自由曲面的LED路灯透镜的设计

第２３卷第５期２００８年１０月

Ｃｈｉｎｅｓｅ

液晶与显示

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｓａｎｄＤｉｓｐｌａｙｓ

ＶｏＬ２３，ＮＯ．５

０ｃｔ．，２００８

文章编号：１００７—２７８０（２００８）０５－０５８９—０６

自由曲面的ＬＥＤ路灯透镜的设计

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，香港九龙，Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｉｌｉｓｈｉ＿ｏｐｔｉｃｓ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｏｎ）

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模组上完成。整体路灯只需要将这些ＬＥＤ模组阵列按照相同方向简单地排列即可，从而可以简化路灯机构、散热及控制电源的设计。介绍了ＬＥＤ路灯的光学设计，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

中图分类号：ＴＭ９２３．３４；０４３５

文献标识码：Ａ

１

引言

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，如图１（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，如图１（ｂ）所示［１］。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。２

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路灯照明技术在最近几年得到了迅速发展。目前，市面上单颗ＬＥＤ光源实际已经可以做到了

１００

ｌｍ／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。

ＬＥＤ路灯的配光设计

关于ＬＥＤ路灯的配光设计有很多种，最常见

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。图２和图３为弧形排

符合城市道路照明设计标准的光型

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

图１未经过配光（ａ）及经过配光（ｂ）的路灯

Ｆｉｇ．１

ＬｉｇｈｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＬＥＤｓｔｒｅｅｔｌｉｇｈｔｗｉｔｈｏｕｔｏｐｔｉ—ｃａｌｄｅｓｉｇｎ（ａ）ａｎｄｗｉｔｈｏｐｔｉｃａｌｄｅｓｉｇｎ（ｂ）

镜设计采用轴对称的全反射——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

收稿日期：２００８—０３—１７；修订日期：２００８—０６—２６

＊通讯联系人，Ｅ－ｍａｉｌｌｍｆｓｔｏ＠ｉｎｅｔ．ｐｏｌｙｕ．ｅｄｕ．ｈｋ；ｓａｎｄｙ．ｔｏ＠ｉｎｅｔ．ｐｏｌｙｕ．ｅｄｕ．ｈｋ

５９０

液晶与

显示第２３卷

图２采用弧形排列的ＬＥＤ路灯实物及设计方案

Ｆｉｇ．２

Ｐｒｏｄｕｃｔｐｉｃｔｕｒｅｓａｎｄｄｅｓｉｇｎｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆａｒｃ—ａｒｒａｎｇｅｄＬＥＤｓｔｒｅｅｔｌｉｇｈｔ

图３单个ＬＥＤ模组的配光设计

Ｆｉｇ．３

ＯｐｔｉｅａｌｄｅｓｉｇｎｏｆＬＥＤＴＩＲｌｅｎｓｍｏｄｕｌｅ

表面的凹形非球面扩散，形成土２７．５。的光度分布具有长方形配光的ＬＥＤ模组简单地排列在一个（在１０ｍ高处覆盖约２．５个车道的宽度）。ＬＥＤ平板上即可，这种ＬＥＤ路灯在机械结构、散热及透镜模组再排列在一个弧面上，弧面方向形成电源控制方面比较简单，不同等级公路和不同灯±６０。左右的配光，于是在１０ｍ的高度产生长度

杆高度的道路照明只需要增加不同数量的ＬＥＤ约３５ｍ，覆盖２．５个车道，宽度约为８ｍ的方形模组即可。由于配光为长方形非对称的分布，较的光型。

为简单的轴对称的全反射透镜无法实现，需要采这种ＬＥＤ路灯的二次光学元件（透镜或反光用非对称自由曲面的透镜，透镜的设计和加工工杯）的设计和加工较为简单，引入全反射透镜可以艺比较复杂。这里将重点介绍这种自由曲面透镜最大可能地提高光的利用效率，透镜需要产生一的设计。

定的角度分布足以在要求的高度位置覆盖住所需由于一般的光学软件（如Ｚｅｍａｘ，。ＣｏｄｅＶ等）的道路宽度即可，而道路方向的配光则通过ＬＥＤ

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功率ＬＥＤ的散热板设计和灯头的结构设计较为断反复地调整和设置操作参数，一个比较复杂的麻烦。

自由曲面往往需要多达一个月甚至几个月的时第２种是平面排列的ＬＥＤ路灯。ＬＥＤ路灯间，有时所设计曲面，其光学效率还不理想。这里的设计采用了Ｘｙ方向非对称长方形配光的自由采用了边缘光线扩展度（Ｅｔｅｎｄｕｅ）守恒的原理创曲面光学元件（透镜或反光杯），长方形的配光直建了一套自由曲面控制网格的节点矢量的精确计接在单个ＬＥＤ光学元件上完成，整体路灯只需将

算方法，可以在较短时间内（一般为几个小时甚至

第５期蒋金波，等：自由曲面的ＬＥＤ路灯透镜的设计

５９１

图４边缘光线的扩展度守恒

Ｆｉｇ．４

Ｅｔｅｎｄｕｅｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｗｉｔｈｅｄｇｅ

ｒａｙ

更短）优化出具有最优效率及精确配光的自由曲面光学元件。

边缘光线的扩展度守恒原理如图４所示，它结合了边缘光线原理［２］及光源的扩展度守恒

（Ｅｔｅｎｄｕｅ

Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ）［３］。光源经过光学系统

图５

Ｆｉｇ．５

到达目标是个数学映射的关系。通过自由曲面的边缘的那部分光线，经过映射后，也对应于目标的边缘，自由曲面中间连续的部分，经过映射后，也在目标中间形成连续的分布。如果光学系统没有损耗，那光学系统的光源及目标的扩展度是守恒的。扩展度为光源或目标的面积与光线发散角所形成的立体角的乘积。根据这一原理，可将目标及自由曲面分割成等量的网格（如图４中的Ｖ＆Ｕ网格及Ｙ＆Ｘ网格），目标的网格节点与自由曲面的网格节点形成一一对应，再根据目标节点的位置及法矢量，就可以对应地精确计算出图５所示的自由曲面的控制网格的节点法矢量，从而生成所需要的自由曲面。边缘光线的扩展度守恒原理可以由公式（１）来表示：

自由曲面上筋和肋的节点法线矢量

ｖｅｃｔｏｒｓ

ａ

Ｎｏｒｍａｌｓｐｉｎｅｓｉｎ

ｏｆｎｏｄｅ

ｐｏｉｎｔｓｏｆｔｈｅｒｉｂｓ

ａｎｄ

ｆｒｅｅｄｏｍｓｕｒｆａｃｅ

光束的扩展度。

这种设计方法被用来设计ＬＥＤ路灯的自由曲面透镜，路灯安装高度为１２ｍ，路灯间隔４０

ｍ，

路面宽１２ｍ（３个车道），即路灯需要在路面上产

生４０ｍ长、１２ｍ宽的方形光斑。根据这个要求，

需要设计在Ｘ方向产生土６０。内均匀分布的配光，在ｙ方向产生土３０。内均匀分布的配光的方形光斑的自由曲面透镜。图６为用边缘光线扩展度守恒方法设计的自由曲面透镜。

透镜的控制网格的节点法线，根据边缘光线扩展度守恒原理，以及斯涅尔（Ｓｎｅｌｌ）折射定律，有公式（２）的关系，式中Ｎ为法线矢量，Ａ为入射光线矢量，Ａ７为出射光线矢量。

ｊｖ—Ｎｘｉ＋Ｎ。Ｊ＋Ｎ２是；

Ａ＝Ａｚｉ七Ａ。ｊ七Ａ，ｋ；Ａｌ—Ｂ。ｉ＋Ｂ。ｌ七Ｂ童

Ａ，一Ｂ。

Ｅ一，ｚ小ＡｃｏｓｏｄＯ

Ｅ２／，／２Ａ。ｎｐ耐一７ｃ以２Ａ。ｓｉｎｚ巩／２

ＥｌＭ，Ｄ（∑。）］＝ＥｌＭ，Ｄ（乏；）］一

圹．牝ｃ。ｓＯｄＯ＝

ｄ＿ｒｄｙｄｐｄｑ＋ｄｘｄｚｄｐｄｒ＋ｄｙｄｚｄｐｄｒ

Ｍ４Ｄ（∑Ｒ）

（１）

式中：Ｅ为光束扩展度，０为立体角，Ｅ［Ｍ。Ｄ（∑。）］为输出光束的扩展度，Ｅ［ＭｊＤ（∑ｉ）］为输入

仨

妊小１下］ｉ召

垒：＝里：：＝－－－－－－－・－－—－－－－＝－－・——－－－－－Ｊ二－——－－・—－一一

Ａ：一Ｂ。

再、＾ＸＦ硼

厄、瓜百Ｆ＝ｉ习

５９２

液晶与显示第２３卷

图６透镜实物及配光原理

Ｆｉｇ．６

ＬｅｎｓｓｈａｐｅａｎｄｔｈｅｌｉｇｈｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｌｏｎｇＸａｎｄＹｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ

Ａ

２一Ａ：＋Ａ：＋Ａ：

（２）

Ａ・Ａ７一Ａ，Ｂ。＋Ａ，Ｂ。＋Ａ：Ｂ：

将透镜曲面和目标光斑分成等量的网格，根据入射光线及出射光线的Ｓｎｅｌｌ方程，将网格的节点矢量一一对应，整个曲面的控制网格由计算机迭代法算出，最后将控制网格蒙上蒙皮形成曲面再填充后形成透镜实体。整体路灯的光效模拟由光线追迹软件ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ进行光线追迹。模

图７透镜控制网格的法线及入射出射光线

Ｆｉｇ．７

Ｎｏｒｍａｌ

ｖｅｃｔｏｒ

拟结果如图８所示，路灯在Ｘ方向士６０。内、在ｙ方向±３０。内的路面上产生非常均匀分布的配光。路灯模拟采用的高度为１２ｍ。路灯的远场角度

ａｎｄｔｈｅｉｎｃｉｄｅｎｔ

ｎｅｔ

ｒａｙ

ｏｆｔｈｅｆｒｅｅｆｏｒｍ

ｌｅｎｓｓｕｒｆａｃｅｃｏｎｔｒｏｌ

图８自由曲面ＬＥＤ透镜路灯模拟结果

Ｆｉｇ．８

ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆＬＥＤｓｔｒｅｅｔｌｉｇｈｔａｓｓｅｍｂｌｅｄｂｙ

ｆｒｅｅｆｏｒｍ

ｌｅｎｓｅｓ

第５期

蒋金波，等：自由曲面的ＬＥＤ路灯透镜的设计

５９３

分布为蝙蝠翼形，辐射强度Ｘ方向的峰值约为士６０。，辐射强度ｙ方向的峰值约为±３０。，如图９所示。路灯的光型如图１０所示，实物照片如图１１所示，路灯光形测试结果通过国家城市道路照明设计标准ＣＪＪ４５－９１

３

结论

Ｐｍｄｉａｎｔ

ａｎｇｌｅ／（ｏ）

介绍了两种ＬＥＤ路灯的配光设计，重点介绍了一种非对称配光的自由曲面透镜的光学设计。第一种ＬＥＤ路灯采用了轴对称的全反射透镜或反光杯，ＬＥＤ透镜模组排列于一个弧面上以产生长方形的配光。全反射透镜的引入可以极大地提高光的利用效率，但是弧形的ＬＥＤ模组的排列使高功率ＬＥＤ的散热板设计和机械结构较为麻烦。第二种ＬＥＤ路灯采用了非对称的自由曲面透镜，可以将长方形的配光直接由单个ＬＥＤ光学元件完成。整体灯头只需将具有长方形配光的ＬＥＤ模组简单的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。自由曲面的设计采用了边缘光线扩展度（Ｅｔｅｎｄｕｅ）守恒的原理，创建了一套自由瞳面控制网格的节点矢量的精确

图９

Ｆｉｇ．９

ＬＥＤ路灯的远场角度分布

ＬｉｇｈｔｉｎｔｅｎｓｉｔｙｈｒｆｉｅｌｄａｎｇｌｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＬＥＤｓｔｒｅｅｔｌｉｇｈｔａｌｏｎｇ

ｆ犷

—々葛啊二曼；：；二

；；；－一一

渤

图１０

Ｌｉｇｈｔ

ｐａｔｔｅｒｎａｔ

ＸａｎｄＹｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ

幽眨

ｒ粼霹

愈

‘尝ｉ誊＝

匿誉晕——

＼

ＬＥＤ路灯光型图

１２ｍｈｅｉｇｈｔｏｆＬＥＤｓｔｒｅｅｌｉｇｈｔ

Ｆｉｇ．１０

图１１采用自由曲面透镜的ＬＥＤ路灯实物照片

Ｆｉｇ．１１

ＰｒｏｄｕｃｔｐｉｃｔｕｒｅｏｆＬＥＤｓｔｒｅｅｌｉｇｈｔｆｒｅｅｆｏｒｌｎｌｅｎｓｅｓ

计算方法。使透镜在Ｘ方向产生土６０。内均匀分

ｂｙ

ｍａｄｅ

ｕｐ

布的配光，在ｙ方向产生±３０。内均匀分布的配光的方形光斑。

参考文

献：

［１］中国建筑科学研究院．ＣＪＪ４５—２００６城市道路照明设计标准Ｅｓ３．北京：中国建筑工业出版社，２００７：７－１２．［２］Ｒｉｅｓ［３］Ｓｕｎ

Ｈａｒａｌｄ，ＲａｂｌＡｒｉ．Ｅｄｇｅ－ｒａｙｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｎｏｎｉｍａｇｉｎｇ

ｏｐｔｉｃｓ［Ｊ］．．，．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ，１９９４，１１（１０）：２６２７—２６３２．

ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｌｉｇｈｔ

ｓｏｕｒｃｅ

Ｘｕｔａｏ，ＺｈｅｎｇＺｈｅｎｒｏｎｇ，ＬｉｕＸｕ，ｅｔａ１．Ｅｔｅｎｄｕｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｗｉｔｈｅｌｌｉｐｔｉｃａｌｒｅｆｌｅｃｔｏｒ

［Ｊ］．Ｄｉｓｐｌａｙｓ，２００６，２７（２）：５６－６１．

５９４液晶与

显示第２３卷

ＯｐｔｉｃａｌＤｅｓｉｇｎｏｆＦｒｅｅｆｏｒｍＬｅｎｓｆｏｒＬＥＤＳｔｒｅｅｔｌｉｇｈｔ

ＪＩＡＮＧＪｉｎ－ｂｏ，ＴｏＳａｎｄｙ，ＬｅｅＷＢ

（ＡｄｖａｎｃｅｄＯｐｔｉｃｓＴｈｅ

ＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＣｅｎｔｒｅ，ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＩｎｄｕｓｔｒｙａｎｄＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，

ＨｏｎｇＫｏｎｇＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｏｎｇｋｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｉｌｉｓｈｉ＿ｏｐｔｉｃｓ＠ｙａｈｏｏ．Ｃ０＃２．ｃｎ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｏｐｔｉｃｓｄｅｓｉｇｎｉｓ

ｔｅｒｎ

ａ

ｃｒｉｔｉｃａｌｉｓｓｕｅｆｏｒｔｈｅｏｕｔｐｕｔｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｌｉｇｈｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｐａｔ—

ｔｏ

ｏｆｔｈｅＬＥＤ

ｓｔｒｅｅｔ

ｌｉｇｈｔ．ＡｇｏｏｄｒｏａｄｗａｙｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｓｔｈｅＬＥＤｓｔｒｅｅｔｌｉｇｈｔ

ｃｏｖｅｒ

ｈａｖｅ

ｏｕｔ

ａｒｅｃ—

ｔａｎｇｕｌａｒｌｉｇｈｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎｊｕｓｔ

ｔｈｅｒｏａｄｗａｙａｎｄｗｉｔｈｏｕｔａｎｙｌｉｇｈｔｐｏｌｌｕｔｉｏｎ

ｆｌ

ｏｆｔｈｅ

ｏｎ

ｒｏａｄ．ＴｈｅａｄｏｐｔｉｏｎｏｆｔｈｅｕｎｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｆｒｅｅｆｏｒｍｏｐｔｉｃｓｗｉｔｈａｎｄＹｉｓ

ａ

ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｌｉｇｈｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ

Ｘ

ｎｅｃｅｓｓａｒｙ

ｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｔｈｅＬＥＤｓｔｒｅｅｔｌｉｇｈｔｂｅｃｏｍｅｖｅｒｙｓｉｍｐｌｅａｎｄｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｔｈｅ

ｃａｎ

ｗｈｏｌｅＬＥＤｓｔｒｅｅｔｌｉｇｈｔ

ｂｅｍａｄｅｕｐｉｆｏｎｌｙｍｏｕｎｔｓｔｈｅｓｅＬＥＤｍｏｄｕｌｅｓ

ｏｎ

ｔｈｅＰＣＢｐｌａｔｅ．Ｔｈｅ

ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｔｈｅｒｍａｌｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｏｆｔｈｅＬＥＤｓｔｒｅｅｔｌｉｇｈｔｂｅｃｏｍｅｓ

ｖｅｒｙ

ｓｉｍｐｌｅ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＬＥＤｓｔｒｅｅｔｌｉｇｈｔａｎｄｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙ

ｆｒｅｅｆｏｒｍｏｐｔｉｃｓｆｏｒｔｈｅｓｔｒｅｅｔｌｉｇｈｔｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．

ｏｆ

ａ

Ｋｅｙ

ｗｏｒｄｓ：ＬＥＤ

ｓｔｒｅｅｔｌｉｇｈｔ；ｆｒｅｅｆｏｒｍ；ｓｅｃｏｎｄａｒｙｏｐｔｉｃｓ；ｌｉｇｈｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｒｏａｄｗａｙｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ；

ｔｈｅｒｍａｌｍａｎａｇｅｍｅｎｔ

作者简介：蒋金波（１９７４一），浙江永康人，博士，主要从事先进光学制造工作。

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自由曲面的LED路灯透镜的设计

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：

蒋金波， 杜雪， 李荣彬， JIANG Jin-bo， To Sandy， Lee W B香港理工大学工业及系统工程学系先进光学制造中心,香港,九龙液晶与显示

CHINESE JOURNAL OF LIQUID CRYSTALS AND DISPLAYS2008，23(5)1次

参考文献(3条)

1. 中国建筑科学研究院 CJJ45-2006.城市道路照明设计标准 2007

2. Ries Harald. Rabl Ari Edge-ray principle of nonimaging optics 1994(10)

3. Sun Xutao. Zheng Zhenrong. Liu Xu Etcndue analysis and measurement of light source with ellipticalreflector 2006(2)

相似文献(5条)

1.会议论文 杜雪. 蒋金波. 李荣彬. 王文奎. 张志辉. 张家儁 自由曲面的LED路灯透镜的光学设计及超精密加工技术 2008

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2.会议论文 蒋金波. 杜雪. 李荣彬 LED路灯透镜的二次光学设计的介绍 2008

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新型LED固体光源以其固有的安全可靠性强、耗电量少、发光效率高、适用性强、稳定性好、响应时间短、颜色可变化、有利于环保的优点正在广泛应用于照明领域。整个照明耗电量中道路照明约占20%-30%，因此将LED应用于道路照明剧具有巨大的经济价值和市场前景。在LED道路照明的推广应用中，光学设计和散热设计成为亟待解决的关键问题。 @@ 本文针对LED路灯的光学设计和散热设计进行了深入研究。取得的主要创新成果如下： @@ (1)对已有的LED光源进行了模拟实验，验证和完善LED光源的详细参数；设计出一款出光角度为600C出光效率高的LED光源，并对影响一次光学设计的关键参数进行了分析。 @@ (2)对自由曲面设计的几种方法进行了深入研究，分析了微分方程法、多参数优化法和多表面同时设计法的原理、特点。为LED路灯的二次光学设计奠定了理论基础。 @@ (3)根据道路照明的技术要求、对LED路灯二次光学设计方法、二次光学设计、散热设计进行了优化设计研究。其中二次光学设计包括反光杯设计和阵列设计。反光杯设计利用微分法设计了出光角度为60°的自由曲面的反光杯；阵列设计采用区域分割法的思想进行了设计。散热设计利用ANSYS软件进行了模拟仿真。 @@ 本文根据非成像光学设计理论和散热理论，研制开发出三款LED路灯，光学效果通过Tracepro软件仿真和实际测量均达到了道路照明标准中第二级别主干路的要求；散热效果经过ANSYS软件仿真和实际测量均达到了LED路灯在恶劣环境下的使用要求。其中的两款已获得实用新型国家专利证书。 @@ 实践证明，本文开发的LED路灯，具有良好配光效果和散热效果。解决了限制LED路灯推广应用中的光学和散热难题。具有良好的市场推广价值。 @@关键词：LED路灯；二次光学设计；非成像光学；散热设计

4.期刊论文 蒋金波. 杜雪. 李荣彬. Jiang Jinbo. Sandy To. W.B.Lee LED路灯透镜的二次光学设计介绍 -照明工程学报2008,19(4)

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LED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.

5.学位论文 尚守锦 LED照明光学系统设计及照度分布测量研究 2009

在LED道路照明的推广应用中，光学设计成为亟待解决的关键问题。围绕非成像光学系统的两大核心问题出光效率和光照度，开展LED照明光学系统的研究。 @@ 本文针对LED路灯的光学设计进行了深入研究。取得的主要创新成果如下： @@ (1)根据LED芯片发光的理论模型，利用光学机构仿真软件Tracepro对LED芯片进行光学建模，即LED的一次光学设计，光线追迹表明所建模型的光强分布与实验值吻合较好，对已有的LED光源阵列进行了模拟实验，验证和完善LED光源的详细参数，并对影响一次光学设计的关键参数进行了分析。 @@ (2)对自由曲面设计方法进行了深入研究，为LED路灯的二次光学设计奠定了理论基础，并理论推导出自由曲面公式。 @@ (3)根据道路照明的技术要求、对LED路灯二次光学设计方法进行了研究。其中二次光学设计包括反光碗设计和阵列设计。反光碗设计利用微分法设计了出光角度为45°的自由曲面反光碗；阵列设计采用区域分割法的思想进行了设计。 @@ 本文根据非成像光学设计理论，光学效果通过理论计算、Tracepro软件仿真和实际测量均达到了道路照明标准中第二级别主干路的要求。@@ 实践证明，本文开发的LED路灯，具有良好配光效果。解决了限制LED路灯推广应用中的光学难题，具有良好的市场推广价值。 @@关键词：LED照明；非成像光学；光学系统设计；照度分布

引证文献(1条)

1. 吴淑梅. 霍彦明. 谭俊廷. 封丽华 基于MATLAB的LED阵列仿真[期刊论文]-液晶与显示 2009(2)

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