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自由曲面的LED路灯透镜的设计
作者:管理员    发布于:2016-02-25 09:19:00    文字:【】【】【

  发光二极管(LED)技术的发展开辟了照明技术革命的新时代。由于LED具有体积小、寿命长、电光效率高、环保节能等诸多优点,使得LED路灯照明技术在近几年得到了迅速发展。目前,市面上单颗LED光源实际己经可以做到了100lm/W,采用传统250W高强度气体放电灯作光源的路灯,用LED光源代替之后,大概只需要60多颗LED就可以产生相同的亮度,从而极大地节省了能源的消耗。

  由于大部分LED光源的辐射角分布为110 ~120的郎伯分布,如果没有经过配光,照在地面上的光型将会为面积较大的圆型的光斑,约50的光散落到马路之外没有被利用起来,而且会对远处的车辆或行人产生眩光,与路面照明的要求不符,如(a)所示。城市道路照明设计标准要求路灯的配光为长方形的光斑,将几乎所有的光都分布在路面上,如(b)所示111.对于主干道还需要采用截光型或半截光型的配光设计,一方面可以提高光的利用效率,另一方面还可以避免产生眩光。

  2LED路灯的配光设计关于LED路灯的配光设计有很多种,常见的两种是:第1种是弧形排列的LED路灯。单个LED模组采用轴对称的全反射透镜或反光杯进行配光,透镜配光的辐射角宽度足以覆盖道路的宽度;再将LED模组排列在一个弧面上,在道路方向产生一个长方形的光型分布。和为弧形排列的一个LED路灯的设计,路灯采用了72颗高功率LED,单颗LED的输出光通量为60lm.透镜设计采用轴对称的全反射一投射结构,先将郎伯分布LED光源的光准直,然后再通过透镜上表面的凹形非球面扩散,形成27.5的光度分布(在10m高处覆盖约2. 5个车道的宽度)。LED透镜模组再排列在一个弧面上,弧面方向形成60左右的配光,于是在10m的高度产生长度约35m,覆盖2.5个车道,宽度约为8m的方形的光型。

  这种LED路灯的二次光学元件(透镜或反光杯)的设计和加工较为简单引入全反射透镜可以大可能地提高光的利用效率,透镜需要产生一定的角度分布足以在要求的高度位置覆盖住所需的道路宽度即可,而道路方向的配光则通过LED排列的弧面来调整。不利因素是弧形的排列使高功率LED的散热板设计和灯头的结构设计较为麻烦。

  第2种是平面排列的LED路灯。LED路灯的设计采用了XY方向非对称长方形配光的自由曲面光学元件(透镜或反光杯),长方形的配光直具有长方形配光的LED模组简单地排列在一个平板上即可,这种LED路灯在机械结构、散热及电源控制方面比较简单,不同等级公路和不同灯杆高度的道路照明只需要增加不同数量的LED模组即可。由于配光为长方形非对称的分布,较为简单的轴对称的全反射透镜无法实现,需要采用非对称自由曲面的透镜,透镜的设计和加工工艺比较复杂。这里将重点介绍这种自由曲面透镜的设计。

  由于一般的光学软件(如Zemax,CodeV等)针对自由曲面的优化设计方法不够成熟,设计一个非对称的自由曲面需要花很多的时间用手工不断反复地调整和设置操作参数,一个比较复杂的自由曲面往往需要多达一个月甚至几个月的时间,有时所设计曲面,其光学效率还不理想。这里采用了边缘光线扩展度(Etendue)守恒的原理创建了一套自由曲面控制网格的节点矢量的计接在单个2LEDcM元件上完成,整体路灯只需将触U献滕0可可以在较短时间内一般为几甚至。net为输出光束的扩展度,E=E=欢迎订阅2009年液晶与显示综合性专业学术期刊。它由中国科学院长春光学精密机械与物理研究所、中国光学光电子行业协会液晶分会和中国物理学会液晶分会主办,科学出版社出版。

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