led路燈光學(xué)設(shè)計(jì)及優(yōu)化技術(shù)-論文

1、LEDLED路燈光學(xué)設(shè)計(jì)及優(yōu)化技術(shù)的研究路燈光學(xué)設(shè)計(jì)及優(yōu)化技術(shù)的研究陳加琦鄒念育摘要....................................................................................................................................................1關(guān)鍵詞..........................

2、......................................................................................................................11.技術(shù)背景...............................................................................................

3、.....................................12.全反射式二次光學(xué)透鏡的設(shè)計(jì)................................................................................................23.全反射式二次光學(xué)透鏡的計(jì)算機(jī)模擬....................................................

4、................................64.結(jié)論............................................................................................................................................95.參考文獻(xiàn)：...................................

5、.............................................................................................9摘要摘要：二次配光設(shè)計(jì)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。本文采用XY非軸對稱的自由曲面二次光

6、學(xué)的配光設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)。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和截光設(shè)計(jì)。整個(gè)路燈的結(jié)構(gòu)非常簡潔，LED透鏡模組排列規(guī)范，簡化了LED路燈的機(jī)械結(jié)構(gòu)、散熱結(jié)構(gòu)、以及驅(qū)動(dòng)控制。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)很高的輸出光效率以及較均勻的長方形光斑。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：LED路燈、二次光學(xué)、全反射透鏡1.LED路燈的現(xiàn)狀路燈的現(xiàn)狀雖然LED技術(shù)近幾年飛速發(fā)展，但LED應(yīng)用于道路照明領(lǐng)域仍然尚未成為主流，但

7、在各國及地區(qū)政府的資助下已開始進(jìn)行頗具規(guī)模的測試與應(yīng)用。此外，由于節(jié)能環(huán)保趨勢及相關(guān)法令相繼出臺(tái)，亦加速推動(dòng)了LED路燈進(jìn)入市場的進(jìn)程。由于道路照明的潛在市場龐大，所以大量企業(yè)爭相加入這個(gè)領(lǐng)域，但是真實(shí)藉由市場行為獲利的企業(yè)卻很少，總結(jié)其原因在于目前不論是產(chǎn)品、市場還是標(biāo)準(zhǔn)都處于過渡時(shí)期，因各國及地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)差異性大且變動(dòng)迅速，此亦促使企業(yè)、產(chǎn)業(yè)鏈及社會(huì)成本提升，進(jìn)而壓縮了企業(yè)的獲利空間。歸納過往發(fā)展歷程及未來LED于道路照明的趨勢，將可區(qū)

8、分為三個(gè)階段，如下：準(zhǔn)備階段（準(zhǔn)備階段（2004200820042008年）年）本階段中一些重要技術(shù)已得到發(fā)展及突破，其中20072008年路燈小規(guī)模示范工程出現(xiàn)，客戶開始學(xué)習(xí)和了解這一技術(shù)，同時(shí)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范草案陸續(xù)出臺(tái)。發(fā)展階段（發(fā)展階段（2008201220082012年）年）此一階段為過渡時(shí)期且發(fā)展迅速的階段，以政府及系統(tǒng)整合業(yè)者為主的市場推動(dòng)者開始推動(dòng)LED路燈市場化，LED照明系統(tǒng)將安裝在公園和公共區(qū)域，同時(shí)大量不同領(lǐng)域的發(fā)

9、展商于此時(shí)加入并爭奪市場。于此階段，由于來自市場需求的牽動(dòng)，致使針對室外照明不同應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化的需求亦顯緊迫。完全成熟階段（完全成熟階段（20122012年以后）年以后）地區(qū)性龍頭企業(yè)將會(huì)出現(xiàn)，而小型企業(yè)將被淘汰，最終不能提供有效節(jié)能和長壽命產(chǎn)品的企業(yè)亦會(huì)被自然淘汰[7]。LEDLED照明的特點(diǎn)及問題照明的特點(diǎn)及問題與傳統(tǒng)路燈系統(tǒng)相比，LED路燈具以下特點(diǎn)：1.燈源及發(fā)光機(jī)理的不同；2.系統(tǒng)的集成特性及延伸性不同；3.影響系統(tǒng)效能的關(guān)鍵因子

10、不同；3.全反射式二次光學(xué)透鏡的設(shè)計(jì)全反射式二次光學(xué)透鏡的設(shè)計(jì)圖2全反射式二次光學(xué)透鏡的3D模型圖2為一種全反射式二次光學(xué)透鏡的三維模型。透鏡由4部分組成，中間內(nèi)凹的非球面柱面鏡部分、側(cè)面的全反射棱鏡部分、兩端的全反射棱鏡部分、以及上表面“W”型的自由曲面組成。透鏡將郎伯型LED的光配成沿X方向120o(沿著道路方向)以及Y方向60o(垂直于道路的方向)的光度分布。透鏡的設(shè)計(jì)遵循“邊緣光線原理”，即在X方向，輸出光線的邊緣光線的與光軸的

11、夾角為60o，其他所有的輸出光線都分布在這一角度之內(nèi)，在Y方向，輸出光線的邊緣光線的角度為30o。透鏡的設(shè)計(jì)原理如圖3所示。其中Y方向的配光原理如左圖，從LED發(fā)出的中間部分的光，由內(nèi)凹的柱面鏡進(jìn)行匯聚，匯聚后所有輸出光線反向延長線交于一虛焦點(diǎn)“F”，“F”與柱面鏡邊緣組成的這部分光線，再經(jīng)過上表面之后，分布在角度30o之內(nèi)。剩下的從LED發(fā)出的往側(cè)面方向的光，則由側(cè)面的全反射棱鏡進(jìn)行進(jìn)行配光。經(jīng)入射面入射到外側(cè)全反射面的光線，從下到上

12、，其反射角是漸變的，再經(jīng)過上面的輸出面折射之后，這部分的光也均勻分布在30o之內(nèi)。沿X方向的配光原理如圖3的右圖，內(nèi)凹的柱面鏡覆蓋了從LED發(fā)出的中間部分的76o之內(nèi)的光線，上表面“W”形狀的曲面將這部分光線均勻分配在發(fā)散角為60o之內(nèi)，并形成一個(gè)蝙蝠翼的配光曲線分布。透鏡兩端各有一全反射棱鏡，用來起截光的作用，收集剩下從LED發(fā)出的76o～90o的光(這部分光如果不經(jīng)過配光，直接射出后會(huì)造成眩光)，經(jīng)過透鏡兩端外側(cè)的全反射面反射和上表