一种用LED光源的准直系统设计

第19卷 第7期2011年7月光学精密工程Optics and P recision EngineeringV ol.19 N o.7Jul.2011收稿日期:2010-07-06;修订日期:2010-11-16.基金项目:国家973重点基础研究发展规划资助项目(N o.2010CB227101)文章编号 1004-924X(2011)07-1472-08基于折射/全反射/反射/折射结构的LED 准直系统的设计赵会富1,2,刘 华1*,孙 强1,王 鹤1,许家林1,荆 雷1,2,刘 英1,李也凡1,倪平涛3(1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光电技术研发中心,吉林长春130033;2.中国科学院研究生院,北京100049;3.空军航空大学,吉林长春130022)摘要:设计并优化了高效且结构紧凑的折射/全反射/反射/折射式(RIXR)L ED 准直系统,用于收集大角度范围内的光线获得具有较小发散角的准直光束。

首先,根据非成像光学理论中的边缘光线原理以及多面同步(SM S)设计方法计算系统初始结构的面型;然后,利用Zemax 光学设计软件对初始结构进行优化设计;最终得到最佳结构的L ED 准直系统。

优化设计得到的RIX R 型准直系统的半口径为20mm 、纵横比为0.25、集光角为200b 。

L ED 准直系统经反向光线追迹得到边缘视场(?3.178b )点列图的均方根半径<2.1L m,故边缘视场达到了很好的聚焦效果。

充分考虑材料的吸收损失和界面的反射损失后,光能利用率高达83.48%。

实验表明,基于RIXR 结构的LED 准直系统具有光能利用率高、结构紧凑、体积小、便于应用等特点。

关 键 词:非成像光学;多面同步法(SM S);自由曲面;RIXR 结构;L ED 准直系统中图分类号:T N312.8;T H 703 文献标识码:A doi:10.3788/O PE.20111907.1472Design of RIXR LED collimatine systemZH AO H u-i fu 1,2,LIU H ua 1*,SU N Qiang 1,WAN G H e 1,XU Jia -lin 1,JING Lei 1,2,LIU Ying 1,LI Ye -fan 1,NI Ping -tao 3(1.Op to -electronic T echnology Resear ch Center ,Changchun I nstitute of Op tics ,Fine Mechanics andP hy sics,Chinese A cademy of Sciences,Chang chun 130033,China;2.Gr aduate Univ er sity of Chinese A cad emy of Sciences ,Beij ing 100039,China;3.A viation Univer sity of A ir For ce,Changchun 130022,China)*Corr esp onding author ,E -mail :gir lliuhua @Abstract:A high efficient,co mpact,Refractive /Total inter nal r eflection /Reflective /Refractive(RIXR)collim ating system w as designed and optimized to collect a w ide ang le rang e light to em it the collim ating beam w ith a small divergence ang le.Firstly,the surface of the initial str ucture of the sys -tem w as calculated accor ding to the edge -ray principle and Simultaneous M ultiple Surfaces (SM S)method based on the non -imag ing optics theo ry.Then,the initial structure w as o ptimized by using Zem ax optical desig n softw ar e.Finally,the best LED collim ating sy stem w as successfully desig ned.According to the results of the desig n,the sem-i diam eter of the RIXR collimating system is 20mm,aspect ratio is0.25and its collection ang le is200b.T hese r esults indicate that the system can com-pletely collect the lig ht em itted by LED sources.As the root m ean square radius of a spot diagr am fo r the edge field(? 3.178b)o btained by the rev erse ray tracing is less than2.1L m,the edg e field show s an ex cellent focusing effect.Furthermor e,w hen the lig ht abso rption lo ss of the material and reflection loss of the interface are fully considered,the light ener gy utilization rate is as high as83.48%.Exper-i m ents dem onstrate that the RIXR-ty pe collim ating system has advantag es in a com pact str ucture,high light energ y utilization ratio and easy to use.Key words:non-imaging optics;Sim ultanous M ultiple Surface(SMS);free-form surface;RIXR str ac-tur e;LED co llimating sy stem1引言由于发光二极管(Light Emitting Diode, LED)的节能环保效果显著、驱动电压低、体积小、重量轻、功耗低、寿命长、色调和定向性好等优点,其应用领域越来越广泛,特别是在舞台、商场、家居、广告照明、路灯等领域应用甚多。

led光准直的方法（原创实用版5篇）《led光准直的方法》篇1以下是LED光准直的方法：1. 打开三脚架，将准直仪安装在前臂上，通过旋钮调整倾斜补偿和风偏补偿。

2. 将激光器的输出尾部与准直仪连接，并调整激光器位置，使激光器发出的激光沿着目标线方向。

3. 打开望远镜，调整望远镜系统，使其对准激光线。

4. 打开计算机屏幕上的软件，将激光器的输出尾部与计算机连接，并调整激光器位置，使激光器发出的激光沿着目标线方向。

5. 调整望远镜系统，使其对准激光线。

6. 打开计算机屏幕上的软件，将激光器的输出尾部与计算机连接，并调整激光器位置，使激光器发出的激光沿着目标线方向。

7. 调整望远镜系统，使其对准激光线。

8. 打开计算机屏幕上的软件，将激光器的输出尾部与计算机连接，并调整激光器位置，使激光器发出的激光沿着目标线方向。

《led光准直的方法》篇2LED准直的方法有三种：透镜准直、反射镜准直和棱镜准直。

1. 透镜准直：利用LED透镜可以使LED光线聚焦，达到准直的效果。

2. 反射镜准直：利用平面反射镜或球面反射镜，可以使LED光线发生全反射，从而达到准直的效果。

3. 棱镜准直：利用两个相对放置的直角棱镜，可以使LED光线偏转90度，从而达到准直的效果。

《led光准直的方法》篇3LED准直的方法有三种：透镜准直、反射镜准直和棱镜准直。

1. 透镜准直：使用透镜或透镜组将目标聚焦到视场中。

这种方法的优点是可以控制光束发散角，但缺点是价格相对较高。

2. 反射镜准直：使用反射镜或反射镜组将光束反射到视场中。

这种方法的价格相对较低，但控制光束发散角的能力有限。

3. 棱镜准直：使用棱镜或棱镜组将光束折射到视场中。

这种方法的价格相对较低，但控制光束发散角的能力也有限。

《led光准直的方法》篇4以下是LED光准直的方法：1. 打开三脚架，将准直仪安装在前臂上，将反射目标调整到准直仪镜头中间位置。

2. 打开反射板电源开关，使准直仪和反射板正常工作。

一种用LED光源的准直系统设计1 引言半导体发光二级管(LED)光源具有体积小、效率高、响应快、易调光、色域范围宽、无汞污染、使用寿命长等特点，是一种节能环保的新型光源。

随着LED技术的不断完善，特别是光效的不断提高，在投影显示、背光光源、城市照明等领域有着广泛的应用前景。

然而，由于LED的空间光强近似Lambertian型分布，使其在被照面上所形成的照度随出射角的增大而迅速衰减，很难满足远距离照明如手电、港口或码头用信号投射灯的实际需要，为了使光束平行出射以提高光能利用率，光学设计人员尝试通过各种途径来设计反射器、折射器或折反射器来改善光线在目标面的布局，以符合实际情况的需要。

目前，LED二次光学设计主要有两种方法：直接经验法和求解方程法。

直接经验法主要通过CAE三维机械建模软件绘制出光学元件的结构，并将此结构导入到光学仿真软件中如Tracepro中，并对此结构赋予某种光学属性，最后通过蒙特卡罗非序列光线追迹来判断照明面上的照度分布及整个系统的光强分布。

由于这种设计的随意性很强，相关设计者往往需要多次修改光学元件的结构，多次模拟来完成设计，此类方法并不需要太多的理论计算，设计的关键往往取决于设计者的个人经验。

方程求解法基于光源的发光特性和所需实现的照明要求而构建方程组，其未知数即为所求自由曲面上个点的坐标，在给定初始条件后，通过求解方程组的解析解或数值解，即可得到自由曲面的面型数据并可实现所需照明要求。

此种方法免去了反复试验所需的时间，提高了设计效率，但对设计人员的光学构建能力和数学功底的要求比较高。

本文针对旋转对称折射器，根据LED光源特性和目标面的光强分布要求，依据snell 定律和非成像光学中的光学扩展量要求，设计了一种较为简便的自由曲面折射器，实现了系统的长距离均匀照明。

2 设计原理建立如图1所示的坐标系。

设LED光源位于坐标系的原点，透镜前表面为平面，后表面为为曲面，即为需要设计的自由曲面。

一种使用LED技术的聚光准直仪照系统
程春花
【期刊名称】《光源与照明》
【年(卷),期】2001(000)002
【摘要】@@ 一、引言rn近30年以来,LED发光二极管的技术已经历一个飞速的发展.LED以其固有的优点如:高效率、长寿命、低损耗、耐振动、响应速度快等特点广泛应用于指示灯、显示屏等领域,目前,人们最感兴趣的应用领域是直接把LED光源替代其它照明光源.但是,LED应用到要求照度很高的地方仍然存在困难,如何解决这个问题,以下是一种从理论到实验方法的探讨.
【总页数】4页(P11-14)
【作者】程春花
【作者单位】复旦大学电光源研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN31
【相关文献】
1.一种使用硅片集成光路技术制造的干涉仪 [J], 刘乃谦
2.一种利用LED技术的新型聚光照明系统 [J],
3.一种用LED光源的准直系统设计 [J], 王祥伟;姜肇国;苏广生;王成;胡刚
4.一种新光伏技术在我国研制成功——记李杰吾教授及其“非对称聚光跟踪光伏系统” [J], 覃璐
5.一种新型便携式CCD自准直仪图像测量系统研究 [J], 王斌;张林;吴刚;邓军;艾敏
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一种用LED光源的准直系统设计
王祥伟;姜肇国;苏广生;王成;胡刚
【期刊名称】《现代显示》
【年(卷),期】2013(000)004
【摘要】基于能量守恒定理和光线折射Snell定律,通过Matlab数值计算软件计算出自由曲面离散坐标点；借助PROE三维机械设计软件和Tracepro光学仿真软件,模拟了自由曲面透镜的具体应用,在投射距离为20m的情况下,实现了在接受面半径为0.65m的圆形照明区域内均匀性达92％以上的照度分布,并讨论了在不同投射距离下的照度均匀性分布与能量利用率情况.该设计可用在手电、港口或码头用信号投射灯等需要准直光束的场所.
【总页数】5页(P28-32)
【作者】王祥伟;姜肇国;苏广生;王成;胡刚
【作者单位】光华活彩电子(江苏)有限公司,江苏盐城224002;光华活彩电子(江苏)有限公司,江苏盐城224002;光华活彩电子(江苏)有限公司,江苏盐城224002;光华活彩电子(江苏)有限公司,江苏盐城224002;光华活彩电子(江苏)有限公司,江苏盐城224002
【正文语种】中文
【中图分类】O435
【相关文献】
1.折反式LED光源准直系统设计 [J], 杨子威
2.基于自由曲面设计的LED光源系统光束准直研究 [J], 刘国强;赵恒;华灯鑫;张佳
3.LED光源气溶胶探测雷达光学准直结构优化设计 [J], 杨学成;赵恒;王希
4.用于LED光源的反光杯准直效果研究 [J], 王海洋;金志樑;王沛沛;熊大曦
5.基于TIR透镜的LED光源准直输出探究 [J], 秦晋;秦会斌;邱定忠;叶晨
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课程设计任务书
学生姓名：专业班级：
指导老师：工作单位：理学院物理系
题目：LED光束准直系统的设计
初始条件：计算机，Code V 光学设计软件
要求完成的主要任务：
1．技术要求：
设计一个LED光束准直系统，要求：
（1）准直后的光束，波长1550nm的光能进入到纤芯直径为10μm光纤中传输，纤芯折射率为1.46，光源发光面尺寸是1mm2，半发散角为30°；
（2）透镜的个数和面型不限，主要以球面透镜为主，且不多于4片透镜；
（3）用Code V进行仿真设计；
（4）能自由查看仿真系统的参数、结构图及像差图。

2．主要任务：
（一）设计方案
（1）系统的设计参数计算；
（2）具体设计；
（3）优化过程；
（4）像差查看及分析；
（二）实现步骤
（1）查阅相关资料，学习Code V，熟悉仿真软件；
（2）利用Code V进行系统仿真；
（3）通过优化达到设计要求；
（4）撰写设计说明书，进行答辩。

3．撰写课程设计说明书：
封面：题目，学院，专业，班级，姓名，学号，指导教师，日期
任务书
目录
正文：1、主要设计参数；2、参数计算；3、Code V仿真；4、优化；5、像差分析；6、心得体会；7、参考文献
时间安排：
课程设计时间：
1周：明确任务，查阅资料，提出设计方案并答辩；
2周：按照设计方案进行程序编写并调试通过；撰写课程设计说明书。

指导教师签名：年月日
系主任（或负责老师）签名：年月日。