基于Tracepro的LED路灯光学设计与仿真研究

刘轩达　李文霄

中北大学朔州校区



基于Tracepro的LED路灯光学设计与仿真研究

刘轩达李文霄

中北大学朔州校区

本文研究LED路灯照明，结合国家道路照明标准，设计了一款LED路灯反光板和一款LED路灯透镜，并在计算机仿真软件Tracepro中仿真此两款LED路灯的光斑等，结果显示在离LED路灯10m远处光斑为矩形，配光曲线为蝙蝠翼形状，基本满足道路照明要求。

Tracepro模拟 光学设计 仿真

1　前言

道路照明有着特殊的环境，所以对路灯的要求也特别严格。LED路灯是作为常用的灯种，其主要由路灯灯杆、路灯外壳、LED光源、LED二次光学器件（反光板或者透镜）、LED驱动电源等部件组成。LED作为第四代照明光源，有着光效高，显色指数高，色温多样可选择性多、耗电量低等特点，大有取代高压钠灯的趋势。

2　LED路灯光学设计方案

设计一符合双向4车道的次干道。本次路灯光学设计旨在设计符合道路照明标准的LED路灯光学系统。根据路灯设计标准规范，本次设计某次干道道路，双向4车道，路宽14m，灯杆高度12m，灯杆间距30m，路面为沥青路。采用双向布灯的方式。道路平均照度达到15lx以上，最好达到20lx以上，按照达到20lx以上标准设计。

具体设计方案：采用多个反光板阵列的形式，5*5阵列，共25个小反光板，25个LED光源，光源采用SMD 3030型号，单科光源尺寸为3mm*3mm*1mm，单科光源光通量取值350Lm，经过反光板内表面反射有损失。最后设计3D模型如图1。

3　反光板型LED路灯Tracepro仿真

LED路灯光斑为矩形，若不对反光板型LED路灯二次光学的部分阵列进行旋转角度，则光斑会为对称光斑，以未经过旋转的即0度情况下的反光板型模型为例，其通过光线追击后，观察配光光斑如图2所示。从配光光斑可以看出，为左右对称配光，光斑为矩形，中心光强不是最大光强，有利于提高光斑的均匀度。此配光不适合路灯照明，通过旋转两侧的LED模组，可以加大发光角度，达到光斑矩形的目的，有利于道路照明。分布进行10度、15度、20度旋转，并进行模拟，选出较好的反光板型LED路灯配光。

对比三种旋转角度的可以得出，旋转角度改变了原有配光曲线形状和光斑，其中10度旋转角度偏小，还达不到预期效果，20度旋转角度偏大，不仅外壳结构设计上会有困难，而且光线浪费严重，最重要的是均匀度更差了，中心更亮，往两边照度下降较快。综合考虑旋转15度时最适合，选用旋转15度的仿真结果进行LED路灯在实际道路场景里的仿真。

4　透镜型LED路灯Tracepro仿真

光线追击，查看光线结果如图3所示，图中可以看出一个方向上角度较大，另一个较小，且还有一定偏光，光斑为矩形，基本符合要求，最后将配光曲线导出ies文件得出模拟效果图。

5　总结

模拟结果显示透镜型LED路灯与反光板型在光源光通量相同的情况下，得到的路面照度也基本相同，说明两种配光的利用率差不多，但是透镜型的照度均匀度0.745远大于反光板型的0.47，均匀度要好很多，同时亮度要高很多，亮度均匀度也要好很多。透镜型LED路灯沿着道路方向发光角度大，能实现灯杆间距更大的照明，而反光板型通过旋转模组角度达到大角度有可行性，但是效果并不太理想，旋转角度增大的同时均匀度会变低。

［1］朱小清.LED光源在道路交通中的应用研究［D］.重庆大学，2009.

［2］程敏.具有非对称配光特性的LED路灯的光学设计［D］.大连工业大学，2012.

［3］宋宁亮.基于软件仿真的LED照明设计与应用［D］.厦门大学，2014.

图1　反光板型LED路灯3D模型

图2　旋转0度仿真结果

图3　透镜型LED路灯仿真