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1、2008年12月照明工程学报Dec.2008第19卷第4期ZHAOMINGGONGCHENGXUEBAOVol119No14LED路灯透镜的二次光学设计介绍蒋金波杜雪李荣彬(香港理工大学,工业及系统工程学系先进光学制造中心)摘要:LED的二次光学元件设计对LED路灯的配光及光学输出效率至关重要。良好的道路照明要求LED路灯的配光为长方形的光型,路灯发出的所有光刚刚可以覆盖住马路,而马路之外的光污染几乎为零。非对称自由曲面二次光学元件的采用可以使LED路灯的长方形配光直接在单个LED模组上实现。整体路灯只需要将这些L
2、ED模组阵列按照相同方向排列即可,从而可以简化路灯机构、散热及控制电源的设计。本文介绍了LED路灯的二次光学设计,及一种用于LED路灯的自由曲面二次光学透镜的设计方法。关键词:LED路灯;自由曲面;二次光学元件;配光;道路照明;散热OpticalDesignofaFreeformLensforLEDStreetLightJiangJinboSandyToW.B.Lee(AdvancedOpticsManufacturingCentre,DepartmentofIndustryandSystemsEngineerin
3、g,TheHongKongPolytechnicUniversity)AbstractThesecondaryopticsdesignisacraticalissuefortheoutputefficiencyandlightdistributionpatternoftheLEDstreetlight.AgoodroadwayilluminationrequirestheLEDstreetlighttohavearectangularlightdistributionpatternjustcovertheroadw
4、ayandwithoutanylightpollutionoutoftheroad.TheadoptionoftheunsymmetricalfreeformopticswitharectangularlightdistributiononXandYisanecessarywhichmakestheLEDstreetlightbecomeverysimpleandhighlyefficient.ThewholeLEDstreetlightcanbemadeupifonlymountstheseLEDmoduleso
5、naPCBplate.Themechanism,thermalmanagement,andthepowercontrolelectronicsoftheLEDstreetlightbecomesverysimple.Inthispaper,theopticaldesignoftheLEDstreetlightandthecalculationmethodologyofafreeformopticsforthestreetlightisputforward.Keywords:LEDstreetlight;freefo
6、rm;secondaryoptics;lightdistribution;thermalmanagement由于大部分LED光源的辐射角分布为110度至1背景120度的郎伯(Lambertiandistribution)分布,如果没有经过配光设计,照在地面上的光型将会为面积较LED(发光二极管)技术的发展开辟了照明技大的圆型的光斑,约50%的光散落到马路之外没有术革命的新时代。由于LED具有体积小、寿命长、被利用起来,而且会对远处的车辆或行人产生眩光,电光效率高、环保节能等诸多优点。使得LED路灯与路面照明的要求不
7、符。《城市道路照明设计标准》照明技术在最近几年得到了迅速发展。目前,市面要求路灯的配光为长方形的光斑,将几乎所有的光[1]上单颗LED光源的实际已经可以做到了每瓦100流都分布在路面上。对于主干道还需要采用截光型明,采用传统250瓦钠灯作光源的路灯,用LED光或半截光型的配光设计,一方面可以提高光的利用源代替之后,大概只需要60多颗LED就可以产生效率,另一方面还可以避免产生眩光。相同的亮度,从而极大地节省了能源的消耗。60照明工程学报2008年12月的输出光通量为每瓦80流明。透镜设计采用轴对称2LED路灯的配光
8、设计的透射———全反射组合结构,如图2所示。透镜中间部分为一平凸非球面透镜。平凸非球面透镜将从关于LED路灯的配光设计有很多种,最常见的LED出射的与光轴夹角±64°内的光均匀分布在±30°有以下两种:范围之内。剩余64°～90°部分的光透过透镜内部侧第1种是弧形排列的LED路灯。单个LED模组面的柱面之后,由外边倾斜的曲面进行全反射,这采用轴对称的全反射透
