[发明专利]LED路灯的反射杯

说明书

技术领域

本发明属于LED照明技术领域，具体涉及一种LED路灯的反射杯。

背景技术

现有的路灯光源大多采用高压钠灯、高压汞灯，消耗功率较大，工作电压高，启动时间较慢，灯泡使用寿命短，使得灯管更换率过高，维护成本大幅上升。

LED作为一种新型的固体光源，同传统光源相比具有很多优势，如节能，环保，易于调节，寿命长等优点，因此非常适合作为各种照明领域的光源，比如道路照明光源。

道路照明系统不同于一般的照明灯具，其照明的场最好为矩形区域，以提高光的利用率。根据国家公路照明标准，要满足在一矩形的被照平面上(一般是10米×35米)的平均照度以及照度均匀度。

由于LED光源发出的光近似朗伯型，即光强呈余弦分布，直接用于照明，会在路面上形成一个不均匀的圆斑，中心处很亮，而在径向衰减很快。这就需要设计相应的光学系统来重新配光。目前出现的LED路灯，往往都是采用LED光源加透镜的方式来达到路面上产生均匀矩形斑的效果，但是这种方案会由于光的折射而损失较大的光能，不利于光能利用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供LED路灯的反射杯，能使LED路灯在路面形成均匀矩形照明区域。本发明采用如下技术方案：

本发明的反射杯涉及两部分能量分配，一部分为直接从灯具出射的能量，另一部分为被反射杯反射出灯具的能量。

本发明的LED路灯的反射杯，包括底面和反射面，反射面为自由曲面，底面为中间有圆形缺口的平面区域，LED放在缺口处，LED直接从反射杯开口出射的那部分光照射到目标面上形成初始的矩形照明区域，反射面用于反射其余的光到该初始的矩形照明区域，使该两部分光的能量叠加后形成均匀的矩形照明区域，反射面为自由曲面，该自由曲面的形状通过如下方法确定：

首先以LED底面的圆心为原点建立坐标系，以LED底面所在平面为XOY平面，过原点并与XOY平面垂直的轴为Z轴，所述反射杯的形状关于XOZ平面和YOZ平面对称，所以先计算第一象限的部分，然后通过将自由曲面在第一象限的部分相对于XOZ平面和YOZ平面进行两次对称即得到最后的反射杯。

在计算第一象限的自由曲面时，将其分为两部分计算，分别为侧面部分(沿X轴方向)和端面部分(沿Y轴方向)。由于总能量是守恒的，可以在计算完侧面部分后，将剩余的能量与端面对应。在计算反射杯自由曲面和划分目标照明区域的时候使用直角坐标系表示，而在分配光源的能量时采用球坐标表示。

(1)确定初始条件并对目标照明区域划分网格。

首先目标照明面与LED的距离为h，目标照明区域是长为a，宽为b的矩形区域，取其第一象限为研究对象，则长边为a/2，侧边为b/2，LED光源的总光通量为φ，目标区域的平均照度为Ev(Ev为总光通量除以目标区域面积)，中心光强为I₀＝φ/π。将目标照明矩形区域沿X轴方向以步长k等分成m份，沿Y轴方向以步长k等分成n份，得到x(m)和y(n)的数组。这样在目标照明区域第一象限就形成了m×n个等面积的正方形网格。对应的，通过计算每一份网格的能量，将光源出射光线离散化，对应于目标照明区域在第一象限的划分，在θ角上分成m份，在角上分成n份。

(2)通过能量守恒计算光线出射的θ角(θ角为光线在XOY平面上的投影与Y轴的夹角)

第一步，计算目标区域X轴方向每条矩形区域所对应的最后能量：

Energy=k·b2·Ev]]>

第二步，计算目标区域X轴方向每条矩形区域所对应的直射能量：

因为使用的LED光源为朗伯源，其光强分布为中心光强的余弦分布，利用照度光强与距离的平方反比关系，可以得到目标区域的照度分布为：