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。     

基于提高LED阵列远场照度的设计

本文研究了提高LED阵列在远场目标照射面内照度的方法,从而满足LED照明系统的要求。借助Lighttools软件,首先在LED阵列上建立反光杯模型,观察其与目标照射面处照度大小及半光强角的关系,之后通过在反光杯内增加透镜,适当改变放置位置,并在目标照射面上建立照度网格,最后对反光杯面型和透镜的形状作进一步优化,可在目标区域范围内得到很高的照度。     

一种LED交通信号灯的光学系统设计

设计了一款新型LED交通信号灯,在规定角度范围内光强分布均匀且直观无明显颗粒感。将高亮度LED出射光用均光透镜等光强分布在菲涅尔透镜平面上,利用菲涅尔双面透镜进行准直,通过曲面光学面罩进行出光以获得一定角度范围内的光强均匀分布,增加了可视角以及降低太阳幻像影响。利用光学设计软件Optiworks、Lighttools等对设计方案进行了模拟,将各角度光强分布模拟结果与标准要求进行了比较。通过仿真人眼对信号灯的成像,呈现人眼的观察效果。结果表明该光学系统设计满足设计要求。     

改型高斯函数用于变光斑无影灯的照度模拟

以LED为光源的手术无影灯比传统卤素无影灯有无可比拟的优点,而光斑尺寸可变又是无影灯的一个重要指标。但此时可变光斑的光学分析比较困难,为此用改型的高斯函数构建了单模块光斑及总光斑照度分布的数学模型,从而找出无影灯的照度分布在符合行业标准的范围内随单光斑形状、移动量等参数而变的规律。由模拟计算的结果可以确定无影灯总体光学设计中的重要参数,并提供LED透镜设计的要求。     

多段自由曲面透镜的设计方法

针对LED器件存在颜色空间分布不均的问题,提出多段自由曲面(MSFS)透镜。并以全反射MSFS透镜作为应用,推导出各面的微分方程。使用该方法,设计了1个8段细分的MSFS透镜,计算结果表明,光斑满足设计要求且具有较好的照度均匀度及能量利用率。从分析可知,混光规律与计算推导一致。因此该理论可在二次光学设计中对LED出光进行混合,改善光学设计存在的颜色分布不均问题。     

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。     

LED应用于照明的计算和仿真

概括了光学软件ASAP(Advanced System Analysis Program)所涉及的理论知识包括几何光学、物理光学、数学等方面;介绍了ASAP中从几何体的构建、光源的模拟、光线的追迹到分析结果的输出等一系列功能;给出了灯具设计中光通量、光强和照度的计算方法;最后利用一个LED(Light Emitting Diode)照明灯具仿真设计的例子,阐明了运用ASAP进行照明设计这一方法的便捷和直观,以及这一设计思路的可行性。     

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     

超薄透镜配光曲线的实验研究(下)

研究1种基于理想照度分布计算的理想配光曲线方法,利用该配光曲线能够快速准确地设计出1款大角度扩散透镜,以满足低成本超薄灯具出光面均匀性的要求。实验结果表明,基于该配光曲线设计的透镜,可以满足光学高度在20~50 mm超薄类灯具出光面照度均匀的需求。     

超薄透镜配光曲线的实验研究(上)

研究1种基于理想照度分布计算的理想配光曲线方法,利用该配光曲线能够快速准确地设计出1款大角度扩散透镜,以满足低成本超薄灯具出光面均匀性的要求。实验结果表明,基于该配光曲线设计的透镜,可以满足光学高度在20~50 mm超薄类灯具出光面照度均匀的需求。     

近场光度测量技术及其应用实例分析

在LED产品的二次光学设计中,光源的配光数据必不可少,但采用分布光度计测量的光强分布数据进行光学设计的效果往往与预期相差较大,这可能是因为从光源到透镜、反光杯等光学元件的距离可能很近,光强与照度之间换算的距离平方反比关系失效;同样的问题也会出现在利用LED灯具的配光数据进行照明设计的应用中。此时,基于空间亮度分布测量的近场分布光度计可解决此问题。本文详细介绍近场分布光度测量技术,并对近场测量中的关键问题进行分析。针对不同的测量对象,给出近场分布光度的测量解决方案,并进行测量实例的分析,为业界提供更为具体直观的近场光度应用建议。     

不同封装形式对紫外LED光电性能的影响

紫外LED由于波长对有机材料会存在一定程度的影响,且部分用途特殊,市场上呈现出多种不同的紫外LED封装形式。围绕平面玻璃封装、硅胶平面封装、平面玻璃填胶封装、球状透镜封装、球状透镜填胶封装等几种封装形式,对不同封装形式的紫外LED出光情况进行了实验分析。结果表明,不同封装形式之间光功率、发光角度、光强分布、照度均差异比较大,应该针对不同的领域使用相应封装形式的紫外LED器件。     

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。     

体育场四角塔投光照明的计算机辅助设计

本文提出了体育场四角塔投光照明逆过程设计方法。该设计分两步进行：首先，根据照明要求确定塔位、塔高以及单塔的光强分布；然后采用减灯法确定投光灯总数和它们的瞄准点。考虑到水平照度的均匀度并不很好，提出了一个水平照度梯度优化方案。本文还提出了如何建立瞄准点与投光灯布置关系的方法，同时详细描述了如何选择灯具以及瞄准点区域。最后根据逆过程投光照明设计方法，建立了一个体育场四角塔投光照明的计算机辅助设计系统。     

LED全反射透镜计算新方法

全反射(TIR)透镜是LED照明中广泛使用的透镜类型。现有的设计方法大多为修正法,即选择一个现有的透镜作为模型,然后根据光学仿真结果对其进行修正。这种方法的使用范围是有限的。也有直接进行形状计算的方法,但计算十分复杂。本文提供了一个不需要复杂计算的TIR透镜的从头计算新方法,即利用制造商给出的LED光强的空间分布和用户的照明要求,直接计算出TIR透镜自由曲面的坐标。此方法的TIR透镜是由透射区(A区)的两个面和全反射区(B区)的三个面两部分组成。光线在本方法中被赋予既有方向属性又有相等能量的属性,称为光通量线。把LED的全部能量平均分配到N条光通量线中,分配方法是用一个数学函数表示厂家给定的LED光强分布,沿此分布曲线分N段积分可求得N条入射光通量线角度序列。另一方面,按照用户给定的照明要求可得到照明光线的光强分布,同样可求得N条出射光通量线角度序列。把这些入射和出射光线各分成A区N1条和B区N2条两部分(N1+N2=N)。由上述两个序列,分别在A、B两个区按照折射定律计算,得到透镜五个面共5N个折射(反射)点的位置,当N足够大时可得到平滑的透镜。这种计算方法可以选择不同的计算参量,从而得到不同的TIR透镜形状,如准直透镜、不同照明角度的透镜、非均匀照明的透镜等,适合用在范围很广的多种照明场合。计算过程没有复杂的数学运算,而计算结果准确,物理意义明确,几乎不需要模拟修正就可以直接用来建模加工。此方法有较高的可靠性和灵活性。     

基于不同高度LED泛光灯实现相同照明效果的二次非球面透镜设计

本文针对不同安装高度的150WLED泛光灯二次透镜进行研究,实现了在不改变灯具与LED光源条件下,仅通过更换LED二次透镜并调整安装高度便可得到相同均匀的照明效果。使用光学设计软件LightTools设计了发光角度分别为60°、90°、120°的三款LED泛光灯的非球面透镜,选取20m×20m的地面作为接收面,分别对发光角度为60°的泛光灯安装高度在12m～22m,90°的泛光灯安装高度在10m～20m,以及120°的泛光灯安装高度在8m～18m的不同条件下进行仿真模拟实验,研究表明,当60°泛光灯安装在19m,90°泛光灯安装在15m,120°泛光灯安装在10m时,得到了中心照度分别为24．31x、24．61x、25．41x,和平均照度分别为16．61x、15．91x、17．21x的仿真结果。为了对仿真结果进行进一步验证,分别制作了60°和120°两款LED二次非球面透镜实物样品,并对其光学性能进行检测并与仿真数据进行对比分析,结果显示,二者的中心照度分别相差2．61x、2．21x,平均照度分别相差1．41x、0．61x。与仿真结果基本一致。该设计使得LED泛光灯在改变使用场所或使用目的时,不需改变整体照明系统,只通过更换LED泛光灯的二次非球面透镜便可得到相同的照明效果,大大地降低了照明器材的安装费用,从而节省了生产成本,获得了更大的生产效益。     

基于GIS的地域性光气候信息系统

地域性的光气候信息是本土化的建筑采光设计的重要基础。本文运用GIS平台,建立了地域性光气候信息系统,输入当地的太阳辐射数据,就可以获得室外照度和天空亮度分布等光气候数据。本文介绍了该系统的工作原理、模块组成、照度模型转化流程和天空亮度模型转化流程等。运用该系统可以大大丰富我国用于采光设计的光气候数据,因而可以大大提高建筑采光设计的准确性和可靠性。     

一种基于Scheme语言的LED自由曲面偏光透镜建模方法

基于非成像光学原理,设计了一种新型LED自由曲面偏光透镜,并提出用Scheme语言对其进行快速建模。根据光源辐射特性和需要实现的照明面上的能量分布,采用划分网格法,利用Snell方程和能量守恒定律,得自由曲面各节点坐标。利用Scheme语言构建透镜模型。通过光学仿真软件,模拟计算了10万条光线,1 mm×1 mm×1mm的理想光源在距离地面1 m、面积为5 m×1 m、横向偏移距离为0.5 m、偏移角度约为26.6°的矩形照明区域内的照度分布。光学仿真结果表明利用Scheme语言快速建模的光照均匀度达到82%,偏移角度为26°,同时建模用时仅为5 s,远少于3D建模软件。     

运用θ函数法实现锅炉承压部件寿命的在线监测

θ函数法是锅炉承压部件寿命评估发展到第四阶段的评估方法,与Larson-Miller相比具有精度高、外推时间长等优点。为了实现锅炉承压部件寿命的在线监测,本文以θ函数法作为基础算法,在VC编程环境下,将寿命预测步骤设计编写成计算机程序,实现了θ函数的数据拟合,并将拟合结果用于蠕变损耗分析;同时,给出了蠕变损耗的计算方法与步骤;最后,结合现场运行数据,运用θ函数法,对某电厂中材料为P91的高温过热器出口联箱进行蠕变寿命损耗的在线估算与预测,实现了θ函数法与现场实际的结合。     

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。