《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁(yè) > 顯示光電 > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > LED路燈反光碗式和透鏡式的二次光學(xué)研究
LED路燈反光碗式和透鏡式的二次光學(xué)研究
摘要: LED芯片光效的提升和價(jià)格的降低,,都使LED道路照明越來(lái)越近,,專業(yè)的光學(xué)設(shè)計(jì)也使得照明效果有很大提升,,也有更多的廠家在作這樣的嘗試,,本文提出一個(gè)新的光學(xué)解決方案——獨(dú)立單元的反光器,,旨在為人們尋求一種新的LED道路照明解決方案,。
Abstract:
Key words :

  LED照明將先在道路照明中廣泛應(yīng)用,,這樣的推斷是基于LED的長(zhǎng)壽命,、高效率,、光線利用率高等特點(diǎn),。很多人對(duì)LED在道路照明中的應(yīng)用已經(jīng)作了很多嘗試,但是不難看到這兩三年來(lái)LED路燈" title="LED路燈">LED路燈并沒(méi)有得到很好的發(fā)展,,究其原因在于:成本高,、壽命短,、照明效果差(均勻性差)。

        值得慶幸的是上游產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,,LED芯片" title="LED芯片">LED芯片光效的提升和價(jià)格的降低,,都使LED道路照明越來(lái)越近,專業(yè)的光學(xué)設(shè)計(jì)也使得照明效果有很大提升,,也有更多的廠家在作這樣的嘗試,,本文提出一個(gè)新的光學(xué)解決方案——獨(dú)立單元的反光器,旨在為人們尋求一種新的LED道路照明解決方案,。

  與透鏡相比,,反光器的特點(diǎn)在于:成本低、效率高,、裝配容易,。

  常見(jiàn)透鏡材料為PMMA,目前的技術(shù)PMMA材料的透射率只有94%,,制作成透鏡后由于折返射的效果,,通常會(huì)有更多的額外光損失,以以下實(shí)例說(shuō)明:

  設(shè)置了一光源,,產(chǎn)生50000條光線:

LED

LED

  未有PMMA透光板時(shí),,效率為100%,現(xiàn)在在正前方設(shè)置一理想狀態(tài)PMMA透明平板:

LED

LED

        效率變?yōu)?4.337%,。

        (注:圖中出現(xiàn)16808Rays是因?yàn)橐桓饩€經(jīng)過(guò)PMMA與空氣的接口可能會(huì)同時(shí)發(fā)生折射和反射,,因而增加了光線數(shù)量,但是從能量角度產(chǎn)生了一定損耗,。)

  若將PMMA材料制作成透鏡,,則損耗更大,以下列舉市面上常見(jiàn)的PMMA材料透鏡為例(考慮到透鏡背部總有漏光現(xiàn)象,,而實(shí)際上漏光是無(wú)法利用的,,因此在系統(tǒng)背部設(shè)置了全吸收的基板,以增強(qiáng)數(shù)據(jù)的嚴(yán)謹(jǐn)性):

LED

透鏡外形圖

LED

光線經(jīng)過(guò)透鏡后的雜散光分析

 
該透鏡效率實(shí)際只有86%

  反光式光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)分析比較容易,,經(jīng)過(guò)對(duì)光源的出光能量分布分析,,通過(guò)再分配的方式設(shè)計(jì)道路照明適合的透鏡。

  光源Lambertian出光模式(即常見(jiàn)的Lumileds,、CREE,、Edison LED),結(jié)合設(shè)計(jì)的反光器,,出光的兩個(gè)角度分別為50度和120度,,即路燈放置于10米桿高可以在地面形成約12×30米的均勻光斑,根據(jù)照度需求增加/刪減單元個(gè)數(shù),。

  1,、光線軌跡:

LED

LED

  2、單顆1W照明效果圖(照度分布):

LED

  3,、以下是模擬一段道路的照明效果:

  道路為15米寬,,采用對(duì)稱式部燈,10米桿高,,32米桿距,,燈具安裝角度為5度,懸臂長(zhǎng)1.5米,。馬路表面照度均勻,,90%光線集中于馬路上,路邊照度逐步遞減,,沒(méi)有硬光邊,,不會(huì)引起駕駛?cè)藛T的視覺(jué)不適。

LED

  效率分析:

  經(jīng)反光系統(tǒng)的照射光線分為“直接光線”和“反射光線”,,即部分光線無(wú)需通過(guò)反光壁直接散射,,而另外一部分光則經(jīng)過(guò)反光壁照射到相應(yīng)的位置。

  將反射壁設(shè)置為“Perfect Absorber”,,然后根據(jù)出射效率即可以得到有多少光線不需要經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)直接照射:

LED

  由此可見(jiàn):該光學(xué)系統(tǒng)中有41.88%的光是直接照射,,不需經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng),即能量損失為0,,另有58.12%的光需要經(jīng)過(guò)反射壁反射,,反射效率取決于反射壁材料及加工工藝。通過(guò)鍍?cè)鰪?qiáng)鋁膜或者銀模,,反射效率可以達(dá)到90%以上,,因此反光系統(tǒng)效率可以達(dá)到并超過(guò)以下數(shù)值:

41.88%+58.12%×90%=94.19%

  遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于透鏡方式的86%的效率,即100lm的光我們可以利用到94.19~98.84lm,。

  該反光碗最大優(yōu)點(diǎn)是效率高,,使用光源是常見(jiàn)的Lambertian出光模式的LED,單顆光源達(dá)到這樣的效果而不是排列組合,,因此可以根據(jù)路燈功率需要增減LED數(shù)量,。

此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng),未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載,。