[發明專利]一種基于配光優化的非對稱LED路燈的設計方法

無效

• 申請號: 201110409020.0
• 申請日: 2011-12-09
• 公開（公告）號: CN102494279A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 王堯;劉華;盧振武
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: F21S8/00
• 分類號: F21S8/00;F21V5/04;F21W131/103;F21Y101/02
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 張偉

技術領域

本發明屬于非成像LED照明領域，涉及一種基于配光優化的非對稱LED路燈的設計方法。

背景技術

用LED代替傳統的高壓鈉燈作為道路照明的光源，是目前城市道路照明建設的發展趨勢。

目前的LED路燈配光透鏡，均以提高照度均勻性為目標來進行設計，而忽略了亮度、眩光和環境照度比的影響。實際上道路照明并不單單考量照度的均勻性，根據《城市道路照明設計標準》(CJJ?45-2006)的相關規定，道路照明要同時滿足以下參數的要求：路面平均亮度、路面亮度總均勻度、路面亮度縱向均勻度、路面平均照度、路面照度均勻度、眩光限制閾值增量和環境照度比。這些參數根據道路使用功能和道路等級的不同而有不同的標準值。單純的追求照度均勻性，會導致亮度均勻性不足，產生“斑馬效應”，危害道路安全。因此，需要綜合考慮所有道路照明設計參數標準，進行配光優化，得到符合道路照明標準的配光曲線，進而根據此配光曲線設計出的LED路燈配光鏡，這樣才能真正滿足道路照明需要。

另外，LED芯片具有一定尺寸，其發出的光經LED配光透鏡后的理論設計光能分布與實際光能分布會存在一定的偏差，尤其是經過透鏡邊緣部分的光線，這種效果更為明顯。以往LED路燈透鏡在設計過程中均未考慮這方面的影響，因此制約了LED路燈配光鏡性能的進一步提升。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種基于配光優化的非對稱LED路燈的設計方法，該設計方法設計的透鏡的配光曲線經過配光優化，可以解決亮度均勻性不足，產生“斑馬效應”，危害道路安全的缺欠，提升了LED路燈配光透鏡的性能。

一種基于配光優化的非對稱LED路燈的設計方法，該設計方法包括如下步驟：

步驟1)確定街道構成的基本參數，設定各項道路照明評價指標，根據道路使用功能和道路等級，確定其照明標準值；

步驟2)以一段道路上相鄰兩根燈桿之間的路面為目標面進行配光優化，計算出每個路燈在目標面上的照度分布值和亮度分布值，通過每個路燈在目標面上的照度分布值和亮度分布值計算出各項道路照明評價指標；

步驟3)以各項照明標準值為優化條件，能量利用系數為優化目標，求解目標路面照度，獲得路燈的配光分布：其中，L_av為路面平均亮度，E_av為路面照度平均照度；

步驟4)以LED光源中心為原點，建立直角坐標系和球坐標系，根據能量守恒定律，由直角坐標系表示的目標面上的區域分布和由球坐標系表示的出射光線光能的分布相等，通過目標面上的照度分布值建立出射光線與目標面上的小矩形區域一一對應關系；

步驟5)根據折射定律和步驟4)中的出射光線與目標面上的小矩形區域的能量關系，計算出出光面特征點的表面法線矢量；利用給定出光面上任一點的直角坐標和出光面特征點的表面法線矢量，計算出所有出光面上特征點的坐標值；

步驟6)將出光面上的特征點直角坐標擬合為曲面，在機械仿真軟件中構建出LED配光透鏡的初始結構模型；通過光學仿真軟件中進行光學仿真，得到目標面照度的模擬值，若目標面照度的模擬值與目標面的照度分布值存在偏差，則需要通過優化反饋函數進行優化反饋，以最終優化得到的目標面的照度分布值，重復步驟4)和步驟5)，得到配光優化非對稱LED路燈出光面特征點的坐標值，完成基于配光優化的非對稱LED路燈的設計方法。

本發明的有益效果是：本發明綜合考慮了使用功能、道路等級和各項道路照明評價指標進行配光優化，滿足道路照明設計標準，真正符合城市道路照明的要求；LED路燈配光透鏡在垂直道路方向上非對稱，光線向機動車道方向偏移，極大提高了光能利用率；在設計過程中進行了差值優化反饋，光線經過透鏡后的光能分布更接近理想狀態，提升了透鏡的性能。

附圖說明

圖1為本發明一種基于配光優化的非對稱LED路燈的設計方法的LED路燈配光透鏡設計流程圖。

圖2為本發明一種基于配光優化的非對稱LED路燈的設計方法的非對稱LED配光透鏡結構示意圖。

圖3為本發明一種基于配光優化的非對稱LED路燈的設計方法的配光優化目標面示意圖。

圖4為本發明一種基于配光優化的非對稱LED路燈的設計方法的配光優化得到的配光曲線圖。

圖5為本發明一種基于配光優化的非對稱LED路燈的設計方法的光源和目標面能量映射關系示意圖。

圖6為本發明一種基于配光優化的非對稱LED路燈的設計方法的折射矢量關系圖。

圖7為本發明一種基于配光優化的非對稱LED路燈的設計方法的LED路燈配光透鏡的配光光曲線圖。