1、切面疊代設(shè)計方法介紹;LED有特定角度對光強分佈假設(shè)要求牆壁上照度相等情況下利用能量守恆關(guān)係式可得到 x=f( )只需某透鏡曲面可使每條光線達此關(guān)係式此透鏡即可使?fàn)澤险斩让總€位置達常數(shù)x1=f(1)1x2=f(2)23x3=f(3)LED發(fā)光源牆壁H透鏡面光軸不同發(fā)散角的光線照度均勻關(guān)係式;ION根據(jù)司乃爾向量公式假設(shè)知道 I ,O向量便可獨一決定N向量切向量I,O,N皆為單位向量n為折射率介紹:司乃爾定律的向量型式n*sin(1)=sin(2)12化簡N切面法向量折射率n介質(zhì)空氣;流程: 1.給定Po 2.司乃爾公式計算To 3.光線交T0於P1點 4.司乃爾公式計算T1 5.光線交T1於P

2、2 6.司乃爾公式計算T2.;旋轉(zhuǎn)可得曲面;設(shè)計過的lens;自在曲面微透鏡設(shè)計;可打出旗子形狀的Lens自在曲面微透鏡設(shè)計;論文 根據(jù)論文Thin LED collimator with free-form lens array for illumination applications Applied Optics, Vol. 51, Issue 30, pp. 7200-7205 (2019); 由費馬原理變分求解eikonal equation 該方程有解析解方法;方法;利用excel巨集程式撰寫自在曲面空間曲面座標(biāo)點資料並利用solidwork層疊拉伸製造NURBS曲面;光斑圖(效率

3、94%)100lume有94lume入射目標(biāo)面上;恣意陳列array可打出各種方型光斑該方法將有無限多應(yīng)用,腳踏車燈;適當(dāng)陳列array可打出各種方型光斑;同樣方法可在Intensity 均勻的微透鏡設(shè)計也得到不錯的效果半角:20 x80半角:60 x80;自在曲面路燈設(shè)計;花生米路燈設(shè)計60公尺12公尺可隨意決定光斑大小10公尺;論文基于由照射目的向光源映射和微帶外表構(gòu)型的分別變量三維自在曲面基于由照射目的向光源映射和微帶外表構(gòu)型的分別變量三維自在曲面非成像光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計非成像光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(中圖分類號：中圖分類號：TN29 文獻標(biāo)志碼：文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：文章編號：16737180(20

4、19)0100356)Freeform Lens for Application-Specific LED PackagingDesign of compact freeform lens for applicationspecific light-emitting diode packagingFreeform LED lens for rectangularly prescribed illuminationHao X, Zheng Z R, Liu X and Gu P F 2019 Freeform surface lens design for uniform illuminatio

5、n J. Opt. A: Pure Appl.Opt.基于經(jīng)緯劃分和切面迭代的自在曲面基于經(jīng)緯劃分和切面迭代的自在曲面LED透鏡設(shè)計透鏡設(shè)計tailored freeform optical surfaces;方法將intensity(光強)分佈切割成許多微小立體角,利用能量守恆Mapping到目標(biāo)面,建立照度均勻化條件(立體角跟目標(biāo)面座標(biāo)xy的關(guān)係式)再利用司乃爾定律的向量方式來切面疊代計算空間曲面座標(biāo)點資料不需解偏微分方程讓寫程式變簡單;該理論可隨意決定距離和光斑大小參數(shù)透過vba或c語言或matlab編程計算求得空間點資料再利用cad軟體建模完成3d曲面設(shè)計;論文設(shè)計上的缺點幾乎一切論文

6、設(shè)計方法都是以中心曲面運用圓形曲面設(shè)計這使得在寫程式上只需考慮一次折射,在編程上教簡易然而由於該理論運用點光源趨向設(shè)計,沒有考慮光源有面積(extended source)因此會呵斥光源邊緣如下光線有全反射情形.這種情形只需在透鏡和目標(biāo)面距離與光斑長度比例接近4或5的時候容易發(fā)生(簡單說就是要求的矩形光斑太長了!)全反射呵斥的結(jié)果照度下降;解決論文設(shè)計缺點方法:將內(nèi)部曲面改成如下設(shè)計緣起:改良的靈感來自於背光直下式透鏡Enplus和sharp專利的設(shè)計該設(shè)計運用非球面凹面設(shè)計之前設(shè)計直下式只考慮外外表折射,程式設(shè)計上有如左下角一樣有全反射的情況發(fā)生,改良後就如右上情況教好全反射呵斥的結(jié)果該區(qū)域

7、照度下降;設(shè)計上的困難1.需開發(fā)兩次折射面的程式演 算法,並須計算光線和內(nèi)部 曲面的交點2.內(nèi)部曲面法向量需求計算 由於本人非cad軟件和微分 幾何專家,該曲面數(shù)學(xué)公式 必須被決定,較易決定法向 量3.在光線追跡上 司乃爾向量方式不能通用 須發(fā)展新的公式;解決利用excel的規(guī)畫求解功能(可解非線性方程組數(shù)值解) 計算出光線和內(nèi)部曲面的交點座標(biāo) 不需再本人寫演算法求解方程式 個人認為比matlab好用目前可以給定路燈高度,光斑長寬,計算空間曲面點做標(biāo);程式碼;設(shè)計完成60公尺12公尺可隨意決定光斑大小10公尺;偏移光斑路燈設(shè)計偏移2M偏移2M利用energy mapping 同樣可設(shè)計偏移路燈

8、不過程式演算法更複雜內(nèi)部曲面運用球面;無偏移40M10M路燈高10M;偏移X3M路燈高10M;偏移X=2m,偏移Y=2m偏移2M偏移2M路燈高10M;偏移X=5M5M考慮偏移距離=路燈高度一半時由於內(nèi)部曲面為球面,已達光學(xué)元件最大偏移光線的才干,呵斥照度不均的問題要改善此狀況需修正內(nèi)部曲面為偏離光軸角的橢圓面,目前尚在開發(fā);利用energy mapping可解決大部分照明系統(tǒng)照度不均的問題;全周光設(shè)計 利用能量守恆切面疊代完成 切面疊代部分可以用lightools最正確化替代 只需推倒能量守恆關(guān)係式得到強度(intensity)均勻化條件,再利用lightools最正確化來優(yōu)化透鏡曲面;Fee

9、dBack optimization 超越Lightools最正確化的方法 可達到客戶需求的照度分佈 非對稱性光斑的照度分布也可運用 目前對於背光直下式透鏡已經(jīng)完成 可用在廣告登板,背光板照明等 可解決extended source照度不均問題 任何大小led都可運用 不須局限於led發(fā)光面積大小 ;直下式透鏡設(shè)計FeedBack Optimization最正確化第一次最正確化第二次完成90mm30mm由單曲面疊代的方法設(shè)計出的曲面並無考慮擴展光源問題在此利用FeedBack Optimization的方法,(類似量子力學(xué)微擾法)將模擬結(jié)果和理想結(jié)果化為參數(shù)來最正確化,最終會收斂到最正確結(jié)果;90mm30mm表示圖;SMS(Simultaneous Multiple Surface) 專門為EXTENDED SOURCE開發(fā)出的方法 目前尚在研討中;腳踏車燈設(shè)計 利用自在曲面微透鏡陣列完成TIR透鏡設(shè)計;準直光TIR燈杯設(shè)計 LIGHTOOLS內(nèi)建優(yōu)化功能 有效利用LIGHTOOLS Pick