新型LED准直系统实现自由曲面均匀照明设计

"基于新型LED准直系统的自由曲面均匀照明设计" 本文主要探讨了一种基于新型发光二极管（LED）准直系统的自由曲面设计方法，旨在实现均匀矩形光斑的照明效果。非成像光学理论是这种方法的核心理论基础，它允许设计者在不考虑图像形成的情况下优化光的传播和分布。 首先，该设计引入了一种中心轴旋转对称的LED准直系统，其集光角约为236°，这意味着系统能捕捉到LED发出的大范围光线，并将其汇聚成一个小角度的出射光束，出射光半发光角度小于1°，显著提高了光线的准直性。这种设计有利于减少光的散射和损失，提高照明效率。 接着，为了实现均匀照明，设计者结合几何光学和能量守恒定律，在准直系统的出射平面上设计了一个自由曲面。自由曲面的创新之处在于它能够对不同方向的光线进行重新分布，使得光线在出射时能够形成理想的“多对一”能量拓扑关系，即多个入射光线可以被重定向到同一位置，从而确保光照的均匀性。 设计过程中，利用Matlab软件进行自由曲面的面型数据计算，这一步骤至关重要，因为自由曲面的精确形状直接影响到光的分布。之后，基于非均匀有理B样条（NURBS）曲面理论，使用SolidWorks软件构建三维模型，进一步细化和验证设计的可行性。最后，通过专业的光学设计软件LightTools进行模拟分析，以检验设计的效果。 仿真实验结果显示，所设计的新型准直系统成功地将大角度光线准直，并且通过自由曲面设计，实现了矩形光斑的均匀照明。这种方法对于LED照明应用，如汽车照明、工业照明或室内照明等领域具有很高的实用价值，因为它能够提供高效、均匀的光源，同时减少了对额外光学元件的需求。 这项工作展示了如何通过非成像光学理论和自由曲面设计来优化LED照明系统，以达到更高的光效和照明质量。这一研究不仅有助于提升现有照明技术，也为未来更高效、更均匀的光学照明系统设计提供了新的思路和方法。