基于Tracepro的LED路燈光學設計與仿真研究

劉軒達　李文霄

中北大學朔州校區

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基于Tracepro的LED路燈光學設計與仿真研究

劉軒達李文霄

中北大學朔州校區

本文研究LED路燈照明，結合國家道路照明標準，設計了一款LED路燈反光板和一款LED路燈透鏡，并在計算機仿真軟件Tracepro中仿真此兩款LED路燈的光斑等，結果顯示在離LED路燈10m遠處光斑為矩形，配光曲線為蝙蝠翼形狀，基本滿足道路照明要求。

Tracepro模擬 光學設計 仿真

1　前言

道路照明有著特殊的環境，所以對路燈的要求也特別嚴格。LED路燈是作為常用的燈種，其主要由路燈燈桿、路燈外殼、LED光源、LED二次光學器件（反光板或者透鏡）、LED驅動電源等部件組成。LED作為第四代照明光源，有著光效高，顯色指數高，色溫多樣可選擇性多、耗電量低等特點，大有取代高壓鈉燈的趨勢。

2　LED路燈光學設計方案

設計一符合雙向4車道的次干道。本次路燈光學設計旨在設計符合道路照明標準的LED路燈光學系統。根據路燈設計標準規范，本次設計某次干道道路，雙向4車道，路寬14m，燈桿高度12m，燈桿間距30m，路面為瀝青路。采用雙向布燈的方式。道路平均照度達到15lx以上，最好達到20lx以上，按照達到20lx以上標準設計。

具體設計方案：采用多個反光板陣列的形式，5*5陣列，共25個小反光板，25個LED光源，光源采用SMD 3030型號，單科光源尺寸為3mm*3mm*1mm，單科光源光通量取值350Lm，經過反光板內表面反射有損失。最后設計3D模型如圖1。

3　反光板型LED路燈Tracepro仿真

LED路燈光斑為矩形，若不對反光板型LED路燈二次光學的部分陣列進行旋轉角度，則光斑會為對稱光斑，以未經過旋轉的即0度情況下的反光板型模型為例，其通過光線追擊后，觀察配光光斑如圖2所示。從配光光斑可以看出，為左右對稱配光，光斑為矩形，中心光強不是最大光強，有利于提高光斑的均勻度。此配光不適合路燈照明，通過旋轉兩側的LED模組，可以加大發光角度，達到光斑矩形的目的，有利于道路照明。分布進行10度、15度、20度旋轉，并進行模擬，選出較好的反光板型LED路燈配光。

對比三種旋轉角度的可以得出，旋轉角度改變了原有配光曲線形狀和光斑，其中10度旋轉角度偏小，還達不到預期效果，20度旋轉角度偏大，不僅外殼結構設計上會有困難，而且光線浪費嚴重，最重要的是均勻度更差了，中心更亮，往兩邊照度下降較快。綜合考慮旋轉15度時最適合，選用旋轉15度的仿真結果進行LED路燈在實際道路場景里的仿真。

4　透鏡型LED路燈Tracepro仿真

光線追擊，查看光線結果如圖3所示，圖中可以看出一個方向上角度較大，另一個較小，且還有一定偏光，光斑為矩形，基本符合要求，最后將配光曲線導出ies文件得出模擬效果圖。

5　總結

模擬結果顯示透鏡型LED路燈與反光板型在光源光通量相同的情況下，得到的路面照度也基本相同，說明兩種配光的利用率差不多，但是透鏡型的照度均勻度0.745遠大于反光板型的0.47，均勻度要好很多，同時亮度要高很多，亮度均勻度也要好很多。透鏡型LED路燈沿著道路方向發光角度大，能實現燈桿間距更大的照明，而反光板型通過旋轉模組角度達到大角度有可行性，但是效果并不太理想，旋轉角度增大的同時均勻度會變低。

［1］朱小清.LED光源在道路交通中的應用研究［D］.重慶大學，2009.

［2］程敏.具有非對稱配光特性的LED路燈的光學設計［D］.大連工業大學，2012.

［3］宋寧亮.基于軟件仿真的LED照明設計與應用［D］.廈門大學，2014.

圖1　反光板型LED路燈3D模型

圖2　旋轉0度仿真結果

圖3　透鏡型LED路燈仿真