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。     

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。     

基于朗伯型反射微结构的LED室内照明光源设计

提出了一种基于朗伯型反射面的LED间接照明系统,即LED光源出射的光全部通过朗伯型反射面反射后再照射目标区域,该系统具有光源亮度均匀、灯具效率高等优点,很好地解决了高亮度LED点光源给室内照明带来的眩光问题。首先提出了一种能够很好逼近朗伯反射面的复合型微结构表面,并通过Lighttools光学仿真对其分布参数进行了优化,使最终结果在不同光线入射角的情况下,都具有较理想的余弦反射特性。在此基础上,设计了整体光学系统,使其实现了近180°范围的角度亮度的均匀性和高达84.7%的灯具效率,验证了间接照明方法的可行性。     

基于多球面封装透镜的LED微型投影仪的光源设计

提高光能利用率是现阶段LED微型投影仪的技术难题,而提高光源的取光效率则是提高整机光效的前提和根本途径。对于以LED为代表的朗伯源,其光学元件的结构是制约光能利用率的最大因素。我们提出了一种基于多球面单透镜的LED光源设计方案并进行了光学仿真,将LED的一次封装和二次光学设计整合为一体,简化了光源系统结构,取光效率提高到94.9%,同时压缩了出光角度和光学扩展量。     

用于背投电视的LED光源

发展了一种带初级光学元件的新型LED光源，其亮度水平已适合将来背投电视的要求。讨论与此种LED封装性能密切相关的议题：基础的芯片技术、合适的的封装设计和初级光学元件。同时也介绍了在背投电视中使用LED光源的一些优点。     

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...     

矩形光场LED一次透镜光学设计

定义LED器件的光学结构,建立LED封装的数学模型及其方程,运用龙格一库塔法在Matlab求解方程,获得具有矩形均匀照度光场的LED在x、y两个方向截面曲线的相关数据,在Solidworks中建立自由曲面模型,将模型导入Tracepro软件,通过Tracepro修改模型及光学仿真,得到希望的LED矩形光场一次透镜光学模型.     

面向可见光通信的LED空间辐射特性仿真实验研究

LED已经广泛渗透到大众生活的照明、指示、通信、定位等众多领域。特别是在可见光通信领域,LED自身的空间辐射特性主导了其在不同可见光通信场景的实际性能。实际上,如何基于不同类别、不同复杂程度的光源辐射特性解析模型,平滑地实现LED光波束三维建模及直观展示,仍然缺少针对性的阐述和讨论。面向各类新型光源应用对LED空间辐射特性的表征实验需求,本文提出了面向LED朗伯辐射特性、对称非朗伯辐射特性以及非对称非朗伯辐射特性空间建模及直观展示的仿真实验方法。该方法能够满足商用迥异LED光波束的三维展示需求,同时能够满足对LED空间辐射特性进行针对性地二维剖析需求。此外,上述工作为后续开展可见光通信组合光波束的优化设计提供了路径和便利。     

小功率LED光源封装光学结构的Monte Carlo模拟及实验分析

采用Monte Carlo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.     

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.     

A precise model of LED lighting and its application in uniform illumination system

Optical models directly effect the irradiance distribution of observed surface. Traditionally, approximate Lambertian models are widely used in designing the light-emitting diodes (LED) arrays in spite of their errors compared with the experimental data. But now a novel LED optical model for uniform illumination system has been proposed, in which the curve-fitting technique is used to reduce the inherited errors and modify those previous models. The points from the curve of the LED light intensity are adopted, and a spline curve is designed for fitting, which obtains the revised mode. To verify its feasibility, we apply the new model in a 4 × 4 array design. The results show that compared with the approximate Lambertian, the light intensity distribution produced by the fitting model is more uniform and intense, as is expected.     

Freeform optical element for uniform illumination

The energy from a source was rearranged through reflection or refraction by a freeform optical element in order to get the desired uniform illumination.The numerical results of first-order partial differential equation sets had been investigated to obtain the freeform optical element, and the equations could be used to get the characteristics of the light source and the desired illumination. For example, a light emitting diode (LED) with a Lambertian light emitting surface of 1 mm × 1 mm was applied as the light source. Two kinds of freeform reflectors and one freeform lens were designed for different illuminations, and the simulated uniformity was near to 90%. Considering the size of these freeform optical elements, the illumination system can be very compact and efficient if the freeform optical element is applied in the illumination system of projectors with LED as source.     

适用于单片LCK投影机之均匀且准直的高亮度LED 灯的最佳化设计

研究以配合新型单片式液晶显示面板结构,设计-个发光二极体灯罩模组,套用于发光二极体晶片上,使其出光达到准直及均匀的光束,便将出光直接投射到液晶显示面板上,我们先以点光源计算求出灯罩模组相关参数,再配合 ZEMAXTM及ASAPTM光学软体进行优化模拟,在此我们以 1 mm×1 mm之 Lambertian 分布光源做模拟,在有效面积里面的均匀度为 85.4%,半强角为 4.8°.     

基于朗伯模型参数估计的VLC室内定位优化算法

为实现高精度室内定位,本文设计了一种可见光 通信(VLC)室内定位系统,并通过 结合优化的朗伯模型、码分多址技术(CDMA)、三边定位算法而有效提升了定位精度和系统 扩展性。首先,每个发光二极管(LED)的ID信息经过直接序列调制后加载到LED驱动电路上 ,LED发出带有自身ID信息的灯光信号。在接收端通过光电探测器(PD)接收灯光信号,并 根据扩频码的正交性恢复出ID信息及接收信号强度(RSS),以此提高信道容量并增强系统 抗干扰能力。然后,根据朗伯光源模型,由三边定位算法得出待定位点的定位估计坐标。为 进一步提高精度,引入k最近邻(KNN)思想,采集适当的指纹点并由指纹点信息对每盏灯在 定位估计坐标处的朗伯光源模型参数进行估计,由优化后的朗伯模型计算出精度更高的定位 坐标。在1m×1m×1.35 m的空间区域中,进行本VLC室内定位系统 的实验测试。结果表明,提 出的高精度VLC室内定位系统的平均定位误差降低至2cm左右,其定位精度相比于传统三边 定 位算法提升了30%。此外,该系统方案所采用基于指纹点信息优化朗 伯模型参数的方法具备良好的实用扩展性,可实现广阔的应用场景。     

室内可见光通信MIMO信道相关性研究

多输入多输出(MIMO)技术是室内可见光通信发展的一个重要方向,信道相关性是影响其性能的一个重要因素。为此,研究了影响MIMO信道相关性的主要因素。首先,根据朗伯辐射模型,从理论上建立了MIMO信道模型并推导了MIMO信道相关性与空间距离参数的关系;在此基础上,建立了实验验证平台,通过实验验证了理论结果。理论及实验结果都表明:MIMO信道相关性随着发光二极管(LED)距离的增大而增大;随着光电探测器(PD)距离的增大而增大;随着LED平面与PD平面距离的减小而减小。研究结果对于室内可见光MIMO通信中LED及PD的布局有重要的指导意义。     

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。     

Mean-time-to-failure evaluations of encapsulation materials for LED package in accelerated thermal tests

The mean-time-to-failure (MTTF) evaluation of encapsulation materials of LED package in accelerated thermal tests is presented. The Weibull and Arrhenius theory was used to characterize the thermal degradations of encapsulation materials for LED package in a quantitative investigation. The shape parameter, scale parameter, MTTF and activation energy (E_a) could be obtained to potentially provide clear values for comparison and understanding. The results showed that the glass as encapsulation material of LED modules exhibited better thermal stability than the silicone encapsulation by about 7 times in lumen loss, 2 times in chromaticity shift, and 3 times in correlated color temperature at 150 °C. Furthermore, an order magnitude MTTF improvement at room temperature was achieved in the glass encapsulation case.