LED照明光学系统设计
随着LED照明技术的发展与进步，LED照明在灯具照明领域中开始起到举足轻重的作用。世界各国纷纷开始关注LED照明技术的前景和优势，逐步加大在LED照明领域的相关投入。LED光源是一种新型的绿色光源，它在保护环境方面有着显著的优势：首先，它节约能源资源，因能源消耗而产生的污染较小；其次，因为它的体积较小，所以可以减少所建立的照明系统的体积，继而有助于延长照明系统的使用寿命。LED的这两个显著优势使得它的应用前景十分广阔。但是，就目前而言，LED照明技术之中仍然存在一些问题，比如配光设计问题，散热问题等等。选择LED照明设计作为我的毕业设计有两个方面的原因：一是，LED照明技术的发展十分迅速，各类照明灯具已经丰富了人们的生活，人们已经离不开LED照明技术了；另一个原因是,我对光学有着相对其他学科更加浓厚的兴趣，我希望在毕业设计中能够了解到现代光学的最先进的知识或者技术。本文围绕小型LED照明光学系统设计，完成了对照明技术和光学设计的了解，在一定程度上知道了照明技术的应用范畴以及光学设计的复杂步骤。通过对非成像光学理论知识的学习与了解，我知道了照明光学设计中相关的一些专业知识名词。在对软件的实际仿真操作之中也灵活地学习了各项操作方法。 HM000059
关键词：LED照明技术；前景和优势；绿色环保；非成像光学；仿真操作
1.2 LED照明技术的应用
1.2.1 信号指示灯
指示灯信号照明领域是单色LED应用最广泛的领域，同时也是单色LED应用最早的领域。这一领域主要包括：交流电源指示灯，交流开关指示灯，交流电源插座指示灯，保险管座指示灯，直流电源指示灯等等。
1.2.2 显示灯具
日常生活中的LED显示包括单色LED和彩色LED两个大类。LED关于显示的应用领域有很多，像电子广告牌、LED显示屏、各类指示牌、液晶时钟等等。LED照明运用于显示灯具的器件数目大约占LED照明总应用的20%~25%，这是一个相当大份量的百分比。
1.2.3 主要照明应用:
① 简单灯具:LED手电筒、LED矿灯、家用式照明灯、商业照明灯、LED潜水照明灯等等；
② 背光照明:电子设备背光源功能显示、笔记本电脑背光源、大尺寸或超大尺寸LCD显示器背光源等等，LED手机显示背光源已经成为LED应用最广泛的领域之一。
③ 汽车照明用灯:汽车倒车灯、汽车刹车灯、汽车转向灯等等，LED灯具产品尤其是大功率产品已经被广泛用于汽车照明领域之中。
④ 特殊照明:太阳能庭院灯、太阳能路灯、水底照明灯等；因为LED灯具的尺寸比较小，所以便于动态的亮度调整和颜色控制，因而也比较适用于建筑装饰照明。
1.2.4 相关行业光学设计简介
① 数码相机设计
首先设计照相机物镜，主要步骤包括：确定初始结构形式，校正像差，选择玻璃。其中，校正像差包括三个步骤：校正基本像差，校正剩余像差或高级像差，像差平衡。
② 手电筒设计
首先确立立方体的发光光源，再添加一个单片式镜头，并且调整为凸透镜的形状，添加接收器后，观察接收到的光线及照度。根据效果情况，进行相关参数的优化和调整，直到光线准直。③ 矿灯设计
主要的设计步骤包括：矿灯光源的封装，相应反光杯的设计，电源与电路系统的相关设计。
以上三种灯具或者器件的设计，都是主要依靠光学设计软件进行的，尤其是在灯具结构以及类似反光杯式的部件。无论是设计什么样的照明灯具，都必须在了解所要实现的功能的基础上开始设计，然后再利用软件进行仿真和修改完善。总的来说，当前的光学设计主要是依靠软件仿真实现的，已经设计出的产品包括各类照相机与数码相机的镜头，家用手电筒的镜头，以及矿灯照明的镜头等等。这些设计都在相关领域中起到了积极的作用。而在医疗领域，似乎没有非常有名的成果，所以选择口腔照明灯具设计作为我的毕业设计，应该是比较不错的。
摘 要 I
ABSTRACT II
绪 论 V
第1章 LED照明技术 1
1.1 LED照明技术发展历史 1
1.2 LED照明技术的应用 1
1.2.1 信号指示灯 1
1.2.2 显示灯具 1
1.2.3 主要照明应用: 2
1.2.4 相关行业光学设计简介 2
1.3 本文选题依据以及各章节主要内容 3
1.3.1 本文选题依据 3
1.3.2 各章节主要内容 3
第2章 非成像光学 5
2.1 非成像光学的发展历史 5
2.2 非成像光学理论基础 5
2.2.1 照明光学系统设计 5
2.2.2 照明光学系统基本组成 6
2.3 照明光学系统设计的一般步骤 7
2.3.1 选定光源 7
2.3.2 确定光照方式 8
2.3.3 确定和设计光学系统 8
2.3.4 照明系统的照度计算 9
第3章 关于仿真软件LightTools 10
3.1 光学设计软件 10
3.1.1 光学设计软件的发展 10
3.1.2 各类光学设计软件简介 10
3.2 Light Tools的相关知识 12
3.2.1 Light Tools的简单介绍 12
3.2.2 Light Tools的主要特点及优势 14
第4章 小型LED口腔照明灯具仿真研究 19
4.1.1 常规选项设置 19
4.1.2 默认选项设置 19
4.2 灯具设计具体目标及简单步骤 22
4.2.1 设计目标 22
4.2.2 设计步骤 23
4.3 初步设计结果及问题的出现和解决 33
4.3.1 初步设计结果 33
4.3.2 初步设计完成后出现的问题 34
4.3.3 尝试解决问题的办法 35
4.4 最后的设计结果与照度显示图 41
4.4.1 设计效果图 41
4.4.2 照度显示图 42
结 论 43
致 谢 44
参考文献 45
1、英文原文： 47
2、英文翻译： 56
关键词：LED照明技术；前景和优势；绿色环保；非成像光学；仿真操作
1.2 LED照明技术的应用
1.2.1 信号指示灯
指示灯信号照明领域是单色LED应用最广泛的领域，同时也是单色LED应用最早的领域。这一领域主要包括：交流电源指示灯，交流开关指示灯，交流电源插座指示灯，保险管座指示灯，直流电源指示灯等等。
1.2.2 显示灯具
日常生活中的LED显示包括单色LED和彩色LED两个大类。LED关于显示的应用领域有很多，像电子广告牌、LED显示屏、各类指示牌、液晶时钟等等。LED照明运用于显示灯具的器件数目大约占LED照明总应用的20%~25%，这是一个相当大份量的百分比。
1.2.3 主要照明应用:
① 简单灯具:LED手电筒、LED矿灯、家用式照明灯、商业照明灯、LED潜水照明灯等等；
② 背光照明:电子设备背光源功能显示、笔记本电脑背光源、大尺寸或超大尺寸LCD显示器背光源等等，LED手机显示背光源已经成为LED应用最广泛的领域之一。
③ 汽车照明用灯:汽车倒车灯、汽车刹车灯、汽车转向灯等等，LED灯具产品尤其是大功率产品已经被广泛用于汽车照明领域之中。
④ 特殊照明:太阳能庭院灯、太阳能路灯、水底照明灯等；因为LED灯具的尺寸比较小，所以便于动态的亮度调整和颜色控制，因而也比较适用于建筑装饰照明。
1.2.4 相关行业光学设计简介
① 数码相机设计
首先设计照相机物镜，主要步骤包括：确定初始结构形式，校正像差，选择玻璃。其中，校正像差包括三个步骤：校正基本像差，校正剩余像差或高级像差，像差平衡。
② 手电筒设计
首先确立立方体的发光光源，再添加一个单片式镜头，并且调整为凸透镜的形状，添加接收器后，观察接收到的光线及照度。根据效果情况，进行相关参数的优化和调整，直到光线准直。③ 矿灯设计
主要的设计步骤包括：矿灯光源的封装，相应反光杯的设计，电源与电路系统的相关设计。
以上三种灯具或者器件的设计，都是主要依靠光学设计软件进行的，尤其是在灯具结构以及类似反光杯式的部件。无论是设计什么样的照明灯具，都必须在了解所要实现的功能的基础上开始设计，然后再利用软件进行仿真和修改完善。总的来说，当前的光学设计主要是依靠软件仿真实现的，已经设计出的产品包括各类照相机与数码相机的镜头，家用手电筒的镜头，以及矿灯照明的镜头等等。这些设计都在相关领域中起到了积极的作用。而在医疗领域，似乎没有非常有名的成果，所以选择口腔照明灯具设计作为我的毕业设计，应该是比较不错的。
摘 要 I
ABSTRACT II
绪 论 V
第1章 LED照明技术 1
1.1 LED照明技术发展历史 1
1.2 LED照明技术的应用 1
1.2.1 信号指示灯 1
1.2.2 显示灯具 1
1.2.3 主要照明应用: 2
1.2.4 相关行业光学设计简介 2
1.3 本文选题依据以及各章节主要内容 3
1.3.1 本文选题依据 3
1.3.2 各章节主要内容 3
第2章 非成像光学 5
2.1 非成像光学的发展历史 5
2.2 非成像光学理论基础 5
2.2.1 照明光学系统设计 5
2.2.2 照明光学系统基本组成 6
2.3 照明光学系统设计的一般步骤 7
2.3.1 选定光源 7
2.3.2 确定光照方式 8
2.3.3 确定和设计光学系统 8
2.3.4 照明系统的照度计算 9
第3章 关于仿真软件LightTools 10
3.1 光学设计软件 10
3.1.1 光学设计软件的发展 10
3.1.2 各类光学设计软件简介 10
3.2 Light Tools的相关知识 12
3.2.1 Light Tools的简单介绍 12
3.2.2 Light Tools的主要特点及优势 14
第4章 小型LED口腔照明灯具仿真研究 19
4.1.1 常规选项设置 19
4.1.2 默认选项设置 19
4.2 灯具设计具体目标及简单步骤 22
4.2.1 设计目标 22
4.2.2 设计步骤 23
4.3 初步设计结果及问题的出现和解决 33
4.3.1 初步设计结果 33
4.3.2 初步设计完成后出现的问题 34
4.3.3 尝试解决问题的办法 35
4.4 最后的设计结果与照度显示图 41
4.4.1 设计效果图 41
4.4.2 照度显示图 42
结 论 43
致 谢 44
参考文献 45
1、英文原文： 47
2、英文翻译： 56
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