一种实现均匀照明的LED平凸透镜设计

卢雪,丁桂林

(江苏大学 机械工程学院,江苏 镇江212013)

摘要为实现均匀圆形光斑的照明,提出了一种自由曲面平凸透镜的算法。依据非成像光学核心理论:光学扩展量守恒和能量守恒,根据Snell定律,建立透镜轮廓曲线所满足的常微分方程,采用Matlab中的DDE(动态传输)技术与Tracepro中的Scheme语言完成动态数据的链接,从而完成透镜的3D建模,省去了导入3D软件拟合曲线所带来的误差,让建模变得更加精确。结果表明,该种算法可在特定区域实现均匀照明,透镜直径23 mm,材质为光学级PC,且在透镜距离光源10 mm时光学效率可达51.99%。

关键词光学设计;均匀照明;二次配光;平凸透镜;LED

收稿日期:2015-04-24

基金项目:国家自然科学基金资助项目(11204107)

作者简介:卢雪(1989—),女,硕士研究生。研究方向:光学设计。E-mail:1025810441@qq.com。丁桂林(1957—),男,教授,博士。研究方向:光学设计和强激光传输。

doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2015.12.001

中图分类号TB133文献标识码A

LED Plano-convex Lens Design for Realizing Uniform Illumination

LU Xue,DING Guilin

(School of Mechanical Engineering,Jiangsu University,Zhenjiang 212013,China)

AbstractA plano-convex freeform surface algorithm is presented for uniform illumination.The 3D modeling of the lens is performed based on non-imaging optical core theory of etendue and energy conservation,according to Snell’s law,by the establishment of a lens profile curve ODE satisfied by using Matlab in the DDE (Dynamic Transmission) technology and Tracepro complete language in the scheme of dynamic data link,eliminating the need to import 3d software brings curve fitting error,so the modeling becomes more accurate.The results show that the algorithm can achieve uniform illumination in a specific area with a lens diameter of 23 mm and an optical efficiency of up to 51.99% with the light source 10 mm from the lens.

Keywordsoptic design;uniform illumination;secondary light;plano-convex lens;LED

LED因为具有寿命长、亮度高、节能、环保、可回收等优点,被认为是21世纪最有发展前景的绿色照明光源[1-3]。目前非成像光学设计方法中用的比较多的方法有剪裁法[4],多参数优化法[5],多表面同步法[6]等。Matlab里的动态传输(DDE)技术是一种使用共享的内存在程序间进行数据通讯的技术,其可自动更新应用软件之间的数据,无需用户参与。在光学设计过程中,如何让透镜的建模变得便捷化、智能化,实现不同光学软件之间的数据连接是值得深思的问题。

本文基于以上的问题,利用Matlab里的DDE技术[7]与Tracepro中的Scheme语言来完成动态数据间的连接,以及透镜的3D建模。……