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基于菲涅尔透镜的LED射灯配光设计

作　者: 祝华
导　师: 张航
学　校: 浙江工业大学
专　业: 光学
关键词: 非成像光学 菲涅尔透镜 二次光学设计 LED
分类号: TM923.34
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 288次
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内容摘要


自19世纪末,电能被广泛地应用于照明领域后,电光源技术便经历了几次具有代表性的技术革命,人们相继发明和制造了白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯等,而最近研制成功的发光二极管(LED)由于其光电转换效率高、色温稳定、体积小、寿命长、节能环保等优点而被人们称为电光源技术的第四次革命。目前,发光二极管(LED)广泛地应用于大面积图文显示全彩屏、状态显示、标识照明、信号灯、背光源显示、汽车组合尾灯头灯及车内照明等领域。菲涅尔透镜是通过去掉球面镜中对光线偏折没有作用的透镜材料,而保持球面曲率半径不变而得到的,从而大大简化了菲涅尔透镜结构,同时也因其体积小、重量轻、透光率高、加工方便、价格便宜等多方面的优点而在放大镜、准直器以及太阳能聚光器等方面得到了广泛的应用。本文将大功率LED光源与菲涅尔透镜相结合设计了一款总功率为3W的LED射灯。利用菲涅尔透镜各环带焦距的分立性,可以改变各环带的折光效果,使通过各环带的光在观察区域进行叠加实现投光效果的优化与改善,达到了投射距离3m,投射区域为直径1m的圆形区域的设计要求。本文借助光学设计软件Tracepro对所设计LED射灯的光效进行了数值模拟,考察了该射灯的投光效果、安全性和加工误差等特性,结果表明本文的设计是高效、安全和可靠的。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章 绪论  9-23
  1.1 电光源技术的四次革命  9-18
    1.1.1 第一次电光源技术革命—白炽灯  9-11
    1.1.2 第二次电光源技术革命—荧光灯  11-16
    1.1.3 第三次电光源技术革命—高强度气体放电电光源  16-18
    1.1.4 第四次电光源技术革命—半导体发光二极管  18
  1.2 光学设计的光学器件  18-21
    1.2.1 球面与非球面透镜  18-20
    1.2.2 自由曲面  20-21
    1.2.3 菲涅尔透镜  21
  1.3 本文的工作介绍  21-22
  1.4 本文的内容安排  22-23
第二章 大功率 LED 照明  23-33
  2.1 LED 的发展历史  23
  2.2 LED 的发光原理  23-24
  2.3 LED 的分类  24
  2.4 LED 的封装结构  24-26
    2.4.1 引脚式 LED 封装  24-25
    2.4.2 表面组装式封装  25
    2.4.3 板上芯片直装式 LED 封装  25
    2.4.4 系统封装式 LED 封装  25-26
  2.5 大功率 LED 散热与封装  26-28
    2.5.1 封装结构  27
    2.5.2 封装材料  27-28
  2.6 LED 光学特性  28-30
    2.6.1 发光法向光强与角分布  28
    2.6.2 发光峰值波长及其光谱分布  28
    2.6.3 光通量  28-29
    2.6.4 发光效率和视觉灵敏度  29
    2.6.5 发光亮度  29-30
    2.6.6 光源的显色性  30
  2.7 白光LED  30-31
  2.8 LED 照明与其他照明方式的性能比较  31-33
第三章 菲涅尔透镜  33-42
  3.1 菲涅尔透镜简介  33-35
  3.2 菲涅尔透镜的光学设计  35-38
    3.2.1 焦距与F-数  35-36
    3.2.2 棱柱的光学特性  36-38
  3.3 菲涅尔透镜的应用  38-42
    3.3.1 菲涅尔放大镜  38-39
    3.3.2 菲涅尔透镜准直器  39-40
    3.3.3 菲涅尔聚光器  40-42
第四章 照明器的光学特性  42-48
  4.1 配光曲线  42-45
    4.1.1 极坐标配光曲线  42-44
    4.1.2 直角坐标配光曲线  44
    4.1.3 等光强配光曲线  44-45
  4.2 遮光角  45-46
    4.2.1 一般照明器的遮光角  45-46
    4.2.2 荧光灯的遮光角  46
  4.3 照明器的效率  46-48
第五章 非成像光学设计  48-55
  5.1 非成像光学简介  48-51
    5.1.1 非成像光学的重要物理量-光学扩展量  48-50
    5.1.2 非成像光学的应用  50-51
  5.2 反射体设计  51-53
    5.2.1 圆锥曲面反射体  51
    5.2.2 三维复合反射体  51-52
    5.2.3 槽形反射体  52
    5.2.4 自由曲面反射体  52-53
  5.3 旋转抛物面的光学特性  53-55
第六章 基于菲涅光尔透镜的 LED 射灯的配光设计  55-64
  6.1 简述  55-56
  6.2 LED 射灯的结构  56-57
  6.3 菲涅尔透镜的设计  57-58
  6.4 数值模拟与性能分析  58-64
    6.4.1 LED 配光曲线的模拟  58-59
    6.4.2 数值模拟  59-60
    6.4.3 性能分析  60-64
第七章 总结与展望  64-66
  7.1 总结  64
  7.2 展望  64-66
参考文献  66-70
致谢  70-71
攻读学位期间发表的学术论文目录  71

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电气化、电能应用 > 电气照明 > 灯泡、灯管 > 半导体发光灯
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