led二次配光透镜的设计与制作工艺的分析

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1、万方数据江苏大学专业学位硕士论文建立光源、自由曲面与光斑的关系，从而建立数学模型求解，通过求解出的自由曲面上的点云数据构建出自由曲面。剪裁法，剪裁法是根据Snell定律，入射波前曲率张量、自由曲面的曲率张量，出射波前曲率张量三者的曲率关系及目标照明面上照度分布与出射波阵面曲率的关系建立微分方程，通过可积条件和边界条件确定方程的解的唯一。2002年OEC公司采用该方法，在矩形均匀光斑的范围内形成了OeC字样如图1．1所示，且字样的光强是矩形其余部分光强的3倍。国内汪巍最早采用该方法设计了基于均匀照明的微显示透镜系统[10

2、。图1．1剪裁法设计的透镜在目标照明面形成均匀矩形光斑及o

3、ec字样Figure1．1Trimdesignmethodforlensinthetargetilluminationofsurfaceformauniformrectangularbeamandoecwords划分网格法，划分法网格法有两种网格的划分方法，一种是辐射环带的划分，通过Snell定律、能量守恒定律及可分离变量的映射关系建立数学模型。通过求解偏微分方程得到自由曲面边界上的点云，应用软件构建自由曲面。2008年丁毅等人运用该方法简化了自由曲面的偏微分方程，建立了对于点光源普适性很强的偏微分方程组，该方法简单设计效率高⋯]。一种是经纬方向的划分法，基于Snell定律、能

4、量守恒定律通过能量的映射关系，根据边缘光线理论采用迭代法求解自由曲面上的点云，从而建立自由曲面n2

5、。SMS法即多重表面设计法，SMS法可以用于设计面光源与非轴对称光斑，可以同时对多个表面进行设计，使透镜结构更紧凑。它是根据入射波前与出射万方数据LED二次配光透镜设计与工艺的研究波前之间的光程关系建立方程。但是该方法比较难以掌握，目前具体应用比较少[1“H14】。优化法，优化法先确定透镜的初始结构，然后进行光学模拟，通过反馈结果反复优化修改设置的变量参数最后达到理想效果。试错法是最常用的二次配光透镜的优化方法。试错法是现在大部分公司实际生产设计中采用的方法，该方法适用于任何的透

6、镜设计，无论是点光源，面光源，对称，非对称结构还是有特殊复杂结构要求的透镜设计，有些是目前数学方法无法实现的，并且试错法在设计透镜使光斑达到要求的同时，还可以把模具制造与注塑生产的因素考虑进去，为后续工艺提供便利条件。但试错法根据设计人员经验选取初始结构，反复实验修改参数消除误差，设计周期相对较长。且主要依赖于设计人员的经验，所以市场上产品的设计效果参差不齐。图1．2(a)和图1．2(b)是数学法和试错法的设计过程图1．2(a)数学法设计流程图1．2(b)试错法设计流程Figure1．2(a)Mathematicalmethoddesignprocess(b)Trialande

7、rrordesignprocessl-3LED在照明领域的应用随着LED发光效率的提高，目前优质LED光源的发光效率可超过1201m／W(如CreeXlampXTEHigh—VoltageWhiteLEDs系列光源最高可达1581m／W)，且由于单颗光源很难做到很高的光通量，一个灯具需要多颗光源和配光透镜增加成本，COB高效集成面光源开始盛行，推进了LED主流照明市场的应用，LED4万方数据江苏大学专业学位硕士论文照明产品广泛应用于道路照明，汽车照明，通用照明及其背光源。道路照明：LED道路照明产品丰要是路灯与隧道灯。LED路灯的配光设计需要在人眼视觉和行车安全基础上综合考虑亮

8、度均匀度、眩光、环境比等参数，最先配光呈蝙蝠翼型的路灯照度均匀度很高但感官效果并不好不利于安全驾驶且为了补偿远侧车道的亮化系数，路灯配光逐渐转变为行车方向为扇形的偏光路灯n引。2012年，王占明等人申请了“一种LED路灯透镜”的专利，透镜光斑为矩形，如图1．3为该款路灯透镜配光曲线，沿道路方向配光曲线为近扇形，大大增2HTLED路灯的亮度均匀度m1；2014年美国ChakrakodiVishnu等人申请了“LEDStreetLightLens”的专利，提出了全新结构的路灯透镜，该款路灯透镜由四个面构成，第一个面到第二个面是折射的，第一个面到第三个面是折射的，第一个面到第四个面是

9、折反射的，透镜光斑为非对称的矩形，如图1．4该款路灯结构示意图¨7

10、。LED隧道灯的配光与路灯不同，配光分布要求并不严格，但是由于隧道灯的特殊使用环境，会产生“黑洞效应”与“白洞效应”，所以隧道灯需要分区域配光，根据国家隧道照明标准JTJ026．1．1999《公路隧道通风照明设计规范》把隧道照明分为接近段，入口段，过渡段，中间段，出口段不同区域，由于LED与传统隧道高压钠灯相比显色系数高很多，所以入口段亮度折减系数可相应减小，LED光源光衰小，维护系数应比传统钠灯增加，提高LED隧道灯的节能