摘要： 随着半导体照明技术的发展，LED路灯应用日益广泛。其二次配光设计对LED路灯照明具有重要的作用。LED路灯应用中，为了使其照度和照度均匀度满足一定的要求，设计采用了自由曲面透镜的二次配光。根据折射定律、目标照明面光分布和照度均匀建立自由曲面的方程，数值法求得面型数据并导入建模软件拟合成透镜实体，对利用自由曲面透镜配光的LED及LED路灯进行了光线追迹仿真及分析。结果表明基于自由曲面透镜的LED路灯具有较好的照度、亮度和均匀度。
关键词： 二次配光； 自由曲面； 照度均匀度； LED路灯
中图分类号： TN 31； O 43 文献标识码： A doi： 10.3969/j.issn.10055630.2012.02.014
引 言
LED（发光二极管）作为光源的照明，具有节能、高效、环保及寿命长的显著优势，是全球最具发展前景的高新技术领域之一[1]。由于LED为小光源，适合于配光以及二次光学优化设计，所以能较准确控制出射光线方向，提高光利用率、照度均匀度，能有效防止眩光、光污染等。
目前，LED路灯的光源为朗伯发光体，与传统光源存在很大差异，所以需根据LED特点来进行配光设计，提高LED路灯的性能。同时，LED光源直接用于照明，光斑中心点处很亮四周较暗，路面照度均匀差，出射光线在路面上利用率低，不能满足道路照明设计的要求，这就需要对其进行相应的二次配光。文中采用自由曲面透镜对LED路灯进行二次配光，可将大部分出射光分布在照射区域提高光利用率，LED光源在目标平面上可均匀照明[24]，并以此组成LED模组使光线足以覆盖道路，将LED模组弧形排列并适当调整弧度，使得LED路灯光线在道路方向上形成矩形分布[2，5]。
1 自由曲面透镜设计
LED路灯多用于支路、次干路，文中以在支路上的LED路灯为例来设计LED路灯的配光。LED路灯采用双侧对称布置方式，安装位置高度10 m、灯间距20 m、道路宽度14 m，所以单侧设计LED路灯需在路面上产生长20 m、宽7 m的长方形光斑，并有良好的照度均匀度。以单粒LED在照明区域上形成均匀分布的圆形光斑为单位，设计自由曲面的透镜[3，4]。光源发出的光线经过透镜的折射到达照明面，根据Snell定律、向量运算、照度均匀及能量守恒定理可以得到方程组，其解即为自由曲面的面形数据。
3 结束语
文中探讨了一种用于LED路灯配光的方法，并设计了用于LED路灯均匀照明的自由曲面透镜，以其作为二次配光元件设计LED透镜模组和LED路灯。经过对LED路灯仿真实验，对照度均匀度进行了分析，该LED路灯的照明设计结果符合道路照明设计要求。基于自由曲面的LED路灯配光设计方案，具有较好的发展前景。随着LED照明技术的发展，LED路灯的应用将更广泛。
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