LED路灯光强模拟分布及实验验证

为了使发光二极管(LED)照明灯具发出的光线在路表面的光照度分布更合理,能够更有效地使用有限光能量,现主要针对采用LED的道路照明灯具,用专业的光学系统仿真模拟软件Lighttools进行路面照度分布的模拟,并根据结果进行优化设计,从而设计出合理的外光学系统,并提出一种新型的透射散射元件。根据设计和模拟内容,初步加工成形一个散射元件,并进行了验证实验。结果表明该元件在改善LED道路照明灯具的光强分布性能方面有一定的功效。  

一种利用自由曲面透镜的LED路灯配光设计与研究

随着半导体照明技术的发展,LED路灯应用日益广泛。其二次配光设计对LED路灯照明具有重要的作用。LED路灯应用中,为了使其照度和照度均匀度满足一定的要求,设计采用了自由曲面透镜的二次配光。根据折射定律、目标照明面光分布和照度均匀建立自由曲面的方程,数值法求得面型数据并导入建模软件拟合成透镜实体,对利用自由曲面透镜配光的LED及LED路灯进行了光线追迹仿真及分析。结果表明基于自由曲面透镜的LED路灯具有较好的照度、亮度和均匀度。  

用于植物照明的LED阵列设计

基于温室植物光学作用和光形态调节原理,设计了两种用于植物照明的发光二极管(LED)阵列。通过推导阵列的辐射照度叠加公式并根据叠加公式对阵列进行仿真优化。两种阵列均采用红蓝LED相结合的方式排列,其中阵列1红光和蓝光LED的数量比是1:1,阵列2红光和蓝光LED的数量比是4:1。通过光学模拟软件Tracepro对照射平面进行辐射照度均匀性分析,经过优化后的阵列2在照射平面上辐射照度均匀性优于阵列1,并且阵列2的LED间距较大,更有利于整个LED阵列的散热。该结果为LED植物照明灯的阵列设计提供参考。  

远场均匀照明的LED排列设计

为了实现远场的照度均匀性，在已设计的LED平面排列组合的基础上，提出了LED白光照明单元的球面排列设计方法。相比平面的排列，把LED照明单元组合排列在半球形表面，在被照接收面上产生更宽角度的照度分布。并对几种不同排列的LED照明单元进行分析，建立了光学模型和设计方程式，模拟出远场的照度分布情况。结果表明在极限角度内LED球形排列具有均匀广泛的远场照度分布。  

三维振动测量系统的照明模块设计

为了满足三维测量系统所需的大视场照明条件，设计了一种基于自由曲面的透镜阵列的匀光照明模块。根据能量对应关系计算得到自由曲面透镜的离散点数据，通过Rhino软件拟合离散点得到该自由曲面透镜实体模型，再将得到的自由曲面透镜面型导入Light Tools软件，进行阵列后得到匀光照明模块。仿真结果表明，该照明模块可使2.56 m²的接收面上的亮度达到13 102 lx，照明均匀度达到92.86%，且公差符合装配要求。  

在线图像可视铁谱成像系统的像面照度均匀性

为了定量评价在线图像可视铁谱(OLVF)成像系统的像面照度均匀性,建立了一种像面照度模型.以像方参数及放大倍率表征物方视场,将物方视场区域离散化,采用朗伯余弦理论建立入瞳模式的像面照度模型,实现了像面照度的计算与均匀性评价.利用Matlab进行了物面照度仿真分析,确定了OLVF成像系统环形阵列光源的发光二极管(LED)数量,基于像面照度分析确定了最佳成像焦距和放大倍率.计算了油腔通油情况下成像系统中的光能量损耗以及磨粒沉积面的照度分布,建立了油液吸光系数与CCD像面轴上像点照度的关系.结果显示:LED发光强度已知时,仿真计算的像面不均匀度约为5.60％,实际测试的像面不均匀度为8％～9％,满足不均匀度≤10％的要求.开展了磨粒铁谱图像采集实验,结果表明:图像中磨粒清晰可辨,便于图像分割与视觉特征提取.提出的模型可定量描述OLVF成像系统的像面照度,可作为优化系统结构,提高系统成像性能的依据.