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。     

基于图像处理技术的激光直写导光板网点设计

为了快速高效地设计出输出表面照度均匀的导光板,采用了基于灰度图像处理技术的导光板网点设计方法,并利用TracePro光学模拟软件对2个LED单边入射的模型进行了理论分析和模拟验证,取得了模拟导光板表面照度值.结果表明,此方法设计的导光板输出照度均匀度可达86.7%,符合国际照明委员会(CIE)标准,经局部修改后均匀度可进一步提高到91.9%.该方法能够有效地设计出表面照度均匀的导光板.     

扩散板表面微结构对均匀度与透光率的影响

基于Light Tools光学分析软件分析了光在球形微结构扩散板和圆锥及金字塔两种非球形微结构扩散板内的传输过程,比较了球形微结构扩散板和非球形微结构扩散板的均匀度和透光率;进一步分析了金字塔非球形微结构的顶角γ和切削量H对扩散板均匀度和透光率的影响。结果表明,金字塔非球形微结构扩散板的均匀度高于圆锥非球形微结构和球形微结构两种扩散板的均匀度,透光率介于圆锥非球形微结构扩散板和球形微结构扩散板之间。金字塔非球形微结构顶角γ越大,透光率越高,当γ=100°时,扩散板的综合光学性能最好,透光率达82.1%,均匀度达82.4%;切削量H越大,透光率越大,均匀度先增大后减小,当H=0.04mm,扩散板的综合光学性能最好,透光率为84.2%,均匀度为86.2%。     

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。     

硅基液晶投影系统的LED光源照明系统设计

硅基液晶(LCOS)空间光调制器件的特点是反射光成像,要求照明光束发散角小,均匀性好。对此,设计了由抛物型反光碗、复眼透镜、偏振分光棱镜、聚光镜等组成的用于LCOS的照明系统,对抛物反光碗以及复眼透镜各参数的设计原理做了详细分析,具体包括光源出射角度,光源的总体长度,所需均匀照亮的尺寸,抛物反光碗各参数对出射角度的影响,其实现原理主要包括复眼透镜匀光理论。设计要求光源出射角度小于10°,总体长度为220 mm,均匀照明面积为20 mm×20 mm,最后给出聚光透镜组的设计结果,使光线聚焦到LCOS表面,照度值要达到0.35 lx/m2,其不均匀度在15%以内。进一步使用Lighttools软件,对其进行仿真,由照度曲线图和照度栅格图可知,设计结果满足设计要求。     

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%。     

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.     

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...     

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。     

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。     

激光无线能量传输接收端光束匀化装置设计

激光无线能量传输中,激光光强分布不均匀和激光光斑与光电池形状不匹配会导致系统光电转换效率降低,局部温度过高,极端条件下甚至对光电池造成损伤。基于分布式匀化思想设计了一种激光接收装置,首先用光学整形扩散片在光电池各子区域进行光束初次匀化,然后用光学漏斗进行二次匀化和整形。针对1 cm×1 cm光电池,分析了光学整形扩散片的扩散角度和光学漏斗的高度对光束匀化效果的影响,优化后的激光接收装置的耦合效率η_c>95%,光强不均匀度Δ<0.05。此外,该激光接收装置对激光入射角不敏感,入射角为20°时,η_c>80%。搭建了3×3光电池芯片阵列的激光无线输能系统,采用分布式匀化激光接收装置,光强不均匀度由0.34降到0.12,光电池转换效率提升了65%。与正入射时相比,入射角为18°时,系统转换效率变化小于20%。结果表明,该分布式匀化激光接收装置有效提高了接收端的光强均匀性和系统光电转换效率,且对激光入射角不敏感,在激光无线能量传输中有重要作用。     

直下式LED背光源模组第二扩散导光板光学特性分析

针对直下式发光二极管(LED)背光源模组均匀度低且模组厚度大的缺点,提出了加入第2扩散导光板的直下式LED背光源模组,并采用九点取值法及TRACEPRO软件,模拟了第2扩散导光板入光面及出光面、高度和厚度对背光源模组光特性的影响。结果表明,第2扩散导光板的入光面及出光面对背光源模组均匀度的提升影响较大。当入光面采用凹陷结构、出光面采用弯曲结构时,有利于增大模组均匀度;且模组的均匀度分别随凹陷结构半径的减小和弯曲结构半径的增大而增大。而其高度和厚度主要影响背光源模组的光斑显示效果,随着高度的增加,光斑范围增大,暗区团逐渐减小;随着厚度的增加,照度最大值增大但亮点增多,产生亮暗不均的现象,从而影响了背光的主观效果。     

新型结构之直下式背光模组最佳化设计

在直下式背光模组中,除了均齐度之外,光使用效率在背光模组也是很重要的考虑量,在此将直下式背光模组底部反射板改变构造,在每支灯管之间添加三角形的反射物,使光缘经由三角反射物反射后,其角度与法缘之夹角变小,进而导正光缐的方向.将光缐在三角反射物模组之追跻情形与统计强度分布到优化功能建立于程式中,以缩短模拟时程,同时对均齐度与光使用效率做优化,并与光学软体做比对验证,进而减少棱镜片之成本.在此优化 32 inch 16:9 面板,厚度 2.5cm,灯管数目为 10 支之三角反射物背光模组,加上扩散板后,其最佳出光角度分布之半强角都在 46°,均齐度也有控制在90%以上.根据本研究成果,一些光学膜片可以不置放于此新型背光模组中,将可大幅减少零组件之成本.     

一种具有波形槽微结构的导光板设计

导光板是背光模组的关键组件,决定了出光效率以及出光均匀性。针对目前导光板的均匀性差和亮度低的问题,通过光学工程软件LightTools对导光板进行了设计,提出了一种新型的具有波形槽微结构的侧光平板式导光板的设计方法,并对微结构的分布方式和其参数进行了设计。结果表明,当矩形分布下的微结构按照规律在导光板上形成波形槽后,能够得到均匀性在80%以上的高性能导光板。相对微结构呈点阵式矩形分布下的导光板的均匀性只有60%～70%而言,这种高性能导光板的均匀性有了很大的提高,且该导光板尺寸在40～60mm范围内变动时,导光板的均匀性均能达到80%以上。     

一种改善LED背光亮度均匀性的新型反射膜研究

在LCD的LED背光腔体的底面设计了新型曲面形状及性能的反光膜,将扩散膜反射回灯腔底部的光重新反射回出光口以改善亮度均匀性能;在侧面设计了镜面反射膜,将位于LED矩阵边缘区域由LED射向灯腔侧壁的光反射重新射向出光口,增加了LED背光边缘区域的亮度,从而改善了背光边缘区域较暗的亮度不均匀状况.根据此类反射膜的设计完成了反射膜的制备,并应用于38 cm LED背光源样品.测试结果显示,设置反射膜的LED背光的亮度均匀性值为10.2%,明显优于未设置反射膜的值16.8%,亮度提高了29%左右,表明该种新型反射膜可以提高亮度并改善亮度均匀性.     

近背向散射测量系统中漫反射板的特性研究

通过分析激光聚变中近背向散射光的收集方式,提出了采用漫反射板收集近背向散射光的方法。通过对漫反射板的应用场景分析,提出了需要研究的漫反射板特性,并搭建了漫反射板特性测量装置。测量并分析了漫反射板的方向半球反射比、双向反射分布函数、面均匀性、真空特性和紫外特性。分析结果表明:F4目标板具有接近于0.99的高反射率,光谱平坦性,近似余弦分布的双向反射分布函数,较高的面均匀性,以及较小的紫外真空影响。因此,F4目标板满足激光惯性约束聚变中近背向散射光的测量需求,采用漫反射板收集近背向散射光的方法可行。     

左手材料的色散和等倾干涉

研究了左手材料棱镜的色散特性和左手材料平行平板的等倾干涉特性。对于左手材料棱镜而言,其色散时出射光偏离原来的传播方向与右手材料棱镜的色散规律恰好相反,且对于同一种单色光而言,当入射角相同时,左手材料棱镜的色散偏向角大于右手材料棱镜的色散偏向角。在研究左手材料平行平板的等倾干涉特性时,推导了反射光和透射光焦平面上的光强分布公式,分析了等倾干涉条纹的级数与亮、暗条纹的关系,讨论了光程差的影响因素及影响规律,推导了存在半波损失情况下的等倾圆环的亮环半径公式和暗环宽度公式。研究发现:对于左手材料平行平板的等倾干涉条纹而言,等倾干涉圆环中心处的干涉级数较小;偏离圆环中心越远,干涉条纹的级数越大。这一规律和右手材料平行平板的等倾干涉条纹规律不同。     

斜入射的反射式光纤传感器光强调制特性分析

反射式光纤传感器(RIM-FOS)在传感器领域一直占有重要地位.不少学者对反射式光纤传感器进行了相关研究,大多数都是假设入射光与反射面垂直射入,为了探究以入射光与反射面成锐角为前提,各影响因素对光强的调制特性,本文采用光纤的入射光与反射面为斜入射的情况下,假设光强符合理想均匀分布,反射面为理想光滑反射面,各环节光强损耗比例恒定,通过理论分析得到光强调制模型,运用控制变量法,通过Matlab仿真绘制相应的结果特性曲线,对仿真结果进行分析,得到发射光纤芯径、接收光纤纤芯、光纤间间距、数值孔径、光纤倾角等参量对光强调制的规律,结论表明,适当调节各个参量可以有效提高传感器的灵敏度和测量范围,根据灵敏度的高低和测量范围的宽窄,可以应用在不同的测量对象上,为斜入射的反射式光纤传感器的实物设计提供理论依据.     

Reflection of VLF radio waves at a junction in the Earth-ionospherewaveguide

The conditions for the neglect of reflection of VLF modes incident on a junction between the daytime and nighttime Earth-ionosphere waveguides are considered. It is shown that reflections are indeed small but some interesting and possibly significant exceptions may occur at highly oblique incidence. In fact, total reflection may take place for night-to-day transmission at angles within several degrees of grazing. The same analytical model is also relevant to oblique transmission across a flat lying coast line