LED路燈反光碗式和透鏡式的二次光學

　　led照明將先在道路照明中廣泛應用，這樣的推斷是基于LED的長壽命、高效率、光線利用率高等特點。很多人對LED在道路照明中的應用已經作了很多嘗試，但是不難看到這兩三年來LED路燈并沒有得到很好的發展，究其原因在于：成本高、壽命短、照明效果差（均勻性差）。值得慶幸的是上游產業發展迅速，LED芯片光效的提升和價格的降低，都使LED道路照明越來越近，專業的光學設計也使得照明效果有很大提升，也有更多的廠家在作這樣的嘗試，本文提出一個新的光學解決方案——獨立單元的反光器，旨在為人們尋求一種新的LED道路照明解決方案。

　　與透鏡相比，反光器的特點在于：成本低、效率高、裝配容易。

　　常見透鏡材料為PMMA，目前的技術PMMA材料的透射率只有94%，制作成透鏡后由于折返射的效果，通常會有更多的額外光損失，以以下實例說明：

　　設置了一光源，產生50000條光線：

　　未有PMMA透光板時，效率為100%，現在在正前方設置一理想狀態PMMA透明平板：

效率變為94.337%。

（注：圖中出現16808Rays是因為一根光線經過PMMA與空氣的接口可能會同時發生折射和反射，因而增加了光線數量，但是從能量角度產生了一定損耗。）

　　若將PMMA材料制作成透鏡，則損耗更大，以下列舉市面上常見的PMMA材料透鏡為例（考慮到透鏡背部總有漏光現象，而實際上漏光是無法利用的，因此在系統背部設置了全吸收的基板，以增強數據的嚴謹性）：

透鏡外形圖：

光線經過透鏡后的雜散光分析：

該透鏡效率實際只有86%

　　反光式光學系統相對分析比較容易，經過對光源的出光能量分布分析，通過再分配的方式設計道路照明適合的透鏡。

　　光源Lambertian出光模式（即常見的Lumileds、CREE、Edison LED），結合設計的反光器，出光的兩個角度分別為50度和120度，即路燈放置于10米桿高可以在地面形成約12×30米的均勻光斑，根據照度需求增加/刪減單元個數。

　　1、光線軌跡：

　　2、單顆1W照明效果圖（照度分布）：

　　3、以下是模擬一段道路的照明效果：

　　道路為15米寬，采用對稱式部燈，10米桿高，32米桿距，燈具安裝角度為5度，懸臂長1.5米。馬路表面照度均勻，90%光線集中于馬路上，路邊照度逐步遞減，沒有硬光邊，不會引起駕駛人員的視覺不適。

　　效率分析：

　　經反光系統的照射光線分為“直接光線”和“反射光線”，即部分光線無需通過反光壁直接散射，而另外一部分光則經過反光壁照射到相應的位置。

　　將反射壁設置為“Perfect Absorber”，然后根據出射效率即可以得到有多少光線不需要經過光學系統直接照射：

　　由此可見：該光學系統中有41.88%的光是直接照射，不需經過光學系統，即能量損失為0，另有58.12%的光需要經過反射壁反射，反射效率取決于反射壁材料及加工工藝。通過鍍增強鋁膜或者銀模，反射效率可以達到90%以上，因此反光系統效率可以達到并超過以下數值：

41.88%+58.12%×90%=94.19%

　　遠遠高于透鏡方式的86%的效率，即100lm的光我們可以利用到94.19～98.84lm。

　　該反光碗最大優點是效率高，使用光源是常見的Lambertian出光模式的LED，單顆光源達到這樣的效果而不是排列組合，因此可以根據路燈功率需要增減LED數量。