基于均匀照明的光学器件研究

采用非成像和自由曲面设计方法,对反射器和透镜这两类光学器件进行了二次光学设计和研究,获得了具有均匀圆形照明特性的光学器件.通过编程计算构造出光学器件的几何轮廓,并对光学器件模型进行了模拟仿真,获得了良好的均匀圆形照明光斑.设计出的二类器件其圆形照明面照度均匀性均达到90%以上,适合于对均匀性要求较高的室内照明.该设计为实现大功率LED均匀照明提供了一种有效的设计途径.     

旋转轴对称LED均匀照明系统设计方法

基于边缘光学理论,提出了一种应用于LED照明的光学系统设计方法,分别实现基于透镜和反射器的LED均匀照明光学系统,可在一特定距离的目标面上形成均匀圆形光斑。采用基于蒙特卡罗法的光线追迹软件对两种光学系统进行模拟仿真,结果显示,目标面上光斑的均匀度优于85%,系统效率高于90%。     

直下式LED背光光学系统的方形光斑自由曲面透镜设计

针对传统的直下式LED背光光学系统均匀性差以及照明光斑形状与显示屏外形不匹配的缺点,提出了一种产生方形光斑的自由曲面透镜的设计方法。采用同步多曲面3D技术,分析产生方形光斑的自由曲面透镜的最佳优化方法,利用函数关系式迭代解法获得透镜母线并拟合形成自由曲面透镜。采用九点法分析光斑的照度均匀度,并将自由曲面透镜应用于直下式LED背光光学系统,结果表明,通过该方法可以将背光光学系统的照度均匀度提高到0.75,优化了系统设计。     

基于LED的光栅光调制器照明系统的优化设计与实现

设计了一种基于LED照明的光栅光调制器(GLM)照明系统,以自由曲面TIR透镜、光棒、聚光透镜组为主要光学元件来提高LED光能利用率,并实现光场均匀化。通过仿真得出,照明系统的光能利用率为78.7%,光照均匀性为85%,实验与设计结果基本一致。这表明,优化后的光栅光调制器的照明系统,解决了基于LED的照明系统光照不均匀和光能利用率低的问题。     

基于改进型四点法的LED路灯道路照明测试

为了验证LED路灯道路的照明情况,结合城市道路照明标准以及道路照明的实际需求,提出了一种改进型"四点法"用于LED路灯道路照明的测试.给出了该测试方法的理论依据,并通过对多条道路的实际测试验证了该方法的可行性.     

准直LED光斑定位系统设计

针对准直激光在长期工作过程中很难克服的漂移问题,设计了一套准直发光二极管（LED）光斑定位系统。该系统将LED光源发出的光经透镜汇聚进光纤,再经过准直器准直输出,用CCD探测光斑图像,采用多圆拟合法定位光斑位置。将系统与定制的半导体激光器（LD）准直定位系统进行了长期稳定性对比实验。结果表明,所设计的准直的LED光斑定位系统光斑位置漂移量更小,稳定性更高,可以作为高精密光学测量的定位基准光源。     

一种LED均匀照明的透镜设计

由于LED发射光强的逐渐提高,许多照明系统使用单颗LED作为光源就可以满足不同场合的需求。通过对LED的发光特性的分析,提出了一种以单颗LED作为光源的均匀照明透镜的设计。首先由Snell定律和能量守恒定律构建出满足设计条件的透镜的数学方程,运用MATLAB进行编程解出该方程,再使用Pro/E对求解出的坐标点进行拟合来得到透镜模型,最后用TracePro将得到的透镜模型进行光线追击,通过得到的照度图可知最终达到在规定区域内均匀照明的需求。     

可见光通信中光学天线的研究

可见光通信作为一种结合了照明与通信的新型无线通信技术,近几年成为一个研究的热点.光学天线是可见光通信系统中的重要组成部分,在优化光能分布、提高接收功率、提升系统信噪比和通信质量方面起重要作用.目前国内外对于光学天线的研究可以分为发射天线和接收天线两个部分.发射天线一般与LED光学设计相结合,按照配光方式可以分为准直型、均匀照明型和聚焦型等类型.接收天线采用复合抛物面聚光器、菲涅尔透镜等光学元件作为光学接收前端,主要目的是提高接收信号的功率.本文介绍了近年来国内外光学天线的研究进展,评价并比较了各种类型光学天线的光学性能,并对光学天线的发展趋势做出了展望.     

基于矩形复合抛物面聚光器LED汽车近光灯设计

以抛物线的反光特性为基础,将抛物线旋转、平移,设计出一款矩形复合抛物面聚光器.由汽车用前照灯GB25991-2010对近光灯的光照要求及边缘光线原理计算出聚光器的主要参数.LED汽车近光灯系统采用2个LED矩形复合抛物面聚光器配光组合,经Tracepro光学仿真软件对近光灯光照进行模拟,结果显示水平及15.明暗截止线清晰,各测试点、区域的照度值符合GB25991-2010要求;近光灯配光系统无需挡板与透镜,降低了光能损耗,提高了光能利用率.     

高速公路现行照明方式解析

基于舒适性、照明效率和可见度3个方面对现行照明方式从路面照明、空间照明方面进行分析,揭示了现行照明方式存在的缺欠。分析发现,目前以LED光源对HPS光源进行简单替代,并不能对上述缺欠进行有效改善,因而不是参与道路照明的恰当形式;消除路灯眩光的必要条件是路灯位于驾驶员与路面之间;提高可见度水平的必由之路是重新进行光分布设计和提高有效照明比例;道路照明方式的创新性研发方向是将路面照明、空间照明、雾天照明三重任务分解,采用各自独立的小功率、高效能光源,组合运用,分别控制,独立运行。     

基于物联网的智能LED照明集中控制系统

针对传统照明系统不能及时采集照明信息和按需控制照明状态的问题,设计了一套基于物联网的智能LED照明集中控制系统.采用STM32系列芯片作为微控制处理器,搭建了基于ZigBee的无线集中控制网络,采用光电传感器来检测环境的光照度,由明暗度或指令来自动调节LED路灯的照明方式.结果表明,系统数据和指令的传输误码率低于1%,能够在恒流状态下驱动LED路灯,功率调节范围为30%~100%之间,恒流偏差和调节误差均小于1%,远程控制和智能控制的延时分别在0.5和2 s以内.该系统可以实现对LED路灯照明的有效集中控制,具有一定的工程应用价值.     

室内线阵CCD交汇测量系统研究

针对现有测试设备无法解决室内大靶面高精度立靶坐标的测试问题,提出了采用线阵CCD交汇测量与人工光源相结合的测量方法．分析了探测光幕的形成及CCD的灵敏度,提出以波长为680nm的高亮度LED作为发光器件,通过对KED阵列光能量分布的计算,设计了n形线光源的结构参数．实弹测试结果表明：设计的n形线光源满足线阵CCD交汇测量系统的背景照明要求,室内线阵CCD交汇测量系统能够可靠捕获弹丸,坐标测量误差小于10mm,扩展了线阵CCD交汇测量系统的应用范围．     

一种道路照明照度测试方法和数据处理系统

提出了一种改进的道路照明照度测试方法,对实际道路的照度值进行布点和测量,并使用Lab-VIEW软件编写程序对平均照度、照度均匀度、纵向照度均匀度、环境比、照度维护系数、照明功率密度和应用光效等参数进行了计算和处理。根据这些参数对所测LED路灯铺设路段进行了评价,结果表明,本方法可节省数据计算和处理的时间,提高道路照明照度测试的工作效率。     

Compensation of image noise induced by difference in optical characteristics of array-LED chips of LED print head

There are various applied electro-optical devices, which utilize light emitting didoe(LED) chip array for applications to displays and opto-electronic sensors. In those devices, it is the one of the critical technical issues to minimize uncertain fluctuations including optical power and optical density. Due to variation in operating environment of a device, those are not corrected precisely by controlling parameters based on simple relation between parameters and resultant abovementioned outputs.Therefore, there is essential need to correct outputs in real-time based on correction function generated from the consideration on various operation condition. In this article, we introduce an output correction method through reporting real-time image noise reduction in the application to electro-photography with LED print head. In the technology of LED print head, as differences in optical characteristics between each LED cause vertical image noise, it should be corrected in order to obtain images that are comparable or better in quality compared to those produced by the conventional laser scanning method. Even though it seems that the method used to obtain uniform light power from each LED can solve this problem, it does not work well for high-resolution printing. Therefore, a scan method involving correction by a printed and scanned pattern is introduced through this work. The scan method is composed of correction patterns to minimize printing noise by its shape, the correction algorithm to calculate the optimized value and the printing algorithm to control gray levels in real-time precisely. We believe that the developed correction method upgrades the printing quality of the LPH printer better than commercial printers. The developed correction method can also be applied to various application areas that use an array-type light source such as display systems and lighting systems.     

侧入式LED背光源导光板网点设计与仿真

选取LED作为侧入式导光板光源,利用光的全反射、折射和光通量守恒定律等光学理论推导出变距离（网点大小相同）网点的排布规律,有效解决了网点的设计难题.同时推导出LED排列间距临界公式,有效消除了由LED的排列间距引起的强弱光区交替现象.通过光学软件TracePro,建立相应的物理模型.经过反复实验,取得最佳参数,均匀度高达93%,超过80%,满足实际对均匀性的要求.     

应用于机场Ⅰ类精密进近灯LED光源的仿真分析

将机场传统光源与LED光源进行对比,利用光学仿真软件TracePro对采用LED光源的机场Ⅰ类精密进近灯光系统中线灯进行仿真分析,仿真试验表明采用LED光源的进近灯满足机场照明国家标准.     

LED路灯设计和实现

提出了LED路灯的一种设计方案，分别从光源设计、驱动电路设计和散热设计3方面说明了LED路灯设计中应遵循的原则和注意的问题，该方案提高了LED路灯发光的稳定性，改善了它的色温，延长了它的使用寿命．并通过制作LED路灯光源验证了该方案的正确性。