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具有非对称配光特性的LED路灯的光学设计

作　者: 程敏
导　师: 邹念育
学　校: 大连工业大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: LED 路灯二次光学透镜非对称设计配光曲线
分类号: TM923.34
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

LED作为第四代光源，它具有绿色环保、节能等诸多优点，在照明领域具有广泛的应用前景。随着我国“国家半导体照明工程”的启动以及“十城万盏”半导体照明应用示范工程的实施，LED光源尤其是LED路灯步入了发展的黄金时期。传统路灯一般是采用高压钠灯或金卤灯，而这些光源存在体积较大、不宜控光和造成光污染等缺点，并且使得路面容易形成明暗相间的光斑，影响道路照明效果。而LED具有光色可控、体积小、可自由安装、便于二次光学设计等优点，如何利用LED光源的优势，设计出具有良好照明效果的LED路灯，具有十分重要的意义。本论文从道路照明的实际要求出发，为解决眩光和光能浪费的问题，对LED光源进行了二次光学设计，给出了具有纵向非对称配光特性的LED路灯设计方案和仿真结果。论文的主要工作包括：1、总结了国内外关于道路照明的发展现状和动态，并且对道路照明标准进行调查与解析，分析了道路照明的特点和需要达到的照明目标。2、介绍了路灯光学设计的必要性和不同配光的优缺点，在此基础上提出了非对称配光设计，通过数学分析得到了路灯非对称配光应该采用的合理出光角度。3、在满足路面照度均匀度要求的基础上，选取了一款合适的LED光源，运用能量守恒原理进行分析，在照明设计目标基础上通过计算得出了相应的能量分配比例。基于配光曲线映射原理，运用透射光学设计手段，设计了对应的二次光学透镜。4、利用照明设计软件TracePro对设计的透镜进行追迹分析，得出了实际的配光曲线；实现了将LED的郎伯型配光转换为非对称的矩形光斑，并且使得照明路面得到很高的照度均匀度。5、利用单颗光源的设计方法设计出了3×3模组光源的光学系统，结合热管散热的特点，将光学系统、路灯的机械结构组合设计了非对称配光分布的LED路灯的整体样品。然后利用DIALUX对配光曲线进行了仿真分析计算，并且得到了良好的道路照明效果，并将其同对称的设计结果进行了比较分析，验证了非对称配光设计的可行性和优越性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-13
  1.1 研究背景及意义  9-10
  1.2 国内外发展现状与动态  10-11
  1.3 主要研究内容与论文构成  11-13
第二章 LED 路灯非对称光学设计的必要性分析  13-21
  2.1 路灯光学设计的必要性分析  13-14
  2.2 LED 路灯对称配光的介绍  14-17
  2.3 LED 路灯非对称配光的介绍  17-20
    2.3.1 纵向配光考虑  18-19
    2.3.2 横向配光考虑  19-20
  2.4 对称配光与纵向非对称配光的分析总结  20-21
第三章 LED 路灯非对称光学系统设计  21-35
  3.1 从光源到路面的能量对应关系分析  21-24
    3.1.1 路灯配光角度与能量关系分析  21-22
    3.1.2 光源选型及能量分配分析  22-24
  3.2 光学系统的开发流程  24-26
  3.3 非对称光学系统的设计  26-29
    3.3.1 设计原理  26
    3.3.2 数学模型的建立  26-29
  3.4 光学透镜三维模型的建立  29-35
第四章非对称配光 LED 路灯光学系统的仿真计算  35-45
  4.1 追迹仿真及结果分析  35-40
    4.1.1 光线追迹  35-37
    4.1.2 追迹结果分析  37-38
    4.1.3 仿真计算  38-40
  4.2 对称配光路灯的照明效果分析  40-44
    4.2.1 对称配光方式的分析及光线追迹结果  40-41
    4.2.2 对称配光仿真计算及结果分析  41-44
  4.3 设计总结  44-45
第五章 LED 路灯整体的设计  45-53
  5.1 透镜光学材料的选择  45
  5.2 LED 路灯的散热考虑  45-49
  5.3 LED 路灯的模块化考虑  49-50
  5.4 LED 路灯的整体构建及仿真结果  50-53
第六章结论与展望  53-55
  6.1 结论  53-54
  6.2 展望  54-55
参考文献  55-57
攻读硕士学位期间发表的论文和专利  57-58
致谢  58

具有非对称配光特性的LED路灯的光学设计

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