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双自由曲面LED均匀照明准直透镜设计 被引量:17
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作者 孟祥翔 刘伟奇 +3 位作者 冯睿 魏忠伦 周敏 杨建明 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期10-15,共6页
为了克服传统LED准直器在近场难以实现均匀照明的缺陷,设计了一种双自由曲面均匀照明准直透镜.透镜分为折反两部分,每部分都利用双自由曲面进行匀光和准直.根据马吕斯定律,推导了实现光束准直出射的等光程方程,并将切面迭代法加入等光... 为了克服传统LED准直器在近场难以实现均匀照明的缺陷,设计了一种双自由曲面均匀照明准直透镜.透镜分为折反两部分,每部分都利用双自由曲面进行匀光和准直.根据马吕斯定律,推导了实现光束准直出射的等光程方程,并将切面迭代法加入等光程条件,同步计算准直透镜上下自由曲面的面形数据.仿真分析表明:对1mm×1mm的白光LED芯片,84.55%的能量集中在±2°内,近场照度均匀性达到94.59%,远场照度均匀性为89.01%;当LED芯片尺寸不超过2.0mm×2.0mm时,±4°内的能量利用率大于83.5%,近场照度均匀性在90%以上.该准直透镜能同时实现近场和远场的均匀照明,公差符合装配要求,光能利用率高. 展开更多
关键词 非成像光学 发光二极管 照明设计 自由曲面 几何光学
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非成像光学应用于LED照明的研究 被引量:10
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作者 李澄 李农 《照明工程学报》 北大核心 2011年第5期90-94,102,共6页
本文主要研究和讨论了采用LED作为光源的照明系统的二次配光器件设计方法以及经过配光后的照度分布。在过去的五十年中,照明光学技术取得了重大的发展和进步,一些新的技术和应用逐渐出现并被应用到照明行业的各个领域,如背光照明领域、... 本文主要研究和讨论了采用LED作为光源的照明系统的二次配光器件设计方法以及经过配光后的照度分布。在过去的五十年中,照明光学技术取得了重大的发展和进步,一些新的技术和应用逐渐出现并被应用到照明行业的各个领域,如背光照明领域、户外照明领域,室内照明领域以及投影显示领域等等,而这些技术的核心问题就是如何获得预先设定形状的照度分布。与成像光学不同,照明光学系统属于非成像光学的范畴。因此,在本文中,对照明领域中基本问题的回答将从非成像光学的角度论述,这些观点包括了一些新的设计思想和设计理念,例如"边缘光线理论"、"光学扩展量守恒"、"最大收集率"等等,试图建立一个完整的应用于LED照明二次光学设计的框架。 展开更多
关键词 均匀照明 矩形光斑 led二次光学设计 灯具设计 非成像光学
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分步法快速实现LED小视场角矩形均匀照明 被引量:1
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作者 刘典宏 张晓晖 《光电技术应用》 2017年第1期6-9,49,共5页
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... 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。 展开更多
关键词 几何光学设计 矩形均匀照明 小视场角 led
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Optimized design of LED freeform lens for uniform circular illumination 被引量:3
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作者 Peng LIU Reng-mao WU Zhen-rong ZHENG Hai-feng LI Xu LIU 《Journal of Zhejiang University-Science C(Computers and Electronics)》 SCIE EI 2012年第12期929-936,共8页
An optimization method is proposed for designing an LED freeform lens which produces a uniform circular pattern with high energy efficiency.This method is composed of three main aspects:design of the initial guess,par... An optimization method is proposed for designing an LED freeform lens which produces a uniform circular pattern with high energy efficiency.This method is composed of three main aspects:design of the initial guess,parameterization of the freeform surface,and construction of the merit function.The initial guess is created by solving an ordinary differential equation numerically.An approach of selecting optimization points is introduced for parameterization of the freeform surface.The merit function is constructed by use of the irradiance uniformity and the efficiency of the lens.Design examples are given,and the results show that the irradiance distribution is well controlled with a maximum uniformity(the relative standard deviation of irradiance,RSD) of 0.0122 and a maximum efficiency of 93.88%.This optimization method can be generalized to design freeform lenses with different lighting patterns or without rotational symmetry. 展开更多
关键词 illumination design Lenses Light emitting diode(led Non-imaging optics
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组合式发光二极管路灯反射器的设计 被引量:11
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作者 赵亚辉 范长江 《中国光学》 EI CAS 2012年第5期520-524,共5页
设计了一组合式路灯反射器,以使发光二极管(LED)路灯在道路照明时产生矩形光斑和均匀照度。在非成像光学基础上,利用复合抛物面的高性能集光作用和机械设计软件的强大作图功能,设计了一款分段组合复合抛物面反射器(CPC)。基于"边... 设计了一组合式路灯反射器,以使发光二极管(LED)路灯在道路照明时产生矩形光斑和均匀照度。在非成像光学基础上,利用复合抛物面的高性能集光作用和机械设计软件的强大作图功能,设计了一款分段组合复合抛物面反射器(CPC)。基于"边缘光线原理"和"裁剪法",此款反射器能将朗伯型发光的LED光束整形为近似矩形分布,出光效率达96%以上。理论模拟证明:在高度为10 m,范围为10 m×30 m内利用此反射器进行二次配光的LED路灯的照度均匀度达0.5以上。该反射式LED路灯光束整形器结构简单,光学效率高、成本低廉,模拟结果完全达到了目前我国国家道路照明规范要求。 展开更多
关键词 发光二极管(led) 非成像光学 复合抛物面反射器(CPC) led路灯 光学设计
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基于光学扩展量的LED均匀照明反射器的设计 被引量:71
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作者 余桂英 金骥 +1 位作者 倪晓武 郑颖君 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第8期2297-2301,共5页
针对发光二极管(LED)光源的发光特点,根据非成像光学的光学扩展量理论建立了获得均匀照明反射器的一般方程,实现了在特定目标面上的均匀照明,进而依据该方程设计了用于体视显微镜的LED照明系统。利用TracePro软件对所设计的系统进行光... 针对发光二极管(LED)光源的发光特点,根据非成像光学的光学扩展量理论建立了获得均匀照明反射器的一般方程,实现了在特定目标面上的均匀照明,进而依据该方程设计了用于体视显微镜的LED照明系统。利用TracePro软件对所设计的系统进行光线追迹仿真,结果表明在Φ90 mm的范围内照度均匀性达到90.6%,不考虑反射率损失时能量利用率可达到99.6%。该设计方案采用单一反射器实现均匀照明,为实现照明系统小型化和简单化提供了一种有效的途径。 展开更多
关键词 光学设计 非成像光学 均匀照明 光学扩展量 反射器 发光二极管(led)
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板上芯片型LED光源均匀照明自由曲面透镜设计 被引量:13
7
作者 梁文跃 李远兴 +4 位作者 龙拥兵 申冬玲 茹达兴 凡利娟 谢凯彬 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2017年第1期211-218,共8页
提出了基于能量映射关系和易加工性约束的照度偏离量累加反馈优化算法,并设计了一款可实现照度均匀分布的基于板上芯片(COB)型发光二极管(LED)光源的自由曲面透镜。本算法将每次迭代反馈优化后的仿真光分布与目标光分布的照度偏离量,累... 提出了基于能量映射关系和易加工性约束的照度偏离量累加反馈优化算法,并设计了一款可实现照度均匀分布的基于板上芯片(COB)型发光二极管(LED)光源的自由曲面透镜。本算法将每次迭代反馈优化后的仿真光分布与目标光分布的照度偏离量,累加到预设目标光分布进行修正,并利用修正后的目标光分布结合能量映射关系重构自由曲面透镜模型;同时,从易加工性的角度提出在反馈优化过程中将透镜外曲面下半部分约束为竖直面。以Cree CXA1816COB LED为光源设计了相应的自由曲面透镜,结果表明,经过3次反馈优化后即可在距离光源1000mm、半径为1480mm的圆形区域实现均匀照度分布。根据设计结果加工了相应的透镜并进行照明效果的测试,实测的照度分布与仿真结果比较吻合。 展开更多
关键词 光学设计 非成像光学 板上芯片型发光二极管 自由曲面 反馈优化 均匀照明 易加工性
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Simple dynamic energy core equivalent rays method to design freeform surface for extended source
8
作者 Kun WANG Yanjun HAN +6 位作者 Hongtao LI Yi LUO Zhibiao HAO Lai WANG Changzheng SUN Bing XIONG Jian WANG 《Frontiers of Optoelectronics》 EI CSCD 2016年第2期330-337,共8页
A simple method is proposed to design free- form surface for Lambertian extended source. In this method, it can take advantage of the designing method for point source via substituting each incident ray with a dynamic... A simple method is proposed to design free- form surface for Lambertian extended source. In this method, it can take advantage of the designing method for point source via substituting each incident ray with a dynamically calculated equivalent ray. For each facet on the freeform surface, the equivalent ray emits from the energy weighted average-emitting-position for the corre- sponding incident beam, and redirects into the direction which is determined by a source-to-target mapping. The results of the designing examples show that the light distributions' uniformities can be improved by this method, e.g., even the improvement of 59% can be achieved. 展开更多
关键词 nonimaging optics illumination design lightemitting diodes (leds
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立体化高空间照明均匀度LED植物光源的设计 被引量:7
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作者 焦飞宇 文尚胜 +5 位作者 马丙戌 张博 姜昕宇 卢允乐 黄玮钊 吴启保 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第18期151-164,共14页
传统植物照明设计只优化某一参考面的均匀度,导致植物生长空间内的光环境不均一。为了解决该问题,对空间照明均匀度评价体系进行了研究。首先,提出了三种潜在的立体化高空间照明均匀度植物光源设计方案,并借助TracePro光学仿真软件研究... 传统植物照明设计只优化某一参考面的均匀度,导致植物生长空间内的光环境不均一。为了解决该问题,对空间照明均匀度评价体系进行了研究。首先,提出了三种潜在的立体化高空间照明均匀度植物光源设计方案,并借助TracePro光学仿真软件研究了结构参数对照明效果的影响。进一步利用Taguchi方法优化实验过程,并结合ANOVA分析,获得了最佳方案的最优结构参数。然后,基于所得最优解,对植物生长过程中的照明效果进行了测试。最后,介绍了立体化光源系统相对传统阵列式LED光源的技术优势。实验结果表明:最优结构可提供一个均匀照明空间,该空间内的水平面照明均匀度和垂直面照明均匀度分别为92.00%和83.12%,并且两个空间参考平面上的红蓝光混色均匀度分别达到94.19%和90.70%。该植物光源系统可为植物提供其生长过程中所需的均匀空间照明环境。 展开更多
关键词 光学设计 空间照明均匀度 Taguchi 植物光源 发光二极管(led)
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面向皮革缺陷检测的离轴LED曲面阵列照明设计 被引量:11
10
作者 王德宇 王雪琨 +3 位作者 于文文 曹建军 钱维莹 高淑梅 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2019年第8期201-207,共7页
提出了一种曲面LED阵列设计方法。根据光线叠加原理,将LED排列在自由曲面上,通过曲率控制LED的出光角度。基于LED曲面阵列离轴照度分布的解析式,引入了基于模拟退火的粒子群优化算法,设定约束条件,构建均匀度评价函数,优化了LED曲面阵... 提出了一种曲面LED阵列设计方法。根据光线叠加原理,将LED排列在自由曲面上,通过曲率控制LED的出光角度。基于LED曲面阵列离轴照度分布的解析式,引入了基于模拟退火的粒子群优化算法,设定约束条件,构建均匀度评价函数,优化了LED曲面阵列的数值模型。制作出实物光源进行照度测量与缺陷检测。理论模拟和实物检测结果均显示,倾斜角度为45°,目标面与发光面面积比值为1∶0.85和1∶4时,照度均匀度分别达到91.79%和98.4%。在皮革缺陷检测中的结果表明,采用LED曲面阵列光源可凸显特定缺陷,易于图像处理,能快速准确地识别缺陷。 展开更多
关键词 光学设计 发光二极管(led) 自由曲面阵列 离轴均匀照明 机器视觉 缺陷检测
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基于半导体激光器的线性整形自由曲面反射镜设计 被引量:7
11
作者 唐舰 杨波 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期67-72,共6页
在许多测量系统以及激光焊接的系统中,拥有一字线图案的激光器发挥着重要的作用。为了提高传统一字线激光器光学系统的光能利用率和改善光学照明效果,研究设计了一种自由曲面反射镜,使得光线在细线的宽度方向准直出射,在长度方向以大角... 在许多测量系统以及激光焊接的系统中,拥有一字线图案的激光器发挥着重要的作用。为了提高传统一字线激光器光学系统的光能利用率和改善光学照明效果,研究设计了一种自由曲面反射镜,使得光线在细线的宽度方向准直出射,在长度方向以大角度扩散,同时也保证照度均匀性。通过建立自由曲面模型、构建偏微分方程,得到自由曲面点云的数值解,从而拟合得到自由曲面面型。仿真结果表明,发散角在高达150°时,照度均匀性高达90%,在不考虑反射率损失时能量利用率在99%以上。 展开更多
关键词 光学设计 自由曲面设计 一字线图案 非成像光学 点云 照度 半导体激光器
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基于双自由曲面高距高比照度均匀的光学系统设计 被引量:14
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作者 曾翌 赵会富 段文举 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第24期128-135,共8页
为了解决常规照度照明系统中存在的透镜厚度厚和照度不均匀等问题,设计距高比(DHR)为3的双自由曲面透镜。根据能量映射理论对光源与目标面进行网格划分,利用边缘光线理论和斯涅耳定律构造双自由曲面透镜,并采用实际光源进行模拟。与单... 为了解决常规照度照明系统中存在的透镜厚度厚和照度不均匀等问题,设计距高比(DHR)为3的双自由曲面透镜。根据能量映射理论对光源与目标面进行网格划分,利用边缘光线理论和斯涅耳定律构造双自由曲面透镜,并采用实际光源进行模拟。与单自由曲面透镜相比,双自由曲面透镜的厚度减小2.95%,透镜的横向尺寸减小10.50%。采用互补反馈校正法对透镜进行优化,优化后的单、双自由曲面透镜的照度均匀度分别为80.48%和87.05%,能量利用率分别为88.61%和91.23%。与单自由曲面照明系统相比,双自由曲面透镜的光学性能均有所提高。对于高DHR和透镜尺寸很小的照明系统,可以实现较高的照度均匀度和能量利用率。 展开更多
关键词 光学设计 发光二极管 非成像光学 照明设计 均匀照明
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