高准直高效能LED警示灯

　　高度专业的警示灯普遍应用在高楼建物、航海、航空等高度要求安全的场所，以台湾地区为例，随着建筑物的高度提升，许多大楼、烟囱都必须装载障碍灯以维护飞航安全，另外海上与机场等场所都必须具备警示灯作为航道导引的光源来源，故市场上有越来越多的需求;但岛内目前市场上也因为普遍技术上的瓶颈，以生产一般警示灯为主，能够生产航空、航海用等高级警示灯的公司几乎没有，以至于台湾使用的警示灯常常必须向海外购买，例如台北101与台湾高铁皆花费高额经费向国外采购警示灯，故希望并且藉由技术突破，将可以创造出极高价值的产品。

1. 原理架构与方法

　　主要用光学仿真软件ASAP来做光线追迹和统计与仿真数据的程序。
   
1.1 LED光源的灯罩

　　首先我们利用实验室学长设计出的一个准直LED灯如图1所示，其结果可如图2所示发散角度在-3～3度之间，其均匀性可达83.6%如图3所示
 

1.2 警示灯内部结构

1.反射镜面：

　　利用反射定律：入射角等于反射角，且入射线不变时，平面镜转 角，反射线则改变为 角平面镜成像。

　　我们利用这反射镜面将光线反射到四面八方因为目标垂直发射角度：0～6°，而准直LED灯发散角度在-3～3度，故反射光线需要旋转3度，则镜面只需旋转1.5度，所以反射镜面与水平的角度为45+1.5=46.5度，其设计如图4。
 

　　将单一个准直LED灯往上打的光经过反射面后，向上的准直光线反射至水平方向，可以测出光的垂直发散角度在0～6度间，水平发散半强角度在-8～8度间，水平方向的照度均匀度只有36%，如图6所示；图5为待检测面示意图，因为照度分布会成环形对称，故图7光照度分布图只撷取0～30度的范围

2.柱状镜：

　　因为在水平方向的均匀性并不是很理想，只有36%而已，故我们利用光线折射的特性，设计一柱状镜来使光线在水平方向的分布可以更加的均匀，光路示意图如图8所示

　　如此利用柱状镜使水平方向为一个发散的光线，示意图如图9、图10.
 

 

　　将经过反射镜面的光经过折射罩后，可以量测出光的垂直发散角度还是在0～6度间，但水平发散半强角度已散至约在-25～25度间，而水平方向的照度均匀度增加至63%，如图12、图13所示；图11为待检测面示意图

　　3.结果

　　将LED光源的灯罩、反射镜面及柱状镜组合起来，整体结构图如图14所示，作整体系统的光分布调控，利用ASAP光学仿真软件，将待检测面放置在八公里外，如图15、图16所示。
 

　　所测量之强度分布图如图17所示，红色线部分代表垂直方向之光强度分布，有达成目标垂直发射角度：0-6°，光照度分布图如图18所示，其照度均匀度达50%

　　4. 结论

　　在本篇研究中LED警示灯之设计，在放置准直且均匀LED灯罩、反射罩与折射照之整个系统用光学软件仿真最后结果，发现在8公里外侦测面之光线垂直发射角度约在0-6°，而整体(6颗LED)输出有效光均匀度大约为50%；由于这类产品应用的环境是安全高度要求的场所，所以会依照不同场所再订定出有关灯具光强度(cd/m2)、可视距离及角度等使用规范，而上述的结果则有达到相关之规范。