自由曲面光学系统设计中目标面照度分布的优化

以驾驶员视觉光环境需求为约束、以灯具总光通量最小为目标,建立了LED路灯自由曲面光学设计时所需的道路路面照度分布优化模型,利用Lingo软件得到了次干路最佳照度分布,相比与基于均匀照度分布设计的LED路灯节能30%左右。     

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。     

均匀照明反射面设计中的系数计算

很多照明场合都需要均匀照明,为了达到均匀照明的要求,在光源附近增加一个反射面,使反射光与直接照射光叠加在一起达到均匀照明的效果。根据光源的发光特性,建立起关于反射面空间坐标的微分方程,并求解了反射面的曲面方程。给出了部分系数的表达式。利用这些系数,针对LED光源设计了反射面,光线追迹表明,该结果是正确的,方法是可行的。本文解决了均匀照明中反射面设计的系数计算问题,文中的结果可用于各种灯具设计。     

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     

大型LED方形阵列的照度均匀性

为了研究大型LED方形阵列照度均匀度的变化规律,利用大型LED方形阵列照度分布的对称性,建立了大型LED方形阵列照度均匀度的理论模型,得出大型LED方形阵列照度均匀度的公式以及计算方法。利用这些公式和计算方法研究并得出了大型LED方形阵列照度均匀度的变化规律。这些公式和计算方法较之前的公式和计算方法更加简捷和便于数值计算,为研究大型LED方形阵列的照度均匀性提供了理论依据,也为大型LED方形阵列的照度均匀性设计提供了简便方法,弥补了之前对大型LED阵列照度均匀性研究理论和研究方法上的不足。     

LED道路照明灯具配光设计的误区分析——照度均匀性并非亮度均匀性

考虑照度均匀性而忽视亮度均匀性的LED路灯配光设计能节约很多LED芯片成本,但降低了道路照明的安全性,达不到道路照明的要求。本文详细地剖析了照度均匀性与亮度均匀性的区别,分别以照度均匀性Emin/Emax等于1、0.4和0.2设计了三种配光曲线,并计算这三种配光在R3和C1路面的亮度及其均匀性,得出以下两个结论:其一,过度地提高照度均匀性会产生斑马效应,导致纵向均匀度很差;其二,不同的材质应设计不同的配光曲线才能满足道路照明的要求。     

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。     

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。     

具有反射透射两用表面的LED自由曲面透镜的逼近法计算

让透镜的一个全反射表面同时又能折射,则可以使得透镜结构简化体积减小。但对这种双功能曲面,一般的自由曲面计算无法进行。本文提出了用一种逐次逼近法进行这种透镜形状的计算。在一个薄形准直透镜的例子中,光线从LED出发经入射面射入透镜,被双功能面反射向纯反射面,再由纯反射面返回双功能面,透射出去成为平行光。计算方法是用一个小循环逐次修改纯反射面形状,使得光线出射后满足平行光的要求。再用一个大循环逐次修改双功能面的形状,使得出射光线在透镜表面分布均匀。文章给出了本方法的详细步骤,并举例设计了一个准直透镜,其实测透镜光束角为±2.5°,比市售准直透镜的同照明距离延长了约4倍。本文的方法对这类一个表面既能反射又能折射的透镜设计有普遍意义。     

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。     

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。     

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。     

老龄背景下的天津老旧住宅楼梯间照明现状研究

本文从老年人在住宅楼梯间内的照明需求出发,以天津市内15个老旧小区内的老旧住宅楼梯间为研究对象,对其照明空间指标、照明环境指标和照明参数指标进行现状调研,并在此基础上进行现状主观评价。结果表明60岁及以上人群对楼梯间内各区域照明现状评价未达到满意程度。此外,其对梯段处、平台处、入户门门锁处、单元门门厅处和楼梯间整体照明的满意程度均低于60岁以下人群,且除楼层平台地面均匀度和光色氛围满意度外均存在显著差异。通过实测数据与主观评价的结合分析,60岁及以上人群对楼梯间照明整体满意程度与踏步处照度、平台处照度和门锁处垂直照度呈正相关。其中梯段处照明需求与踏步处照度呈正相关,平台处照明需求与平台处照度和均匀度呈正相关,门锁处照明需求与门锁处垂直照度呈正相关。因此现有老旧住宅楼梯间内梯段处、平台处、入户门门锁处照度均需提升,且照明设计及指标应根据老年人使用需求进行调整及改善。     

老年人居室天然光环境研究

本文从当胶迫切的老龄化问题入手,在对老年人居室天然光环境进行研究的基础上,对不同条件下室内计算点照度和照度均匀性加以计算,提出了老年人居室适宜的照度标准,并就室内天然光环境的设计提出了一些可行的建议。     

基于Downhill-Simplex算法的客舱照明优化设计方法研究

优化设计方法在照明设计中得到了广泛和深入的研究。针对民用飞机客舱照明设计方案,研究了Downhill-Simplex优化算法在客舱照明设计中的应用,编写了照明优化设计程序,通过客舱工作面照度均匀度优化设计实例对优化设计程序进行了验证。其中优化前客舱工作面照度均匀度为0．5,通过优化客舱工作面照度均匀度达到了0．8,表明优化算法是可靠的。本优化设计方法可用于飞机内外部照明、道路照明和投影设备等非成像光学设计领域。     

基于路面亮度系数表的路灯配光优化及透镜设计

本文参照了国际照明委员会CIE所颁布的路面亮度系数表,以C2路面为例讨论并设计了一种路灯的配光分布,同时满足较高的照度均匀度和路面亮度均匀度的要求,并获得了较高的能量效率Q（Lav／Eav）。基于此优化配光,采用笛卡尔椭球阵列设计了自由曲面透镜,在Dialux中验证了该透镜的配光性能,实现了Uo=0．6,UL=0．7,UE=0．68,Q=0．088的照明效果,与预期结果基本一致。     

无极紫外固化灯具的设计

采用无极紫外灯作为光源设计了一种新型光敏固化灯具,它克服了传统固化灯具的缺点。光路部分,用机械设计和光学设计等软件对反射罩进行精确的设计和模拟,由紫外光光强分布图看出固化面上的光照均匀度得到很大提高;电路部分,精确设计了无极灯的驱动和控制电路,通过调节高频电路输出功率来改变辐射强度,用反馈装置实现了固化面上的紫外光强度恒定。     

基于道路照明的LED阵列光照度分布研究

采用理论推导和计算机模拟相结合的方法对LED阵列的光照度分布进行了研究,并结合实际道路照明工程,对LED路灯影响路面光照度分布的因素作了定量分析,这些因素有：LED的阵列形式、LED的数量、LED之间的间距、LED路灯离地面的高度、LED路灯之间的间隔,并推导出了整个路面的光照度分布公式及相应的变化曲线,给出了分析此类实际问题的一个基本方法。