LED路灯矩形均匀照明方法综述

传统路灯照明的历史和现代路灯照明的发展,并总结了三类LED路灯实现矩形照明光斑的方法,分析了它们的照明效率,指出了LED矩形光斑路灯是未来道路照明的主要趋势。

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%。

分步法快速实现LED小视场角矩形均匀照明

提出一种基于分步法控制纵向视场角的改进方法,可以快速实现LED横纵向小视场角矩形均匀照明。通过设计三个轮廓线可以快速构造三个光学曲面,基于光学曲面构造折射透镜和紧邻的反射器组成光学系统。系统仿真结果表明,当光源距透镜内曲面尺寸与光源尺寸的比值大于6时,光束横向视场角不超过1°,纵向视场角不超过2.6°,且照明均匀性大于0.75。该方法为具有小视场角矩形均匀照明要求的光学系统提供了一种有效途径。

实现道路均匀照明的自由曲面反射器设计

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。

应用于工业扫描枪的照明系统设计

针对工业扫描枪扫描时对被扫描面的照明要求,对扫描枪照明模块进行设计。与传统的商用小型扫描枪比,设计的工业扫描枪可实现更大面积均匀矩形的照明光斑,灵敏度与照明面的锐利度都有所提升。采用两种设计方案:一种方案通过拟合一个自由曲面,使光源经过自由曲面后得到所需光斑;另一种基于传统非成像原理设计的照明光路,使用复眼匀光得到所需光斑;根据市场需求,两种设计方案均可在被扫描面距离扫描枪350 mm处呈350 mm×230 mm的均匀矩形照明面,且照明轴上点的强度大于0.2 W/cm^2,全部照明面均匀度大于75%。

登陆艇光学对中方法及LED引导光源设计

设计了基于引导光源颜色/相对位置的登陆艇光学对中方法,登陆艇驾驶员通过不同颜色引导光源间的相对位置判断其是否偏航以及偏航的程度,从而提高登陆艇快速入舱的精度和安全.引导光源以横纵向90°视场角的光束对最远200m海面进行均匀照明,采用CREE XPE型号的LED,通过改进的网格映射法设计自由曲面透镜以获得要求的矩形照明光场,仿真与实验结果表明,所设计的LED引导光源可以满足登陆艇光学对中系统的照明要求.

低眩光对称式LED路灯光学设计

给出一种低眩光对称式LED照明路灯的光学设计方案。通过对LED路灯的光学结构和灯具配光效果进行研究,利用自由曲面设计出外形类似花生米的LED路灯光学透镜,得到蝙蝠翼型的配光曲线。同时,调整LED单元数量和阵列的排列方式,通过光学模拟软件进行仿真,从而达到低眩光、高均匀的矩形配光。其中平均照度Eav为30.96lx,均匀度Emin/Eav为0.83,出光率为92.3%。

自由反射面设计中的椭流面光滑化研究

基于配焦椭流面的光学自由曲面设计具有几何意义明确、设计灵活和优化思路清楚等优点,但也存在表面不光滑的弊端。为了将每个椭流面片尽可能地光滑拼接,从边缘一点为起始位置开始构建自由反射面,先在θ方向构建光滑的椭流面,然后通过调整能量分配的方法,减小曲面在φ方向的不连续性。通过仿真验证,此方法可在2min内完成对40 000个椭球面片的计算处理,构建的曲面保证能量在目标面上均匀分配的同时在连续光滑性上也有很大提高。

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。

基于均匀照明的LED反射器的设计

为了创造良好的视觉环境,并提高光能利用率,设计了一种基于均匀照明的LED反射器。之所以选用球面环形阵列LED光源,第一是为扩大照明范围,其次是为了避免面光源垂直照射产生光强过强而导致的眩晕。设计的反射器是运用划分网格的方法获得自由曲面面型,运用机械建模软件拟合曲面的实体模型,进行了照明仿真模拟及分析。结果表明,与传统的反光器相比,自由曲面的反射器能较大程度地利用光源发出的能量,而且均匀性也有很大的提高。

一种基于Scheme语言的LED自由曲面偏光透镜建模方法

基于非成像光学原理,设计了一种新型LED自由曲面偏光透镜,并提出用Scheme语言对其进行快速建模。根据光源辐射特性和需要实现的照明面上的能量分布,采用划分网格法,利用Snell方程和能量守恒定律,得自由曲面各节点坐标。利用Scheme语言构建透镜模型。通过光学仿真软件,模拟计算了10万条光线,1 mm×1 mm×1mm的理想光源在距离地面1 m、面积为5 m×1 m、横向偏移距离为0.5 m、偏移角度约为26.6°的矩形照明区域内的照度分布。光学仿真结果表明利用Scheme语言快速建模的光照均匀度达到82%,偏移角度为26°,同时建模用时仅为5 s,远少于3D建模软件。