LED臺(tái)燈均勻照明的自由曲面透鏡仿真設(shè)計(jì)

第23卷　第5期 2008年10月 液　晶　與　顯　示 chinesejournalofliquidcrystalsanddisplays vol123,no15 oct.,2008 文章編號(hào):100722780(2008)0520589206 自由曲面的led路燈透鏡的設(shè)計(jì) 蔣金波,杜　雪3,李榮彬 (香港理工大學(xué)工業(yè)及系統(tǒng)工程學(xué)系先進(jìn)光學(xué)制造中心,香港九龍,e2mail:jilishi_optics@yahoo.com.cn) 摘　要:led的二次光學(xué)元件設(shè)計(jì)對(duì)led路燈的配光及光學(xué)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(zhǎng)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(duì)稱自由曲面二次光學(xué)元件的采用可以使led路燈的長(zhǎng)

第23卷　第5期 2008年10月 液　晶　與　顯　示 chinesejournalofliquidcrystalsanddisplays vol123,no15 oct.,2008 文章編號(hào):100722780(2008)0520589206 自由曲面的led路燈透鏡的設(shè)計(jì) 蔣金波,杜　雪3,李榮彬 (香港理工大學(xué)工業(yè)及系統(tǒng)工程學(xué)系先進(jìn)光學(xué)制造中心,香港九龍,e2mail:jilishi_optics@yahoo.com.cn) 摘　要:led的二次光學(xué)元件設(shè)計(jì)對(duì)led路燈的配光及光學(xué)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(zhǎng)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(duì)稱自由曲面二次光學(xué)元件的采用可以使led路燈的長(zhǎng)

配光是led路燈應(yīng)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(kuò)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(jì)算機(jī)仿真軟件tracepro進(jìn)行光路仿真檢驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果,并對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行分析。設(shè)計(jì)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(shí)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(hào):100722780(2008)0520589206 自由曲面的led路燈透鏡的設(shè)計(jì) 蔣金波,杜　雪3,李榮彬 (香港理工大學(xué)工業(yè)及系統(tǒng)工程學(xué)系先進(jìn)光學(xué)制造中心,香港九龍,e2mail:jilishi_optics@yahoo.com.cn) 摘　要:led的二次光學(xué)元件設(shè)計(jì)對(duì)led路燈的配光及光學(xué)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(zhǎng)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(duì)稱自由曲面二次光學(xué)元件的采用可以使led路燈的長(zhǎng)

針對(duì)國(guó)內(nèi)大功率led陣列光源舞臺(tái)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(jì)陣列光源變焦透鏡系統(tǒng)?；谕哥R組變焦原理設(shè)計(jì)了單顆led光源的變焦透鏡組,高級(jí)光學(xué)系統(tǒng)分析模擬軟件asap的計(jì)算結(jié)果顯示:調(diào)焦范圍為0～10mm時(shí),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(shí)達(dá)到78%以上。在此基礎(chǔ)上,將單顆led光源的變焦透鏡組擴(kuò)展為red、green、blue各12顆共36顆led的變焦透鏡系統(tǒng),進(jìn)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(jì)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(jì)算結(jié)果可知,與國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的大功率led舞臺(tái)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(xué)透鏡的設(shè)計(jì)

半導(dǎo)體發(fā)光二極管(led)的發(fā)光效率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),使其成為目前道路照明中的應(yīng)用趨勢(shì)。針對(duì)led在道路照明上的應(yīng)用,為獲得路面上均勻的矩形配光效果對(duì)選定的led進(jìn)行自由曲面二次光學(xué)透鏡的設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)出符合城市道路照明標(biāo)準(zhǔn)的led路燈配光方案,使led模組直接實(shí)現(xiàn)矩形配光?？紤]封裝后led的實(shí)際配光曲線應(yīng)用網(wǎng)格對(duì)應(yīng)法利用計(jì)算軟件標(biāo)定自由曲面二次光學(xué)透鏡的離散數(shù)據(jù)點(diǎn)坐標(biāo),對(duì)透鏡結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模。

針對(duì)路燈照明系統(tǒng),設(shè)計(jì)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(biāo)面照度的關(guān)系引用了一種簡(jiǎn)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(jì)基于自由曲面的亮度均勻路燈透鏡。利用光學(xué)軟件進(jìn)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(jìn)行配光和照度的測(cè)試。結(jié)果表明該透鏡設(shè)計(jì)滿足漸變照度分布的矩形光斑照明。采用dialux軟件對(duì)路燈照明效果進(jìn)行評(píng)估,顯示該路燈透鏡設(shè)計(jì),橫向和縱向亮度均勻性達(dá)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(jì)與研究

責(zé)任編輯：李健 66www.***.***2011.8 led驅(qū)動(dòng)器 基于自由曲面和菲涅爾透鏡的 led汽車后霧燈設(shè)計(jì) designofledrearfoglampformotorvehiclesbasedonfree-formsurfaceandfresnellens 舒浙偉 1 郭康賢 2 彭超 1 ?、睆V州大學(xué)物理與電子工程學(xué)院（廣東廣州510006） ⒉郭康賢廣州大學(xué)物理與電子工程學(xué)院固體物理與材料研究所所長(zhǎng)（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?yàn)楣怆?子信息；郭康賢：四川西昌人，博士，碩士生導(dǎo)師，所長(zhǎng)。 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(dá)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(dá)到理想的配光要求,自主控制后霧燈各個(gè)投射區(qū)域,有效地控制其光場(chǎng)。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(biāo)準(zhǔn)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(shí)際的參數(shù),通過3d設(shè)計(jì)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(chǎng)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(gè)led光源都有各自獨(dú)立的光學(xué)系統(tǒng),采用5個(gè)led構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng),其系統(tǒng)發(fā)光強(qiáng)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(dǎo)體照明技術(shù)的發(fā)展,led路燈應(yīng)用日益廣泛。其二次配光設(shè)計(jì)對(duì)led路燈照明具有重要的作用。led路燈應(yīng)用中,為了使其照度和照度均勻度滿足一定的要求,設(shè)計(jì)采用了自由曲面透鏡的二次配光。根據(jù)折射定律、目標(biāo)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(dǎo)入建模軟件擬合成透鏡實(shí)體,對(duì)利用自由曲面透鏡配光的led及l(fā)ed路燈進(jìn)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弧Ｗ杂汕媲罢諢舻姆瓷淦魇菬o法用數(shù)學(xué)方程來描述的自由曲面,其設(shè)計(jì)一直是前照燈設(shè)計(jì)中的一個(gè)難點(diǎn)。研究用計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)來進(jìn)行自由曲面前照燈的設(shè)計(jì)。其主要內(nèi)容包括光源建模、自由曲面反射器的設(shè)計(jì)和前照燈照明效果模擬三大部分。論文給出了設(shè)計(jì)實(shí)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(yīng)用于路燈照明行業(yè)，因?yàn)閘ed光源發(fā)出的光強(qiáng)曲線為朗博曲線，所起不經(jīng)過光學(xué)玻璃透鏡的 處理達(dá)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。現(xiàn)在先進(jìn) 的光學(xué)模擬軟件結(jié)合三維設(shè)計(jì)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(dǎo)入tracepro中進(jìn)行光學(xué)模擬， 進(jìn)行交互式設(shè)計(jì)。最終達(dá)到想要的效果。 如下為某款路燈透鏡的設(shè)計(jì)流程 1、依據(jù)經(jīng)驗(yàn)初步設(shè)計(jì)出透鏡的自由曲面完成這一部的設(shè)計(jì)時(shí)，要求操作者有相當(dāng)高的前期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，熟知曲面的設(shè)計(jì) 流程。 2、將初步設(shè)計(jì)的透鏡自由曲面導(dǎo)入光學(xué)軟件進(jìn)行模擬。這一步，最關(guān)鍵的當(dāng)是有準(zhǔn)確的led路燈光源。 3、做出初步的光強(qiáng)曲線，分析和理想效果的差異。 4、重新設(shè)計(jì)led路燈透鏡的外形。 5

led路燈透鏡設(shè)計(jì) 二次光學(xué)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(zhǎng)方形的光斑，對(duì)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(duì)稱的自由曲面二次光學(xué)的配光設(shè) 計(jì)，是實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的最好的方法。使得在單個(gè)透鏡模組上就可以完成高效率長(zhǎng)方形的輸出光 斑、蝙蝠翼形的遠(yuǎn)場(chǎng)角度分布、以及實(shí)現(xiàn)截光設(shè)計(jì)。整個(gè)燈頭的結(jié)構(gòu)變得非常的簡(jiǎn)潔，只要 將這些完成配光設(shè)計(jì)的led透鏡模組，按照同一個(gè)方向排列在一塊平面的pcb板上即可， 簡(jiǎn)化了led路燈的機(jī)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(xué)透鏡的設(shè)計(jì)，該透鏡可以實(shí)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(zhǎng)方形光斑。 1.技術(shù)背景l(fā)ed固態(tài)半導(dǎo)體照明技術(shù)被認(rèn)為是21世紀(jì)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?yàn)椴煌缆酚胁煌墓鈱W(xué)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(yīng)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(yīng)用于機(jī)動(dòng)車或非機(jī)動(dòng)車道，有效克效了圓形光斑照射時(shí)， 圓與圓相接的地方兩側(cè)會(huì)有一個(gè)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(yīng)用于機(jī)動(dòng)車道，有

LED照明的透射_全反射型復(fù)合曲面二次光學(xué)透鏡的設(shè)計(jì)

為了提高cobled的取光率,以1919cobled為研究對(duì)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(xué)仿真軟件進(jìn)行研究。仿真實(shí)驗(yàn)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(jìn)行封裝,其取光率提高18.8%。

專業(yè)led光學(xué)透鏡|cree透鏡|四合一透鏡|par燈透鏡| 連體透鏡|3535透鏡|xpe透鏡|光學(xué)設(shè)計(jì)|模具制造 qq:475526522郵箱：ledssjy@sina.com 搜索微信公眾號(hào)：三思金源

城市的路燈在照亮道路的同時(shí)，也帶來了大量的光污染和能源浪費(fèi)，長(zhǎng)期以來備受詬病卻無解決良方。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，日前一組來自中國(guó)臺(tái)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(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)主辦的《光學(xué)快報(bào)》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(qiáng)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(chǎng)分布的光 學(xué)系統(tǒng)。其他類型的透鏡如：用于照相機(jī)、望遠(yuǎn)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(shí)際要滿足標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行擴(kuò)散處理，來滿足標(biāo)準(zhǔn)的要 求。為使光學(xué)效果更加合理，設(shè)計(jì)中應(yīng)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(gè)小單元中，采用橢球面，因?yàn)樵撁婢哂兴胶痛怪眱蓚€(gè)方向的弧 度，從而可以在兩個(gè)方向上用不同的曲率半徑達(dá)到不同的擴(kuò)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(shí)現(xiàn)均勻、高 效的光分布。實(shí)際上泡燈類

鑒于道路照明需求的多樣性和復(fù)雜性,基于配光曲線映射原理,運(yùn)用透射光學(xué)設(shè)計(jì)手段,借鑒傳統(tǒng)路燈設(shè)計(jì)方法,針對(duì)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(jì)了一種新穎的二次光學(xué)透鏡。該透鏡實(shí)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(shí)可以達(dá)到很高的光輸出效率和近似1∶2的長(zhǎng)寬比。與同類設(shè)計(jì)相比,達(dá)到國(guó)家道路照明標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜度,可應(yīng)用于led路燈設(shè)計(jì)。