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LED二次光学设计在路灯、车用灯方面的应用研究

作　者: 胡尚斌
导　师: 高爱华
学　校: 西北大学
专　业: 光学
关键词: LED 自由曲面 道路照明 车用灯照明 非成像光学设计
分类号: TN312.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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引　用: 2次
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内容摘要


发光二极管(Light Emitted Diode,简称LED)是继白炽灯、荧光灯、气体放电灯之后的第四代光源,由于其具有传统光源无法比拟的优势,包括节能、环保、无污染等特点,各国政府相继都将其作为重点产业进行推广。目前LED在道路照明、显示屏、家用照明、汽车照明等照明领域已经进入飞速发展阶段,但由于商业竟争和技术保密,LED照明在光学设计、驱动设计、热分析和系统集成化等领域均未发展成熟,存在诸多待研发的课题和技术难点。本文基于非序列光学设计理论,借助TracePro和DIALux软件对LED在道路照明与车用灯照明方面的二次光学设计进行了大量探索性研究。其主要工作为：在介绍LED光源特性和照明光学理论的基础上,基于光源扩展度守恒、自由曲面思想与分区理论,参考道路照明国家标准和实际的配光要求,利用光机仿真软件Tracepro对单颗LED进行了路灯的配光设计,并用照明计算软件DIALux对结果进行了分析。结果表明所设计的偏光透镜的各项指标均为合格,且达到了道路照明要求的均匀矩形光斑。因为在单颗透镜满足矩形光斑的前提下,由其构成的阵列透镜路灯无论是从照度均匀性还是亮度均匀性去考察都是满足标准的,即使其中一个或几个LED闪烁或灭掉对实际照明也不会产生大的影响。对LED车用灯包括后雾灯、倒车灯和前照灯进行了二次光学设计。在分析前照灯、后雾灯、倒车灯国家标准的基础上,利用多曲面思想与基础面分区理论对传统卤钨灯前照灯进行了设计,对比出LED光学设计与传统光源的光学设计不同所在。利用抛物面特性理论设计的后雾灯与倒车灯光杯,组成光杯面型的控制线不是自由曲面,而是圆锥曲线,这样的特点无疑给加工带来了方便,并且精准性也会大大提高,结果表明该方法的可行性。最后对LED前大灯进行了探索性尝试,主要是基于投射式前照灯思想(为了很好地解决眩光问题),由于采用了挡板技术使得光效较低,因此在这方面的研究是本论文今后的方向之一最后是本文的总结,在此基础上对所做的工作进行了展望,并提出了今后的工作方向。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 绪论  8-18
  1.1 研究背景及意义  8-11
    1.1.1 能源危机与发展LED照明的相关政策  8-10
    1.1.2 LED工作原理  10-11
  1.2 LED路灯和车用灯现状  11-15
    1.2.1 LED路灯现状  11-13
    1.2.2 LED车用灯现状  13-15
  1.3 本论文的主要研究内容  15-16
  参考文献  16-18
第二章 非成像光学理论的介绍  18-27
  2.1 非成像光学的基本内容  18-21
    2.1.1 光学扩展量与能量收集比  19-20
    2.1.2 反射和折射定律  20-21
  2.2 辐射度和光度学的基本物理量  21-25
    2.2.1 辐射度学基本物理量  21-23
    2.2.2 光度学基本概念  23-25
  2.3 所用光学软件简介  25-26
    2.3.1 Tracepro简介  25
    2.3.2 DIALux简介  25-26
  参考文献  26-27
第三章 自由曲面路灯透镜设计的研究  27-43
  3.1 道路照明  27-31
    3.1.1 道路照明评价指标  27-29
    3.1.2 道路照明标准  29-30
    3.1.3 照明方式  30-31
  3.2 LED路灯透镜的设计  31-36
    3.2.1 LED光源参数与结构  31-32
    3.2.2 自由曲面路灯透镜的设计  32-34
    3.2.3 自由曲面路灯透镜的模拟  34-36
  3.3 偏光路灯透镜设计探索  36-41
  参考文献  41-43
第四章 车灯设计方法的应用与探索  43-66
  4.1 前照灯发展历程与现状  43-45
  4.2 国内外前照灯配光标准  45-47
  4.3 传统卤钨灯的前照灯设计  47-51
    4.3.1 光源的选取与反射器分区  48
    4.3.2 单块自由曲面的设计  48-49
    4.3.3 设计结果的分析讨论  49-51
  4.4 LED汽车后雾灯的设计  51-55
    4.4.1 后雾灯配光要求  52
    4.4.2 设计原理  52-54
    4.4.3 LED汽车后雾灯的设计与结果  54-55
  4.5 LED汽车倒车灯的设计  55-57
  4.6 LED前照灯的设计探索  57-64
    4.6.1 汽车前照灯一般设计方法与LED光源的选取  57-59
    4.6.2 抛物型反射器光能利用率的分析  59-60
    4.6.3 配光镜的分析  60-61
    4.6.4 反射器以及模拟结果分析  61-64
  参考文献  64-66
第五章 总结与展望  66-68
  5.1 总结全文  66
  5.2 进一步的工作  66-68
攻读硕士学位期间取得的学术成果  68-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 半导体二极管 > 二极管：按结构和性能分 > 发光二极管
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