LED路燈光學系統的混合型反射罩結構設計與理論分析

1 傳統的路燈照明

　　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光效率、長壽命、強穿透性等優點而被廣泛采用。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整個空間的這個特點，因此需要采用對路燈的光學系統進行配光設計從而達到國家標準路燈燈具的光度參數。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。它能調整使光照明在所需的區域。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

　　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律的角度對光學系統進行研究，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光源的數量，建立光源的模型并設置其參數;

　　(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)根據仿真結果中的差異或未達到要求的部分，對相應參數進行反復修正，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域，有兩種可能的途徑，即光源發出的光線向同側反射和向對側反射，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光源的發光特性和照明范圍的要求，本文中采用向對側反射的方式分別對X方向和Y方向的反射面面型進行了設計，以滿足現場道路照明的需求。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