实现均匀照明的自由曲面反射器
实现均匀照明的自由曲面光学透镜设计
实现均匀照明的自由曲面光学透镜设计作者:周延桂来源:《科技视界》2019年第12期【摘要】常规LED通常不能直接用于照明场景下,因此需要对其进行二次光学设计。
本文针对LED的发光特性,分析了其发光空间和被照面之间的能量拓扑映射关系,并通过迭代算法,构建出自由曲面透镜模型,最后在光学仿真软件中实现了LED的均匀照明效果。
在教学过程中,通过对LED照明设计方法的讲述和计算流程引导,能有效培养学生对复杂设计问题的分析能力。
【关键词】LED;自由曲面;照明配光设计中图分类号: TM923.34 文献标识码: A 文章编号: 2095-2457(2019)12-0032-001DOI:10.19694/ki.issn2095-2457.2019.12.014【Abstract】Conventional LED cannot be directly used in lighting scenarios,so secondary optical design is needed.In this paper,according to the luminous characteristics of LED,the energy topological mapping relationship between the luminous space and the illuminated surface is analyzed,the energy mapping grid is divided, and the free-form surface lens model is constructed by iteration algorithm.Finally,the uniform illumination effect of LED is realized in the optical simulation software.In the teaching process,through the description of LED lighting design method and the guidance of calculation process,students can effectively develop their ability to analyze complex design problems.【Key words】LED;Freeform Surface;Lighting Distribution Design发光二极管(light-emitting diode,LED)目前已经广泛应用于照明领域,具有广阔的市场前景[1]。
一种实现均匀照明的LED反射器设计
fv r b e t e u e t e p o u t n c s . a o a l o r d c h r d c i o t o
Ke y wo d r s: LED ;o i a e i n;f e — o m u f c pt ld s g c r e f r s ra e;r fe t r e l c o ;un f r i u i to io m l m na i n l
( h o eeo h s s n l t ncI om t n A h i om l n e i ,A h i h 2 1 0 ) T eC l g P yi dE e r i n r ai , n u N r a U i r t l f ca co f o v s y n u Wu u 4 0 0
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 8 % 以 5
均匀照明的LED反射器设计
x( u, v, p, q ) = uG + 2 ρ pF , y( u, v, p, q ) = vG + 2 ρ qF
1 ω ) + p + q - ρ ( pu + qv ) ( 1 + ω ) ] [ - ρ (1 + 1 4 4 1 1 1 + ρ( 1 - ω ) ( 1 + ω ) 4 4 F = 1 1 ω ) [ ρ ( 1 + ω ) - p - q ] + 2 ρ ( pu + qv ) ( 1 + ω ) (1 - 1 4 4 4
2011 年 4 月 第 22 卷 第 2 期
照明工程学报 ZHAOMING GONGCHENG XUEBAO
Apr. 2011 Vol. 22 No. 2
陈巧云
朱向冰
倪
建
陈
瑾
241000 )
( 安徽师范大学物理与电子信息学院,安徽 芜湖
摘
要 : 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
A LED Reflector Design for Uniform Illumination
Chen Qiaoyun Zhu Xiangbing
Abstract As LED is widely applied in various fields more and more ,its luminous intensity distribution is in an increasingly high demand. A reflector design proposal to realize rectangular uniform light distribution is put forward based on the theory of Nonimaging Optics. A partial differential equation can be established according to the optical properties of light source and the light intensity distribution of illuminated plan. And then the result of the equation can be figured out by using numerical method to constitute the free-form reflector. The results are simulated by optical software. The simulation shows that the illumination uniformity of the lightening plane was near to 90% and so the designing method is feasible. The reflector has advantages of high utilization of the light energy and easiness to produce and processing , so it is favorable to reduce the production cost. Key words : LED ; optical design ; free-form surface ; reflector ; uniform illumination 光源 、 普通照 明 和 城 市 夜 景 等 众 多 领 域
用于LED平板灯面板均匀照明的自由曲面透镜设计与实现
l i g h t , wh i c h i s b a s e d o n he t p in r c i p l e o f f r e e f o r m s u r f a c e o f he t r e f r a c t i o n a n d t o t a l r e le f c t i o n p in r c i p l e wh i c h r e a l i z e r e d i s t r i b u t i n g he t o u t l i g h t .A n u me ic r a l me ho t d nd a e x p e r i me n t a l me t h od we r e us e d i n he t
赖丽萍, 庄 其仁 , 刘士伟 , 胡奕彬
( 华侨 大 学 信 息科 学与 工程 学院 , 福建 厦 门 3 6 1 0 2 1 )
摘 要 : 设 计 了一 种 P MM A 自 由 曲 面 透 镜 , 用 于无 导光 板 结构 的 L E D 平 板 灯 。该 透 镜 基 于 自 由 曲 面 透 镜 的 折 射 和 全 反 射 原 理 实现 出射 光 的 重 新 分 布 , 可 用 于均 匀照 明 L E D 平 板 灯 的 出光 面 板 。 采 用 数
.
t h e u n i f o r mi t y o f
he t wh o l e l a mp i s u p t o 9 6. 6% w i h t t h e h i g h l u mi n o u s e ic f i e n c y.Th e e x p e im e r n t a l r e s u l t s s h o w t ha t u n d e r he t a c t i o n of f r e e f o r m l e n s ,t he u n i f o r mi t y o f t h e f l a t t rg a e t o f t h e LED la f t l i g h t wi ho t u t he t g u i d e
实现LED台灯均匀照明的自由曲面透镜仿真设计
lg srb to . Afe h i l t n o tmiain o h r e o e s a L o r e,o ih t a u ihtdit u i n i trt e smu a i p i z to ft e fe fr l n , ED s u c o m fwh c he rdis
关 键 词 :L D 台灯 ;自由 曲 面透 镜 ; 次 光 学设 计 ; 光 ; 镜 尺 寸 E 二 配 透
S m u a in De in o e f r n o aii g Un f r i lto sg fFr e m Le s f r p l u na in o Ta l m
S u hn n e i eh o g , u n z o 5 0 4 ) ot C i U i rt o Tcnl y G aghu 160 h a v sy f o
Absr c ta t
Du o t e lw n fr i u n t n o e t h o u io m l mi a i fLED a l a l o t b e l mp,a fe fr l n s p o o e o a hiv ih r e om e s i r p s d t c e e lg t
用于LED平板灯面板均匀照明的自由曲面透镜设计与实现分析师
用于LED平板灯面板均匀照明的自由曲面透镜设计与实现分析师作者:小波来源:《商情》2016年第04期【摘要】LED平板灯面板是现阶段常用的照明措施,可以直接替换传统的日光灯盘,具有安装简便,照明效果良好,灯光揉合的特点,可以广泛的应用到人们的日常生活中。
但是LED平板灯面板在实际的应用中,光效降低、暗斑的情况发生,影响LED平板灯面板的照明效果。
以下本文就LED平板灯面板均匀照明的实现展开分析,并对用于LED平板灯面板均匀照明的自由曲面透镜设计进行阐述,旨在为相关人员提供参考,促进LED平板灯面板照明效果的提升,提高LED平板灯面板的利用效率。
【关键词】LED平板灯面板,均匀照明,自由曲面,透镜设计,实现分析随着物质文明的不断进步,人们对生活质量的追求不断提升,LED平板灯是一种具有节能、安装简便、照明效果好、稳定耐用的特点,能够满足室内的照明需求。
广泛的应用到酒店、会议室、商场等公共设施,提高人们生活质量。
为了实现LED平板灯面板的均匀照明,需要合理的对LED平板灯的自由曲面透镜进行设计,并合理的应用到LED平板灯面板中,有效的提高LED平板灯面板的照明效果,促使LED平板灯面板更加符合人们的使用需求。
一、用于LED平板灯面板均匀照射的自由曲面透镜设计相关概述采用自由曲面透镜的设计实现LED平板灯面板的均匀照射,并将其照射到1.2m×2.4m的LED平板灯面板中,并合理的对Snell定律和能量守恒定律进行应用,旨在实现均匀度达到80%以上,并提高光能的利用效率,提高LED平板灯面板的照明效果。
设计主要针对自由曲面透镜,促使自由曲面透镜的折射面和全反射面能够达到预期要求,实现均匀照射的目标。
在实际的设计时需要合理的对设计原理进行分析,并获得自由曲面透镜的结构设计方案,从而实现用于LED平板灯面板均匀照射的自由曲面透镜设计与实现。
二、自由曲面透镜的设计原理与结构设计(一)自由曲面透镜的设计原理。
实现道路均匀照明的自由曲面反射器-王洪
第36卷第12期 光电工程V ol.36, No.12 2009年12月Opto-Electronic Engineering Dec, 2009 文章编号:1003-501X(2009)12-0143-04实现道路均匀照明的自由曲面反射器设计王洪1, 2,张奇辉1, 2,张小凡1, 2,王海宏1, 2( 1. 广东高校半导体照明工程研究中心,广州 510640;2. 华南理工大学理学院,广州 510640 )摘要:根据LED光源的辐射特性和照明平面的照度分布要求,利用网格法分配LED光源的能量,并且与照明平面上的能量小块相对应,建立起LED光源出射光线的角度与照明平面上的照明点的坐标的对应关系。
设定反射器的初始点坐标后,根据对应关系迭代计算反射器的自由曲面上其它点的空间坐标。
把点坐标文件导入机械建模软件,并且保持各个点坐标的法向量拟合成曲面实体。
在光学软件中对反射器光学系统进行照明模拟,结果说明通过自由曲面反射器作用于LED,可以在目标路面上形成均匀照明的矩形光斑。
关键词:自由曲面;反射器;网格法;均匀矩形照明中图分类号:TH74; O434.19 文献标志码:A doi:10.3969/j.issn.1003-501X.2009.12.028 Freeform Reflector Design for Street Uniform IlluminationWANG Hong1, 2,ZHANG Qi-hui1, 2,ZHANG Xiao-fan1, 2,WANG Hai-hong1, 2 ( 1. Guangdong University Engineering Research Center for Semiconductor Lighting, Guangzhou 510640, China;2. School of Science, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China )Abstract: According to the radiation characteristics of LED light sources and lighting requirements of illumination distribution, the energy of LED light source is distributed by using grid method, which corresponds with the small energy blocks in the target plane. We can establish the corresponding relationship between the angle of the light exit from LED light source and the coordinates of point in the target plane. According to the corresponding relationship, calculate the free-form reflector points, and by mechanical modeling software, fit the points to surface entity and import the entity into optical simulation software to carry out the simulation. The results illustrate that through the role of reflector cup on the LED, we can get a uniform rectangular facula in the target surface.Key words: free-form surface; reflector; grid method; uniform rectangle illumination0 引 言LED作为新一代的绿色光源,具有体积小、寿命长、电光效率高、环保节能等诸多优点,这使得LED 照明技术在最近几年得到了迅速发展[1]。
基于LED阵列与漫反射自由曲面的均匀照明光源设计
第35卷第4期2014年7月应用光学JournalofAppliedOpticsVol.35No.4Jul.2014文章编号:1002-2082(2014)04-0598-05基于LED阵列与漫反射自由曲面的均匀照明光源设计刘百芬,金小龙,祝振敏(华东交通大学电气与电子工程学院,江西南昌330013)摘要:提出一种由平面LED阵列与高漫反射率自由曲面构成的间接照明方式。
基于LED光源与理想漫反射表面的朗伯特性,构建照明系统的数学模型。
根据目标平面预期的光强分布,建立一组微分方程,利用数值方法求解得到漫反射自由曲面的面形轮廓,通过光学软件对该漫反射光源系统实体模型进行非序列光线追迹仿真,模拟结果显示检测区域辐照均匀度达到90%以上,验证了该方案设计均匀照明光源的正确性与有效性。
关键词:应用光学;均匀照明;自由曲面;漫反射中图分类号:TN364.2;TM923.01文献标志码:Adoi:10.5768/JAO201435.0401008UniformilluminationdesignbasedonLEDarrayanddiffusereflectionfreeformsurfaceLiuBaifen,JinXiaolong,ZhuZhenmin(SchoolofElectricalandElectronicEngineering,EastChinaJiaotongUniversity,Nanchang330013,China)Abstract:AnindirectilluminationpatternwithflatLEDarrayanddiffusereflectionfreeformsurfacewasproposed.BasedontheLambertiancharacteristicofLEDsandidealdiffusesur-face,amathematicalmodelwasconstructed.Asetofdifferentialequationswereestablishedaccordingtotheexpectedenergydistributiononthetargetplane.Throughsolvingtheseequa-tionsnumerically,theoutlineofthediffusesurfacewasobtained.Byimportingtheentitymodelofthediffusereflectionilluminationsystemintoopticalsoftwaretoperformnon-sequen-tialraytracing,thesimulationresultshowsthattheirradianceuniformityofthedetectionareaisabove90%anddemonstratesthattheproposedmethodiscorrectandeffective.Keywords:appliedoptics;uniformillumination;freeformsurface;diffusereflection引言在机器视觉测量系统中,光源的光照均匀程度和照明强度会对采集图像的分辨率和检测目标的对比度产生重要影响[1-3]。
LED均匀照明在自由曲面透镜设计中的应用研究
LED均匀照明在自由曲面透镜设计中的应用研究近几年来,伴随着经济和科技的快速发展,各种新型光源被开发出来并得到了广泛应用,LED就是新型光源之一,其突出的特点就是“绿色环保”,不仅具有较高的发光效率,同时使用寿命也较传统光源多出近十倍以上。
然而LED光源与朗伯光源类似,难以实现均匀照明,为了克服这一难题,需要对自由曲面透镜加以设计,通过自由曲面的构建实现LED的均匀照明。
一、LED光源特性的简单概述。
LED是发光二极管的英文缩写,虽然同是固态的发光器件,但是它与传统光源有着明显不同,从材质上讲LED属于半导体材料,具有普通导体十倍以上的发光频率和百倍的响应速度,同时LED自身重量较轻且体积较小,因此其适用范围也有所增加;从光源特性上分析,LED光源与朗伯光源极其相近,LED光分布呈现余弦分布,且余弦分布的角度为零,简单讲就是光沿着垂直于发光面的轴线进行,基于此,LED的光强变化具有以下规律:I(Ф)=I0×COS(Ф),在此等式中Ф代表分布的光线与发光面垂线所构成的夹角,该夹角最大会达到90°,式中I0则为夹角为零时的光强,也就是沿垂线的光线强度。
通过以上公式不难看出,LED用于照明时所形成的光线会呈现由中心向四周由强变弱的分布,即形成不均匀的圆形光斑,如果在不进行处理的情况下将LED直接用于照明使用,这种不均匀的光源分布会给生活带来不便,不利于LED在个领域的运用。
为了实现LED 均匀照明,克服不均匀圆形光斑,在投入使用前需要进行二次光学设计,从而提高LED的发光效率。
二、自由曲面透镜设计的重要性。
根据以上分析可知,由于LED光强变化规律影响,如果将LED 光源直接用于照明,照明效果不佳,不仅会出现圆形的不均匀光斑,同时其发光效率较低,为了克服这些缺点,需要对LED光源进行二次光学设计,就是在无能量损耗或者能量损耗极小的情况下,实现LED 光源的均匀照明。
一种实现均匀照明的LED反射器设计
一种实现均匀照明的LED反射器设计
陈巧云;朱向冰;倪建;陈瑾
【期刊名称】《照明工程学报》
【年(卷),期】2011(22)2
【摘要】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.
【总页数】5页(P71-74,80)
【作者】陈巧云;朱向冰;倪建;陈瑾
【作者单位】安徽师范大学物理与电子信息学院,安徽芜湖241000;安徽师范大学物理与电子信息学院,安徽芜湖241000;安徽师范大学物理与电子信息学院,安徽芜湖241000;安徽师范大学物理与电子信息学院,安徽芜湖241000
【正文语种】中文
【相关文献】
1.一种实现均匀照明的LED平凸透镜设计 [J], 卢雪;丁桂林
2.实现道路均匀照明的自由曲面反射器设计 [J], 王洪;张奇辉;张小凡;王海宏
3.一种实现LED光源均匀照明的透镜设计 [J], 孙健刚;朱孔硕;马晓光;李果华
4.一种实现大功率LED均匀照明的投射器设计 [J], 吴仍茂;屠大维;黄志华
5.一种实现大功率LED均匀照明的投射器设计 [J], 杨军
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实现道路均匀照明的自由曲面反射器设计
实现道路均匀照明的自由曲面反射器设计王洪;张奇辉;张小凡;王海宏【期刊名称】《光电工程》【年(卷),期】2009(36)12【摘要】根据LED光源的辐射特性和照明平面的照度分布要求,利用网格法分配LED光源的能量,并且与照明平面上的能量小块相对应,建立起LED光源出射光线的角度与照明平面上的照明点的坐标的对应关系.设定反射器的初始点坐标后,根据对应关系迭代计算反射器的自由曲面上其它点的空间坐标.把点坐标文件导入机械建模软件,并且保持各个点坐标的法向量拟合成曲面实体.在光学软件中对反射器光学系统进行照明模拟,结果说明通过自由曲面反射器作用于LED,可以在目标路面上形成均匀照明的矩形光斑.【总页数】4页(P143-146)【作者】王洪;张奇辉;张小凡;王海宏【作者单位】广东高校半导体照明工程研究中心,广州,510640;华南理工大学,理学院,广州,510640;广东高校半导体照明工程研究中心,广州,510640;华南理工大学,理学院,广州,510640;广东高校半导体照明工程研究中心,广州,510640;华南理工大学,理学院,广州,510640;广东高校半导体照明工程研究中心,广州,510640;华南理工大学,理学院,广州,510640【正文语种】中文【中图分类】TH74;O434.19【相关文献】1.实现LED均匀照明的透镜自由曲面设计的集成程序 [J], 陈超;王耀国;曹艳亭;余静;黄杰;梁培2.用于道路均匀照明的 LED 自由曲面透镜设计 [J], 贺志华;董前民;王少雷;李敏3.一种实现均匀照明的LED反射器设计 [J], 陈巧云;朱向冰;倪建;陈瑾4.实现道路均匀照明的LED自由曲面透镜设计方法综述 [J], 史永胜;买迪;宁磊5.实现均匀照明的自由曲面光学透镜设计 [J], 周延桂因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。