紧凑型LED配光设计中光源模拟可靠性研究

【摘要】LED光源作为第四代固体冷光源，与传统光源相比具有几大优势：亮度和色彩的动态控制比较容易；外形尺寸相对小，寿命长，光束中不含有紫外线与红外线，节能，有很强的方向性等。近年来，随着半导体固态照明技术迅速发展和各国对绿色环保照明的大力推广，LED光源在照明领域占据的地位愈来愈突出。LED光源（即LED芯片）作为系统的组成部分，其光源建模的准确性直接影响目标面的光场及能量分布，同时它也是整个光学系统的设计、辅助优化的基础，因而光源准确建模是LED灯具技术研究的重点之一。本文针对现有LED光源建模适用条件及可靠性不确定性的问题，对紧凑型LED配光元件设计中光源模型可靠性进行了研究。本文采用非成像光学理论，以ray文件光源模型作为对比标准。针对目标面照明目的的不同，分别对指向型系统和匀光系统进行了分析。在指向型系统中以全反射式透镜为例，通过优化建模不同比例透镜光源模型及替换分析的方法，对点光源、表面光源、ray文件光源建模三种建模方式分别在大(±15°)、中(±10°)、小(±5°)三种指向型系统中的差异及可靠性进行了进一步的研究。最终得出，指向型系统：光束角为±15°，模型比大于36:2时，表面光源建模可代替ray文件光源建模；光束角±10°，透镜光源直径比为44:2时，表面光源建模可代替ray文件光源建模；光束角为±5°，透镜光源直径比为82:2时，表面光源建模可代替ray文件光源建模。但是在±2%误差范围内，点光源无论何种透镜光源直径比，任何光束角下均不能代替ray文件光源。在匀光系统中，采用透射式透镜作为二次配光元件，光束角为57.8°，研究方法与指向型系统一致。最终得出，匀光系统：光束角为57.8°，透镜光源直径比为15时，点光源模拟、表面光源模拟与ray文件光源模拟的差异在2%之内，可代替ray文件光源模拟。这一结果为系统设计提供了依据，同时解决了采用ray文件光源建模进行辅助优化设计耗时较长的问题，为相关研究提供了参照依据。本文第一章首先介绍了LED照明的发展历程和目前市场状况，同时对LED的基础知识（发光原理、配光特性）进行了简要介绍。第二章介绍了非成像光学的发展历程和基本内容，叙述了LED照明系统组成及简要介绍设计所学软件。第三章介绍点光源、表面光源、ray文件光源的获取方式及差异，并给出本论文的基本设计思路。第四章针对紧凑结构中以指向型为目标的系统，研究点光源、表面光源、ray文件光源的可靠性。第五章针对紧凑结构中以匀光为目标的系统中，研究点光源、表面光源、ray文件光源的可靠性。第六章对本课题的研究工作进行总结，给出了作者对未来发展的一些看法。
【作者】董丽；
【导师】孙强；
【作者基本信息】中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)，光学工程，2013，硕士
【关键词】非成像光学；LED；光源模型；光学仿真；点光源；表面光源；ray文件光源；

【参考文献】
[1]张田,郭薇薇,杜宪亭.车致脉动力作用下桥上防风屏障的振动响应分析[J].铁道建筑,2015,03:5-8+11.
[2]张景忠,商成海,于克江,潘宏.用环芯法测定残余应力的基本原理和潜在的应用范围[J].一重技术.2001(Z1)
[3]刘娟.microRNA-129在晚期胃癌患者中的表达及临床意义[D].苏州大学,免疫学,2014,硕士.
[4]景阿馨.浅丘地区城市内自然山体保护与利用研究[D].西南大学,园林植物与观赏园艺,2014,硕士.
[5]D.帕秋特,牛毓荃.用人机联作终端进行地震解释[J].石油地球物理勘探,1976,01:47-69.
[6]任春雷.膜蒸馏海水淡化和油水分离用疏水多孔陶瓷膜研究[D].中国科学技术大学,材料学,2014,博士.
[7]孟怡凯.微桩群复合地基上水闸复杂闸室结构分析研究[D].扬州大学,水工结构工程,2012,硕士.
[8]张红阳.AGV物流系统在柴油机试车线的优化研究[D].山东大学,工业工程（专业学位）,2012,硕士.
[9]汪建德,彭同江,孙红娟,侯云丹.三维还原氧化石墨烯的制备及超级电容性能[J].人工晶体学报,2015,01:78-84.
[10]刘云.公司共同治理与分配制度改革[D].湖南大学,会计学,2003,硕士.
[11]付平妹.微机在平炉汽化冷却系统中的应用[J].冶金自动化,1993,06:45-46.
[12]廖亚莉,王锡钢,战学刚.基于关联规则的网站个性化服务[J].鞍山科技大学学报,2004,06:432-435.
[13]郭兵.两水平一般最小低阶混杂设计的构造[D].东北师范大学,概率论与数理统计,2014,博士.
[14]陈珍.神经危重症患者高钠血症临床特点及预后的回顾性调查研究[D].吉林大学,临床医学,2013,硕士.
[15]吴靖.针刀治疗肱骨外上髁炎的临床研究[D].湖北中医药大学,针灸推拿学（专业学位）,2013,硕士.
[16]肖新敏.透骨草杀虫活性成分及其作用机理研究[D].西北农林科技大学,农药学,2014,博士.
[17]杜玉爱.小鼠卵泡发育过程中miRNA-351、miRNA-871的表达规律及其对卵泡颗粒细胞功能的调控研究[D].华中农业大学,动物遗传育种与繁殖,2014,硕士.
[18]王守堂.PTHrP及其受体在梅花鹿茸角中的表达与调节[D].吉林大学,基础兽医学,2013,硕士.
[19]李栋杰.服务商视角的通讯设备维护业务外包管理[D].华中科技大学,工商管理,2013,硕士.
[20]阮进勇（NguyenTienDung）.胡志明外交思想及其历史作用与当代价值研究[D].湖南师范大学,国际政治,2014,硕士.
[21]傅晨明.磁控形状记忆合金自传感驱动器的研究[D].杭州电子科技大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[22]冯甲一.基于计算机视觉技术的叶类蔬菜新鲜度检测分级研究[D].南京农业大学,计算机应用技术,2012,硕士.
[23]吴力平.砂土在循环荷载作用下离散元数值模拟参数分析及影响因素研究[D].浙江工业大学,2011.
[24]冯颜颜.混凝—超滤工艺处理滦河水中试研究[D].西安建筑科技大学,市政工程,2013,硕士.
[25]邓思云.岳阳市6至14岁少儿体育舞蹈开展现状及调查研究[D].华中师范大学,体育教学,2014,硕士.
[26]杜伟.重载铁路曲线段轮轨磨耗影响因素分析[D].西南交通大学,车辆工程,2012,硕士.
[27]曹务祥.单道接收地震资料的室内组合方法[J].石油地球物理勘探,2006,06:615-618+607+725.
[28]张建海.领带花样配色网络CAD研究[D].浙江大学,控制理论与控制工程,2004,硕士.
[29]李广冉.既有建筑节能改造项目风险管理研究[D].北京交通大学,2014.
[30]金春玉.空心圆锥雾化喷嘴喷雾实验与数值研究[D].上海交通大学,2007.
[31]胡军杰.云平台下分布式文件系统评测技术研究[D].哈尔滨工业大学,计算机科学与技术,2014,硕士.
[32]冯艳.新中国以来高校教师社会保障的变迁与发展研究[D].吉林大学,社会保障,2013,硕士.
[33]郑应平.全国控制理论及其应用学术交流会在昆明举行[J].自动化学报,1984,02:191.
[34]王宁,王汀,金涌.不同教学方法对于本科生《药剂学》双语教学效果的影响[J].安徽医药,2015,03:600-602.
[35]崔翠.电声耦合对有机聚合物输运性质的影响[D].河北师范大学,理论物理,2012,硕士.
[36]龙会.应用流式细胞术检测结核分枝杆菌对异烟肼的敏感性[D].广州医科大学,呼吸内科学,2014,硕士.
[37]张艳.欧债危机影响外汇市场的贸易渠道研究[D].华中科技大学,国际商务,2013,硕士.
[38]张生.要法制,但是不能没有人文[J].中国政法大学学报,2014,01:5-6.
[39]周成.影响肝细胞癌患者术后长期生存的相关因素分析[D].苏州大学,普通外科学（专业学位）,2013,硕士.
[40]唐梦龄.持久性有机氯污染物的人群暴露及其健康风险评估[D].浙江大学,环境科学,2014,博士.
[41]綦星龙.微博中公共环境危机的话语构建与传播功能[D].重庆大学,新闻与传播（专业学位）,2014,硕士.
[42]徐帆,王颖,杨建平,张凯锋,陈之栩,杨争林.考虑电网安全的风电火电协调优化调度模型及其求解[J].电力系统自动化,2014,21:114-120.
[43]陈静静.人咽缩肌细胞体外培养及下咽生物支架的构建[D].宁波大学,外科学,2013,硕士.
[44]张楠.食品消费者知情权法律保护研究[D].河北经贸大学,法律,2014,硕士.
[45]李曦.浅析我国证券市场中上市公司的退市制度[D].西北大学,法学（专业学位）,2014,硕士.
[46]许烽,徐政,郑欢,唐庚,薛英林.一种基于模块化多电平换流器的三极直流输电系统[J].电力系统自动化,2014,02:70-78.
[47]孙晓燕,巩敦卫,杜学艳.基于连接识别的协同进化种群分割算法研究[J].控制与决策,2005,06:702-705.
[48]王琪.明清小说与韩国汉文小说女将形象比较研究[D].大连大学,中国古代文学,2014,硕士.
[49]唐伟元.关注石墨烯板块投资机会[J].股市动态分析,2014,12:35.
[50]赵子健.高新技术产业开发区发展方向与规划布局研究[D].天津大学,城市规划与设计,2004,硕士.