面向绿色照明的大功率LED面板灯的光学设计与性能分析

针对现有LED室内照明灯具近场平面照度分布不均匀,眩光及散热问题,提出一种面向绿色照明的大功率LED面板灯结构。该结构灯具的配光设计基于非成像光学理论,通过对LED阵列排布方式的选择和排布距离的计算,来达到照度的均匀性。根据排布距离计算每颗LED坐标,导入光学仿真软件建模仿真,结果表明该面板灯的照度均匀度达到86.6%。最后对实际灯具的光学性能进行检测,证明其各项性能参数均满足室内照明要求,为今后大功率LED照明光学设计提供了有价值的数据。     

RGB LED白光照明单元的组合设计

在含有多个LED排列的光源中,需要对RGB LED照明单元的排列组合进行精确的设计.文章将每一个单色LED看成是一个非理想的朗伯发射体,分析了LED排列的几种典型结构,根据设计方程式模拟出了不同LED结构的照度分布情况.模拟结果表明,排列LED在其极值范围内可以得到比较均匀的照度分布,随着LED之间距离的增大,其中心位置的照度随之下降;增大LED阵列中心到被照平面的距离z,照度均匀性也随之逐渐降低.     

基于MATLAB的LED阵列仿真

研究了应用于照明光源的LED 阵列分布方式并基于MATLAB软件进行了仿真.首先对2种LED阵列的照度叠加进行了计算,根据叠加公式对阵列分布进行了仿真.通过对2种LED阵列仿真结果的分析,得出了不同阵列的分布特点并对其进行了比较,最后分析了2种不同阵列分布的产品适用性,为LED灯具设计提供了可靠依据.     

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...     

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。     

用于LED的微透镜阵列的光学性能研究

功率发光二极管(LED)的发展迫切需要提高取光效率,微透镜阵列的二次光学设计是改善其光强分布的有效途径.建立了一种大功率LED的封装结构,二次光学设计采用了微透镜阵列技术,运用光线追踪法研究了这种封装结构的光学性能.分析结果表明,利用微透镜阵列技术能显著改善LED的光学性能,改变其光束分布,将LED的照度衰减降低12%以上,从而得到更加均匀的照明系统.     

基于微透镜阵列的大面积LED阵列光源匀化方法

LED阵列光源凭借其高亮度、长寿命及节能环保等独特优点广泛应用于医学、微纳加工、光学成像等领域，但其匀化系统存在光线准直难、可实现的照明光斑面积小等问题，难以在需要均匀照明的光学领域当中得到广泛应用。针对这一问题，提出了一种基于微透镜阵列的大面积LED阵列光源匀化方法。首先通过矩阵光学及近轴光学理论进行理论分析，然后利用lighttools软件进行系统设计及仿真实验，最终在像面上实现了大面积的均匀光斑。相较于以往最多可实现50 mm×50 mm的匀化光斑，该匀化系统可做到104 mm×104 mm、均匀度为87.375%的大面积规则的均匀光斑，该方法对医学、红外夜视、投影显示、航空照明领域等需要大面积均匀照明的系统有着重要意义。     

水下无线LED光通信中圆形阵列光源性能研究

为了研究水下无线LED光通信中圆形阵列光源性能,以6个LED组成的圆形阵列光源为对象,基于单个LED空气中照度分布模型推导出其相对照度分布数学模型;以水下照度计为工具,用点阵测量法研究其在水下的实际空间照度分布,并分析了实验数据。结果表明,该光源出射端口处光照度值随着加载信号的频率增加而增加,光源的水下辐射照度整体分布不对称;当光信号传播到一定距离后,在光接收平面上,照度值各向趋于均匀分布。     

LED阵列模式的优化研究

作为新一代照明光源LED照明技术已经有了长足的发展,但单颗LED并不能满足正常的照明需求,想达到所要的照明效果通常采用多个LED组合。LED组合有各种形式,利用tracepro对4种LED平面阵列形式,即：3×3方形阵列、3-6同心圆阵列、阿基米德螺线阵列以及1-8圆形阵列进行了详细的光学分析。在满足照明要求的条件下,通过对比找到一种最优化的设计,发现1-8圆形阵列效果最好,所占面积最小,从而可以减少材料的浪费,进一步提高LED照明的性价比,为LED照明的普及提供设计上的借鉴。     

基于无缝平凹透镜阵列的LCD背光模组设计

针对大尺寸LCD直下式背光模组的均匀性问题提出了一种无缝平凹透镜阵列,用以代替常用的扩散膜。模拟了106.68mm(42in)LED背光源的光学分布,得到了合适的透镜半径、结构以及LED阵列间距,分析了平凹透镜阵列半径和平凹透镜阵列与光源的相对位置对匀光作用的影响。结果表明:半径为1mm、厚度为2mm的无缝平凹透镜阵列较好地起到了匀光的效果,接收面的照度均匀性为88.61%。     

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。     

LED阵列发光特性仿真和对比分析

LED正逐步替代传统卤素光源应用于机场助航灯,跑道警戒灯作为防止飞机入侵跑道的重要助航灯,针对其发光特性要求,提出对环形和方形LED阵列中心照度和发光角度研究。首先给出单LED光源在目标平面中心照度和发光角度的计算方法。其次在满足均匀排布的前提下,构造上述两种阵列,利用Matlab仿真在不同目标距离下对应的中心照度、发光角度及光斑半径的变化规律,并采用最小二乘法进行曲线拟合。最后通过光学软件TracePro进行追迹模拟仿真。结果表明:随目标距离的增大,两种阵列中心照度逐渐减小,光斑半径和发光角度逐渐增大,当目标距离小于8m时,两种阵列发光特性存在差异,环形阵列的中心照度较大,方形阵列发光角度较大,随着目标距离的增大,两种阵列的发光特性逐渐趋于一致。以4C级机场为例,分析得出上述两种阵列对A型警戒灯均适用,B型警戒灯适于采用方形阵列。     

实现白光LED阵列色温分布均匀化技术研究

本文通过优化白光LED阵列的结构,实现在目标面上产生均匀的色温分布。通过收集系统中每颗LED的色温坐标矩阵与照度矩阵,根据色温叠加公式,计算LED阵列在目标面上叠加后的色温分布,构建目标面上色温均匀度评价函数,评价函数反应目标面上色温分布的均匀性。通过优化阵列中LED的位置,使得评价函数的值最小,即目标面上色温均匀度最高。运用这种方法我们优化设计了两个实例:(1)相同规格的9颗白光LED方形阵列;(2)不同规格16颗圆形白光LED阵列,优化后色温均匀度均达到了95%以上。利用这种方法同样可以在目标面上同时实现均匀的色温分布与照度分布,设计9颗相同规格的白光LED以3×3方形阵列方式排布,优化后色温均匀度从78%提升到88.7%,照度的均匀度从42%提升到87.6%。分析实际加工制造过程产生的误差对色温均匀度的影响,随着制造误差的增大优化后色温均匀度下降,但均优于优化前色温分布均匀性。     

A precise model of LED lighting and its application in uniform illumination system

Optical models directly effect the irradiance distribution of observed surface. Traditionally, approximate Lambertian models are widely used in designing the light-emitting diodes (LED) arrays in spite of their errors compared with the experimental data. But now a novel LED optical model for uniform illumination system has been proposed, in which the curve-fitting technique is used to reduce the inherited errors and modify those previous models. The points from the curve of the LED light intensity are adopted, and a spline curve is designed for fitting, which obtains the revised mode. To verify its feasibility, we apply the new model in a 4 × 4 array design. The results show that compared with the approximate Lambertian, the light intensity distribution produced by the fitting model is more uniform and intense, as is expected.     

视觉检测系统LED光源照度优化方法

针对当前视觉检测系统LED光源照度优化研究中存在的照度效果评价因素单一、照度优化方法通用性不足等问题,以芯片封装质量视觉检测为例,提出一种基于改进樽海鞘算法的LED光源照度优化方法。该方法在单个LED光源照度数学模型基础上,建立标准条形LED阵列光源照度数学模型,获取条形LED阵列在任意空间位姿与被测面的照度值;基于照度均匀度、照度梯度变化与对中度、平均照度、目标与背景区分度等因素建立平面照度效果评价函数;提出改进樽海鞘算法,通过改进算法收敛系数、速度、领导者与追随者位置等更新策略,增强区域搜索的多样性;应用改进樽海鞘算法对平面照度效果评价函数进行优化求解,获取具有最优照度效果的空间位姿参数。实验结果表明:考察优化区域的相对照度分布,文中提出的LED光源照度优化方法所得照度分布与实际测量所得照度分布结果基本一致,目标区域理论照度均匀度在98.78%以上,误差在5.57%以内。因此文中提出方法优化目标合理,可用于视觉检测系统具有最优照度效果时光源位姿信息参数的获取。     

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.      

高速摄影同步触发光源系统设计及应用

为了解决高速摄影中由于时间短、同步难和照度低导致拍摄不到弹丸的问题,设计了一种同步触发光源系统。该系统以高亮度发光二极管(LED)阵列为光源,采用现场可编程门阵列进行控制。使用MATLAB软件对LED阵列进行仿真后可知,在距光源1m的中心位置上,该阵列光源的最大光照度可以达到9104Lux。实验中,实验弹出膛时启动相机拍摄,同时输出触发电平同步触发光源系统。结果表明,当实验弹的装药量为0.15g、相机帧频为5000frame/s时,经估算出膛速率大约为100m/s,并且同步触发光源有效地提高了照度和补充光照的同步程度。此研究对提高弹丸测试技术是有帮助的。     

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。