大尺寸LED光源準(zhǔn)直透鏡的設(shè)計(jì)與應(yīng)用.pdf

1、近年來，越來越多的國(guó)家和行業(yè)已經(jīng)花費(fèi)了大量的財(cái)力和人力資源在LED（發(fā)光二極管，Light Emitting Diode）和LED燈具的研究和發(fā)展上。與傳統(tǒng)光源相比，LED光源擁有高度集中的光分布和非常低的亮度，因此，它們需要額外的光學(xué)結(jié)構(gòu)來提高光效和產(chǎn)生特定的照明，這光學(xué)結(jié)構(gòu)稱為二次光學(xué)元件。其中，匹配大尺寸LED光源如大功率LED光源、LED集成光源、LED陣列光源等光源的準(zhǔn)直透鏡在聚光燈、手電筒、汽車前照燈等很多燈具中均有廣泛的應(yīng)

2、用。所以，針對(duì)大尺寸LED光源的準(zhǔn)直設(shè)計(jì)展開研究顯得尤為迫切。本文以非成像光學(xué)中的邊緣光線理論和Snell定律為研究依據(jù)，對(duì)大尺寸LED光源的準(zhǔn)直設(shè)計(jì)展開研究。對(duì)目前已有的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了分類和分析后，針對(duì)不同的光型要求分別提出了幾種簡(jiǎn)便快捷的設(shè)計(jì)方法。經(jīng)過多次軟件模擬與樣品實(shí)驗(yàn)，成功地設(shè)計(jì)了適用于大尺寸LED光源具有準(zhǔn)直效果的圓形、橢圓形、線型、360°環(huán)形光斑。
　　關(guān)于芯片成像與黃斑問題：分析了芯片成像和黃斑問題的成因，通過模

3、擬和實(shí)驗(yàn)找到兩種問題的根源，總結(jié)了幾種結(jié)構(gòu)透鏡芯片成像和黃斑問題的規(guī)律，并針對(duì)性提出了幾種勻光和褪黃結(jié)構(gòu)。
　　關(guān)于圓形光斑問題：針對(duì)平凸透鏡提出了兩種設(shè)計(jì)方法：類消球差法優(yōu)化焦點(diǎn)在LightTools軟件里進(jìn)行準(zhǔn)直設(shè)計(jì)的方法和幾何解法設(shè)計(jì)均勻圓形光斑的方法。同樣，針對(duì)全內(nèi)反射（Total Internal Reflect, TIR）透鏡提出了兩種設(shè)計(jì)方法：LightTools軟件和數(shù)值積分法相結(jié)合的分部設(shè)計(jì)法及適合于設(shè)計(jì)高k值準(zhǔn)

4、直透鏡的試錯(cuò)法，同時(shí)驗(yàn)證了全反射和論述了k值的重要性。特別地，通過兩次模擬與實(shí)驗(yàn)，成功針對(duì)全彩四芯片LED光源進(jìn)行準(zhǔn)直混光設(shè)計(jì)。
　　關(guān)于高縱橫比區(qū)域照明問題：對(duì)比分析了幾種常見矩形光斑的透鏡，并利用其中一種結(jié)構(gòu)成功設(shè)計(jì)一款口腔手術(shù)燈透鏡；提出了一種針對(duì)線形光斑簡(jiǎn)易的分部設(shè)計(jì)法，并用這種方法成功設(shè)計(jì)了一款用于窗臺(tái)燈的基于TIR結(jié)構(gòu)的新型拱形透鏡；提出一種改進(jìn)的低光強(qiáng)航道預(yù)警燈透鏡結(jié)構(gòu)，透鏡相對(duì)于現(xiàn)有的拋物面反光鏡，具有更高的光學(xué)效

5、率，更好的角度控制。
　　關(guān)于LED陣列光源問題：通過大量的文獻(xiàn)調(diào)研，結(jié)合實(shí)際的市場(chǎng)調(diào)查，指出了LED陣列光源取代LED集成光源作為燈具光源的出現(xiàn)及應(yīng)用前景；針對(duì)3×3貼片式LED陣列光源提出一款緊湊型雙層TIR透鏡，在LightTools軟件的真色彩模式中，利用提出的結(jié)構(gòu)解決了遇到的芯片成像與黃斑問題，最終成功得到一個(gè)顏色均勻的勻化圓形光斑。
　　所有設(shè)計(jì)的透鏡都進(jìn)行了開模測(cè)試，實(shí)際的測(cè)試效果與設(shè)計(jì)結(jié)果基本保持一致,證明了