基于LED光源发射角的CPC设计及应用优化研究

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）基于LED光源发射角的CPC设计及应用优化研究徐斌二〇一八年六月分类号：O439学校代码：11845UDC：密级:学号：2111515028广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）基于LED光源发射角的CPC设计及应用优化研究徐斌指导教师姓名、职称：陈丽教授专业（学科）或领域名称：电子科学与技术学生所属学院：物理与光电工程学院论文答辩日期：二〇一八年六月二日ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofEngineeringScience（M

2、asterofEngineeringScience）ResearchonCPCDesignandApplicationOptimizationBasedonLEDLightSourceEmissionAngleMasterDegreeCandidate:XuBinSupervisor:Prof.ChenLiJune2018SchoolofPhysicsandOptoelectronicEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要LED光源是一种高

3、效率、寿命长、功耗低的绿色照明光源，它的应用已经涉及我们生活中的方方面面。随着LED行业的迅速发展，非成像光学设计原理已成为实现其应用的主要方法与手段。世界未来的发展将方向是节约能源，减少耗材。但汽车远光灯照明系统存在着体积较大，光线利用率低等弊端；传统的室内照明光源系统多采用圆柱体结构，光源照明范围广，但对于房屋角落处的照明时，传统的室内照明光源系统显得体积过大，不易安装，光源利用率低，工作面照度不均匀等情形。为改善上述情形，本论文提出一种基于LED发射角的复合抛物面聚光器（CPC）参数的算法。此算法结合LED光源的发射角和CPC的出光角度，通过计算，推导出一种

4、在满足固定的CPC出光角度的前提下，可以根据实际需求选择不同的LED光源来获得相应的CPC参数的算法，并通过设计实例，验证了该算法的有效性。结合本论文算法，借助SolidWorks、MATLAB和TracePro进行模拟仿真，设计了适用于汽车远光灯的CPC，普通抛物型聚光器的对比结果显示，采用本论文所提出的算法获得的CPC的远光灯，照度分布更均匀、照明区域更广、且照明系统的体积更小。基于可见光通信技术（VLC）光定位对照度变化的需求，建立了以LED为光源的实验平台，并借助MATLABGUI设计了一款可为室内光定位提供照度分布的软件。通过该软件的模拟结果，获得了室内

5、照度强弱的变化分布图，与理论仿真结果吻合，证明该软件的有效性，但却存在照度分布不均匀和边角处照度过低等问题。为改善上述情况，本论文将上述CPC参数的算法应用到光定位的优化中，通过TracePro建立模型和进行仿真，结果表明，本论文提出的CPC参数的算法所获得的模型的照度分布更加的均匀，且边角处的照度值也有明显的提升。相比传统的CPC参数的算法的光源系统，采用该算法的光源系统体积更小。本论文主要从LED光源的发射角出发，提出一种新的CPC参数的算法，并将此算法分别应用于汽车照明系统和室内光定位的照度优化中，仿真结果表明，利用此算法设计的CPC，能使照明系统体积更为紧

6、凑，光源利用率和照明效果也明显提高。关键词：LED；CPC算法；汽车照明；室内光定位；照度I广东工业大学硕士学位论文ABSTRACTLEDlightsourceisakindofgreenlightingsourcewithhighefficiency,longlifeandlowpowerconsumption.Itsapplicationhasinvolvedallaspectsofourlives.WiththerapiddevelopmentoftheLEDindustry,theprincipleofnon-imagingopticaldesignhas

7、becomethemainmethodandmeanstoachieveitsapplication.Thefuturedevelopmentoftheworldwillbetosaveenergyandreduceconsumables.However,automotivehighbeamlightingsystemshavedisadvantagessuchaslargevolumeandlowlightutilization.Traditionalindoorlightinglightsourcesystemsusecylindricalstructures

8、,andt