论文部分内容阅读
随着LED芯片制作技术的升级与成本的下降,LED照明与应用的范围随之扩展。LED照明中,使用自由曲面透镜,对照明效果进行控制与优化,是一个热门研究方向。随着透镜设计理论的成熟,为了更高效准确地完成设计,本文结合人工智能算法针对透镜形态的优化,分别设计了适用于点光源与扩展光源的自由曲面透镜;针对LED透镜模组化中的照明均匀性问题,本文结合模拟退火算法,通过求解最佳模组参数,完成系统的优化设计。最后,通过结合光纤照明技术与LED透镜设计理论,设计了一款光纤照明灯的模型,并实验探究了安装误差对照明光参数的影响规律。本文具体内容如下:为了实现点光源系统的圆光斑照明并探究形态参数对照明效果的影响,推导了光源光通量的发射模型,根据snell定律,通过matlab编程计算得到子午平面内自由曲面透镜母线坐标点并建模,完成大孔径角自由曲面透镜的设计,仿真该款透镜的照度均匀度为91.53%,光传输效率为92.22%,并分析了该透镜的形态参数对照明效果的影响规律。针对扩展光源的照明均匀化问题,在适用于点光源的透镜基础上,应用基本粒子群优化算法,通过matlab与tracepro-scheme的I/O函数,分别计算透镜新坐标并建模仿真,反馈照度均匀度与光传输效率,实现客户端与服务器之间的数据动态交换。经过多次迭代优化得到适用于扩展光源的自由曲面透镜坐标点,系统仿真照度均匀度为91.76%,光传输效率为92.07%,为扩展光源实现圆光斑的均匀化设计提供了可行方案。矩形光斑的均匀化设计中,采用网格划分迭代法,设计得到了小功率LED光源实现矩形光斑的透镜,将LED光源与透镜组合成光源模组,采用模拟退火算法,计算分析了模组线性阵列化过程中的系统最优参数问题,解决了多光源模组阵列化的光斑劣化问题。最后,为了将光纤束端头发光应用于均匀照明场景,设计了一种基于光纤照明技术的光纤端头灯并制作了模型样灯。基于光纤导光特性设计了LED光源与光纤束的耦合装置,通过公差分析得到最佳拟合阶次为10,并结合网格划分法设计了光纤束端头发光的配光透镜。仿真得到灯具的光斑垂直照度均匀度为90.99%,水平照度均匀度为89.59%,耦合装置的耦合效率为87%。最后经过实验误差分析,得到系统的最佳耦合距离为2mm,透镜高为50mm,灯具的实际光斑照度均匀度为81.54%,为LED照明提供了一种应用方案。