LED照明光学系统设计及照度分布测量研究

摘要

在LED道路照明的推广应用中，光学设计成为亟待解决的关键问题。围绕非成像光学系统的两大核心问题出光效率和光照度，开展LED照明光学系统的研究。 本文针对LED路灯的光学设计进行了深入研究。取得的主要创新成果如下： (1)根据LED芯片发光的理论模型，利用光学机构仿真软件Tracepro对LED芯片进行光学建模，即LED的一次光学设计，光线追迹表明所建模型的光强分布与实验值吻合较好，对已有的LED光源阵列进行了模拟实验，验证和完善LED光源的详细参数，并对影响一次光学设计的关键参数进行了分析。 (2)对自由曲面设计方法进行了深入研究，为LED路灯的二次光学设计奠定了理论基础，并理论推导出自由曲面公式。 (3)根据道路照明的技术要求、对LED路灯二次光学设计方法进行了研究。其中二次光学设计包括反光碗设计和阵列设计。反光碗设计利用微分法设计了出光角度为45°的自由曲面反光碗；阵列设计采用区域分割法的思想进行了设计。 本文根据非成像光学设计理论，光学效果通过理论计算、Tracepro软件仿真和实际测量均达到了道路照明标准中第二级别主干路的要求。 实践证明，本文开发的LED路灯，具有良好配光效果。解决了限制LED路灯推广应用中的光学难题，具有良好的市场推广价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1半导体照明产业概述

1.1.1 LED发展历史回顾

1.1.2 LED应用于道路照明亟需解决的问题

1.2照明设计研究方法的发展

1.3本论文选题依据及各章主要内容

第2章白光LED原理和非成像光学理论基础

2.1白光LED基础理论

2.1.1 LED的基本结构和发光原理

2.1.2白光LED的实现方法

2.2 LED道路照明灯具设计理论初步

2.2.1照明灯具的光学特性

2.2.2 LED道路照明灯具的设计

2.3非成像光学设计理论基础

2.3.1非成像光学发展历史

2.3.2非成像光学设计基本理论及方法-自由曲面构造

2.3.3半导体照明中的非成像光学

2.4本章小结

第3章LED照明灯具光源的仿真研究

3.1引言

3.2 LED灯具光源的照度分布仿真研究

3.2.1 LED一次光学设计介绍

3.2.2单个LED光源的照度分布

3.2.3两个LED的光源照度分布

3.2.4 LED阵列光源照度分布(十个LED)

3.3本章小结

第4章LED路灯光学设计及照度分布测量

4.1道路照明技术要求

4.1.1根据照明质量的评价因素确定的道路照明标准

4.1.2照明方式

4.1.3本次设计的LED路灯参数要求

4.2光学设计

4.2.1 LED路灯二次光学设计方法的优选

4.2.2二次光学设计-CPC反光碗设计

4.2.3二次光学设计-阵列设计

4.3试验结果及分析

4.3.1灯具制造

4.3.2照度实测及分析

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表和递交的学术论文

致谢

附录：45度自由曲面反光碗Matlab数值计算源代码