LED路燈光學(xué)系統的混合型反射罩結構設計

1 傳統的路燈照明

　　目前，用于路燈照明的光源類(lèi)型主要有：金屬鹵化物燈、白熾燈和高壓鈉燈等。其中高壓鈉燈由于其高發(fā)光效率、長(cháng)壽命、強穿透性等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。其基本光學(xué)結構由光源、反射器及透明燈罩組成。由于光源的光輻射幾乎占據整個(gè)空間的這個(gè)特點(diǎn)，因此需要采用對路燈的光學(xué)系統進(jìn)行配光設計從而達到國家標準路燈燈具的光度參數。通常高壓汞燈型路燈的反射器是采用拋物面凹槽進(jìn)行配光。它能調整使光照明在所需的區域。而采用LED作為新型路燈照明的光源，就需要尋求一種新的配光模型為LED光源配光，以達到路燈照明的光度指標。

　　2 LED路燈的光學(xué)設計思路

　　2.1 LED路燈光學(xué)系統

　　對于LED路燈的光學(xué)結構大致分為兩種：投射式和反射式。投射式路燈光學(xué)結構通常由旋轉拋物線(xiàn)型反射罩和透鏡組成，但是單一的這種結構還達不到路燈照明的配光要求，所以必須采用透鏡來(lái)進(jìn)行再次配光，如圖1a所示，這種方式對反射罩和配光鏡之間的配合要求很高，給設計、安裝和維護增加了難度。而反射式光學(xué)結構，其結構如圖1b所示，由于只需對反射罩進(jìn)行配光設計，所以被越來(lái)越多的光學(xué)設計者采用。本文也是采用反射式光學(xué)結構，并對反射罩進(jìn)行了混合式結構設計。

　　圖1a 投射式結構圖

　　圖1b 反射式結構圖

　　2.2 照明光學(xué)計算機輔助設計

　　照明光學(xué)設計屬于非成像光學(xué)設計，主要是從能量傳遞規律的角度對光學(xué)系統進(jìn)行研究，基本采用非序列光線(xiàn)追跡，常用的計算照度的方法是采用蒙特卡羅方法。本文采用Tracepm光學(xué)仿真軟件進(jìn)行模擬仿真。設計的基本步驟如下：

　　(1)確定LED光源的數量，建立光源的模型并設置其參數;

　　(2)建立混合式反射罩結構的三維模型;

　　(3)確定LED光源的排列方式，并利用光學(xué)軟件進(jìn)行仿真;

　　(4)對仿真結果進(jìn)行分析，比較仿真結果與道路照明配光要求的差異;

　　(5)根據仿真結果中的差異或未達到要求的部分，對相應參數進(jìn)行反復修正，直到滿(mǎn)足設計要求。

　　2.3 混合式結構設計

　　目前，反射式光學(xué)結構已經(jīng)應用于越來(lái)越多的領(lǐng)域，而其難點(diǎn)在于反射器結構的設計，就是如何設計出符合所需要的光學(xué)照明配光要深圳市的反射面面型。為了把反射光線(xiàn)定向到指定的照明區域，有兩種可能的途徑，即光源發(fā)出的光線(xiàn)向同側反射和向對側反射，分別如圖2a和圖2b所示。

　　圖2a 同側反射方式

　　圖2b 對側反射方式

　　針對所使用LED光源的發(fā)光特性和照明范圍的要求，本文中采用向對側反射的方式分別對X方向和Y方向的反射面面型進(jìn)行了設計，以滿(mǎn)足現場(chǎng)道路照明的需求。光源置于橢球的前焦點(diǎn)Fl處，如圖3所示是橢球反射面模型。

　　圖3 橢球反射面模型