用于道路均匀照明的LED自由曲面透镜设计.pdf

2014年 8月 照明工程 学报 Jun． 2014 第25卷 第 4期 ZHAOM ING GONGCHENG XUEBA0 V01．25 NO．4 用于道路均匀照明的LED 自由曲面透镜设计 贺志华 ，董前民，王少雷，李 敏 (中国计量学院光学与电子科技学院，浙江 杭州 310018) 摘 要 ：鉴于 LED在道路照 明应用 中的复杂性和特殊性 ，以非成像光学为基础 ，提 出了一种新颖 的用于道路均匀 照明透镜设计方案 。运用微分几何原理，建立 自由曲面面型的一阶拟线性双 曲型偏微分方程 ，并在 matlab中进行 数值求解 ，将所得面型数据导人 SolidWorks中建立透镜模型，该透镜将 LED朗伯分布转化为道路照明所需的蝙蝠 翼分布。通过 Tracepro对所建透镜进行光线追迹 ，结果表 明 10m处 目标面 的整体均匀度在 85％以上 ，能量利用率 为 89．2％。在对扩展光源配光时，该光学系统仍保持较好 的照明效果，不仅有效照明区域符合预期，且照度均匀 度优于0．80。用 DIALux模拟该透镜组成 的5×10式模组的路灯系统的照明效果，结果显示路面照度均匀度达 0．83，符合国家标准。 关键词 ：偏微分方程 ；LED光学设计 ；均匀度 ；道路照 明 中图分类号 ：0439 文献标识码 ：A DOI：10．3969／j．issn．1004440X．2014．04．016 LED Freeofrm LensDesign forStreetUniform Illumination HeZhihua，DongQianmin，WangShaolei，LiMin (CollegeofOpticalandElectronicTechnology，ChinaJiliangUniversity，Hangzhou 310018，China) Abstract： GiventhecomplexityandparticularityoftheLED intheapplicationofstreetlighting，thispaper presentsanew lensdesignmethodforstreetuniform lightingbasedonnon—imagingoptics．Usingthetheory ofdifferentialgeometry tosetup thefirst--orderquasi--linearhyperbolicpartialdifferentialequationsofthe freeofrm lenssurface，andsolveitbynumericalsolution in matlab，usingthedataofthelensprofile，the lensmodelisestablishedinSolidWorks．ThedesignedlenscanconverttheLambertdistributionoftheLED intothebatwingdistribution ofrstreetlighting．Thedesignedopticalsystem simulatedwithray—tracingin TracePro，theresultsshow thattheoveralluni~rmityofthe 10m distancetargetplane isabove85％ ，and theefficiency is89． 2％ ．Thisopticalsystem stillmaintainsgood lightingeffectwhen pointatextended lightsource．Notonly isthe effective illumination area in linewith expectations，butalso can keep the uniformityabove80％ ．Thestreetli