本文關(guān)鍵詞：直下式LED燈具二次透鏡設(shè)計(jì)與應(yīng)用

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【摘要】：發(fā)光二極管(Diode EmittingLight,LED)光源是一種電光效率高、高顯色性、使用壽命長(zhǎng)、體積小、低功耗的綠色環(huán)保光源。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展,使LED光源逐漸取代傳統(tǒng)光源,在室內(nèi)外照明和顯示照明等各個(gè)領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本論文針對(duì)現(xiàn)有的直下式照明燈具:LED平板燈、LED背光源模組和LED廣告燈箱的光學(xué)透鏡存在的照明均勻性低、能量利用率低和成本高等問(wèn)題,進(jìn)行了相應(yīng)LED燈具的新型二次光學(xué)設(shè)計(jì),不僅提高了LED照明品質(zhì),而且還有效的降低了燈具生產(chǎn)成本。針對(duì)側(cè)入式LED平板燈導(dǎo)光板價(jià)格昂貴,制作大尺寸平板燈時(shí)無(wú)法滿足照度均勻性要求,而傳統(tǒng)直下式LED平板燈厚度高和LED使用數(shù)量多等問(wèn)題,設(shè)計(jì)了適用于直下式LED平板燈的雙自由曲面大角度透鏡。透鏡設(shè)計(jì)思路是基于照度與光強(qiáng)的關(guān)系式,計(jì)算出的大角度透鏡曲面的數(shù)據(jù)點(diǎn)。并且采用粒子群算法(Particle swarm optimization,PSO)對(duì)LED光源模組的排列進(jìn)行優(yōu)化,提高了目標(biāo)平面的照度均勻性,利用大角度透鏡的新型直下式LED平板燈的LED使用顆數(shù)減少,在平均照度和照度均勻度均滿足國(guó)家建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)情況下,同時(shí),降低了直下式LED平板燈厚度和生產(chǎn)成本�；谌蜝樣條曲線函數(shù),提出了一種應(yīng)用于LED背光源,并且可按需要建立并修改外曲面的自由曲面廣角透鏡的設(shè)計(jì)方法。通過(guò)分析LED光源數(shù)據(jù),設(shè)置擬合點(diǎn),構(gòu)建三次B樣條曲線作為透鏡外曲面母線,再運(yùn)用傳統(tǒng)的邊緣光線理論、光通量網(wǎng)格劃分及Snell定律等計(jì)算內(nèi)自由曲面,旋轉(zhuǎn)母線得到透鏡模型,最后利用遺傳算法(Genetic Algorithm,GA)對(duì)透鏡外曲面進(jìn)行優(yōu)化,提高照明均勻度�；谀芰渴睾愣珊途W(wǎng)格劃分法,設(shè)計(jì)了一種實(shí)現(xiàn)LED陣列近場(chǎng)均勻照明的自由曲面大角度透鏡,其內(nèi)曲面為橢圓形曲面、外曲面為自由曲面。根據(jù)能量守恒定律建立映射關(guān)系,對(duì)光源和目標(biāo)面進(jìn)行網(wǎng)格劃分,并結(jié)合折射定律,迭代求解出外自由曲面數(shù)據(jù)點(diǎn)。分析了橢圓形內(nèi)曲面的長(zhǎng)短軸比值對(duì)透鏡菲涅耳損耗和照度均勻性的影響,通過(guò)反饋優(yōu)化法對(duì)LED陣列進(jìn)行優(yōu)化,重新劃分網(wǎng)格,使疊加部分光照度減弱,提高了整體光照均勻性。仿真結(jié)果表明:當(dāng)僅對(duì)透鏡外自由曲面的面型數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化,使疊加部分光照度減弱,提高了燈箱的整體光照均勻性。
【關(guān)鍵詞】：LED光學(xué)設(shè)計(jì) 自由曲面透鏡 優(yōu)化算法 網(wǎng)格劃分法 照度均勻性
【學(xué)位授予單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM923.34
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-18
• 1.1 課題研究背景及意義9-11
• 1.1.1 LED照明的發(fā)展背景9
• 1.1.2 國(guó)內(nèi)外LED照明的發(fā)展及現(xiàn)狀9-11
• 1.2 選題意義11-14
• 1.3 LED燈具透鏡設(shè)計(jì)方法14-16
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容16-18
• 1.4.1 論文的章節(jié)安排16-17
• 1.4.2 論文的創(chuàng)新點(diǎn)17-18
• 第2章 直下式LED平板燈自由曲面透鏡設(shè)計(jì)與應(yīng)用18-31
• 2.1 引言18
• 2.2 設(shè)計(jì)原理18-23
• 2.2.1 網(wǎng)格劃分18-19
• 2.2.2 數(shù)值計(jì)算內(nèi)外曲面19-21
• 2.2.3 LED光源陣列評(píng)價(jià)函數(shù)的建立21-23
• 2.3 設(shè)計(jì)實(shí)例與分析23-29
• 2.3.1 單顆透鏡仿真對(duì)比23-25
• 2.3.2 基于PSO優(yōu)化算法的LED透鏡單元陣列仿真與分析25-29
• 2.4 結(jié)論29-31
• 第3章 基于三次B樣條曲線的LED廣角透鏡優(yōu)化設(shè)計(jì)31-39
• 3.1 引言31
• 3.2 設(shè)計(jì)原理31-34
• 3.2.1 光源與目標(biāo)面間映射關(guān)系的建立31-32
• 3.2.2 外自由曲面評(píng)價(jià)函數(shù)的建立32-34
• 3.3 透鏡的優(yōu)化實(shí)例34-37
• 3.3.1 簡(jiǎn)單遺傳算法34-35
• 3.3.2 模擬結(jié)果討論35-37
• 3.4 結(jié)論37-39
• 第4章 LED廣告燈箱大角度透鏡設(shè)計(jì)與應(yīng)用39-51
• 4.1 引言39
• 4.2 設(shè)計(jì)原理39-45
• 4.2.1 透鏡設(shè)計(jì)原理39-43
• 4.2.2 a/b值對(duì)菲涅爾損耗的影響43-45
• 4.3 設(shè)計(jì)實(shí)例與分析45-50
• 4.3.1 實(shí)例分析45-47
• 4.3.2 優(yōu)化自由曲面47-50
• 4.4 結(jié)論50-51
• 第5章 總結(jié)與展望51-53
• 5.1 總結(jié)51
• 5.2 展望51-53
• 參考文獻(xiàn)53-59
• 附錄59-62
• 致謝62-64
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果64

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本文編號(hào)：744564