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一種全反射型的LED路燈透鏡光學(xué)設(shè)計(jì)

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? ? ??二次光學(xué)是直接決定LED路燈的輸出效率、配光分布、均勻度及眩光程度的重要環(huán)節(jié)。綠色環(huán)保的城市道路照明要求led

路燈產(chǎn)生正好覆蓋馬路的長方形的光斑,對(duì)馬路之外的其他地方譬如居民樓和建筑物的光污染盡量的少。XY非軸對(duì)稱的自由

曲面二次光學(xué)的配光設(shè)計(jì),是實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的最好的方法。使得在單個(gè)透鏡模組上就可以完成高效率長方形的輸出光斑、蝙蝠

翼形的遠(yuǎn)場角度分布、以及實(shí)現(xiàn)截光設(shè)計(jì)。整個(gè)燈頭的結(jié)構(gòu)變得非常的簡潔,只要將這些完成配光設(shè)計(jì)的LED透鏡模組,按

照同一個(gè)方向排列在一塊平面的PCB板上即可,簡化了LED路燈的機(jī)械結(jié)構(gòu)、散熱管理、以及電源控制的排布。本文介紹了

一種全反射型的二次光學(xué)透鏡的設(shè)計(jì),該透鏡可以實(shí)現(xiàn)很高的輸出光效率、蝙蝠翼形的配光曲線分布、以及較均勻的長方

形光斑。



  1、技術(shù)背景

  LED固態(tài)[url=]半導(dǎo)體照明技術(shù)被認(rèn)為是21世紀(jì)的戰(zhàn)略節(jié)能技術(shù)。中國、歐洲和北美的許多國家和城市都已經(jīng)進(jìn)行了LED

道路照明技術(shù)的開發(fā)和大力推廣,相比于金屬鹵素?zé)簦∕H)和高壓鈉燈(HPS),LED路燈擁有更長的壽命(大于5倍);

除此之外,LED路燈還具有更好的可控性和光效,可以節(jié)能50%之多。LED路燈的另一個(gè)綠色能源的特征是光源本身不含有

害物質(zhì)汞。光學(xué)方面,[url=]LED芯片的小光源特性可以比較容易實(shí)現(xiàn)精確的配光和二次光學(xué)的優(yōu)化設(shè)計(jì),準(zhǔn)確控制光線的

方向,把光充分的分配到所需要照明的馬路上,防止光污染和眩光。


  二次光學(xué)設(shè)計(jì)是決定LED路燈的配光曲線、輸出光效、均勻度、以及眩光指數(shù)的一項(xiàng)重要技術(shù)?,F(xiàn)有市場上大部分的高功

率[url=]白光LED的光度分布是郎伯分布,光斑是圓形的,峰值光強(qiáng)一半位置處的光束角的全寬度約為120°。LED路燈

如果沒有經(jīng)過二次光學(xué)的配光設(shè)計(jì),那么照在馬路上的光斑會(huì)是一個(gè)“圓餅”,如圖1(a)所示,大約1半左右的光斑會(huì)散落到馬

路之外而浪費(fèi)掉,并且光斑的中間會(huì)比較亮,到周圍會(huì)逐漸變暗。這種燈裝在馬路上之后,路燈之間會(huì)形成很明顯的明暗相間

的光斑分布,對(duì)司機(jī)造成視覺疲勞,引發(fā)事故。這種情況下的LED路燈就不能叫做“節(jié)能”和“綠色照明”了。


  國家城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求LED路燈的光斑如圖1(b)所示,光斑為長方形,正好可以覆蓋馬路,并且有很好的均勻

性。LED的二次光學(xué)技術(shù),不同于其他的學(xué)科,是一門涵蓋非成像光學(xué)和3維曲面建模的交叉學(xué)科,二次光學(xué)的設(shè)計(jì)可以有效解

決LED路燈的出光效率、均勻性、配光角度、眩光和安全性等問題,提供符合于國家標(biāo)準(zhǔn)所要求的配光,真正實(shí)現(xiàn)環(huán)保和綠色的

照明。另外LED路燈有較好的顯色指數(shù)(CRI),根據(jù)需要可以調(diào)節(jié)不同的色溫使其可以滿足白天、晚上、晴天和雨天等不同的

環(huán)境。


  全反射式二次光學(xué)透鏡可以收集從LED芯片發(fā)出的全部180°的光,并重新分配到指定的區(qū)域,是個(gè)很好的解決方案。

自由曲面的配光可以使LED路燈光強(qiáng)的遠(yuǎn)場角度分布呈蝙蝠翼分布,使光斑成長方形,并且光斑的中間和邊緣比較均勻,

利用邊緣光線原理,透鏡還可以實(shí)現(xiàn)截光設(shè)計(jì),消除眩光。以下為一種全反射式二次光學(xué)透鏡的設(shè)計(jì)方法。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?LED照明燈具

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