一种全反射型的LED路灯透镜光学设计

二次光学是直接决定 LED路灯的输出效率、配光分布、均匀度及眩光程度的重要环节。绿色环保的城市道路照明要求LED路灯产生正好覆盖马路的长方形的光斑，对马路之外的其他地方譬如居民楼和建筑物的光污染尽量的少。XY 非轴对称的自由曲面二次光学的配光设计，是实现此目标的最好的方法。使得在单个透镜模组上就可以完成高效率长方形的输出光斑、蝙蝠翼形的远场角度分布、以及实现截光设计。整个灯头的结构变得非常的简洁，只要将这些完成配光设计的 LED透镜模组，按照同一个方向排列在一块平面的PCB 板上即可，简化了 LED路灯的机械结构、散热管理、以及电源控制的排布。本文介绍了一种全反射型的二次光学透镜的设计，该透镜可以实现很高的输出光效率、蝙蝠翼形的配光曲线分布、以及较均匀的长方形光斑。 

1.技术背景 

LED固态半导体照明技术被认为是 21世纪的战略节能技术。中国、欧洲和北美的许多国家和城市都已经进行了 LED道路照明技术的开发和大力推广，相比于金属卤素灯（MH）和高压钠灯（HPS），LED 路灯拥有更长的寿命（大于 5倍）；除此之外，LED 路灯还具有更好的可控性和光效，可以节能 50%之多。LED 路灯的另一个绿色能源的特征是光源本身不含有害物质汞。光学方面，LED 芯片的小光源特性可以比较容易实现精确的配光和二次光学的优化设计，准确控制光线的方向，把光充分的分配到所需要照明的马路上，防止光污染和眩光。

二次光学设计是决定 LED路灯的配光曲线、输出光效、均匀度、以及眩光指数的一项重要技术。现有市场上大部分的高功率白光 LED 的光度分布是郎伯分布，光斑是圆形的，峰值光强一半位置处的光束角的全宽度约为120°。 LED路灯如果没有经过二次光学的配光设计，那么照在马路上的光斑会是一个“圆饼”，如图1（a）所示，大约 1半左右的光斑会散落到马路之外而浪费掉，并且光斑的中间会比较亮，到周围会逐渐变暗。这种灯装在马路上之后，路灯之间会形成很明显的明暗相间的光斑分布，对司机造成视觉疲劳，引发事故。这种情况下的 LED 路灯就不能叫做“节能”和“绿色照明”了。 

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