圆周连续焦点LED 航标灯配光均匀度影响因素分析
（北海航海保障中心天津航标处，天津 300456）
配光均匀度是航标灯重要技术指标，也是影响航标灯视觉效果的重要指标，认真分析配光均匀度的影响因素，并持续进行改进是航标灯符合技术标准要求的必要手段。圆周连续焦点LED航标灯（用于浮动航标时）是JJ/T761-2009《航标灯通用技术条件》中对航标灯光源进行的分类，该类航标灯中LED灯珠均匀排布在一定形状的电路板上（是两层或多层排布），形成阵列式排布状态。通过电路控制所有LED灯珠同时发光，达到提高航标灯光通量，满足一定射程的需要。由于阵列式排布的缺陷和其他影响因素，导致与单颗LED航标灯等相比更容易出现配光均匀度受影响的情况。
圆周连续焦点LED航标灯光学性能指标较多，包括：配光均匀度、垂直发散角、水平发散角、灯光颜色等，其中配光均匀度是其中重要的光学性能指标。JJ/T761-2009《航标灯通用技术条件》中规定，航标灯在公布光强范围内其水平配光均匀度应≥85%。
一、圆周连续焦点LED航标灯光学组成
（一）LED灯珠
LED灯珠都是经过一次光学设计，达到一定的发光
特性，主要为朗伯型分布。对圆周连续焦点LED航标灯来讲，是将LED灯珠均匀、规则地排布在电路板上。
（二）光学透镜
光学透镜是航标灯二次配光设计，需满足航标灯配光性能要求。配光均匀度等光学指标主要由二次配光设计完成。
光催化反应（三）防护外壳
航标灯应用环境恶劣，海上盐雾较重，湿度大，腐蚀性强，一般（有些航标灯没有防护外壳，有些透镜即作为其防护外壳的一部分）的航标灯器都带有防护外壳，起到密封、降低灯器腐蚀等作用。
航标灯光学各主要组成部分都可能会对航标灯配光均匀度产生不同程度的影响。
二、圆周连续焦点LED航标灯的特点
（一）实现航标灯个性化定制目的
圆周连续焦点LED航标灯的一个重要优势就是能够根据不同需求实现个性化定制。根据航标灯对灯光
射程的不同要求，可以对LED灯珠数量自由增加或者减少，不仅能够节约能源，延长航标灯电能续航时间，还能够节
nalysis on the effect factors of light distribution uniformity of circular continuous focus LED bacon light
CAO Shi-jie, ZHENG Jian-hua ( Tianjin AtoN Office of NGCN, Tianjin 300456, China ）
曹世杰，郑建华收稿日期：2018-07-03第一作者简介：曹世杰（1982-），男，河北人，本科，工程师，从事航标管理工作。
DOI:10.16831/jki.issn1673-2278.2018.10.022
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2018第10期
约一定航标费用。由于圆周连续焦点LED航标灯能实现个性化定制的特点，目前在航标灯器中的应用仍然较广，并且在大中型LED航标灯器中也得到了相应的推广。
（二）LED灯珠的装配工艺要求更高
受透镜等放大作用影响，LED灯珠装配的细微偏差即可能对航标灯的配光均匀度产生较大影响。因此，航标灯设计制造过程中要高度关注装配工艺，良好的装配
工艺是实现配光均匀度满足标准要求的手段之一。
（三）对透镜的设计要求更高
由于LED灯珠有一定的体积，灯珠排布会有一定的间隙。另外LED灯珠一次配光的朗伯型分布，对配光均匀度会产生重要影响，灯器透镜科学合理的设计可以有效弥补这一不足，通过光线的折射达到提高配光均匀度不足的目的。
三、圆周连续焦点LED航标灯配光均匀度影响因素分析
（一）不同批次LED影响
圆周连续焦点LED航标灯一般需要十几颗甚至几十颗LED组合使用，不同批次LED灯珠其光学指标不同，而且LED灯珠越多，差异性越大，会对航标灯配光均匀度产生重要影响。LED第一次光学设计即LED封装时的特性对LED光学性能产生重要影响。一般LED封装模块的出射光强分布非常接近朗伯型，产生圆形光斑，这时的光斑照度分布非常不均匀，中心位置照度高，周围位置照度不断下降，在目标平面上的照度呈cos4θ关系递减。LED 光学性能在封装时的主要影响因素主要有LED芯片、封装透镜、荧光粉材料及封装工艺等。不同批次LED受以上因素影响其发光性能不同，选取同一批次能够尽量降低第一次光学设计的影响。
（二）装配工艺影响
LED灯珠在组装到电路板的过程中，装配工艺的精密程度也影响整机的配光性能。受LED灯珠大小及针脚影响，LED灯珠之间不可能完全紧密排列，几十颗LED 灯珠如何均匀、有规则的排布在电路板上是对装配工艺的考验，LED的装配情况也对二次配光的设计产生较大影响。在航标灯使用过程在发现，有些灯珠排列整齐规则，但是有些灯器的灯珠出现排布不均匀或者不在同一水平线上的现象，这种情况将严重影响航标灯的配光均匀度。
图1 阵列式LED灯珠排列
（三）透镜影响
LED灯珠一次光学设计光强分布呈现朗伯型分布，
这种分布不能直接应用于航标灯上，要想满足航标灯的
配光性能要求，必须进行二次光学设计。LED的二次配光
设计主要使用透镜，不同的透镜设计能够实现不同的配
光曲线。目前，圆周连续焦点LED航标灯使用的透镜有凸
透镜、菲涅尔透镜等。《航标灯通用技术条件》中仅对该
类航标灯使用菲涅尔透镜进行了技术指标规定。另外受
透镜材质、加工工艺水平等因素影响，即使是同一种类
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型透镜也会出现二次光学设计结果不一样的情况出现。
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有些透镜虽然能够实现配光性能要求，但并不是最佳的
匹配阵列式航标灯透镜设计方式。通过航标灯检测发
明月子现，同样作为阵列式排布的航标灯，采用不同的透镜设
计方式，配光均匀度均不同。
（四）防护外壳影响
有些LED航标灯由于工作环境恶劣，为增加其密闭
性，提高透镜抗腐蚀能力，对航标灯增加了防护外壳，该
外壳对航标灯的配光均匀度也有一定影响，尤其是外壳
材料的纯度、抗老化能力、加工工艺等都会影响航标灯最
终出射光线的配光均匀度。例如：防护外壳需要有较好的
抗老化、抗紫外线能力，在海上环境条件较恶劣的情况下
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不会发生逡裂、磨损等现象，导致配光均匀度的降低。在
航标灯检测过程中发现，如果去掉防护外壳，航标灯的配
光均匀度、灯光射程等指标能够得到一定程度的提高，尤
其是使用过一定阶段的航标灯，这种现象越加明显。
图2 配光均匀度曲线比对
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四、解决措施建议
（一）技术解决建议
1. 选用同一批次LED
选用LED灯珠过程中与生产厂家沟通协调，尽量采购同一批次LED灯珠，在进行装配时也应注意做好登记，应尽可能避免不同批次的LED灯珠应用在同一台灯器上，这不仅影响配光均匀度，也会因为不同批次LED灯珠色温不同影响其他技术指标。
2. 利用先进装配工艺
受控制电路板及LED灯珠数量影响，圆周连续焦点LED航标灯对灯珠的装配要求较高，先进的装配工艺能够较好的实现航标灯的配光均匀度要求。装配过程中建议尽量以机械装配为主，人工装配为辅，提高自动化装配程度和装配精度。
3. 透镜设计
根据圆周连续焦点LED航标灯的特点，提高其配光均匀度透镜设计发挥着重要作用。目前，较多使用的是普通的菲涅尔透镜，普通的菲涅尔透镜能够较好的形成汇聚光线，但是不能很好的解决配光均匀度问题。菲涅尔透镜分为圆形菲涅尔透镜、柱状菲涅尔透镜、线性菲涅尔透镜、衍射菲涅尔透镜、菲涅尔反射透镜等。根据圆周连续焦点LED航标灯特点，并且通过航标灯器检测和使用过程发现，使用柱状菲涅尔透镜能够有效克服阵列式LED灯珠排布缺点，是提高圆周连续焦点LED航标灯配光均匀度的指标的重要手段之一。柱状菲涅尔透镜是在菲涅尔透镜的基础上增加竖向半圆形条纹，柱状菲涅尔透镜光线控制示意图如图3所示。柱状菲涅尔透镜首先将LED灯珠发出的发散光线汇聚形成一条具有一定垂直发射角度的水平亮饼线，同时能够对LED灯珠的出射光线进行水平方向上折射，通过水平方向上光线不断重叠，达到提高配光均匀度的目的。
图3 柱状菲涅尔透镜光线控制示意图
4. 定期抽样检测
定期抽样检测航标灯的配光均匀度指标能够及时了解该批次的指标是否能够满足技术标准要求，是航标灯进入使用阶段的重要技术把关手段之一。同时，开展航标灯使用周期内的技术检测也能随时掌握航标灯技术指标，使满足技术要求的航标灯能更好为航行船舶提供优质的助航服务。通过检测能够研判配光均匀度达不到技术标准的原因，通过分析对比，进一步改善影响因素，使其达到技术标准要求。
（二）管理措施到位
1. 加快岗位人员培训
加强航标工对灯器的熟练操作培训，尤其是关键部位操作注意事项培训。在航标工作人员调节灯质的操作过程中，应尽量避免触碰LED灯珠，发生碰触后会导致LED灯珠不在同一水平面，严重影响航标灯的配光均匀度。航标灯设计应在保证航标灯配光均匀度的光源的影响前提下，充分考虑调节灯质等操作对LED灯珠的直接接触，避免发生触碰现象，能够更好的解决这个问题。
2. 加强航标灯的日常维护管理
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航标灯使用环境恶劣，高温、高湿、高腐蚀、高紫外线等都会对航标灯的外壳产生重要影响，在航标巡检过程中也应同时重视在用航标灯外观检查，发现破损、磨损、逡裂，受紫外照射发生变色等现象的灯器应及时进行更换，对更换的航标灯器进行登记，便于总结发现不同灯器更换时间等规律，提高维护管理效率。
五、结语
圆周连续焦点LED航标灯的光学系统是一个精密的有机整体，其配光均匀度影响因素较多，透镜、防护外壳脱模线等等也都会对其产生影响。另外在灯器日常使用中也应该加强管理，对航标工及时进行
操作培训等，使其尽量保持航标灯配光性能指标。限于本文作者水平，文中未对圆周连续焦点LED航标灯配光均匀度影响因素大小进行比较，对其影响因素也有考虑不周全之处，请大
参考文献
[1] 王恺.大功率LED封装与应用的自由曲面光学研究[D] .华中科技大
学，2011.
[2] 中华人民共和国交通运输部.JT/T761-2009航标灯通用技术条件
zip密码[S].人民交通出版社出版,2009.
[3] 王英志.航标学[M].大连海事大学出版社,1997.
（编辑：任超）56
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