一种实现均匀照明的LED反射器设计

LED被越来越广泛的应用于各种照明领域,对其配光的要求越来越高。本文根据非成像光学理论,提出了一种实现LED矩形均匀照明的反射面设计方案。根据LED光源的发光属性和照明面的光强分布建立偏微分方程,利用数值求解法求出自由反射曲面。通过光学软件进行模拟,模拟结果显示照明区域照度均匀度达到85%以上,证明方案是可行的。反射面对光线能量的利用率高,生产加工更加容易,有利于降低生产成本。     

LED封装光源光学设计的研究现状

为了提高LED封装光源照明系统的光照效率和照明空间颜色的均匀性,并根据不同的应用环境照明系统的光形进行控制,对LED封装光源照明系统进行光学设计及设计方案的优化必不可少。本文针对目前LED封装光源中的点光源、扩展光源以及自由曲面光学设计的研究现状进行分析,并对LED封装光源光学设计的发展趋势进行了探讨。     

用于隧道路面检测的照明系统设计

为保证隧道路面检测系统的高检测精度,本研究设计了一款适用于自动路面检测系统的双光源照明系统来实现被测路面的均匀照明。该系统通过9×7矩形LED阵列配以矩形复合抛物面聚光器对5 m×2.2 m的路面进行双光源倾斜照明,两光源之间的距离为1.3 m,向车辆后方及车辆外侧分别倾斜13°和26°。经过不断优化,在1.8 m的照明高度下,该系统的光照均匀度达到84.24%,被测路面的平均光照度达到21 135 lx,光能利用率为58.5%。相较于目前隧道路面检测的照明系统,本文设计的系统稳定性较好、照度较高、照明范围较大,公差要求原则上满足现代加工水平,并且成本较低、寿命较长、结构紧凑、容易装调,可满足隧道路面检测的照明需求。     

道路照明节能设计中的中间视觉评价方法

道路照明水平处在中间视觉范围内,但是用以评价道路照明节能情况的指标照明功率密度值仍是以明视觉为基础计算确定的,这不符合道路照明实际情况,也不利于道路照明节能设计。本文从不同色温光源的反应时间出发,考虑中间视觉和光生物效应的影响,采用反应时间相等时,某光源所产生的背景亮度对道路照明常用光源高压钠灯所产生的背景亮度之比值,即亮度对比系数概念,最终由实验确定了在不同道路照明水平下,不同色温光源的有效性是不相同的。最后根据相对光效概念,给出不同色温的无极荧光灯在不同道路照明条件下的照明功率密度值。     

均匀发光小角度配光光学系统设计

近年来,LED照明的设计需求已经从追求更高的光学效率,进入如何实现更加精准的配光阶段,如何为用户提供更高的照明舒适性,如何实现更加逼近自然光的照明效果。本文提出了一种光学结构,实现较大的均匀发光面,同时兼具超小角度的配光,真实模拟太阳透过窗户照射进房间的照明效果。本文基于大功率LED光源,开发了一个两片式透镜组,在较远距离接收面上实现了70 mm×70 mm均匀光斑,同时,实现±5°的超小配光角度。因为设计目标是均匀方斑,所以将该光源与透镜的系统进行阵列组合,就能实现更大范围的小角度均匀发光效果。     

一种用于均匀照明的LED透镜设计方法

本文针对目前应用越来越广的LED照明光源,提出了一种采用非成像光学设计原理为基础的均匀照明设计方法。根据推导得到的公式,采用MATLAB编程,可实现任意角度的均匀圆形光斑照明区域。     

大功率LED照明光学设计及在地铁照明的应用

为保证LED面板灯发光均匀性的同时满足3001x的日间照度要求,将LED光源曲线代入LED近场均匀照度计算,根据所得结果合理分布光源位置,有效解决了灯具表面的亮斑问题.选择进口的扩散材料并在灯具内壁添加高反射膜,解决眩光的同时有效提高了LED灯具的出光效率.在光学软件中对光学系统进行照明模拟,达到设计要求后在地铁站内进行大功率LED灯具应用示范,相对于传统的格栅灯,平均照度值提高了35.95％,功耗降低了31.82％.     

基于离散扩展光源的LED路灯设计

本文设计了由多个离散排布的扩展光源与单个透镜组合而成的LED路灯。其透镜的内表面进行了特有的磨砂处理,保证了离散光源出光光斑的均匀性。热学分析结果表明,在同样的功率下,该光源设计能有效地降低灯具模组的结温。道路照明分析验证了打样实测的配光曲线,结果表明该款路灯能满足国家道路照明的要求。这种基于低成本的离散扩展光源的LED路灯设计方案,能更好地在成本和产品稳定性之间取得平衡,为性价比高的LED照明产品设计提供参考。     

数字微反射镜的RGB三色LED照明系统研究

大功率RGB三色LED的体积小、重量轻,成为投影仪、背投电视等显示仪器的新型光源。本文研究了基于RGB三色LED的数字微反射镜的照明系统的设计方法,给出了光源和照明系统的设计结果,并对照明结果进行了分析。基于该新型光源的数字微反射镜照明系统与传统照明系统相比,具有结构简单、体积降低、重量减轻、节能环保等优点。     

LED、高压钠灯和金属卤化物灯道路照明效果的研究

对高压钠灯、金属卤化物灯以及LED三种道路照明常用光源进行分析计算,利用基于视觉功效的MOVE模型得出了三种光源不同的照度修正系数。结果显示中间视觉情况下人眼感觉到的照度值比明视觉照度计测得的值高10%~20%。此结果对中间视觉照度计的设计、照明工程的节能、灯具布局的合理化等都具有重要的指导意义。     

基于光源利用率的投影式汽车前照灯近光配光设计

由于常用旋转或复合椭球面的投影式前照灯多采用反射器和挡板的近光配光方式,具有光源利用率较低的不足,为此本文研究了一种变焦点的椭球面反射器设计方法,该方法通过改变反射器曲面的焦点和参数来构造一种基于无挡板的投影式汽车前照灯近光反射器.本文首先分析了投影式椭球面反射器光源与焦点位置关系对近光光配的影响变化规律,其次阐述了变焦点椭球面反射器的设计基本原理,然后建立了具有五个区域的反射器椭球面的三维方程式,并构造了椭球面上经纬线的变化函数,通过在MATLAB中计算得到曲面上空间点分布,将空间点分布导入三维软件Rhino中得到椭球面反射器三维模型,最后将三维模型导入光学软件LucidShape中,进行光学模拟,结果表明与传统设计方法相比,采用该方法设计的汽车前照灯反射器的近光光利用率可提高20％以上,且水平方向照射范围在±20°以上,满足GB4599—2007汽车用灯丝灯泡前照灯法规要求.     

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.     

多反射面反光镜的仿真设计

介绍了多反射面反光镜对照度均匀性的影响,以及提升回转曲面反光镜照度均匀性的设计方法,并据此设计了照度分布均匀的多反射面反光镜。利用TracePro软件对所设计的反光镜进行了光线追迹分析,对比常规回转曲面反光镜,其照射面的照度均匀性分布有较大改善。     

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。     

An Optical Imaging Technique Using Deep Illumination in the Angular Domain

This paper describes a novel optical imaging method, deep illumination angular domain imaging (ADI), for detecting micron-scale objects within highly scattering media. The new optical imaging is a much simpler and less expensive solution as compared to other available optical imaging techniques. In principle, deep illumination ADI uses collimation detection capabilities of small acceptance angle devices to extract photons emitted from the scattered light created by a laser source, aimed deep beneath the turbid medium surface. The laser source forms an illumination ball within the medium that emits scattered light in all directions and illuminates objects near the surface from behind. Consequently, when photons from this illumination ball pass an object and reach the angular filter, light that is not subsequently scattered passes through to a camera detector, whereas scattered photons are rejected by the filter. Image results obtained are recorded for different phantom locations, phantom sizes, and medium scattering levels. Our images clearly display sub-204 m phantoms when placed 3 mm deep within a test scattering medium with total effective attenuation coefficient (mu'_eff) up to 5.8^-1 cm or 2.5 mm deep in chicken tissue tests. Preliminary digital image processing shows the image contrast enhancement and the definition improvement.     

汽车照明系统的设计及超精密自由曲面加工技术

随着汽车产业的高速发展和市场的激烈竞争,现代汽车照明系统对发光效率、安全性能、以及美观的要求也越来越高。汽车照明中的自由曲面反射镜及LED照明系统的设计和加工是至关重要的。有别于传统光学系统的设计,汽车照明系统的非成像光学的设计是个多学科、复杂的过程。设计结果的好坏直接影响到照明系统的发光效率、能耗、以及汽车的安全性能。随着光学系统设计和超精密加工技术的进步,越来越多的光学元件采用了非球面以及自由曲面,汽车照明系统的效率以及性能得以极大的提高。本文阐述了汽车照明的非成像光学系统的设计和超精密加工技术。     

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.     

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。