摘要：LED光源自身物理模型的准确测量和建模对光学设计和计算机软件仿真模拟结果至关重要。分析了常用光源模型的特性,对白光LED与理想点光源的偏差和原因进行了研究,比较分析了在直下式背光源透镜光学系统中由于LED实际光源特性偏离理想点光源和简单面光源而造成的设计偏差,并以白光LED光源近场测量的光线文件为基础,采用反馈修正逐次逼近的方法,优化设计了背光系统距高为5.5的内外折射曲面光学透镜,在实际发光面积为1.7 mm×1.7 mm的条件下,光斑均匀性为0.83。

摘要：为解决发光二极管(LED)作为朗伯光源难以直接应用的问题,运用非成像光学设计方法,实现了一种新型的基于LED的均匀照明系统,它能够在一个特定位置的屏幕上形成一个具有特定尺寸的均匀圆形光斑。使用基于蒙特卡罗法的光线追迹软件对该光学系统进行模拟仿真,结果显示屏幕上光斑的均匀度优于85%,系统效率高于82%。

摘要：基于侧准直原理和LED的光强分布特性,结合现有的二维准直表面和非成像光学二维形成给定光强分布表面的设计方法,设计了具有扩展功能的垂向准直、侧向120°内角向均匀分布的适用于航标灯的LED单元模块。利用该模块,可以很容易地拼装出全角360°的LED航标灯系统。在现有LED的光效水平下,整个系统的峰值光亮度可以达到83cd/W,具有很高的能量利用效率。

摘要：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%。

摘要：介绍了合成全息图拍摄过程中图像的滤波处理过程,并分析了利用透镜对图像信息进行会聚时光场的不均匀性问题。为改善会聚光场的均匀性,通常需在透镜前设置弱散射片,从理论上分析了相位散射片改善光场均匀性的原理,基于该原理利用傅里叶迭代算法(G-S算法)对相位散射片的相位分布进行了设计,并将所设计的相位片应用于实际图像进行了仿真分析。结果表明,通过精确设计相位片的相位分布能极大地改善光场的均匀性,且能在一定范围调整光斑尺寸的大小。最后针对相位片实际制作中相位的量化问题分析了量化误差的影响,仿真结果表明,当量化阶数达到8阶时量化误差的影响可以忽略。

摘要：提出了一种新型的LED道路照明中实现任意照度分布的自由光学曲面设计方法。旨在实现单盏路灯在路面长度和宽度方向上的照度分布均呈特定分布,以满足道路照明对路面照度、亮度均匀性以及环境比的要求。采用分离变量与最小能量块迭代结合的方法对光源以及接收面进行网格划分,保证光源和接收面的对应单元内具有相同的能量大小。最后根据边缘光线理论、斯涅耳定律以及误差控制方法构建透镜表面。同时考虑路灯安放位置以及倾斜角的问题,透镜对应路面宽度方向上非对称。以给定路面长度方向照度呈余弦分布、宽度方向照度呈梯形分布为例,采用此种方法设计出聚碳酸酯非连续自由曲面路灯透镜。结果表明,路面长度方向上照度接近余弦分布,误差小于6%,路面总照度均匀度达到0.93,道路环境比达0.55。

摘要：基于蒙特卡罗方法模拟、计算并分析了芯片类型、大小、间距、数量以及布局对GaN基发光二极管(LED)集成封装器件COB(Chip On Board)能效的影响。计算结果表明:在芯片间距小于200μm且芯片尺寸或布局等参数相同的条件下,正装LED COB的能效最低,其次为倒装LED COB,垂直结构芯片的能效最大。当芯片间距大于200μm,3种LED COB的能效趋向饱和。芯片尺寸增加或数量减少可使正装和倒装芯片COB的能效上升,而垂直结构COB的能效基本保持不变。加入图形衬底可提高同样尺寸或布局的正装芯片COB封装器件的能效,但使倒装芯片COB的能效恶化。分析表明:芯片的侧面出光量占整个芯片出光量的比值以及相邻芯片材料的吸收对3种类型COB封装器件的能效有决定性影响。文中还针对正装芯片COB设计了新型菱形芯片布局,与常规正方形芯片布局的COB相比,其能效提高了6.2%。

摘要：合成全息图利用多视差图像实现立体显示,并可通过分区曝光实现大面积制作。介绍了数字合成全息的原理及其实验系统,针对其制作过程中的两种图像采样方式,研究了图像的分割和重组原则。通过对单元全息图合成拍摄中图像重叠投影的分析,基于非成像光学理论设计制作了能实现这一功能的透镜,并借助光学软件对其进行了仿真。最后利用所设计的透镜进行了合成全息实验,结果表明,利用所设计的重叠投影透镜和适当的图像处理方法,能合成出轮廓清晰、立体感强的全息立体图。

摘要：以发光二极管(LED)为核心的半导体照明光源成为世界公认的第三代照明光源。通常基于蓝光LED抽运黄色荧光粉产生白光的方案,因荧光粉的斯托克斯位移和宽光谱,其具有产业化价值的发光效率上升范围受到极大限制。另外,传统封装LED因其朗伯型发光分布和超高亮度会造成严重的眩光以及光分布难以满足照明应用要求从而导致光污染、光浪费,导致传统封装LED不能直接应用于通用照明领域。基于色度学原理,研究了半导体照明的极限流明效率,结果表明,基于红、绿、蓝三基色合成白光的方案,优化后在整个半导体照明白光区域显色指数Ra大于80,其极限流明效率可达430 lm/W,远远大于通常的蓝光LED与黄色荧光粉合成白光的方案。总结了在光学系统设计方面的系列成果:为使LED的配光满足应用要求,提出了基于分离变量的非成像光学系统设计理论以及为消除因光源的扩展性和法向矢量误差带来的照度分布偏移理想情况而引入的多种反馈迭代策略;面向道路照明,提出了按亮度设计自由曲面配光系统的方法,在保证照明参数满足标准的前提下,获得可实现最大的亮度/照度比的自由曲面光学系统;面向室内照明,利用非成像光学设计具有一体化微透镜结构的散光板,将类似于点光源的LED阵列转化为均匀柔和发光的面光源,大大降低了眩光,并引入模块化方案降低维修成本;面向特种照明,提出了由多个光学曲面构成的照度均匀的准直光学系统结构以及航标灯光源。

摘要：散热设计是大功率发光二极管(LED)模组结构设计的重要环节。首先利用计算流体力学方法对自然对流条件下大功率LED模组的温度场进行了模拟,提出并优化了模组可采用的散热片结构,进而对影响模组散热的其他关键因素进行了分析,结果表明,提高关键封装材料如银胶的热导率能够有效地降低芯片温度,提高芯片温度均匀性;多芯片封装时芯片的整体温度及均匀性相对于单芯片封装皆有改善。优化后的封装结构在5 W电功率注入条件下,芯片结温约60℃。