光源近场测量在LED光学设计中的应用与研究

在LED光学设计中,传统方法多以LED光源的远场测试数据为设计依据,而远场测试仅仅是对LED光源相对粗糙的测量,并不能精确地描述光源的空间光分布情况。对LED光源详细空间光分布信息的获取,即LED光线集的获取已经成为LED光学设计的瓶颈问题。获取并合理利用精确、详实的LED光源信息尤其是光源空间光分布信息是LED光学设计的关键点。分别利用单颗LED芯片和LED模块做了两组对照实验,并利用照明解析软件对获得的实验数据进行处理和分析,通过对比实验中光源远场测试和近场测试获得结果之间的差异,强调了通过LED光源近场测试获取光源光线集对LED光学设计的重要作用。实验结果表明,LED光源近场测量获取的光源光线集可以为LED光学设计提供更为详细的光源的光空间分布信息。     

LED光源谱线宽度测试实验

设计了LED光源谱线宽度测试实验,利用迈克耳孙干涉仪、LED光谱测试系统2套实验装置对LED光源的波长、相干长度和谱线宽度作了对比性测量.     

基于菌落挑选仪的暗视场照明的优化设计

针对高通量菌落挑选仪研发的照明设计,采用暗视场照明方式,在保证照度均匀的同时大幅提升了所采集菌落图像的对比度,以提高仪器整体性能。分析了影响照度均匀度的三个重要因素,LED环形光源中灯珠的投射角度、LED环形光源的阵列层数以及LED环形光源距目标面距离。模拟结果表明,当灯珠投射角度为75°、LED环形光源阵列为三层以及LED环形光源距目标面距离为61cm时,照度均匀度最优为93.16%。采用所设计的暗视场照明方式搭建实验系统,实验结果达到项目要求,并与软件模拟结果相匹配。     

LED光谱对纤细角毛藻和亚心形扁藻生长的影响

选取有着较高经济价值的纤细角毛藻以及亚心形扁藻为实验对象,在光照恒温培养箱中用红、绿、蓝、白LED集成不同光谱成分的光源与传统荧光灯进行对照培养实验。通过对比生长速率表明,与荧光灯光源相比光谱集成LED光源更有效地促进微藻的生长。说明LED集成光源作为微藻生长照明光源有其明显的优势。     

基于LED的色度学实验研究

作为环保、节能、可智能控制的新型光源,发光二极管（LED）广泛应用于人们的现代生活、生产中,更有望替代传统的照明光源。以三基色LED为光源,制作了三路独立可调恒流电源,通过调节三基色光的不同配比实现加法混色,研究设计了加法混色的色度学实验,既可以直接观察混色后的实验现象,又能通过测量光谱数据得到色度参数。LED光源环保...     

超高亮度LED驱动电路在LCoS微显示器中的应用

超高亮度发光二极管(LED)具有功耗低、寿命长、发光效率高等优点,为了将其应用于硅基液晶(LCoS)微显示器光源,从LED优点出发,结合LED的恒流发光特性,设计出了超高亮度LED驱动电路,并通过实验进行分析和优化.实验结果表明,超高亮度LED具有很好的光源特性,能够成功应用于LCoS微显示器中.     

一次透镜封装的单片集成LED光源北大核心CSCD

在使用LED作为照明光源的过程中,光场作为LED应用中的关键因素,一般使用二次光学系统进行调控。但是二次光学系统一般设计复杂、体积大、重量重,随着LED光学封装系统朝着小型化方向发展,二次光学系统的应用将会变得困难。结合软件仿真和实验验证探索了用于单片集成发光二极管(MI-LED)的一次光学透镜的光场调控功能。研究结果表明,仿真和实验LED光源的光场几乎重合一致,所设计的一次透镜将LED光源的光束角从120°调控到48°~72°范围内。与未加一次透镜的LED光源相比,加一次透镜的LED光源具有更高的光提取效率和更均匀的空间光色分布。     

适用于色敏解调的光位移传感器宽带LED

为保证光位移传感器的工作性能,输入光源在500~800 nm波长范围内需具有较高的光谱能量,照明用LED波长在700 nm以上光谱能量陡降,限制了传感器的工作范围.针对照明用LED光谱能量不足的问题,研制出适用于色敏解调光位移传感器的宽带LED光源.首先利用单色仪对光位移传感器色敏元件WS7.56的性能进行了测试,依据色敏解调结果提出了光位移传感器正常工作所需的输入光源的光谱能量阈值.在照明用LED光谱特性基础上,配比掺杂氮氧化物红色荧光粉提升LED红光及近红外光光谱能量,得到了满足输入光源光谱能量阈值的宽带LED.最后,对该宽带LED光位移传感器进行了位移测量实验,实验结果较使用照明用LED光源有明显改善,位移解调线性度良好.本文研制的宽带LED光源体积小、效率高,是光位移传感器较为理想的宽带光源.     

LED智能光源混光呈色模型构建方法研究

LED智能光源具有色光可调的特点,其内置微处理系统可以通过无线数据传输等技术调整发光方式,控制光色及发光强度,进而实现照明光源的动态调节,因此特别适合于博物馆展陈、家居照明等智能化照明设计环节。现阶段,鉴于LED光源智能混光技术尚未普及,目前绝大多数商用LED智能光源在混光控制方面仅局限于设备制造商所设定的几类固定模式,无法充分发挥智能LED光源色光可调的技术优势。针对此问题,提出了一种基于BP神经网络以及有效集算法的LED智能光源混光呈色模型构建方法,实现了LED智能光源控制信号与对应发光光谱辐亮度分布之间的双向高精度映射。研究中首先提出了一种基于BP神经网络的LED混光呈色预测方法,实现了由LED智能光源驱动控制值向光源实际发光光谱辐亮度分布的准确预测;在此基础上运用有效集算法实现了由光源实际发光光谱辐亮度分布向LED智能光源驱动控制值的反向高精度预测。实验结果显示,所提出的方法整体建模误差显著小于人眼视觉可分辨阈值(CIEUCS Duv值可低至0.002 7),达到了较为理想的建模效果。该方法的提出,将为当前LED智能光源制造以及现有商用LED智能光源的二次开发与优化提供有效的理论与方法支撑。     

基于冷暖白光LED的可调色温可调光照明光源

可调色温可调光光源是实现智能照明的基础。充分利用发光二极管(LED)光源的可控性,采用冷暖白光LED和两通道脉冲宽度调制(PWM)法,设计研制成功了可调色温可调光动态照明光源。从人们关心的照明光源参数出发,依据选用冷白LED光源和暖白LED光源光度色度参数,建立了给定光度量输出时冷白LED光源控制占空比计算的模型,探讨了基于色温目标控制参数占空比的约束条件。实验表明,混色光源调节色温时光通量的起伏小于2.5%,相关色温偏差在10K以内,调光时色温基本不变,设计结果良好;同时,在分析过程中实际设计混色光源参数和选择光源的性能指标参数一致,表明这种方法既直观又具有很好的实用性。     

仪用LED光源均匀性及稳定性研究

研究了采用发光二极管（LED）作为光谱仪器光源所涉及的相关技术。LED的发光光谱具有一定的带宽,用滤光片滤波得到带宽少于10nm的窄带光源,并根据LED在不同波段的的光强设定相应的脉冲驱动电流,在一定波长范围内实现平坦的光强输出;除了通过精密恒流源提供电流驱动LED稳定发光外,采用双光路的方法可以进一步减少光源稳定性对检测系统的影响。     

不同半光强角对医用LED阵列灯珠间距影响的仿真研究

 讨论LED光源的半光强角对LED之间的最大间距的影响,采用Matlab软件对LED单元照度数据进行计算及仿真,给出相应的仿真图形。仿真结果表明:LED光源之间的最大间距与其功率无关,由于仿真的结果与理论计算值相吻合,说明在计算中所建立的LED的光学模型具有较高的可信度,所得结果为LED多阵列（如圆形,矩形,椭圆等）的仿真及应用设计奠定了理论基础。     

应用在大尺寸LCD背照明的LED元件设计

传统的薄膜晶体管液晶显示器(thin film transistor liquid crystal display,TFT-LCD)通常采用冷阴极荧光灯(cold cathode fluorescent lamps,CCFL)作为背光光源。相比较而言,由于发光二极管(LED)TFT-LCD背光源系统色彩还原性好、对比度高、亮度高,其色域是传统CCFL背光源的150%以上,最近几年,RGBLED背光源已经逐渐成为大尺寸背光源发展的主要方向。大尺寸LED背光系统结构主要采用直下式和侧式结构。直下式背光源具有结构简单、光利用率高的特点,是目前大尺寸液晶显示背光源的首选。以RGBLED作为光源,通过对LED光场分布的模拟分析,提出一种新的直下式背光源的光学设计。背光源模拟表明,该背光源亮度均匀性大于80%,色差小于0.01。     

LED光源光谱对隧道出口段明适应的影响

随着我国经济的不断发展,高速公路隧道建设的发展也非常迅猛。前期在隧道的实际工程设计中,为完全保证隧道车辆通行安全,隧道内部全线灯具的输出功率和安装布置全部取决于一年四季中最大的洞外亮度值和车辆速度值。这样的设计尽管充分考虑了安全性,但盲目的增加隧道照明亮度,不能够缓解视觉适应的问题。随着LED在隧道照明中的应用, LED光源光谱的影响逐渐引起人们的关注。调查研究发现高速公路隧道在出口段交通事故发生率比较高,主要原因是隧道出口段内外亮度差较大,驾驶员在驶离时明适应时间较长。LED光源的光谱呈现双峰结构,在长波长范围内,光谱含量差异明显。明适应的能力主要与两个因素有关,一是瞳孔面积的变化;二是感光色素的光化学反应。不同色温的LED具有不同的光谱特性,进而通过影响感光色素的合成,来影响明适应的时间长短。现在市场上可用的隧道照明LED光源的色温可选范围比较广,所以实验选取了市场上可用的不同色温的大功率的LED光源作为研究对象,其色温分别是3 000, 3 500, 4 000, 4 500, 5 000, 5 700和6 500 K等7种。邀请了30名视觉功能正常,矫正视力1.0以上,且无色盲、色弱等其他眼疾的观察者参加了本次实验。地点选择在长9 m,高2.8 m,宽5 m的模拟隧道内。实验参数选取3组亮度值,分别为4, 8和12 cd·m^-2;2个灯具安装高度分别是2.0和2.4 m;3个安装角度分别是15°, 20°和25°。共评估了126种照明条件。实验结果表明:隧道出口段亮度越大,明适应时间越小;当亮度相同时,随着色温的增大,明适应时间减小;灯具安装角度和安装高度对光谱的影响很小,改变安装高度和安装角度并不能有效的减小明适应时间。从明适应的角度出发,通过分析不同色温LED灯的光谱,为隧道照明设计与应用中出口段LED光源的选择提供数据和理论支撑。     

Design of optocoupler for synthesizing four color spectra

LEDs with the advantage of high luminous efficacy and long life time show the potential of replacing traditional luminaire. Most commercial white LED light sources use blue or ultraviolet chip coated with emitting phosphor, but the sensitivity and instability of such phosphors has become a big issue. The typical RGB-LED by using individual chips has the problem of spatial separation and insufficient spectral overlap which leads to low CRI. This study suggests a novel and high-efficiency design of fiber optical optocoupler to synthesize four colors emitted by separate LEDs to provide the ideal light sources by adjusting the individual LEDs separately. By choosing different colored light to be synthesized, this optocoupler can be used as light sources which can be highly controlled to offer the best lighting conditions. Compared with other widely used commercial LED sources, this new design of light sources can be used in special experiments which require multi-spectral light.     

基于近场均匀照明的LED阵列的优化设计

基于几何光学与辐射照度理论,对菱形、环形和蜂窝状等3种典型LED阵列光源在近场上的照度分布进行研究,推导了不同阵列光源照射到目标面上的总辐射照度表达式,并依据斯派罗法则确定了LED间的最优化距离。进而根据照度公式,对LED阵列进行了仿真和对比分析,得出了不同阵列的光照度分布特点。菱形阵列可以得到较大范围的平坦度,环形阵列的平坦范围较小,能量集中分布在一个圆形范围内,有良好的集光效果,蜂窝状阵列的照度比较集中且占用的面板空间较小,可在一定程度上降低设计成本。     

一种新的用于直下式LCD背光源的LED

传统的薄膜晶体管液晶显示器作为一种被动发光器件,本身不会发光,必须依靠背光源提供照明。在背光照明用到的光源中,LED最具竞争力。在分析LED性能的基础上,设计了一种用于大尺寸直下式背光源的LED,新设计的LED结构简单,性能优良。通过设计26英寸背光源验证了新的LED。模拟结果表明,新的LED可以满足大尺寸LCD背光源对亮度均匀性和颜色均匀性的要求。     

A practical means for calibrating an LED-based photometric stereo system

Conventional Photometric Stereo (PS) techniques are usually based on the assumption that the light sources are assumed sufficiently far from the object that all incoming light can be modeled using parallel rays. Meanwhile, for near-field lighting conditions the light sources are close to the object so the parallel ray model cannot be used. To determine the surface normal for each point on the object more accurately, the incoming light direction should be calculated individually for each point. In this work, based on a simple PS setup consisting of LED lamps and one camera, we present a practical method for calibrating lighting directions. First, an optical model of an LED was introduced in the calibration procedure to represent the surface irradiance and image irradiance more accurately. A reference sphere was used for the calibration so that the LED optical axis could be estimated by extracting the specular points from the reference sphere. By introducing the LED emitting model, distance between the LED and the specular point along the optical axis can be calculated. Thus, the incident lighting directions for various image points can be estimated individually. To improve the estimation robustness, a non-linear fitting approach was also applied. Experiments were conducted using objects and the results are compared with traditional methods to demonstrate its feasibility and improvement.     

固态照明光源的基石--氮化镓基白光发光二极管

首先回顾了照明光源的简单历史 ,然后介绍了发光二极管 (LED)发展到大功率白光LED的历史 ,接着简述了国内外发展现状 ,主要技术路线及其特点 .最后阐述了作者在这方面的研究工作进展状况 ,对其发展趋势提出了一些看法 .