基于自由曲面的LED照明系统研究

发布时间：2017-03-23 12:14

  本文关键词：基于自由曲面的LED照明系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 使用固体照明光源特别是发光二极管(LED)作为光源进行照明系统设计,不仅可以节省能源、减少污染,而且可以减小体积、延长系统使用寿命。但是由于LED的外形和发光特性等和现有光源不同,使得现有的基于成像光学的照明系统无法直接应用于LED。自由曲面灵活的空间布局和设计自由度,能够简化光学系统的结构,提高像质。尤其在照明光学系统的设计中由于光学自由曲面可以在分配光强的同时控制散射角度,非常适用于基于LED的照明系统设计,故此展开研究既具有理论价值又含有实际的意义。 本课题对微分方程数值解构造光学自由曲面来实现高能量利用率的均匀照明的设计方法进行了探索性研究。基于微分几何知识和光学折反射定理构建微分方程(组),并利用数值解法直接得到自由曲面的面型数据。根据现实情况提出了适用于自由曲面照明系统的光学模型,并通过将光源包埋入自由曲面的方法实现100%的理论能量利用率。本课题随即对理论设计进行了实践探索,使用灌注法加工了自由曲面透镜,并将其导入DLP投影系统中对其实际效果进行了测试。 本文第一章介绍了现有照明产业的现状、分类,分析比较了目前主要的几种传统照明系统的光学结构;再介绍了发光二极管光源的发展现状,最后详细阐述了光学自由曲面的应用及发展现状。 第二章介绍了非成像光学的发展历史和基本内容,并且着重论述了微分方程构造自由曲面的设计方法,给出了光学自由曲面的矢量方程组和数值解法;随后给出了实现100%的理论能量利用率的设计方法,并对系统的实际表现进行了仿真模拟;最后给出了几种类轴对称均匀照明的实现方法。 第三章给出了应用第二章的方法实现自由曲面设计的具体过程。 第四章介绍了自由曲面的实际加工方法,并详细介绍了使用灌注法加工自由曲面的流程和问题解决方法。 第五章介绍了在构建基于LED的照明系统中电学、热学、机械加工问题的解决方法,并对相关系统的性能进行了测试。 本文最后一章,对本课题的研究工作进行总结,指出了新的工作方向。
【关键词】：自由曲面 照明 LED 光能利用率 微分方程
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM923.3
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 第一章 绪论9-20
• §1.1 基于成像理论的传统照明系统9-11
• §1.1.1 复眼(Fly-Eye)照明系统9-10
• §1.1.2 方棒(Light Pipe)照明系统10-11
• §1.2 基于非成像光学理论的新型照明系统11-14
• §1.2.1 CPC(Compound Parabolic Concentrator)照明系统12
• §1.2.2 自由曲面(Freeform Surface)照明系统12-13
• §1.2.3 蘑菇透镜(Mushroom Lens)照明系统13-14
• §1.3 LED光源14-16
• §1.3.1 基于LED的照明系统15-16
• §1.3.2 LED阵列(LED Array)照明系统16
• §1.4 论文的研究内容及意义16-18
• §1.4.1 研究内容16-17
• §1.4.2 课题意义17-18
• 参考文献18-20
• 第二章 自由曲面光学理论基础20-31
• §2.1 非成像光学20-22
• §2.1.1 非成像光学发展历史20-21
• §2.1.2 光学扩展量21-22
• §2.2 自由曲面构造22-30
• §2.2.1 概述22-24
• §2.2.2 微分方程的构造与求解24-30
• 参考文献30-31
• 第三章 应用于LED照明的自由曲面元件设计31-44
• §3.1 小角度覆盖照明的实现31-33
• §3.2 全角度覆盖照明的实现33-41
• §3.2.1 基于单自由曲面的设计方法34-36
• §3.2.2 基于多自由曲面的设计方法36-39
• §3.2.3 设计参数冗余分析39-41
• §3.3 准对称照明的实现41-43
• §3.3.1 环形照明面的实现41-42
• §3.3.2 半圆(环)照明面的实现42-43
• 参考文献43-44
• 第四章 折射式自由曲面光学元件的制备技术44-51
• §4.1 加工方法概述44-46
• §4.1.1 注射成型法44-45
• §4.1.2 精细加工法45-46
• §4.2 注塑成型法自由曲面透镜加工46-50
• 参考文献50-51
• 第五章 基于LED的照明系统构建51-69
• §5.1 LED的电学设计51-60
• §5.1.1 LED驱动设计51-58
• §5.1.2 LED控制设计58-60
• §5.2 LED的热学设计60-61
• §5.3 LED的系统集成61-62
• §5.4 LED照明系统性能测试62-67
• §5.4.1 面型误差分析62-63
• §5.4.2 系统能量利用率与光线收集角度分析63-65
• §5.4.3 出射光线色度分析65-66
• §5.4.4 照明面照度均匀性分析66-67
• 参考文献67-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 硕士期间完成的论文71-72
• 致谢72-73
• 附录1:MATLAB数值计算源代码73-83
• 附录2:ASAP光线追迹源代码83-86
• 附录3:自由曲面灌注腔加工设计图纸86-87

【引证文献】

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本文编号：263704