[发明专利]一种自由曲面LED路灯光学设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及LED路灯照明灯技术领域，具体涉及一种自由曲面LED路灯光学设计方法。

技术背景

LED(litht Emitting Diode，发光二极管)路灯，即使用LED作为光源的照明灯，它是公共照明领域里面非常重要的一个部分。其特点是由GaN基功率型蓝光LED与黄色荧光粉合成高效的白光发光二极管，具有高效、安全、节能、环保、寿命长、响应速度快、显色指数高等特点。

正是因为LED光源具有节能、环保、寿命长、耐震动、控制灵活、响应速度快等优势，在路灯照明领域，越来越多的人选择LED做为路灯光源。随着我国节能减排国策的深入实施，绿色照明已经纳入了节能重点工程之一，在这些有利的政策的引导之下，照明产品生产企业数量以年增长率超过30％的惊人速度发展，目前开发和生产一白光LED为光源的照明灯具企业将近上千家。

目前，以单粒LED为光源的照明系统不断增多，如LED投影仪、LED矿灯、LED射灯以及LED阅读灯等。LED芯片的出光为Lambertian分布，这样的光场分布，如果不经过合适的光学系统处理而直接应用，在大多数情况下都难以满足照明灯具和器件所需要达到的性能指标。为了解决该问题，一般都要对LED进行二次光学设计，而路灯的二次光学设计中如果仅仅是使用比较简单的透镜，还是无法很好的满足视角，均匀度的需求，为了解决这一问题，在已知路面的情况下，可以专门的设计一个LED自由曲面透镜来解决如下问题。

发明内容

本发明主要是解决采用大功率白光LED作为路灯光源时，如何进行二次光学设计，使多个LED发光光源组成的发光系统及响应的配光系统能够满足现有国家相关标准规定的路灯光源方面的使用要求。

本发明充分利用LED路灯本身的光学特性，灯体自身结构特点而设计。

本发明一种自由曲面LED路灯光学设计方法包括自由曲面透镜设计、LED路灯的排列方法，LED路灯的各列LED灯以及其透镜的旋转角度。

进一步地，本发明所述自由曲面透镜设计，其特征在于设计一个发散角是48度的自由曲面透镜，每颗LED灯安装一枚发散角是48度的自由曲面透镜，使其在路面上可以形成均匀光斑。

进一步地，所述LED路灯的排列方法，其特征在于将60颗1W的具有类似朗伯光分布的LED灯及其透镜按照10列排列，每一列包含6颗LED路灯，每颗之间的距离是2cm。能够满足在该路面上形成可以达到国家标准的光斑。

进一步地，所述LED路灯的各列LED灯以及其透镜的旋转角度，其特征在于各列LED灯及其透镜的旋转角度包括绕沿路面行使方向的旋转角度和绕沿垂直于路面行使方向的旋转角度，通过角度调整使每列LED灯旋转的角度保持一致；每列LED灯及其透镜绕沿路面行使方向的旋转角度分别是：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灯及其透镜绕沿垂直于路面行使方向的旋转角度分别是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，且在灯的轴线的截面上呈对称分布。

与现有技术相比，本发明设计的LED路灯光学设计方法，无需过多的光学配件，减少了光能损失，并且可以形成比较均匀的光斑。

附图说明

图1为LED路灯垂直于路面方向的路灯发散角示意图；

图2为LED路灯发散角为48度的LED自由曲面透镜示意图；

图3为LED路灯的分布示意图；

图4在行驶方向LED灯及其透镜绕Z轴的夹角以及在垂直于行驶方向LED灯及其透镜绕Z轴的夹角示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的具体实施方案进行说明：

根据附图1可知，本发明主要针对路面宽度是8m，长度是30m，灯高是8m并且路灯放在离路边1m的情况，由几何关系可知，覆盖沿垂直于路面行使方向路灯的发散角是48度。根据自由透镜的设计方法用MATLAB编程计算得到自由曲面的数据，然后将得到的数据导入PROE进行建摸，最后用光学分析软件TRACEPRO进行验证其发散角为48度，均匀度在85％以上，设计一个发散角是48度的自由曲面透镜，图2反映了透镜的外形及其发散角的大小。

根据路面大小以及国家照明标准计算所需的总光通量，从而确定所需LED路灯的颗数是60颗，给每颗LED灯安装一个自由曲面透镜，将这60颗LED灯及其透镜按照附图3所示的6行10列进行布局，每颗LED灯及其透镜的距离是2cm。