[實用新型]LED路燈的反射杯

無效

• 申請號: 200920056883.2
• 申請日: 2009-05-20
• 公開（公告）號: CN201652177U
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發明（設計）人: 王洪;張奇輝;張小凡;王海宏
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: F21V7/04
• 分類號: F21V7/04;F21V7/10;F21Y101/02;F21W131/103
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

1.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域，LED位于缺口處，LED直接從反射杯開口出射的那部分光照射到目標面上形成初始的矩形照明區域，反射面用于反射其余的光到該初始的矩形照明區域，使該兩部分光的能量疊加后形成均勻的矩形照明區域，其特征在于反射面為自由曲面，該自由曲面的形狀限定如下：

以LED底面的圓心為原點建立坐標系，以LED底面所在平面為XOY平面，過原點并與XOY平面垂直的軸為Z軸，Z軸的正方向朝向反射杯的開口，所述反射杯的自由曲面的形狀關于XOZ平面和YOZ平面對稱，先限定XOY第一象限所對應的部分自由曲面形狀，然后通過將該部分自由曲面相對于XOZ平面和YOZ平面進行兩次對稱即得到所述反射面的形狀，

第一象限所對應的部分自由曲面按照沿X軸和Y軸方向分為兩部分：沿X軸方向為側面部分和沿Y軸方向為端面部分；由于總能量是守恒的，限定側面部分后，將剩余的能量與端面對應，再限定端面部分，

側面部分上點的坐標位置的限定：

(1)限定初始條件并對目標照明區域劃分網格，

LED光源為朗伯源，首先目標照明面與LED的距離為h，目標照明區域是長為a，寬為b的矩形區域，該區域在上述XOY坐標系的第一象限部分的長邊為a/2，短邊為b/2，LED光源的總光通量為φ，目標照明區域的平均照度為Ev，Ev等于所述總光通量除以目標照明區域面積，LED中心光強為I₀＝φ/π；將目標照明矩形區域沿X軸方向以步長k等分成m份，沿Y軸方向以步長k等分成n份，得到x(m)和y(n)的數組；這樣在目標照明區域第一象限就形成了m×n個等面積的正方形網格，對應的，通過計算每一個網格的能量，將LED光源出射光線在θ角上分成m份，在?角上分成n份，θ角為光線在XOY平面上的投影與Y軸的夾角，?角為出射光線與Z軸正向的夾角；

(2)通過能量守恒限定光線出射的θ角，

將目標照明區域第一象限沿著X軸方向劃分等步長n份，這樣在目標照明區域第一象限就會出現n個矩形區域：

最終目標照明區域X軸方向每條矩形區域所對應的能量為：

目標區域X軸方向每條矩形區域所對應的直射光能量為：

LED光源為朗伯源，其光強分布為中心光強的余弦分布，利用照度光強與距離的平方反比關系，得到目標區域的照度分布為：

直射能量為照度分布對于目標區域的二重積分：?

限定反射杯口的邊界?角值：

直接出射的那部分光在目標照明面上是直接形成一個矩形光斑的，反射杯出口邊界線上所有點的?角是一定的，在限定了(1)中的初始條件后，直接以目標照明區域的邊界坐標值限定反射杯口的邊界角值：

將m，n的取值遍歷邊界上所有的點，即求出反射杯口邊界上所對應的所有?角的值；

由能量守恒限定所述θ角：

每條矩形區域中，通過反射到達的能量為：

其中?為所述邊界角值；反射能量等于總能量減去直射能量，從而得到能量守恒等式；通過計算機迭代限定出一系列離散θ值；由目標區域的長寬比為a/b，對應的反射杯口也設為相同比例，當arctan(θ)大于a/b時截止，記錄下此時所對應的目標區域的長度，即x坐標；

(3)由能量守恒限定所述?角，目標區域的每一小方格的面積為k²：

計算每一小格的總能量：energy＝Ev·k²；每一小格的直射能量為：

其中f(x，y)為目標區域照度分布；通過能量守恒求?角，反射能量為：?等于總能量減去直射能量，通過計算機迭代限定出?角數組；?

(4)由反射定律限定所述曲面上點的法向量，利用這個法向量限定切平面，通過切平面與入射光線的交點得到曲線上點的坐標，所述的反射定律公式為：?

其中n為折射率，?為入射光線單位向量，?為出射光線單位向量，?為單位法向量；在形狀限定中，首先限定一個計算的初始點，該初始點坐標決定了整個反射杯的大小，由這個初始點得出一條邊界曲線，再由邊界曲線的上的每一個點為初始點限定出整個自由曲面：由(3)中所限定的θ和?得出入射光線的單位向量；通過初始點的坐標和與其對應的反射光線的單位向量，得到初始點的法向向量，從而限定該點的切平面，該切平面與第二點的入射光線相交從而限定第二點；由前一點的切平面與下一點的法向量所在的直線相交可得出下一點，通過計算機迭代可得出所有點的坐標，由此限定了長邊曲面的坐標；

所述端面部分自由曲面上點的坐標位置限定如下：

首先限定初始直線為經過長邊邊界的終點，垂直于X軸的直線；通過上述(2)的已得到的側面對應的目標區域的長度，得到所剩下的區域的位置和大小；為了更好的配合端面的整體曲率，將θ的變化對應于目標區域Y值的變化，?的變化對應于X軸的變化；端面部分上點的限定與上述側面部分上點的坐標的限定相同；

利用機械仿真軟件將上述得到的側面部分和端面部分上的點擬合為曲面，再將得到的曲面對應于XOZ平面和YOZ平面鏡像，得到最終的反射杯曲面。