光學自由曲面在LED道路照明領域的應用研究.pdf

1、隨著大功率LED封裝模塊流明效率的不斷提高、成本的不斷下降，LED在通用照明領域得到了越來越多的應用，在這個大背景之下，以LED為光源的道路照明成為這種新型光源進軍普通照明領域的切入點。然而現(xiàn)階段，我國LED路燈行業(yè)在光學設計、驅(qū)動設計、熱管理、結(jié)構(gòu)設計、系統(tǒng)集成等方面均存在較大的發(fā)展空間。本課題應用非成像光學原理，以自由曲面照明設計方法為基礎，圍繞LED路燈的光學設計問題展開研究。
　　光學自由曲面具有許多無可比擬的優(yōu)點，采用自

2、由曲面不僅可極大簡化照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，還可以有效控制光束分布，輕松實現(xiàn)復雜的照明。本文首先介紹了基于能量映射和切面迭代的自由曲面設計方法以及反饋優(yōu)化算法，并提出了改進的切面迭代法來改善設計結(jié)果，通過合理選擇的內(nèi)表面，可以在3輪反饋優(yōu)化后得到均勻照明的矩形光斑區(qū)域。在另一個設計實例中，僅需一輪優(yōu)化即可實現(xiàn)指定的IES光強分布，有效地簡化了設計流程，實現(xiàn)了“一鍵式”設計。
　　在機動車道路照明領域，亮度均勻度已經(jīng)日益受到重視，然而在我國

3、的LED路燈行業(yè)內(nèi)，由于亮度計算或檢測都比照度要復雜得多，在路燈研發(fā)過程中，往往直接以照度均勻度作為設計、驗收指標，這是不符合國家城市道路照明設計標準CJJ45-2006中有關規(guī)定的。在本文第3章中，對道路的亮度與照度關系進行了分析，并以亮度均勻性作為首要標準，同時兼顧其他指標，提出了一種新的求解LED路燈配光模式的方法。第4章中，針對該路燈的配光模式，設計了非對稱的自由曲面路燈透鏡并進行了光學仿真。仿真結(jié)果表明，該透鏡在3個機動車道上