高準直高效能LED警示燈

　　高度專(zhuān)業(yè)的警示燈普遍應用在高樓建物、航海、航空等高度要求安全的場(chǎng)所，以臺灣地區為例，隨著(zhù)建筑物的高度提升，許多大樓、煙囪都必須裝載障礙燈以維護飛航安全，另外海上與機場(chǎng)等場(chǎng)所都必須具備警示燈作為航道導引的光源來(lái)源，故市場(chǎng)上有越來(lái)越多的需求;但島內目前市場(chǎng)上也因為普遍技術(shù)上的瓶頸，以生產(chǎn)一般警示燈為主，能夠生產(chǎn)航空、航海用等高級警示燈的公司幾乎沒(méi)有，以至于臺灣使用的警示燈常常必須向海外購買(mǎi)，例如臺北101與臺灣高鐵皆花費高額經(jīng)費向國外采購警示燈，故希望并且藉由技術(shù)突破，將可以創(chuàng )造出極高價(jià)值的產(chǎn)品。

1.原理架構與方法

　　主要用光學(xué)仿真軟件ASAP來(lái)做光線(xiàn)追跡和統計與仿真數據的程序。

1.1LED光源的燈罩

　　首先我們利用實(shí)驗室學(xué)長(cháng)設計出的一個(gè)準直LED燈如圖1所示，其結果可如圖2所示發(fā)散角度在-3～3度之間，其均勻性可達83.6%如圖3所示

1.2警示燈內部結構

1.反射鏡面：

　　利用反射定律：入射角等于反射角，且入射線(xiàn)不變時(shí)，平面鏡轉 角，反射線(xiàn)則改變?yōu)?角平面鏡成像。

　　我們利用這反射鏡面將光線(xiàn)反射到四面八方因為目標垂直發(fā)射角度：0～6°，而準直LED燈發(fā)散角度在-3～3度，故反射光線(xiàn)需要旋轉3度，則鏡面只需旋轉1.5度，所以反射鏡面與水平的角度為45+1.5=46.5度，其設計如圖4。

　　將單一個(gè)準直LED燈往上打的光經(jīng)過(guò)反射面后，向上的準直光線(xiàn)反射至水平方向，可以測出光的垂直發(fā)散角度在0～6度間，水平發(fā)散半強角度在-8～8度間，水平方向的照度均勻度只有36%，如圖6所示；圖5為待檢測面示意圖，因為照度分布會(huì )成環(huán)形對稱(chēng)，故圖7光照度分布圖只擷取0～30度的范圍

2.柱狀鏡：

　　因為在水平方向的均勻性并不是很理想，只有36%而已，故我們利用光線(xiàn)折射的特性，設計一柱狀鏡來(lái)使光線(xiàn)在水平方向的分布可以更加的均勻，光路示意圖如圖8所示

　　如此利用柱狀鏡使水平方向為一個(gè)發(fā)散的光線(xiàn)，示意圖如圖9、圖10.

　　將經(jīng)過(guò)反射鏡面的光經(jīng)過(guò)折射罩后，可以量測出光的垂直發(fā)散角度還是在0～6度間，但水平發(fā)散半強角度已散至約在-25～25度間，而水平方向的照度均勻度增加至63%，如圖12、圖13所示；圖11為待檢測面示意圖

　　3.結果

　　將LED光源的燈罩、反射鏡面及柱狀鏡組合起來(lái)，整體結構圖如圖14所示，作整體系統的光分布調控，利用ASAP光學(xué)仿真軟件，將待檢測面放置在八公里外，如圖15、圖16所示。

　　所測量之強度分布圖如圖17所示，紅色線(xiàn)部分代表垂直方向之光強度分布，有達成目標垂直發(fā)射角度：0-6°，光照度分布圖如圖18所示，其照度均勻度達50%

　　4. 結論

　　在本篇研究中LED警示燈之設計，在放置準直且均勻LED燈罩、反射罩與折射照之整個(gè)系統用光學(xué)軟件仿真最后結果，發(fā)現在8公里外偵測面之光線(xiàn)垂直發(fā)射角度約在0-6°，而整體(6顆LED)輸出有效光均勻度大約為50%；由于這類(lèi)產(chǎn)品應用的環(huán)境是安全高度要求的場(chǎng)所，所以會(huì )依照不同場(chǎng)所再訂定出有關(guān)燈具光強度(cd/m2)、可視距離及角度等使用規范，而上述的結果則有達到相關(guān)之規范。