非成像離散多面擬合自由曲面光學(xué)器件設(shè)計及其在照明應(yīng)用中的研究.pdf

1、瓦級大功率白光LED器件的發(fā)展，為LED在通用照明和特種照明提供了廣泛的應(yīng)用前景。為充分利用LED器件的光通量，并為相應(yīng)的照明場景提供優(yōu)質(zhì)合理的光學(xué)配光，同時依靠CAD/CAE和精密加工等技術(shù)的支持，基于非成像光學(xué)的自由曲面光學(xué)器件的研究得到了迅速的發(fā)展，旨在實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的光形控制、精確地光能量分布、以及照明系統(tǒng)的整體高光效。為克服當(dāng)前自由曲面光學(xué)器件設(shè)計中的一些瓶頸，提高LED照明應(yīng)用的整體性能，本文進(jìn)行了離散多面擬合自由曲面光學(xué)器件的算

2、法研究和應(yīng)用，并取得以下幾點(diǎn)成果:
　　第一，基于擬合光滑拓?fù)潢P(guān)系的思想，提出了折射離散子面擬合空間自由曲面重構(gòu)光學(xué)器件的算法。推導(dǎo)了旋轉(zhuǎn)笛卡爾橢球的極坐標(biāo)方程，使用離散笛卡爾橢球構(gòu)建多面陣列，來計算光強(qiáng)空間與目標(biāo)照度空間的離散拓?fù)潢P(guān)系;通過對該拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行三維曲面擬合，生成了完全不同于傳統(tǒng)網(wǎng)格劃分的連續(xù)拓?fù)潢P(guān)系;根據(jù)連續(xù)拓?fù)潢P(guān)系，在三維建模軟件中構(gòu)建了自由曲面透鏡，并使用光學(xué)模擬軟件追跡得到了目標(biāo)照度分布，與預(yù)期光斑基本一致，從

3、而為連續(xù)自由曲面透鏡設(shè)計提供了可行的設(shè)計方法。
　　第二，基于CIE推薦的路面亮度系數(shù)表對道路照明的配光進(jìn)行了兩維參數(shù)化優(yōu)化，并利用離散子面擬合算法設(shè)計了相應(yīng)的自由曲面透鏡。在通用照明場景下，計算了不同位置的燈具在測試區(qū)域的單燈亮度系數(shù)表，分析和討論了各燈具對于路面整體亮度貢獻(xiàn)的影響?；趩螣袅炼认禂?shù)表，使用兩維參數(shù)化的三角函數(shù)，分別沿道路橫向和縱向來描述整個路面的照度分布，并通過對各參數(shù)的優(yōu)化，獲得了滿足高亮度均勻性、高縱向均勻

4、性、高照度均勻性和高亮度/照度比的水平照度分布;在此基礎(chǔ)上，拓展了第二章的離散多面擬合算法，計算并設(shè)計了基于優(yōu)化配光的透鏡模型，仿真結(jié)果基本達(dá)到設(shè)計要求，為優(yōu)質(zhì)道路照明的二次光學(xué)提供了一種解決方案。
　　第三，設(shè)計完成了離散多面組合的面板式收光的自然光照明光學(xué)系統(tǒng)和折反式多面組合的LED前照燈遠(yuǎn)光照明光學(xué)系統(tǒng)。基于離散多面的面板式收光器采用了平板式的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了41.4％的自然光收集率，面板結(jié)構(gòu)緊湊、便于加工;基于多面組合的LED