LED路灯的光学系统研究与设计[2]

　　2.4 照度的计算方法

　　目前采用的照度计算公式通常都是基于如图4的计算模型，其中，ds代表轴E点附近的物面上的微小面积,ds’代表轴上点附近像面上的微小面积，U表示物方孔径角、U’表示像方孔径角，而物面亮度为L、像面亮度为L’，物方ds在立体角U范围内所发出的光通量φ则可以表示为：

　　（公式3）

　　则从出瞳人射到像面微面积ds’上的光通量φ’为：

　　（公式4)

　　于是可得到像面的照度E’为：

　　（公式5）

　　当物方空间和像方空间的介质一致时，像面亮度L’等于物面亮度L与系统透射率ro的乘积，即：

　　（公式6）

　　则(5)式就可以表示为：

　　（公式7）

　　图4 照度汁算模型示意图

　　2.5 LED光源的排列方式

　　现阶段单颗LED的发光效率有限，要应用于LED路灯照明中，需要将多个LED以一定的形状阵列，出于灯具成本的考虑，在达到照明要求的同时希望采用尽可能少的LED，这就需要找到一种合适的排列方式。而根据LED光源的发光特性及道路照明的基本要求，本文采用10x6的阵列形式，同时对每一列光源进行不同角度的偏转。

　　2.6 仿真结果

　　图5是采用光学软件Tracepro进行多次仿真模拟得到的结果。，图5a是照明区域分布模拟效果图，从图中可以看出通过对反射罩的设计和光源排列角度的控制，在给定照明区域内基本形成均匀照明，这样既提高了光源的利用率、减少了光污染、保护了人眼健康，同时又有效的提高了驾驶员对路面情况的辨识。，而图5b是照度分布图，图中范围较宽的曲线表示0度方向(即车辆行驶方向)的照度分布，而范围较窄的曲线表示90度方向的照度分布。从图5b可以清晰的看到，90度方向E照度分布在121x左右比较均匀，而0度方向照度在10X至141x之问变化：只是在边缘区域小范围内的照度比平均照度偏低，不过还是基本达到了国家标准所要求的照明区域内10X至151X的照度要求。

　　图5 仿真结果

　　3 结论

　　从仿真模拟得到的结果来看，基本达到了照明区域内均匀矩形配光的要求，下一步将继续开展如何提高矩形配光的边界性与照明区域的照度均匀度，并结合大功率LED光源本身的发光特性对反射罩和光源的偏转角度进行优化，从而实现所需的配光设计，或从新型的反射罩结构等角度进行研究与探索。

　　LED作为一种新型的光源，具有绿色、环保、节能的优点，已逐步被人们接受。随着半导体材料的发展和生产工艺的不断完善，在未来五到十年内LED路灯将大规模的取代传统光源的路灯，LED路灯将掀起照明领域的又一次革命。

编辑：Cedar