LED路燈光學(xué)設(shè)計(jì)(羅毅)_圖文(精)

1、LEDLED 道路照明光源的配光設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)羅毅, ,錢可元清華大學(xué)集成光電子學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室清華大學(xué)深圳研究生院體照明實(shí)驗(yàn)室內(nèi)容a城市道路照明系統(tǒng)的功能a從道路照明國家標(biāo)準(zhǔn)看配光設(shè)計(jì)的意義a傳統(tǒng)路燈配光曲線模型a理想路燈的光場分布a二次光學(xué)的非成像光學(xué)設(shè)計(jì)a系統(tǒng)散熱及及可靠性設(shè)計(jì)半導(dǎo)aLEDLED 路燈應(yīng)用推廣的對策城市道路照明系統(tǒng)的功能a照明一一行人、車輛以辨認(rèn)道路之便利? ?達(dá)到一定的照度a照明以外的功能一一美化、氣氛、安全? ?造型、光色、變幻比照度更重要從道路照明國家標(biāo)準(zhǔn)看配光設(shè)計(jì)的意義a道路照明國家標(biāo)準(zhǔn)的重點(diǎn)：照明區(qū)域的設(shè)定1212 最小照度（亮度的要求 3.3.路面照度的均勻度 4

2、.4.眩光及光污染的限制240240400400道路亮度（cd.mcd.m -2-2 照度（lxlx 燈具安裝高度（m m路面寬度路面照明長度（m m 路面照明面積（m m 2 2 平均等級（m m 平均亮度均勻度照度均勻度最低高度最高高度最小長度最大長度最小面積最大面積1.00.35150.3581010325032050C1.00.35150.3581010325032050CE0.50.50.350.358 80.350.356 68 81010242440401003503510035035H無配光系統(tǒng)的照射模型a a 朗伯型光源的照射模型 b b 在路面照度強(qiáng)度分布國家標(biāo)準(zhǔn)考核的路面

3、照明模型理想的照明區(qū)域燈桿被照區(qū)域 1010 米4040 米與現(xiàn)有光源的配光曲線相去甚遠(yuǎn)傳統(tǒng)路燈的配光光效a發(fā)光的立體角為 4 4n;a有50%50%的向上的光要靠反光碗反射15%15%損耗; ;如光源為近似朗伯源在 1212 米的燈桿高度的情況下，照在國家規(guī)情況下照在國家規(guī)定的 10 x4010 x40 米范圍內(nèi)的光能45%45%。45%45%LEDLED 路燈的優(yōu)勢- -光學(xué)配光方面的優(yōu)勢a發(fā)光立體角??；近似點(diǎn)光源便于二次光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)a近似點(diǎn)光源，便于二次光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；a均勻度有望大大提高(0.7(0.7；aLEDLED 為冷光源，便于二次光學(xué)器件的制作；0燈具總的光效高；照明效果LE

4、D100LED100 lm/wlm/w 傳統(tǒng)燈具的 100100 lm/wlm/w給定照度分布問題三維設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)定義了一個(gè)從光源到照射平面的光學(xué)系統(tǒng) 定義了個(gè)從光源到照射平面的一個(gè)映射，如果映射連續(xù)可微在照射區(qū)域形成的照度 分布為 L(p:iL(p:i p pY-G G J J 可微，在照射區(qū)域形成的照度分布為L(pL(p L L I I i i J J i i =G=G G G G G (/|(|(/|(|p p 在三維空間中該方程在三維空間中，該方程是一個(gè)高度非線性的MoMo nge-Amperenge-Ampere 偏微分方程，在各種邊界條件下求通解非常困難。映射 丫示意圖給定照度分布

5、問題a數(shù)學(xué)角度: :二階偏微分方程揭示了照度問題的數(shù)學(xué)本質(zhì)，所有可能的設(shè)計(jì)都是 該方程的解。學(xué)本質(zhì)所有可能的設(shè)計(jì)都是該方程的解a物理角度：幾何光學(xué)并沒有對光線的能量進(jìn)行描述，一束光線不能夠代表一定 的能量。因此，當(dāng)面對和能量有關(guān)的問題的時(shí)候，必須在幾何光學(xué)的基礎(chǔ)上（折射，反 射定律加入能量的概念，的基礎(chǔ)上（折射反射定律加入能量的概念也就是前面的能量 守衡方程聯(lián)合逆向求解三維光學(xué)表面數(shù)據(jù)點(diǎn)的計(jì)算a利用疊代的方法得到透鏡表面的坐標(biāo)點(diǎn)和法向矢量曲面各點(diǎn)的坐標(biāo)曲面各點(diǎn)的法矢三維光學(xué)表面的造型a離散的數(shù)據(jù)點(diǎn)和表面法矢透鏡的表面模型二次光學(xué)系統(tǒng)安裝示意圖設(shè)計(jì)實(shí)例一光場分布實(shí)際設(shè)計(jì)部件仿真照度分布圖新型 L

6、EDLED 路燈的特點(diǎn)a光能的高效利用a光源為近似朗伯源，在 1212 米的燈桿高度的情況下10 x4010 x40 米范圍內(nèi)的光能80%80%。應(yīng)用的靈活性，照在國家規(guī)定的a每個(gè)單獨(dú) LEDLED 光源系統(tǒng)出射的光場是相同的；單個(gè)光源a可以根據(jù)實(shí)際路面的照明要求簡單地改變 LEDLED明要求，簡單地改變 LEDLED的數(shù)量，而不用改動(dòng)光的數(shù)量而不用改動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)。系統(tǒng)散熱及及可靠性設(shè)計(jì)a路燈功率的估算LEDLED 光效:90lm/W:90lm/Wa光效:90:90 lm/Wlm/Wd高壓鈉燈光效:100-120lm/W:100-120lm/Wa二次光學(xué)與燈具系統(tǒng)效率的改進(jìn)節(jié)能左右節(jié)能 50%50%左右主干道的路燈功率應(yīng)在 100-200W100-200W 之間! !100200W100200W系統(tǒng)散熱及及可靠性設(shè)計(jì)a系統(tǒng)散熱必須考慮整機(jī)的低熱阻a產(chǎn)業(yè)化則必須考慮成本與制作的簡易性無風(fēng)扇熱管等復(fù)雜被動(dòng)散熱系統(tǒng)分散型散熱系統(tǒng)無風(fēng)扇、熱管等復(fù)雜及運(yùn)動(dòng)部件從壽命及燈具可靠性考慮 30W30W LEDLED ? 30W30W LEDLED 集成模組實(shí)際路燈的設(shè)計(jì)外形照度均勻性高a照度均勻性可達(dá) 7080%;7080%;a可以實(shí)現(xiàn)基本光場的無縫連接，使馬路真正呈現(xiàn)出一條連續(xù)的 光毯 正呈現(xiàn)出條連續(xù)的光毯。LEDLED 路燈應(yīng)用推廣的對