基于復合拋物面集光器的LED教室燈具的配光設計

白 瑩，林文碩，謝國慶

（1.福建工程學院 數理系，福建 福州350108；2.福建師范大學 軟件學院，福建 福州350108）

作為新型綠色環保光源，LED光源以其特有的尺寸小、響應快、無頻閃、壽命長、顏色多變、節能環保等諸多方面的優勢，越來越多地用在臺燈、路燈、車燈、家居照明、隧道照明等領域。然而LED高度窄角集中的光學特性導致了光斑呈現中間極亮，隨半徑增大方向急速衰減的不均勻現象.這種極度不均勻照明將引起瞳孔頻繁調焦，容易導致眼睛疲勞和不適［1］，因此，對以LED為光源的照明系統進行二次光學設計是十分必要的［2］。傳統的拋物面配光系統多有超出配光范圍的雜散光射出，使人感覺眩目、刺眼，造成光能浪費及光污染，甚至帶來一系列安全問題。

復合拋物面集光器（CPC）是一種非成像低聚焦度的集光器，它根據邊緣光線原理［3－6］設計，可以將給定接受角范圍內的入射光線按接近理想聚光比收集到接收器上。由于此類集光器具有較大接收角，結構相對簡單，加工成本較低等優點，在太陽能利用及信號接收等領域顯示出巨大價值［7－8］。在照明領域，把光源置于其焦平面，一部分光線未經反射直接從光源射出，一部分光線經CPC反射后射出，光線的最大出射角可由CPC的參數確定。為此，依據復合拋物集光器（CPC）設計原理和邊緣光線原理，對基于CPC的LED教室燈具二次配光系統進行探索性研究。

1 朗伯型LED光源發光特性

朗伯型LED光源發光示意圖如圖1所示。

圖1 LED光源在面元dA上的照度Fig.1 Illuminance on area dAof LED light source

發光面法向光強最大設為I0，則其在任意方向光強為Iθ＝I0cosθ，由照度及光強與光通量基本關系式：