LED低位照明光学系统设计与应用

发布时间：2017-07-04 12:10

  本文关键词：LED低位照明光学系统设计与应用

  更多相关文章： 光学设计 自由曲面 网格划分 反光罩 照度均匀度

【摘要】：低位照明具有光能利用率高、光污染小、安装方便维护简便等优点,随着社会的进步和科学的发展,低位照明在照明领域的应用越来越广泛。传统的低位照明存在配光不精确,功能性照明表现不佳,偏向于景观照明等缺点。与传统光源相比,LED(发光二极管Light-Emitting Diode)具有诸多优点,对LED进行适当的光学设计,能够改善LED的光能分布,使其满足照明要求,用LED替代传统光源可以很好地提升低位照明的照明质量。与透镜相比,镀银反射罩具有光能利用率高,照明效果好,散热效果好,形状易调节,加工简单成本低等优点。本文针对LED双面出光广告灯箱、LED护栏灯、LED大型户外立柱式广告牌投射灯三种低位照明灯具进行研究,分别设计了三款满足不同照明要求的反光罩。针对LED广告灯箱近距离大面积非对称照明特点,提出一种基于配光曲线的LED广告灯箱反光罩矢量设计方法。根据目标面照度分布要求,对比添加反光罩前的目标面照度变化,得到满足均匀照明的广告灯箱配光曲线,建立直射光线和反射光线的有效叠加和补偿,计算出每部分光源需要投射的角度,确定反光罩面型曲线,最终实现均匀照明的要求,在此基础上,提出一种新的双面出光广告灯箱方案。仿真结果表明,目标照度均匀度达到85%,能量利用率超过80%。针对传统护栏灯的不足与缺点设计了一款满足城市道路照明的LED护栏灯,道路两边的LED护栏灯同时对路面进行照明,光叠加后实现道路照明均匀。对比路面的照度要求以及未添加反光罩的情况下的照度分布,分配LED光源能量,建立LED光源出射光线的角度与照明平面上的照明点坐标的对应关系,对光源反射光进行划分,与路面补偿区域内所需的光能一一对应,构造出反光罩,实现单个LED光源非对称、大角度出光,再将点光源扩展成线光源。提出一种计算简便有效的雾化灯罩设计模型,通过灯罩的设计,优化配光曲线,并在安装时考虑了灯具的安装时的频闪控制要求。结果表明,灯具光能利用率超过81%,路面照明情况符合《城市道路照明设计标准》。与现有LED投射灯不同,采用一种新的投射灯模型,将LED光源的出光面对着反光罩而不是被照面,克服了传统大角度出光反光罩对LED光源中心附近光线无法控制的缺点。使用网格划分法设计了一款适用于户外立柱式广告牌的反光罩。基于边缘光线理论和能量守恒定律,通过分析LED光源角度分布与目标面照度的关系,将光源和目标面进行网格划分,形成能量对应关系,设计出自由曲面反光罩。仿真结果表明,照度均匀度为71.0%,能量利用率为88.4%。
【关键词】：光学设计 自由曲面 网格划分 反光罩 照度均匀度
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM923.34
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-23
• 1.1 课题研究背景9-12
• 1.2 选题意义12-20
• 1.3 本论文的主要研究内容20-23
• 第2章 大型LED双面广告灯箱矢量设计方法23-33
• 2.1 引言23
• 2.2 设计原理23-29
• 2.3 设计实例及仿真29-32
• 2.4 结论32-33
• 第3章 城市立交桥LED护栏灯仿真设计33-47
• 3.1 引言33
• 3.2 配光控制33-42
• 3.3 频闪控制42-43
• 3.4 道路照明仿真43-45
• 3.5 结论45-47
• 第4章 户外大型LED立柱式广告牌投射灯设计47-59
• 4.1 引言47
• 4.2 设计原理47-53
• 4.3 模拟仿真53-57
• 4.4 结论57-59
• 第5章 总结与展望59-61
• 5.1 总结59-60
• 5.2 展望60-61
• 参考文献61-65
• 附录A SolidWorks65-69
• 致谢69-71
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果71

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本文编号：517705