基于LED大功率扩展光源的二次光学设计

在目前的低碳环境下,LED照明光源逐步替代传统光源,但是由于其本身结构和自身特点,要进行高效的光能利用与照明,必须进行适当的光学设计以便改善光能分布。笔者首先阐述了LED的光学特性及二次光学设计,其次对LED大功率扩展光源的二次光学设计进行了深入探讨。     

基才LED大功率扩展光源的二次光学设计

在目前的低碳环境下,LED照明光源逐步替代传统光源,但是由于其本身结构和自身特点,要进行高效的光能利用与照明,必须进行适当的光学设计以便改善光能分布。笔者首先阐述了LED的光学特性及二次光学设计,其次对LED大功率扩展光源的二次光学设计进行了深入探讨。     

提高LED显示屏视觉效果的光强均衡

针对LED显示屏光强不匀的固疾,提出了一种解决方案,并给出使象素间亮度均衡的三种数字数据处理方法,采用这些方法可大大改善LED显示屏的视觉效果。     

LED交通信号灯光学设计

设计了一款在规定角度范围内光强均匀分布且直观无明显的颗粒感的LED 交通信号灯。将高亮度LED 的出射光用菲涅耳透镜进行准直,利用斯涅尔定律,设计了枕型透镜来实现指定方向上的照明,并将之排成阵列,以获得一定角度范围内的光强均匀分布。利用ZEMAX 光学设计软件对设计方案进行了模拟,分别给出了水平和竖直两个方向上角度光强均匀分布的结果。通过仿真人眼对信号灯的成像,呈现人眼的观察效果,结果表明该设计满足设计要求。     

衍射光学器件精细化设计及光强失真机理

基于基尔霍夫标量衍射理论,详细分析了输入、输出平面及变换函数抽样间距的选取原则.系统建立了衍射光学器件精细化设计的抽样理论,深入研究了输出图样在非抽样点上的光强失真机理.在定义衍射光学器件光能利用率、顶部不均匀性等性能评价参数的基础上,以盖师贝格-撒克斯通(GS)算法设计一维光束整形器件为例,探讨了输出图样在非抽样点上的光强失真和输出平面抽样间距间的关系,通过模拟计算验证了精细化设计时输入与输出平面抽样理论的有效性.     

基于非成像光学的均匀光强反射器设计

目前,LED的应用越来越广泛,但在信号指示灯或室内照明等领域要求其光强均匀分布.提出了一种实现均匀光强反射器的设计方法,该方法根据能量守恒建立了LED光源与目标面的能量对应关系,采用差分的方法求解反射器面形,并利用光学仿真软件分析研究了反射器的出光角度与其结构参数、光强均匀度的关系.最后设计了一款半角为30°的均匀光强反射器,其光强平台均匀度为0.96,光强平台宽度比为0.86,能量利用率高达99.9％,接受面上光斑的照度均匀性也较好.该反射器同时实现了均匀光强和均匀照度.     

LED封装结构的光学模拟与设计

总结用CAD软件对LED封装结构进行模拟的一般步骤,建立实际LED封装产品的模型并模拟其光学特性,通过实例提供了一些设计经验。     

10．红色更鲜艳!日东光学LED光源显示器

日东光学日前试制成功了使用LED光源的背投显示器，在2004年12月8日～10于日本新泻市举办的“IDW’04”显示器国际展览会上进行了展示。与使用高压水银灯的背投显示器相比，其色彩表现范围更大。比如，“使用高压水银灯很难表现的红色如果使用LED，表现得非常漂亮”。屏幕尺寸为34英寸。红(R)、绿(G)、     

一种基于LED扩展光源的均匀照明设计新方法

为满足LED均匀照明要求,提出了一种实现面光源下自动优化的设计方法。根据点光源近似理论建立可实现均匀照明的反射器初始结构,用COB(Chips on board)型LED面型光源替代点光源,基于TracePro中Scheme语言编写了自定义均匀照明优化函数,实现了目标面上均匀照明的自动优化设计。模拟结果表明:在光源为直径20mm的朗伯体发光LED时,能够在300 mm处实现均匀照明,照明均匀度(平均照度与最大照度的比值)达到85%以上,光学效率在96%以上。本设计方法简单易用,具有广泛的应用价值。     

空间光强分布对LED发光强度测量的影响

文章从平均LED发光强度的定义出发,介绍了一种确定LED光度中心位置的方法,研究了空间光强分布对平均LED发光强度测量结果的影响,并分析了探测器接收的立体角范围内的配光特性与不同条件下平均LED发光强度测量结果相对误差之间的联系。     

基于非成像光学的LED路灯透镜设计方法

LED作为新型的绿色光源,在道路照明领域迅速发展.道路照明要求LED路灯在路面形成均匀性良好的矩形光斑,这就需要设计自由曲面透镜来达到配光要求.简要介绍了目前常见的自由曲面透镜设计方法,并就偏微分方程法和网格法进行了详细介绍与比较,认为网格法更具有良好的研究前景.     

基于照度分割反馈法的扩展光源背光源设计

以LED为扩展光源,提出一种基于照度分布分割与反馈的方法为LED设计非常紧凑的光学自由曲面透镜,进而设计实现了大距高比(DHR)的直下式背光源.与子光学面联接构成光学面的过程相对应,总照度分布被分割为子照度分布.通过修正子光学面来调整子照度分布,使得总照度分布足够接近于目标照度分布,所需光学面就被构建出来了.该设计过程不依赖于仿真,简便易行,适用广泛.作为实例,一个非常紧凑(透镜的中心高度与LED尺寸相等)的自由曲面透镜被设计出来,作为直下式背光源的配光透镜.仿真结果表明,背光源照度分布的均匀度达到了0.91,相对标准差(RSD)低至0.020 2,总的光能利用率达到了85.5％.     

利用二元光学器件进行激光光强叠加的研究

以1－维为例,采用杨－顾算法研究了利用二元光学技术进行激光光强叠加的可能性,并分析了由于蚀刻误差和入射激光束位置偏度引起的误差,数值模拟结果表明在DOE位相是32阶是化的情况下,设计误差小于0．08％,效率大于99．70％,能很好地实现光强叠加功能。     

小功率LED光源封装光学结构的Monte Carlo模拟及实验分析

采用MonteCarlo方法对不同光学封装结构的LED进行模拟,建立了小功率LED的仿真模型,应用空间二次曲面方程描述LED的封装结构,对其光强分布进行模拟和统计.通过测量实际样品,并与模拟结果进行比较和分析,表明计算机模拟值与实验测量值比较吻合.     

小功率LED光源封装光学结构的Monte Carlo模拟及实验分析

采用Monte Carlo方法对不同光学封装结构的LED进行模拟,建立了小功率LED的仿真模型,应用空间二次曲面方程描述LED的封装结构,对其光强分布进行模拟和统计.通过测量实际样品,并与模拟结果进行比较和分析,表明计算机模拟值与实验测量值比较吻合.     

基于多球面封装透镜的LED微型投影仪的光源设计

提高光能利用率是现阶段LED微型投影仪的技术难题,而提高光源的取光效率则是提高整机光效的前提和根本途径。对于以LED为代表的朗伯源,其光学元件的结构是制约光能利用率的最大因素。我们提出了一种基于多球面单透镜的LED光源设计方案并进行了光学仿真,将LED的一次封装和二次光学设计整合为一体,简化了光源系统结构,取光效率提高到94.9%,同时压缩了出光角度和光学扩展量。     

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。     

基于ASAP软件的LED光学特性模拟

介绍了LED的应用及前景,着重阐述了ASAP软件的使用,并根据LED的发光理论利用该软件对LED进行了光学建模,经过光线追迹后,所建模型的光强分布与实际LED光强分布吻合很好,为二次光学设计打下基础。