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LED作为第四代照明光源,目前是公认的“绿色光源”。它不仅可以节省能源、减少污染,而且可以减小照明光学系统体积、延长系统使用寿命。LED已经成为世界上新型照明光源的发展趋势,而高亮度、大功率的LED更是照明光源中的需求热点。本文主要研究LED照明中光源模型的构建和照明光学系统的设计,通过光学设计软件对照明光学系统进行设计与仿真,以此简化系统设计的流程,缩短LED照明系统设计的周期。具体完成的工作归纳如下:
1、采用正交实验法分析反光碗和透镜两部件的各个因素对LED发光强度分布的影响,并仿真设计出优化参数后的高强度窄光束大功率LED,这一设计方法对LED的一次光学系统设计具有一定的指导意义,并有助于提高大功率LED组建光学系统设计的效率,降低LED封装的试验成本。
2、基于温室植物光学作用和光形态调节原理,设计了两种用于植物照明的发光二极管(LED)阵列。通过推导阵列的辐射照度叠加公式并根据叠加公式对阵列进行仿真优化。两种阵列均采用红蓝LED相结合的方式排列,其中阵列1红光和蓝光LED的数量比是1:1,阵列2红光和蓝光LED的数量比是4:1。通过光学模拟软件Tracepro对照射平面进行辐射照度均匀性分析,经过优化后的阵列2在照射平面上辐射照度均匀性优于阵列1,并且阵列2的LED间距较大,更有利于整个LED阵列的散热。该结果为L即植物照明灯的阵列设计提供参考。
3、设计了3种LED线性阵列和高反射率圆柱面相结合的均匀照明系统。通过圆柱面对光线的发散作用,能得到更大范围的照明区域,调整圆柱底面半径可提高目标平面上的照度均匀性。利用TracePro进行模拟分析,双阵列三曲面系统的照明光斑的长度可以调节到比较大的范围,在目标平面水平方向±2000mm范围照度均匀性达到94％,照度均匀性大于90％的范围为±2250mm,有利于增大照明系统间距,降低安装成本,同时该系统反射器外形容易实现数控加工,整体结构比较简单,适用于走廊通道的照明。