現(xiàn)在大部分產(chǎn)業(yè)愈發(fā)依賴電能,其中照明產(chǎn)業(yè)消耗大部分電能,為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展,需要進(jìn)一步提高照明的電能使用效率,實(shí)現(xiàn)綠色、節(jié)能、高效照明。LED發(fā)光二極管作為新一代綠色光源具有發(fā)光效率高、耗能小、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn),逐漸被運(yùn)用到各個照明領(lǐng)域。但由于LED光強(qiáng)呈現(xiàn)朗伯體分布,發(fā)散角較大,不能直接運(yùn)用于具體的照明領(lǐng)域。因此,為了滿足不同場合對于LED光源照明要求,需要在LED一次光學(xué)設(shè)計的基礎(chǔ)上,進(jìn)行二次光學(xué)設(shè)計,以便提高LED光源的均勻度、發(fā)散角、光能利用率等性能。本文致力于研究高均勻度、小發(fā)散角的照明光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計方法,旨在建立基于透鏡的二次光學(xué)設(shè)計理論,為獲得均勻性高、發(fā)散角小的照明光學(xué)系統(tǒng)提供解決方案。針對LED光源發(fā)散角過大,均勻性過低的問題,本文設(shè)計兩套均勻照明光學(xué)系統(tǒng)裝置,最終達(dá)到預(yù)期目標(biāo),獲得了均勻性、發(fā)散角均滿足具體運(yùn)用場景的均勻光斑。本文首先提出一種基于近焦點(diǎn)非球面透鏡光學(xué)照明系統(tǒng)設(shè)計方法。在進(jìn)行均勻照明系統(tǒng)設(shè)計時,先是根據(jù)幾何光學(xué)和光學(xué)擴(kuò)展量守恒,計算求解出非球面透鏡的面型參數(shù),然后再結(jié)合對照明光學(xué)系統(tǒng)的總體性能要求,在ZEMAX中定義出非球面透鏡的初始結(jié)構(gòu)和評價... 

【文章來源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

LED 發(fā)光原理示意圖

可見光，為了更好描述LED可見光的特性，需要引入相應(yīng)的物理量來進(jìn)行度量。在實(shí)際運(yùn)用過程，一般采用光度學(xué)對LED可見光特性進(jìn)行度量。發(fā)光強(qiáng)度是用來衡量光學(xué)器件發(fā)出光的強(qiáng)弱，LED芯片發(fā)出光線在空間中傳播的方向不同，光的強(qiáng)度也不同。因此需要利用光強(qiáng)來衡量LED在不同傳播方向上光的強(qiáng)弱。當(dāng)出射光位于LED芯片發(fā)光面的法線上時，出射光的光強(qiáng)最大。出射光的強(qiáng)度會隨著光線與法線夾角的變化而變化。一般用發(fā)射光強(qiáng)度的角度分布來描述LED光源出射光在空間中各個方向上光強(qiáng)分布。LED光強(qiáng)度的大小主要取決于LED芯片的封裝工藝。圖1.2為透鏡形狀不同的LED光強(qiáng)分布圖。光強(qiáng)值用I表示,I=，為光通量，為單位立體角，單位為坎特拉（cd）。圖1.2常見LED的光強(qiáng)分布曲線LED色溫是指LED發(fā)射光的顏色，以理想光源的白光為標(biāo)準(zhǔn)，分為暖、中性和冷三種[5]。光源的色溫不同，發(fā)出光的光色也不相同。圖1.3色品圖描述了光的溫度與顏色的關(guān)系。目前，LED經(jīng)過設(shè)計，色溫最高能達(dá)到10000K,最小能達(dá)到2500K。色溫在3000K以下，則LED出射光為暖色；色溫在3000K—5000K之間，則LED出射光為中間色；色溫在5000K以上，則LED出射光為冷色。LED的色溫不同，則會帶給人不同的感覺，暖色光會讓人感覺很溫暖；中性色會讓人感覺很爽快；冷色則會讓人感覺到很冷淡。因此，可以通過調(diào)節(jié)色溫，來

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4調(diào)節(jié)燈光的顏色，從而滿足特定照明場合下的要求。圖1.3CIE色品圖LED的顯色性是指LED光照射物體時，再現(xiàn)物體顏色的能力。常用顯色指數(shù)（CRI）來衡量光的顯色能力大校顯色指數(shù)是以理想光源發(fā)出理想白色光照射八個標(biāo)準(zhǔn)顏色參照物得到的光譜參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值，然后將被測光照射參照物得到光譜參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值進(jìn)行比較后得到的差值。顯色指數(shù)由LED芯片和熒光粉共同決定。因此，可以通過選擇合適的LED芯片并搭配一定量的熒光粉，來實(shí)現(xiàn)LED光需要的顯色效果。一般將太陽光和白熾燈的顯色指數(shù)定為100，當(dāng)LED光的顯色指數(shù)大于80，就可以用來進(jìn)行室內(nèi)照明。1.3LED光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計概述1.3.1LED配光設(shè)計配光設(shè)計指是依據(jù)LED的光學(xué)特性，使得光學(xué)系統(tǒng)能夠獲得兼顧光照均勻度、光能利用率和發(fā)散角的均勻光斑。光學(xué)系統(tǒng)配光設(shè)計分為一次光學(xué)設(shè)計和二次光學(xué)設(shè)計[6-7]。一次光學(xué)設(shè)計是直接對芯片進(jìn)行設(shè)計而后封裝，主要是設(shè)計光源的出光角度、光強(qiáng)分布和大孝光通量大孝色溫的范圍和分布等等。二次光學(xué)設(shè)計是在一次光學(xué)設(shè)計基礎(chǔ)之上，根據(jù)應(yīng)用場景的總體性能設(shè)計要求，再進(jìn)行設(shè)計封裝。所以，光學(xué)系統(tǒng)的一次和二次光學(xué)設(shè)計是密不可分，一次光學(xué)設(shè)計決定有多少光能夠從LED芯片中發(fā)射出來，而二次光學(xué)設(shè)計是為了使得光學(xué)系統(tǒng)出射光能夠滿足實(shí)際場景運(yùn)用的要求。一次光學(xué)設(shè)計和二次光學(xué)設(shè)計都會影響整個光學(xué)系統(tǒng)的效果，只有通過配合使用一次光學(xué)設(shè)計和二次光學(xué)設(shè)計，才能得到需要的光學(xué)系統(tǒng)。


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