双自由曲面LED均匀照明准直透镜设计.pdf

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1、第43卷第8期光子学报Vo1．43No．82014年8月ACTAPHOTONICASINICAAugust2014doi：10．3788／gzXb20144308．0822003双自由曲面LED均匀照明准直透镜设计孟祥翔一，刘伟奇，冯睿，魏忠伦，周敏。，杨建明。(1中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春，130033)(2中国科学院大学，北京，100049)(3空军航空大学，长春，130033)摘要：为了克服传统LED准直器在近场难以实现均匀照明的缺陷，设计了一种双自由曲面均匀照明准直透镜．透镜分为折反两部分，每部分都利用双自由曲面进行匀光和准直．根据马

2、吕斯定律，推导了实现光束准直出射的等光程方程，并将切面迭代法加入等光程条件，同步计算准直透镜上下自由曲面的面形数据．仿真分析表明：对1mmX1mm的白光LED芯片，84．55的能量集中在±2。内，近场照度均匀性达到94．59，远场照度均匀性为89．O1；当LED芯片尺寸不超过2．0mm×2．0mm时，±4内的能量利用率大于83．5，近场照度均匀性在90以上．该准直透镜能同时实现近场和远场的均匀照明，公差符合装配要求，光能利用率高．关键词：非成像光学；发光二极管；照明设计；自由曲面；几何光学中图分类号：TN312．8文献标识码：A文章编号：1004—4213(2

3、014)08—0822003—6DesignofLEDCollimatorforUniformIlluminationwithDoubleFreeformSurfacesMENGXiang—xiang，，LIUWei—qi，FENGRui，WEIZhong—lun，ZHOUMin。，YANGJian—ruing’。(1ChangchunInstituteofOptics。FineMechanicsandPhysics，ChineseAcademyofSciences，Changchun，Changchun130033，China)(2UniversityofC

4、hineseAcademy0_厂Sciences，Beijing100049，China)(3AviationUniversityforAirForce，Changchun130022，China)Abstract：ALEDcollimatorwithdoublefreeformsurfaceswasdesignedforuniformilluminationinbothnearfieldandfarfield．Thecollimatorincludesrefractivepartandreflectivepart，andeachparthasdoublefr

5、eeformsurfaces．BasedonMalusLaw，theconstantopticalpathlengthequationsthatrealizetherayscollimatingwerederived．Thenassociatingwithtangent—planeiterativemethod，thedatebothupfreeformsurfaceanddownfreeformsurfacesimultaneouslycouldbecalculated．Thesimulationsshowthat，84．55oftheenergyiscol

6、lectedin±2。for1mm×1mmsizewhiteLEDafterconsideringtheFresnelloss，reflectivesurfaceslossandmaterialabsorbing．Theuniformityinnearfieldis94．59，andtheuniformityinfarfieldis89．01％．Theuniformityinnearfieldandtheopticalefficiencyin±4。areabove9Oand83．5respectively，whiletheLEDchipsizesareunde

7、r2mm×2mm．ItisillustratedthattheLEDcollimatorcanrealizeuniformilluminationinbothnearfieldandfarfieldwithhighlightefficiencyandthetolerancemeettherequirementsofalignment．Keywords：Geometricoptics；Nonimagingoptics；Light—emittingdiodes；Illuminationdesign；FreeformsurfaceoCISCodes：22O．4298

8、；220．2945；220．2740；