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针对led扩展光源照明的自由曲面透镜设计

光学技术 2022年第2期48卷 129-134页

作者：杨超宋国华范婷婷缪建文南通大学理学院物理系江苏南通226019 南通大学化学化工学院化学系江苏南通226019

针对led扩展光源,采用双向反馈网格法设计了自由曲面透镜。划分光源和目标面的能量网格,通过对每一条迭代曲线建立反馈系数,对网格点进行修正并建立新的映射关系,设计了两个目标面中心无光照度的自由曲面透镜。将设计的自由曲面透镜用... 详细信息

针对led扩展光源,采用双向反馈网格法设计了自由曲面透镜。划分光源和目标面的能量网格,通过对每一条迭代曲线建立反馈系数,对网格点进行修正并建立新的映射关系,设计了两个目标面中心无光照度的自由曲面透镜。将设计的自由曲面透镜用蒙特卡罗方法对不同尺寸的led扩展光源进行了模拟仿真。结果表明,对于尺寸在4mm×4mm以下的led扩展光源,所设计的自由曲面透镜在照明区域内的均匀度和光能利用率均能达到90.5%以上,适用于道路照明等场合。

关键词： led扩展光源自由曲面透镜迭代反馈系数均匀度

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大功率led扩展光源的光学设计方法研究

大功率LED扩展光源的光学设计方法研究

作者：王海宏华南理工大学

学位级别：硕士

led作为新一代固体照明光源,对其进行光学系统设计,不仅可以减少能源消耗与环境污染,而且可以缩小灯具体积、延长整个照明系统的使用寿命,但是由于led的光源结构和光学特性等和传统光源有很大的区别,使得现有的基于成像光学的照明设计... 详细信息

led作为新一代固体照明光源,对其进行光学系统设计,不仅可以减少能源消耗与环境污染,而且可以缩小灯具体积、延长整个照明系统的使用寿命,但是由于led的光源结构和光学特性等和传统光源有很大的区别,使得现有的基于成像光学的照明设计方法无法直接应用于led。在照明光学设计中由于光学自由曲面可以在分配led光强的同时控制光线出射角度,有着灵活的空间布局和较大的设计自由度,简化光学系统的结构,非常适用于基于led的光学系统设计,目前应用广泛的自由曲面设计方法主要采用微分方程构造方法,这种方法在led点光源二次透镜领域应用广泛,可以得到较为理想的结果,但是对于led封装透镜及led集成光源二次光学设计并不适用,所以针对led扩展光源光学设计展开研究既具有理论价值又含有实际的意义。本课题主要创新点在于利用非成像光学边缘光线理论方法以及反馈修正算法构造应用于大功率led扩展光源的光学自由曲面来实现高能量利用率的均匀照明光学系统。 led扩展光源旋转轴对称透镜设计问题：在已知led扩展光源尺寸以及辐射特性的前提下,基于led光源各向亮度守恒的条件,根据边缘光线理论建立目标平面照度或者光强与亮度的等式关系,确定数值计算初始曲线迭代得到自由曲面截线数据,通过3D建模软件旋转对称建立光学模型。 led扩展光源道路照明透镜设计问题：在已知led扩展光源尺寸以及辐射特性的前提下,基于能量守恒划分网格计算led理想点光源自由曲面透镜,在光学仿真时将光源替换为扩展光源比较仿真照度与预期照度差别,计算修真系数带入点光源计算模型进行多次修正可得到理想光学模型。本课题随即利用以上的设计理论设计了旋转轴对称以及道路照明光学系统,并且利用光学仿真软件Tracepro对所设计模型做了验证,证明了设计方法的正确及有效性。

关键词：自由曲面照明 led扩展光源边缘光线理论透镜

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基于led扩展光源组合透镜的设计方法

移动信息 2018年第3期 44-48页

作者：陈俄振王柯乔广州市浩洋电子股份有限公司广东广州511450 深圳市金溢科技股份有限公司广东广州510663

针对实现不同配光的led光学设计问题,基于扩展光源,构建组合透镜照明系统,实现多种配光。首先根据snell折射定律计算出一级初始透镜模型,并利用贝塞尔算法结合最小阻尼二乘法优化初始模型,实现光线经一级透镜准直出射。以一级出射的准... 详细信息

针对实现不同配光的led光学设计问题,基于扩展光源,构建组合透镜照明系统,实现多种配光。首先根据snell折射定律计算出一级初始透镜模型,并利用贝塞尔算法结合最小阻尼二乘法优化初始模型,实现光线经一级透镜准直出射。以一级出射的准直光作为二级透镜的入射光源,精确计算出二级透镜的微结构模型。通过改变微结构上的不同切平面的法向斜率,最终实现不同角度的配光曲线和光斑,利用光学软件对所设计模型进行验证,仿真结果证明了该设计方法的可行性。

关键词：光学设计组合镜头贝塞尔算法微结构 led扩展光源

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基于近焦点非球面透镜的led均匀照明设计

强激光与粒子束 2019年第9期31卷 7-12页

作者：梁孙根胡淼张春洋胡晓粉毕洲洋李齐良卢旸毕美华杨国伟周雪芳杭州电子科技大学通信工程学院杭州310018 防化研究院北京102205

依据几何光学和非成像光学理论,提出了一种基于大尺寸近焦点非球面透镜的大功率led均匀光源设计方法。在该方法中,首先根据选定参数的led通过几何光学理论初步设计非球面透镜参数,然后在ZEMAX软件中对非球面透镜参数进行基于评价函数的... 详细信息

依据几何光学和非成像光学理论,提出了一种基于大尺寸近焦点非球面透镜的大功率led均匀光源设计方法。在该方法中,首先根据选定参数的led通过几何光学理论初步设计非球面透镜参数,然后在ZEMAX软件中对非球面透镜参数进行基于评价函数的优化,得到焦距76.79mm、直径为200mm的非球面透镜。将非球面透镜导入TRACEPRO软件建模并进行光线追迹仿真,根据仿真结果获得最优透镜参数进行加工和下一步实验。实验结果表明:均匀照明系统可以在60cm处实现发散角±8.53°的均匀照明,光斑均匀性达到95.82%。

关键词：非球面透镜 led扩展光源均匀度光线追迹非成像光学理论

基于菲涅尔透镜的大功率led均匀照明系统设计

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光通信技术 2018年第1期42卷 42-45页

作者：聂佳林胡淼阮泽辉崔恩楠汪延安蔡美伶杭州电子科技大学通信工程学院杭州310018

为了弥补无线通信的缺陷,大功率白光led通信技术的研发十分必要。基于光学扩展量守恒思想,提出了一种基于菲涅尔透镜和复合抛物面反射镜的大功率led均匀光源。首先通过理论设计获得反射镜截面曲线,然后通过Tracepro软件进行建模以及光... 详细信息

为了弥补无线通信的缺陷,大功率白光led通信技术的研发十分必要。基于光学扩展量守恒思想,提出了一种基于菲涅尔透镜和复合抛物面反射镜的大功率led均匀光源。首先通过理论设计获得反射镜截面曲线,然后通过Tracepro软件进行建模以及光线追迹仿真,获取最优仿真参数进行加工,最终在距离光源2.5m处实现了发散角约为2.63°、光斑有效区域的光度均匀度优于94.40%和整体出光效率超过80%的均匀光源。

关键词：复合抛物面反射镜菲涅尔透镜 led扩展光源均匀度

基于白光led圆、方型均匀照明光学系统研究

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基于白光LED圆、方型均匀照明光学系统研究

作者：梁孙根杭州电子科技大学

学位级别：硕士

现在大部分产业愈发依赖电能,其中照明产业消耗大部分电能,为了实现节能环保、可持续发展,需要进一步提高照明的电能使用效率,实现绿色、节能、高效照明。led发光二极管作为新一代绿色光源具有发光效率高、耗能小、使用寿命长等优点,逐... 详细信息

现在大部分产业愈发依赖电能,其中照明产业消耗大部分电能,为了实现节能环保、可持续发展,需要进一步提高照明的电能使用效率,实现绿色、节能、高效照明。led发光二极管作为新一代绿色光源具有发光效率高、耗能小、使用寿命长等优点,逐渐被运用到各个照明领域。但由于led光强呈现朗伯体分布,发散角较大,不能直接运用于具体的照明领域。因此,为了满足不同场合对于led光源照明要求,需要在led一次光学设计的基础上,进行二次光学设计,以便提高led光源的均匀度、发散角、光能利用率等性能。本文致力于研究高均匀度、小发散角的照明光学系统设计方法,旨在建立基于透镜的二次光学设计理论,为获得均匀性高、发散角小的照明光学系统提供解决方案。针对led光源发散角过大,均匀性过低的问题,本文设计两套均匀照明光学系统装置,最终达到预期目标,获得了均匀性、发散角均满足具体运用场景的均匀光斑。本文首先提出一种基于近焦点非球面透镜光学照明系统设计方法。在进行均匀照明系统设计时,先是根据几何光学和光学扩展量守恒,计算求解出非球面透镜的面型参数,然后再结合对照明光学系统的总体性能要求,在ZEMAX中定义出非球面透镜的初始结构和评价函数。接着进行多轮优化,获得了焦距为76.79mm,直径为200mm非球面透镜。随后,将优化生成的非球面透镜导入到Trace Pro中进行建模并进行光线追迹仿真实验,根据仿真结果获得的最优参数进行实物加工。最后对获得的实例光学系统进行光度值测量和结果分析。实验结果证明,本文提出的均匀照明系统可以在60cm处实现发散角0±8.53°的均匀照明,光斑均匀性达到95.82%。鉴于非球面透镜高阶系数存在相互限制,本文在基于非球面透镜光学系统的基础上,进一步研究,提出了基于自由曲面透镜的均匀照明光学系统。利用自由曲面透镜和复合抛物面反射镜进行光学系统设计。在设计光学系统时,先是根据非成像光学原理和光学系统的总体性能要求,确定自由曲面透镜的初始结构,然后构造评价函数进行优化。接着,将优化生成的自由曲面透镜导入Trace Pro中,并根据自由曲面透镜,优化复合抛物面反射镜。经过多轮优化,最终获得最优的光学系统模型,然后根据模型参数进行实物加工。本文采用不同形状的led芯片对均匀照明光学系统装置进行实验,分别得到了方形和圆形均匀光斑。光学系统获得光斑的均匀性都会随着距离的增加而略微下降,但出射光束发散角稳定。在距离自由曲面80cm处,该系统均获得光斑的均匀度都优于97%,发散角都约为0±2.86°。

关键词：非球面透镜自由曲面透镜 led扩展光源均匀度光线追击非成像光学理论