本文關(guān)鍵詞：大尺寸LED光源準(zhǔn)直透鏡的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： 二次光學(xué)透鏡 大尺寸LED光源 準(zhǔn)直透鏡 芯片成像與黃斑問題 線型區(qū)域照明 LED陣列光源

【摘要】：近年來,越來越多的國家和行業(yè)已經(jīng)花費(fèi)了大量的財力和人力資源在LED(發(fā)光二極管,Light Emitting Diode)和LED燈具的研究和發(fā)展上。與傳統(tǒng)光源相比,LED光源擁有高度集中的光分布和非常低的亮度,因此,它們需要額外的光學(xué)結(jié)構(gòu)來提高光效和產(chǎn)生特定的照明,這光學(xué)結(jié)構(gòu)稱為二次光學(xué)元件。其中,匹配大尺寸LED光源如大功率LED光源、LED集成光源、LED陣列光源等光源的準(zhǔn)直透鏡在聚光燈、手電筒、汽車前照燈等很多燈具中均有廣泛的應(yīng)用。所以,針對大尺寸LED光源的準(zhǔn)直設(shè)計(jì)展開研究顯得尤為迫切。本文以非成像光學(xué)中的邊緣光線理論和Snell定律為研究依據(jù),對大尺寸LED光源的準(zhǔn)直設(shè)計(jì)展開研究。對目前已有的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了分類和分析后,針對不同的光型要求分別提出了幾種簡便快捷的設(shè)計(jì)方法。經(jīng)過多次軟件模擬與樣品實(shí)驗(yàn),成功地設(shè)計(jì)了適用于大尺寸LED光源具有準(zhǔn)直效果的圓形、橢圓形、線型、360°環(huán)形光斑。關(guān)于芯片成像與黃斑問題:分析了芯片成像和黃斑問題的成因,通過模擬和實(shí)驗(yàn)找到兩種問題的根源,總結(jié)了幾種結(jié)構(gòu)透鏡芯片成像和黃斑問題的規(guī)律,并針對性提出了幾種勻光和褪黃結(jié)構(gòu)。關(guān)于圓形光斑問題:針對平凸透鏡提出了兩種設(shè)計(jì)方法:類消球差法優(yōu)化焦點(diǎn)在LightTools軟件里進(jìn)行準(zhǔn)直設(shè)計(jì)的方法和幾何解法設(shè)計(jì)均勻圓形光斑的方法。同樣,針對全內(nèi)反射(Total Internal Reflect,TIR)透鏡提出了兩種設(shè)計(jì)方法:LightTools軟件和數(shù)值積分法相結(jié)合的分部設(shè)計(jì)法及適合于設(shè)計(jì)高k值準(zhǔn)直透鏡的試錯法,同時驗(yàn)證了全反射和論述了k值的重要性。特別地,通過兩次模擬與實(shí)驗(yàn),成功針對全彩四芯片LED光源進(jìn)行準(zhǔn)直混光設(shè)計(jì)。關(guān)于高縱橫比區(qū)域照明問題:對比分析了幾種常見矩形光斑的透鏡,并利用其中一種結(jié)構(gòu)成功設(shè)計(jì)一款口腔手術(shù)燈透鏡;提出了一種針對線形光斑簡易的分部設(shè)計(jì)法,并用這種方法成功設(shè)計(jì)了一款用于窗臺燈的基于TIR結(jié)構(gòu)的新型拱形透鏡;提出一種改進(jìn)的低光強(qiáng)航道預(yù)警燈透鏡結(jié)構(gòu),透鏡相對于現(xiàn)有的拋物面反光鏡,具有更高的光學(xué)效率,更好的角度控制。關(guān)于LED陣列光源問題:通過大量的文獻(xiàn)調(diào)研,結(jié)合實(shí)際的市場調(diào)查,指出了LED陣列光源取代LED集成光源作為燈具光源的出現(xiàn)及應(yīng)用前景;針對3×3貼片式LED陣列光源提出一款緊湊型雙層TIR透鏡,在LightTools軟件的真色彩模式中,利用提出的結(jié)構(gòu)解決了遇到的芯片成像與黃斑問題,最終成功得到一個顏色均勻的勻化圓形光斑。所有設(shè)計(jì)的透鏡都進(jìn)行了開模測試,實(shí)際的測試效果與設(shè)計(jì)結(jié)果基本保持一致,證明了提出的設(shè)計(jì)方法的正確及可行性。透鏡都在照明燈具得到了應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】：二次光學(xué)透鏡 大尺寸LED光源 準(zhǔn)直透鏡 芯片成像與黃斑問題 線型區(qū)域照明 LED陣列光源
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN312.8
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-20
• 1.1 大尺寸LED光源的現(xiàn)狀與發(fā)展11-15
• 1.1.1 大功率LED光源的現(xiàn)狀11-13
• 1.1.2 LED集成光源的發(fā)展13-15
• 1.1.3 LED陣列光源的出現(xiàn)15
• 1.2 LED二次光學(xué)設(shè)計(jì)的研究進(jìn)展15-18
• 1.2.1 LED二次光學(xué)設(shè)計(jì)方法15-16
• 1.2.2 大尺寸LED二次光學(xué)設(shè)計(jì)方法16-17
• 1.2.3 大尺寸LED準(zhǔn)直設(shè)計(jì)方法17-18
• 1.3 本課題的研究意義和主要內(nèi)容18-20
• 1.3.1 研究意義18
• 1.3.2 主要研究內(nèi)容18-20
• 第二章 LED準(zhǔn)直設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)20-34
• 2.1 非成像光學(xué)的基本參數(shù)20-24
• 2.2 非成像光學(xué)的重要概念和理論24-27
• 2.2.1 光學(xué)擴(kuò)展量24-25
• 2.2.2 邊緣光線理論25-26
• 2.2.3 Snell定律26-27
• 2.3 芯片成像與黃斑問題的分析與處理27-33
• 2.3.1 芯片成像27-30
• 2.3.2 黃斑問題30-31
• 2.3.3 勻光與褪黃結(jié)構(gòu)31-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第三章 幾種常見的圓形光斑LED準(zhǔn)直透鏡設(shè)計(jì)34-57
• 3.1 凸透鏡準(zhǔn)直設(shè)計(jì)34-41
• 3.1.1 LightTools準(zhǔn)直優(yōu)化設(shè)計(jì)34-37
• 3.1.2 均勻圓形光斑設(shè)計(jì)37-41
• 3.2 TIR透鏡準(zhǔn)直設(shè)計(jì)41-51
• 3.2.1 TIR準(zhǔn)直透鏡的性能分析41
• 3.2.2 利用數(shù)值積分法設(shè)計(jì)準(zhǔn)直TIR透鏡41-44
• 3.2.3 全反射驗(yàn)證44-45
• 3.2.4 投光燈的衡量參數(shù)45
• 3.2.5 利用試錯法設(shè)計(jì)高k值準(zhǔn)直TIR透鏡45-51
• 3.3 RGBW全彩LED光源準(zhǔn)直混光設(shè)計(jì)51-56
• 3.3.1 光源分析與模型建立51
• 3.3.2 透鏡模型建立與準(zhǔn)直設(shè)計(jì)51-52
• 3.3.3 混光設(shè)計(jì)52-53
• 3.3.4 測試與修正53-56
• 3.4 本章小結(jié)56-57
• 第四章 高縱橫比區(qū)域照明二次透鏡準(zhǔn)直設(shè)計(jì)57-75
• 4.1 常見矩形光斑二次透鏡對比分析57-61
• 4.2 一款適用于手術(shù)燈LED透鏡的設(shè)計(jì)與應(yīng)用61-64
• 4.2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)分析61
• 4.2.2 結(jié)構(gòu)選擇與設(shè)計(jì)仿真61-63
• 4.2.3 測試與應(yīng)用63-64
• 4.3 基于TIR結(jié)構(gòu)的線形區(qū)域照明LED透鏡的設(shè)計(jì)與應(yīng)用64-69
• 4.3.1 透鏡結(jié)構(gòu)的選擇64-65
• 4.3.2 分部設(shè)計(jì)法65-67
• 4.3.3 模擬仿真67-68
• 4.3.4 測試與應(yīng)用68-69
• 4.4 一款改進(jìn)的航道預(yù)警燈透鏡的設(shè)計(jì)與應(yīng)用69-74
• 4.4.1 研究背景69-71
• 4.4.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)分析71
• 4.4.3 設(shè)計(jì)過程與結(jié)果分析71-73
• 4.4.4 實(shí)測與應(yīng)用73-74
• 4.5 本章小結(jié)74-75
• 第五章 適用于LED陣列光源的緊湊型雙層TIR透鏡設(shè)計(jì)75-84
• 5.1 研究背景75
• 5.2 LED陣列光源的分析與模型建立75-77
• 5.3 普通TIR結(jié)構(gòu)透鏡的設(shè)計(jì)77-78
• 5.4 新型雙層透鏡的設(shè)計(jì)78-82
• 5.4.1 透鏡結(jié)構(gòu)的選擇78-79
• 5.4.2 初步設(shè)計(jì)79-80
• 5.4.3 光斑勻化和褪黃設(shè)計(jì)80-82
• 5.5 實(shí)用與測試82-83
• 5.6 本章小結(jié)83-84
• 第六章 總結(jié)與展望84-86
• 6.1 研究總結(jié)84-85
• 6.2 展望85-86
• 參考文獻(xiàn)86-90
• 致謝90-91
• 攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目與科研成果參加項(xiàng)目91

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本文編號：700535