LED臺燈均勻照明的自由曲面透鏡仿真設(shè)計

第23卷　第5期 2008年10月 液　晶　與　顯　示 chinesejournalofliquidcrystalsanddisplays vol123,no15 oct.,2008 文章編號:100722780(2008)0520589206 自由曲面的led路燈透鏡的設(shè)計 蔣金波,杜　雪3,李榮彬 (香港理工大學工業(yè)及系統(tǒng)工程學系先進光學制造中心,香港九龍,e2mail:jilishi_optics@yahoo.com.cn) 摘　要:led的二次光學元件設(shè)計對led路燈的配光及光學輸出效率至關(guān)重要。良好的道 路照明要求led路燈的配光為長方形的光型,路燈發(fā)出的所有光剛剛可以覆蓋住馬路,而馬 路之外的光污染幾乎為零。非對稱自由曲面二次光學元件的采用可以使led路燈的長

第23卷　第5期 2008年10月 液　晶　與　顯　示 chinesejournalofliquidcrystalsanddisplays vol123,no15 oct.,2008 文章編號:100722780(2008)0520589206 自由曲面的led路燈透鏡的設(shè)計 蔣金波,杜　雪3,李榮彬 (香港理工大學工業(yè)及系統(tǒng)工程學系先進光學制造中心,香港九龍,e2mail:jilishi_optics@yahoo.com.cn) 摘　要:led的二次光學元件設(shè)計對led路燈的配光及光學輸出效率至關(guān)重要。良好的道 路照明要求led路燈的配光為長方形的光型,路燈發(fā)出的所有光剛剛可以覆蓋住馬路,而馬 路之外的光污染幾乎為零。非對稱自由曲面二次光學元件的采用可以使led路燈的長

配光是led路燈應用的主要技術(shù)問題之一。道路照明要求led路燈在路面為均勻性良好的矩形光斑,在道路外無污染,無眩光。采用snell定律和光源擴展度守恒原理確定自由曲面的解析方程,借助matlab工具,采用差分法求解建立的偏微分方程,得到自由曲面的數(shù)據(jù)組,用作圖軟件pro/engineer為自由曲面透鏡建模,通過計算機仿真軟件tracepro進行光路仿真檢驗設(shè)計結(jié)果,并對所得結(jié)果進行分析。設(shè)計一款內(nèi)表面為橢球面,外表面為自由曲面的led路燈透鏡,實現(xiàn)了路面光照總均勻度0.75,縱向均勻度0.85的效果。

第23卷　第5期 2008年10月 液　晶　與　顯　示 chinesejournalofliquidcrystalsanddisplays vol123,no15 oct.,2008 文章編號:100722780(2008)0520589206 自由曲面的led路燈透鏡的設(shè)計 蔣金波,杜　雪3,李榮彬 (香港理工大學工業(yè)及系統(tǒng)工程學系先進光學制造中心,香港九龍,e2mail:jilishi_optics@yahoo.com.cn) 摘　要:led的二次光學元件設(shè)計對led路燈的配光及光學輸出效率至關(guān)重要。良好的道 路照明要求led路燈的配光為長方形的光型,路燈發(fā)出的所有光剛剛可以覆蓋住馬路,而馬 路之外的光污染幾乎為零。非對稱自由曲面二次光學元件的采用可以使led路燈的長

針對國內(nèi)大功率led陣列光源舞臺燈具在光束角度不可變和光能利用效率低等問題,提出利用透鏡組變焦原理來設(shè)計陣列光源變焦透鏡系統(tǒng)?；谕哥R組變焦原理設(shè)計了單顆led光源的變焦透鏡組,高級光學系統(tǒng)分析模擬軟件asap的計算結(jié)果顯示:調(diào)焦范圍為0～10mm時,出光角度(1/10峰值角)的變化范圍為18.5°～38.7°,光能利用效率在調(diào)焦距離為10mm時達到78%以上。在此基礎(chǔ)上,將單顆led光源的變焦透鏡組擴展為red、green、blue各12顆共36顆led的變焦透鏡系統(tǒng),進一步分析36顆led陣列光源在不同排布方式下的出光角度及混色效果。asap計算結(jié)果顯示:在調(diào)焦范圍與單顆led相同的情況下,led陣列光源變焦透鏡系統(tǒng)的出光角度(1/10峰值角)的變化范圍為21°～38.6°,且3種顏色led交叉排列的混色效果較好。由led陣列的計算結(jié)果可知,與國內(nèi)現(xiàn)有的大功率led舞臺燈具相比,在出光角度的變化范圍和光能利用效率方面都得到了提高。

LED路燈自由曲面二次光學透鏡的設(shè)計

半導體發(fā)光二極管(led)的發(fā)光效率高、壽命長等優(yōu)點,使其成為目前道路照明中的應用趨勢。針對led在道路照明上的應用,為獲得路面上均勻的矩形配光效果對選定的led進行自由曲面二次光學透鏡的設(shè)計,設(shè)計出符合城市道路照明標準的led路燈配光方案,使led模組直接實現(xiàn)矩形配光?？紤]封裝后led的實際配光曲線應用網(wǎng)格對應法利用計算軟件標定自由曲面二次光學透鏡的離散數(shù)據(jù)點坐標,對透鏡結(jié)構(gòu)進行建模。

針對路燈照明系統(tǒng),設(shè)計了一種照度均勻和亮度均勻的led路燈透鏡。通過分析led光源角度分布與目標面照度的關(guān)系引用了一種簡化的線性校正函數(shù)。不同的道路亮度系數(shù),選用合適的k值,設(shè)計基于自由曲面的亮度均勻路燈透鏡。利用光學軟件進行仿真,結(jié)果顯示中間向邊緣逐漸減弱的漸變照度分布有利于路燈照明亮度的均勻。通過注塑成型工藝加工了該透鏡,并制作了一盞路燈進行配光和照度的測試。結(jié)果表明該透鏡設(shè)計滿足漸變照度分布的矩形光斑照明。采用dialux軟件對路燈照明效果進行評估,顯示該路燈透鏡設(shè)計,橫向和縱向亮度均勻性達到0.6以上,滿足道路照明的亮度均勻性要求。

一種利用自由曲面透鏡的LED路燈配光設(shè)計與研究

責任編輯：李健 66www.***.***2011.8 led驅(qū)動器 基于自由曲面和菲涅爾透鏡的 led汽車后霧燈設(shè)計 designofledrearfoglampformotorvehiclesbasedonfree-formsurfaceandfresnellens 舒浙偉 1 郭康賢 2 彭超 1 ?、睆V州大學物理與電子工程學院（廣東廣州510006） ⒉郭康賢廣州大學物理與電子工程學院固體物理與材料研究所所長（廣東廣州510006） 本文于2011年5月27日收到。舒浙偉：浙江縉云人，碩士生，研究方向為光電 子信息；郭康賢：四川西昌人，博士，碩士生導師，所長。 摘要：自由曲面透鏡由一組非規(guī)則的曲面元組成，由這些曲面元通過改變 其方位角度達到理想的配光要求，自主控制后霧燈

自由曲面透鏡由一組非規(guī)則的曲面元組成,由這些曲面元通過改變其方位角度達到理想的配光要求,自主控制后霧燈各個投射區(qū)域,有效地控制其光場。菲涅爾透鏡可將led光源發(fā)出的光束轉(zhuǎn)化成平行光。根據(jù)汽車后霧燈標準gb-11554的配光要求,采用以拋物面為基礎(chǔ)的自由曲面和菲涅爾透鏡相結(jié)合,結(jié)合實際的參數(shù),通過3d設(shè)計軟件solidworks建立一套多曲面led后霧燈透鏡模型,再利用tracepro軟件根據(jù)光線追蹤法仿真模擬得到光場分布。本文中所使用的紅光小功率led光源符合gb-11554要求,其中每個led光源都有各自獨立的光學系統(tǒng),采用5個led構(gòu)成光學系統(tǒng),其系統(tǒng)發(fā)光強度及系統(tǒng)配光性能的模擬結(jié)果都滿足gb-11554要求。

隨著半導體照明技術(shù)的發(fā)展,led路燈應用日益廣泛。其二次配光設(shè)計對led路燈照明具有重要的作用。led路燈應用中,為了使其照度和照度均勻度滿足一定的要求,設(shè)計采用了自由曲面透鏡的二次配光。根據(jù)折射定律、目標照明面光分布和照度均勻建立自由曲面的方程,數(shù)值法求得面型數(shù)據(jù)并導入建模軟件擬合成透鏡實體,對利用自由曲面透鏡配光的led及l(fā)ed路燈進行了光線追跡仿真及分析。結(jié)果表明基于自由曲面透鏡的led路燈具有較好的照度、亮度和均勻度。

自由曲面前照燈是最具發(fā)展?jié)摿Φ那罢諢糁?。自由曲面前照燈的反射器是無法用數(shù)學方程來描述的自由曲面,其設(shè)計一直是前照燈設(shè)計中的一個難點。研究用計算機仿真設(shè)計來進行自由曲面前照燈的設(shè)計。其主要內(nèi)容包括光源建模、自由曲面反射器的設(shè)計和前照燈照明效果模擬三大部分。論文給出了設(shè)計實例結(jié)果。

led路燈透鏡、路燈透鏡、路燈玻璃透鏡、玻璃透鏡、偏光路燈透鏡、花生透鏡 led路燈玻璃透現(xiàn)在廣泛應用于路燈照明行業(yè)，因為led光源發(fā)出的光強曲線為朗博曲線，所起不經(jīng)過光學玻璃透鏡的 處理達不到公路照明的效果。通常led路燈的光斑為矩形光斑，所以透鏡必須將圓形光斑處理成矩形光斑?，F(xiàn)在先進 的光學模擬軟件結(jié)合三維設(shè)計軟件可以很好的解決這一問題，通過三維軟件的曲面成型，導入tracepro中進行光學模擬， 進行交互式設(shè)計。最終達到想要的效果。 如下為某款路燈透鏡的設(shè)計流程 1、依據(jù)經(jīng)驗初步設(shè)計出透鏡的自由曲面完成這一部的設(shè)計時，要求操作者有相當高的前期實踐經(jīng)驗，熟知曲面的設(shè)計 流程。 2、將初步設(shè)計的透鏡自由曲面導入光學軟件進行模擬。這一步，最關(guān)鍵的當是有準確的led路燈光源。 3、做出初步的光強曲線，分析和理想效果的差異。 4、重新設(shè)計led路燈透鏡的外形。 5

led路燈透鏡設(shè)計 二次光學是直接決定led路燈的輸出效率、配光分布、均勻度及眩光程度的重要環(huán)節(jié)。綠 色環(huán)保的城市道路照明要求led路燈產(chǎn)生正好覆蓋馬路的長方形的光斑，對馬路之外的其 他地方譬如居民樓和建筑物的光污染盡量的少。xy非軸對稱的自由曲面二次光學的配光設(shè) 計，是實現(xiàn)此目標的最好的方法。使得在單個透鏡模組上就可以完成高效率長方形的輸出光 斑、蝙蝠翼形的遠場角度分布、以及實現(xiàn)截光設(shè)計。整個燈頭的結(jié)構(gòu)變得非常的簡潔，只要 將這些完成配光設(shè)計的led透鏡模組，按照同一個方向排列在一塊平面的pcb板上即可， 簡化了led路燈的機械結(jié)構(gòu)、散熱管理、以及電源控制的排布。本文介紹了一種全反射型 的二次光學透鏡的設(shè)計，該透鏡可以實現(xiàn)很高的輸出光效率、蝙蝠翼形的配光曲線分布、以 及較均勻的長方形光斑。 1.技術(shù)背景l(fā)ed固態(tài)半導體照明技術(shù)被認為是21世紀的戰(zhàn)

led路燈透鏡的規(guī)格 路燈透鏡的規(guī)格 1．角度規(guī)格 1．1．因為不同道路有不同的光學需求，比如：路燈高度、路燈桿之間的距離、道路 的種類（主干路、干路、支路、庭院小區(qū)等），因此路燈透鏡的角度要求也不盡相同； 1．2．一般來講，路燈透鏡的聚光角度規(guī)格為：60度、80度、100度、120度幾種； 1．3．一般主干路路燈桿高度為10-12m，路燈桿相距為30-35m，由此推算出路燈透 鏡角度需求為100-120度； 2．光斑規(guī)格 2．1．圓形光斑，一般應用于庭院小區(qū)道路；照射范圍及照度要求不是很高； 2．2．橢圓形光斑，一般應用于機動車或非機動車道，有效克效了圓形光斑照射時， 圓與圓相接的地方兩側(cè)會有一個暗區(qū)，整條道路上，光線沒有很好的均勻分布或是圓形光斑 的一部分光線超出了道路面而沒有真正利用起來； 2．3．矩形光斑，應用于機動車道，有

LED照明的透射_全反射型復合曲面二次光學透鏡的設(shè)計

為了提高cobled的取光率,以1919cobled為研究對象,建立陣列式圓錐透鏡、半橢球透鏡、四棱錐透鏡和半圓球透鏡封裝led模型,并利用光學仿真軟件進行研究。仿真實驗結(jié)果表明:在優(yōu)化條件下,高0.5mm、直徑0.9mm的陣列圓錐透鏡封裝led的光通量由平面封裝的67lm提高至84.3lm,即取光率提高25.8%。制作了rgb芯片的多芯片led樣品,并用直徑1mm的陣列半圓球透鏡進行封裝,其取光率提高18.8%。

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城市的路燈在照亮道路的同時，也帶來了大量的光污染和能源浪費，長期以來備受詬病卻無解決良方。據(jù)物理學家組織網(wǎng)近日報道，日前一組來自中國臺灣和墨西哥的研究人員開發(fā)出了一種新型照明系統(tǒng)，通過高效利用led，能確保路燈只照亮需要光線的地方，而不產(chǎn)生其他不必要的光線。相關(guān)研究發(fā)表在近日出版的美國光學學會主辦的《光學快報》雜志上。

led透鏡介紹 led透鏡即與led緊密聯(lián)系在一起能增強光的使用效率和發(fā)光效 率，可以根據(jù)不同的效果來使用不同的透鏡改變led的光場分布的光 學系統(tǒng)。其他類型的透鏡如：用于照相機、望遠鏡等的透鏡不屬于本 文講解范圍，本文著重講解用于大功率led的二次聚光透鏡。 1．有泡殼、透鏡的燈具其光通量實際要滿足標準要求的光分布， 還需考慮外殼、透鏡的透過率、溢出光損失等因素。而泡燈或作普通 照明用大功率需要用透鏡將平行光束進行擴散處理，來滿足標準的要 求。為使光學效果更加合理，設(shè)計中應將燈具外罩分割成矩形小單元， 這樣做的目的在于打碎光波的波面，使產(chǎn)品產(chǎn)生均勻的外觀效果。在 每個小單元中，采用橢球面，因為該面具有水平和垂直兩個方向的弧 度，從而可以在兩個方向上用不同的曲率半徑達到不同的擴散效果。 其根本目的是克服傳統(tǒng)技術(shù)的不足，合理利用光通量，實現(xiàn)均勻、高 效的光分布。實際上泡燈類

鑒于道路照明需求的多樣性和復雜性,基于配光曲線映射原理,運用透射光學設(shè)計手段,借鑒傳統(tǒng)路燈設(shè)計方法,針對單顆大功率白光led,根據(jù)其特有的配光特性參數(shù)設(shè)計了一種新穎的二次光學透鏡。該透鏡實現(xiàn)了將led的郎伯型配光轉(zhuǎn)換為蝙蝠翼型配光,將圓形光斑轉(zhuǎn)換為矩形光斑,同時可以達到很高的光輸出效率和近似1∶2的長寬比。與同類設(shè)計相比,達到國家道路照明標準,同時降低了設(shè)計復雜度,可應用于led路燈設(shè)計。