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实现LED台灯均匀照明的自由曲面透镜仿真设计
卓友望;葛子平
【期刊名称】《照明工程学报》
【年(卷),期】2011(22)6
【摘要】针对LED台灯照明区域照度均匀度不足的现状,提出了利用自由曲面透镜实现二次光学配光的方法.基于光源的朗伯光学特性,建立理想LED点光源与照明区域的余弦拓扑关系,并依据Snell定律通过MATLAB编程迭代计算自由曲面的母线.利用Tracepro光学软件仿真分析了光源实际尺寸对配光效果的影响,并探讨了透镜尺寸与配光效果的关系.经仿真优化的自由曲面透镜,实现发光半径2mm的LED光源在台灯要求的照明区域上均匀度(最小值/最大值)达到95％,同时光的利用效率提高20％以上.
【总页数】4页(P4-7)
【作者】卓友望;葛子平
【作者单位】华南理工大学机械与汽车工程学院表面功能结构先进制造广东普通高校重点实验室,广州510640;华南理工大学机械与汽车工程学院表面功能结构先进制造广东普通高校重点实验室,广州510640
【正文语种】中文
【相关文献】
1.LED均匀照明自由曲面透镜的设计探讨及其实现 [J], 林明丈
2.实现LED均匀照明的透镜自由曲面设计的集成程序 [J], 陈超;王耀国;曹艳亭;余静;黄杰;梁培
3.均匀照明方形光斑的 LED 自由曲面透镜设计 [J], 张康;苏成悦;王维江
4.用于道路均匀照明的 LED 自由曲面透镜设计 [J], 贺志华;董前民;王少雷;李敏
5.实现道路均匀照明的LED自由曲面透镜设计方法综述 [J], 史永胜;买迪;宁磊因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
一种实现LED均匀圆斑照明透镜的自由曲面设计张成亮【摘要】This paper comes up with a method of lens design to realize the LED uniform illumination , since the emission characteristics of the most LED behave as Lambertian source .The proposed method builds an equation of a freeform surface lens which can produce uniform spots , and obtains a numerical solution by using Matlab .Then a lens is modeled through modeling software Pro/E, and verified by Tracepro .The results of lighting simulation and a-nalysis show that the proposed method produces good uniform spots .%由于大多数LED的发光特性表现为朗伯光源，文中提出一种实现LED均匀照明的透镜设计方法。
建立了能产生均匀光斑的自由曲面透镜方程，通过Matlab编程得到数值解，并通过建模软件Pro/E建立了透镜模型，最终采用Tracepro进行模拟验证。
实验结果表明，利用此方法给LED进行配光，可使照明目标面获得均匀的照度。
【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2014(000)009【总页数】4页(P172-174,177)【关键词】LED;朗伯光源;均匀照明;自由曲面【作者】张成亮【作者单位】合肥工业大学电子科学与应用物理学院，安徽合肥 230009【正文语种】中文【中图分类】TN312+.8发光二极管(Light Emitting Diode，LED)是一种新型的绿色光源，与传统光源相比，具有节能、高效、环保、性能稳定、体积小、寿命长等优点。
均匀照明方形光斑的 LED 自由曲面透镜设计张康;苏成悦;王维江【摘要】根据边缘光线原理并利用划分网格的方法设计出一款配光透镜，获得了方形均匀光斑。
研究结果表明：它既适用于点光源，也适用于扩展光源。
当透镜高度与LED光源尺寸之比为10∶1和5∶1时，相当于点光源，目标面的照度均匀度高达90％，系统的能量利用率为88％。
当透镜高度与LED光源尺寸之比为10∶3，2.5∶1，2∶1时，相当于扩展光源，目标面的照度均匀性在80％以上，处于较高的水平，系统的能量利用率达88％左右。
该配光透镜对扩展光源保持较高的能量利用率和照度均匀性，适用于投影显示和室内外照明，有着广阔的应用前景。
%According to the principle of the edge-ray and using the method of dividing grid , a lens was designed to obtained the uniform square spot light distribution .Research results show that it applies to point source , and at the same time can also be applied to extended source .When the ratio of the lens height and size of LED source is 10∶1 and 5∶1, it equivalent to a point source , the uniformity of illuminance on the target surface is as high as 90%, the efficiency of system is 88%.When the ratio of the lens height and size of LED source is 10∶3, 2.5∶1 and 2∶1, it quivalent to an extended source , uniformity of illuminance on the target surface is more than 80%, at a higher level , and the efficiency of system is about 88%.The lens can maintain a higher efficiency and uniformity for extended source .It's suitable for projection display and indoor and outdoor lighting and has a broad application prospect .【期刊名称】《照明工程学报》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】7页(P82-88)【关键词】划分网格法;自由曲面;透镜;均匀照明【作者】张康;苏成悦;王维江【作者单位】广东工业大学物理与光电工程学院，广东广州 510006;广东工业大学物理与光电工程学院，广东广州 510006;广东工业大学物理与光电工程学院，广东广州 510006【正文语种】中文【中图分类】TM923.021 引言LED由于其寿命长、能耗低等优点，在各个领域得到了广泛的应用，如道路照明、投影机以及室内照明等[1]。
实现均匀照明的自由曲面光学透镜设计作者：周延桂来源：《科技视界》2019年第12期【摘要】常规LED通常不能直接用于照明场景下，因此需要对其进行二次光学设计。
本文针对LED的发光特性，分析了其发光空间和被照面之间的能量拓扑映射关系，并通过迭代算法，构建出自由曲面透镜模型，最后在光学仿真软件中实现了LED的均匀照明效果。
在教学过程中，通过对LED照明设计方法的讲述和计算流程引导，能有效培养学生对复杂设计问题的分析能力。
【关键词】LED;自由曲面;照明配光设计中图分类号： TM923.34 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）12-0032-001DOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2019.12.014【Abstract】Conventional LED cannot be directly used in lighting scenarios，so secondary optical design is needed.In this paper，according to the luminous characteristics of LED，the energy topological mapping relationship between the luminous space and the illuminated surface is analyzed，the energy mapping grid is divided， and the free-form surface lens model is constructed by iteration algorithm.Finally，the uniform illumination effect of LED is realized in the optical simulation software.In the teaching process，through the description of LED lighting design method and the guidance of calculation process，students can effectively develop their ability to analyze complex design problems.【Key words】LED;Freeform Surface;Lighting Distribution Design发光二极管（light-emitting diode，LED）目前已经广泛应用于照明领域，具有广阔的市场前景[1]。
第50卷第2期Vol.50No.22021年2月Feb.2021红外与激光工程Infrared and Laser EngineeringOptical design of freeform Fresnel TIR lens forLED uniform illuminationHu Tiantian1,2,Zeng Chunmei12,Rui Congshan1-2,Hong Yang12.Ma Suodong1,2(1.School of Optoelectronic Science and Engineering,Soochow University,Suzhou215006,China;2.Key Lab of Advanced Optical Manufacturing Technologies of Jiangsu Province&Key Lab of Modem OpticalTechnologies of Education Ministry of China,Soochow University,Suzhou215006,China)Abstract:A new design of total internal reflection(TIR)lens was presented which had a freeform Fresnel surface in the central part of the front to improve the heat dissipation capability.Snell's law and the reflection law were applied to construct the freeform refractive surface and the freefonn reflective surface for the TIR lens.The freeform refractive surface was transformed into the freefonn Fresnel surface with universal design method of Fresnel lens.The simulation result for the freeform Fresnel TIR lens obtained by Monte Carlo ray tracing shows that the far field illumination uniformity of82.0%and the luminous efficiency of96.6%are achieved for the light source size of2mm><2mm,in the meanwhile the lens weight is only21.94g.The freeform Fresnel TIR lens has nearly20%reduction in lens weight and volume,only a2%reduction in luminous efficiency,and no reduction in illumination uniformity compared to the TIR lens without the Fresnel surface.The result indicates that the Fresnelization for freeform surface of TIR lens can significantly reduce the volume and weight of TIR lens and shorten the optical path length,thus effectively improve its heat dissipation efficiency and service life while maintaining a high performance.Key words:optical design;Fresnel TIR lens;Snell's law;heat dissipationCLC number:0439Document code:A DOI:10.3788/IRLA20200183用于LED均匀照明的自由曲面菲涅耳TIR透镜光学设计胡甜甜込曾春梅叫芮丛珊"，洪洋迢马锁冬2(1.苏州大学光电科学与工程学院，江苏苏州215006；2.江苏省先进光学制造技术重点实验室&教育部现代光学技术重点实验室，江苏苏州215006)摘要：为了提高透镜的散热能力，设计了一种新型全内反射(TIR)透镜，该透镜的出射面中央为自由曲面菲涅耳面'采用斯涅尔定律和全反射定律分别求解TIR透镜折射部分和反射部分自由曲面的面形。
LED透镜在均匀照明领域的设计方法与应用摘要：随着城市化进程的加速，led的应用越来越广泛。
作为一种新型的光源，led有着其他光源无可比拟的优势。
led作为光源在均匀照明领域，需要应用曲面透镜改善其光源分布，从而达到均匀照明的目的。
本文阐述了led透镜的设计原理，并简要分析了可用于均匀照明的led透镜设计方法及应用。
关键词：均匀照明；二次光学设计；自由曲面中图分类号：s611 文献标识码：a 文章编号：led（lightingemittingdiode）即是发光二极管，是一种新型的绿色光源，与传统光源有着很大的区别。
随着城市建设的不断发展， led光源在照明领域的应用范围也在不断扩大。
led光源还具有具有效率高、寿命长、耐用性强、无污染以及控制灵活等优点，这使得其在现代社会中的需求量不断扩大。
由于led芯片的出光为朗伯发光体分布，不适合直接应用，需要对其进行光学系统处理后才能应用。
但很多时候，led光源都无法满足照明灯具的要求，因此，对led光源进行二次光学设计十分必要。
传统的设计方法设计周期很长，对设计人员的要求也比较高。
常用的设计方法介绍微分方程法微分方程法的设计基础理论是剪切法。
就是通过建立微分方程计算设计值，利用计算值建立自由曲面模型。
主要考虑的是建立空间坐标系，把led光源当做空间坐标系的原点，选用球坐标系的表示方法来表示曲面上的点，用直角坐标系的表示方法来表示照明面上的点。
同时设定入射光线、法向量等。
从而可以推导出照射平面上的点和自由曲面上的点之间的关系式。
由于光的传播遵守能量守恒定理，假设当没有能量损失时，光源发出的能量和照明面接收的能量在数值上是相等的，这样就可以建立能量守恒的表达式，从而得出折射光的角度与与自由曲面上的点的关系式，进而得出自由曲面上的点和照明面上的点的关系式，通过数学微分知识可以得出微分方程式，在利用数值求解法求出相关数据，根据求出的数据建立照明系统模型。
划分网络格法划分网格法的主要设计基础是能量守恒原理。
一种实现均匀照明的LED平凸透镜设计卢雪;丁桂林【摘要】为实现均匀圆形光斑的照明,提出了一种自由曲面平凸透镜的算法.依据非成像光学核心理论:光学扩展量守恒和能量守恒,根据Snell定律,建立透镜轮廓曲线所满足的常微分方程,采用Matlab中的DDE(动态传输)技术与Tracepro中的Scheme语言完成动态数据的链接,从而完成透镜的3D建模,省去了导入3D软件拟合曲线所带来的误差,让建模变得更加精确.结果表明,该种算法可在特定区域实现均匀照明,透镜直径23 mm,材质为光学级PC,且在透镜距离光源10mm时光学效率可达51.99％.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2015(028)012【总页数】4页(P1-4)【关键词】光学设计;均匀照明;二次配光;平凸透镜;LED【作者】卢雪;丁桂林【作者单位】江苏大学机械工程学院,江苏镇江 212013;江苏大学机械工程学院,江苏镇江 212013【正文语种】中文【中图分类】TB133LED因为具有寿命长、亮度高、节能、环保、可回收等优点,被认为是21世纪最有发展前景的绿色照明光源[1-3]。
目前非成像光学设计方法中用的比较多的方法有剪裁法[4],多参数优化法[5],多表面同步法[6]等。
Matlab里的动态传输(DDE)技术是一种使用共享的内存在程序间进行数据通讯的技术,其可自动更新应用软件之间的数据,无需用户参与。
在光学设计过程中,如何让透镜的建模变得便捷化、智能化,实现不同光学软件之间的数据连接是值得深思的问题。
本文基于以上的问题,利用Matlab里的DDE技术[7]与Tracepro中的Scheme语言来完成动态数据间的连接,以及透镜的3D建模。
同时利用该种方法设计了一款直径为23 mm的平凸透镜实例,并利用光学仿真软件Tracepro对其进行光线追迹,验证理论的正确性。
LED的光强分布呈朗伯体分布,且朗伯体光源在θ角方向上的光强值为在此选用首尔公司P4系列N42180-08这款光源,其发光角度为123°。
