基于COB LED的均匀光强分布可见光通信系统发射端的光学设计

针对光线在大角度偏转时菲涅耳损耗大、光强均匀性差等问题,提出了基于最优双偏转能量映射和贝塞尔曲线多参数优化的双自由曲面透镜设计算法,并利用该算法设计了基于板上芯片型(COB)发光二极管(LED)的双自由曲面透镜,该透镜可应用于可见光通信系统的光学发射端。以大面积发光面的COB LED作为光源,通过控制自由曲面透镜内外两个表面上的入射光线偏转角的比例关系(即偏转系数),可降低菲涅耳损耗。构建了出光角分别为180°和260°的大角度均匀光强分布的双自由曲面透镜,其光强均匀度分别为0.92和0.90,其光能利用率分别为89.4%和85.9%。将单自由曲面透镜和双自由曲面透镜的光学性能作对比,结果表明,单自由曲面透镜可实现出光角范围为120°~180°、光强均匀度超过0.85以及光能利用率超过85%的光分布,双自由曲面透镜在达到同样的光强均匀度和光能利用率时,可实现出光角范围为100°~260°之间的均匀光强分布。因此,利用双自由曲面透镜能够实现更大范围出光角的均匀光强分布,从而满足可见光通信系统的光学发射端的光分布要求。     

发光二极管路灯光强空间分布的非线性优化设计

道路照明的首要目的是满足使用者的视觉需求,在此前提下还应尽可能降低能耗实现节能环保,这两点均与道路灯具的光强空间分布密切相关。而很难用一种通用的光强分布适用不同的道路和灯具安装条件。针对主干路、次干路、支路3种典型道路类型,提出了根据具体道路、安装条件以及驾驶员视觉光环境需求逆向设计灯具最节能光强空间分布的思路,并建立了以驾驶员视觉光环境需求为约束、以灯具总光通量最小为目标的非线性优化模型,将路面照度分布表述为余弦多项式并利用分级优化方法进行了求解。得到了3种典型道路条件下发光二极管(LED)路灯的最佳光强空间分布,相比现基于照度均匀分布设计的LED路灯光强分布,驾驶员视觉光环境质量显著改善,且灯具节能30%左右。     

基于LabVIEW的LED三维特性检测的研制

为了解决传统配光曲线只能反映LED发光二维特性、立体感太差及不便于人为观察比较的难题,提出一种新的基于高级图像编程语言(LabVIEW)的LED三维特性(光强空间分布)快速检测方法。在传统光强空间分布检测方法的基础上,采用多路光度探测单元同步测试,可在0.2s内一次性由31个探测单元同步测得LED光源的二维光强空间分布（配光曲线）。通过增加旋转机构转动待测LED样品,依次测得i(i=180°/α)条配光曲线。最后由自研软件将i条配光曲线进行数据汇总处理,便可得到LED光源的光强空间分布的三维立体图。该检测方法具有速度快、精度高、信息量大等优点,并且具有实时性和直观性。     

基于CCD对高斯光束进行实时判断及特性参数的测量

主要使用等距四点采光测量法,用CCD进行采样,电脑编程处理来判断、分析和研究高斯光束的光强在空间的分布情况——传播特性。并利用计算机可以实时判断激光器输出是否为高斯光束,如是高斯光束,还可以实验测得高斯光束的径向强度分布、束径以及扩散角。     

LED发光二极管特性测试

使用常规实验仪器搭建了LED特性测试系统,测试了LED的伏安特性、光强分布特性、光谱特性、光功率与电流关系特性和发光效率与电流关系特性,得到了LED的阈值电压、正常电压、发光波长、半值角与指向性、峰值波长和光通量等参量.     

LED光学参数测试方法研究

通过分析LED（发光二极管）发光机理和封装特点，选择了LED需要测试的光学参数：光通量、亮度、发光强度、空间光强分布、相对光谱功率分布及色度，进而研究了每个光学参数的特点。根据其特点，制定了每个光学参数的测试原理以及相应的计算公式，最终确定了各参数的测试方法。设计了LED光通量测量系统、亮度和发光强度测量系统、发散角及空间光强分布测量系统、相对光谱功率分布及色度测量系统。实际应用表明：这些系统均能满足目前工作需要。     

用于LED集鱼灯稳定照明的自由曲面透镜设计

进行海上灯光诱鱼作业时,船体横摇改变了发光二极管(LED)集鱼灯的照明角度,导致海面光照不断变化,对吸引和聚集趋光性鱼类产生不利影响。提出了一种利用自由曲面透镜实现扇形光强分布的方法,在Y-Z和X-Y平面上的发散角分别为110°和10°。分析了LED集鱼灯在渔船横摇角度变化范围(-10°～10°)内的目标面相对照度分布的相似性和误差率。模拟结果和实验结果的正交归一化相似性(NCC)分别大于98.50%和99.53%,均方根误差(RMSE)分别小于5.56%和4.60%。与普通LED集鱼灯和金卤灯比较,本设计显著提高渔船横摇时LED集鱼灯的光照稳定性。结果表明,在不同照明角度下,LED集鱼灯的自由曲面透镜能很好地实现海面上的稳定光照。     

集成透镜InGaAsP/InP DH LED特性研究

本文设计与制作了集成球透镜1.3μm InGaAsP/InP DH LED,并对集成透镜LED的频响特性,光强远场分布以及与光纤的耦合特性等方面进行了测试分析.研究结果表明,球透镜LED与标准光纤的耦合效率较之乎面型LED有显著提高,达7.5%,器件截止频率也比平面型LED提高的20%,最高截止带宽达425MHz.     

彩色变焦照明系统设计

针对基于RGB混色技术在小角度、近距离空间内较难实现彩色LED,且有关彩色变焦照明相关文献也较少的问题,设计了一款彩色变焦照明系统。系统主要由LED光源、TIR透镜、微结构透镜组成,可在650mm处实现良好混色照明,变焦范围为4.2°~9.1°(半光强角),且变焦照明过程中,在光强下降为20%的角度内能量利用率达85%以上,半光强角内的能量利用率始终在75%以上,满足设计要求。     

空间光强自动测试装置的研究

通过对灯具空间光强测试方法的研究，提出了一种空间光强测试新方法。建立了灯具空间光强自动对中的数据模型，介绍了空间光强自动测试装置的组成和测试原理。借助二维扫描系统和专用测试软件绘制出空间光强的三维图形，从而可快速求出灯具x和y轴的光强分布曲线以及发散角，故而可获得所需的测试信息，并可通过全过程测试得到更加丰富的测试信息及测试报告。最后给出将一投影灯置于离探测器5m处的测试结果，按文中所述测试原理测得的峰值光强为2634.4cd，发散角为15.25°。     

亮度均匀的LED路灯透镜设计与研究

针对路灯照明系统,设计了一种照度均匀和亮度均匀的LED路灯透镜。通过分析LED光源角度分布与目标面照度的关系引用了一种简化的线性校正函数。不同的道路亮度系数,选用合适的K值,设计基于自由曲面的亮度均匀路灯透镜。利用光学软件进行仿真,结果显示中间向边缘逐渐减弱的渐变照度分布有利于路灯照明亮度的均匀。通过注塑成型工艺加工了该透镜,并制作了一盏路灯进行配光和照度的测试。结果表明该透镜设计满足渐变照度分布的矩形光斑照明。采用Dialux软件对路灯照明效果进行评估,显示该路灯透镜设计,横向和纵向亮度均匀性达到0．6以上,满足道路照明的亮度均匀性要求。     

LED准直器设计中复合抛物面同步多曲面方法

利用非成像光学中流线法和同步多曲面(SMS)法,设计一种具有发散角小、均匀度好和光效高的LED准直器。设计中由复合抛物面(CPC)完成初级配光,将朗伯光源±90°的发散角缩小到±45°,再以SMS法设计的多重自由反射曲面实现准直均匀配光,并由光学扩展量给出准直器的理论光效,最后引入平顶宽度、平顶光效和平顶均匀度等的定义,以更好地反映准直光束质量。光学仿真结果表明,准直器的发散角小于±2.26°,整体光效达到0.79,理论与仿真光效的误差小于2.5%,在0.9平顶宽度范围内光斑均匀度大于等于0.9,平顶光效为0.56,效果良好。     

LED阵列光源的舞台灯变焦透镜系统

 针对国内大功率LED阵列光源舞台灯具在光束角度不可变和光能利用效率低等问题,提出利用透镜组变焦原理来设计阵列光源变焦透镜系统。基于透镜组变焦原理设计了单颗LED光源的变焦透镜组,高级光学系统分析模拟软件ASAP的计算结果显示：调焦范围为0~10 mm时,出光角度（1/10峰值角）的变化范围为18.5°~38.7°,光能利用效率在调焦距离为10 mm时达到78%以上。在此基础上,将单颗LED光源的变焦透镜组扩展为Red、Green、Blue各12颗共36颗LED的变焦透镜系统,进一步分析36颗LED阵列光源在不同排布方式下的出光角度及混色效果。ASAP计算结果显示：在调焦范围与单颗LED相同的情况下,LED阵列光源变焦透镜系统的出光角度（1/10峰值角）的变化范围为21°~38.6°,且3种颜色LED交叉排列的混色效果较好。由LED阵列的计算结果可知,与国内现有的大功率LED舞台灯具相比,在出光角度的变化范围和光能利用效率方面都得到了提高。     

组合式发光二极管路灯反射器的设计

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10m,范围为10m×30m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。     

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.     

新型折反式LED高效聚光器件

本文介绍一种折反式ＬＥＤ聚光器件。这种器件可将ＬＥＤ发光管芯向侧面发射的光全反射聚光。同时将向正面发射的光折射聚光,聚光效率较一般的折射聚光ＬＥＤ高２倍以上     

Visible light communication system based on spread spectrum technology for intelligent transportation

In recent years, with the rapid development of the solid state Light emitting diodes (LED’s) material, visible light communication has vast applications in transportation system. Generally, LED visible light communication refers to the communication technology which utilizes LED as a signal transmitter, the air as a transmission medium, and the photodiode as a signal receiving component. Visible light communication based on LED light source has been widespread concerned in intelligent transportation system (ITS). In particular, it is used to solve the communication problems between traffic lights and vehicles. However, signal source switching always puzzles the application of visible light communication based on LED in ITS. If signal source switching is not solved effectively, it will result in the interruption of information transmission. The paper proposes a visible light communication system using spread spectrum technology and pulse position modulation. When the vehicle is at the crossroads, the receiver on the vehicle receives signals from the four LED traffic lights at the same time. During the movement of the vehicle, the peak value of the four signals received by the receiver is constantly changing. The receiver detects the relevant peaks from the four traffic light signals and communicates with the traffic lights which have the maximum correlation peak. The problem of signal source switching is solved effectively. The experimental results show that the proposed system can achieve seamless switching between four-way LED traffic lights at the crossing, and the bit error rate of the system is 10^?4–10^?7.     

基于GPRS和ZigBee的节能型LED路灯智能控制系统

针对现有城市路灯控制系统路灯使用寿命短、无法远程操控、不能自动识别故障路灯的问题,提出一种基于GPRS网络技术和ZigBee无线通信技术的节能型LED路灯智能控制系统,使用ZigBee无线网络与LED路灯控制终端通信,并通过GPRS通讯模块接入GPRS网络与远程控制中心相连,实现远程控制LED路灯,此外,通过LED路灯控制终端实时采集路灯电压和电流,实现LED路灯的远程监控。具体阐述了GPRS通讯模块、ZigBee无线网络模块、LED控制终端的硬件设计方案,软件设计流程,系统通信协议和远程控制实现方法。测试结果证明此系统数据传输可靠、响应及时、成本低、易于实现LED路灯的远程控制和远程监控,具有较大的实用性和推广价值。     

微型曲面发光二极管阵列照度一致性研究

为提高微型曲面发光二极管(LED)阵列在显示及照明使用方面的舒适度,针对微型曲面LED阵列照度分布的均匀性问题进行研究.采用TracePro光线追迹法分别计算了柱面显示阵列及球面照明阵列的照度分布.计算结果表明,曲面弯曲半径R和光源辐射参数m是影响柱面阵列照度分布的主要因素.通过合理排布阵列像素单元位置,可以增强器件显示均匀度,提高能量利用效率.10×10柱面LED阵列最大平坦化照度均匀度为90.5%.对球面环形阵列照度分布计算结果表明,单环形LED阵列照度均匀性与像素数量无关.影响球面多环LED阵列照度分布的参数主要包括环线分布系数K、环法线与第一环阵列光源法线夹角(?)_0及各环线像素光通量之比φ.以双环LED阵列为模型进行计算,获得最大平坦化照度均匀度为94.8%.调整球面多环阵列位置参数可实现不同照度分布模式.实验对比了微型LED像素单元夹角θ分别为13°,15°和17°时的照度分布,实验结果与理论计算较为一致.本文取得的理论与实验结果可以为微型曲面LED显示及多模式智能照明设计提供参考.     

LED在飞机航行灯中的应用及光学设计案例分析

为了展示LED在航空领域的应用优势和前景,介绍了LED光源应用于飞机航行灯时,具有体积小、质量轻以及便于设计和维护等优点,阐述了LED用于飞机航行灯时的高安全性、高可靠性和高光学质量的要求。通过分析航行灯的光学分布要求,针对选取的LED设计了由TIR系统和棱镜系统组成的光学透镜,飞机航行灯光学模拟的结果显示,在光源功率不超过1 W的情况下,中心光强已经高于40 cd。