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基于逆向反馈优化方法的LED自由曲面透镜设计与研究

作　者: 冉景
导　师: 刘胜
学　校: 华中科技大学
专　业: 物理电子学
关键词: 发光二极管照明设计逆向反馈优化自由曲面照度
分类号: TN312.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

现在正大力提倡节能减排、低碳经济的可持续发展目标以及国家对其相应政策的扶持,LED(发光二极管)作为新一代绿色光源势必会引起照明领域的一次重大变革。随着LED技术的不断突破、成本的降低、应用领域的不断扩大, LED已经广泛应用于道路照明、背光、车灯、信号灯等等。因为LED有别于传统光源的特点所带来的与现有光学系统无法兼容的问题,所以不仅要关注LED芯片的设计,而且还必须关注LED外围设计。所以本文研究LED照明设计,研究内容是通过自由曲面设计获得目标平面照度均匀分布的效果,并且通过逆向反馈的方法进行优化。本文提出了逆向反馈优化方法使目标平面照度均匀分布,并综合利用正向优化方法。首先介绍LED特性,并与传统光源进行了对比。然后介绍了LED光学设计的基本步骤以及相应软件介绍。接着在初始设计无法满足照明要求的情况下,本文提出了逆向反馈优化的方法对照明效果进行优化,而且在设计中还综合利用正逆向结合的方法。以前我们采用在光源划分既定的情况下对目标平面划分进行修改(正向优化)的方法来优化照明效果,现在提出了依据仿真结果进行逆向反馈优化。由于考虑复杂性问题,本文只对两种情况进行研究:目标平面照度均匀分布的圆形光斑和矩形光斑,目的在于分析逆向反馈优化的可行性。在圆形光斑情况下,通过正逆向结合的方法,照度均匀度由原来的60%提升到90%多;在矩形光斑情况下,通过逆向反馈优化的方法,照度均匀度提升了一倍。本文提出的方法具有一定的创新性,并且跟以往设计方法有着一定的互补性,对于LED照明系统设计有着非常重要的意义。该研究是在照度均匀的要求下进行自由曲面透镜的设计,而且在设计中只讨论了圆形光斑和矩形光斑的设计,但是由于其原理的通用性,可以针对目标平面任意照明情况进行设计,比如说照度不均匀或者亮度均匀。所以本文的研究有着非常重要的意义。在各种LED照明系统设计中,该方法都具有一定的参考价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-17
  1.1 课题研究的背景及其意义  9-11
  1.2 国内外LED 技术与产业现状及发展趋势  11-15
  1.3 课题来源及本论文研究内容  15-17
2 LED 照明基础及其照明设计  17-39
  2.1 LED 发光原理、分类及特点  17-21
  2.2 LED 配光技术  21-33
  2.3 LED 照明设计  33-38
  2.4 本章小结  38-39
3 LED 自由曲面透镜设计  39-47
  3.1 自由曲面透镜设计方法  39-44
  3.2 自由曲面透镜优化方法  44-45
  3.3 本章小结  45-47
4 逆向反馈优化两种照明情况  47-79
  4.1 圆形光斑逆向反馈优化  47-68
  4.2 矩形光斑逆向反馈优化  68-78
  4.3 本章小结  78-79
5 总结与展望  79-81
  5.1 总结  79
  5.2 展望  79-81
致谢  81-82
参考文献  82-85

基于逆向反馈优化方法的LED自由曲面透镜设计与研究

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