自由曲面的LED路灯透镜的设计

LED的二次光学元件设计对LED路灯的配光及光学输出效率至关重要.良好的道路照明要求LED路灯的配光为长方形的光型,路灯发出的所有光刚刚可以覆盖住马路,而马路之外的光污染几乎为零.非对称自由曲面二次光学元件的采用可以使LED路灯的长方形配光直接在单个LED模组上完成.整体路灯只需要将这些LED模组阵列按照相同方向简单地排列即可,从而可以简化路灯机构、散热及控制电源的设计.介绍了LED路灯的光学设计,及一种用于LED路灯的自由曲面二次光学透镜的设计方法.     

基于非成像光学的LED路灯透镜设计方法

LED作为新型的绿色光源,在道路照明领域迅速发展.道路照明要求LED路灯在路面形成均匀性良好的矩形光斑,这就需要设计自由曲面透镜来达到配光要求.简要介绍了目前常见的自由曲面透镜设计方法,并就偏微分方程法和网格法进行了详细介绍与比较,认为网格法更具有良好的研究前景.     

非球面内表面调制的自由曲面配光透镜设计方法

传统自由曲面LED配光透镜由于在自由曲面求解时存在误差,往往导致最终配光效果不理想。为了进一步提高配光效果,提出基于非球面内表面调制的自由曲面配光透镜设计方法,采用非球面内表面对自由曲面的求解误差进行补偿,有效地减小了自由曲面的误差对配光效果的影响。通过对自由曲面求解误差进行定量计算,建立用于补偿误差的非球面内表面设计方法,形成了基于非球面内表面调制的自由曲面配光透镜的完整的设计思路。将这一方法应用于矩形照明区域的LED路灯透镜设计之中,相对于传统自由曲面配光透镜,照度均匀度由0.66提高到0.73,能量利用率从47.3%提高到63.2%。     

一种LED路灯透镜的二次光学设计与研究

LED的二次光学元件设计对LED路灯的配光及光学输出效率至关重要。文章针对大功率LED在路灯上的应用,基于选定的LED进行了一种用于LED路灯的自由曲面二次光学透镜的设计,并采用光学软件进行仿真。结果表明,采用非对称自由曲面二次光学元件可以实现LED路灯的矩形配光,采用这种LED模组组成的路灯便于结构设计、电源安装,不同功率的LED路灯只需要增加不同数量的LED模组即可。此种设计可以在很大程度上提高LED路灯的效率,提高路面照明的均匀度。     

自由曲面LED路灯反射器设计

针对LED路灯反射器设计中存在的中心光强较强、两边渐弱、均匀度不高等问题提出了一种新的"V型结构"光学反射器,该结构的反射器将每一个路灯覆盖的照明区域等分成两部分.由能量守恒原理建立起LED光源出射光线的角度与照明平面上的坐标的对应关系,根据对应关系计算反射器自由曲面上的点坐标.通过建模软件把诸多点拟合成曲面实体,将实体导入光学软件进行照明仿真.结果表明:该路灯反射器的照度均匀度达到77.85%,可在目标路面上形成照度均匀的矩形光斑.     

用于室内照明的自由曲面均匀配光透镜设计

以非成像光学为基础,设计了一种在大发散角范围内均匀配光的大功率LED室内照明二次配光透镜方案。采用划分网格法建立光源LED和接收面的映射关系,推导透镜自由曲面面形的一般方程,采用差分法求解透镜面形方程获得面形轮廓数据,再用三维软件建立透镜模型,通过光学仿真软件对所建模型进行光线追迹。结果表明:此方案适用于40°～140°配光角度要求的均匀配光;仿真配光角度120°的照明系统,当透镜的口径与LED发光面直径之比大于等于10时,照明系统的均匀性优于0.9,能量利用率大于92%,且照明效果不受接收面高度的影响。该设计方法为实现大功率LED室内均匀照明系统的小型化和简单化提供了一种有效的途径。     

基于补偿法的均匀照明自由曲面LED反光杯设计

根据面向理想光源的设计原理,提出了基于能量补偿和坐标迭代的自由曲面母线求解方法。在二维坐标系中建立系统模型,由反光杯反射光对直射投射光进行补偿,将反光杯右上边缘的光线反射到目标面左边缘,且随着光线下移反射光线逼近目标中心。根据Snell定律,以上边缘点为初始点,逐一迭代得母线上各点坐标,旋转或拉伸生成所求反光杯。在Tracepro软件中的模拟结果表明对圆形或正方形目标照度均匀性均优于85%,且系统能量利用率仅由LED出光角度和反光杯反射系数决定,该结构可使LED光源用于大范围照明。     

基于经纬划分和切面迭代的自由曲面LED透镜设计

根据非成像光学原理,提出了基于经纬划分和切面迭代的自由曲面求解方法。先在三维坐标系中建立自由曲面与目标面的相对位置模型,并对自由曲面沿经纬方向角度均分;再根据自由曲面各经纬带上能量与目标面各微带上能量对应相等,实现目标面网格划分并求得与自由曲面各网格对应的目标节点坐标;选取自由曲面初始网格节点,利用Snell方程和切面迭代法,沿经纬方向分别求解,得自由曲面各节点坐标,即可拟合成所求自由曲面。对用该方法设计的LED透镜进行模拟,结果表明对于目标面为轴对称区域的均匀照明,该方法可快速精确地获得对应的光学系统,使得LED光源能够广泛应用于道路照明系统中。     

Scheme语言的LED自由曲面透镜快速建模方法

传统的自由曲面透镜建模通常需要多个软件共同协作完成,其建模过程繁琐,且由于不同软件之间的不兼容会导致模型在导入光学仿真软件时出现微小形变。提出一种在光学仿真软件中利用Scheme语言直接进行快速建模的LED自由曲面透镜建模方法。根据光源辐射特性和需要实现的照明面上的能量分布,采用划分网格法,利用Snell方程和能量守恒定律, 沿经纬方向分别迭代求解, 在得到自由曲面各节点坐标后,分别采用3D建模软件和Scheme语言编程构建透镜模型。通过光学仿真软件,模拟计算了100万条光线,直径1mm的光源在距离地面10 m、面积为40 m10 m的照明区域内的照度分布。结果表明:利用Scheme语言在光学仿真软件中直接快速建模避免了模型从3D软件导入光学仿真软件时产生的微小形变从而使光照均匀度由67%提升到93.5%。同时Scheme语言编程建模仅需5 s,建模速度远高于3D建模软件。     

一种综合利用各种能源的新型LED路灯

目前的LED路灯主要是由市电供电,也有利用风能或太阳能等配合蓄电池供电的,但蓄电池需要反复充放电,会影响使用寿命。通常采用一颗LED芯片照亮道路中某一特定区域,一旦其中部分芯片损坏,易导致照明盲区,一般没有备用芯片,维修不便。为了克服上述不足,在此提出一种新型LED路灯,由各种能源(风能、太阳能及振动能)配合市电供电,节余部分并网进入市电系统,不足部分由市电系统进行补充。蓄电池作为应急之用,充放电频率比较低,可延长使用寿命。每个LED芯片上均设置自由曲面透镜,使其发出的光都能均匀照射到路面特定的矩形区域,其中部分芯片损坏时不会造成照明盲区,只需设置部分备用芯片,便于维修。实际测试表明,系统使用效果良好。     

基于单片机的太阳能LED路灯节能控制

要想做到有效的减排效果,就必须对LED路灯进行全方面的推广,这对环境的改造有着极其重要的意义.对LED光源的特性分析是我们要做的基础之一,并且在这个基础上设计出一种单片机控制的智能路灯驱动系统,详细介绍其工作的过程.在研究LED路灯的控制方法时,必须充分考虑到一些外在因素,比如:外部光照以及工作温度等等.做到以上这几点,就可以充分发挥出LED照明系统的优势与效果.     

智能式LED太阳能路灯控制器的设计

太阳能LED路灯照明系统采用市电互补方式,对推广太阳能LED路灯的应用有着现实和经济意义。为了实现太阳能LED路灯的市电互补控制,设计了一种市电互补LED太阳能路灯控制器。该控制器以ARM处理器为核心,通过对蓄电池电压、太阳能电池电压、环境温度等参数进行采样,进入ARM运算决策,可实现温度补偿修正的高准确控制,且具备蓄电池选择功能及市电供电自动切换功能。该控制器应用于路灯改造,既可以减少一次性投资,又可以取得显著的节能减排效果。     

LED路灯矩形均匀照明方法综述

传统路灯照明的历史和现代路灯照明的发展,并总结了三类LED路灯实现矩形照明光斑的方法,分析了它们的照明效率,指出了LED矩形光斑路灯是未来道路照明的主要趋势。     

基于自由曲面的大视场离轴四反光学系统设计

反射系统具有体积小、重量轻、无色差、成像性能优良等特点,广泛应用于航空机载领域。本文基于矩阵光学理论,并以此建立非线性方程组,用数学软件求解得到满足要求的初始结构。优化过程中不断调整系统各镜的偏心和倾斜,消除系统的中心遮拦。在光学系统中引入自由曲面,提升了光学系统的轴外像差平衡能力,增大系统视场角。设计了焦距100 mm,视场角20°×20°,相对孔径为F/7的离轴四反射镜光学系统。结果表明,该光学系统具有较大的成像视场,结构紧凑,无中心遮拦,成像质量接近衍射极限。     

基于STC12C5410AD的太阳能路灯控制器设计

介绍了以单片机为核心的太阳能路灯控制器的设计,对系统的硬件和软件设计做了说明.系统以较少的按键实现了参数设置,采用PWM技术对蓄电池进行充电管理,采取了负载过流、短路保护措施.系统具有可靠性高、操作简单等特点.     

基于电力线载波通信的道路智能照明系统研究

近年来,随着中国城市化的进展,道路照明设施的建设和节能已经成为一个城市发展的重要课题。国内现有的道路照明系统大多是基于通信线和电力线分离,照明管理系统依靠人工控制为主。没有实现更好的节能和降低建设成本。现研究设计了一种基于电力线载波的道路智能照明系统,通过在电力线上耦合载波信号,利用已有的电力线作为通信信道而无需架设专用通信线路,从而实现了建设成本的节省。结合云技术和嵌入式技术研发了Linux嵌入式系统和客户端上位机管理软件,代替人工控制实现道路照明系统的智能化管理。     

基于LED光源的新型准直透镜的设计

利用复合抛物面与自由曲面相结合的方法,设计出一款体积小、能效高的LED光源准直配光透镜。将LED光源发出的光线分两部分分别进行配光设计。光源发出的一部分发散角为0o~20o的光线经过球冠折射收缩发散角后再利用自由曲面准直;光源发出的另一部分发散角为20o~80o的光线经过复合抛物面折射收缩发散角后再经自由曲面准直。结果显示,LED光线经此复合型准直透镜后光束发散角小于4o,光能利用率达90%,可满足目前对光源远距离准直需求。     

一种基于大功率LED照明灯的可见光通信系统

基于强度调制及直接检测(IM/DD)原理,利用18×1 W大功率白光LED照明灯,以开关键控和二进制非归零码(OOK-NRZ)调制方式实现了可见光通信(VLC)系统的室内单向下行通信.为优化LED光源的布局,对光链路视线(LOS)信道损耗进行了理论分析,对LED光源建模并进行光线追迹仿真.系统采用基于TCP/IP的VL...     

蚁群算法在智能LED路灯控制中的应用研究

为对LED路灯的有效监控,提出基于电力线载波 通信(PLC)技术的LED路灯网络的智能化监控系统。基于蚁群算法(ACA)研发了一种适用于 低压配电网的LED路灯组网寻址算法,并在计算目标函数、更新信 息素的规则、状态转移规则及搜索等各方面进行优化。设计了路灯自动路由模型,同 时给 出自动路由协议框架,可以动态识别低压配电网络的信道质量,对PLC网络路由进行动态维 护,从而保证通信网络的有效性。通过信道 仿真模型和现场试验,验证了本文方法的有效性和可行性。     

藏式多功能小区路灯的设计与实现

为了环保节能,本设计充分利用西藏太阳能充足的优势,通过51单片机（STC15F2K61S2）采集相关环境信息和控制路灯状态。系统采用太阳能和蓄电池供电;利用LCD显示各种数据信息。并通过NRF通信技术将采集的环境和路灯状态信息传送到接收端。文中设计的路灯易维护、可以软件升级,从而满足不同场合设计的需要。