【摘 要】
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LED被认为是继白炽灯、荧光灯后的第三代照明光源,具有发光效率高、寿命长、无污染、体积小、光方向性强、绿色环保等特点,是未来最有发展潜力的光源之一。但LED发光光方向性
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LED被认为是继白炽灯、荧光灯后的第三代照明光源,具有发光效率高、寿命长、无污染、体积小、光方向性强、绿色环保等特点,是未来最有发展潜力的光源之一。但LED发光光方向性较强的特点限制了其在照明领域的应用,如何合理分配LED的能量使其在照明面上照度均匀是一个值得研究的问题,本文主要对LED的光学设计进行了研究。
首先,对LED进行了一次光学设计,利用TracePro软件模拟分析研究了封装结构对LED出光率的影响,研究结果表明:封装腔体的形状与出光率关系不大,而封装腔体的张角、封装腔体顶面的凹凸性与出光率有较大关系,另外出光率还与腔体的高度、封装腔体的反射率、腔体的母线均相关。
其次,运用区域叠加和优化设计相结合的方法对LED进行二次光学设计,用Tracepro软件模拟了使用该反射器的LED路灯照度分布及光强分布,最后实验验证了此反射器可以用于大功率LED路灯,研究结论是运用转移中心光强的方法可以设计大功率LED路灯反射器。
第三,讨论了偏微分方程法构造自由曲面透镜的原理,根据折射定律,对LED照明光学系统进行了数学建模,分析了偏微分方程构造自由曲面透镜的过程。由于求解此偏微分方程比较复杂,还将有待理论进一步的研究。
最后,运用能量守恒划分网格法构造自由曲面透镜;此方法的数学思想是通过建立光源和照明面之间的映射关系,对光源和照明面区域进行离散化,进行对每条光线能量的跟踪,计算出发射光线的发射方向,结合折射定律求解自由曲面。运用软件对其数学思想进行编程,通过此方法求解出了自由曲面透镜,并对单颗透镜进行了模拟分析,照度均匀性较好,70％以上的能量集中到了照明目标区域,同时绘制了自由曲面透镜的三视图。
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