LED照明系统的光照均匀性设计
LED背光源亮度均匀性改善方法
针对液晶显示器中直下式LED (light emitting diode) 背光源边缘亮度较低的问题,本文提出了一种LED 非均匀排列提高背光源亮度均匀性的方法。
在等间距排列的基础上,通过测量单颗L ED 的亮度分布函数,计算出水平和垂直方向上的LED不等间距排列距离,并对该距离进行优化调整。
非均匀排列的LED 背光源亮度均匀性仿真计算结果表明,背光源的全屏亮度均匀性可达到90 %以上。
传统LED 背光源中,LED 在横向和纵向的排列一般是等距离的,但这样的排列会使背光源的亮度均匀性比较差,特别在LED背光源的边缘,亮度会迅速下降。
LED 等间距均匀排列时,中间区域的亮度是周围其它区域亮度的叠加,虽然边缘区域也会得到其它区域亮度的叠加,但由于LED 是点光源,亮度分布随距离的增加衰减很快,因此,边缘区域叠加的亮度分量较小,从而使LED 背光源边缘的亮度显著小于中间区域的亮度,导致全屏的亮度均匀性变差。
采用动态调光或改善背光源光学系统的特性对最终显示图像的亮度均匀性会有一定改善,但会增加背光系统的成本和复杂性。
本文从LED 的排列分布方式入手改善背光源亮度的均匀性,可提高LED 背光源边缘亮度,从而改善全屏的亮度均匀性。
在等间距排列的基础上,通过测量单颗LED 的亮度分布函数,计算出在液晶电视水平和垂直方向上的LED 不等间距排列,然后对等间距排列进行调整,并且对这种LED 排列方式的亮度均匀性进行了仿真计算和分析,结果表明,背光源的全屏亮度均匀性达到90 %以上。
1、LED 亮度分布函数LED 为点光源,它存在一定的发射角度和峰值波长,并且随着扩散范围的增大,其亮度值逐渐衰减,这些因素在非均匀性排列计算中都必须要考虑。
要得到合理的L ED 排列方式,首先要知道L ED 点光源的亮度分布函数,然后根据点光源的亮度分布函数来计算非均匀性排列间距,以期望在全屏的范围内能得到比较好的亮度均匀性。
1.1、LED 亮度分布测量以32 英寸LED 背光源设计为例,在32 英寸的LED 背光源的中心放置一颗LED (以白色L ED 为例) ,保持原背光模组光学元件不变。
均匀式照明的案例分析
均匀式照明的案例分析
均匀照明是指在设计照明系统时,使得整个灯光区域照度分布均匀,消除过强或过弱的光区,达到相对一致的亮度分布。
下面介绍两个典型案例分析。
案例一：工厂车间均匀照明
在工厂车间照明中,为了提高工作人员的工作效率和视觉保护,均匀照明显得尤为重要。
以某工厂车间为例,该车间面积约4000平方米,车间高度为8米,要求车间照度达到500lux。
为了实现均匀照明,我们选择了利用线型LED灯构建直线照明系统。
选用长为1.2米、功率为45W 的LED灯具,每4个作为一组,每组间隔8米安装。
在设计布置时,将每组灯具作为一个基本单元,按照网状分布放置,保证每个基本单元之间的照度分布尽量均匀。
最终,车间内平均照度符合要求,并能保证各处光洁度基本一致,在视觉细节上提升了工人的工作效率。
案例二：会议室均匀照明
在会议场所照明设计中,除了保证场所的实用和舒适性外,也需要考虑氛围营造作用。
会议室的照明设计需要考虑到低对比度、柔和统一的效果,同时注意不要造成直接眩光。
以某大型企业的会议室为例,该会议室面积约260平方米,要求会议室照度达到200lux。
为了实现均匀照明,我们采用了大面积散射的天花板和专业光学设计的LED灯具。
在安装时,将灯具分布在天花板各个位置,并尽量避免直射光线对于会议参会人员眼睛的伤害。
最终,会议厅内光线柔和、均匀,照光面积大、视觉舒适,达到了设计效果。
LED照明系统的光照均匀性设计_吴仍茂
第35卷第1期2009年1月 光学技术OP T ICA L T ECHN IQ U E V ol .35No .1Jan . 2009 文章编号:1002-1582(2009)01-0074-03LED 照明系统的光照均匀性设计吴仍茂,屠大维,黄志华,赵其杰(上海大学机电工程与自动化学院,上海 200072)摘 要:随着大功率L ED 发射光强的不断提高,采用单粒LED 为光源的照明系统已能满足许多场合的照明需求。
根据非成像反射器的设计方法,研究了一种以单粒L ED 为光源的照明系统光照均匀性问题,提出了一种能实现目标平面特定区域内的照度值为常数的光反射器面形设计方法。
该方法根据目标平面上的照度分布函数建立微分方程,通过求解微分方程得到反射器面形轮廓的函数,根据该函数建立照明系统的模型,用ASAP 对该模型进行光线追迹,得到系统的光照均匀性,并进而确定适合数控加工的反射器面形数据。
关键词:应用光学;L ED 照明;照明均匀性;反射器中图分类号:O432.2 文献标识码:AIlluminative uniformity design of a LED illumination systemWU Reng -mao ,TU Da -wei ,H UANG Zhi -hua ,ZH AO Qi -jie(Co llege of M echatronics Engineering and A utomation ,Shanghai University ,Shanghai 200072,China )Abstract :With the increasing of emission intensity of hig h power L ED ,illumination system with a single LED light source can meet requirements in many fields .T he illumination uniformity of such kind of illumination sy stem with a single LED lig ht source is studied .Acco rding to no nimaging reflector design method ,a metho d of designing surface profile of the reflector which can let ir radiance of the desired area on the target plane be constant is presented .A differential equation is established with this method based on the radiance distribution functio n of the target plane ,and the function of surface profile o f the reflector is ob -tained by solving the differential equation .M odel of the illumination sy stem is constructed by ray s tracing with ASA P software .Illumination unifo rmity of the sy stem is obtained ,and da ta of the surface profile for N C manufacture is obtained finally .Key words :applied optics ;L ED illumination ;illuminative unifo rmity ;reflector0 引 言LED 是21世纪具有竞争力的新型固体光源,它具有效率高、光色纯、能耗低、寿命长、可靠耐用、无污染、控制灵活等优点。
LED照明系统的光学设计优化
LED照明系统的光学设计优化随着科技的不断进步和生产制造水平的提高，LED照明系统已经逐渐成为人们生活中不可缺少的一种照明方式。
相较于传统的照明灯，LED灯具在光效、寿命和环保方面等诸多方面都表现出独特的优势。
但是，作为一种新型照明设备，LED 灯具也存在一些问题，其中最为显著的就是光学设计的问题。
面对这些问题，如何进行光学设计优化，是当前LED照明系统研究和生产中亟待解决的问题。
一、LED照明系统的基本原理LED灯是由LED芯片和光学器件组成的照明设备，其基本原理是将电能转化为光能。
以直观的方式来理解，LED灯采用通过芯片内的半导体材料注入电流，使其经过一系列减光、聚光、反射等处理后，发出一定的光线，并经过透镜等装置扩散或聚拢所需要的照度和光束角度。
二、LED照明系统的优点相较于传统照明灯，LED照明系统在光效、寿命和环保方面有很大的优势。
1、光效更高：LED灯在同等功率下，所消耗的电能比其他照明灯更少，同时LED灯产生的光学效率也更高。
2、寿命更长：LED灯寿命长，一般能够使用至少10年以上。
相较于普通灯泡的寿命，LED灯小幅度调整光强都不会导致寿命缩短。
3、环保节能：LED灯对环境污染小，没有汞、铅等有害物质。
LED灯节能，相较于传统照明灯在节能方面具有极大的优势。
三、LED照明系统的主要问题尽管LED灯具有很多优点，但它们还是存在一些问题。
其中最为显著的就是光学设计的问题。
1、光学效率低：由于LED芯片只能向前放射光线，因此其光学效率较低。
为了使其能够扩散和聚光，LED灯需要一定的光学器件来加工和处理。
2、光色和光温性能差：LED灯的光色和光温是由它的发热量和反射角度决定的。
因此，如果不加以处理，会导致LED灯的光色和光温不稳定，而且会存在颜色偏差。
3、折射角度范围小：由于LED芯片的尺寸较小，因此LED光束的折射角度相比传统照明灯更小，难以实现不同光角度下的温和光效。
4、光强和照度不均：如果没有进行设计，LED灯的光强和照度会存在差异，这将直接影响LED灯的亮度和照明效果。
建筑物照明系统的设计规范
建筑物照明系统的设计规范照明系统在建筑物中起到关键的作用，不仅为人们提供光线，还能创造舒适的环境。
因此，建筑物照明系统的设计规范显得尤为重要。
本文将主要探讨建筑物照明系统的设计规范，以确保其安全、高效和美观。
一、光的种类和选择在设计建筑物照明系统时，需要考虑所需的光的种类，例如环境光、任务光和装饰光。
环境光为整体提供照明，任务光用于特定的工作区域，装饰光则用于美化建筑物。
根据不同需求选择合适的光源，如荧光灯、LED灯或卤素灯等。
二、光照度和均匀性建筑物的不同区域对于光的要求有所不同，因此在设计照明系统时，需要充分考虑光照度和均匀性。
合理确定每个区域所需的光照度水平，并确保同一区域内的光照度均匀分布，避免出现明显的亮暗差异。
三、节能设计建筑物照明系统的节能设计对减少能源消耗和保护环境至关重要。
采用高效节能的照明设备，如LED灯，结合传感器和调光系统，可以根据环境光照度自动调整灯光亮度，提高能源利用效率。
四、色彩温度和色彩还原性色彩温度和色彩还原性对建筑物照明效果产生重要影响。
不同色彩温度的光源可以营造出不同的氛围，而色彩还原性指的是照明系统对物体颜色的真实还原能力。
根据建筑物的类型和功能，选择合适的色彩温度和色彩还原性要求。
五、光污染控制光污染对环境和人类健康带来负面影响。
为了控制光污染，建筑物照明系统的设计应遵循相关规范和标准。
合理布置照明设备，避免过度照明和光线泄漏，减少对周围环境的干扰和对星空的遮蔽。
六、安全性和可靠性建筑物照明系统的安全性和可靠性是重要考虑因素。
采用符合安全标准的照明设备和配电系统，避免短路和电气火灾风险。
同时，定期检查和维护照明系统，确保其正常运行和可靠性。
七、灯光设计和控制合理的灯光设计可以提升建筑物的美感和舒适度。
通过选择合适的照明装饰品和灯具，营造独特的氛围和风格。
此外，采用智能化的灯光控制系统，可根据不同需求自动调整灯光亮度和颜色。
八、人机工程学考虑在建筑物照明系统的设计中，应充分考虑人机工程学原理。
led均匀照明的标准
LED均匀照明的标准
LED均匀照明的标准是指LED灯在照明时，其光线分布应该均匀，避免出现眩光、光斑、阴影等不均匀的情况。
以下是一些常见的LED均匀照明标准：
1. GB/T 3095.3-2012《室内用LED产品能效限定值及能效等级》：该标准规定了LED灯的均匀度要求，要求LED灯的光斑直径应小于等于指定值，以确保照明均匀。
2. EN 12464-1:2007+A1:2017《照明用LED产品-通用规范》：该标准规定了LED灯的光斑要求，要求LED灯的光斑直径应小于等于指定值，并且光斑的形状应符合要求。
3. IEC 60061-1:2007+A1:2015《电气和电子设备-安全-通用要求》：该标准规定了LED灯的安全要求，包括LED灯的均匀度要求，要求LED灯的光斑直径应小于等于指定值，并且光斑的形状应符合要求。
4. ANSI/ASHRAE/IES LM-79-2015《光通量测量标准》：该标准规定了LED灯的光通量和均匀度的测量方法，要求LED灯的光斑直径和均匀度应符合指定的要求。
LED均匀照明的标准主要是为了保证LED灯在照明时能够提供均匀、舒适的光线，避免出现眩光、光斑、阴影等问题，从而提高照明效果和舒适度。
LED照明的照度均匀性研究
投影显示的需要. 为了增加光源的光通量, 很多人
50
哈尔滨师范大学自然科学学报
2008年
尝试将多个 LED矩阵式排列成面板, 作为投影显 示的光源, 这样既增加了光源发光的有效面积, 也 增加了光源的光通量, 更适合作为投影显示的光 源.
V o .l 24, N o. 3 2008
LED 照明的照度均匀性研究
孙英杰
(黑龙江省教育学院 )
卜文斌
(哈尔滨师范大学 )
摘要 单颗 LED作为近朗伯体发光光能输出较低, 且发散角较大, 难以直接 利用. 采用多个 LED 矩阵排列作为光源, 增加了光源的有效发光面积和光通量. 梯形 混光筒内部各面镀有高反射率的膜, 使得进入混光筒内部的光线无吸收的被反射, 最 后充分混合输出. 调整梯形筒的长度可提高出射面上的光照度均匀性. 利用 T raceP ro 软件对设计系统进行模拟分析, 结果表明出射面的照度均匀性大于 90% , 能量利用 率大于 65% , 优于 FF 双焦距光学系统, 并且整个系统结构简单紧凑, 易于实现, 成本 不高.
收稿日期: 2008- 02- 13
际的投影应用中, LED 的光强 度仍然很低, 只有 通过设计合理的照明系统, 才能满足投影显示的 要求. 美国专利 LED- Illum inat ion type DMD projecto r and Opt ica l System T heory [ 3] 中介绍了一种 LED阵列作为光源的三片式的 DLP ( D ig ita l L igh t P rocessor)投影显示 系统, 系统 采用 LED 阵 列作 为光源, 减小了体积、重量, 延长了寿命, 通过点亮 红、绿、蓝 LED 的占空比和合色棱镜来合成所需 要的颜色.
一种改善亮度均匀性的背光设计方案
一种改善亮度均匀性的背光设计方案亮度均匀性是指光源在整个显示屏上分布均匀，每个像素点接收到的光照强度相近。
对于背光设计来说，背光模组的布局、光源的选用和光源的分布都会直接影响到亮度均匀性的表现。
1.均匀布局光源：在显示屏的背面均匀布置多个较小的光源。
这可以通过多组LED灯或小型荧光灯来实现。
同时，应注意光源之间的间距和布局的均衡性，以确保光源的辐射范围相互覆盖，避免有区域亮度过高或过低的情况出现。
2.模块化的背光设计：将背光模组划分为若干个模块，每个模块独立控制光源的亮度和开启状态。
这样可以根据显示内容和需求，有选择性地对每个模块进行光源的调整，从而实现亮度的均衡。
3.使用光学衰减材料：对于亮度过高的区域，可以在该区域上方放置较厚的光学衰减材料，如磷光材料等，以吸收部分来自光源的光线，从而减弱亮度。
这样可以在不改变光源布局的情况下，通过光学方式实现亮度的均匀分布。
4.使用光学反射镜：在背光模组的边缘或角落处，可以使用光学反射镜将光线反射回显示屏的中央区域，以增加亮度。
这样可以弥补屏幕中央亮度较低的问题，提高整体的亮度均匀性。
5.调整光源的亮度：通过控制每个光源的电流强度来调整其亮度。
可以根据显示屏的不同区域和亮度需求，有选择性地调整光源的亮度，使整个显示屏上的亮度均匀分布。
通过以上改善亮度均匀性的背光设计方案，可以有效提高显示屏的视觉效果。
然而，在实际应用中，仍需根据具体产品的需求和制造成本来进
行实施。
因此，需要在光源选择、布局设计和光学化学材料的应用上进行综合考虑和平衡，以达到最佳的亮度均匀性。
LED灯光恒定性和照度均匀性的研究
LED灯光恒定性和照度均匀性的研究随着科技的不断发展，LED灯光已成为现代照明方式中的一种主流选择。
相较于传统的照明方式，LED灯光具有节能、寿命长等诸多优点，因此被广泛应用于各个领域，包括家居、商业、景观等。
然而，在实际应用中，人们发现LED灯光存在一些问题，如恒定性和照度均匀性等。
本文就针对这两个问题进行了探讨。
一、恒定性问题LED灯光的恒定性问题指的是灯光亮度随着时间的推移而发生变化的情况。
在实际应用中，我们通常会遇到这样一个情况：明明所有的LED灯光都是同样的型号，但在使用一段时间后会发现亮度差异较大，且这种亮度变化似乎没有明显的规律可循。
针对这个问题，科学家们进行了大量的实验研究，得出了一些结论。
首先，LED灯光的恒定性问题与LED芯片的封装质量有关。
现在市面上的LED产品分为两种封装方式：表面贴装封装（SMT）和插件式封装（DIP）。
在相同的工作环境下，SMT封装的LED灯光的恒定性要好于DIP封装的LED灯光。
其次，LED灯光的恒定性还受到工作温度的影响。
在高温环境下工作的LED灯光，在使用一段时间后往往会出现亮度失控的问题。
因此，在设计和应用LED灯光时，应该充分考虑导热问题，确保LED灯光在工作时保持合适的温度。
此外，在选择LED灯光时，应该优先选用品牌知名、质量可靠的产品，避免选择不知名的、质量较差的产品。
二、照度均匀性问题LED灯光的照度均匀性指的是灯光照射到被照明物体表面时产生的光照强度分布情况。
在实际应用中，我们通常会遇到这样一个情况：在室内或室外照明时，LED灯光的光照强度不够均匀，会产生强弱不一的照明效果，影响人们的舒适感。
针对这个问题，科学家们进行了大量的实验研究，得出了一些解决方法。
首先，应该在LED灯光的设计和制造过程中，充分考虑照明需求和应用场景。
例如，在室内照明时，应该根据房间大小、明暗度要求等因素来选择合适的LED灯光数量和布局方式，使得灯光充分照亮房间，并且产生均匀的照度分布。
LED透镜在均匀照明领域的设计方法与应用
LED透镜在均匀照明领域的设计方法与应用摘要：随着城市化进程的加速，LED的应用越来越广泛。
作为一种新型的光源，LED有着其他光源无可比拟的优势。
LED作为光源在均匀照明领域，需要应用曲面透镜改善其光源分布，从而达到均匀照明的目的。
本文阐述了LED 透镜的设计原理，并简要分析了可用于均匀照明的LED透镜设计方法及应用。
关键词：均匀照明；二次光学设计；自由曲面LED（LightingEmittingDiode）即是发光二极管，是一种新型的绿色光源，与传统光源有着很大的区别。
随着城市建设的不断发展，LED光源在照明领域的应用范围也在不断扩大。
LED光源还具有具有效率高、寿命长、耐用性强、无污染以及控制灵活等优点，这使得其在现代社会中的需求量不断扩大。
由于LED芯片的出光为朗伯发光体分布，不适合直接应用，需要对其进行光学系统处理后才能应用。
但很多时候，LED光源都无法满足照明灯具的要求，因此，对LED光源进行二次光学设计十分必要。
传统的设计方法设计周期很长，对设计人员的要求也比较高。
常用的设计方法介绍微分方程法微分方程法的设计基础理论是剪切法。
就是通过建立微分方程计算设计值，利用计算值建立自由曲面模型。
主要考虑的是建立空间坐标系，把LED光源当做空间坐标系的原点，选用球坐标系的表示方法来表示曲面上的点，用直角坐标系的表示方法来表示照明面上的点。
同时设定入射光线、法向量等。
从而可以推导出照射平面上的点和自由曲面上的点之间的关系式。
由于光的传播遵守能量守恒定理，假设当没有能量损失时，光源发出的能量和照明面接收的能量在数值上是相等的，这样就可以建立能量守恒的表达式，从而得出折射光的角度与与自由曲面上的点的关系式，进而得出自由曲面上的点和照明面上的点的关系式，通过数学微分知识可以得出微分方程式，在利用数值求解法求出相关数据，根据求出的数据建立照明系统模型。
划分网络格法划分网格法的主要设计基础是能量守恒原理。
就是在不考虑能量损失的前提下，按照光源发出的能量和自由曲面接收的能量相等的规则，将光源和照明面进行网格划分，通过照明面上的点和光源的映射关系，再利用迭代计算法就算出光学系统中的各个数据点的坐标，进而计算出映射点的法线矢量，以确定透镜表面的模型。
使用LED点光源实现均匀照明效果的要点探究
Electronic Technology •电子技术Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 71【关键词】照明 光源 LED1 研究背景随着人民生活水平的日益提高，广大消费者对光源的要求，已从简单的提供照明，衍生出光源不刺眼，外观简洁美观等附加要求。
如图1的透过灯罩可以直接看到明显灯珠的照明形式已不能满足广大消费者对高品质生活的追求。
而直接使用面光源模块进行灯珠隐形化的方案成本居高不下，难以广泛推广。
故探究出一套使用LED 点光源实现均匀照明效果的设计方法，已成为广大与照明相关行业的当务之急。
2 指标量化要实现均匀照明的视觉感受，即在灯罩平面上各点出射的光强差异无法被人肉眼所察觉。
心理物理学奠基者E.H.韦伯教授在韦伯定律中指出： “最小可觉差是标准刺激的不变分数”，即ΔB/B=K ，其中：最小可觉差ΔB ，即为可以觉察的最小刺激变化；标准刺激B ，即为刺激变化的基数；定值K ，即为韦伯比。
进一步调查得知：在背景亮度相当宽的范围内，亮度的韦伯比约为0.02。
因此本研究的目标指标即可量化为：当灯罩出射面的最亮点的亮度减去最暗点的亮度除以最亮点的亮度不大于2%时，即可达到灯罩均匀照明的效果。
3 光源特性首先对光源特性进行研究。
在多种多样的LED 类型中，贴片式LED 灯（如图2）具有电压低、能耗低、亮度高、寿命长、尺寸小等优势，故而得到了广泛的应用。
本研究主要针对该类型的LED 灯进行研讨。
经查得知，该类型LED 灯属朗伯光源，其光强遵循余弦规律，即I θ=I 0*cos θ。
4 数学模型建立数学模型如图3所示。
其中灯珠到观察轴的距离为A ，灯珠间距为B ；灯珠编号为n （设n 为由1至N 之间的一整数），且每个灯珠的法向与观察轴的交点受使用LED 点光源实现均匀照明效果的要点探究文/尹焘到该灯珠的光强为I n ；又设观察轴上任意一点至n 号灯珠的法向与观察轴的交点的距离为t ；根据上述朗伯光源及光强与距离的平方成反比的特性，可以得出t 点所受到的来自n 号灯珠的光强为；则t 点所受到的来自1~N 号灯珠的光强总和。
大面积高均匀LED光源的光学系统设计
ＤＯＩ：１０．１６１８５／ｊ．ｊｘａｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．２０２１．０４．０１３ｈｔｔｐ：／／ｘｂ．ｘａｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ大面积高均匀ＬＥＤ光源的光学系统设计张 博１，２，刘 琴２，谢思思３（１．南威尔士大学无线和光电子研究创新中心／计算机及工程科学学院，庞特普里斯ＣＦ３７１ＤＬ；２．河南百合特种光学研究院有限公司，新乡４５３００３；３．黄河交通学院基础部，焦作４５４９５０）摘 要： 为了解决模型表面涂料因光照不均匀而导致获取的光谱信息不准确的问题，设计了波长一定、大面积、高均匀性的ＬＥＤ激励光源系统。
根据设计指标对单颗ＬＥＤ光源进行二次光学设计，即运用网格划分法对单个ＬＥＤ光源配制非球面匀光透镜进行匀光设计，经ＺＥＭ ＡＸ仿真和计算，该光源系统由４组阵列分布的ＬＥＤ光源（波长为３８０～３８５ｎｍ）组成，在距离光源３ｍ处的目标照明面上可实现直径 ３ｍ的辐照范围和１３０Ｗ·ｍ－２的辐照强度，且辐照均匀度达到９６．５９％．结果表明此设计满足应用所需的均匀度和辐照强度要求。
关键词： ＬＥＤ光源；二次光学设计；网格划分法；辐照均匀度；辐照强度中图号： ＴＮ２３ 文献标志码： Ａ文章编号： １６７３ ９９６５（２０２１）０４ ０４７０ ０９犇犲狊犻犵狀狅犳犪犔犈犇犔犻犵犺狋犛狅狌狉犮犲犛狔狊狋犲犿狑犻狋犺犔犪狉犵犲犃狉犲犪犪狀犱犎犻犵犺犝狀犻犳狅狉犿犻狋狔犣犎犃犖犌犅狅１，２，犔犐犝犙犻狀２，犡犐犈犛犻狊犻３（１．ＷｉｒｅｌｅｓｓａｎｄＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＣｅｎｔｒｅ／ＦａｃｕｌｔｙｏｆＣｏｍｐｕｔｉｎｇ，ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＳｃｉｅｎｃｅ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｏｕｔｈＷａｌｅｓ，ＰｏｎｔｙｐｒｉｄｄＣＦ３７１ＤＬ，ＵＫ；２．ＨｅｎａｎＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｐｅｃｉａｌＯｐｔｉｃｓＬｔｄ，Ｘｉｎｘｉａｎｇ４５３００３，Ｃｈｉｎａ；３．ＨｕａｎｇｈｅＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｏｚｕｏ４５４９５０，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋： Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｉｎａｃｃｕｒａｔｅｓｐｅｃｔｒａｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｄｕｅｔｏｕｎｅｖｅｎｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｍｏｄｅｌｓｕｒｆａｃｅｃｏａｔｉｎｇ，ａＬＥＤｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈａｃｅｒｔａｉｎｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ，ｌａｒｇｅａｒｅａａｎｄｈｉｇｈｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．ＴｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｏｐｔｉｃａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＬＥＤｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｄｅｓｉｇｎｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｔｏｐｒｏｄｕｃｅｕｎｉｆｏｒｍｌｉｇｈｔｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｇｒｉｄｄｉｖｉｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．ＴｈｒｏｕｇｈＺＥＭＡＸｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆ４ａｒｒａｙｓｏｆＬＥＤｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅｓ（ｉｔｓｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｂｅｉｎｇ３８０～３８５ｎｍ）．Ｔｈｅｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｒａｎｇｅｗｈｏｓｅｄｉａｍｅｔｅｒｉｓ ３ｍａｎｄｔｈｅｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆ１３０Ｗ·ｍ－２ｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄａｔｔｈｅｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄｓｕｒｆａｃｅ３ｍａｗａｙｆｒｏｍｔｈｅｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅ，ａｎｄｔｈｅｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｒｅａｃｈｅｄ９６．５９％．Ｔｈｉｓｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｉｓｄｅｓｉｇｎｍｅｅｔｓｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙａｎｄｒａｄｉａｔｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｔｙ．第４１卷第４期２０２１年８月 西 安 工 业 大 学 学 报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ’ａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．４Ａｕｇ．２０２１ 收稿日期：２０２０ １０ ０４基金资助：陕西省重点研发计划（重点产业创新链）项目（２０２１ＺＤＬＧＹ１２?０６）。
LED照明中的照度均匀性优化研究
LED照明中的照度均匀性优化研究随着人们对于绿色、低碳、环保的需求不断增加，LED照明逐渐成为了照明领域的主流。
而照度均匀性则是LED照明的一个重要指标，在不同场合，不同需求下有着不同的应用。
因此，本文就LED照明中的照度均匀性优化研究进行探讨。
一、照度均匀性的定义及其意义照度均匀性，是指在被照明区域内各点照度分布的不平均程度，是照明设计中需要关注的一个指标。
照度均匀性的意义也相当明显，首先是舒适性，让人处在一个照明均匀、没有太大的光影差异的环境中，会带给人良好的视觉感受，避免出现刺眼现象，使人保持愉悦的情绪；其次是安全性，当需要照明的区域存在过暗或过亮的情况时，容易导致人们对于周围环境的不适应进而影响使用效果，严重时可能会带来安全隐患。
因此，照度均匀性的优化是LED照明设计中必不可少的一部分。
二、影响照度均匀性的因素1.光源类型：不同类型的LED光源由于其亮度、反射等特性，进而会对照度均匀性产生影响，因此在照明设计中需根据不同的光源类型确定最佳的光源布局。
2.照明距离：照明距离是指LED照明灯具的离被照明物体的距离。
照明距离越大，则照度均匀性也越差，因此在实际设计中应灵活掌握照明距离的大小。
3.照明位置：照明位置的不同，也会导致照度均匀性存在差异。
因此，在设计中需要根据被照明区域的实际情况，合理选择照明的位置和灯具的数量等。
三、照度均匀性优化的方法1. 灯具优化：选择合适的灯具是照度均匀性优化的一个重要方面。
需要考虑灯具的亮度、光斑范围、照射角度等参数，寻找到最佳的照明方案。
2. 光源布局：光源的布局是影响照度均匀性的重要因素之一。
根据使用环境的实际情况，利用不同形状、颜色、亮度的LED灯具，透过计算机仿真等方法，优化光源的布局来达到最佳的照明效果。
3. 灯具安装高度：灯具安装高度的不同，也会对照度均匀性的优化产生影响。
因此，在灯具安装前需根据实际情况，选择合适的安装高度，并在照明过程中不断进行调整。
探究实现均匀照明的LED系统设计方法
探究实现均匀照明的LED系统设计方法作者：师小波来源：《商情》2016年第09期【摘要】LED系统的应用可以改善人们的生活水平，提高照明质量，具有稳定性高、能耗低、对环境影响小的特点，广泛的应用到实际的生产生活中。
实现均匀照明的LED系统设计是提高LED系统的照明质量，提高LED系统的应用范围。
以下本文对LED系统均匀照明的系统设计展开探讨，并采用合理的设计方案，实现均匀照明的LED系统，旨在为相关人员提供参考，促进均匀照明的LED系统的实现，满足人们的实际生活需求。
【关键词】光学设计，均匀照明，LED系统，设计方法LED系统能够有效的提高能源的利用效率，符合绿色照明的实际需求。
为了实现LED系统的均匀照明，需要合理的对系统进行设计，提高照明质量，促使LED系统能够更加符合人们的实际需求，减少暗斑和光效降低情况的发生，提高LED系统的整体效能。
在实际的设计中可以采用试错法进行设计，减少复杂的编程程序，优化LED系统设计，促使设计能够合理的对LED系统的光进行利用，并使系统的光变为平行光或发散光，促使LED系统的光束角度的减少，提高光能的利用效率，促使均匀照明的实现。
从而实现LED系统的均匀照明设计。
一、LED系统的相关概述LED系统是先用照明中常用的系统，主要是由一系列的LED产品组合而成的，具有良好的照明效果，通过LED系统的应用，可以有效的改善人们的生活，提高照明能力。
可广泛的应用到家居照明，数字照明、LED显示器等，具有较好的应用质量。
但是传统的LED系统在实际的应用过程中，一些问题是确实存在的。
（1）LED系统照明效果存在视觉感知上问题，较比自然光，LED系统的显色系数较高，会出光强分布不均的情况，导致人们对LED系统的视觉效果不够理想。
（2）传统的LED系统发光效率不够强，需要进一步提高，而且随着LED 系统的使用，还会导致光效降低的情况发生。
（3）应用过程中，导致光斑的出现，影响LED 系统的照明质量。
LED透镜在均匀照明领域的设计方法与应用
LED透镜在均匀照明领域的设计方法与应用摘要：随着城市化进程的加速，led的应用越来越广泛。
作为一种新型的光源，led有着其他光源无可比拟的优势。
led作为光源在均匀照明领域，需要应用曲面透镜改善其光源分布，从而达到均匀照明的目的。
本文阐述了led透镜的设计原理，并简要分析了可用于均匀照明的led透镜设计方法及应用。
关键词：均匀照明；二次光学设计；自由曲面中图分类号：s611 文献标识码：a 文章编号：led（lightingemittingdiode）即是发光二极管，是一种新型的绿色光源，与传统光源有着很大的区别。
随着城市建设的不断发展， led光源在照明领域的应用范围也在不断扩大。
led光源还具有具有效率高、寿命长、耐用性强、无污染以及控制灵活等优点，这使得其在现代社会中的需求量不断扩大。
由于led芯片的出光为朗伯发光体分布，不适合直接应用，需要对其进行光学系统处理后才能应用。
但很多时候，led光源都无法满足照明灯具的要求，因此，对led光源进行二次光学设计十分必要。
传统的设计方法设计周期很长，对设计人员的要求也比较高。
常用的设计方法介绍微分方程法微分方程法的设计基础理论是剪切法。
就是通过建立微分方程计算设计值，利用计算值建立自由曲面模型。
主要考虑的是建立空间坐标系，把led光源当做空间坐标系的原点，选用球坐标系的表示方法来表示曲面上的点，用直角坐标系的表示方法来表示照明面上的点。
同时设定入射光线、法向量等。
从而可以推导出照射平面上的点和自由曲面上的点之间的关系式。
由于光的传播遵守能量守恒定理，假设当没有能量损失时，光源发出的能量和照明面接收的能量在数值上是相等的，这样就可以建立能量守恒的表达式，从而得出折射光的角度与与自由曲面上的点的关系式，进而得出自由曲面上的点和照明面上的点的关系式，通过数学微分知识可以得出微分方程式，在利用数值求解法求出相关数据，根据求出的数据建立照明系统模型。
划分网络格法划分网格法的主要设计基础是能量守恒原理。
LED背光源的亮度均匀性控制技术
LED背光源的亮度均匀性控制技术LED（Light-Emitting Diode）背光源是一种常用的照明设备，它具有高效节能、寿命长、响应快、颜色可调节等特点。
然而，由于LED灯珠之间的差异导致了亮度不均匀的问题，影响了LED显示屏、液晶电视等产品的显示效果。
因此，控制LED背光源的亮度均匀性成为了一个重要的技术问题。
为了解决LED背光源亮度均匀性问题，研究人员提出了多种控制技术。
以下将介绍几种常见的LED背光源亮度均匀性控制技术。
首先，一种常见的方法是使用光学透镜。
透镜能够改变光的传播方向和角度，可以通过改变透镜的形状和材料来控制LED光线的分布。
通过使用透镜，可以把LED光线聚焦到特定区域，从而改善亮度分布的均匀性。
此外，还可以使用透镜组合的方式来进一步改善亮度均匀性。
其次，采用LED模块组合的方式也是一种有效的亮度均匀性控制技术。
LED模块是由多个LED灯珠组成的单元，每个模块都具有独立的亮度控制电路。
通过对每个模块的亮度进行调节，可以实现LED背光源亮度的均匀分布。
此外，LED模块的组合方式也可以根据实际需求进行灵活调整，以实现更好的亮度均匀性。
另外，采用反馈控制系统也是一种常见的LED背光源亮度均匀性控制技术。
通过在LED背光源中添加光敏元件，可以实时感知LED灯珠的亮度，并将反馈信号传输到控制系统中。
控制系统根据反馈信号对每个LED灯珠的电流进行调节，从而实现LED背光源亮度的均匀性控制。
这种方法能够实时响应光线变化，具有较好的稳定性和精确性。
此外，基于调光技术的亮度均匀性控制也是一种常见的方法。
调光技术能够通过改变LED背光源的亮度来实现亮度的均匀分布。
常见的调光技术包括PWM （Pulse Width Modulation）调光、0-10V调光等。
通过对LED灯珠的亮度进行调整，可以实现LED背光源的亮度均匀性控制。
最后，还可以采用软件校正的方式来改善LED背光源的亮度均匀性。
通过对LED背光源的亮度数据进行采集和分析，可以得出不同区域的亮度差异，并通过软件算法进行矫正。
LED灯具设计规范
LED灯具设计规范随着LED技术的不断发展和成熟，LED灯具在照明行业中得到广泛应用。
为了确保LED灯具的质量和使用安全，LED灯具设计规范也越来越重要。
下面将介绍LED灯具设计规范的若干要点。
一、性能指标要求1.1光效要求：LED灯具的光效应该达到一定的标准，以确保照明效果；同时，应注重照度均匀性，避免光强不均匀的问题。
1.2色温要求：根据使用场所和需求，选择合适的色温范围。
同时，要求色温的稳定性，避免在使用过程中因色温波动引起用户不适。
1.3色彩指数要求：LED灯具应具有较高的色彩还原性能，以确保物体的真实色彩再现。
1.4功率因数要求：要求LED灯具的功率因数达到一定的标准，确保电能的有效利用，并且降低对电网的污染。
1.5寿命要求：LED灯具的设计寿命应长达数万小时以上，以保证用户的使用寿命和降低维护成本。
二、结构设计要求2.1散热设计：由于LED灯具在工作过程中会产生热量，因此要进行合理的散热设计，确保LED芯片的工作温度不超过允许范围，以提高灯具的寿命和稳定性。
2.2防护等级要求：根据使用环境不同，要求灯具具备一定的防尘、防水等级，以确保灯具的正常使用。
2.3结构合理性要求：要求灯具的结构设计合理，方便安装和维护，并且考虑美观性，以提升产品的市场竞争力。
三、安全要求3.1绝缘要求：要求LED灯具在外部有触电危险的部分和内部电压电流回路之间，具备足够的绝缘保护。
3.2耐电强度要求：要求LED灯具具备足够的耐电强度，能够抵御一定的电击危险。
3.3过流、过压保护要求：要求在灯具内部设置过流、过压保护装置，以保护灯具和用户的安全。
3.4耐候性要求：要求灯具具备一定的抗紫外线、防腐性和耐盐雾腐蚀能力，以适应不同的使用环境。
四、环保要求4.1使用环保材料：要求LED灯具的外壳和内部材料尽量使用环保材料，减少对环境的污染。
4.2节能要求：要求LED灯具具备较高的能效，以减少能源的消耗，降低对环境的负荷。
led均匀照明
led均匀照明
led 均匀照明，不仅具有节能高效的特点，而且在亮度上也有着极为出众的表现。
但与此同时，它还存在一个重要问题：就是其光线分布非常不均匀。
这对于灯饰设计者来说无疑是一个挑战，既要满足人们日益增长的需求又要符合节约能源的理念，这确实很难把握好尺寸。
节能减排、绿色环保是当今社会发展的大趋势，将电力光伏技术应用到建筑行业中去已成为各国目前正致力研究和探索的方向之一。
LED 作为新型的半导体固态光源，以其独特优越性被广泛地运用到了城市道路照明领域。
LED 均匀照明系统可使得每盏灯都达到最佳的亮度水平，并通过智能控制器调整每盏灯的开关次数及间隔时间，从而做到真正意义上的“按需供给”，进而提升了照明质量，降低了维护费用。
- 1 -。
实现LED均匀照明的反射面设计
实现LED均匀照明的反射面设计
1 引言
作为第四代新型节能光源的典型代表，LED 具有寿命长、节能、环保、显色性好等其他光源无法比拟的优点，而且随着大功率LED 的迅速发展，越来越广泛的应用于各种指示、显示、背光源、普通照明和城市夜景等众多领域。
但是LED 光源发出的光不均匀，因此在对光照有严格要求的特殊场合的照明中，必须根据LED 本身的发光特性和预期的光强分布，来设计一个二次配光结构，将LED 的光强进行重新分配。
配光结构一般有反射面、透镜两种，目前LED 的二次配光结构大部分
采用的是透镜结构。
考虑到透镜有两个透光面和一定的厚度，对于任意一个曲面，若曲面设计或制作过程中稍有偏差，或透镜中夹有一点杂质，对光线的折射和能量分布会产生很大的影响，且在实际应用中透镜对光线有较高的吸收率而造成能量损失。
而用反射面作为二次配光结构，理论上只需要一个反射面即可，容易加工且能量损失少，较好地解决了LED 均匀照明的问题。
本文旨在设计一种反射面来对LED 进行二次配光。
传统的反射面配光结构依赖于有解析解的二次曲面或二次曲面的组合。
但对于发光不均匀的光源，简单的二次曲面或二次曲面的组合都不能实现特定的光强分布。
本文采用自由曲面设计的方法，根据光源的发光特性和预期的光强分布建立一个微分方程，用数值求解法求解出这个方程，根据求解结果拟合出自由反射曲面，再利用光学软件对结果进行模拟。
2 反射面设计
本文中光源发出的光线一部分直接照射到照明面上，另一部分经设计的反射面反射到照明面上，最终在照明面上实现一个矩形的均匀照明区域。
利用。
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ｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｓｏｌｖｉｎｇ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｅｑｕａｔｉｏｎ．Ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｂｙ ｒａｙｓ ｔｒａｃｉｎｇ ｗｉｔｈ ＡＳＡＰ ｓｏｆｔｗａｒｅ．
Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ．ａｒｌｄ ｄａｔａ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｐｒｏｆｉｌｅ ｆｏｒ ＮＣ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｆｉｎａｌｌｙ．
性优于８７％，如图５所示。并得到适合数控加工的
反射器面形数据。图６是该反射器面形轮廓的截面
外形尺寸。此外，随着阅读灯与目标平面之间距离
的增大，目标平面上均匀光斑将变大，同时光斑的均 匀性将变得更好。
４结论
本文根据非成像反射器的设计方法，设计了一
种以单粒大功率ＬＥＤ为光源的照明系统。设计的
关键是建立反射器。本文根据目标平面上照度分布
｛譬冀劣茹（１１，
其中，口∈（一４５。，０。］。 式（１１）即为图２中反射器面形轮廓在直角坐标
系下的曲线方程。
２计算模拟
根据极坐
标系下反射器
面形轮廓的曲
线方程，当反 射光线２与光
图３系统照明示意图
轴的夹角口趋近一４５。时，原点０到入射点尺的距
离ｒ将趋近无穷，即反射器将延伸到无限远的目标 平面，因此必须合理地对反射器进行截短。截短后的
——２ ８１ｎＣ口ＯＳ ａ——矿一ｓ
（Ｌｏ６，）
通过求解该微分方程，即可得到口与目的函数
丽ｄｕ＋Ｕ警＝。１ 关系。令Ｕ＝１／ｔａｎａ，并代人（６）式得 丽十—面一２
（ｋ ７７’）
求解该微分方程，得
乱（日）２南Ｊ日ｐ（ｒ）ｄｒ （８）
其中，％为待求量。
为便于计算，设定初始条件：起始点Ｒ。对应ｐ
ａｒｃｔａｎ—ＯＯＳＵ砥ｓ—ｌｎｕ丽ｃｏｓＵ ＝０。，口＝４５。。即可求得口与目的函数关系
１－－６．
［４］Ｗｉｎｓｔｏｎ Ｒ，Ｒｉｅｓ Ｈ．Ｎ∞ｉｍ日ｇｉｎｇ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ丛ｆｕｎｅｔｉｏｍｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅ． ｆｉｒｅｄ ｉｒｒａａｍｃｅ［Ｊ］．Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．ＡＭ．Ａ，１９９３，１０（９）：１９０２— １９０８．
３２５
３０４
４３２
８７．６
３５０
３２５
４６３
８８．６
从表１可
门．Ⅳ
得：随着距离ｈ点 的增大，边缘光喜 线１和２之间‘ｌ
；／
的辐射能将更看
、八＼．／、．
＼
＼
ｆ．
趋近于汇聚在
／
１。
目标平面上一
－０．４
－０．２
０
０．２
０．４
Ｐ．ａｄｉｕｓ／ｍ
点，目标平面均
图５目标平面上的照度分布
匀照明区域内
的照度均匀度将不断提高。
图２设计所用坐标系
Ｒ１为反射器面形轮廓的终点。原点发出的一条光线
入射到点Ｒ，仅经一次反射后射向目标平面。人射光
线与光轴的夹角为≯，入射角为口。反射光线与光轴
的夹角为０，光轴顺时针方向转向反射光线的方向
为口的正方向。ｒ为原点。到点尺的距离，因此反射
器面形轮廓ｒ可以表示成ｊ５的函数ｒ（≯）。
在图２中，根据几何关系可得反射器面形轮廓
ｄ＝ｈｔａｎ４０。＋ｚ１
（１２）
ｄ１＝型等世一鲁
（１３）
．ｙｌ
Ｌ
式中（ｚｌ，ｙ】）为反射器面形轮廓终点Ｒ１的坐标。
根据直角坐标系 下反射器面形轮廓的
曲线方程以及口的取
值范围，在三维建模软 件Ｐｒｏ厄中建立反射
器模型，并导人光学设 计软件ＡＳＡＰ中建立
图４系统模型
照明系统的模型，如图４所示。
采用均匀照明区域内最低照度值与最大照度值
趣蹈
由远场中目标
平面上的照度
Hale Waihona Puke （ａ）相对光强分布曲线分布函数确
定［４Ｊ。 根据边缘
光线原理，目 标平面上任意
（ｂ）ＬＥＤ模型 图１ ＬＥＤ模型和相
对光强分布曲线
一点的能量由边缘光线
决定［５，６｜。反射器轮廓
设计所用坐标系如图２
所示。Ｕ、Ｄ顶面通光
孔的一端与反射器起始
点Ｒｏ相连，另一端为坐
标原点０。Ｒ为反射器 面形轮廓上任意一点，
的光斑。本文提出了一种单粒ＬＥＤ均匀照明系统， 给出了系统的理论计算和光学设计模型，并对系统
无污染、控制灵活等优点。随着ＬＥＤ技术不断完
的光照均匀性进行了分析研究。
善，ＬＥＤ的光通量及光效将不断提高。目前，商业 化的单粒５Ｗ白光ＬＥＤ的光通量已达到２００１ｍ，而
１设计原理
实验室高亮度白光Ｕ、Ｄ的水平已达到１１５１ｍ／ １．１ ＬＥＤ光源
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｐｐｌｉｅｄ ｏｐｔｉｃｓ；ＬＥＤ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ；ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｖｅ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ；ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ
Ｏ引 言
照明系统实现均匀照明则是通过二次光学设计 使照明系统在一个给定的区域内形成一个照度均匀
ＬＥＤ是２１世纪具有竞争力的新型固体光源， 它具有效率高、光色纯、能耗低、寿命长、可靠耐用、
口２
Ｌ
十
，
（９）
由式（２）、（５）、（９）可知：反射器面形轮廓ｒ最终
舢，＝唑翥翁警㈣， 可以表示成０的函数
式（１０）即为图２所示反射器面形轮廓在极坐标下的 曲线方程，其中目∈（一４５。，０。］。
在图２中，以ＯＲｏ为Ｘ轴，向右为正方向；以光 轴为ｙ轴，向下为正方向建立直角坐标系。则在该 直角坐标系下，反射器面形轮廓上任意一点的坐标 为
ｗ…１。以单粒ＬＥＤ为光源的照明系统不断增多，如
为方便二次光学设计分析，系统所用光源为平
ＬＥＤ投影仪、Ｕ、Ｄ矿灯、ＬＥＤ射灯以及ＬＥＤ阅读灯 顶大功率ＬＥＤ，光强为Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ分布，如图１（ａ）
等。ＬＥＤ芯片的出光为Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ分布，这样的光 所示，ＬＥＤ模型如图１（ｂ）所示。
场分布，如果不经过合适的光学系统处理而直接应 １．２设计原理
Ｌ（口）＝昔ｒ（声）ｓｉｎ（乒一口）
（４）
万方数据
吴仍茂，等：ＬＥＤ照明系统的光照均匀性设计
其中，ｓ为该ＬＥＤ顶面通光孑Ｌ直径ＯＲｏ的长度，Ｅ
为目标平面上均匀照明区域的照度。
令
夕（曰）＝，．（９５）ｓｉｎ（≯一０）
（５）
盘＝汹ａ掣一ｓｉｎ２０ｄＯ 对式（５）求对数导数，并将式（１）和式（２）代入，得
３设计实例
作为设计实例，用该设计方法设计一种实现均
匀照明的阅读灯。要求其性能指标为：在最低高度 为３００ｒａｍ时，形成一个半径不小于２８０ｍｍ，照度不
低于３００１ｘ的均匀光斑。
利用Ａ曼ＡＰ
对系统模型追迹 ２００万条光线，模
拟结果表明：选
用光通量为 １１０ｌｍ的平顶白
图６反射器截面
光Ｕ、Ｄ作为光源，在高度ｈ＝３００ｍｍ处照射到半 径为２８３ｍｍ的有效范围内的总光通量为８０．５１ｍ， 系统的效率为７３．２％，平均照度为３１４１ｘ，照度均匀
７５
光学技术
第３５卷
系统照射目标平面时，目标平面上将形成一个均匀
照明区域以及一个衰减区域，如图３所示。该图中， ＡＡｌ为均匀照明区域，ＡＢ以及Ａ１Ｂｌ为照度衰减区
域。综合考虑系统的效率以及系统的尺寸，选定口∈ ［一４０。，０。］。
图３中，ｄ为目标平面上均匀照明区域的半径，
ｄ１为目标平面上照明区域的半径，ｄ２为照明系统反 射器出光口的半径。其中
Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｄｗｓｈｕ＠ｓｔａｆｆ．ｓｈｕ．ｅｄｕ．口ｌ
基金项目：国家自然科学基金资助项目（６０７７４１０２）；上海市重点优势学科资助项目（Ｙ０１０２）
作者简介：吴仍茂（１９８４．），男，江西人，上海大学硕士研究生，从事ＬＥＤ照明系统设计研究。
７４
万方数据
第１期
的关于非成像 反射器的设计 方法，反射器 的面形轮廓可
ｃａｎ ｍｅｅｔ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ｍａｎｙ ｒｉｄ＆．１１１ｅ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｏｆ ｓｕｃｈ ｋｉｎｄ ｏｆ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｄｎ ｗｉｔｈ ａｓｉｎｇｌｅ ＬＥＤ ｌｉｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｎｏｎｉｍａｇｉｎｇ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ。ａ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｌｅｔ ｉｒｒａｄｉａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｓｉｒｅｄ ａｒｅａ ｏｎ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ｐｌａｎｅ ｂｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ａ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ Ｏｒｌ ｔｈｅ ｒａｄｉａｎｃｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ｐｌａｎｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ ｉｓ ｏｂ．
统的光照均匀性，并进而确定适合数控加工的反射器面形数据。 关键词：应用光学；ＬＥＤ照明；照明均匀性；反射器
中图分类号：０４３２．２
文献标识码：Ａ
Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｖｅ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ＬＥＤ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ
—ＷＵ Ｒｅｎｇ－ｍａｏ，ＴＵ Ｄａ－ｗｅｉ，ＨＵＡＮＧ Ｚｈｉ—ｈｕａ，ＺＨＡＯ Ｑ㈨ｅ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００７２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆ印ａｉｓｓｉｏｎ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ＬＥＤ．ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ａ ｓｉｎｇｌｅ ＬＥＤ ｌｉｇｈｔ ８０ｕｒｃｅ