基于自由曲面实现LED二次配光的探索性研究
随着人类进程的不断向前，能源问题和污染问题变得日趋迫切，因此在达到性能同时，节能和绿色环保越来越被人们重视。在照明相关领域，LED光源因其体积小、光效高、寿命长等特点，被广泛应用于各种照明系统中，但由于LED光源独特的发光特性，需要对 LED进行二次配光设计。而采用自由曲面对LED进行二次配光是最高效的方法，但是自由曲面设计的关键点：径向和切向的方向矢量无法同时满足，一直没有一种方法可以解决。本文将采用非成像光学理论对自由曲面实现二次配光进行探索性的研究。 本文首先详细介绍了非成像光学基本理论，包括光度学，色度学在照明工程中的应用，推导了光学扩展量守恒的公式，阐述了边缘光线理论的含义，并详细推导了SNELL定律的矢量形式。其中重点阐述了光学扩展量、边光原理和折射率矢量形式在光学设计中的应用。介绍了非成像光学理论致力于自由曲面照明设计方法的研究，分析现有设计方法的优点和不足，旨在建立一种高效、准确、普适的自由曲面设计理论。 探索性的提出了三种自由曲面的设计方法，对于准直透镜设计，非对称自由曲面的设计和路灯设计有着重要的参考价值。 1. 针对传统准直器，只考虑点光源的设计方法，提出了基于二次光源亮度分布的自由曲面设计方法。有效的提高了TIR透镜在扩展光源的情况下的光能利用率和准直效果。 2. 对于三维非旋转对称的自由曲面设计，提出了一种龙骨肋骨构造自由曲面的方法，相比于同类其他构造自由曲面的设计方法：有着设计直观，没有复杂的理论计算，同时能满足一定的配光要求，其缺点是对于配光要求较高的设计，迭代次数会要求许多，设计就变得十分繁琐。 3. 介绍了路灯照明的评价指标和相关参数和眩光的基本概念。以道路照明用透镜为例子，探索性的提出了一种子午面弧矢面分离式自由曲面构造法，相比于传统自由曲面构造方法，部分解决了构造自由曲面时子午方向和弧矢方向方向向量不匹配的问题。
LED光源;自由曲面;二次配光;非成像理论;准直器
中国计量大学
硕士
光学工程
岑松原;侯昌伦
2018
中文
TM923
2019-04-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）