直下式LED平板灯的均匀照明设计.docxVIP

直下式 ＬＥＤ平板灯的均匀照明设计颜稳萍１，２，郭震宁１，２＊ ，林介本１，３，甘汝婷１，２，林木川１，２，黄学铃３（１．华侨大学 信息科学与工程学院，福建 厦门 ３６１０２１；２．福建省光传输与变换重点实验室，福建 厦门 ３６１０２１；３．福建泉州世光照明科技有限公司，福建 泉州 ３６２３０２）摘 要 ：针 对 超 薄 ＬＥＤ 平板灯导光板价格 昂 贵以及传统直下式 ＬＥＤ 平板灯厚度厚和 ＬＥＤ 数 量 多等 问 题 ，设计了新型直下式 ＬＥＤ 平 板 灯 。 基于边缘光线理论 ，对光源和目标面进行网格划分并形 成 映 射 关 系 ，由 Ｓｎｅｌｌ公 式 推 导 出 内 外自由曲面的微分方程 ，采 用迭代法计算出内外自由曲面数 据 ，设计实现适用于直下式 ＬＥＤ 平板灯的大角度二次光学透镜 。 研 究 表 明 ：双自由曲面大角 度 透 镜 可 实 现 对 ＬＥＤ１５０°的 大 角 度 配 光 ，其 照 度 均 匀 度 为 ０．８６，且能量利用率为 ９９．５％ 。 在 不 同 厚 度 下 ，利用大角度二次光学透镜的 ＬＥＤ 单 元 阵 列 距 高 比 （Ｄ／Ｈ ）约 等 于 ３ 时 ，目标面上的照度均匀度 均 达 到 ０．８８ 以 上 。 通过对新型直下式 ＬＥＤ 平板灯照明效果进行模拟 ，结果完全满足国家 建 筑 照 明 设 计 标 准 ，且 ＬＥＤ 的 使 用 数量为相同功率下传统直下式 ＬＥＤ 平 板 灯 的 ３０％ ，减 小 了 ２０ ｍｍ 的 厚 度 ，大 大 降 低 了 ＬＥＤ 平板灯的生产成本 。关 键 词 ：光 学 设 计 ；双自由曲面透镜 ；直 下 式 ＬＥＤ 平 板 灯 ；边 缘 光 线 理 论 ；照 度 均 匀 度中 图 分 类 号 ：Ｏ４３９文 献 标 识 码 ：Ａ文 章 编 号 ：１００５－００８６（２０１４）１０－１８７８－０８Ｄｉｒｅｃｔ－ｄｏｗｎＬＥＤｐａｎｅｌｌｉｇｈｔｄｅｓｉｇｎｆｏｒｕｎｉｆｏｒｍｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎＹＡＮ Ｗｅｎ－ｐｉｎｇ１，２，ＧＵＯ Ｚｈｅｎ－ｎｉｎｇ１，２＊ ，ＬＩＮＪｉｅ－ｂｅｎ１，３，ＧＡＮ Ｒｕ－ｔｉｎｇ１，２，ＬＩＮ Ｍｕ－ｃｈｕａｎ１，２，ＨＵＡＮＧＸｕｅ－ｌｉｎｇ３（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕａｑｉａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｍｅｎ３６１０２１，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆＬｉｇｈｔＰｒｏｐａｇａｔｉｏｎａｎｄＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＦｕｊｉａｎＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｘｉａｍｅｎ３６１０２１，Ｃｈｉｎａ；３．ＳＩＧＯＬＥＤＬｉｇｈｔｉｎｇＴｅｃｈ－ ｎｏｌｏｇｙＣｏ．，ｌｔｄ，Ｑｕａｎｚｈｏｕ３６２３０２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｈｉｇｈｐｒｉｃｅｏｆｔｈｅｕｌｔｒａ－ｔｈｉｎＬＥＤｐａｎｅｌｌｉｇｈｔ，ｈｉｇｈｔｈｉｃｋｎｅｓｓａｎｄｌａｒｇｅｑｕａｎｔｉｔｙｏｆＬＥＤｆｏｒｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｄｉｒｅｃｔ－ｄｏｗｎＬＥＤｐａｎｅｌｌｉｇｈｔ，ａｎｅｗｄｉｒｅｃｔ－ｄｏｗｎＬＥＤｐａｎｅｌｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅａｎｄｔａｒｇｅｔｐｌａｎｅａｒｅｍｅｓｈｅｄｔｏｆｏｒｍｔｈｅｍａｐｐｉｎｇｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂａｓｅｄ ｏｎｔｈｅｅｄｇｅ－ｒａｙｔｈｅｏｒｙ．Ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｉｎｎｅｒａｎｄｏｕｔｅｒｆｒｅｅｆｏｒｍ－ｓｕｒｆａｃｅｉｓｄｅｄｕｃｅｄｏｎｔｈｅ ｂａｓｉｓｏｆＳｎｅｌｌｆｏｒｍｕｌａ，ａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｄａｔａｏｆｆｒｅｅｆｏｒｍ－ｓｕｒｆａｃｅａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｉｔｅｒａ－ ｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｏｐｔｉｃａｌｌｅｎｓｗｉｔｈｌａｒｇｅｖｉｅｗａｎｇｌｅｆｏｒｔｈｅｎｅｗｄｉｒｅｃｔ－ｄｏｗｎＬＥＤｐａｎｅｌｌｉｇｈｔｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｏｕｂｌｅｆｒｅｅｆｏｒｍ－ｓｕｒｆａｃｅｌｅｎｓｗｉｔｈｌａｒｇｅｖｉｅｗａｎｇｌｅｃａｎｒｅａｌｉｚｅｌａｒｇｅ ａｎｇｌｅｌｉｇｈｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｗｉｔｈ１５０°，ｔｈｅｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｉｓ０ ．８６ ，ａｎｄｔｈｅｅｎｅｒｇｙｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｉｓ９９．５％．Ｗｈｅｎｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅ－ｈｅｉｇｈｔｒａｔｉｏ（Ｄ／Ｈ）ｏｆＬＥＤａｒｒａｙｆｏｒｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｏｐｔｉｃａｌｌｅｎｓｗｉｔｈｌａｒｇｅ ｖｉｅｗａｎｇｌｅｉｓａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙｅｑｕａｌｔｏ３，ｔｈｅｉｌｌ