逐步逼近法计算LED透镜

提出了一个逐次逼近的计算方法,扩展了对LED自由曲面透镜的计算能力。首先用光通量线方法计算来自LED的n条光线的角度,使它们携带着相同的能量;再由照度分布要求求得像面上n个目标落点的位置。设定一个尝试平面为透镜的最后一面,并任意给定此平面上的n个尝试折射点位置,从而得到n个总的光线偏折角。按给定的透镜各面偏折光线能力的权重把总偏折角分配到各面,得到每个表面前后的光线角度,再用折射定律求得构成各面的n个连续的小面。同时可得到光线的修正方向,用于下一次循环计算。这样逐次逼近计算,直至误差满足预先给定的任意小量的要求。新方法可以用于多种计算,包括像面照度分布事先给定、一个或多个透镜的形状的同步计算、远场或近场照明、照明面是平面或曲面,或者以上这些情况的结合。该方法有很强的计算能力,简单易行,且以一个很快的收敛速度达到相应的精度。     

具有反射透射两用表面的LED自由曲面透镜的逼近法计算

让透镜的一个全反射表面同时又能折射,则可以使得透镜结构简化体积减小。但对这种双功能曲面,一般的自由曲面计算无法进行。本文提出了用一种逐次逼近法进行这种透镜形状的计算。在一个薄形准直透镜的例子中,光线从LED出发经入射面射入透镜,被双功能面反射向纯反射面,再由纯反射面返回双功能面,透射出去成为平行光。计算方法是用一个小循环逐次修改纯反射面形状,使得光线出射后满足平行光的要求。再用一个大循环逐次修改双功能面的形状,使得出射光线在透镜表面分布均匀。文章给出了本方法的详细步骤,并举例设计了一个准直透镜,其实测透镜光束角为±2.5°,比市售准直透镜的同照明距离延长了约4倍。本文的方法对这类一个表面既能反射又能折射的透镜设计有普遍意义。     

光通量线方法用于LED二次光学设计

提出了一种非成像光学设计的新方法称为光通量线法。从已知的LED光强分布和要求的像面照度分布或要求的灯具光强分布出发,用此方法进行LED二次光学透镜面型的逆向设计,可以一次性求得透镜的两个或多个自由曲面的形状。本文全面介绍了光通量线的定义、性质、计算方法,以及由光通量线求解透镜表面形状的方法和程序,还简单介绍了若干运用本方法计算的实例。本方法有着简单、直观、实用等优点,可以用在多种场合,也可以用在自由曲面反射镜的设计中,多年来已经在许多光学工程设计中得到了成功的应用。     

多表面LED二次光学透镜设计的偏折能力分配法

分析了多透镜系统的优点,提出了LED透镜的两个或多个自由曲面同时设计的新方法,称为偏折能力分配法。从已知的LED光强分布和希望的照度分布出发,设置透镜的多个表面对偏折光线能力的权重,利用非成像光学的光通量线设计方法,可以进行多个曲面LED透镜面型的逆向计算,一次性求得透镜的多个自由曲面的形状,而且只要简单地改变权重就可以控制透镜的总体形状。我们还给出了用本方法进行的无影灯双透镜设计的实例。本文的方法简单直观,通用性较强。     

基于复合抛物面反光杯和菲涅尔透镜组合的洗墙灯LED条形光斑设计优化

根据非成像光学设计原理和方法,提出一种基于复合抛物面反光杯和菲涅尔透镜组合的LED条形光斑光学器件设计。采用Tracepro软件对反光杯的反射面进行二次抛物曲线拟合和菲涅尔透镜折射棱齿斜率进行计算,并对此条形光斑光学系统模拟与分析,制作实际模型测试,达到洗墙灯具所需光束角(50%Imax)[C0/180]面为10°和[C90/270]面为60°的条形光斑,且20 W洗墙灯具在5 m远处平均照度可达140 lx,可以解决传统全内反射TIR条纹透镜副光斑大、光线利用低、洗墙距离短、灯具眩光等问题。     

LED光源透镜相关专利简介

1一种LED一次封装自由曲面透镜及其设计方法公开(公告)号:CN102168838A摘要:本发明属于光学透镜领域,具体涉及一种LED一次封装自由曲面透镜及其设计方法。该透镜由平面和自由曲面组成,平面对应于内表面,自由曲面对应于外表面,自由曲面用来实现均与照度和矩形配光。当LED芯片发光面发出光束,经过内表面的折射,入射到一次透镜,再经过自由曲面出射到路面上。自由曲面的形状根据能量守恒定律和照度均匀性要求     

基于LED道路照明的偏光透镜设计

基于非均匀网格划分法设计了一种用于LED道路照明的偏光透镜。该透镜能够把LED发出的光线更多地投射在路面上。这种偏光透镜设计减少了道路外的光污染,同时有效提高了路面的光线利用率。在光学软件Lighttools的模拟中,测得整个光学系统照度均匀度为77.6%。并且充分考虑材料的吸收损失和界面的反射损失后,光能利用率高达84.5%。在照明仿真软件Dialux中对该偏光透镜的配光曲线IES模型导入后在模拟道路中进行计算仿真,得到其亮度总均匀度为0.74,并且眩光限制阈值增量控制在9%。所以,该偏光透镜的亮度均匀度、照度均匀度及眩光控制等指标都很好地满足了我国《城市道路照明设计标准》的要求。     

大功率LED的二次光学设计研究

研究大功率LED光源模型中将LED看作朗伯光源的条件。对蓝光LED、白光单芯片LED、白光双芯片LED和白光三芯片LED进行测试,分析不同的芯片排列对LED光强分布的影响。结果发现单颗芯片封装的LED的光强分布并不是理想的朗伯分布。研究LED光源中影响配光曲线的因素。建立朗伯光源模型,得出LED光通最在朗伯模型中的计算方法。将光通矗在朗伯模型下的计算值与实测值进行比较,得出模型中光通量与实际情况下的差别。通过LED的配光曲线分析LED透镜对蓝光和白光光源的光强分布影响。     

实现道路均匀照明的LED自由曲面透镜设计方法综述

LED是一种新型的光源,具有传统光源无法比拟的优点,但是由于本身的发光特性,在应用于道路照明的时候需要出自由曲面透镜来改善光线的分布状况,本文就目前常见的设计方法进行了简要的介绍,并着重介绍了两种最有效的方法:微分方程法和划分网格法,同时分析了每种方法的特点以及适用范围。     

LED RGB投光灯中的色散分析及其优化设计

根据光在均匀介质中的折射原理,从理论上分析了LED灯具透镜引起色散的原因。针对因折射而产生的色散现象,提出了降低色散影响的若干措施,并以RGB投光灯为例,设计了一个带微透镜阵列的全内反射透镜。模拟和实验结果表明,该透镜能对R、G、B三种光线实现较为一致的发光角度和光强分布。     

从光分布考虑选择合适LED功能灯灯具——LED功能灯在宁溧路道路照明工程中试用的一些思考

该文简要阐述了LED灯具光分布对路面照明效果的影响,结合宁溧路试装LED灯具的光分布计算及测试分析结果,总结了在选择LED灯具时应综合考虑的影响路面照明效果的因素。     

用于道路均匀照明的LED自由曲面透镜设计

鉴于LED在道路照明应用中的复杂性和特殊性,以非成像光学为基础,提出了一种新颖的用于道路均匀照明透镜设计方案。运用微分几何原理,建立自由曲面面型的一阶拟线性双曲型偏微分方程,并在matlab中进行数值求解,将所得面型数据导入SolidWorks中建立透镜模型,该透镜将LED朗伯分布转化为道路照明所需的蝙蝠翼分布。通过Tracepro对所建透镜进行光线追迹,结果表明10m处目标面的整体均匀度在85％以上,能量利用率为89．2％。在对扩展光源配光时,该光学系统仍保持较好的照明效果,不仅有效照明区域符合预期,且照度均匀度优于0．80。用DIALux模拟该透镜组成的5＆#215;10式模组的路灯系统的照明效果,结果显示路面照度均匀度达0．83,符合国家标准。     

基于路面亮度系数表的路灯配光优化及透镜设计

本文参照了国际照明委员会CIE所颁布的路面亮度系数表,以C2路面为例讨论并设计了一种路灯的配光分布,同时满足较高的照度均匀度和路面亮度均匀度的要求,并获得了较高的能量效率Q（Lav／Eav）。基于此优化配光,采用笛卡尔椭球阵列设计了自由曲面透镜,在Dialux中验证了该透镜的配光性能,实现了Uo=0．6,UL=0．7,UE=0．68,Q=0．088的照明效果,与预期结果基本一致。     

LED平面光源路灯的配光及道路照明计算

LED平面光源是LED应用于照明领域的新型封装产品,文中针对LED路灯配光成本过高问题,提出了一种将灯壳的防护、散热功能和配光结合在一起,几乎不增加成本的LED平面光源路灯的配光方案,给出了对应的路面照度的计算方法,并结合实例利用excel的宏调用功能模拟计算道路的照明效果。应用这些方法,可以在给定道路和布杆情况下模拟确定最适宜灯具的参数,同时也可以为道路照明设计提供参考。     

LED道路灯具照明性能测试技术研究

概述了几种常见道路照明测试技术及方法的特点,针对新型LED道路灯具的配光特性,重点介绍了一种简便、高效的单灯实测合成测试方法。通过对实际测试案例进行不同测试方法所得数据的比对分析,论证了单灯实测合成方法的可行性和科学性,对LED道路照明灯具的开发及相关测试技术的研究有一定借鉴意义。     

PC透镜紫外老化对道路照明效果的影响

本文以LED路灯为例,实验测试了其PC透镜在紫外老化前后配光性能的变化,模拟计算了这种变化对道路照明效果的影响。结果表明,当PC透镜紫外老化时,其配光特性发生改变,相应地道路照明效果可能无法满足设计要求。建议有关标准应考虑紫外老化对LED路灯配光性能的影响。