一种实现LED光源均匀照明的透镜设计

孙健刚, 朱孔硕, 马晓光, 李果华*,

(1.江南大学理学院,江苏无锡214122;2.南京浦光新能源有限公司,江苏南京211899)

一种实现LED光源均匀照明的透镜设计

孙健刚1, 朱孔硕1, 马晓光2, 李果华*1,2

(1.江南大学理学院,江苏无锡214122;2.南京浦光新能源有限公司,江苏南京211899)

为解决大功率LED难以直接应用于照明的问题,设计了一款适用单芯片大功率LED的透镜,可在特定照明面上实现均匀照明。根据朗伯型光源辐射特性,采用折射和反射结构,先进行理论计算设计自由曲面面型,再利用Tracepro的交互式优化功能实现对透镜优化。优化得到的透镜经过软件模拟验证,在距离光源200 mm处直径为100 mm的目标照明面内照度均匀性优于87%;不考虑光能损失,光能利用率高于94%。

发光二极管;交互式优化;均匀度

随着半导体技术的飞速发展,新型冷光源LED因具有节能、环保、低碳、寿命长等优势正逐步替代传统的照明光源,成为第三代照明光源。使用LED光源研制太阳模拟器已经成为可能[1-2],目前,随着LED制造技术的不断提高,单颗LED的光通量已有较高的提升,但其发散角(120°)较大,能量较为分散,直接照明难以满足太阳模拟器辐照强度和辐照均匀性的要求,故通常需要引用二次光学设计。在LED二次配光设计中,一般采用解偏微分方程和试错法[3-4]。解偏微分方程求解麻烦,研究者需要一定的数学解算能力;试错法则是根据经验选择初始结构,利用软件的优化功能改变初始结构,达到的预期目标[5-7],但耗时较长。文中采用公式递推面型和软件交互式优化的方法,降低了计算难度,并节省软件优化时间,从而较容易地实现LED均匀照明的效果。……