LED均匀矩形光场一次透镜设计

根据发光二极管(LED)设备的光学结构,建立LED封装的数学模型,并给出相应的方程。对于具有均匀矩形光场的LED封装,利用四阶龙格-库塔法,借助Matlab求解出最终的微分方程式,得到其在x、y方向截面曲线的有关数据。然后通过相关软件的建模与仿真,可得到所需的LED均匀矩形光场一次透镜三维模型。该方法实用性强,适于在实际工程应用中广泛推广。     

方形光场LED阵列透镜光学仿真设计

通过对LED一次透镜曲面的分析,建立了透镜表面的数学模型,经过计算得到相应的微分方程,运用龙格-库塔法计算得到透镜中心截面曲线的数据,再将此数据导入Soliworks当中得到中心曲线,之后,通过软件进行曲面扫描、镜像和缝合处理,得到相应透镜的三维模型,接着将该三维模型导入Tracepro中,并作相应的设置进行光学仿真得到所需正方形光场的图像和数据。最后,将设计好的透镜模型进行3×3的阵列设计得到最终的加强正方形均匀光场。     

近朗伯光型LED透镜的光学设计

根据朗伯光源的特点,定义近朗伯光源函数,设计LED透镜的光学模型,求得LED的截面曲线方程,运用龙格一库塔法求解方程并在MATLAB中使用多项式拟合获得相关数据及修正后的数据,通过Tracepro仿真得到希望的LED近朗伯光源封装模型数据及仿真效果．提出一种LED近朗伯光源光学模型封装的简化设计方法．     

一种新型LED模块COB封装结构设计

根据目前市场上LED模块COB的封装结构特点以及相关研究结果,提出了一种新型COB自由曲面透镜封装结构方案。通过封装由特殊计算得到的自由曲面透镜阵列,不仅避免由于出光界面的全反射的发生,还能实现特定的光学分布。根据光源辐射特性以及器件的出射光学分布,利用能量守恒定律以及Snell方程建立方程组,运用龙格-库塔法求解得到自由曲面数据。采用Tracepro软件对所设计的结构进行仿真,模拟结果表明,器件实现特定的光学分布,同时结构的出光效率高于90%。     

一种实现LED均匀圆斑照明透镜的自由曲面设计

由于大多数LED的发光特性表现为朗伯光源,文中提出一种实现LED均匀照明的透镜设计方法。建立了能产生均匀光斑的自由曲面透镜方程,通过Matlab编程得到数值解,并通过建模软件Pro/E建立了透镜模型,最终采用Tracepro进行模拟验证。实验结果表明,利用此方法给LED进行配光,可使照明目标面获得均匀的照度。     

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。     

一种LED路灯透镜的二次光学设计与研究

LED的二次光学元件设计对LED路灯的配光及光学输出效率至关重要。文章针对大功率LED在路灯上的应用,基于选定的LED进行了一种用于LED路灯的自由曲面二次光学透镜的设计,并采用光学软件进行仿真。结果表明,采用非对称自由曲面二次光学元件可以实现LED路灯的矩形配光,采用这种LED模组组成的路灯便于结构设计、电源安装,不同功率的LED路灯只需要增加不同数量的LED模组即可。此种设计可以在很大程度上提高LED路灯的效率,提高路面照明的均匀度。     

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。     

功率型LED弧面阵列系统的热特性研究

为准确计算LED光场以及内部温度场的分布,结合有限体积数值模拟、非成像光学方法建立了单个LED光学以及热学模型,并通过实验测试证实模型的有效性。在此基础上,采用能量叠加原理讨论了LED弧面阵列系统目标平面区域的照度分布,得到了在特定距离的目标平面上均匀的照度分布。通过对复合型散热器系统结构中散热通道内钉柱与翅片的位置尺寸、基板厚度和器件间距的优化设计,增强了热交换效果。     

一种抗可见光蜂窝网小区间干扰的光学发射天线设计

本文提出了一种应用于可见光蜂窝网的自由曲面光学发射天线,用于改善整个网络范围内的信号质量以提高系统的通信性能.首先基于能量映射关系和斯涅尔定律,设计了目标光分布区域为矩形的基于自由曲面透镜的光学发射天线,应用该天线能使半导体发光二极管(LED)光源发出的光信号均匀分布在0.8 m×0.8 m的正方形范围内.而后将设计的光学发射天线应用于可见光蜂窝网,并进一步对网络接收区域的光信号质量和系统性能做了分析.结果表明,在一个3m×3m×3m房间中安装有16个LED光源作为接入点,采用所设计的自由曲面光学发射天线,网络覆盖区域的光信号分布均匀度达到了0.8以上,同信道干扰基本消除,平均信干噪比为12.6 dB,系统具有较好的误码率性能,能够有效地保证可见光蜂窝网的通信质量.     

基于LED的DLP投影显示光学引擎的研究

文章研究基于LED光源的DLP投影显示光学引擎系统,运用非成像光学理论计算了与所选用的DMD芯片相匹配的LED光源的发光面的尺寸及方棒的尺寸,利用光的折射定律和三角法则,设计了光学引擎系统中重要光学元件T11K棱镜的各项参数。采用Tracepro软件对整个光学引擎系统进行了建模、模拟和设计,并测得系统的照度图,计算了系统的光能利用率和观测光的均匀度,为建立基于LED光源的DLP投影显示光学引擎系统的实验装置奠定了良好的基础。     

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。     

光学仿真技术在LED显示屏设计中的应用

介绍了在设计LED显示屏的过程中，利用TracePro软件进行光学仿真，通过计算杌得到显示屏的相关参数指标。重点论述了该技术在两个具体设计环节中的作用，即通过计算水平与垂直方向的光强分布，确定户外屏显示模块水平隔栅的高度和LED灯与隔栅之间的间距：以及对室内屏显示模块表面，针对防止环境光发生镜面反射而设计的纹理槽的有效性进行验证。该技术可以对显示屏的显示效果进行预测和评估，节约开发新产品的时间和成本。     

LED阵列模式的优化研究

作为新一代照明光源LED照明技术已经有了长足的发展,但单颗LED并不能满足正常的照明需求,想达到所要的照明效果通常采用多个LED组合。LED组合有各种形式,利用tracepro对4种LED平面阵列形式,即：3×3方形阵列、3-6同心圆阵列、阿基米德螺线阵列以及1-8圆形阵列进行了详细的光学分析。在满足照明要求的条件下,通过对比找到一种最优化的设计,发现1-8圆形阵列效果最好,所占面积最小,从而可以减少材料的浪费,进一步提高LED照明的性价比,为LED照明的普及提供设计上的借鉴。     

高出光率LED模组基板结构研究

针对带有常规的第一类反光杯的基板结构因受限于封装引线键合工艺而反光杯尺寸较小的情况,通过光学理论分析了其存在反射光线不完全的问题,提出在LED模组芯片间开设第二类反光结构的解决方案。并基于光学分析软件Tracepro的仿真研究,验证了其有效性。在此基础上设计了新型包含两类反光杯的基板结构,最高可使LED模组出光效率和中心光强与没有开反光杯的情况相比提升近23%和38%。     

基于补偿法的均匀照明自由曲面LED反光杯设计

根据面向理想光源的设计原理,提出了基于能量补偿和坐标迭代的自由曲面母线求解方法。在二维坐标系中建立系统模型,由反光杯反射光对直射投射光进行补偿,将反光杯右上边缘的光线反射到目标面左边缘,且随着光线下移反射光线逼近目标中心。根据Snell定律,以上边缘点为初始点,逐一迭代得母线上各点坐标,旋转或拉伸生成所求反光杯。在Tracepro软件中的模拟结果表明对圆形或正方形目标照度均匀性均优于85%,且系统能量利用率仅由LED出光角度和反光杯反射系数决定,该结构可使LED光源用于大范围照明。     

Design of a novel LED collimating element based on freeform surface

A novel element for collimating LED light is designed based on non-imaging optics. It is composed of a refraction lens and a reflector. The upper surface of the lens is freeform and calculated by geometrical optics and iterative process. The lens makes the rays in the range of 0°-45°from the optical axis collimated. The rays in the range of 45°-90°from the optical axis are collimated by the reflector. The inner surface of the reflector is parabolic with its focus located in the LED chip. The designed element is applicable to LED source of any emitting type. For a certain application, the simulation results of the designed element in Tracepro show that it has a very compact structure and good collimating performance. Just investigating the loss in the lens surfaces, this element has high light output efficiency of nearly 99%. Most lighting area radii are no more than 20 mm when the illuminated plane is 5 m away from the LED source.