基于菲涅尔透镜的室内LED射灯配光设计.pdf

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1、第33卷第2期2011年4月光学仪器OPTICALINSTRUMENTSVol-33。No．2April，2011文章编号：1005-5630(2011)02-0038-05基于菲涅尔透镜的室内LED射灯配光设计*祝华，贺叶美，李栋，梁雪，张航(浙江工业大学应用物理系，浙江杭州310023)摘要：为了将LED发出的光均匀投射到3m远直径为lm的圆形区域内，设计了一种LED(发光二极管)射灯。采用菲涅尔透镜对射灯进行二次光学配光设计，并通过调整菲涅尔透镜的各个独立环带的倾角来优化投射光的分布。文中对菲涅尔透镜

2、的投光效果、安全性和加工误差等方面进行了考察，结果表明设计是安全的、可靠的并具有良好的投光效果。关键词：LED射灯；菲涅尔透镜；二次光学设计中图分类号：TU113．6文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005-5630．2011．02．009DesignoflightingdistributionofinteriorLEDspotlightsbasedonFresnellensZHUHua，HEYemei，LIDong，LIANGXue，ZHANGHang(DepartmentofAppl

3、iedPhysics，ZhejiangUniversityofTechnology，Hangzhou310023，China)Abstract：InordertOprojecttheLED1ightstOatargetcircleareauniformlywithlmdiameterand3mdistancetOthelamp，designofakindofLED(1ight-emittingdiode)spotlightwasproposedinthispaper．AFresnellenswasadopt

4、edinoursecondopticaldesignforspotlights，andwasoptimizedbyadjustingthesurfaceanglesofindividualzone．Theilluminatingeffect，thesafetyandthemanufacturingerroroftheFresnellenswereinvestigated，andtheresultshowsthatourdesignissafe，reliableandexecutable．Keywords：L

5、EDspotlight；Fresnellens；secondopticaldesign引言LED是一种将电能直接转换为光能的半导体器件，并且随着技术的进步，LED的发光效率正在飞速增长，价格也逐渐降低。目前在大面积图文显示全彩屏、状态显示、标识照明、信号灯、背光源显示、汽车组合尾灯头灯及车内照明等方面都得到了广泛的应用，尤其是白光LED，正在逐步取代传统的白炽灯。同时，在大功率LED的散热、光效等方面还不够理想，有待进一步的提高[1’2]。为了满足特定照明需求，LED灯具通常需要二次光学配光设计Is,4]。

6、目前实现二次配光设计的光学器件主要有：聚光罩、传统透镜、自由曲面透镜、二元光学器件和菲涅尔透镜等，材质通常选用玻璃或PMMA等。聚光罩具有设计和加工方法成熟的优点，但对具有定向配光分布的LED灯具单独使用效果不佳。传统透镜工艺成熟，但对复杂配光要求设计难度很大。自由曲面透镜可以实现复杂的配光要求，通常厚度较大不利于散热。二元光学也可实现复杂的配光设计，而且轻薄易于复制，在设计上存在较高。收稿日期：2010-10-09作者简介：祝华(1983一)，女，河：It---河人，硕士研究生，主要从事LED光源设计方面

7、的研究。第2期祝华，等：基于菲涅尔透镜的室内LED射灯配光设计·39·的专业要求。菲涅尔透镜具有质轻体薄，焦距不受透镜外形的影响，设计方便，易于加工复制等优越特性，因此文中将在LED射灯上使用菲涅尔透镜进行二次光学配光设计Is-s]。在透镜中对光发生偏折起主要作用的是透镜表面的斜率，如果将透镜中多余的平行层适当抽去就构成了轻薄的菲涅尔透镜。经过长期研究，菲涅尔透镜已由早先的单焦距单镜头向多焦距、多区域和复合镜头等新方向发展，菲涅尔透镜逐渐成为一种在成像、信息光学、光通讯、照明和太阳能等领域应用十分广泛的光学

8、器件，尤其在太阳能聚光方面得到了广泛而有效的应用[9,10]。现首次将多焦距的复合菲涅尔透镜应用到室内LED射灯的二次光学配光设计中。文中通过调整菲涅尔透镜的各个独立环带的倾角来优化投射光的分布，以获得符合设计要求的菲涅尔透镜，进一步考察了菲涅尔透镜的投光效果、安全性和加工误差的影响，结果表明设计是安全和可靠的，并具有良好的投光效果。1LED射灯的结构文中的设计要求是将安装于3m高天花板上的LED灯发出的光均匀地