基于非成像理论的自然光组合照明光学系统的分析-analysis of natural light combined illumination optical system based on non-imaging theory.docx

致谢论文完成之际，先由衷的感谢我的导师余桂英教授，感谢她在我硕士研究 生的学习期间对我的倾心指导、帮助和无微不至的关怀，是余老师带领我走进 了这一领域，耐心的传授我专业知识，指导我的科研工作，激励我在科研的道 路上不断前进，让我受益匪浅；同时，老师以其自身对于科研事业的严谨和坚 持创新的态度，为我树立了榜样，我将终身受用。在此也要感谢郭天太老师在 论文撰写等方面给予我很多帮助。感谢实验室的同门胡书红和周敏，这两年多 的生活与学习中，我们一起奋斗一起成长，在学术上和生活上互相帮助与鼓励， 使我在收获知识的同时还收获友谊；还要感谢丁姝纾师姐、黄柳师姐、朱旭平 师兄和金骥师兄给我的指导和经验分享，让我受益良多；也要感谢我的师弟胡 兴、岑益超、师妹张钰雰等，我们的探讨和交流使我更加坚定我的科研成果， 谢谢你们对我的帮助和关心；谢谢我的室友、所有帮助过我的同学们，以及我 所有的好朋友们。更要感谢一直关心爱护我的父母、姐姐、苏超和我多年的好友们，你们是 我避风的港湾，让我无所畏惧，面对困难迎难而上。感谢你们一直以来对我的 支持、鼓励和付出，因为有你们才有今天的我，祝愿大家永远健康幸福，谨以 此文献给我爱的人们。最后，对在我求学期间所有给过我指导的各位老师，以及参加本文审稿和 答辩的各位专家、教授致以最诚挚的谢意。郝雯雯2012 年 11 月基于非成像理论的自然光组合照明光学系统的研究摘要：为实现低碳生活和可持续发展需要，在建筑照明中，越来越多的采用集 绿色、节能、环保于一体的自然光采光和 LED 光源组合照明系统。本论文采用 非成像理论对自然光与 LED 光源组合照明系统开展研究，设计了三种混合照明 系统，并对其聚光和照明效果进行仿真分析，具体研究内容如下：（1）对平板导光板型聚光器展开研究，建立了聚光器的理论模型，利用正 交试验法进行优化设计，Trace-pro 软件仿真分析其聚光效率、入射光偏角影响 及加工误差影响，设计了安装结构及聚光器与导光光纤之间的连接元件，并仿 真分析了经光纤传导及配光后的照明效果。（2）根据多曲面同步（SMS）设计法建立了折射-反射-全反射（RXI）型聚 光器的数学模型、通过数值求解及 3D 软件设计实体建模，并仿真分析了聚光 器的效率、入射光偏角影响及经光纤传导和配光后的照明效果。（3）考虑到低成本和加工方便，设计了一种棱镜组型聚光器，仿真分析了 该聚光器的效率、入射光偏角影响、其拼接结构效率及经过配光后的照明效果。（4）针对 10m2 的阳光房及 20m2 的办公室环境，利用三种系统分别进行了 自然光照明方案、LED 辅助照明方案及组合照明方案的设计，利用 DIAlux 软 件分别模拟分析室内照明效果，可满足国家《建筑照明设计标准》照度要求。关键词：光学设计；组合照明；非成像理论；照明设计；SMS 分类号：CLC O439; UDC 628.9Research on Optical System of Hybrid Illumination with Natural Light based on Non-imaging OpticsAbstract：To achieve the low-carbon living and meet the needs of sustainable development, more and more green, energy-saving and environmental protection hybrid illumination systems with natural light and LED are used in architectural lighting. The optical system of hybrid illumination is researched based on non-imaging optics in this paper. Three kinds of optical systems are designed and their concentration properties and lighting effects are simulited and analyized. Here are the main contents:A concentrator based on planar waveguide and curved linefocal Fresnel lens is researched and the theoretical model and solid model of which is established, the structure is optimized via orthogonal tes