非成像光学应用于 LED 照明探析

随着科技水平的不断提高,照明光学技术也获得了空前的发展和进步.与成像光学有所不同,照明光学系统属于非成像光学的范畴.为了更好地研究非成像光学在 LED照明系统中的应用,本文首先介绍了非成像光学及其相关概念,进而阐述了 LED 的特点及分类,最后提出非成像光学在 LED 照明系统设计中的具体应用     

半导体照明中的非成像光学及其应用

以GaN基功率型发光二极管(LED)为代表的半导体照明光源,具有其他传统光源无法比拟的诸多优点,被公认为21世纪最有价值的新型光源。充分发挥功率型LED的优势,利用非成像光学进行面向实际应用的功率型LED封装光学系统设计,以高端半导体照明光源的制造为突破点,带动整个半导体照明产业的快速进步,已成为半导体照明技术发展的战略选择。回顾了非成像光学的历史、研究进展以及在半导体照明中的应用,并通过设计实例,介绍了面向功率型LED光线耦合、二维给定光分布以及三维给定光分布问题的非成像光学系统设计原理与解决方案。     

半导体照明中非成像光学及应用

以功率型LED为代表的半导体照明光源作为21世纪的新型光源,较之传统光源具有无法比拟的优点。充分利用功率型LED优势,将非成像光学原理应用到实际型LED封装光学系统设计中,可推动新型光源照明产业的快速发展。     

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...     

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。     

反射式LED二次光学系统研究

为了解决发光二极管(LED)应用于照明时光照不均匀的问题,运用非成像光学和几何光学的基本原理,推导了反射式LED二次光学系统的设计步骤,设计了LED二次光学系统,并对其光照均匀性进行了仿真。针对仿真显示的问题对设计步骤进行了改进,利用改进后的方法重新设计了二次光学系统,并利用光学设计软件对设计的光学系统进行了仿真。结果表明,这种二次光学系统能够达到均匀照明的效果。     

基于LED照明的线扫描频域OCT成像系统设计

光学相干层析成像技术(Optical Coherence Tomography,OCT)由于其非接触、无损伤、高分辨率等优点,在医学、生物学、材料学等领域有着广泛的应用,开发基于低成本光源照明且快速成像的OCT系统已经成为OCT技术发展的一个重要趋势.论文研究了一种基于LED照明的频域线扫描OCT成像系统,给出了系统的...     

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。     

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。     

全内反射照明光学元件损伤检测信噪比分析

适合的光学元件照明对终端光学元件损伤检测成像至关重要.基于平板光学元件的全内反射原理,将阵列LED边缘照明光耦合进大口径光学元件,光学元件上疵点处的全内反射条件被破坏,光线从疵点出射,用相机对元件成像,散射光就会在相机CCD上形成疵点的图像,它是暗背景中的亮点,因此图像信噪比很高,解决了损伤检测过程中疵点到底归属于光学...     

LED灯具在高速收费站车道照明方面的应用与特性分析

根据LED半导体照明的特殊要求,分析了LED半导体照明灯具在光学、热学、电学方面的特性,探讨了LED半导体照明灯具在高速公路收费站车道照明方面的应用优势。     

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%。     

用于室内照明的自由曲面均匀配光透镜设计

以非成像光学为基础,设计了一种在大发散角范围内均匀配光的大功率LED室内照明二次配光透镜方案。采用划分网格法建立光源LED和接收面的映射关系,推导透镜自由曲面面形的一般方程,采用差分法求解透镜面形方程获得面形轮廓数据,再用三维软件建立透镜模型,通过光学仿真软件对所建模型进行光线追迹。结果表明:此方案适用于40°～140°配光角度要求的均匀配光;仿真配光角度120°的照明系统,当透镜的口径与LED发光面直径之比大于等于10时,照明系统的均匀性优于0.9,能量利用率大于92%,且照明效果不受接收面高度的影响。该设计方法为实现大功率LED室内均匀照明系统的小型化和简单化提供了一种有效的途径。     

科锐与LED照明生产商达成非接触式荧光粉专利许可协议

科锐公司日前宣布通过其近期推出的非接触式荧光粉专利许可计划,科锐授予五家LED照明生产商非接触式荧光粉（remote phosphor）相关专利的使用权。通过对非接触式荧光粉基本专利使用权的许可,科锐的创新技术将促进非接触式荧光粉光学元器件和蓝光LED在LED灯其中的应用,进一步推动LED照叫的普及。     

自由表面光学系统对白光LED色温角分布的影响

基于非成像光学设计的自由表面光学系统,对提高以LED为核心的固态半导体照明的性能起着至关重要的作用。文章提出了简化模型模拟一次封装白光LED光源的色温角分布特性,并研究了自由表面光学系统对该色温角分布特性的影响。仿真与实验结果都表明,自由表面光学系统可以明显改善白光LED光源的色温角分布不均匀特性。     

LED照明的设计及应用

本文主要就LED照明在城市道路设计中的应用进行阐述,通过对LED照明的实际设计与应用过程中的实例,对LED照明的发光效率、配光曲线、灯具系统寿命等方面进行客观地分析,提出了对LED照明应用过程中的质量控制方式,为LED在城市道路照明中的发展起到推动。     

单片LCoS光学引擎中彩色LED照明系统设计

LCoS光学引擎作为整个背投的一个要组成部分，其照明系统显著地影响着LCoS背投的性能。详细分析了影响照明效果的各个因素，并利用ZEMAX软件设计出了单片LCoS光学引擎中基于彩色LED光源的照明系统，该系统能达到较好的亮度和均匀性，满足整个光机系统的成像要求。     

实现台灯照明高均匀性的LED配光设计与仿真

针对台灯照明的高均匀性要求,设计一个自由曲面透镜对LED光源进行二次光学配光。根据非成像光学理论,在已知入射光强分布与所需配光效果的前提下,建立关于透镜自由曲面面型的偏微分方程,并采用相应的数值解法,得到自由曲面面型数据。通过在建模软件Rhinoceros中建立光学透镜的模型,并在Tracepro中进行光学仿真,得出仿真结果,验证此设计方法的可行性。     

白光LED应用于室内照明的分析与探讨

白光LED具有发光效率高、功耗低、寿命长、环保等很多其它传统照明光源无法比拟的优势。因此被认为是取代白炽灯跟荧光灯最具潜力的照明光源。本文根据目前半导体照明的最新研究进展．介绍了GaN基白光LED应用在室内照明领域的发展趋势,从视觉指标、光学参数、封装技术、价格等方面出发,指出了白光LED在日常照明普及过程中的一些主要问题,并对这些问题做了详细的分析与探讨。针对现有可行的解决方法,对发展前景做了进一步展望。     

基于LED大功率扩展光源的二次光学设计

在目前的低碳环境下,LED照明光源逐步替代传统光源,但是由于其本身结构和自身特点,要进行高效的光能利用与照明,必须进行适当的光学设计以便改善光能分布。笔者首先阐述了LED的光学特性及二次光学设计,其次对LED大功率扩展光源的二次光学设计进行了深入探讨。