基于微透镜阵列的大面积LED阵列光源匀化方法

LED阵列光源凭借其高亮度、长寿命及节能环保等独特优点广泛应用于医学、微纳加工、光学成像等领域,但其匀化系统存在光线准直难、可实现的照明光斑面积小等问题,难以在需要均匀照明的光学领域当中得到广泛应用。针对这一问题,提出了一种基于微透镜阵列的大面积LED阵列光源匀化方法。首先通过矩阵光学及近轴光学理论进行理论分析,然后利用lighttools软件进行系统设计及仿真实验,最终在像面上实现了大面积的均匀光斑。相较于以往最多可实现50 mm×50 mm的匀化光斑,该匀化系统可做到104 mm×104 mm、均匀度为87.375%的大面积规则的均匀光斑,该方法对医学、红外夜视、投影显示、航空照明领域等需要大面积均匀照明的系统有着重要意义。     

LED阵列发光特性仿真和对比分析

LED正逐步替代传统卤素光源应用于机场助航灯,跑道警戒灯作为防止飞机入侵跑道的重要助航灯,针对其发光特性要求,提出对环形和方形LED阵列中心照度和发光角度研究。首先给出单LED光源在目标平面中心照度和发光角度的计算方法。其次在满足均匀排布的前提下,构造上述两种阵列,利用Matlab仿真在不同目标距离下对应的中心照度、发光角度及光斑半径的变化规律,并采用最小二乘法进行曲线拟合。最后通过光学软件TracePro进行追迹模拟仿真。结果表明:随目标距离的增大,两种阵列中心照度逐渐减小,光斑半径和发光角度逐渐增大,当目标距离小于8m时,两种阵列发光特性存在差异,环形阵列的中心照度较大,方形阵列发光角度较大,随着目标距离的增大,两种阵列的发光特性逐渐趋于一致。以4C级机场为例,分析得出上述两种阵列对A型警戒灯均适用,B型警戒灯适于采用方形阵列。     

用于均匀照明的单片微透镜阵列面形设计

针对半导体光源不易均匀散射到一定的角度范围或均匀照射到确定平面上的问题,本文利用非成像光学方法设计了一种基于微透镜阵列的均匀散射透镜。该散射透镜由相同面元的微透镜周期性密排而成,微透镜单元为单曲面,根据不同应用,曲面面形可设计成不同的非球面形式。介绍了凸形、前曲面单片微透镜阵列的设计方法,并结合一些应用举例显示了该设计方法的可行性。最后讨论了凹凸面形、前后曲面微透镜阵列各自的应用场合及优缺点。     

实现LED均匀照明的透镜设计

根据LED光源的特点,定义朗伯光源和近朗伯光源的函数,提出一种LED均匀照明的透镜设计方法。推导出产生均匀光斑的透镜设计方程,采用MATLAB求解该方程的数值解,可实现在目标区域内的均匀照明。     

水下无线LED光通信中圆形阵列光源性能研究

为了研究水下无线LED光通信中圆形阵列光源性能,以6个LED组成的圆形阵列光源为对象,基于单个LED空气中照度分布模型推导出其相对照度分布数学模型;以水下照度计为工具,用点阵测量法研究其在水下的实际空间照度分布,并分析了实验数据。结果表明,该光源出射端口处光照度值随着加载信号的频率增加而增加,光源的水下辐射照度整体分布不对称;当光信号传播到一定距离后,在光接收平面上,照度值各向趋于均匀分布。     

直下式LED平板灯的均匀照明设计

针对超薄LED 平板灯导光板价格昂贵以及传统直下 式LED 平板灯厚度厚和LED 数量多等 问题,设 计了新型直下式LED 平板灯。基于边缘光线理论,对光源和目标面进行网格划分并形成映射 关系,由Snell 公式推导出内外自由曲面的微分方程,采用迭代法计算出内外自由曲面数据,设计实现适用 于直下式LED 平板灯的大角度二次光学透镜。研究表明:双自由曲面大角度透镜可实现对LED 150°的大角度配光,其照 度均匀度为0.86,且能量利用率为99.5%。在 不同厚度下,利用大角度二次光学透镜的LED单元阵列距高 比(D/H)约等于3时,目标面上的照度均匀度均达到0.88以上。通过对新型直下式LED平板灯照明效果 进行模拟,结果完全满足国家建筑照明设计标准,且LED的使用数量为相同功率下传统直下 式LED平板灯的30%,减小了20mm的厚度,大 大降低了LED平板灯的生产成本。     

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。     

小功率LED光源封装光学结构的Monte Carlo模拟及实验分析

采用MonteCarlo方法对不同光学封装结构的LED进行模拟,建立了小功率LED的仿真模型,应用空间二次曲面方程描述LED的封装结构,对其光强分布进行模拟和统计.通过测量实际样品,并与模拟结果进行比较和分析,表明计算机模拟值与实验测量值比较吻合.     

用于LED光源准直的紧凑型光学系统设计

设计了一种光学系统,用于发光二极管(LED)光源准直,并通过TracePro软件仿真进行了验证。该系统采取了折射和反射式自由曲面的组合,使LED光源的发散角从70°减少到约4°,效率在约85%,系统的高度为7.65mm,口径为8.73mm。分析了折射和反射的最佳分界角区域是41°～45°,最佳分角比例因子是0.4～0.5。     

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。     

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。     

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。     

高速摄影同步触发光源系统设计及应用

为了解决高速摄影中由于时间短、同步难和照度低导致拍摄不到弹丸的问题,设计了一种同步触发光源系统。该系统以高亮度发光二极管(LED)阵列为光源,采用现场可编程门阵列进行控制。使用MATLAB软件对LED阵列进行仿真后可知,在距光源1m的中心位置上,该阵列光源的最大光照度可以达到9104Lux。实验中,实验弹出膛时启动相机拍摄,同时输出触发电平同步触发光源系统。结果表明,当实验弹的装药量为0.15g、相机帧频为5000frame/s时,经估算出膛速率大约为100m/s,并且同步触发光源有效地提高了照度和补充光照的同步程度。此研究对提高弹丸测试技术是有帮助的。     

基于LED光源的投影LOGO灯设计

根据固体照明LED光源的特点,文中提出了一款基于3.5×3.5 mm朗伯体LED光源的紧凑型投影LOGO灯系统。利用成像设计软件Code V设计一个两片式成像系统,该系统物距为2 900 mm,像距为15 mm,像高为5.792 6 mm。根据光路可逆原理,给该成像系统匹配一个准直度高、均匀度高的光源,在LigtTools软件中设计了一个分级准直透镜组,LED光源经过准直后角度为4.2°,光斑均匀度达到了91.7%。将两个子系统结合在一起,可以在2 900 mm远的接受面投影出菲林的完整清晰的均匀图案,图案直径为1 600 mm。与现有的系统相比,此系统长度短、结构简单、投影图案均匀度高。     

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。     

新世纪照明用白色LED光源

介绍发光二极管的技术进展，主要品种及其在照明领域的应用。