激光光源汽车前照灯自由曲面反射器设计

文中针对激光前照灯的光学结构设计困难和能量利用率低的问题,以球面最优传输理论为基础,提出了一种新的自由曲面反射器设计方法。该方法基于支撑曲面的结构,针对扩展光源进行了优化,有效抑制了目标照明区外的照度,实现了清晰的明暗截止线。文中根据GB 25991—2010标准,设计了适用于激光前照灯(含近光灯和远光灯)的自由曲面反射器,并使用扩展朗伯光源进行模拟仿真。仿真结果表明,配光屏幕上各测试点和测试区域的照度均符合法规要求,反射面连续光滑,能量利用率分别为96.96%和97.80%。通过实现高能量利用率的结构,减少了汽车前照灯的功耗,利于汽车前照灯的散热设计,延长了激光光源使用寿命,并为设备的生产加工带来便利。

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。

自由曲面反射器的计算机辅助设计

自由曲面反射器的计算机辅助设计=Computer aided design on free from reflector[刊,中]/杨波(北京理工大学光电工程系.北京(100081)),王涌天∥光学学报.—2004,24(6).—721-724 研究了自由曲面反射式照明系统的设计理论和算法.采用多块均匀B样条曲面拼合构成的多曲面反射体,根据使用者提出的测试屏上不同位置的光型分布要求,从几何光学出发通过光路追迹确定曲面型值点的坐标,

基于微分几何的矩形照度分布自由曲面反射器设计

在LED照明应用中为实现矩形均匀照度分布要求,提出了一种基于一阶线性偏微分方程的自由曲面反射器设计方法。基于微分几何理论和折射定律描述了光线与自由曲面的相互作用。根据LED光源特性建立了朗伯光源与矩形被照面之间的能量拓扑关系,推导了自由曲面反射器的一阶线性偏微分方程和边界条件。分别使用Runge-Kutta法和有限差分法对边界条件和偏微分方程进行数值计算,并对计算结果进行光线追迹仿真。仿真结果表明自由曲面反射器光通利用率达到了94%,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。程序计算时间少于1s。

实现均匀照明的自由曲面反射器

通过单个自由曲面反射器的反射,令光源发出的能量重新分布,在特定照明面上实现所需照明,从而简化了投影设备中的照明系统,使设备的进一步小型化成为可能。根据给出的光源辐射特性和所需实现的照明面上的能量分布,可得到一组偏微分方程,数值差分求解直接得到自由曲面反射器。光源采用发光面积1 mm×1 mm朗伯体发光的LED,视角为120°,照明面为4:3的均匀矩形光斑。设计了两种自由曲面反射器,并用软件对得到的曲面进行了照明模拟,模拟得到的照明均匀性接近90%。两种反射器在光轴方向上的投影尺寸均小于25 mm,垂直光轴方向上投影长度均小于22 mm,照明系统总长均小于40 mm,结构紧凑,适用于小型LED投影设备。

自由曲面反射器的计算机辅助设计

多曲面反射体车灯是目前高档轿车前照灯普遍采用形式。这种车灯具有很多优点 ,但其设计难度很大 ,必须依赖计算机辅助设计的手段 ,目前我国车灯企业不具备自主开发设计能力。为此研究了自由曲面反射式照明系统的设计理论和算法 ,采用多块均匀B样条曲面拼和构成的多曲面反射体 ,根据使用者提出的测试屏上不同位置的光型分布要求 ,从几何光学出发通过光路追迹确定曲面型值点的坐标 ,然后反算出控制顶点 ,得到满足复杂配光要求的自由曲面的结构参量 ,通过设置边界条件解决了分块式自由曲面反射器设计中棘手的区块间光滑连接的问题。研制的软件已能够从点光源出发自动设计出满足照明光型的多曲面反射体面型。

面光源矩形匀光照明反射器数学建模分析

通常反射器照明器件结构对面光源出射光线难以有效控制,用透镜又存在不可避免的色散问题。采用面光源置于反射器杯口,出光面背对目标面的结构,提出一种分点、分区控制光线的自由曲面反射器的设计方法。利用有限元法划分面光源,将微面光源视为点光源,根据矩形匀光照明配光条件,建立面光源与目标面的能量对应关系。根据微分几何理论和Snell定律,建立反射器的数学模型,只要给定参数,无需进行反馈优化,即可用Matlab软件给出自由曲面反射器的数值解。以台灯照明为例,用光学设计软件对其性能进行了模拟应用分析,结果表明,在有效照明区域内均匀度可达到80%以上,光能利用率达到90%。

多曲面反射体的计算机辅助设计及优化

研究了自由曲面反射式照明系统的设计理论和方法 根据反射器的尺寸、位置以及配光要求按点光源设计得到曲面型值点初始坐标后 ,将双三次B样条曲面引入照明系统的设计 ,反算出控制顶点 给出了空间任意一条入射光线与反射器区块的交点及其曲面法线向量的求法 ,为了提高光路追迹的效率 ,针对多曲面反射体给出了一种快速判断相交区块的算法 探讨了用阻尼最小二乘法对B样条曲面反射器进行优化设计的方法 ,通过优化运算修正控制顶点Z轴坐标 。

B样条曲面在汽车前照灯设计中的应用

B样条曲面的特点决定了其在汽车灯具设计方面能够被广泛应用。本文首先简介了 B样条曲面的数学原理及其特点 ,然后结合作者开发的应用于自由曲面反射器 FFR (Free Form Reflector)前照灯设计的程序 ,介绍了程序内容和验证方法 ,最后总结了 FFR的设计方法及步骤。

TiO_2薄膜在灯具上的应用

本文报道了一种采用TiO2 薄膜 ,具有光催化性能的环保型节能灯具。我们通过对自由曲面反射器的有效设计 ,提高了灯具效率。在灯具防护玻璃上涂敷的TiO2 薄膜具有光催化性质 ,可以有效的分解附着于灯具表面的有机物 ,降低灯具污染程度 ,提高光通维持率。可以广泛应用于室内外照明 ,提高使用效率 ,保持空气清新。

远程荧光粉涂覆一体化光源封装技术

提出了一种远程荧光粉涂覆一体化光源封装技术。从荧光粉散射理论分析了LED远程荧光粉涂覆角色温不均匀的原因,利用边缘光线理论设计了一符合从荧光粉激发出的黄光光强分布的自由曲面反射器结构。模拟和实验结果表示这种反射器结构相比普通反射器增加了光效且改善了角色温均匀性,此外我们基于此反射器做了色温6000 K的一体化光源,其光效能达到110 lm/W。

基于光源利用率的投影式汽车前照灯近光配光设计

由于常用旋转或复合椭球面的投影式前照灯多采用反射器和挡板的近光配光方式,具有光源利用率较低的不足,为此本文研究了一种变焦点的椭球面反射器设计方法,该方法通过改变反射器曲面的焦点和参数来构造一种基于无挡板的投影式汽车前照灯近光反射器。本文首先分析了投影式椭球面反射器光源与焦点位置关系对近光光配的影响变化规律,其次阐述了变焦点椭球面反射器的设计基本原理,然后建立了具有五个区域的反射器椭球面的三维方程式,并构造了椭球面上经纬线的变化函数,通过在MATLAB中计算得到曲面上空间点分布,将空间点分布导入三维软件Rhino中得到椭球面反射器三维模型,最后将三维模型导入光学软件LucidShape中,进行光学模拟,结果表明与传统设计方法相比,采用该方法设计的汽车前照灯反射器的近光光利用率可提高20%以上,且水平方向照射范围在±20°以上,满足GB4599—2007汽车用灯丝灯泡前照灯法规要求。

仿自然光照明系统的光学设计

近年来,LED照明的设计需求已经从追求更高的光学效率,实现精准的配光转向了如何提供更高的灯具舒适性,更加逼近自然光照明效果的阶段。本文提出了一种超小角度配光装置,辅以自由曲面反射器的方式,将发光源成像到无穷远,实现了在较小的装置尺寸情况下,在室内真实模拟出天空中太阳的照明效果。本文基于600*600尺寸发光面灯具,设计了开口直径40mm,配光角度10°的照明光源,并基于此设计了反射式自由曲面,尽可能让扩展光源发出的光线进行准直,在照明仿真软件Lighttools中进行仿真及优化,实现了出光面最小的光斑尺寸。

一种面向LED扩展光源的道路配光设计

在多车道的道路照明中,需要非对称矩形配光。本文根据非成像光学理论,建立点光源空间与目标照明面之间的拓扑关系,采用合适的反馈优化方法,获得面向扩展光源且在路面上形成均匀非对称矩形光斑的反射器,仿真结果表明,配光后光源的能量基本上被限制在20m×12m的矩形区域内,且实现了非对称的配光,横向照度均匀度达到了85%,纵向照度均匀度达到了80%,满足道路照明要求;并且通过开模实际测试出整体的照度均匀度为80.13%,验证仿真结果以及证明了设计方案的可行性和反射器在路灯灯具中的实用性。

零售空间中通道和行人区域的新型聚光灯

来自XAL的新款“Squadro”通道聚光灯正在创造零售行业的新标准。并不是因为目前在商店的这部分关键区域，没有其他的解决方案，而是因为这个通道聚光灯设计精良、产品开发高效，结构设计巧妙，热管理功能极佳，甚至拥有由Bartenbach设计的自由曲面反射器。