséges metszéspont meghat. Valós
metszéspontamihez a legrövidebb út
tartozik?törés/tükrözés/szórás/sugárosztás,
teljesítmény hányad meghat.

• LED - Sugárkészlet közeltéri eloszlás,
  xyzszögek, (IES, EULUMDAT távoltér
  3adat/sugár)
• 100K-1000K sugár/LED
• -Tok és lencse pontos geometriája (STL, IGES..)

-Tükrök, (sík és aszférikus felületek)
hutocsonkok(testek) - pontos geometria,
pozíciók - komplex reflexiós tényezo (valós
anyag,elnyelés) - tükrös/szórt reflexió aránya,
különbözo szórási modellek, vagy mért adatok.
Záró síküveg lap törésmutató, antireflexiós
réteg.
Lámpaház CAD import (elnyelés, apertúrázás
ellenorzése)
11
LED-es lámpa ZEMAX modellje 2.

• Különbözo szintu modellek
• Nincs sugárosztás (csak a továbbvezetett sugár
  teljesítménye változik)
• Egyszerusített sugárosztás megtört, vagy
  visszavert sugár (tükrös vagy szórt sugár)
  véletlenszeruen
• Valós sugár osztás a sugarak teljesítménye
  változik

Egyszerusített sugárosztás
Nincs sugárosztás
Valós sugárosztás

• Gyorsítási lehetoségek
• Figyelembe vett objektumok
• Kihagyott objektumok

12
Optikai modul optimalizálása az EN13201-ben
rögzített követelményekre
Út szél. Oszlop mag. Oszlop táv.
ME3 8m 10m 30/35m
ME4 7m 7m 25/30m
ME5 6m 7m 25/30m
ME6 6m 6m 25/30m
Útvilágítási helyzet beépítése ZEMAX-ba optikai
modul detektorok(úttestjárda) Fénysuruséget
számoló MAKRO-k tipikus elrendezésekre
EN13201-ben rögzített módon 2, 5 lámpa
oszlopok 6 megfigyelési irány, 7 megfigyelo
hosszirányú helyzete, X számítási pontok
elhelyezkedése hossz és kereszt irányban
Figyelembe veendo lámpatestek Megfigyelo
felé5H, Megfigyelotol12H, Oldalt 5H (H oszlop
magassága)
Operandus készlet Változók
LED-ek,tükrök geom. adatai
aszférikus koll. paraméterei.
Szabványos és számolt átlagos fényesség
Szabványos és számolt egyenletesség
Környezeti arány
Hosszegyenletesség
13
62W-os LED-es lámpa két fényeloszlási teste
(28db. XP-G LED, 700mA)
CE4, 2 db. aszféria oldalanként Út szélesség6m,
oszlop magasság10m, oszlop táv. 30m Tükör
szögek -51?90?.
ME4a, 3 db. aszféria oldalanként Út
szélesség7m, oszlop magasság7m, oszlop táv.
28m Tükör szögek -26.9?71.65?.
14

• Összefoglaló
• - A modulok fényeloszlás teste az állítható
  tükrök szögének változtatásával módosítható.
• -A LED-ek egy közös optikai térbe sugároznak, az
  optikai elemek nem az egyedi LED-ekre vannak
  illesztve, ezért a kidolgozott optikai rendszer
  lényegében LED független.
• -A modulokat vízszintesen elhelyezett síküveg
  lezárás figyelembevételével optimalizáltuk. A
  LED-ek és az aszférikus reflektor megfelelo
  elrendezése, és a lezáró edzett üveglapon lévo
  antireflexiós réteg kompenzálja, illetve
  csökkenti a nagyszögu sugarak veszteségét.
• - A síküveg lezárás alkalmazásával gyakorlatilag
  nincs fényszennyezés.
• - A lámpatestek csak üveg és alumínium
  alapanyagokból épülnek fel. Muanyagot még az
  optikai elemek sem tartalmaznak.
• - A lámpatestek felülete sima, a lámpatesten
  kívül nincsenek hutobordák. A lámpatestek
  felületét a természetes csapadék tisztán tartja
  a hutés az élettartam során nem romlik.
• A kidolgozott optikai modulok és a huto elemek
  bele illeszthetok klasszikus lámpatesteibe is,
  ami lehetové teszi retrofit jellegu LED-es
  lámpák kialakítását.
• KÖSZÖNÖM A FIGYELMET.