[發(fā)明專利]LED路燈的反射杯

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910039612.0
• 申請(qǐng)日: 2009-05-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101556026A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王洪;張奇輝;張小凡;王海宏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): F21V7/04
• 分類(lèi)號(hào): F21V7/04;F21V7/10;F21V19/00;H01L33/00;F21W131/103;F21Y101/02
• 代理公司: 廣州粵高專利代理有限公司
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于LED照明技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種LED路燈的反射杯。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的路燈光源大多采用高壓鈉燈、高壓汞燈，消耗功率較大，工作電壓高，啟動(dòng)時(shí)間較慢，燈泡使用壽命短，使得燈管更換率過(guò)高，維護(hù)成本大幅上升。

LED作為一種新型的固體光源，同傳統(tǒng)光源相比具有很多優(yōu)勢(shì)，如節(jié)能，環(huán)保，易于調(diào)節(jié)，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此非常適合作為各種照明領(lǐng)域的光源，比如道路照明光源。

道路照明系統(tǒng)不同于一般的照明燈具，其照明的場(chǎng)最好為矩形區(qū)域，以提高光的利用率。根據(jù)國(guó)家公路照明標(biāo)準(zhǔn)，要滿足在一矩形的被照平面上(一般是10米×35米)的平均照度以及照度均勻度。

由于LED光源發(fā)出的光近似朗伯型，即光強(qiáng)呈余弦分布，直接用于照明，會(huì)在路面上形成一個(gè)不均勻的圓斑，中心處很亮，而在徑向衰減很快。這就需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的光學(xué)系統(tǒng)來(lái)重新配光。目前出現(xiàn)的LED路燈，往往都是采用LED光源加透鏡的方式來(lái)達(dá)到路面上產(chǎn)生均勻矩形斑的效果，但是這種方案會(huì)由于光的折射而損失較大的光能，不利于光能利用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供LED路燈的反射杯，能使LED路燈在路面形成均勻矩形照明區(qū)域。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明的反射杯涉及兩部分能量分配，一部分為直接從燈具出射的能量，另一部分為被反射杯反射出燈具的能量。

本發(fā)明的LED路燈的反射杯，包括底面和反射面，反射面為自由曲面，底面為中間有圓形缺口的平面區(qū)域，LED放在缺口處，LED直接從反射杯開(kāi)口出射的那部分光照射到目標(biāo)面上形成初始的矩形照明區(qū)域，反射面用于反射其余的光到該初始的矩形照明區(qū)域，使該兩部分光的能量疊加后形成均勻的矩形照明區(qū)域，反射面為自由曲面，該自由曲面的形狀通過(guò)如下方法確定：

首先以LED底面的圓心為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，以LED底面所在平面為XOY平面，過(guò)原點(diǎn)并與XOY平面垂直的軸為Z軸，所述反射杯的形狀關(guān)于XOZ平面和YOZ平面對(duì)稱，所以先計(jì)算第一象限的部分，然后通過(guò)將自由曲面在第一象限的部分相對(duì)于XOZ平面和YOZ平面進(jìn)行兩次對(duì)稱即得到最后的反射杯。

在計(jì)算第一象限的自由曲面時(shí)，將其分為兩部分計(jì)算，分別為側(cè)面部分(沿X軸方向)和端面部分(沿Y軸方向)。由于總能量是守恒的，可以在計(jì)算完側(cè)面部分后，將剩余的能量與端面對(duì)應(yīng)。在計(jì)算反射杯自由曲面和劃分目標(biāo)照明區(qū)域的時(shí)候使用直角坐標(biāo)系表示，而在分配光源的能量時(shí)采用球坐標(biāo)表示。

(1)確定初始條件并對(duì)目標(biāo)照明區(qū)域劃分網(wǎng)格。

首先目標(biāo)照明面與LED的距離為h，目標(biāo)照明區(qū)域是長(zhǎng)為a，寬為b的矩形區(qū)域，取其第一象限為研究對(duì)象，則長(zhǎng)邊為a/2，側(cè)邊為b/2，LED光源的總光通量為φ，目標(biāo)區(qū)域的平均照度為Ev(Ev為總光通量除以目標(biāo)區(qū)域面積)，中心光強(qiáng)為I₀＝φ/π。將目標(biāo)照明矩形區(qū)域沿X軸方向以步長(zhǎng)k等分成m份，沿Y軸方向以步長(zhǎng)k等分成n份，得到x(m)和y(n)的數(shù)組。這樣在目標(biāo)照明區(qū)域第一象限就形成了m×n個(gè)等面積的正方形網(wǎng)格。對(duì)應(yīng)的，通過(guò)計(jì)算每一份網(wǎng)格的能量，將光源出射光線離散化，對(duì)應(yīng)于目標(biāo)照明區(qū)域在第一象限的劃分，在θ角上分成m份，在角上分成n份。

(2)通過(guò)能量守恒計(jì)算光線出射的θ角(θ角為光線在XOY平面上的投影與Y軸的夾角)

第一步，計(jì)算目標(biāo)區(qū)域X軸方向每條矩形區(qū)域所對(duì)應(yīng)的最后能量：

Energy=k·b2·Ev]]>

第二步，計(jì)算目標(biāo)區(qū)域X軸方向每條矩形區(qū)域所對(duì)應(yīng)的直射能量：

因?yàn)槭褂玫腖ED光源為朗伯源，其光強(qiáng)分布為中心光強(qiáng)的余弦分布，利用照度光強(qiáng)與距離的平方反比關(guān)系，可以得到目標(biāo)區(qū)域的照度分布為：