LED路灯光学设计及优化技术的研究

论文摘要

LED作为一种绿色环保的新型照明光源，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，具有光色偏低、照度不均匀等缺点，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对传统光源的优势，设计出具有良好照明效果的LED路灯，具有十分重要的意义。本文围绕道路照明需要满足的条件，基于LED光源的特点，利用光学设计软件和配光曲线分析软件，设计并优化出了一种能精确改变LED配光的二次光学透镜，达到了良好的照明效果。本文的主要工作包括：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、介绍了路灯的布灯方式，给出了实际的道路照明参数测试方法；针对特定的道路条件，选取了一款合适的LED光源，测量了配光等参数；分析了光源的配光特性，并基于照明目标找到了需要修改的参数和修改方向。3、基于配光曲线映射原理，运用透射光学设计手段，根据单颗LED的参数设计了对应的二次光学透镜；实现了将LED的郎伯型配光转换为蝙蝠翼型配光，将圆形光斑转换为矩形光斑，同时实现了很高的光输出效率。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；利用DIALUX对配光曲线进行了分析，并对照配光目标，通过改变透镜面型和优化透镜结构，最终实现了照明目标。5、分析了构成实际路灯的其它主要因素，并结合光学设计总结出了生产实际路灯时要注意的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外发展现状与动态
• 1.3 研究内容及论文构成
• 第二章 LED 路灯设计整体考虑
• 2.1 LED 路灯的构成要素
• 2.2 LED 路灯光学设计分析
• 2.2.1 路灯安放及道路条件
• 2.2.2 设计评价及优化方向
• 2.3 LED 路灯的散热考虑
• 2.4 LED 路灯的结构考虑
• 2.5 LED 路灯的驱动设计
• 2.6 LED 路灯的整体构建
• 第三章 LED 路灯透射式光学设计
• 3.1 透镜理论分析
• 3.1.1 透镜设计方法
• 3.1.2 透镜配光原理
• 3.1.3 数学理论推导
• 3.2 LED 选型
• 3.2.1 LED 通用结构分析
• 3.2.2 商用 LED 的分类及规格
• 3.2.3 选用的型号及原因
• 3.3 开发流程
• 3.4 光学透镜设计
• 3.5 软件建模
• 第四章 LED 路灯的模拟仿真
• 4.1 LED 路灯系统构建
• 4.2 追迹仿真
• 4.3 仿真结果分析
• 4.4 设计总结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢