[發明專利]一種自由曲面LED路燈光學設計方法

無效

• 申請號: 201010213783.3
• 申請日: 2010-06-29
• 公開（公告）號: CN101871619A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發明（設計）人: 彭超;郭康賢
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: F21V5/04
• 分類號: F21V5/04;F21V19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及LED路燈照明燈技術領域，具體涉及一種自由曲面LED路燈光學設計方法。

技術背景

LED(litht?Emitting?Diode，發光二極管)路燈，即使用LED作為光源的照明燈，它是公共照明領域里面非常重要的一個部分。其特點是由GaN基功率型藍光LED與黃色熒光粉合成高效的白光發光二極管，具有高效、安全、節能、環保、壽命長、響應速度快、顯色指數高等特點。

正是因為LED光源具有節能、環保、壽命長、耐震動、控制靈活、響應速度快等優勢，在路燈照明領域，越來越多的人選擇LED做為路燈光源。隨著我國節能減排國策的深入實施，綠色照明已經納入了節能重點工程之一，在這些有利的政策的引導之下，照明產品生產企業數量以年增長率超過30％的驚人速度發展，目前開發和生產一白光LED為光源的照明燈具企業將近上千家。

目前，以單粒LED為光源的照明系統不斷增多，如LED投影儀、LED礦燈、LED射燈以及LED閱讀燈等。LED芯片的出光為Lambertian分布，這樣的光場分布，如果不經過合適的光學系統處理而直接應用，在大多數情況下都難以滿足照明燈具和器件所需要達到的性能指標。為了解決該問題，一般都要對LED進行二次光學設計，而路燈的二次光學設計中如果僅僅是使用比較簡單的透鏡，還是無法很好的滿足視角，均勻度的需求，為了解決這一問題，在已知路面的情況下，可以專門的設計一個LED自由曲面透鏡來解決如下問題。

發明內容

本發明主要是解決采用大功率白光LED作為路燈光源時，如何進行二次光學設計，使多個LED發光光源組成的發光系統及響應的配光系統能夠滿足現有國家相關標準規定的路燈光源方面的使用要求。

本發明充分利用LED路燈本身的光學特性，燈體自身結構特點而設計。

本發明一種自由曲面LED路燈光學設計方法包括自由曲面透鏡設計、LED路燈的排列方法，LED路燈的各列LED燈以及其透鏡的旋轉角度。

進一步地，本發明所述自由曲面透鏡設計，其特征在于設計一個發散角是48度的自由曲面透鏡，每顆LED燈安裝一枚發散角是48度的自由曲面透鏡，使其在路面上可以形成均勻光斑。

進一步地，所述LED路燈的排列方法，其特征在于將60顆1W的具有類似朗伯光分布的LED燈及其透鏡按照10列排列，每一列包含6顆LED路燈，每顆之間的距離是2cm。能夠滿足在該路面上形成可以達到國家標準的光斑。

進一步地，所述LED路燈的各列LED燈以及其透鏡的旋轉角度，其特征在于各列LED燈及其透鏡的旋轉角度包括繞沿路面行使方向的旋轉角度和繞沿垂直于路面行使方向的旋轉角度，通過角度調整使每列LED燈旋轉的角度保持一致；每列LED燈及其透鏡繞沿路面行使方向的旋轉角度分別是：58度，51.2度，36.5度，25.3度，10.7度，10.7度，25.3度，36.5度，51.2度，58度；每列LED燈及其透鏡繞沿垂直于路面行使方向的旋轉角度分別是16.4度，14.7度，15.3度，15.4度，18.2度，18.2度，15.4度，15.3度，14.7度，16.4度，且在燈的軸線的截面上呈對稱分布。

與現有技術相比，本發明設計的LED路燈光學設計方法，無需過多的光學配件，減少了光能損失，并且可以形成比較均勻的光斑。

附圖說明

圖1為LED路燈垂直于路面方向的路燈發散角示意圖；

圖2為LED路燈發散角為48度的LED自由曲面透鏡示意圖；

圖3為LED路燈的分布示意圖；

圖4在行駛方向LED燈及其透鏡繞Z軸的夾角以及在垂直于行駛方向LED燈及其透鏡繞Z軸的夾角示意圖。

具體實施方式

以下將結合附圖對本發明的具體實施方案進行說明：

根據附圖1可知，本發明主要針對路面寬度是8m，長度是30m，燈高是8m并且路燈放在離路邊1m的情況，由幾何關系可知，覆蓋沿垂直于路面行使方向路燈的發散角是48度。根據自由透鏡的設計方法用MATLAB編程計算得到自由曲面的數據，然后將得到的數據導入PROE進行建摸，最后用光學分析軟件TRACEPRO進行驗證其發散角為48度，均勻度在85％以上，設計一個發散角是48度的自由曲面透鏡，圖2反映了透鏡的外形及其發散角的大小。

根據路面大小以及國家照明標準計算所需的總光通量，從而確定所需LED路燈的顆數是60顆，給每顆LED燈安裝一個自由曲面透鏡，將這60顆LED燈及其透鏡按照附圖3所示的6行10列進行布局，每顆LED燈及其透鏡的距離是2cm。