基于椭流线法的LED射灯菲涅耳反射器设计.pdf

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1、第34卷第3期2012年6月光学仪器0f吓ICALINSTRUMENTSVOL34。No．3June，2012文章编号：1005—5630(2012)03—0038—05基于椭流线法的LED射灯菲涅耳反射器设计*李栋，贺叶美，梁雪，刘正，喻玺，张航(浙江工业大学应用物理系，浙江杭州310023)摘要：基于非成像光学中的边光原理和椭流线理论提出一种菲涅耳反射器设计方法。通过对光源的通量均分、椭流线虚实焦点的配对，以及光学仿真优化三个步骤实现对LED射灯二次均匀配光。该方法可避免引入色散，降低光学设计难度，并实现在目标面上光照度分布均匀的投射效

2、果。模拟考察了距光源3m远，直径为1．2m的圆形平面上的实际效果，其中包括目标面上的照度分布和均匀性、安全性、机械加工公差等相关方面，仿真结果表明，设计是安全、可靠和可行的。关键词：非成像光学设计；菲涅耳反射器；椭流线法；LED射灯中图分类号：O435文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—5630．2012．03．008DesignoffresnelreflectorsforLEDspotlightsbasedonellipseflow-linemethodsLIDang，HEYemei，LIANGXue，LIUZh

3、eng，YUXi，ZHANGHang(DepartmentofAppliedPhysics，ZhejiangUniversityofTechnology，Hangzl∞u310023，China)Abstract：AdesignmethodofFresnelreflectorsbasedontheedgerayprincipleandtheellipseflow-linetheoryfromthenonimagingopticsisprcIposedTorealizethesecona,aryuniformlightingofthespot

4、lights，threestepsareneeded：energyequiparfifionofSOtU瓒，target-sourcefocimapandoptimizationofopticalsimulation．Inthismethod．1ightdispersioncanbeavoidedandthedifficultyofuniformlightingisdecreased．Thelightingdistributiononthetargetplanewhichis3mfarawayfromtheLEDIampwassimulat

5、ed，andtheuniformity，securityandthetolerancefrommanufacturesaleinvestigated．Resultsshowthatthedesignissafe。relfableandfeasible．Keywords：nonimagingopticaldesign；fresnelreflector；flow-linemethod；LEDspotlight引言LED光源因其具有节能环保、长寿命和高显色性等优点而成为照明产业的一颗新星，在大屏幕显示、液晶显示、路灯照明和工业照明等领域得到广泛应

6、用，但由于LED具有独特的朗伯型发光特性，传统光学设计方法不适合LED照明设计，通常需要有针对性的进行二次配光设计，以达到特定的照明要求‘H]。LED系统设计中二次配光设计的理论基础是非成像光学原理，其目的是将LED光源能量合理分配和高效利用。LED照明系统的二次配光设计主要分为三类：折射型、反射型和折反混合型。一般而言，折。收稿13期：2011—11—18基金项目：国家自然科学基金资助项目(60807011)作者简介：李栋(1986一)，男，山东平度人．硕士研究生。主要从事非成像光学设计方面的研究。第3期李栋，等：基于椭流线法的LED射灯

7、菲涅耳反射器设计·39·射型配光透镜具有体积小和效果好的优点，如自由曲面透镜已经在大功率LED路灯照明中得到广泛的应用，但也存在色散问题和设计难度大的不足；反射型配光器件具有高光效，可以避免色散问题的引入，从而降低设计难度。折反混合型是非成像光学设计的一个重要发展方向，可以兼具两者的优点睁10J。文中应用一种基于均分配焦椭流线法设计的菲涅耳反射器对朗伯型LED进行二次配光，取得良好的配光效果。菲涅耳透镜的本质是用一系列的环带球面透镜代替完整球面透镜，并实现球面透镜的光学效果。将菲涅耳透镜的环带曲面进一步拓展到反射曲面上，结合非成像光学椭流线

8、理论，构建一系列独立的环带椭流面，应用到LED射灯的二次配光设计中，实现指定区域的均匀照明。经光学仿真软件的模拟表明：所设计的反射器具有投光效果好、均匀度高(>O。93)、眩光低