LED路燈光學系統(tǒng)的混合型反射罩結構設計

1 傳統(tǒng)的路燈照明

　　目前，用于路燈照明的光源類型主要有：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、長壽命、強穿透性等優(yōu)點而被廣泛采用。其基本光學結構由光源、反射器及透明燈罩組成。由于光源的光輻射幾乎占據(jù)整個空間的這個特點，因此需要采用對路燈的光學系統(tǒng)進行配光設計從而達到國家標準路燈燈具的光度參數(shù)。通常高壓汞燈型路燈的反射器是采用拋物面凹槽進行配光。它能調(diào)整使光照明在所需的區(qū)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路燈的光學設計思路

　　2.1 LED路燈光學系統(tǒng)

　　對于LED路燈的光學結構大致分為兩種：投射式和反射式。投射式路燈光學結構通常由旋轉(zhuǎn)拋物線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進行再次配光，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。而反射式光學結構，其結構如圖1b所示，由于只需對反射罩進行配光設計，所以被越來越多的光學設計者采用。本文也是采用反射式光學結構，并對反射罩進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 照明光學計算機輔助設計

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

　　(1)確定LED光源的數(shù)量，建立光源的模型并設置其參數(shù);

　　(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，并利用光學軟件進行仿真;

　　(4)對仿真結果進行分析，比較仿真結果與道路照明配光要求的差異;

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

　　2.3 混合式結構設計

　　目前，反射式光學結構已經(jīng)應用于越來越多的領域，而其難點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照明配光要深圳市的反射面面型。為了把反射光線定向到指定的照明區(qū)域，有兩種可能的途徑，即光源發(fā)出的光線向同側反射和向?qū)确瓷?，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?qū)确瓷涞姆绞椒謩e對X方向和Y方向的反射面面型進行了設計，以滿足現(xiàn)場道路照明的需求。光源置于橢球的前焦點Fl處，如圖3所示是橢球反射面模型。

　　圖3 橢球反射面模型