LED道路照明における任意照明分布の自由照明設計

現在、道路上に単一のLED光源を達成し、目標としての矩形スポットの均一照明を形成するための多数の研究が存在し、LED二次光学設計は、

この光学設計は、実際には道路照明の均一化の全体を継ぎ合わせることによって達成することができるが、実際の用途では多くの問題がある。示されているように、スプライシングの2つの街路照明領域は状況の光を受け取る道路にのみ現れ、もし個人が位置していれば、道路上の運転者は彼の存在を観察することができず、交通事故につながりやすい。上記の問題は、ステッチングを重ね合わせることによって解決することができるが、路面の輝度均一性が悪く、運転要件を満たすことができない。したがって、照明分布の長手方向における街路灯の照明は、不均一であるべきであり、中程度の全体的な提示、両端での弱い分布、および適切な重なりステッチングを介して、照明均一。

これは、道路外5mのストリップエリアにおける平均レベル照度と、隣接する5m道路上の平均水平照度との比として定義される。例えば、通常、SR> 0.5であることが必要である。照明領域の幅よりも環境の要件を満たすために、長方形のスポットの均一な照明を形成するために道路上の街路灯が光効率を低下させる幅広くなる場合。環境比率と効率係数を考慮すると、道路幅方向の照度分布も変化し、道路の両側の照度は減少している。

上記の考察に基づいて、道路の長さおよび照明分布の幅における単一の街路灯の道路照明は、特定の分布でなければならない。この分布を実現するために、本論文では、任意の照明分布を実現する新しいタイプのLEDフリー光学面設計法を提案する。分離変数は、最小エネルギーブロック反復法と組み合わされる。この方法は、LED光源と道路のエネルギーグリッド分割を通じて、2つのマッピングを形成しました。このマッピングのために、レンズ面は、エッジ・レイ理論、スネル則および誤差制御法に従って構築される。設計プロセスは、街路灯の位置と角度の設置を考慮に入れ、最終的に道路表面の単一の街路灯と垂直照明を実現するために、LED光学システムの特定の分布が行われました。

1レンズ設計方法LED光源の中心Sを直交座標系の原点とすると、入射光は、出射光線Mとしての屈折率の自由表面で屈折され、レンズのスペースは/である。平面は点（：、3、）に対応し、点を照らします。

スネルの法則によれば、自由表面上の点Pにおいて、入射光線3、出射光線0および法線ベクトルNは、【数1】を満足し、ここで、は、単位ベクトルである。エネルギー対応とエッジレイ理論を組み合わせて、自由表面上の点P（、y、z）の座標と法線ベクトル10を得ることができる。自由曲面レンズの設計プロセスは2つのステップ、すなわち、エネルギーマッピング関係とレンズ表面の構成。エネルギーマッピング関係が確立されると、光源によって放出されたエネルギーが照明された受信面の光エネルギーと等しいと仮定すると、エネルギー保存積分方程式は、光出口に対応する光源の光強度として表すことができる光出射角（EG）が受光面上の点Pの照度を示し、Dが受光面M上の照射領域を示す。この論文で提案されているエネルギーマッピング関係を確立する方法は、分離変数と最小エネルギーブロックの反復を含む。従来の分離可変方法は、均一な照明に使用することができますLED街路灯のレンズの設計は、より良い結果を得ることができます。しかし、道路の横断と垂直方向の道路照明分布のために均一な街路灯のレンズ設計ではない、分離可変方法の結果の簡単な使用は理想的ではない、レンズ設計ソフトウェアの限界は関係があります。本論文では、最小エネルギーブロック反復法を組み合わせることで、この問題を効果的に解決することができます。

LED光源は、分離可変方法によって分割される。（a）に示すように、光源のエネルギーを0の方向に多数のエネルギーバーに分割し、各エネルギーバーの光束は、次式（3）により求めることができる。受信面の長さの後に最小エネルギーブロック反復部が続く。受け面は、長手方向に十分小さな隙間mmを有する複数の細長いストリップに分割される。受光面上での照度分布が分かっているため、各細長帯で受光された光束は既知であり、光束は順番に重ね合わされ、光束が光源に対応するエネルギーバーの光束に到達すると、開始ストリップと終了ストリップの間の距離は、光源に対応するエネルギーバーの境界である。複数の反復の後、受光面は、光源のエネルギーバーに対応する長さ方向に複数のエネルギーバーに分割することができる。（B）はエネルギーバーを受信面の長さで割ったものを示し、各エネルギーバーの幅は路面の照度分布に関係する。

このレンズは、シミュレーションのために道路照明システムに配置され、図示されているように路面照明上に単一の街灯を得る。

シミュレーション結果と所定の道路照度分布とを比較し、道路長さ方向の照度分布を道路長の異なる道路幅方向について0とする。道路の照度の均一性は0.93、周囲比は0.55と設計要件を満たしています。

3結論道路全体の照度と輝度の均一性における道路照明を達成するために、同時に環境要求を満たすために、道路の長さと照明の幅における単一の街灯は特定の分布を示すべきである。本論文で提案する自由光学面設計法は、路面の任意の照明分布を効果的に実現することができる。エネルギーの保存の法則に基づいて、変数と最小エネルギーブロック反復法の分離が、光源と受信面を噛み合わせるために使用され、エネルギーマッピングが2つの間で形成される。このマッピングのために、レンズ表面は、スネルの法則、エッジ線理論、およびエラー制御法に従って構築される。加えて、街路灯の設計と生産に最も役立つときに、街灯、LED、および極に垂直な道路線の中心線の最適配置角度を分析する。本論文では、街路灯レンズは、与えられた道路長の余弦分布を考慮して設計されており、幅方向の軌跡を例にとっている。同時に、街路灯の位置および角度を総合的に分析し、非対称不連続自由表面レンズを得る。シミュレーション結果は、照明が舗装方向の余弦分布に近く、誤差が6％未満であることを示している。舗装幅方向の照度は、誤差が10％未満の台形分布に近い。舗装の全照明均一性は0.93に達し、環境比率は0.55であり、道路照明の要件を満たす。この方法は、特に道路照明街路灯レンズ設計のLED光学システム設計の任意の照明分布を効果的に達成することができる。