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LED光源作为第四代绿色光源,与传统的光溉源相比,具有光效高、耗电少、寿命长、体枳小、环保等优点,被广泛应用于各个领域。然而由于LED光源存在发散角太大和光能分布不均匀等缺点,使得它不能直接应用于照明等方面,需要进行二次光学设计,对光能重新分配才能满足实际需求。本课题应用非成像光学、边缘光线原理和自由曲面等理论基础,对基于DLP技术投影中的LED光源准直和匀光等方面进行二次光学设计研究。本文研究了 LED光源准直与匀光部分,分析了复合抛物面聚光器(CPC)的准直效果,结果表明集光角在9°时,发散角最小,发散半角为2.823°,由于CPC存在长径比较大,结构不紧凑等缺点,重新提出了一种基于自由曲面设计全内反射透镜(TIR)的准直方法。通过应用光线矢量量量之间的等量关系,建立准直自由曲面TIR透镜的数学模型,运用Matlab编程采用迭代法计算离散点坐标,将离散点导入Solidworks中建立TIR透镜的三维模型。利用Tracepro软件进行光学仿真,分别对边长为0.01mm、0.1mm、0.5mm、1mm的正方形芯片系列出光进行研究,结果淡表明,0.01mm芯片的准直性较好,发散半角最小为1.488°,光能利用率为90.67%。对光源准直后的光照均匀性进行研究,采用复眼透镜进行匀光,结合上而设计的TIR透镜,构成准直II和匀光的光学系统,研究了近场(100mm)和远场(1m)时的光照均匀性。结果表明,两种情况下光斑区域光照均匀性均90°以上。为了能够对光源进行直接匀光,抛出了基于自由曲面的匀光设计方法,建模与准直部分方法一致。经过仿真分析得到,当光束视场角为60°时,光照均匀性最好,均匀度为96.97%,光斑大小为r=1.732m的圆。在120°时,光能利用率最高,为85.79%,光照均匀度为94.39%,此时光斑大小为r=5.196m的圆。最后研究究了LED光源阵列,主要针对LED光源线线阵和面阵进行研究。通过最采用斯派罗法则得到了各种情况下最大平坦条件,通过光学仿真获得了较好的光照均匀性。