LED车用照明准直透镜优化设计提升光强与效率

"本文介绍了基于非成像光学理论对LED照明准直透镜的优化设计方法。研究者通过简化现有准直透镜结构，利用光学仿真软件Zemax进行初步优化，随后在SolidWorks中构建三维模型并导入TracePro进行进一步仿真分析和优化。经过优化，准直透镜的光能利用率提升了6%，并且在5米距离上的中心最大光强增加了约128%，相同照度下的照射面积扩大了约25%。这一研究为车用照明提供了更高效的光学解决方案。" LED照明准直透镜是现代汽车照明系统中的关键元件，其主要任务是将LED光源发出的散射光转化为平行光或近似平行光，以实现远距离、均匀的照明效果。非成像光学理论在此类设计中起到重要作用，它强调光能的高效传输而非图像的精确复制，适合处理宽光束和非点状光源的问题。 在本次研究中，研究者首先根据LED光源的特点，建立了基于非成像光学理论的简化LED准直照明结构模型。Zemax是一款广泛使用的光学设计软件，它能够模拟光线传播路径，帮助设计师找到最佳的光学参数。通过Zemax的优化设计，可以初步改善透镜的光能利用率。 接下来，使用SolidWorks进行三维建模，将优化后的结构导入另一款光学仿真软件TracePro。TracePro具有更强大的光线追踪能力，可以进行更细致的光学性能分析和优化，进一步提升透镜的性能。经过TracePro的仿真分析，优化后的准直透镜光能利用率提高了6%，表明设计改进有效。 在实际应用中，优化的准直透镜结构需要转化为物理产品。因此，研究者依据优化结果制作了准直结构样品，并建立了测试系统，对比优化前后的光学性能。测试结果显示，优化后的透镜在5米处的中心最大光强增强了约128%，这意味着照明亮度显著提高，这对于行车安全至关重要。同时，照射面积在相同照度下增加了约25%，这表明照明范围得到扩展，提供了更宽广的视野。 该研究通过非成像光学理论的应用和多软件联合优化，成功提升了LED照明准直透镜的性能，为车用照明领域提供了更具效率的设计方案。未来，这种优化技术有望应用于更多领域，提高LED照明系统的整体性能。