基于Supporting-Ellipsoid方法的自由曲面构造 被引量：3

1

作者 顾国超 刘洪波 +1 位作者 陈家奇 高雁 《中国光学》 EI CAS 2014年第5期823-829,共7页

为了在特定平面上获得任意形式的辐照分布,采用了Supporting-Ellipsoid设计方法来构造自由曲面反射镜。介绍了其设计思想和设计过程,并以具体的设计实例为例构建了自由曲面光学系统。仿真结果表明,在不计反射损失的情况下,系统效率达到... 为了在特定平面上获得任意形式的辐照分布,采用了Supporting-Ellipsoid设计方法来构造自由曲面反射镜。介绍了其设计思想和设计过程,并以具体的设计实例为例构建了自由曲面光学系统。仿真结果表明,在不计反射损失的情况下,系统效率达到了97%,较传统太阳模拟器光学系统提升了3倍以上,不均匀度达到5.26%,与理想状态有一定差距,这是因为设计中兼顾了计算时间和自由曲面光滑性所造成的。 展开更多

关键词 supporting-ellipsoid方法 自由曲面 均匀照明

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基于补偿法的均匀照明自由曲面LED反光杯设计 被引量：14

2

作者 闫兴涛 杨建峰 +2 位作者 张国琦 卜凡 张磊 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2012年第3期718-723,共6页

根据面向理想光源的设计原理,提出了基于能量补偿和坐标迭代的自由曲面母线求解方法。在二维坐标系中建立系统模型,由反光杯反射光对直射投射光进行补偿,将反光杯右上边缘的光线反射到目标面左边缘,且随着光线下移反射光线逼近目标中心... 根据面向理想光源的设计原理,提出了基于能量补偿和坐标迭代的自由曲面母线求解方法。在二维坐标系中建立系统模型,由反光杯反射光对直射投射光进行补偿,将反光杯右上边缘的光线反射到目标面左边缘,且随着光线下移反射光线逼近目标中心。根据Snell定律,以上边缘点为初始点,逐一迭代得母线上各点坐标,旋转或拉伸生成所求反光杯。在Tracepro软件中的模拟结果表明对圆形或正方形目标照度均匀性均优于85%,且系统能量利用率仅由LED出光角度和反光杯反射系数决定,该结构可使LED光源用于大范围照明。 展开更多

关键词 非成像光学 均匀照明 自由曲面 LED反光杯

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用于扩展光源均匀照明的自由曲面反馈设计 被引量：7

3

作者 李登高 殷松峰 +3 位作者 凌永顺 杨华 解震 吴晓迪 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期85-90,共6页

为克服点光源近似条件下设计得到的自由曲面应用于扩展光源系统时均匀度降低的缺点,基于偏微分方程法提出了一种反馈优化算法.建立了扩展光源辐射模型,在点光源近似条件下求解偏微分方程数值解得到初始曲面结构;讨论了光线传输方向经过... 为克服点光源近似条件下设计得到的自由曲面应用于扩展光源系统时均匀度降低的缺点,基于偏微分方程法提出了一种反馈优化算法.建立了扩展光源辐射模型,在点光源近似条件下求解偏微分方程数值解得到初始曲面结构;讨论了光线传输方向经过轴线时该初始结构在应用于扩展光源均匀照明系统时的不足.提出以初始仿真结果中目标面上的照度分布作为反馈,通过重构目标面划分来实现曲面二次优化设计的方法,并利用TracePro进行了光线追迹仿真实验.模拟计算了500万条光线、直径3cm的扩展光源在距离30m、直径10m的照明区域内的照度分布,发现优化前后目标面上照度均匀度从60%提高到90%以上,证明了该反馈算法能够有效提高目标面上照度均匀性,对提高实际光学系统的照明效果具有一定的指导意义. 展开更多

关键词 自由曲面 均匀照明 优化设计 扩展光源 非成像光学 均匀度 偏微分方程 TracePro仿真

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基于自由曲面透镜的LED路灯配光优化设计 被引量：5

4

作者 杨凯 李晓艳 +3 位作者 林斌 陈亮 石岩 金尚忠 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期53-58,共6页

为了提高光能利用率和照度均匀性,减小炫光的产生,需要对LED路灯进行二次光学配光设计.本文以空间光折射定律为基础,对LED光线空间和路面区域进行一一对应的网格划分,结合优化的双向迭代算法生成自由曲面透镜,实现矩形光斑输出.仿真结... 为了提高光能利用率和照度均匀性,减小炫光的产生,需要对LED路灯进行二次光学配光设计.本文以空间光折射定律为基础,对LED光线空间和路面区域进行一一对应的网格划分,结合优化的双向迭代算法生成自由曲面透镜,实现矩形光斑输出.仿真结果表明,配光后的LED整体光能利用率为90.4%,能量基本被限制30m×13m的矩形区域内,水平方向和垂直方向的照度均匀度分别为83.2%和71.7%.当LED以30m间隔平行排列时,可以在路面形成宽度约为14m的光斑,垂直照度均匀度提高为77.2%.据此开模制造的LED路灯配光曲线为蝙蝠翼型,横向和纵向±62°和±40°范围内的平均照度分别为31.17lx和25.72lx,满足国家道路照明标准,实验验证了该透镜设计算法的可行性和实用性. 展开更多

关键词 LED 自由曲面 优化设计 迭代 照度均匀度

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实现道路均匀照明的自由曲面反射器设计 被引量：24

5

作者 王洪 张奇辉 +1 位作者 张小凡 王海宏 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2009年第12期143-146,共4页

根据LED光源的辐射特性和照明平面的照度分布要求,利用网格法分配LED光源的能量,并且与照明平面上的能量小块相对应,建立起LED光源出射光线的角度与照明平面上的照明点的坐标的对应关系。设定反射器的初始点坐标后,根据对应关系迭代计... 根据LED光源的辐射特性和照明平面的照度分布要求,利用网格法分配LED光源的能量,并且与照明平面上的能量小块相对应,建立起LED光源出射光线的角度与照明平面上的照明点的坐标的对应关系。设定反射器的初始点坐标后,根据对应关系迭代计算反射器的自由曲面上其它点的空间坐标。把点坐标文件导入机械建模软件,并且保持各个点坐标的法向量拟合成曲面实体。在光学软件中对反射器光学系统进行照明模拟,结果说明通过自由曲面反射器作用于LED,可以在目标路面上形成均匀照明的矩形光斑。 展开更多

关键词 自由曲面 反射器 网格法 均匀矩形照明

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基于LED阵列与漫反射自由曲面的均匀照明光源设计 被引量：11

6

作者 刘百芬 金小龙 祝振敏 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2014年第4期598-602,共5页

提出一种由平面LED阵列与高漫反射率自由曲面构成的间接照明方式。基于LED光源与理想漫反射表面的朗伯特性,构建照明系统的数学模型。根据目标平面预期的光强分布,建立一组微分方程,利用数值方法求解得到漫反射自由曲面的面形轮廓,通过... 提出一种由平面LED阵列与高漫反射率自由曲面构成的间接照明方式。基于LED光源与理想漫反射表面的朗伯特性,构建照明系统的数学模型。根据目标平面预期的光强分布,建立一组微分方程,利用数值方法求解得到漫反射自由曲面的面形轮廓,通过光学软件对该漫反射光源系统实体模型进行非序列光线追迹仿真,模拟结果显示检测区域辐照均匀度达到90%以上,验证了该方案设计均匀照明光源的正确性与有效性。 展开更多

关键词 应用光学 均匀照明 自由曲面 漫反射

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基于遗传算法的自由曲面优化设计 被引量：5

7

作者 李登高 殷松峰 +3 位作者 凌永顺 杨华 解震 陶会锋 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第11期73-79,共7页

为解决传统点光源近似设计方法难以满足实际应用需求的问题,基于遗传算法提出了一种面向扩展光源的自由曲面优化设计方法.该方法以虚拟点光源的辐射分布函数、原点位置偏移量及目标面尺寸因子等参数作为优化对象,首先对种群中任意个体... 为解决传统点光源近似设计方法难以满足实际应用需求的问题,基于遗传算法提出了一种面向扩展光源的自由曲面优化设计方法.该方法以虚拟点光源的辐射分布函数、原点位置偏移量及目标面尺寸因子等参数作为优化对象,首先对种群中任意个体根据能量守恒定律及Snell定律建立并求解偏微分方程,得到对应于该组虚拟参数的自由曲面,然后以实际扩展光源进行光线追迹,并综合考虑目标面照度均匀度和系统传输效率得到个体适应度,据此对种群进行选择、交叉和变异,直至优化结果满足设计要求.设计了发散半角为10°的均匀照明系统,光源采用直径为30mm的圆盘朗伯源,在Trace/pro环境下与传统设计方法进行对比,结果表明:系统均匀度从58.3%提高到93.5%,辐射传输效率从61.8%提高到72.9%,且光束质量对目标面距离的变化具有很好的稳定性.该设计方法能较好地实现对扩展光源辐射在空间分布的调控,对扩展光源系统设计具有重要指导意义. 展开更多

关键词 自由曲面 遗传算法 均匀照明 优化设计 扩展光源

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用于LED平板灯面板均匀照明的自由曲面透镜设计与实现 被引量：6

8

作者 赖丽萍 庄其仁 +1 位作者 刘士伟 胡奕彬 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第2期561-566,共6页

设计了一种PMMA自由曲面透镜,用于无导光板结构的LED平板灯。该透镜基于自由曲面透镜的折射和全反射原理实现出射光的重新分布,可用于均匀照明LED平板灯的出光面板。采用数字仿真和实验制作进行设计。仿真结果表明,当自由曲面透镜与出... 设计了一种PMMA自由曲面透镜,用于无导光板结构的LED平板灯。该透镜基于自由曲面透镜的折射和全反射原理实现出射光的重新分布,可用于均匀照明LED平板灯的出光面板。采用数字仿真和实验制作进行设计。仿真结果表明,当自由曲面透镜与出光面板的距离为5 mm、自由曲面透镜旋转为0°、LED与自由曲面透镜的距离为7 mm时,LED平板灯出光效率较高且整灯均匀性达96.6%。实验结果表明,所设计的自由曲面透镜可使无导光板结构的LED平板灯的面板均匀性达95.74%,与数字仿真近似相等。 展开更多

关键词 自由曲面透镜 LED平板灯 均匀照明 数字仿真 实验

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面光源矩形匀光照明反射器数学建模分析 被引量：3

9

作者 高培丽 李潇 +3 位作者 黄逸峰 钱维莹 刘诚 高淑梅 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期136-141,共6页

通常反射器照明器件结构对面光源出射光线难以有效控制,用透镜又存在不可避免的色散问题。采用面光源置于反射器杯口,出光面背对目标面的结构,提出一种分点、分区控制光线的自由曲面反射器的设计方法。利用有限元法划分面光源,将微面光... 通常反射器照明器件结构对面光源出射光线难以有效控制,用透镜又存在不可避免的色散问题。采用面光源置于反射器杯口,出光面背对目标面的结构,提出一种分点、分区控制光线的自由曲面反射器的设计方法。利用有限元法划分面光源,将微面光源视为点光源,根据矩形匀光照明配光条件,建立面光源与目标面的能量对应关系。根据微分几何理论和Snell定律,建立反射器的数学模型,只要给定参数,无需进行反馈优化,即可用Matlab软件给出自由曲面反射器的数值解。以台灯照明为例,用光学设计软件对其性能进行了模拟应用分析,结果表明,在有效照明区域内均匀度可达到80%以上,光能利用率达到90%。 展开更多

关键词 光学设计 自由曲面反射器 有限元法 矩形均匀照明 LED面光源

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实现近场均匀照明的双自由曲面大角度透镜设计 被引量：11

10

作者 颜稳萍 郭震宁 +2 位作者 林介本 甘汝婷 林木川 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期135-140,共6页

针对LED单自由曲面透镜近场大角度照明均匀性不足和出光效率低等问题,基于边缘光线理论和网格划分法,设计了内曲面为椭圆型,外曲面为自由曲面的LED双自由曲面大角度透镜.透镜内曲面对LED入射光线进行发散,外曲面对出射光线方向进行控制... 针对LED单自由曲面透镜近场大角度照明均匀性不足和出光效率低等问题,基于边缘光线理论和网格划分法,设计了内曲面为椭圆型,外曲面为自由曲面的LED双自由曲面大角度透镜.透镜内曲面对LED入射光线进行发散,外曲面对出射光线方向进行控制,实现大角度均匀照明,并减少全反射损失,提高出光效率.采用扩展光源文件对透镜模型进行光学仿真,并利用反馈优化法对外曲面进行优化,提高近场的照度均匀性.研究表明:在相同近场距离条件下,出光角度为143°、151.8°时,单自由曲面透镜照度均匀性为0.55和0.40,出光效率为92.0%和80%,而所设计的双自由曲面透镜照度均匀性为0.84和0.85,出光效率为98.8%和95.0%,照明效果明显改善. 展开更多

关键词 LED 双自由曲面透镜 大角度 均匀照明 出光效率

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用于LED广告灯箱的自由曲面大角度透镜设计与仿真 被引量：8

11

作者 潘诗发 郭震宁 +3 位作者 颜稳萍 廖炫 甘汝婷 林木川 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期140-146,共7页

基于能量守恒定律和网格划分法,设计了一种实现LED阵列近场均匀照明的自由曲面大角度透镜,其内曲面为椭圆形曲面、外曲面为自由曲面.根据能量守恒定律建立映射关系,对光源和目标面进行网格划分,并结合折射定律,迭代求解出外自由曲面数据... 基于能量守恒定律和网格划分法,设计了一种实现LED阵列近场均匀照明的自由曲面大角度透镜,其内曲面为椭圆形曲面、外曲面为自由曲面.根据能量守恒定律建立映射关系,对光源和目标面进行网格划分,并结合折射定律,迭代求解出外自由曲面数据点.分析了椭圆形内曲面的长短轴比值对透镜菲涅耳损耗和照度均匀性的影响.结果表明：短轴与长轴的比值在0.35~0.55时,出光效率和照度均匀性最佳.通过反馈优化法对LED阵列进行优化,重新划分网格,使叠加部分光照度减弱,提高了整体光照均匀性.仿真结果表明：仅对透镜外自由曲面的面型数据点进行优化,在目标面高度为80mm,透镜出光角度为157°时,优化后的整体光照均匀度由优化前的0.40提高到0.84,出光效率大于0.9. 展开更多

关键词 LED 自由曲面透镜 大角度 均匀照明 出光效率

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表面等离子体无掩膜干涉光刻系统的数值分析(英文) 被引量：5

12

作者 董启明 郭小伟 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期558-564,共7页

表面等离子体激元具有近场增强效应,可以代替光子作为曝光源形成纳米级特征尺寸的图像.本文数值分析了棱镜辅助表面等离子体干涉系统的参量空间,并给出了计算原理和方法.结果表明,适当地选择高折射率棱镜、低银层厚度、入射波长和光刻... 表面等离子体激元具有近场增强效应,可以代替光子作为曝光源形成纳米级特征尺寸的图像.本文数值分析了棱镜辅助表面等离子体干涉系统的参量空间,并给出了计算原理和方法.结果表明,适当地选择高折射率棱镜、低银层厚度、入射波长和光刻胶折射率,可以获得高曝光度、高对比度的干涉图像.入射波长为431nm时,选择40nm厚的银层,曝光深度可达200nm,条纹周期为110nm.数值分析结果为实验的安排提供了理论支持. 展开更多

关键词 干涉光刻 表面等离子体激元 克莱舒曼结构

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