由于高壓鈉燈為全角360度發光，通常在光源背面加上一個反光裝置使發出的光照射到路面上以提高能量利用。但是由于高壓鈉燈光源龐大，缺乏有效的光學裝置，高壓鈉燈在路面上形成的光斑通常是一個不均勻的圓斑：中心處很亮，而在徑向衰減很快。如圖(1)所示。

　　為了達到國家照明標準的均勻性要求，通常不得不提高輸出功率使得周圍暗斑的照度主干道不小于5lx,次干道不小于2.4lx,然而大量的能量則浪費在路燈的正下方中心處和道路的外側，從而降低了總的能量利用率。

　　現有的LED發光源是光強分布近似朗伯源的點光源，單個的功率都在1瓦左右，而道路照明往往要求有特定形狀的被照光場，如國家規定主干道路燈的照明區域為10x50平米的矩形區域。因此要組成道路照明系統，就不能簡單地將LED組合一起，這樣形成的圓形光場將不利于光能的利用，無法滿足國家標準對整個被照區域光照度均勻性的要求。如果能夠將LED芯片發出的光合理的分配道路面上面，在路面上面形成一個均勻照度的長方形區域，則可以在低的發光效率下實現高于高壓鈉燈的能量利用率。

　　下面我們從系統效率的角度來估算不同路燈的光效，由表2可見，LED光源的系統效率要比傳統鈉燈的高很多。

　　國內生產各類道路照明燈具的生產廠家也不少。而目前在大功率LED道路照明方面，一些工廠開始進行開發嘗試，但若是簡單地進行多芯片或多器件組合，則在實際的照射面積、有效面積的照度不均勻性等方面都很難達到國家的相關標準。也就無法將LED路燈應用到支路照明、次干道照明進而拓展到主干道照明領域，而如果硬要為達標準而增加功率，則LED高光效的特點就不復存在。

　　要設計適用于半導體道路照明的高效光學系統，關鍵問題在于設計出有效可靠的光學系統使得光源發出的光均勻的分配道路面上面，即解決有序地光能量的傳輸問題，而這正是非成像光學的一個主要的研究方向，即給定照度分布光學系統的設計。

　　非成像光學是近幾十年來逐漸發展起來的專門研究光能量傳輸問題的新的光學分支，主要通過設計折射和反射表面“有序”控制光線的光學系統，從而提高能量的傳輸效率。

　　在點光源的近似條件下，上述給定照度分布問題的解可以抽象成一個數學模型。然而當在三維空間中考慮該問題時，該問題變成一個非常復雜的二階非線性蒙特安培偏微分方程，人們進行了各種各樣的方法研究這個方程的解法[6][7].由于求解過程非常復雜，在特定的邊界條件下得到的解并不具有實用價值，無法得出實用的光學系統。

　　我們的研究為解決非成像光學中給定照度問題提供一個新的解決方法和理論依據，能夠更方便地將非成像光學應用到半導體照明領域的光學系統設計，能更好地收集和利用光源發出的大角度光線，能更好地發掘LED的潛力，據此設計出全新的LED道路照明系統，提高系統的光效，形成自主只是產權。新的理論與方法也將適用于其它半導體照明應用領域的非成像光學系統設計，如采用LED作為光源的新型汽車車燈、投影儀光源、背光源照明設計等方面。

　　因此通過改進道路照明的結構來提高傳輸效率，具有很大的提升空間。一種較實用的方法是采用非成像光學的原理設計特殊的光學系統，更合理地分配LED發出的光能，可以在滿足國家標準對光照度和均勻性要求的前提下，來提高道路照明系統的性能，盡量提高能量的利用率。