一种带有曲面底板的直下式LED平板灯设计

针对直下式LED平板灯均匀度低且厚度大的缺点,提出了一种带有曲面底板的直下式LED平板灯,采用Taguchi方法设计,并通过TracePro软件进行仿真模拟,对影响直下式LED平板灯照度均匀度和平均照度的参数因子进行分析,并运用ANOVA理论分析出各因子对品质的影响程度,优化各项结构参数,以设计出符合要求的产品,并通过实验对模拟结果进行验证。结果表明:LED芯片排布方式对照度均匀度和平均照度的影响程度都最大,分别有47.4%和50.2%的贡献度。当芯片选择正六边形排布,倾斜角度为30,平板灯无微结构,混光距离为25 mm,得到最优化照明效果。扩散板照度均匀度达到88.3%,与实验结果基本一致,厚度相对于目前直下式平板灯减少37.5%以上。模拟得到的会议室照明效果满足国家建筑照明设计标准,所得结果为设计直下式平板灯提供理论依据。     

用于LED 平板灯面板均匀照明的自由曲面透镜设计与实现

设计了一种PMMA自由曲面透镜,用于无导光板结构的LED平板灯。该透镜基于自由曲面透镜的折射和全反射原理实现出射光的重新分布,可用于均匀照明LED平板灯的出光面板。采用数字仿真和实验制作进行设计。仿真结果表明,当自由曲面透镜与出光面板的距离为5 mm、自由曲面透镜旋转为0、LED与自由曲面透镜的距离为7 mm时,LED平板灯出光效率较高且整灯均匀性达96.6%。实验结果表明,所设计的自由曲面透镜可使无导光板结构的LED平板灯的面板均匀性达95.74%,与数字仿真近似相等。     

基于照度分割反馈法的扩展光源背光源设计

以LED为扩展光源,提出一种基于照度分布分割与反馈的方法为LED设计非常紧凑的光学自由曲面透镜,进而设计实现了大距高比(DHR)的直下式背光源.与子光学面联接构成光学面的过程相对应,总照度分布被分割为子照度分布.通过修正子光学面来调整子照度分布,使得总照度分布足够接近于目标照度分布,所需光学面就被构建出来了.该设计过程不依赖于仿真,简便易行,适用广泛.作为实例,一个非常紧凑(透镜的中心高度与LED尺寸相等)的自由曲面透镜被设计出来,作为直下式背光源的配光透镜.仿真结果表明,背光源照度分布的均匀度达到了0.91,相对标准差(RSD)低至0.020 2,总的光能利用率达到了85.5％.     

一种LED路灯透镜的二次光学设计与研究

LED的二次光学元件设计对LED路灯的配光及光学输出效率至关重要。文章针对大功率LED在路灯上的应用,基于选定的LED进行了一种用于LED路灯的自由曲面二次光学透镜的设计,并采用光学软件进行仿真。结果表明,采用非对称自由曲面二次光学元件可以实现LED路灯的矩形配光,采用这种LED模组组成的路灯便于结构设计、电源安装,不同功率的LED路灯只需要增加不同数量的LED模组即可。此种设计可以在很大程度上提高LED路灯的效率,提高路面照明的均匀度。     

自由曲面LED汽车前照灯光学透镜设计方法

由于LED配光特性不同于传统光源,为了将LED 应用于汽车照明中需对LED 进行二次光学设计。文中根据LED 汽车前照灯的配光特性,提出了一种自由曲面LED 汽车前照灯光学透镜的设计方法。首先由能量守恒原理,在接收屏上的坐标和透镜自由曲面上的坐标之间建立能量的一一对应关系,基于非成像光学理论,采用照度优化设计法,运用数值计算求解出光学透镜曲面各个点坐标的坐标值,并使用三维模型软件制作出透镜光学模型。通过蒙特卡洛模拟法来追迹光线仿真,最后的配光效果完全满足《汽车用LED前照灯》（GB25991-2010）标准,系统的光学效率得到显著提高,可达到91%。     

投射式LED汽车近光灯自由曲面透镜设计

根据LED光源的发光特性,设计了一种由椭球反射器、挡板和自由曲面透镜所组成的投射式LED近光灯系统。基于非成像光学理论,建立了LED光源经椭球反射器后的出射光线角度与照明平面上坐标的对应关系,结合折反射定律计算透镜自由曲面上的点坐标,通过建模软件将坐标点拟合成曲面实体而得到自由曲面透镜模型。采用蒙特卡洛光线追迹法进行仿真,结果表明:其配光结果完全满足GB4599-2007标准,而且体积小,视野广阔,边缘区域光能也较高,光线利用率达到95.92%。     

实现大范围均匀照明的LED透镜二次光学设计

提出了一种新的、利于实施计算的实现大范围均匀照明的LED灯具透镜设计方法。基于能量守恒定理和光线折射Snell定理,通过Matlab编程计算出自由曲面透镜坐标点。借助CAD软件和光学模拟软件Tracepro,模拟了自由曲面透镜的具体应用,在光源高为3m,接收面直径为10m的圆形照明区域,得到了均匀度达80%以上的照度分布,该设计可以应用在商场、工厂等室内照明灯具上。     

直下式LED背光模组的超薄化设计研究

为实现直下式LED背光模组的超薄化设计,文章提出了一种新型的光学设计方案,使用大出光角度的LED,配合新型的光学架构,减小混光距离,从而实现超薄化设计。     

非球面内表面调制的自由曲面配光透镜设计方法

传统自由曲面LED配光透镜由于在自由曲面求解时存在误差,往往导致最终配光效果不理想。为了进一步提高配光效果,提出基于非球面内表面调制的自由曲面配光透镜设计方法,采用非球面内表面对自由曲面的求解误差进行补偿,有效地减小了自由曲面的误差对配光效果的影响。通过对自由曲面求解误差进行定量计算,建立用于补偿误差的非球面内表面设计方法,形成了基于非球面内表面调制的自由曲面配光透镜的完整的设计思路。将这一方法应用于矩形照明区域的LED路灯透镜设计之中,相对于传统自由曲面配光透镜,照度均匀度由0.66提高到0.73,能量利用率从47.3%提高到63.2%。     

侧入式无导光板LED平板灯的设计与实现

针对侧入式LED平板灯出光效率低、导光板(LGP)制造成本高等缺点,设计了一种无LGP窗式结构的新型LED平板灯,介绍了设计结构模型和光学模型。采用柱面透镜将侧面入射的LED发散光束会聚在出光面板上,并通过掠射和叠加方法实现出光面板的照度均匀性。分析了LED阵列之间的距离、LED灯珠的投射角以及LED阵列中LED的间距对辐射照度分布均匀性的影响,利用九宫格取值法和TracePro软件对所设计的LED平板灯进行参数优化。模拟和实验结果表明,当LED平板灯单窗格面积为240mm×300mm、厚为15mm以及平凸柱面透镜的曲率半径为4mm时,优化后的LED灯珠投射角为4°左右,LED平板灯出光面板上的照度均匀度可达85%以上,理论仿真结果与实验结果相一致。     

用于室内照明的自由曲面均匀配光透镜设计

以非成像光学为基础,设计了一种在大发散角范围内均匀配光的大功率LED室内照明二次配光透镜方案。采用划分网格法建立光源LED和接收面的映射关系,推导透镜自由曲面面形的一般方程,采用差分法求解透镜面形方程获得面形轮廓数据,再用三维软件建立透镜模型,通过光学仿真软件对所建模型进行光线追迹。结果表明:此方案适用于40°～140°配光角度要求的均匀配光;仿真配光角度120°的照明系统,当透镜的口径与LED发光面直径之比大于等于10时,照明系统的均匀性优于0.9,能量利用率大于92%,且照明效果不受接收面高度的影响。该设计方法为实现大功率LED室内均匀照明系统的小型化和简单化提供了一种有效的途径。     

基于棱镜和微透镜的LED混光投射透镜设计

基于透镜侧面棱镜和前后膜芯添加微透镜设计一款出光角度可变的均匀混光照明透镜。采用棱镜和微透镜结合的新型方法,分别对透镜外侧棱镜和模芯微透镜进行新的设计。对目标角度进行映射关系的计算及推导,得到全反射棱镜的轮廓曲线图,中心内外部分采用折射型的微透镜阵列,通过Solidworks建立透镜模型,然后导入光学仿真软件Lighttools中进行光线追迹。采用12颗30 mm×30 mm贴片式不同色温的LED作为光源,设计了一款高度20 mm,直径52 mm的单颗实用型投射透镜。仿真与实测结果表明：所设计的透镜匹配该阵列光源后,光学效率高于87%,半光强角为40.6°,可以实现均匀混光投射照明。     

Freeform optical element for uniform illumination

The energy from a source was rearranged through reflection or refraction by a freeform optical element in order to get the desired uniform illumination.The numerical results of first-order partial differential equation sets had been investigated to obtain the freeform optical element, and the equations could be used to get the characteristics of the light source and the desired illumination. For example, a light emitting diode (LED) with a Lambertian light emitting surface of 1 mm × 1 mm was applied as the light source. Two kinds of freeform reflectors and one freeform lens were designed for different illuminations, and the simulated uniformity was near to 90%. Considering the size of these freeform optical elements, the illumination system can be very compact and efficient if the freeform optical element is applied in the illumination system of projectors with LED as source.     

LED路灯的二次光学设计

本文针对大功率LED在路灯上的应用,探讨了LED光源的选择依据,基于选定的LED进行了基于透镜的LED二次光学设计,并采用ASAP软件进行了仿真.结果表明,此种设计可以很大程度上提高LED路灯的效率,提高路面照明的均匀度,达到传统灯具无法比拟的效果.     

LED照明的光学器件设计与仿真

大功率LED集成光源在实际照明工程应用很多,但是集成光源的照明效果不是很理想。为了解决大功率LED集成光源难以直接应用于照明的问题,根据非成像光学理论,设定合适的初始参数,利用能量守恒建立LED光源与目标照明面之间的映射,设计了筒灯反射器和透镜。并用Tracepro软件对这两类光学器件进行模拟仿真,均得到了良好的均匀圆形照明光斑。仿真结果表明,设计出的反射器和透镜,随着发光光源面积增大,照度均匀性都降低,当光源尺寸均设置为1 mm1 mm时,照明面上照度均匀性都达到95%以上,当光源尺寸增大10 mm10 mm时,照明面的照度均匀性下降到85%,符合对均匀性很高的室内照明设计标准。     

PWM数字可调均匀光源的设计

发光二极管(Light Emitting Diode,LED)作为一种场致发光光源,已经获得广泛的应用,但在影像测量中的下照明领域还处于起步和探索阶段。影像测量中,光照不均匀或者光强不适,都会影响所拍摄图像的质量。为获得高质量的图像,设计一种基于PWM数字可调的均匀光源系统,用于下照明的影像测量。系统通过正交实验法获得环形的LED阵列、灯的倾角、LED灯的数量、LED的环形直径等,搭建光源系统,使得LED环形阵列在视场2cm内获得均匀的光强,结合LED发光特性设计PWM脉冲发生电路,通过上位机的软件让均匀光源强度256级可调,适合各种不同的场合,增强实用性。实验数据表明,利用光学显微影像测量系统,在最小放大倍率0.7倍以及最大放大倍率4.5倍两种极端情况下,检测4个级别的光强均匀性都超过了83%。该系统完全能够在影像测量中达到要求。