基于非成像光学的投影照明光学设计
发布时间：2022-04-22 21:13
在倡导绿色节能的环境下,LED光源以其诸多优点逐步取代传统光源,应用于各种照明系统。LED因其发光特点,需要进行配光设计才能达到特定的使用要求。通常基于非成像光学理论来设计自由曲面光学元件以满足照明与显示要求。非成像光学理论是LED照明设计的基础,而对LED照明设计的研究也推动着非成像光学的快速发展。针对LED自由曲面光学元件的设计,研究者提出了各种不同方法,包括数值优化法、裁剪法、偏微分方程法、网格划分法和同步多表面法等。投影系统是LED照明的一个重要应用领域,具有巨大的发展潜力。高亮度、微型化是现代投影系统发展的趋势,照明在投影系统中具有重要的作用。本文针对LED光源的发光特性,设计了传统的方棒、复眼照明系统,获得了匀光照明和矩形整形的效果。但因这两种系统元件多、光学总长大,无法满足投影系统的发展需要。本文利用网格划分法,设计了一款自由曲面光学元件来达到匀光照明的效果。使用LightTools模拟显示,在距离光学元件50mm的接收面上形成一个60mm× 80mm的矩形光斑,照度均匀性达到85%。本文提出采用非成像光学的方法,设计一种产生由旋转对称几何形状组成的投影光斑的自由曲面光学...
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
中文文摘
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 LED光源的优势及应用领域
1.3 LED光学设计的研究现状
1.4 论文的创新之处
第二章 非成像光学设计介绍
2.1 非成像光学的起源与发展
2.2 非成像光学的基本理论
2.2.1 光学扩展量
2.2.2 能量利用率
2.2.3 边缘光线理论
2.2.4 矢量形式的折反射定律
2.3 光度学介绍
2.3.1 立体角
2.3.2 光通量
2.3.3 光强
2.3.4 光照度
2.3.5 光亮度
2.4 本章小结
第三章 用于投影系统中的匀光照明系统
3.1 投影系统工作原理
3.2 方棒照明系统
3.3 复眼照明系统
3.4 矩形均匀照明的自由曲面照明系统
3.5 本章小结
第四章 生成奥运五环图案的投影系统设计
4.1 基于准直光源的奥运五环投影灯设计
4.1.1 基于准直光源的自由曲面光学元件设计原理
4.1.2 设计实例与分析
4.2 点光源奥运五环投影灯设计
4.2.1 点光源自由曲面光学元件设计原理
4.2.2 设计实例与分析
4.2.3 工作距离对光斑图案效果的影响
4.2.4 光学系统实体制作与测试
4.3 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 研究展望
参考文献
攻读学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于自由曲面的LED准直透镜设计[J]. 张巧淞,徐春云,程灏波,TAMHon Yuen. 影像科学与光化学. 2016(01)
[2]国内外LED产业发展状况分析（下）[J]. 宋松林. 中国照明电器. 2014(12)
[3]国内外LED产业发展状况分析（上）[J]. 宋松林. 中国照明电器. 2014(11)
[4]用于道路均匀照明的LED自由曲面透镜设计[J]. 贺志华,董前民,王少雷,李敏. 照明工程学报. 2014(04)
[5]自由曲面LED汽车前照灯光学透镜设计方法[J]. 王洪,陈赞吉,吴衡,葛鹏. 红外与激光工程. 2014(05)
[6]均匀照明方形光斑的LED自由曲面透镜设计[J]. 张康,苏成悦,王维江. 照明工程学报. 2014(01)
[7]汽车灯具的发展趋势[J]. 凌铭,张建文,黄中荣. 照明工程学报. 2013(04)
[8]基于微分几何的矩形照度分布自由曲面反射器设计[J]. 刘正权,孙耀杰,林燕丹. 光学学报. 2012(10)
[9]LED准直器设计中复合抛物面同步多曲面方法[J]. 张航,梁雪,严金华,许周速,徐军,陈钢. 光学学报. 2012(09)
[10]LED综述与新应用[J]. 周艳艳. 科技致富向导. 2012(14)
博士论文
[1]基于LED的自由曲面照明光学系统设计[D]. 辛迪.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[2]自由曲面照明设计方法的研究[D]. 吴仍茂.浙江大学 2013
硕士论文
[1]LED自由曲面透镜的设计及应用研究[D]. 曾丹.深圳大学 2017
[2]基于LED光源的微投影光学系统设计[D]. 居荣兵.江苏大学 2016
[3]基于准直光束整形的自由曲面设计方法研究[D]. 张雅琴.浙江大学 2015
[4]通过自由曲面设计实现LED路灯特定形状光斑的研究[D]. 黄锦胜.华南理工大学 2013
[5]基于LED光源的自由曲面照明透镜的设计研究[D]. 鲍志聪.清华大学 2013
[6]LED的二次配光设计[D]. 梁程远.浙江大学 2008
本文编号：3646715
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
中文文摘
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 LED光源的优势及应用领域
1.3 LED光学设计的研究现状
1.4 论文的创新之处
第二章 非成像光学设计介绍
2.1 非成像光学的起源与发展
2.2 非成像光学的基本理论
2.2.1 光学扩展量
2.2.2 能量利用率
2.2.3 边缘光线理论
2.2.4 矢量形式的折反射定律
2.3 光度学介绍
2.3.1 立体角
2.3.2 光通量
2.3.3 光强
2.3.4 光照度
2.3.5 光亮度
2.4 本章小结
第三章 用于投影系统中的匀光照明系统
3.1 投影系统工作原理
3.2 方棒照明系统
3.3 复眼照明系统
3.4 矩形均匀照明的自由曲面照明系统
3.5 本章小结
第四章 生成奥运五环图案的投影系统设计
4.1 基于准直光源的奥运五环投影灯设计
4.1.1 基于准直光源的自由曲面光学元件设计原理
4.1.2 设计实例与分析
4.2 点光源奥运五环投影灯设计
4.2.1 点光源自由曲面光学元件设计原理
4.2.2 设计实例与分析
4.2.3 工作距离对光斑图案效果的影响
4.2.4 光学系统实体制作与测试
4.3 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 研究展望
参考文献
攻读学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于自由曲面的LED准直透镜设计[J]. 张巧淞,徐春云,程灏波,TAMHon Yuen. 影像科学与光化学. 2016(01)
[2]国内外LED产业发展状况分析（下）[J]. 宋松林. 中国照明电器. 2014(12)
[3]国内外LED产业发展状况分析（上）[J]. 宋松林. 中国照明电器. 2014(11)
[4]用于道路均匀照明的LED自由曲面透镜设计[J]. 贺志华,董前民,王少雷,李敏. 照明工程学报. 2014(04)
[5]自由曲面LED汽车前照灯光学透镜设计方法[J]. 王洪,陈赞吉,吴衡,葛鹏. 红外与激光工程. 2014(05)
[6]均匀照明方形光斑的LED自由曲面透镜设计[J]. 张康,苏成悦,王维江. 照明工程学报. 2014(01)
[7]汽车灯具的发展趋势[J]. 凌铭,张建文,黄中荣. 照明工程学报. 2013(04)
[8]基于微分几何的矩形照度分布自由曲面反射器设计[J]. 刘正权,孙耀杰,林燕丹. 光学学报. 2012(10)
[9]LED准直器设计中复合抛物面同步多曲面方法[J]. 张航,梁雪,严金华,许周速,徐军,陈钢. 光学学报. 2012(09)
[10]LED综述与新应用[J]. 周艳艳. 科技致富向导. 2012(14)
博士论文
[1]基于LED的自由曲面照明光学系统设计[D]. 辛迪.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[2]自由曲面照明设计方法的研究[D]. 吴仍茂.浙江大学 2013
硕士论文
[1]LED自由曲面透镜的设计及应用研究[D]. 曾丹.深圳大学 2017
[2]基于LED光源的微投影光学系统设计[D]. 居荣兵.江苏大学 2016
[3]基于准直光束整形的自由曲面设计方法研究[D]. 张雅琴.浙江大学 2015
[4]通过自由曲面设计实现LED路灯特定形状光斑的研究[D]. 黄锦胜.华南理工大学 2013
[5]基于LED光源的自由曲面照明透镜的设计研究[D]. 鲍志聪.清华大学 2013
[6]LED的二次配光设计[D]. 梁程远.浙江大学 2008
本文编号：3646715
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