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基于序列光线追迹原理的快速优化照明设计

Rapid optimization design for lighting system based on principles of sequential ray tracing

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摘要

为解决LED扩展光源照明系统设计时, 优化时间较长且多软件数据传输繁琐等问题, 提出了一种仅用Matlab软件进行快速优化设计的方法。该方法将成像设计中的序列光线追迹原理应用于照明设计中, 并利用菲涅尔公式与照度补偿理论, 提高了照度拟合速度。同时, 通过该方法可将光线追迹与反馈优化紧密相连, 实现对照明系统的一站式优化设计。以一紧凑型(h/d=2.5:1)匀光透镜设计为例进行试验, 结果表明: 给定光源和目标面的参数后, 获得匀光透镜数值解的优化时间仅为8 min, 优化时间缩短近一个数量级; 经SolidWorks成型和TracePro仿真测试, 目标面上的均匀度和光效分别达到86.75%和88.42%, 照明效果提高明显。

Abstract

In order to solve the problems of tedious data transmission among multi-software and slow optimization in designing the lens for uniformity with extended sources,according to the sequential ray tracing, Fresnel formula and luminance compensation, we proposed a rapid optimization method by using only one software, Matlab. The method can closely combine ray tracing, illumination fitting and feedback optimization.What is more, we can optimize the lighting system fast and accurately. In order to verify the feasibility of the system, we designed a compact uniform lens of which the h/d is equal to 2.5:1. The results show after giving parameters of the source and target plane, the system optimization time is only 8 min;the uniformity and efficiency in the target plane significantly improve by 86.75% and 88.42%,respectively.

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补充资料

中图分类号:TN364.2;O439

DOI:10.5768/jao201536.0601010

所属栏目:光电系统与工程

基金项目:国家自然科学基金(61178032); 江苏省普通高校研究生科研创新计划项目(SJLX15_0562); 中央高校基本科研业务费专项资金(JUSRP51517)。

收稿日期:2015-07-06

修改稿日期:2015-07-24

网络出版日期:--

作者单位    点击查看

李潇:江南大学 理学院 江苏省轻工光电工程技术研究中心, 江苏 无锡 214122
高培丽:江南大学 理学院 江苏省轻工光电工程技术研究中心, 江苏 无锡 214122
黄逸峰:江南大学 理学院 江苏省轻工光电工程技术研究中心, 江苏 无锡 214122
钱维莹:江南大学 理学院 江苏省轻工光电工程技术研究中心, 江苏 无锡 214122
苏宙平:江南大学 理学院 江苏省轻工光电工程技术研究中心, 江苏 无锡 214122
刘诚:江南大学 理学院 江苏省轻工光电工程技术研究中心, 江苏 无锡 214122
高淑梅:江南大学 理学院 江苏省轻工光电工程技术研究中心, 江苏 无锡 214122

联系人作者:李潇(leexmr@163.com)

备注:李潇(1992-), 男, 江苏江阴人, 硕士研究生, 主要从事照明与成像设计方面的研究。

【1】Luo Yi, Zhang Xianpeng, Wang Lin, et al. Non-imaging optics and its application in solid state lighting[J]. Chinese Journal of Lasers, 2008, 35(7): 963-971.
罗毅, 张贤鹏, 王霖,等. 半导体照明中的非成像光学及其应用[J]. 中国激光, 2008,35(7):963-971.

【2】Luo Yi, Feng Zexin, Han Yanjun, et al. Optics in solid state lighting[J]. Acta Optica Sinica, 2011,31(9):147-151.
罗毅, 冯泽心, 韩彦军,等. 面向半导体照明的光学[J]. 光学学报, 2011,31(9):147-151.

【3】Liu Baifen,Jin Xiaolong,Zhu Zhenmin. Uniform illumination design based on LED array and diffuse reflection freeform surface[J]. Journal of Applied Optics, 2014, 35(4): 598-602.
刘百芬,金小龙,祝振敏. 基于LED阵列与漫反射自由曲面的均匀照明光源设计[J]. 应用光学, 2014, 35(4): 598-602.

【4】Wu D, Wang K, Liu S. Freeform lens design for uniform illumination with extended source[C]// Electronic Packaging Technology and High Density Packaging (ICEPT-HDP), 2011 12th International Conference on. New York:IEEE, 2011:1-5.

【5】Liu Xi. Design of reflector using zoned method based on non-imaging optics[J]. Journal of Applied Optics, 2014, 35(4): 608-613.
刘希. 基于非成像光学环带法的反射器设计[J]. 应用光学, 2014, 35(4): 608-613.

【6】Mao X, Li H, Han Y, et al. A two-step design method for high compact rotationally symmetric optical system for LED surface light source[J]. Optics Express, 2014,22(102): A233-A247.

【7】Zhang Hang, Liang Xue, Yan Jinhua, et al. Compound parabolic concentrator-simultaneors multiple surfaces design methods for LED colliMators[J]. Acta Optica Sinica, 2012,32(9):240-245.
张航, 梁雪, 严金华,等. LED准直器设计中复合抛物面同步多曲面方法[J]. 光学学报, 2012,32(9):240-245.

【8】Parkyn B, Pelka D. Free-form illumination lenses designed by a pseudo-rectangular lawnmower algorithm [J].SPIE, 2006,6338: 633808-1-633808-7.

【9】Mao X, Li H, Han Y, et al. Two-step design method for highly compact three-dimensional freeform optical system for LED surface light source[J]. Optics Express, 2014,22(106):A1491-A1506.

【10】Wang K, Han Y, Li H, et al. Overlapping-based optical freeform surface construction for extended lighting source[J]. Optics Express, 2013,21(17):19750-19761.

【11】Xu Chao, Gao Shumei, Qian Weiying, et al. A optimization design of compact uniform lens for large-size LED[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2015,52(4):042201.
徐超, 高淑梅, 钱维莹,等. 大面型LED紧凑型匀透镜优化设计[J].激光与光电子学进展, 2015,52(4):042201.

【12】Su Hongdong. The design and simulation of optical system in solid-state lighting[D]. Fujian:Department of Physics, Xiamen University, 2008.
苏宏东. 半导体照明光学系统的设计与仿真[D]. 福建: 厦门大学物理与机电学院, 2008.

【13】Jiang Shuixiu, Sun Xiang, Feng Huajun, et al. Three-dimensional SMS design to optimize LED lighting [J]. Opto-Electronic Engineering, 2012, 39(6): 91-95.
蒋水秀, 孙翔, 冯华君,等. 一种优化LED照明的三维SMS设计方法[J]. 光电工程, 2012,39 (6):91-95.

【14】Cheng Guozhu, Li Dehuan, Wu Lixin, et al. Lighting parameter of crosswalk urban road[J].Journal of Jilin University, 2014,44(5): 1308-1314.
程国柱,李德欢,吴立新,等.城市道路人行横道处照明指标的确定[J]. 吉林大学学报:工学版,2014,44(5):1308-1314.

【15】Tian Xiulao. Fresnel formulate and brewster law of optical waves in the left-handed materials[J]. Acta Photonica Sinica, 2006, 35(7): 1103-1106.
田秀劳. 光波在左手材料中的菲涅尔公式和布儒斯特定律[J]. 光子学报, 2006,35(7):1103-1106.

引用该论文

Li Xiao,Gao Peili,Huang Yifeng,Qian Weiying,Su Zhouping,Liu Cheng,Gao Shumei. Rapid optimization design for lighting system based on principles of sequential ray tracing[J]. Journal of Applied Optics, 2015, 36(6): 873-879

李潇,高培丽,黄逸峰,钱维莹,苏宙平,刘诚,高淑梅. 基于序列光线追迹原理的快速优化照明设计[J]. 应用光学, 2015, 36(6): 873-879

被引情况

【1】侯启真,刘衍帆,尚美琪. 机场跑道临时关闭警示灯的光学设计. 应用光学, 2017, 38(2): 200-204

【2】丁峥伟,陈鑫鑫,范国星,李萍,谭叶青,高淑梅. 分波段照明法实现单透镜大景深成像. 光子学报, 2017, 46(8): 812006--1

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