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...     

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。     

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     

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。     

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。     

基于功率型LED的在体整体荧光光学成像

用发光二极管（LED）替代常用的荧光激发光源汞灯，以实现基于LED的整体荧光光学成像（简称整体成像）。首先通过光谱计算分析，探讨了在不同波段与汞灯激发的荧光量相当时LED需要输出的光通量。以此为依据选择LED，构建了基于功率型LED的整体成像系统，用其动态监测绿色荧光蛋白（GFP）标记的肿瘤在裸鼠体内生长和药物治疗过程。实验表明，功率型LED可在类似于整体成像需要较大光功率的场合中应用。光源替代时，若两光源的光谱在选择的波段内分布不一样，则有必要考虑不同波长的光激发荧光效率差异的影响。     

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。     

基才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。     

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%。     

High data rate multiple input multiple output (MIMO) optical wireless communications using white led lighting

Solid-state lighting is a rapidly growing area of research and applications, due to the reliability and predicted high efficiency of these devices. The white LED sources that are typically used for general illumination can also be used for data transmission, and Visible Light Communications (VLC) is a rapidly growing area of research. One of the key challenges is the limited modulation bandwidth of sources, typically several MHz. However, as a room or coverage space would typically be illuminated by an array of LEDs there is the potential for parallel data transmission, and using optical MIMO techniques is potentially attractive for achieving high data rates. In this paper we investigate non-imaging and imaging MIMO approaches: a non-imaging optical MIMO system does not perform properly at all receiver positions due to symmetry, but an imaging based system can operate under all foreseeable circumstances. Simulations show such systems can operate at several hundred Mbit/s, and up to Gbit/s in many circumstances.     

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。     

非相干LED白光产生无衍射光的光源设计

非相干光源产生无衍射光束的实验中,入射光束的均匀性对产生无衍射光束的质量有很大影响。文中以非相干光源白光LED为例,通过对LED自身发光特性的分析,对光线传播过程进行数学建模,用非成像光学光通量守恒原理,对均匀照明设计方法进行理论推导,得到了一种基于非成像光学产生均匀光束的透镜设计方法。用三维建模软件进行建模并用光学仿真软件进行光线追迹,确定用该方法设计的透镜能满足实验对入射光束均匀度的要求,并初步实验获得较高质量的零阶无衍射Bessel光,验证了该设计方法的合理性。     

一种基于LED的光谱可调光源

介绍了一种光谱可调光源。该光源可以用来实现各种各样的光谱功率分布。一个光谱可调光源系统的具体设计包括成千上万个高功率LED,其波段可覆盖整个可见光光谱。光谱可调光源具有极大的现实意义,它除了可以对光学遥感器进行定标之外,还可以用于光度计和辐射度计的检测校准。通过模拟不同的光照条件,可以对材料特性及物体反射率进行评估。另外,该光源也可用于展示。     

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。     

新型激光投影显示方棒照明系统的设计

以非成像理论中光学扩展量的传递规律为依据,给出了激光二极管(LD)阵列作为光源的新型激光投影显示系统中方棒照明光路元器件尺寸及入射光束孔径角的确定方法。选用3×8红光LD阵列作为光源,0.45inch(1inch=25.4mm)硅基液晶(LCOS)芯片为空间光调制器(SLM),应用光学设计软件Zemax给出了方棒照明系统的设计实例,包括LD阵列光源光束整形系统、方棒匀光系统、方棒中继系统的设计。结果显示方棒照明系统具有较高的光能利用率及较好的光斑均匀性。由此得出较高光能传递质量的新型激光投影显示系统中方棒照明系统的设计方法。     

Computer Modeling and Simulation Evaluation of High Power LED Sources for Secondary Optical Design

Proposed and demonstrated is a novel computer modeling method for high power light emitting diodes（LEDs）. It contains geometrical structure and optical property of high power LED as well as LED dies definition with its spatial and angular distribution. Merits and non-merits of traditional modeling methods when applied to high power LEDs based on secondary optical design are discussed. Two commercial high power LEDs are simulated using the proposed computer modeling method. Correlation coefficient is proposed to compare and analyze the simulation results and manufacturing specifications. The source model is precisely demonstrated by obtaining above 99% in correlation coefficient with different surface incident angle intervals.     

大功率白光LED路灯照明系统模拟设计

以大功率白光发光二极管(LED)为光源,利用光学软件Trace Pro模拟设计出满足特定功率和照度要求的路灯照明系统,并通过实验验证其可行性.该模拟系统对实际开发具有指导意义.