隨著人們對發(fā)光二極管（LED）低功耗、長壽命、高光通利用率等優(yōu)點的逐步認(rèn)識，LED已開始取代傳統(tǒng)白熾燈，成為交通信號燈產(chǎn)品的主要光源。而信號燈的光學(xué)系統(tǒng)也隨之發(fā)生了變化。由于LED的光輸出通常分布在一個較小的立體角范圍內(nèi)，在水平面以下的光分布與交通信號燈的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)大致相同。因此，目前大多數(shù)LED交通信號燈，不加任何透鏡而利用LED自身光分布，或者只是利用小反射腔來適當(dāng)收集大角度的光通，這些方法都使水平面以上的光通量被浪費，并且可能產(chǎn)生可視角度不夠大等缺點。另外，若采用簡單棱鏡來分配光通量，可能會使出射光分布不均勻，從而產(chǎn)生暗區(qū)。 H@'u$qr$:  
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文章論述了上海澳星照明電器制造有限公司根據(jù)市場需求，結(jié)合實際產(chǎn)品使用要求，應(yīng)用高亮度LED的光學(xué)分布技術(shù)進行了專門的技術(shù)研究與相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)，產(chǎn)品經(jīng)測試和使用，其光學(xué)轉(zhuǎn)換效率及各項技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到或超過國內(nèi)同類產(chǎn)品技術(shù)水平，經(jīng)中科院上海文獻情報中心檢索，項目技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平及國際先進水平。 4wPP/`  
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1、交通信燈號產(chǎn)品的設(shè)計思想 ^bEC
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1.1、交通信號燈基本光學(xué)系統(tǒng) f1q0*
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傳統(tǒng)的交通信號燈采用白熾燈作為光源，其燈具基本光學(xué)構(gòu)成可視為：光源、反射器及用于形成光分布的透鏡組成（如圖1所示），由于白熾燈的光輻射幾乎占據(jù)整個空間，因此需要用反射器將其他方向上的光收集起來，投向要求的區(qū)域。通常采用的是拋物面反射器，形成近似于平行的光束，然后用有色透鏡的外罩對光束進行偏折、擴散，產(chǎn)生期望的光分布和顏色。 <sG}[:v  
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隨著LED技術(shù)的發(fā)展，單顆LED流明數(shù)的不斷提高，一個燈具內(nèi)使用的LED數(shù)目會明顯減少。目前廣泛使用的LED交通信號燈，通常用100～300顆LED，基本均勻分布于整個發(fā)光面上，每顆LED對應(yīng)一個或一組透鏡單元。 a}[rk*QmZ  
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由于LED發(fā)出的光相對集中于一個較小的立體角范圍內(nèi)，反射器就不再是必要的光學(xué)組件，而往往用透鏡作為準(zhǔn)直光學(xué)組件。例如用凸透鏡或菲涅耳透鏡產(chǎn)生平行光束。然后用枕形透鏡、楔形棱鏡等使光束重新擴散、偏折，產(chǎn)生滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的光分布（如圖2所示）。 +|qw>1J(  
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1.2 、交通信號燈基本光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計思想 JhvT+"~  
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1.2.1、光通量的估算 \"b'Z2g  
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無論是歐洲的ＥcＥ、美國的iＴＥ還是我國的國家標(biāo)準(zhǔn)，對于信號燈光分布的要求大多體現(xiàn)為H－V系統(tǒng)內(nèi)的光強分布。我們設(shè)計的依據(jù)為最新的國家標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。 gnlU  
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因此，可以根據(jù)下式計算出達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的最小光通量： VyWzb  
Φ＝Φ＝i·（sinH－sinH）·（Vi＋－Vi－） WQsu}_g5y  
其中Φi——第i個立體角區(qū)域內(nèi)的光通量 F!P,%JmI<  
ii——第i個立體角區(qū)域內(nèi)要求的（平均）光強 r-,u)zf"  
Hi＋1/2，Hi－1/2，Vi＋1/2，Vi－1/2——第i個立體角區(qū)域的水平角和垂直角的邊界 8Yf=)  
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    此計算所得的光能量是一個理想值，實際要滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的光分布，還需考慮透鏡的透過率、溢出光損失等因素。因此，需要對Φ進行修正，得到的才是實際要求光能量的估量值。 @4$la'XSx  
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    下一步是要估算單個LED發(fā)出的光通量。通常交通信號燈中采用的是Φ5mmLED，此類LED生產(chǎn)廠家一般都給出了如圖3所示的光強分布和最大中心光強值。 )B"E+Q'h{7  
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利用下式可以計算所用LED的光通量： A}i>ys  
Φ＝2πi·（cosθ－cosθ） cXK.^@du  
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     根據(jù)上述計算可以得到光能量，經(jīng)過修正可以估算出要用的LED的數(shù)目。目前，澳星生產(chǎn)的LED交通信號燈就是利用上述結(jié)論進行LED個數(shù)估算，例如澳星生產(chǎn)的300mm的交通燈采用了121顆LED。　　　　　　 g#o9[su  
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1．3 透鏡單元 Jt3*(+J>/  
     為了能實現(xiàn)對光通量更有效的利用，產(chǎn)品設(shè)計中應(yīng)先用準(zhǔn)直系統(tǒng)，將LED發(fā)出的光校正為平行光。 :VE0eJ]J6  
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同時燈具采用單凸透鏡，凸面的曲率半徑用下面的公式計算：　 Z61L;E  
1/r1－1/r2＝1/f?（n1－1） f<>CSjQ4c  
其中f－透鏡焦距 T1;>qgp4b  
r1，r2－分別為透鏡兩表面的曲率半徑。當(dāng)某表面為平面時，曲率半徑為無窮大。 &U\//  
nl－透鏡材料的折射率 "Rn@yZV  
需要用透鏡將平行光束進行擴散處理，來滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。為使光學(xué)效果更加合理，設(shè)計中應(yīng)將燈具外罩分割成矩形小單元，這樣做的目的在于打碎光波的波面，使產(chǎn)品產(chǎn)生均勻的外觀效果。在每個小單元中，采用橢球面，因為該面具有水平和垂直兩個方向的弧度，從而可以在兩個方向上用不同的曲率半徑達(dá)到不同的擴散效果。由于交通信號燈的標(biāo)準(zhǔn)一般要求光分布于水平之下，因此，在垂直方向上只需用上半段圓弧，產(chǎn)生向下擴散的效果（如圖４所示）。 .M0pb^M  
    根據(jù)上述原理，設(shè)計進行了光學(xué)透鏡、色片、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及電路設(shè)計，并在此基礎(chǔ)上形成了產(chǎn)品技術(shù)。 T$Z}1e]  
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    作為LED在交通信號產(chǎn)品中的應(yīng)用，其根本目的是克服傳統(tǒng)技術(shù)的不足，合理利用光通量，實現(xiàn)均勻、高效的光分布。同時，在圓盤狀本體上，整齊排列多組透鏡單元，每組透鏡都由具有不同雙向曲率的透鏡單元組成。因為透鏡的一個表面為具有水平和垂直兩個方向曲率半徑的曲面，所以可以使入射光在水平方向和垂直方向都得到擴散。鑒于兩個方向的曲率半徑相互獨立，所以可以根據(jù)要求，分別調(diào)節(jié)兩個曲率，使得光輸出在兩個方向上得到不同程度的擴散。因此，使用雙向曲率曲面構(gòu)成的透鏡，可以根據(jù)設(shè)計要求更自由地分配光輸出，更高效地利用光通量，減少不必要的浪費和眩光。此外，由于使用的是光滑過渡的曲面，燈具有均勻過渡的光分布和良好的外觀。 0@RVM|  
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    如圖5所示，在圓盤狀本體（1）上，整齊地排列著若干透鏡組（2）。每組透鏡由具有不同雙向曲率的透鏡單元（3）組成。每個透鏡單元都有一曲面為入射面（31），一平面為出射面（32），垂直面（33）不作折射作用，僅作為各單元的分界面。每個透鏡單元在本體上的投影為矩形，從而使各單元能緊密、整齊地排列。平行入射光束經(jīng)過透鏡單元的折射作用，在水平方向形成左右對稱的均勻擴散，在垂直方向形成向下偏折的均勻擴散。通過調(diào)整一組透鏡中各單元的大小和兩個方向的曲率半徑，調(diào)配出射光通量在不同立體角范圍內(nèi)的分布，達(dá)到設(shè)計要求的光分布。 m`n#Q#6  
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    鑒于入射曲面的作用是使光線發(fā)生偏折形成擴散，產(chǎn)品設(shè)計中具體每組透鏡的單元個數(shù)、單元大小、曲率半徑等都可以結(jié)合實際情況而變化。 s1p<F,  
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2 LED航標(biāo)燈的光學(xué)設(shè)計 (#+81 Dr 应用必备| 乐陵市| 海阳市| 霸州市| 惠水县| 彭水| 福泉市| 郸城县| 锦屏县| 水城县| 沙湾县| 铜鼓县| 祁东县| 祁东县| 霞浦县| 仪征市| 木里| 安乡县| 阳曲县| 怀化市| 长阳| 阿瓦提县| 永靖县| 建平县| 邵阳市| 监利县| 承德县| 漯河市| 玛曲县| 辽阳县| 天水市| 应城市| 海林市| 英山县| 萝北县| 额尔古纳市| 太仆寺旗| 乌鲁木齐市| 邛崃市| 景泰县| 阿瓦提县|