大尺寸led光源准直透镜的设计与应用

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1、分类号TB133密级公开1UDC621编号10299S1303080硕士学位论文大尺寸LED光源准直透镜的设计与应用DesignandApplicationofCollimatingLensforLarge-sizeLEDSource作者姓名韩敏1指导教师丁桂林教授1申请学位级别硕士专业名称光学工程1论文提交日期2016年4月论文答辩日期2016年6月13日学位授予单位和日期江苏大学2016年6月16日答辩委员会主席姚红兵评阅人2016年6月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或

2、集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊（光盘版）电子

3、杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布（包括刊登）授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日大尺寸LED光源准直透镜的设计与应用DesignandApplicationofCollimatingLensforLarge-sizeLEDSource学科专业：光学工程指导老师：丁桂林教授1姓名：韩敏2016年6月江苏大学硕士学位论文摘要近年来，越来越多的国家和行业已经花费了大量的财力和人力资源在LED（发光二极管，LightEmittingDiode）和LED灯具的研究和发展上。与传统光源相比，L

4、ED光源拥有高度集中的光分布和非常低的亮度，因此，它们需要额外的光学结构来提高光效和产生特定的照明，这光学结构称为二次光学元件。其中，匹配大尺寸LED光源如大功率LED光源、LED集成光源、LED阵列光源等光源的准直透镜在聚光灯、手电筒、汽车前照灯等很多灯具中均有广泛的应用。所以，针对大尺寸LED光源的准直设计展开研究显得尤为迫切。本文以非成像光学中的边缘光线理论和Snell定律为研究依据，对大尺寸LED光源的准直设计展开研究。对目前已有的设计方法进行了分类和分析后，针对不同的光型要求分别提出了几种简便快捷的设计方法。经过多次软件模拟与样品实验，成功地设计了适用于大尺寸LED光源具有准直

5、效果的圆形、椭圆形、线型、360°环形光斑。关于芯片成像与黄斑问题：分析了芯片成像和黄斑问题的成因，通过模拟和实验找到两种问题的根源，总结了几种结构透镜芯片成像和黄斑问题的规律，并针对性提出了几种匀光和褪黄结构。关于圆形光斑问题：针对平凸透镜提出了两种设计方法：类消球差法优化焦点在LightTools软件里进行准直设计的方法和几何解法设计均匀圆形光斑的方法。同样，针对全内反射（TotalInternalReflect,TIR）透镜提出了两种设计方法：LightTools软件和数值积分法相结合的分部设计法及适合于设计高k值准直透镜的试错法，同时验证了全反射和论述了k值的重要性。特别地，通过

6、两次模拟与实验，成功针对全彩四芯片LED光源进行准直混光设计。关于高纵横比区域照明问题：对比分析了几种常见矩形光斑的透镜，并利用其中一种结构成功设计一款口腔手术灯透镜；提出了一种针对线形光斑简易的分部设计法，并用这种方法成功设计了一款用于窗台灯的基于TIR结构的新型拱形透镜；提出一种改进的低光强航道预警灯透镜结构，透镜相对于现有的抛物面反光镜，具有更高的光学效率，更好的角度控制。关于LED阵列光源问题：通过大量的文献调研，结合实际的市场调查，指出了LED阵列光源取代LED集成光源作为灯具光源的出现及应用前景；针对3I大尺寸LED光源准直透镜的设计与应用×3贴片式LED阵列光源提出一款紧凑

7、型双层TIR透镜，在LightTools软件的真色彩模式中，利用提出的结构解决了遇到的芯片成像与黄斑问题，最终成功得到一个颜色均匀的匀化圆形光斑。所有设计的透镜都进行了开模测试，实际的测试效果与设计结果基本保持一致,证明了提出的设计方法的正确及可行性。透镜都在照明灯具得到了应用。关键字:二次光学透镜，大尺寸LED光源，准直透镜，芯片成像与黄斑问题，线型区域照明，LED阵列光源II江苏大学硕士学位论文AbstractInrecenty