LED低位照明光学系统设计与应用

摘要

低位照明具有光能利用率高、光污染小、安装方便维护简便等优点，随着社会的进步和科学的发展，低位照明在照明领域的应用越来越广泛。传统的低位照明存在配光不精确，功能性照明表现不佳，偏向于景观照明等缺点。与传统光源相比，LED（发光二极管Light-Emitting Diode）具有诸多优点，对LED进行适当的光学设计，能够改善LED的光能分布，使其满足照明要求，用LED替代传统光源可以很好地提升低位照明的照明质量。与透镜相比，镀银反射罩具有光能利用率高，照明效果好，散热效果好，形状易调节，加工简单成本低等优点。本文针对LED双面出光广告灯箱、LED护栏灯、LED大型户外立柱式广告牌投射灯三种低位照明灯具进行研究，分别设计了三款满足不同照明要求的反光罩。 针对LED广告灯箱近距离大面积非对称照明特点，提出一种基于配光曲线的LED广告灯箱反光罩矢量设计方法。根据目标面照度分布要求，对比添加反光罩前的目标面照度变化，得到满足均匀照明的广告灯箱配光曲线，建立直射光线和反射光线的有效叠加和补偿，计算出每部分光源需要投射的角度，确定反光罩面型曲线，最终实现均匀照明的要求，在此基础上，提出一种新的双面出光广告灯箱方案。仿真结果表明，目标照度均匀度达到85%，能量利用率超过80%。 针对传统护栏灯的不足与缺点设计了一款满足城市道路照明的LED护栏灯，道路两边的LED护栏灯同时对路面进行照明，光叠加后实现道路照明均匀。对比路面的照度要求以及未添加反光罩的情况下的照度分布，分配LED光源能量，建立LED光源出射光线的角度与照明平面上的照明点坐标的对应关系，对光源反射光进行划分，与路面补偿区域内所需的光能一一对应，构造出反光罩，实现单个LED光源非对称、大角度出光，再将点光源扩展成线光源。提出一种计算简便有效的雾化灯罩设计模型，通过灯罩的设计，优化配光曲线，并在安装时考虑了灯具的安装时的频闪控制要求。结果表明，灯具光能利用率超过81%，路面照明情况符合《城市道路照明设计标准》。 与现有LED投射灯不同，采用一种新的投射灯模型，将LED光源的出光面对着反光罩而不是被照面，克服了传统大角度出光反光罩对LED光源中心附近光线无法控制的缺点。使用网格划分法设计了一款适用于户外立柱式广告牌的反光罩。基于边缘光线理论和能量守恒定律，通过分析LED光源角度分布与目标面照度的关系，将光源和目标面进行网格划分，形成能量对应关系，设计出自由曲面反光罩。仿真结果表明，照度均匀度为71.0%，能量利用率为88.4%。

目录

声明

第1章 引言

1.1 课题研究背景

1.2 选题意义

1.3 本论文的主要研究内容

第2章 大型LED双面广告灯箱矢量设计方法

2.1 引言

2.2 设计原理

2.3 设计实例及仿真

2.4 结论

第3章 城市立交桥LED护栏灯仿真设计

3.1 引言

3.2 配光控制

3.3 频闪控制

3.4 道路照明仿真

3.5 结论

第4章 户外大型LED立柱式广告牌投射灯设计

4.1 引言

4.2 设计原理

4.3 模拟仿真

4.4 结论

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

附录A SolidWorks

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果