高均勻低眩光led護眼燈配光設計

0led燈光系統設計隨著綠色照明的快速發展，人們對照明的追求也從[亮度和價格]逐漸轉變為質量、環保和舒適。確保工作區域良好的視覺環境，確保學習和工作的質量，提高工作效率，保護健康和安全。高反射光、散射率和不透光性較低的燈將導致讀者的視覺疲勞，嚴重損害被告的視覺神經系統。1984年北美照明工程學會對眩光(Glare)做了定義:在視野內由于遠大于眼睛可適應的照明而引起的煩惱、不適或喪失視覺表現的感覺.LED照明行業一般采用散射的辦法來降低LED光線過度集中的問題.例如,用透光性很好的亞克力材料來進行散射霧化處理LED發出的光線,但它會損失部分光效.還有一種采用反射的辦法,LED的光效利用率則很高.相比較于“直射式”,“側射式”LED燈具的眩光得到較大的改善.LED作為直流無閃頻、高光效的新一代照明光源,在桌面照明應用上具有廣闊的應用前景.但是,LED高度窄角集中的光學特性導致了光斑呈現中間極亮,隨半徑增大方向急速衰減的不均勻現象.這種極度不均勻照明將引起瞳孔頻繁調焦,容易導致眼睛疲勞和不適.采用自由曲面透鏡是有效改善光線分布狀況的重要途徑.配光結構一般有反射面、透鏡兩種,目前LED的二次配光結構大部分采用的是透鏡結構.本文的LED臺燈配光設計中加入非球面反光杯來收集LED光源發出的大角度光線,提高了光能的利用率并改善了眩光.加入配光透鏡解決了均勻照明問題,設計了一款高均勻低眩光的LED護眼臺燈.1光源的主要性能參數的選擇1.1系統集成的染色光源發射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光色相同時,黑體的溫度稱為該光源的色溫.經查閱國家照度標準———室內照明光源的色表可確定本設計光源的色溫可定在5000K.1.2照明兩化的一般顯色指數光源的顯色性是由顯色指數來表明,它表示物體在光下顏色比基準光(太陽光)照明時顏色的偏離,能較全面反映光源的顏色特性.根據國家照度標準室內照明光源的一般顯色指數按表1分為四組.護眼臺燈的顯色指數也需大于80,本設計選取顯色指數大于85的光源.1.3led兩光菌株的選擇直插式LED大多采用圓柱或圓球封裝,由于凸透鏡的作用,都有很強指向性,光線方向的過于集中容易造成光照度的局部太亮,產生不適型眩光.貼片LED配合鋁基板,能將大部分熱量導出.因此,本設計選擇貼片式封裝的光源.光源參照深圳源磊科技的0.5W5050LED光源,其主要參量是發光效率47lm/W,放光角度120°,色溫選擇5000K左右,顯色指數大于85的小功率光源.2led光初始方案設計市場上的LED臺燈產品,光源基本是裸露的,只有少部分燈具有反光杯,使用反射的辦法不僅可以降低LED光線過度集中的問題,使得眩光得到較大的改善,還可以提高LED的光效利用率.因此初始方案選擇是貼片LED光源加反光杯.目標是在直徑為700mm的接收面內達到均勻照明.2.1反射杯設計反光杯的主要作用就是將光線控制在接收面直徑為700mm的范圍內,且實現在這個范圍內照度均勻.反光杯的結構如圖1.2.2光柵控制方案設計反光杯用ProE建模后導入TracePro進行仿真模擬:1)創建直徑為700mm、距離光源為450mm的平面,面屬性設置為全吸收,做為接收桌面以觀察照度分布;2)每個LED的光線數量設置為1000000條,光通量為47lm.進行光線追擊,觀察桌面的仿真效果.圖2為反光杯幅照度圖,其中(a)圖為觀察平面上照度分布的俯視圖,橫縱坐標分別為X、Y軸的坐標值;(b)圖為觀察平面上照度分布沿Y=0方向的截面圖,橫坐標為X軸的值,縱坐標為照度值.圖3的其極坐標配光曲線,是指在測光平面上測出的燈具在不同角度的光強值.由反光杯幅照度分析圖可知光線集中于直徑為800mm的接收面范圍內,照度相對比較均勻,但接收面的的中心存在亮斑,并且無論怎樣改變反光杯的形狀尺寸,中心亮斑都無法消除.3材料透光率高單純采用反光杯無法消除中心亮斑,因此考慮加入配光透鏡,透鏡采用PMMA為材料.PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯),俗稱有機玻璃,是目前最優良的高分子透明材料透光率達到92%.3.1光純度的設計加入透鏡的主要作用就是將光線控制在接收面直徑為700mm的范圍內,消除中心亮斑,實現均勻照明.配光透鏡的結構如圖4.3.2模擬的嘴唇仿真用ProE建立配光透鏡實體模型之后導入TracePro進行仿真模擬.得到桌面的仿真效果如圖5和圖6,其中圖5為加入透鏡后的幅照度圖,圖6為其配光曲線.由幅照度可以看出接受面中心亮斑消失,實現了在直徑700mm接收面范圍內的均勻照明.4燈光水源的選擇由CNS照度標準可知,臺燈的照度應選在500lx至750lx之間.本次設計的臺燈光源的額定功率是3.5W,因此需要0.5W的光源7顆.4.1光杯和透鏡的設計為了生產和裝配的方便將一盞臺燈所需的反光杯和透鏡進行模塊化設計(將每個反光杯,與配光透鏡組通過定位銷連接在一起).將設計好的反光杯和透鏡進行裝配,裝配如圖7.4.2ceper仿真模擬用ProE建立裝配結構實體模型之后導入TracePro進行仿真模擬.輻照度如圖8,配光曲線如圖9.觀察圖8、圖9可知整體配光結構可在在直徑為700mm的范圍內實現了較均勻的照明.4.3大型植物葉片光照需要集光量的cu照度的計算,平均照度(Eav)=單個燈具光通量Φ×燈具數量(N)×空間利用系數(CU)×維護系數(K)÷地板面積Am2(長×寬),即式中單個燈具光通量Φ是指燈具內所含光源的裸光源總光通量值;空間利用系數(CU)是指從照明燈具放射出來的光束有百分之多少到達作業臺面;維護系數K指的是隨著光源使用時間的增加燈具的老化,光的輸出能力降低,或由于房間灰塵的積累,導致空間反射效率和照度的降低而乘上的系數,本設計取0.8.均勻度的計算,依據國家照度標準,辦公室、閱覽室等工作房間一般照明照度的均勻度,按最低照度與平均照度之比確定,其值不宜小于0.7.由灰度照度圖可以讀出,在直徑為300的區域內,最小照度為450lx,因此本設計的臺燈照明均勻度為5led燈光設計方案本文參照國家照明標準選擇貼片式LED作為臺燈的光源,用PROE對臺燈進行結構建模,設計反光杯提高光效利用率.通過二次配光透鏡的設計提高均勻度,用TracePro對設計的光源組件進行仿真模擬,并對反光杯和透鏡的結構參量進行反復的修正.完成了一款可在