新型LED路灯照明的二次光学设计

下面我们从系统效率的角度来估算不同路灯的光效，由表2可见，LED光源的系统效率要比传统钠灯的高很多。 

国内生产各类道路照明灯具的生产厂家也不少。而目前在大功率LED道路照明方面，一些工厂开始进行开发尝试，但若是简单地进行多芯片或多器件组合，则在实际的照射面积、有效面积的照度不均匀性等方面都很难达到国家的相关标准。也就无法将LED路灯应用到支路照明、次干道照明进而拓展到主干道照明领域，而如果硬要为达标准而增加功率，则LED高光效的特点就不复存在。 

要设计适用于半导体道路照明的高效光学系统，关键问题在于设计出有效可靠的光学系统使得光源发出的光均匀的分配道路面上面，即解决有序地光能量的传输问题，而这正是非成像光学的一个主要的研究方向，即给定照度分布光学系统的设计。 

非成像光学是近几十年来逐渐发展起来的专门研究光能量传输问题的新的光学分支，主要通过设计折射和反射表面“有序”控制光线的光学系统，从而提高能量的传输效率。 

在点光源的近似条件下，上述给定照度分布问题的解可以抽象成一个数学模型。然而当在三维空间中考虑该问题时，该问题变成一个非常复杂的二阶非线性蒙特安培偏微分方程，人们进行了各种各样的方法研究这个方程的解法[6][7].由于求解过程非常复杂，在特定的边界条件下得到的解并不具有实用价值，无法得出实用的光学系统。 

我们的研究为解决非成像光学中给定照度问题提供一个新的解决方法和理论依据，能够更方便地将非成像光学应用到半导体照明领域的光学系统设计，能更好地收集和利用光源发出的大角度光线，能更好地发掘LED的潜力，据此设计出全新的LED道路照明系统，提高系统的光效，形成自主只是产权。新的理论与方法也将适用于其它半导体照明应用领域的非成像光学系统设计，如采用LED作为光源的新型汽车车灯、投影仪光源、背光源照明设计等方面。 

因此通过改进道路照明的结构来提高传输效率，具有很大的提升空间。一种较实用的方法是采用非成像光学的原理设计特殊的光学系统，更合理地分配LED发出的光能，可以在满足国家标准对光照度和均匀性要求的前提下，来提高道路照明系统的性能，尽量提高能量的利用率。

3.新型路灯的设计 

在理论研究方面，主要解决半导体光源二次光学设计中三维非成像光学设计的难点，填补国内外在这方面的空白，并能据此研发了具有自主知识产权的城市道路照明应用产品。具有很多其他同类产品无法比拟的优越性： 

照度分布形状合理： 

根据单颗LED设计二次光学系统，其照度分布如图3所示，由于照射形状是一个长方形，可以方便的拼接起一条没有盲区的明亮道路，也就是可以在满足国家道路照明标准的前提下，合理的将能量分配道路面上，有效地减少了浪费的能量。

高均匀性，高效率：