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.     

LED小角度照明透镜的设计

小角度照明一直是发光二极管(LED)走向通用照明需要亟待解决的问题。而透镜和反射器则是最常用的配光器件,所以针对LED使用的透镜或反射器的设计是目前照明领域研究的热点。采用几何光学理论计算透镜表面的点坐标,拟合形成表面,旋转拉伸成透镜实体。并以能够实现30和45照明的透镜为例,介绍了透镜的设计过程,并对透镜的性能进行了模拟验证分析。结果显示:这种透镜能够将光源的光汇聚到预先指定的角度内,光能的利用率达到80%以上,照度的均匀度达到了85%以上,这能够很好地满足现代照明的需要。     

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。     

LED路灯的光学系统研究与设计

随着大功率LED光源和照明技术的发展,LED已经广泛的应用于照明领域,这也给灯具的配光设计带来了新的挑战.本文从LED光源应用于道路照明的实际要求出发,对LED路灯的光学系统和灯具的配光要求进行了研究,设计出了一种混合型反射罩光学结构,同时调整每列光源的偏转角度,并通过光学仿真软件进行了仿真,从而达到路灯照叫所要求的均匀矩形配光.     

基于自由曲面非对称配光的LED路灯眩光抑制研究

针对LED道路照明中的眩光问题,基于自由曲面透 镜设计,提出一种非对称单侧蝠翼配光方法。进行眩光抑制。分析了LED路灯眩光成因,得 出消除眩光的非对称单侧蝠翼配光要求,通过非成像光学设计,以能量守恒定律与折射定律 为理论基础,对自由曲面进行迭代优化,将普通LED的朗伯型分布曲线变 换为单侧蝠翼型的配光曲线,从而改变LED路灯的照明角度,实现抑制眩光的目的。仿真结 果表明, 本文方法设计在单向通行的照明环境下,可以实现照度均匀度优于0.65,同时消除眩光,具有良好的应用和发展前景。     

一种基于LED扩展光源的均匀照明设计新方法

为满足LED均匀照明要求,提出了一种实现面光源下自动优化的设计方法。根据点光源近似理论建立可实现均匀照明的反射器初始结构,用COB(Chips on board)型LED面型光源替代点光源,基于TracePro中Scheme语言编写了自定义均匀照明优化函数,实现了目标面上均匀照明的自动优化设计。模拟结果表明:在光源为直径20mm的朗伯体发光LED时,能够在300 mm处实现均匀照明,照明均匀度(平均照度与最大照度的比值)达到85%以上,光学效率在96%以上。本设计方法简单易用,具有广泛的应用价值。     

激光光源汽车前照灯自由曲面反射器设计EI北大核心CSCD

文中针对激光前照灯的光学结构设计困难和能量利用率低的问题,以球面最优传输理论为基础,提出了一种新的自由曲面反射器设计方法。该方法基于支撑曲面的结构,针对扩展光源进行了优化,有效抑制了目标照明区外的照度,实现了清晰的明暗截止线。文中根据GB 25991—2010标准,设计了适用于激光前照灯(含近光灯和远光灯)的自由曲面反射器,并使用扩展朗伯光源进行模拟仿真。仿真结果表明,配光屏幕上各测试点和测试区域的照度均符合法规要求,反射面连续光滑,能量利用率分别为96.96%和97.80%。通过实现高能量利用率的结构,减少了汽车前照灯的功耗,利于汽车前照灯的散热设计,延长了激光光源使用寿命,并为设备的生产加工带来便利。     

基于非成像光学的均匀光强反射器设计

目前,LED的应用越来越广泛,但在信号指示灯或室内照明等领域要求其光强均匀分布.提出了一种实现均匀光强反射器的设计方法,该方法根据能量守恒建立了LED光源与目标面的能量对应关系,采用差分的方法求解反射器面形,并利用光学仿真软件分析研究了反射器的出光角度与其结构参数、光强均匀度的关系.最后设计了一款半角为30°的均匀光强反射器,其光强平台均匀度为0.96,光强平台宽度比为0.86,能量利用率高达99.9％,接受面上光斑的照度均匀性也较好.该反射器同时实现了均匀光强和均匀照度.     

面向大功率LED集成光源的反射器设计方法

分析了传统光学设计方法中将LED光源近似为理想点光源的设计方法的局限性,基于非成像光学中的边缘光线理论,提出了一种面向大功率LED集成光源的均匀照明反射器的光学设计方法,在集成光源与接收面上点的照度之间建立了一种能量对应关系,得到了可以在照明面上实现均匀照度分布的反射器光学模型,最后运用光学仿真软件进行了仿真,并与点光...     

用于辅助驾驶汽车的红外照明系统

为了解决在现有道路照明条件下，因环境照度不够、环境光强快速变化等原因，造成车辆对周边物体自动识别的准确率低的问题，本文通过软件仿真，设计了一种车载红外补充照明系统。使用红外LED作为光源，光源发出的光线经抛物面反射镜准直后，通过单排复眼透镜，在距离光源25 m处得到均匀性大于90%的矩形光斑，系统的辐射能利用率达到98%，通过30个照明模块组成平面阵列，目标照明面的平均辐照度大于0.8 W/m²。结果表明，采用单排复眼透镜实现匀光，其结构简单，装配公差宽松；本设计方法适用于其他照明系统。     

高空间照明均匀度植物光源系统的设计

传统的植物照明设计只针对单一参考面均匀度进行评价，难以满足植物在整个生长过程中对均匀光照环境的需求。针对这一问题，首先提出了空间照明均匀度评价体系，并基于该体系设计了一种复合光源模块的立体化照明系统，以期构建照明均匀的植物生长空间。进一步利用Taguchi方法优化实验过程，在结合ANOVA分析的基础上，获得了最优结构参数。最后对所得最优解进行灯珠形状分析和植物生长过程中的照明效果测试。实验结果表明:最优结构可提供一个水平参考面照度均匀度为87.22%，混色均匀度为90.11%；竖直参考面照度均匀度93.02%，混色均匀度91.43%的均匀照明空间。该植物光源系统可满足植物生长过程中对均匀空间照明环境的需求。     

基于菌群算法的飞机铆钉表面缺陷检测系统光源优化控制

由于飞机铆钉缺陷检测系统的光照效果对缺陷检测质量发挥着关键作用,因此本文对其照明系统进行优化。以被测零件背景图像灰度的均匀度为优化目标,在拟合LED点光源照度分布函数的基础上,利用菌群算法对光源系统参数进行寻优运算,根据寻优结果对光源系统进行结构优化同时对各LED点光源进行功率控制,并通过光学元件进一步提高优化效果。实验结果表明:优化后光照均匀度在95%以上,满足铆钉检测的光照要求。该方法实现了照明系统对铆钉顶圆面均匀照射的效果,成像质量显著提高。     

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。     

Designing Uniform Illumination Systems by Surface-Tailored Lens and Configurations of LED Arrays

Light-emitting diodes (LEDs) are gradually becoming the preferred choice for many lighting applications that require uniform illumination distribution. LED sources are usually composed of several individual LEDs which must be mounted on a panel as a lighting module. Therefore, the design is quite important for achieving a good uniform illumination distribution before a LED lighting module is produced. This paper presents a theory and design method by systemic concepts and focuses on the study of optical properties. We can design, efficiently, a LED lighting module and achieve a satisfactory uniformity by this theory and method, the design of a uniform LED illumination system. By this method, we not only obtain the maximally flat illumination distribution but also the emitting angle of the system can be designed at will. This method and theory will offer a preferable choice when LED lighting modules become the main stream for the lighting market in the future. Here, the light source is approximately defined as a point light source with cosine irradiance distribution.      

数字微镜元件式自适应前照灯光学设计

路面照明状况直接影响到汽车夜间行驶安全,自适应前照灯能根据汽车周围环境自动地调整照明模式,提高驾驶安全性。针对现有自适应前照灯照明模式不够灵活、光能利用率低等问题,提出了一种基于数字微镜元件的自适应前照灯光学方案,该方案以数字微镜元件为核心,并创新性地提出了利用第二导光管收集未利用的光能,采用光学软件 Tracepro 进行整个系统的仿真。实验结果表明:该方案能够实现自适应前照灯的多种照明模式,且通过使用第二导光管提高了光能利用率。由于可实现的照明模式多且照明灵活,能量利用率高,所以该系统具有广泛的市场前景。     

室内VLC系统光源布局设计

在可见光通信系统中,光源具有照明和通信的双重作用,由于房间的大小以及室内环境各不相同,难免会存在光照射不到或者光线比较微弱的地方,这些地方很有可能成为通信的盲区,这将会大大影响通信的质量,为了解决阴影效应,需合理对光源进行布局设计,以4 m4 m3 m房间为模型,采用四个LED列阵作为室内光源,将单个的LED光源看做朗伯光源,服从朗伯辐射模型,通过公式计算结合软件仿真分析对比得出了采用99大小的LED列阵,列阵距离屋顶边缘0.4 m,LED光源间的间距为0.03 m时,在满足国际室内照明标准的前提下,在距离屋顶2.25 m的4 m4 m接收平面上光照度分布最均匀,其均匀度达到90.4%。该光源列阵布局模型可推广到任意尺寸房间,为室内办公照明中光源的布局提供了一种可行的方案。     

照明方式与配光曲线对隧道照明质量的影响分析

为评估不同照明方式与配光曲线对隧道照明质量的影响,文章运用DIALux照明仿真软件建立隧道模型,分析了3种配光类型灯具在不同照明方式下的照明指标。研究结果表明:不同配光曲线照明灯具对路面亮度差异较小,对总体均匀度影响较大。逆光照明会产生严重的眩光,不利于隧道行车安全;顺光照明时亮度最低,有较高均匀度。研究结论可为高速公路隧道照明设计提供理论参考。     

兼顾照明的可见光MIMO通信系统模型

可见光通信要同时兼顾照明和通信的双重作用,因此需要同时考虑光源布局及通信可靠性问题。为保证国际照明标准,在总LED灯珠不变的情况下,首先对光源布局进行了分析并数值计算了在同样功耗条件下3个及4个阵列布局方式的照度分布及均匀性。其次,为了提高多阵列可见光通信系统有效性及可靠性,将MIMO技术应用于VLC中,采用STBC编码数值计算了多阵列布局方式下系统可靠性。结果表明,在同样功耗条件下,4个阵列的MIMO系统照度均匀性较3个阵列提高了20.9%,当误码率为10-4时,41系统较31系统的误码性能大约可提高2 dB,42与32系统分别较41与31系统误码性能提高了6 dB与5 dB。     

导光板网点设计与优化

在实际生产中,为了减少任意数目LED作为光源的背光模组中导光板网点设计的改版次数,削减开发时间成本,提出一种新的关于任意数量LED作光源、矩形侧入式导光板网点分布设计的理论方法。在此方法的基础上,应用TracePro软件建立导光板仿真模型,输入理论计算公式,并利用光线追踪功能,得出初步的仿真照度图,并最终利用TracePro平台中的Texture Optimizer优化模块,对初步理论计算设计所得网点分布进一步优化。在3颗LED作为光源的模型中,优化后均匀度达到87%,符合国家标准。