侧入式无导光板LED平板灯的设计与实现

针对侧入式LED平板灯出光效率低、导光板(LGP)制造成本高等缺点,设计了一种无LGP窗式结构的新型LED平板灯,介绍了设计结构模型和光学模型。采用柱面透镜将侧面入射的LED发散光束会聚在出光面板上,并通过掠射和叠加方法实现出光面板的照度均匀性。分析了LED阵列之间的距离、LED灯珠的投射角以及LED阵列中LED的间距对辐射照度分布均匀性的影响,利用九宫格取值法和TracePro软件对所设计的LED平板灯进行参数优化。模拟和实验结果表明,当LED平板灯单窗格面积为240mm×300mm、厚为15mm以及平凸柱面透镜的曲率半径为4mm时,优化后的LED灯珠投射角为4°左右,LED平板灯出光面板上的照度均匀度可达85%以上,理论仿真结果与实验结果相一致。     

不同发散角的LED空间照度仿真分析

鉴于LED光强分布和间距对接收面照度均匀性有直接影响,本文利用Tracepro软件对不同发散角LED空间照度分布进行了仿真分析,给出了接收面中心照度均匀的LED最佳间距,为优化的LED阵列设计提供一定的理论支持.     

LED面光源均匀化方法

文章通过半导体发光二极管（Light—emittingdiode,LED）的配光曲线,构建单颗LED的理论模型,设计可实现均匀照度的LED排列方式。基于几何光学和辐射照度理论,对满足均匀照明的LED阵列进行分析,推导光源照射到观测屏上的总辐射照度的表达式,使用光学模拟软件建立LED阵列的模型,利用软件进行光线追迹。通过仿真结果分析LED之间排列间距,光源到接收面间距离等因素对于照明均匀性的影响。     

实现白光LED阵列色温分布均匀化技术研究

本文通过优化白光LED阵列的结构,实现在目标面上产生均匀的色温分布。通过收集系统中每颗LED的色温坐标矩阵与照度矩阵,根据色温叠加公式,计算LED阵列在目标面上叠加后的色温分布,构建目标面上色温均匀度评价函数,评价函数反应目标面上色温分布的均匀性。通过优化阵列中LED的位置,使得评价函数的值最小,即目标面上色温均匀度最高。运用这种方法我们优化设计了两个实例:(1)相同规格的9颗白光LED方形阵列;(2)不同规格16颗圆形白光LED阵列,优化后色温均匀度均达到了95%以上。利用这种方法同样可以在目标面上同时实现均匀的色温分布与照度分布,设计9颗相同规格的白光LED以3×3方形阵列方式排布,优化后色温均匀度从78%提升到88.7%,照度的均匀度从42%提升到87.6%。分析实际加工制造过程产生的误差对色温均匀度的影响,随着制造误差的增大优化后色温均匀度下降,但均优于优化前色温分布均匀性。     

面向绿色照明的大功率LED面板灯的光学设计与性能分析

针对现有LED室内照明灯具近场平面照度分布不均匀,眩光及散热问题,提出一种面向绿色照明的大功率LED面板灯结构。该结构灯具的配光设计基于非成像光学理论,通过对LED阵列排布方式的选择和排布距离的计算,来达到照度的均匀性。根据排布距离计算每颗LED坐标,导入光学仿真软件建模仿真,结果表明该面板灯的照度均匀度达到86.6%。最后对实际灯具的光学性能进行检测,证明其各项性能参数均满足室内照明要求,为今后大功率LED照明光学设计提供了有价值的数据。     

LED照明的光学器件设计与仿真

大功率LED集成光源在实际照明工程应用很多,但是集成光源的照明效果不是很理想。为了解决大功率LED集成光源难以直接应用于照明的问题,根据非成像光学理论,设定合适的初始参数,利用能量守恒建立LED光源与目标照明面之间的映射,设计了筒灯反射器和透镜。并用Tracepro软件对这两类光学器件进行模拟仿真,均得到了良好的均匀圆形照明光斑。仿真结果表明,设计出的反射器和透镜,随着发光光源面积增大,照度均匀性都降低,当光源尺寸均设置为1 mm1 mm时,照明面上照度均匀性都达到95%以上,当光源尺寸增大10 mm10 mm时,照明面的照度均匀性下降到85%,符合对均匀性很高的室内照明设计标准。     

RGB LED白光照明单元的组合设计

在含有多个LED排列的光源中,需要对RGB LED照明单元的排列组合进行精确的设计.文章将每一个单色LED看成是一个非理想的朗伯发射体,分析了LED排列的几种典型结构,根据设计方程式模拟出了不同LED结构的照度分布情况.模拟结果表明,排列LED在其极值范围内可以得到比较均匀的照度分布,随着LED之间距离的增大,其中心位置的照度随之下降;增大LED阵列中心到被照平面的距离z,照度均匀性也随之逐渐降低.     

基于LED的光栅光调制器照明系统的优化设计与实现

设计了一种基于LED照明的光栅光调制器(GLM)照明系统,以自由曲面TIR透镜、光棒、聚光透镜组为主要光学元件来提高LED光能利用率,并实现光场均匀化。通过仿真得出,照明系统的光能利用率为78.7%,光照均匀性为85%,实验与设计结果基本一致。这表明,优化后的光栅光调制器的照明系统,解决了基于LED的照明系统光照不均匀和光能利用率低的问题。     

室内可见光通信系统光源LED布局优化与性能分析

在室内可见光通信系统(VLC)中,为解决传统光源布局方式中因照度分布不均匀而存在通信盲区的问题,提出考虑墙面反射的光源LED优化方案。以照度均方差作为评价标准分析LED布局,通过积分推导出接收面照度和功率的表达式,构建了矩形布局优化模型函数F(l,x,y)和圆形布局优化模型函数F(r,x,y),并根据优化函数研究了照度均方差与房间尺寸、最佳布局与视场角的关系。仿真结果表明:LED矩形布局光源的位置存在最优点l=1.6m,视场角为ψFOV=80°,照度均匀性由传统布局的80.5%提升到84.3%;圆形布局光源的位置存在最优半径r=2m,视场角为ψFOV=80°,当LED位于最优点半径时,圆形布局的照度均匀性随着光源LED数量的增加由85.2%增加到89.2%。     

用于辅助驾驶汽车的红外照明系统

为了解决在现有道路照明条件下，因环境照度不够、环境光强快速变化等原因，造成车辆对周边物体自动识别的准确率低的问题，本文通过软件仿真，设计了一种车载红外补充照明系统。使用红外LED作为光源，光源发出的光线经抛物面反射镜准直后，通过单排复眼透镜，在距离光源25 m处得到均匀性大于90%的矩形光斑，系统的辐射能利用率达到98%，通过30个照明模块组成平面阵列，目标照明面的平均辐照度大于0.8 W/m²。结果表明，采用单排复眼透镜实现匀光，其结构简单，装配公差宽松；本设计方法适用于其他照明系统。     

基于LED的光动力疗法光源设计北大核心CSCD

根据离体细胞光动力疗法实验研究对光源的基本要求,设计了一种基于LED的新型光源。以卟啉类光敏剂为应用对象,采用波长为627nm的LED作为光源,利用TracePro对多个LED组成阵列光源后的光分布进行数值模拟,优化LED阵列的排列方式和间距,并对LED阵列光源进行二次光学设计。在数值模拟的基础上,设计并成功开发了应用于离体细胞光动力疗法实验研究的LED光源样机。测量结果表明:LED光源辐照在标准细胞培养板区域内的平均功率密度为13.7mW/cm2,照度均匀性达到90%,可以满足离体细胞光动力疗法实验研究对光源的基本要求,有望得到推广应用。     

基于无缝平凹透镜阵列的LCD背光模组设计

针对大尺寸LCD直下式背光模组的均匀性问题提出了一种无缝平凹透镜阵列,用以代替常用的扩散膜。模拟了106.68mm(42in)LED背光源的光学分布,得到了合适的透镜半径、结构以及LED阵列间距,分析了平凹透镜阵列半径和平凹透镜阵列与光源的相对位置对匀光作用的影响。结果表明:半径为1mm、厚度为2mm的无缝平凹透镜阵列较好地起到了匀光的效果,接收面的照度均匀性为88.61%。     

LED阵列发光特性仿真和对比分析

LED正逐步替代传统卤素光源应用于机场助航灯,跑道警戒灯作为防止飞机入侵跑道的重要助航灯,针对其发光特性要求,提出对环形和方形LED阵列中心照度和发光角度研究。首先给出单LED光源在目标平面中心照度和发光角度的计算方法。其次在满足均匀排布的前提下,构造上述两种阵列,利用Matlab仿真在不同目标距离下对应的中心照度、发光角度及光斑半径的变化规律,并采用最小二乘法进行曲线拟合。最后通过光学软件TracePro进行追迹模拟仿真。结果表明:随目标距离的增大,两种阵列中心照度逐渐减小,光斑半径和发光角度逐渐增大,当目标距离小于8m时,两种阵列发光特性存在差异,环形阵列的中心照度较大,方形阵列发光角度较大,随着目标距离的增大,两种阵列的发光特性逐渐趋于一致。以4C级机场为例,分析得出上述两种阵列对A型警戒灯均适用,B型警戒灯适于采用方形阵列。     

基于5630 TOP LED亚毫米级阵列式微型透镜的光学仿真

使用新型透镜提高LED取光效率是LED封装的研究热点之一。以亚毫米级阵列式微型透镜封装5630TOP LED为研究对象,利用光学仿真软件TracePro,考察了不同尺寸的阵列式圆锥透镜、半椭球透镜和半圆球透镜对LED取光效率的影响。仿真实验结果表明在优化条件下,5630TOP LED的取光效率可提高10.7%,光分布均匀。该仿真结果对下一步亚毫米级阵列式透镜的设计与制造有实际指导意义。     

面向亮室对比度测量应用的高精度可变环境照明条件控制系统设计

针对目前显示器的亮室对比度性能测试方法中照明条件设置难度大及可调整性差等问题,提出了一种采用积分球和大功率彩色LED的可变环境照明条件控制系统.大功率LED采用WRGB四种颜色,其中白光作为主光源提供照度,其他3种有色光源主要用来对模拟照明环境的相关色温进行修正,这4种LED通过一定比例混合,可在积分球内部形成指定照度和相关色温值的均匀漫反射光照条件,以此来模拟实际的环境照明条件.经过实验验证,本系统模拟光照条件照度的相对误差可控制在5％以内,相关色温的相列误差可控制在1％以内.     

基于Taguchi方法的柱面LED阵列照度问题研究

为了分析机器视觉测量系统中LED阵列对柱面底板照度的影响因子,采用Taguchi实验方法设计实验,对环形、方形、菱形LED阵列不同接收面半径、发光半角、发光面与接收面的距离因素进行分析。结果表明:利用Taguchi方法可以很快地找出辐照均匀度较大和最大的照度值,单颗LED的发光半角对辐照均匀度及最大照度的影响最大,分别占有66. 18%和63. 10%的影响地位。单颗LED的发光半角越大,其阵列的辐照均匀度越高,单颗LED的发光半角越小,其阵列光线比较汇聚,阵列最大照度值更大。     

视觉检测系统LED光源照度优化方法

针对当前视觉检测系统LED光源照度优化研究中存在的照度效果评价因素单一、照度优化方法通用性不足等问题,以芯片封装质量视觉检测为例,提出一种基于改进樽海鞘算法的LED光源照度优化方法。该方法在单个LED光源照度数学模型基础上,建立标准条形LED阵列光源照度数学模型,获取条形LED阵列在任意空间位姿与被测面的照度值;基于照度均匀度、照度梯度变化与对中度、平均照度、目标与背景区分度等因素建立平面照度效果评价函数;提出改进樽海鞘算法,通过改进算法收敛系数、速度、领导者与追随者位置等更新策略,增强区域搜索的多样性;应用改进樽海鞘算法对平面照度效果评价函数进行优化求解,获取具有最优照度效果的空间位姿参数。实验结果表明:考察优化区域的相对照度分布,文中提出的LED光源照度优化方法所得照度分布与实际测量所得照度分布结果基本一致,目标区域理论照度均匀度在98.78%以上,误差在5.57%以内。因此文中提出方法优化目标合理,可用于视觉检测系统具有最优照度效果时光源位姿信息参数的获取。     

基于MATLAB的LED阵列仿真

研究了应用于照明光源的LED 阵列分布方式并基于MATLAB软件进行了仿真.首先对2种LED阵列的照度叠加进行了计算,根据叠加公式对阵列分布进行了仿真.通过对2种LED阵列仿真结果的分析,得出了不同阵列的分布特点并对其进行了比较,最后分析了2种不同阵列分布的产品适用性,为LED灯具设计提供了可靠依据.     

一种用LED光源的准直系统设计

基于能量守恒定理和光线折射Snell定律,通过Matlab数值计算软件计算出自由曲面离散坐标点;借助PROE三维机械设计软件和Tracepro光学仿真软件,模拟了自由曲面透镜的具体应用,在投射距离为20m的情况下,实现了在接受面半径为0.65m的圆形照明区域内均匀性达92％以上的照度分布,并讨论了在不同投射距离下的照度均匀性分布与能量利用率情况.该设计可用在手电、港口或码头用信号投射灯等需要准直光束的场所.     

特种车内可见光通信系统光源布局优化

针对特种车内空间狭小、光源布局受限这一问题,对光照度及接收光功率进行了理论分析,对光源阵列位置下光照度及光功率的直射和一次反射的分布模型进行了分析与仿真。在光照度需求的约束条件下,根据光功率分布均匀原则提出了特种车辆内部由5个阵列光源形成中心补偿形布局的优化方案。仿真结果表明,在2 m2 m1.5 m的狭小空间内,运用该光源布局方案可得到平均接收光功率值为-0.5 dBm时的光照度范围为333.74~466.44 lx,均匀光照率为79.5%,可同时满足车内照度与数据通信需求。