自由曲面LED汽车前照灯光学透镜设计方法

由于LED配光特性不同于传统光源,为了将LED 应用于汽车照明中需对LED 进行二次光学设计。文中根据LED 汽车前照灯的配光特性,提出了一种自由曲面LED 汽车前照灯光学透镜的设计方法。首先由能量守恒原理,在接收屏上的坐标和透镜自由曲面上的坐标之间建立能量的一一对应关系,基于非成像光学理论,采用照度优化设计法,运用数值计算求解出光学透镜曲面各个点坐标的坐标值,并使用三维模型软件制作出透镜光学模型。通过蒙特卡洛模拟法来追迹光线仿真,最后的配光效果完全满足《汽车用LED前照灯》（GB25991-2010）标准,系统的光学效率得到显著提高,可达到91%。     

非球面内表面调制的自由曲面配光透镜设计方法

传统自由曲面LED配光透镜由于在自由曲面求解时存在误差,往往导致最终配光效果不理想。为了进一步提高配光效果,提出基于非球面内表面调制的自由曲面配光透镜设计方法,采用非球面内表面对自由曲面的求解误差进行补偿,有效地减小了自由曲面的误差对配光效果的影响。通过对自由曲面求解误差进行定量计算,建立用于补偿误差的非球面内表面设计方法,形成了基于非球面内表面调制的自由曲面配光透镜的完整的设计思路。将这一方法应用于矩形照明区域的LED路灯透镜设计之中,相对于传统自由曲面配光透镜,照度均匀度由0.66提高到0.73,能量利用率从47.3%提高到63.2%。     

照明系统中配光元件反射-吸收损耗的计算

在照明光学设计中,光通量利用率是配光元件的一个重要评价指标。基于菲涅尔公式,建立了配光元件反射-吸收损耗的理论模型,并探讨了其适用范围。利用该模型分别计算了自由曲面平凸透镜和全内反射透镜的反射-吸收损耗,并与软件仿真和实验实测的光通量损耗数值进行了对比。研究发现,该理论模型的计算数值与光学软件的仿真结果高度相符,点光源60°平凸准直配光透镜和全内反射透镜的透射率绝对误差分别为0.7%和0.14%,考虑装配误差影响之后,此数值与实验测量结果也基本匹配。利用本研究所建的反射-吸收损耗模型,在照明光学设计中,无需进行软件仿真和实验测试,即能快速而精确地预测出各类配光元件在各个光学表面上的反射损耗和材料吸收损耗,为配光元件的性能评价、结构选择和优化定型提供参考依据。     

用于室内照明的自由曲面均匀配光透镜设计

以非成像光学为基础,设计了一种在大发散角范围内均匀配光的大功率LED室内照明二次配光透镜方案。采用划分网格法建立光源LED和接收面的映射关系,推导透镜自由曲面面形的一般方程,采用差分法求解透镜面形方程获得面形轮廓数据,再用三维软件建立透镜模型,通过光学仿真软件对所建模型进行光线追迹。结果表明:此方案适用于40°～140°配光角度要求的均匀配光;仿真配光角度120°的照明系统,当透镜的口径与LED发光面直径之比大于等于10时,照明系统的均匀性优于0.9,能量利用率大于92%,且照明效果不受接收面高度的影响。该设计方法为实现大功率LED室内均匀照明系统的小型化和简单化提供了一种有效的途径。     

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。     

投射式LED汽车近光灯自由曲面透镜设计

根据LED光源的发光特性,设计了一种由椭球反射器、挡板和自由曲面透镜所组成的投射式LED近光灯系统。基于非成像光学理论,建立了LED光源经椭球反射器后的出射光线角度与照明平面上坐标的对应关系,结合折反射定律计算透镜自由曲面上的点坐标,通过建模软件将坐标点拟合成曲面实体而得到自由曲面透镜模型。采用蒙特卡洛光线追迹法进行仿真,结果表明:其配光结果完全满足GB4599-2007标准,而且体积小,视野广阔,边缘区域光能也较高,光线利用率达到95.92%。     

用于直下式LED背光模组的折反混合式透镜

提出一种折反混合式透镜的设计方法,该透镜包括5个自由曲面,大角度的光线通过2个自由曲面进行折射,其他角度范围的光线则进行反射调控,以加大光斑面积.该方法首先建立光源-目标面的能量网格映射关系,基于Snell定律构建自由曲面透镜面型.仿真结果发现:点光源时,目标面照度分布符合设计要求,换为面光源后,目标面照度分布有明显下...     

自由曲面的LED路灯透镜的设计

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.良好的道路照明要求LED路灯的配光为长方形的光型,路灯发出的所有光刚刚可以覆盖住马路,而马路之外的光污染几乎为零.非对称自由曲面二次光学元件的采用可以使LED路灯的长方形配光直接在单个LED模组上完成.整体路灯只需要将这些LED模组阵列按照相同方向简单地排列即可,从而可以简化路灯机构、散热及控制电源的设计.介绍了LED路灯的光学设计,及一种用于LED路灯的自由曲面二次光学透镜的设计方法.     

圆锥曲面Fresnel透镜数值设计方法

Fresnel透镜是最常见的太阳能聚光镜之一,曲面Fresnel透镜通常比平面Fresnel透镜具有更加优越的性能。基于非成像光学理论,提出了一种新型曲面Fresnel透镜的设计方法。曲面Fresnel透镜采用圆锥曲面基底,在满足Fresnel透镜机械参数要求的前提下,实现Fresnel透镜第二工作面面型的求解。基于可加工性的要求,利用该方法设计了不同形状的曲面Fresnel透镜,通过光学仿真分析了曲面Fresnel透镜的结构参数对聚光镜会聚比、容忍角、光照均匀性的影响,并分析了超精密加工条件下,由于加工误差对光学效率的影响。该设计方法为参数化曲面Fresnel透镜的分析提供了一种新的途径。仿真结果表明,具有小深宽比的曲面Fresnel透镜具有更好的均匀性和更高的能量利用率。     

基于照度分割反馈法的扩展光源背光源设计

以LED为扩展光源,提出一种基于照度分布分割与反馈的方法为LED设计非常紧凑的光学自由曲面透镜,进而设计实现了大距高比(DHR)的直下式背光源.与子光学面联接构成光学面的过程相对应,总照度分布被分割为子照度分布.通过修正子光学面来调整子照度分布,使得总照度分布足够接近于目标照度分布,所需光学面就被构建出来了.该设计过程不依赖于仿真,简便易行,适用广泛.作为实例,一个非常紧凑(透镜的中心高度与LED尺寸相等)的自由曲面透镜被设计出来,作为直下式背光源的配光透镜.仿真结果表明,背光源照度分布的均匀度达到了0.91,相对标准差(RSD)低至0.020 2,总的光能利用率达到了85.5％.     

探照灯系统的光学特性分析与应用

介绍了探照灯系统光路实现的基本过程．分析了光束的散射特性、光束特征和轴向光强的空间分布特性．阐述了系统在红外侦察、防暴致眩、搜救监测和信号指示等领域的应用．通过对探照灯系统的光学特性的分析,总结了影响探照灯系统性能的重要因素,提出了一种优化系统设计的途径．     

水中气泡激光后向散射衰减特性研究

采用Lambert-Beer定律对水中气泡后向散射光功率进行理论分析,并采用激光功率计对位于不同距离以及不同密度的气泡幕后向散射光功率进行测量,对测量数据进行了统计和分析.结果表明,气泡的后向光散射信号相当微弱,但由于气泡幕的存在,后向散射光功率有所增强;气泡幕后向散射光功率随气泡幕与探测器之间的距离变化,其关系服从Lambert-Beer定律;后向散射光功率与气泡密度有关,气泡密度越大,后向散射光功率越大.     

位置指示光源对PSD定位精度影响的实验研究

简单介绍了PSD在国内外发展和研制动态,并就位置指示光源对PSD定位精度的影响进行了实验研究。实验证明:在位置测量时,指示光源强度波动对PSD定位精度并非像一般理论所认为的那样没有影响,而只是在特定范围内没有影响或影响甚微。同时,实验还表明,光源的光斑大小、形状对位置精度也有一定的影响。     

LCoS光引擎中分光合光部分的技术分析

光引擎是LCoS投影技术的核心,而分光合光又是光引擎中的一个重要技术。文中对光引擎中分光合光部分的元件、原理、过程作了比较详细的技术分析和研究。     

光学系统--等效透镜的集光特性

主要介绍了可等效成薄透镜的光学系统的集光特性，即通过分析等效光学系统的光辐射通量与物体在三个不同位置时的关系，得出光学系统物距的改变不会使投射到光电器件上的光辐射通量发生变化的结论。     

高可靠小车红外光循迹设计原则

小车采用传统光循迹电路有两点不足：一是容易受环境光线的影响而造成误判;二是光衍射现象又容易被相邻的光敏管接收也造成误判。针对这两点不足,提出设计原则是采用低占空比强红外光调制发射能克服环境光线的干扰;再对光接收信号进行交流放大后解调能进一步克服环境干扰;采用逐个循环发射、接收能克服光衍射对相邻光敏管的干扰。最后对改进型的方案予以设计,给出电路结构框图及部分电路图。     

一分二光节点的链路设计

随着用户逐年发展,网络逐步扩大,电缆干线的放大级数已超过原设计标准,使用光分路器把光节点一分二,以减少放大级数,提高信号的传输质量.     

无机、有机LED和EL白色发光及绿色照明

用无机白色ＬＥＤ照明由于不含Ｈｇ，因而无公害，被称为绿色照明。描述了无机ＬＥＤ的特性及进展，特别描述了与发光粉结合成新的白光ＬＥＤ的发展动态；同时还评述了无机白光ＥＬ和有机ＥＬ白光发射在绿色照明应用的可能性。     

基于结构光标记的光场三维成像技术研究

由于四维光场数据中记录了场景中所有光线的方向和强度,通过对其分析和计算即可获得空间场景中对应点的3D坐标。但是目前对光场数据进行处理所采用的重聚焦和多目视觉方法,由于空间场景中特征较少,导致很难确定光场数据中的对应关系光线,因此,重建获得的3D数据不仅稀疏而且精度较低。针对此,提出了一种使用结构光投影技术对三维场景进行标记,并根据相位标记精确的建立起光线之间的对应信息,最终快速地计算出空间场景3D数据的方法。由于4D光场矩阵中存储的是光线相位而不是传统方法中的强度,并且还记录有不同方向的光线信息,因此,该方法不仅提高了传统光场三维重建的精度,还可以解决以往结构光投影三维测量方法中存在的遮挡和高光反射问题。最后通过实验验证了所提方法的可行性和准确性。     

水体散射对气泡后向光散射特性的影响

采用Lambert-Beer定律对水中气泡幕前向、后向散射激光功率进行了理论推导,得出了接收信号信噪比的计算公式.采用光学遮挡的方法对近距离水体后向光散射信号进行屏蔽,采用激光功率计对后向光散射信号进行测量.结果表明,近距离水体后向光散射对气泡的后向光散射影响显著,对近距离水体的后向光散射信号进行抑制,可以显著提高接收信号的信噪比.