一种产生矩形光斑的LED均匀照明系统设计

随着LED光源芯片性能的稳步提升,各种LED光源被应用于不同领域,从而根据需要产生不同形状的光斑。在本文中,笔者提出了一种能够产生均匀矩形光斑的设计方法。在这种设计方法中,光斑的形状取决于复眼结构、聚光杯以及准直透镜对光路的再分配,此外依据研究需要成功将其应用于一些实例。     

实现均匀洗墙照明的LED嵌入式筒灯

现有的LED嵌入式洗墙筒灯,大多采用反光杯、透镜以及反光杯的控光系统,因为一个反光杯难以实现理想的光斑效果,所以通常需要在出光口增设一个反光杯来补充墙角处的光,但这两个反光杯外形结构差异较大,实际加工很难合并,且增设透镜更多起保护作用。本文提出了一种能对墙角等暗处进行补光的嵌入式洗墙灯具,通过三维建模软件建立本系统模型,导入光学仿真软件进行蒙特卡罗光线追迹与仿真分析。从仿真结果与灯具实际点亮效果看来,该系统不仅可以对墙角等暗处进行充分补光,实现在两灯安装间距为1 m,灯具距离墙面为1 m的情况下,实现洗亮3 m高墙的光学效果,同时结构简单、成本经济、加工安装方便。     

40W大功率白光LED光源模块的研制

研究了40W白光LED光源模块的集成封装技术,在一个厚度为5 mm的铝基板上制作了36个反光杯,封装36颗1 mm×1 mm的大功率蓝光LED芯片,光源模块的尺寸为40 mm×40 mm,在350 mA的电流驱动下,光通量为1750 lm左右,色均匀性良好。     

LED光源反射器特征参数对被照面照度的影响

在普通LED照明应用中,常采用多颗LED光源加装抛物线型反射器来满足照明要求。本文以9颗LED光源为例,探讨抛物线型反射器特征参数对被照面照度的影响。模拟结果表明：反射器长度不变,焦距越小,光能聚集效果越好;反射器口径不变,随着焦距的增大,被照面照度分布由光斑逐渐变为光环,中心照度逐渐降低;反射器焦距不变,随着口径的减小,被照面中心区域的照度几乎不变,但两侧的照度略有下降。在反射器口径面加装磨砂透光板后,被照面聚光区域的照度下降明显,但是被照面照度分布更加均匀;按环形排列方式增加LED光源的数目仅增大被照面的照度。     

均匀照明方形光斑的LED自由曲面透镜设计

根据边缘光线原理并利用划分网格的方法设计出一款配光透镜,获得了方形均匀光斑。研究结果表明：它既适用于点光源,也适用于扩展光源。当透镜高度与LED光源尺寸之比为10：1和5：1时,相当于点光源,目标面的照度均匀度高达90％,系统的能量利用率为88％。当透镜高度与LED光源尺寸之比为10：3,2．5：1,2：1时,相当于扩展光源,目标面的照度均匀性在80％以上,处于较高的水平,系统的能量利用率达88％左右。该配光透镜对扩展光源保持较高的能量利用率和照度均匀性,适用于投影显示和室内外照明,有着广阔的应用前景。     

一款轻型的LED医用头灯的光学设计

使LED光源和照明器件的光学系统相匹配,光学设计至关重要。设计了一款轻型的LED医用头灯,用光学模拟的方法,设计和优化了由四片透镜组成医用头灯的匀光系统,挑选了适合本医用头灯的LED光源,得到40cm处、大于8 cm直径的均匀圆形光斑。实验测量的结果表明,光斑处的照度满足本医用头灯的照明需求。     

基于折射-反射-折射结构的LED准直系统设计

为解决LED作为朗伯光源难以直接应用的问题,运用非成像光学设计理论,提出一种面向大功率LED的准直系统设计方法,采用折射-反射-折射式(RXR)的光学系统对LED大角度范围内的出射光收集并准直,得到较小发散角度的准直光束。首先利用光学扩展量守恒定律、边缘光学原理以及同步多曲面(SMS)设计方法计算系统轮廓曲线上点的坐标,然后在SolidWorks中对坐标点进行拟合得到轮廓曲线,进而得到整个系统模型及适合数控加工的面型数据,其出光口径为50mm。借助光学仿真软件TracePro进行模拟,发现光束发散半角在±1.3°左右,能量利用率在90%以上。结果表明,用该种方法设计的准直系统结构简单,体积小,便于应用,有效实现对LED出射光的收集和准直。     

组合光谱LED植物生长光源的优化设计

通过实验和仿真分析研究了LED灯珠类型、侧板结构及灯珠排列方式对LED植物光源光照强度和均匀性的影响。首先,基于贴片型和大功率型两种不同灯珠,设计了四种侧板的LED光源模组,对不同距离受光面内的光量子通量密度及均匀性进行了测量与分析,结果显示:大功率型LED光源模组在30°倾角反光侧板结构下具有光照强度大、均匀性好、发热低的优点。随后利用Tracepro软件基于大功率LED灯珠构建了条形植物光源模型,对灯珠排列方式与光源均匀性间的相关性进行仿真分析,结果显示:通过改变灯珠排列方式可以改善光源均匀性,对称双重等差数列的首项为30 mm时LED条形光源的均匀度最高,均匀性良好,其排列合理。     

实现LED台灯均匀照明的自由曲面透镜仿真设计

针对LED台灯照明区域照度均匀度不足的现状,提出了利用自由曲面透镜实现二次光学配光的方法。基于光源的朗伯光学特性,建立理想LED点光源与照明区域的余弦拓扑关系,并依据Snell定律通过MATLAB编程迭代计算自由曲面的母线。利用Tracepro光学软件仿真分析了光源实际尺寸对配光效果的影响,并探讨了透镜尺寸与配光效果的关系。经仿真优化的自由曲面透镜,实现发光半径2mm的LED光源在台灯要求的照明区域上均匀度（最小值/最大值）达到95%,同时光的利用效率提高20%以上。     

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。     

管型基元LED的研究

该文阐述对一种采用微晶芯片制成的管型基元LED的研究,这种管型基元LED结构是将N个≤25μm×25μm的芯片贴装在透光导热良好的基片上,通过串并联后再与梳篦状结构的导电和导热的反光板连接,然后再将其装入透光性好的玻管,两端分别用特殊形状的插接端子引出电源,并气密性封接和充入1atm以上的干燥氮气或其他惰性气体。这种管型基元LED的测试结果表明,其光效比同批次采用1 mm×1 mm尺寸的芯片提高1倍以上,而且在输入电流加大25%左右时也没有明显降低。研制成果表明它能为普通照明和液晶显示器的背光照明提供一种高光效的管型基元LED元件。     

基于LED的自由曲面反射器设计软件研究

针对LED自由曲面反射器设计,建立了光学设计模型。根据光学设计模型,编写了自由曲面反射器设计软件。利用圆形照度均匀分布和矩形照度均匀分布自由曲面反射器设计实例对软件算法进行了验证,其中圆形被照面的照度均匀度达到了0.92,矩形被照面横向照度均匀度达到了0.9,纵向照度均匀度达到了0.8。软件计算时间少于1s,算法是高效可靠的。本软件可用于道路照明、投影设备、重点照明和汽车前照灯等非成像光学设计领域。     

节能灯具反射器快速钣金成型线的研制

节能灯具反射器快速钣金成型线主要应用于LED节能灯具反射器的钣金成型制造。本文研制开发了以复线机械结构、步进冲切、复合辊轧成型工艺(线性渐变辊轧成型技术、反复弯曲辊轧成型技术)、CCLINK总线控制、软件控制为核心的综合解决方案,实现了节能灯具反射器的高效、节能、智能化生产,解决了制件尺寸波动、翘曲变形以及磕碰划伤等问题。     

组合式LED自由曲面前照灯的近光配光设计与仿真

本文从汽车用前照灯国标GB25991-2010 出发,在已知光源属性的前提下,利用RefCAD设计了适用于高亮度白光LED的自由曲面反射器,将多套反射系统组合成汽车前照灯,并通过TracePro仿真模拟,分析各测试点、区域的照度值,其设计结果能较好地符合国标对近光的要求.该方法能更充分发挥LED的优点,提高了光能利用率,且大大优化和节省了设计空间.     

基于大功率LED的弱视治疗仪光源系统

针对传统弱视治疗仪光源系统存在寿命短、效率低、操作复杂等缺点,本文提出了一种基于大功率发光二极管(LED)的新型光源系统.运用非成像光学设计方法实现光学系统,由5种颜色的大功率LED、反光碗、平凸透镜和磨砂玻璃共同组成,为弱视治疗仪提供均匀照明光源.用脉宽调制(PWM)技术控制光源亮度变化,通过控制步进电机转动完成光源的初始定位和颜色切换.实验测试表明,该LED光源系统性能稳定,满足弱视治疗的技术要求.     

LED路灯与高压钠灯路灯能效比较分析

通过对LED路灯现场测试,并在实验室的进行数据验证,然后采用DIAlux软件模拟高压钠灯照度数据,与LED路灯进行能效分析比较,得出LED路灯的节能情况,为深圳市政府推广LED路灯提供数据参考。     

LED成像分布光度计的研究

本文探讨了目前LED分布光度计的发展状况,主要是对基于成像光度学,采用CCD或是数码相机作为分布光度测量手段的仪器进行了分析和研究。此研究根据LED为半面发光的特点,采用抛物面反射器的设置,对LED的发光进行聚光反射,LED方向可通过步进马达进行一定角度的转换,从而得到不同角度位置的光斑,使用CCD或是数码相机进行测试。得到LED反射的发光光斑后,通过合适的图像处理,可根据光斑得到LED的配光曲线。