LED 도로 조명의 임의 조명 분포의 자유 조명 설계

현재, 길거리에서 단일 LED 광원을 달성하기위한 많은 연구가 있으며, 목표로하는 사각형 스폿의 균일 한 조명을 형성하고, LED 보조 광학 설계,

이 광학 설계는 실제로 전체 도로 조명 유니폼의 접합을 통해 달성 될 수 있지만 실용적인 응용 분야에서는 많은 문제가있을 것입니다. 도시 된 바와 같이, 스 플라이 싱의 두 가로등 조명 영역은 상황의 빛을받는 도로에만 나타나며, 개인이있는 경우 도로의 운전자가 자신의 존재를 관찰하지 못해 쉽게 교통 사고로 이어질 수 있습니다. 상기 문제는 오버 스티팅 스티치에 의해 해결 될 수 있지만, 노면의 밝기 균일 성이 좋지 않고 주행 요건을 충족시킬 수 없다. 따라서, 조명 분포의 길이 방향으로 가로등에서 도로 조명의 불균일해야합니다, 양쪽의 중간 강한, 약한 분포의 전반적인 프레 젠 테이션 및 적절한 중복 스티치를 통해 종적 분포를 달성해야합니다 균일 한 조명.

이 거리는 인접한 5m 도로의 평균 수평 조도와 도로 외부 5m의 스트립 지역의 평균 레벨 조도의 비율로 정의됩니다. 예를 들어, 일반적으로 SR> 0.5가 요구됩니다. 조명 영역의 너비보다 환경의 요구 사항을 충족하기 위해 직사각형 지점의 균일 한 조명을 형성하기 위해 도로의 가로등이 광 효율을 줄이기 위해 폭이 넓어집니다. 환경 비율과 효율 계수를 고려하면, 도로 폭 방향의 조명 분포도 변경되어야하고 도로 양쪽의 조도가 감소해야한다.

위의 고려 사항에 기초하여 도로 길이와 조명 분포의 폭에서 단일 가로등의 도로 조명은 특정 분포가되어야합니다. 이러한 분포를 실현하기 위해 임의의 조명 분포를 구현하는 새로운 유형의 LED 자유 광학 표면 설계 방법을 제시한다. 분리 변수는 최소 에너지 블록 반복 방법과 결합됩니다. 이 방법은 LED 광원과 도로 에너지 그리드 부문을 통해 두 가지 매핑을 형성했습니다. 이 매핑을 위해, 렌즈 표면은 엣지 레이 이론, 스넬 법칙 및 오차 제어법에 따라 구성됩니다. 설계 과정은 가로등 설치 위치와 각도를 고려하여 최종적으로 도로 표면의 단일 가로등을 달성하고 수직 조명은 LED 광학 시스템의 특정 분포를 나타냅니다.

1 렌즈 설계 방법 LED 광원의 중심 S가 직교 좌표계의 원점이라고 가정하면, 입사광은 굴절률의 자유 표면에 의해 굴절되어 출사 광선 M이되고, 외부 렌즈의 공간은 /이다. 평면은 점 (:, 3)에 해당하고 점을 조명합니다.

스넬의 법칙에 따르면, 자유 표면상의 점 P에서 입사 광선 3, 출사 광 0 및 법선 벡터 N이 만족되며, 여기서 7은 단위 벡터입니다. 에너지 서술과 엣지 레이 이론을 결합하여, 자유 표면상의 법선 벡터 P (y, z)의 좌표와 법선 벡터 10을 얻을 수있다. 자유 곡면 렌즈의 설계 과정은 두 단계 , 즉 에너지 맵핑 관계 및 렌즈 표면의 구성. 에너지 맵핑 관계가 성립 될 때, 광원에 의해 방출 된 에너지가 피 조명면의 광 에너지와 동일하다고 가정하면, 에너지 보존 적분 방정식은 광 출구에 대응하는 광원의 광 강도로 표현 될 수있다 (EG)는 수광면상의 점 (P)의 조도를 나타내고, D는 수광면 (M)상의 조명 된 영역을 나타낸다.이 논문에서 제안 된 에너지 맵핑 관계를 확립하는 방법은 분리 변수 및 최소 에너지 블록 반복. 전통적인 분리 가변 방법은 획일 한 조명 LED 거리 램프 렌즈 디자인에서 사용될 수있어, 더 나은 결과를 얻을 수있다. 그러나 도로 횡단 및 수직의 도로 조명 분포에 대해 거리 조명 렌즈 설계가 균일하지 않은 경우, 분리 변수 방법의 결과를 간단하게 사용하는 것이 이상적이지 않은데, 이는 렌즈 설계 소프트웨어의 한계가있는 관계입니다. 이 논문은 최소 에너지 블록 반복 방법을 결합함으로써이 문제를 효과적으로 해결할 수있다.

LED 광원은 분리 변수 방법으로 나누어집니다. (a)에 도시 된 바와 같이, 광원의 에너지는 0의 방향으로 다수의 에너지 바 (energy bar)로 나누어지고, 각 에너지 바의 광속은 다음의 수학 식 3에 의해 얻어 질 수있다. 수신면의 길이 다음에 최소 에너지 블록 반복 단위가옵니다. 수용면은 길이 방향으로 충분히 작은 간극 (mm)을 갖는 복수의 긴 스트립으로 분할된다. 수신면에서의 조도 분포가 알려져 있기 때문에, 각각의 장척 스트립에 의해 수신 된 광속은 알려져 있고 광속은 차례로 중첩되고, 광속이 광원에 대응하는 에너지 바의 광속에 도달하면, 시작 및 끝 스트립의 길이는 광원에 해당하는 에너지 막대의 경계입니다. 다중 반복 후에, 수신면은 길이 방향으로 광원의 에너지 바에 대응하는 다수의 에너지 바들로 분할 될 수있다. (B)는 에너지 바를 수용면의 길이로 나눈 값을 나타내며 각 에너지 바의 폭은 노면의 조도 분포와 관련이있다.

이 렌즈는 시뮬레이션을 위해 도로 조명 시스템에 배치되어 그림과 같이 도로 표면 조명에 단일 가로등을 얻습니다.

시뮬레이션 결과는 주어진 도로 조명 분포와 비교되고, 도로 길이 방향의 조명 분포는 도로 길이가 다르거 나 도로 폭 방향으로 0으로 표시됩니다. 도로의 전체 조도 균일도는 0.93이고 주변 비는 0.55이며 설계 요건을 충족합니다.

3 결론 도로 총 조명 및 밝기 균일 성에서 도로 조명을 달성하고 환경 요구 사항을 충족시키는 동시에 도로 길이와 조명 폭의 단일 가로등은 특정 분포를 보여야합니다. 본 논문에서 제안한 자유 광학 표면 설계 방법은 노면의 임의의 조명 분포를 효과적으로 구현할 수있다. 에너지 보존 법칙에 기반하여 변수의 분리와 최소 에너지 블록 반복 방법을 사용하여 광원과 수신면을 메쉬 화하고 에너지 매핑이이 둘 사이에 형성됩니다. 이 맵핑을 위해, 스넬의 법칙, 엣지 레이 이론 (edge ray theory) 및 에러 제어 방법에 따라 렌즈 표면이 구성된다. 또한 가로등의 설계 및 생산에 가장 도움이되는 가로등, LED 및 전조선의 중심선에 대한 최적의 배치 각도를 분석합니다. 본 논문에서 가로등 렌즈는 주어진 도로 길이의 코사인 분포로 설계되었으며, 폭 방향의 궤도가 한 예가된다. 동시에 가로등의 위치와 각도를 종합적으로 분석하여 비대칭 불연속 자유 표면 렌즈를 얻습니다. 시뮬레이션 결과는 조명이 포장 방향의 코사인 분포에 가깝고 오류가 6 % 미만임을 보여줍니다. 포장 폭 방향의 조명은 사다리꼴 분포에 가깝고 오차는 10 % 미만이다. 도로 조명의 요구 사항을 충족하기 위해 포장의 전체 조명 균일 성은 0.93에 이르고 환경 비는 0.55입니다. 이 방법은 LED 조명 시스템 설계의 임의의 조명 분포, 특히 도로 조명 가로등 렌즈 설계를 효과적으로 달성 할 수 있습니다.