光学设计在大功率LED道路照明上的应用[2]

　　现在的交通道路照明设计通常采用常规光源的配光曲线呈广角度圆周正态分布，而现在道路照明设计大都采用单侧照明，这样就会造成局部光源浪费在屋边照明的地方; 另外因为依照现在的交通照设计标准，道路方向路灯间距一般是3倍于灯高，由于常规光源的配光曲线的关系造成有些光源无法照明的黑暗地带。这不仅造成能源的浪费，也给夜间行驶带来很大的不便，产生安全隐患。

 

图4 传统路灯屋边照明过多浪费

 

图5 传统路灯的灯间不匹配形成照明暗区

　　3. 光学设计原理

　　解决上述问题，本文通过设计一种光学透镜，并封装在大功率LED光源上，通过该透镜对光源的发光方向作出改变，使其传播方向发生偏移，以达到提高灯具的照明利用率，保证夜间行车安全的目的。

　　根据光的折射定侓，光线在经过不同的传播介质时，会在介面上发生传播方向的偏移，偏移的方向同入射角度及所经过的传播介质的折射率有关。光的折射率公式： n1sinθ1 = n2sinθ2 ,其中，n1和n2分别是两个介质的折射率，θ1和θ2分别是入射光(或折射光)与界面法线的夹角，叫做入射角和折射角。

　　本文设计的透镜顶部是一个倒圆角的矩形，此矩形与水平面保持一定的斜度，通过光线的折射成为达到光线偏移的目的。

　　上面有提到现在的道明照明设计中，灯距一般是灯高的3倍，而灯高一般等同于道路的路宽，根据几何三角关系可以计算出照明灯具的配光角度应当为C0/180方向约140度，C90/270方向约80度。计算的示意图请参照下面图6。

　　同样的，为了提高路灯在道路照明利用率，我们尝试让灯具的发光光强中心往道路方向倾斜一定角度，理想状况是光强中心落在道路中心线上。考虑到路灯灯具本身与水平方向会有大约10度的仰角，依据几何三角关系可以计算出灯具发光光强中心要往道路方向偏移15~20度。计算的示意图请参照下面图6。

 

图6 灯具安装示意图

　　透镜装配在LED支架上，支架上固有大功率LED晶片。透镜的表面上可以增镀增透膜，在透镜与晶片间的空腔采用耐高温硅胶灌封，以减少光线在空腔中的多次反射，直接通过透镜折射出去。