跟着国内的环境污染问题日益突出，节能减排受到了史无前例的注重。LED作为第四代照明光源，具有节能、环保、寿命长等长处，已被广泛运用在室内、野外以及特别照明上。
现在大大都的 LED 归于 (近) 朗伯型光源，为了使 LED 的发光散布契合实践运用，需求对LED进行二次配光。现有的 LED 配光有反射式 (反光杯) 和折射式 (透镜) 等办法，其间折射式配光对光的操控性强，被广泛运用于路途和地道照明中。为了使 LED 照明灯具有更高的能量使用率，现在路途灯具的配光大都选用偏光方法。这儿的偏光指的是灯具的配光沿着车辆跋涉方向为对称散布，而垂直于车辆跋涉方向为非对称散布，如图 1 所示。
跟着路途照明规划的不断开展，路途配光的点评规范从曩昔的照度均匀逐步开展成为以亮度均匀为主，照度均匀为辅。配光曲线反映了灯具在空间某个截面上光强与发光视点的联系。一个抱负的配光曲线的规划需求归纳考虑灯具的装置高度、灯杆距离以及路面宽度等参数，使路面照度、亮度以及阈值增量等点评路途照明质量的参数方针都契合规范，并到达高效、健康和节能的照明意图。本文提出一种新式的全偏光透镜，其配光曲线沿着和垂直于车辆跋涉方向都是非对称散布。这种透镜能够在得到满意亮度均匀度的状况下，减小光幕效应对驾驶员的影响。
图1 传统偏光透镜的配光曲线: 曲线 C0-C180 和 C90-C270分别为沿着和垂直于路途方向的光强散布
1 全偏光 LED 透镜的规划
1. 1规划原理
路途配光规划的意图是为驾驶员供给舒适的照明环境，确保路途交通安全。在不同的路途环境中，要有相对应的配光规划，其间地道是一个特别的路途照明环境。在大大都的地道中，车辆单向行驶，来自上前方灯具的直接灯火和下前方地上的反射光构成了驾驶员的视觉作用，如图 2 所示。地道灯具的配光规划要确保路面亮度有满意均匀度的一起，尽量削减灯火对人眼的直接照耀 (削减眩目)。灯具宣布的光线能够分为两类，正向传达光线和逆向传达光线。正向传达光线只会发生反射光，构成路面亮度; 小视点的逆向传达光线发生反射光，构成路面亮度，而大视点的逆向传达光线能直接入射到人眼，构成光幕而发生眩目。光幕的影响越大，人眼对物体的分辩才能就越弱。
图2 灯具的光线传达示意图
光幕的影响程度用眩光约束阈值增量 (TI) 来衡量，《城市路途照明规划规范 CJJ45—2006》规则了三种路途类型中 TI 的初始最大值。在路途照明中，路面亮度在 0. 05cd/㎡ ～ 5cd/㎡的状况下，可用以下公式核算:
其间，Lv为等效光幕亮度; Lav为路面均匀亮度; n为同排 500m 规模里的灯具总数[2]; K 为年纪系数，一般取 10 (23 岁观察者); Eeyei为第 i 个灯具在人眼视野方向上在视网膜上的照度; θi为第 i 个灯具入射到人眼的光线方向与人眼视野方向的夹角。 一般驾驶员留意的区域在正前方 60 ～ 160 米，相关于水平面的视点约为 1°。因而，在灯杆高度和灯杆距离必定的状况下，要减小灯具大视点的光强值以下降 TI 值，如图 3 所示。
图3 灯具在大视点的光强散布会对驾驶员形成眩目影响
从路途照明质量方面看，给驾驶员视觉舒适性带来影响的首要有 “斑马纹”和眩光[3]。“斑马纹”首要是由路面的纵向亮度均匀度 (UI值) 过低形成的，而眩光则是因为灯具纵向 (沿车道方向) 的发光视点过大。增大灯具的纵向发光角能够进步 UI值，可是这使得眩光光线的 Eeyei过大，增加了 TI值。因而，进步亮度均匀度和下降眩光值之间就存在着竞赛联系。
不同于传统地道灯沿沿车道方向的对称配光(彻底对称或半偏光)，彻底非对称 (全偏光) 的配光更具有灵活性。首要，彻底非对称配光可使逆向传达的光线视点不会过大，而正向传达的光线视点恰当扩大一些，能量更多一些，以确保隧路途面有满意大的亮度均匀度。其次，在两灯之间的调查区域内，亮度是由首要相邻的两个灯具的光线引起的，非对称规划相关于对称配光规划来说，亮度均匀的优化规划就增加了一个自在度。
1. 2 规划办法
全偏光LED地道灯透镜的规划思路为: 首要把LED 光源宣布的能量半球区分为若干份能量单元，接着把方针平面区分为若干份面积单元，终究依据光学扩展量守恒规律、折射规律以及边际光学原理，建立起能量单元与面积单元之间的能量对应联系，并核算出生成自在曲面透镜模型所需求种子线的坐标。把种子线导入 Solidworks 等三维规划软件里即可生成所需求的透镜模型。这种根据能量网格区分的透镜规划办法已被广泛运用在 LED 配光规划中。光源能量和方针平面的区分如图 4 所示。
LED 的半球面发光状况运用视点 (u，v) 来表明，如图 4 (1) 所示。其间 O 点坐落 LED 发光的中心，而且光强的最大值沿 Z 轴方向。别的，每一份能量单元的巨细经过 (Δu，Δv) 来区分，而且对应着方针平面区域上的面积单元 (Δx，Δy) ，如图 4 (2) 所示。每一份能量单元的巨细为:
式 (2) 表明把 LED 的半球面总的光能量 Φ 区分为M × N 份，每一份的能量为能量为，能量单元与方针面积单元的区分，影响着终究配光的作用。能量区分算法一般是把 LED 的能量半球进行能量等份区分，而关于方针区域 (如车道)则经过调整面积单元 (Δx，Δy) 的巨细来进行能量分配。假如能量单元被分配到一个面积较小的面积单元 (Δx，Δy)，则该区域的能量密度就较高; 反之较小，如图 4 (3) 所示。经过这种能量重新分配的规划办法可完成 LED 的偏光操控，其具体的剖析与核算进程可参阅相关文献。这种把 LED 的圆形发光区分为矩形网格的办法，契合长方形的路途实践需求，进步了灯具能量使用率。
图 4(1) LED 半球面发光的空间视点表明，(2)、(3) LED 发光球面上能量单元与方针面上面积单元的对应联系
自在曲面透镜的要害坐标点是经过科学核算软件 Matlab 程序把上述的规划思路转化为数学言语核算出来的，一般直接出来的坐标点并不能直接得到路途需求的透镜模型，首要原因有以下几个方面。首要，核算程序是把 LED 光源简化为点光源，然后使用光学中的折射规律进行自在曲面求解。但是，实践 LED 的发光面相关于透镜来说尺度较大，这会形成核算结果有差错。别的，LED 的光强散布一般也不是抱负的朗伯散布，即 LED 的光强散布呈余弦改变。其次，在种子线的核算进程中，因为后一个点的核算是曾经一个点作为参阅，所以种子线会呈现核算的累积差错。终究，路途照明运用需求考虑亮度均匀性，而原始的核算办法只是以能量 (照度) 均匀性来核算的。因而，在程序中需求引进恰当的网格调制因子以批改差错[8]，并能量散布满意路途照明的亮度均匀性需求。
