自由曲面底板的LED 光学设计

提出了一种基于自由曲面底板的LED 配光新方法,采用TracePro 软件设计自由曲面并进行仿真分析。结果表明:将LED 芯片直接贴装在带有自由曲面的底板上,可以获得较大的出光角度,半光强角达到60,比传统反光杯的配光方式获得的半光强角增大25。此外,通过这种新方法可获得高光效和高均匀照度的照明模式,在实现相同的目标平面平均照度时,总光通量比传统配光方式减少25%,照度的衰减减少了60%。通过调节自由曲面底板的形状进行配光,可根据需要获得不同的照明效果,实现高品质的LED 照明。     

基于补偿法的均匀照明自由曲面LED反光杯设计

根据面向理想光源的设计原理,提出了基于能量补偿和坐标迭代的自由曲面母线求解方法。在二维坐标系中建立系统模型,由反光杯反射光对直射投射光进行补偿,将反光杯右上边缘的光线反射到目标面左边缘,且随着光线下移反射光线逼近目标中心。根据Snell定律,以上边缘点为初始点,逐一迭代得母线上各点坐标,旋转或拉伸生成所求反光杯。在Tracepro软件中的模拟结果表明对圆形或正方形目标照度均匀性均优于85%,且系统能量利用率仅由LED出光角度和反光杯反射系数决定,该结构可使LED光源用于大范围照明。     

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%。     

自由曲面LED路灯反射器设计

针对LED路灯反射器设计中存在的中心光强较强、两边渐弱、均匀度不高等问题提出了一种新的"V型结构"光学反射器,该结构的反射器将每一个路灯覆盖的照明区域等分成两部分.由能量守恒原理建立起LED光源出射光线的角度与照明平面上的坐标的对应关系,根据对应关系计算反射器自由曲面上的点坐标.通过建模软件把诸多点拟合成曲面实体,将实体导入光学软件进行照明仿真.结果表明:该路灯反射器的照度均匀度达到77.85%,可在目标路面上形成照度均匀的矩形光斑.     

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%。     

基于多Kinect的家具自由曲面造型扫描系统设计

为解决目前三维扫描系统存在的数据捕捉效率低、曲面扫描精度低等问题,基于Kinect传感器构建了家具自由曲面造型扫描系统。采用OpenNI开源框架来搭建多个Kinect传感器在服务器与驱动之间的交互桥梁,并将被测家具物体的深度图像转变成具有三维坐标值的点云数据。在三维点云数据的后处理阶段,使用PCL开发库实现家具自由曲面三维点云数据配准、融合,以及完整的家具自由曲面造型三维点云模型的展示。实验结果表明,该系统与传统系统相比,数据捕捉效率以及扫描精度更高,而且稳定性强。     

基于量子遗传算法的自由曲面离轴反射光学系统设计

针对自由曲面离轴反射光学系统的初始结构较少、优化过程复杂的问题,提出了一种基于量子遗传算法的离轴反射光学系统设计方法,即采用量子遗传算法结合像差理论得到高像质的初始光学系统结构,再对其离轴化处理并引入自由曲面,进而设计得到自由曲面离轴反射光学系统。该方法可以方便、快捷地为自由曲面离轴反射光学系统提供像质良好、特定布局的初始结构。以离轴三反系统为例,采用该方法设计了一套工作在可见光波段、视场大小为10°×4°、F数为2的主三镜一体化的自由曲面离轴三反系统。仿真结果表明,该离轴三反系统视场较大、结构紧凑、成像质量良好,其最大RMS波像差为0.0485 λ (λ=0.6328 μm),全视场的调制传递函数（MTF）在50 lp/mm处大于0.9,且一体化集成结构有利于简化系统的对准及装调。     

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。     

自由曲面反射式投影成像系统的设计

为了使投影设备具有超短投影距离,同时具有大尺寸高清显示画面,本文设计了一款采用自由曲面全反射式成像光路小投射比的超短焦距投影物镜.系统使用16.5 mm(0.65 in)DMD微透镜显示芯片,采用远心光路提高像面照度均匀性;利用光学设计软件CodeV进行镜片设计与优化,最终得到由4片非球面反射面构成的投影物镜.物镜投射...     

用粒子群算法设计非球面准直透镜的方法

提出了一种用于LED准直照明的非球面透镜设计方法,该方法产生于对非球面几何光学特性分析和粒子群优化算法优越的寻优能力。用该方法设计了一个基于点光源准直的出光口径30 mm的非球面透镜,为了证明准直透镜的准直效果,用光线追迹方法模拟了准直透镜对于点光源的准直过程。模拟结果显示,点光源经准直透镜后出射光线的最大半视场角为0.004 60,0.8 mm0.8 mm LED光源经准直透镜后出射光线的最大半视场角为4.91,表明了粒子群算法用于非球面准直透镜设计的可行性和有效性。与现有的设计方法相比,该设计方法意义更直观,实施更简单。     

基于全内反射的光束准直性检测新方法

准直光束是光学检验以及对光学仪器进行标定时最为常用的光束,光束自身的准直性是对光束性能评价的重要指标。本文提出了一种基于全内反射的检测方法,通过检测斜方棱镜发生两次全内反射后出射光斑的能量分布,判断待测光束的准直性,并利用缩束透镜提高检测灵敏度。分析讨论了影响该方法精度的因素,理论上估算出了检测精度。实验结果表明,该检...     

一种基于交叉I型单元的双频带频率选择表面

双频带频率选择表面的应用中往往需要两个靠得很近的工作频带。采用现有已知的双谐振单元进行设计时要么需要特殊的加工工艺来实现极小的线宽和线距;要么尺寸较大,工作频带与栅瓣之间隔离不够;或者谐振频率与单元几何参数的关系不直观。提出一种用于双频带频率选择表面设计的单元。单元由4个相互交叉的I型贴片构成,两个谐振频率与几何尺寸有直观的对应关系,而且可独立调节。仿真表明:这种频率选择表面在提供两个相互靠得很近的工作频带的同时,大大放宽了在线宽和线距方面对加工工艺的要求,又保持着紧凑的单元尺寸。实物测试数据证实了仿真结果的有效性。     

自由曲面棱镜应用

将自由曲面棱镜应用到非共轴系统中克服了该类系统因光学元件偏心和倾斜带来的大离轴像差，从而扩大了系统的视场，并解决了系统装调问题。利用光学设计软件ZEMAX 设计了一个由自由曲面棱镜组成的摄影物镜，它的相对孔径D/f′=1/2.7；总长14.89 mm; 系统的MTF=0.5所对应的空间频率是45 lp/mm 。该系统与传统摄影物镜相比具有结构简单、系统总长度小、元件易装调、像质高等优点。     

基于同步串行接口(SSI)的LED显示器设计

利用Luminary Micro Stellaris系列LM3S301微控制器的同步串行接口（SSI）技术，LED数码管显示器段选码与位选码全部由74HC595串行输入移位寄存器控制．设计了一种只需3根信号线的多位数码管显示驱动电路，并给出了部分程序源代码。     

基于可见光通信的新型LED节日彩灯控制器设计

以STC12C5A60S2单片机为核心,结合无线遥控、音频输入、LED显示等外围电路,设计实现了一种基于单片机的无线遥控/手动双重控制的多模显示控制系统。系统具有普通照明、酷炫动画及音乐频谱三种应用模式,适应不同场合应用需求。采用LED作为显示屏,可代替WLAN,Wi Fi或蓝牙等,在一些不适合电磁传输的场所充当通信工具的角色,实现照明、装饰及可见光通信的三重功能。     

离轴反射式头戴显示光学系统的自由曲面设计方法

为克服现有离轴头戴显示光学系统设计方法不能直接设计全视场全孔径自由曲面反射镜的问题,提出了基于马吕斯定律的自由曲面三维直接设计方法。首先根据马吕斯定律求解自由曲面在全视场和全孔径范围内的所有特征数据点,然后将特征数据点拟合成用多项式表征的自由曲面,直接获得成像质量良好的自由曲面离轴系统初始结构,最后利用评价函数对拟合的多项式系数进行优化,确定最佳拟合系数,生成所需的自由曲面反射镜,得到离轴头戴显示光学系统最终结构。该方法简化了设计流程,计算效率高。基于提出的方法分别设计了单反射面和双反射面的头戴显示光学系统,单反射面系统的出瞳直径为3 mm,视场角19.12°×14.4°;双反射面系统的出瞳直径为8 mm,视场角23°×16°。设计结果表明,用该方法设计的单/双反射面头戴显示系统,其成像质量良好,系统结构紧凑。公差分析表明,引入公差后单/双反射面头戴显示系统最终可实现全视场调制传递函数(MTF)大于0.3 lp/mm和0.35 lp/mm。     

基于FPGA的LED屏控制器设计

通过对大型户外全彩LED显示屏的研究,基于FPGA设计了一种LED显示屏的控制系统。该系统主要工作基于Altera公司提供的DE1开发板上进行设计,在Quartus II的软件开发环境下,采用层次化设计,用Verilog HDL语言建立分频时钟模块、数据采集和重组模块、扫描驱动模块,最后连接成一个整体的系统模块,进行仿真和调试,完成FPGA控制系统的设计。通过SPI通信协议发送数据,完成了64×64的LED屏的图形显示,从而验证了LED大屏幕的设计方法。本方案实现的显示控制系统方法,满足目前LED大屏幕区域显示和高速处理图像数据的要求,具有稳定性高、设计灵活等特点。     

基于单片机的LED调光控制器设计

以单片机为核心控制元件,设计一个电子调光控制器。该方案由单片机、数码管、按键开关等构成电子调光控制器,通过按键输入调光信号,经过单片机处理。该电路利用PWM脉宽控制电路来调节LED灯光亮度,具有10级调光功能,亮度变化呈阶梯变化,不会发生忽暗忽明现象,利用一个两位一体数码管来显示调光等级。此设计实用性强,判断精确,扩展功能强。     

一种基于单片机的RGB LED背光源的设计

为设计背光源提出了一种解决方案。根据三原色原理,利用单片机作为控制元件、结合NCP 5623三原色控制芯片,设计了一种RGB LED背光源。对于NCP 5623的控制所用的I2 C总线的实现上,采取利用单片机任意2个通用I/O管脚和NCP两5623的I2 C引脚连接,作为I2 C总线,通信协议实现上采用软件模拟的方式,且单片机作为控制单元,只需实现最小系统的功能。这种方式简化了设计,节约了I2 C总线主控制器器件,降低了成本。在软件设计上,在此给出了软件模拟I2 C协议方式下的NCP 5623每一个功能的实现程序模板,给出了NCP 5623应用的一种通用方法,组合使用可实现三原色及亮度可调的基本功能。对教学和实践都有深刻意义。     

基于自由曲面和菲涅尔透镜的LED汽车后雾灯设计

自由曲面透镜由一组非规则的曲面元组成,由这些曲面元通过改变其方位角度达到理想的配光要求,自主控制后雾灯各个投射区域,有效地控制其光场.菲涅尔透镜可将LED光源发出的光束转化成平行光.根据汽车后雾灯标准GB-11554的配光要求,采用以抛物面为基础的自由曲面和菲涅尔透镜相结合,结合实际的参数,通过3D设计软件Solidw...