使用微雙透鏡數(shù)組提高平面版照明LED均勻性

1、用micro-secondary透鏡數(shù)組提高LED平板燈的照明均勻性摘要:LED平板燈是一個(gè)在最近幾年創(chuàng)新的照明產(chǎn)品。然而,當(dāng)前的平板燈產(chǎn)品還包含一些缺點(diǎn),例如狹窄的照明領(lǐng)域和熱點(diǎn)。在這項(xiàng)研究中,一個(gè)micro-secondary透鏡陣列技術(shù)的提出和應(yīng)用導(dǎo)光管表面的設(shè)計(jì),提高照明均勻性。通過使用micro-secondary透鏡陣列的燭光分布平坦面板燈可以類似于蝙蝠翼分布改善調(diào)整照明均勻性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,增強(qiáng)地板的照度均勻度大約是61%,和墻上照度均勻度約為20.5%。1.介紹隨著LED光學(xué)效率的增長,許多創(chuàng)新產(chǎn)品在傳統(tǒng)的照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。然而,眾所周知,LED照明產(chǎn)品通常指示光源。因此,他們

2、仍然沒有完全適合整個(gè)室內(nèi)部分照明市場由于室內(nèi)照明市場需要各向同性照明產(chǎn)品。2008年,Tsuei等人提出了一種新的光學(xué)設(shè)計(jì)LED室內(nèi)照明產(chǎn)品,可以提供更好的照明均勻性比傳統(tǒng)丁字架熒光燈,照明均勻性和效率的可以有效增強(qiáng)1。最近,一個(gè)新的LED照明提出了產(chǎn)品,平板燈,和應(yīng)用于家庭照明和辦公室照明。當(dāng)前設(shè)計(jì)的平板燈通常使用側(cè)光式背光定理,和他們包含幾個(gè)優(yōu)點(diǎn),比如薄卷和更均勻的亮度發(fā)射表面。但他們也包含一些缺點(diǎn),比如狹窄的照明區(qū)域和熱斑點(diǎn)。狹窄的照明區(qū)域通常結(jié)果指示光源的LED包,也容易形成熱點(diǎn)在照明領(lǐng)域。在這項(xiàng)研究中,提出了一個(gè)創(chuàng)新的光學(xué)設(shè)計(jì)方法來提高照明一致性。在這里,micro-secondar

3、y透鏡陣列技術(shù)的設(shè)計(jì)應(yīng)用導(dǎo)光管表面提高照明均勻性。micro-secondary透鏡陣列用于調(diào)整光強(qiáng)在每個(gè)角度。通過使用micro-secondary透鏡陣列,燭光分布平板燈可以調(diào)整為蝙蝠翼分布.因此,它的照明空間的照明均勻性可以有效地改善。2、方法2.1 Micro-secondary透鏡陣列設(shè)計(jì)光波導(dǎo)表面平板燈的光學(xué)設(shè)計(jì)通常是基于過去的設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)光管、反射器和擴(kuò)散。在這項(xiàng)研究中,micro-secondary透鏡陣列技術(shù)是申請發(fā)射表面平板光波導(dǎo)的設(shè)計(jì)改善照明均勻性。micro-secondary透鏡陣列可以用來調(diào)整光線在每個(gè)角平板光強(qiáng)度。因此,我們試圖調(diào)整燭光平板燈的分布類似于蝙蝠

4、翼分布。圖1顯示了放大的照片micro-secondary透鏡陣列光波導(dǎo)表面,這是一種發(fā)散和統(tǒng)一的鏡頭。2.2 micro-secondary透鏡的光學(xué)不變一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)不會(huì)改變相空間的體積,也稱為展度,雷通過它2 - 4。圖2顯示了為一線通過一個(gè)光學(xué)模型光學(xué)工程。在這里,我們希望source1的輻射和source2到達(dá)目標(biāo)表面。的平面光學(xué)全反射。根據(jù)能源守恒定律,最終在目標(biāo)表面上均勻照明的力量表示為一個(gè)表示目標(biāo)表面的均勻照明的面積,E f是亮度嗎目標(biāo)表面,N是面板平面上的細(xì)胞的數(shù)量,我是細(xì)胞的面積,E i的亮度均勻平行輻射通過細(xì)胞C我,Etotal是輻射的總能量從source1 source2

5、10。2.3設(shè)計(jì)理念的蝙蝠翼光分布平板燈的設(shè)計(jì)通常是基于液晶側(cè)光式背光定理5。一般的平板燈可以提供幾乎均勻的亮度,但實(shí)際上,他們的燈飾還不夠統(tǒng)一。因此,在這項(xiàng)研究中,我們試圖設(shè)計(jì)平板在每個(gè)角調(diào)整光的發(fā)光強(qiáng)度。的燭光分布提出平板燈設(shè)計(jì)將類似蝙蝠翼分布,可以提供更均勻的照明在地板上。在這里,我們定義照明的性能統(tǒng)一的比率平均照度和最低照度,及其公式如下。U表示照明均勻性的性能。表示分別的最低照度和普通照明。2.4射線跟蹤方法光學(xué)系統(tǒng)由蒙特卡羅方法模擬。蒙特卡羅方法是一種技術(shù)涉及到使用隨機(jī)數(shù)和概率來解決問題,和通常是應(yīng)用對于復(fù)雜的非線性模型,涉及的不僅僅是幾個(gè)的問題不確定的參數(shù)。它是一個(gè)類的計(jì)算算法依

6、賴于重復(fù)隨機(jī)的抽樣模擬射線追蹤,可以提供比其他更快的模擬性能計(jì)算算法,如FDTD方法,等。然而,它的缺點(diǎn)是,它可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果,如果光線不足6。3光學(xué)模擬3.1 Micro-secondary透鏡陣列LED平板燈設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)1:柱透鏡平板燈的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過使用透鏡陣列技術(shù)通過蒙特卡羅模擬方法。圖3顯示了平板燈的光學(xué)系統(tǒng)。圖4和圖5的側(cè)面和頂部視圖圖片光線的痕跡導(dǎo)光管。最射線將從表面折射1和3。它可以調(diào)整光軸角表面1和3的設(shè)計(jì)表面曲率,實(shí)現(xiàn)蝙蝠翼平板燈的分布。柱透鏡尺寸小于1毫米和方面幾乎是1:1的比例。柱透鏡的pmma,它可以提供更好的透光率聚碳酸酯。頂部的柱透鏡是一個(gè)四邊形的形式。這是相同的

7、光分布與平行燈。設(shè)計(jì)2:自由的鏡頭自由形式的透鏡的形狀也同樣圓柱。鏡頭直徑小于2毫米和它的高度是1.5毫米。自由形式的鏡頭也由pmma。免費(fèi)的形成透鏡可以提供更好的注入比柱透鏡因其性能high-symmetrically圓柱形狀。然而,它也可能導(dǎo)致嚴(yán)重的雜散光。射線從第一表面和表面3容易進(jìn)入其他自由形式的鏡頭。雖然光學(xué)自由形式的透鏡的效率低于柱透鏡,它可以改善照明有效的均勻性。圖6顯示了自由的平板燈的透鏡光學(xué)系統(tǒng)。圖7和圖8是自由格式的鏡頭側(cè)面和頂部視圖的形式自由的鏡頭射線追蹤。3.2模擬為空間照明的LED平板燈(一)空間照明模擬商業(yè)平板燈當(dāng)前平板燈的燭光分布通常是由于不夠統(tǒng)一他們的觀點(diǎn)角度幾

8、乎超過70%流明關(guān)注視角。表1顯示了一個(gè)計(jì)算機(jī)教室的空間維度,反射系數(shù)不同的材料,和商業(yè)LED平板燈的照明規(guī)范。在這里,平板燈60厘米大小的x 60厘米被用在這臺(tái)電腦的房間,和他們的燭光分布圖9所示。一般的辦公室照明設(shè)計(jì)是設(shè)置一盞燈間距1.8米。我們希望提高室內(nèi)照明效率,然后減少燈的數(shù)量能源消耗。因此,在這項(xiàng)研究中,燈的安排是設(shè)置一盞燈間距2.4米。在這里,空間照明效率被Dialux模擬。這顯然表明空間照明效率取決于燈的燭光分布和空間維度的計(jì)算機(jī)的房間。主要的和最大的照明是集中的中心,幾乎光線集中在底部的燈。圖10和圖11所示顯示假色性能和灰度商業(yè)平板燈的性能在計(jì)算機(jī)的房間。結(jié)果表明,底部的燈

9、和照明附近的中心計(jì)算機(jī)房明顯比其他地區(qū)強(qiáng)。區(qū)別他最大的照明和之間的平均照度的中心計(jì)算機(jī)房甚至超過500勒克斯。因此,空間照明性能明顯不均勻,有很多黑暗的地區(qū)在拐角處的墻壁電腦教室。(b)重新設(shè)計(jì)的平板燈的照明模擬空間設(shè)計(jì)1:柱透鏡導(dǎo)光管表面被重新設(shè)計(jì)通過應(yīng)用micro-secondary透鏡陣列。照度均勻性在空間照明可以有效地增強(qiáng)通過調(diào)整透鏡的曲率和曲率是小于1毫米。通過調(diào)整強(qiáng)度角度,重新設(shè)計(jì)的平板的燭光分布光圖12所示。在這里,邊界條件的計(jì)算機(jī)教室空間維度也參考表1。圖13和圖14顯示了假色性能和灰度的性能重新設(shè)計(jì)的平板燈分別在計(jì)算機(jī)的房間。顯然,照明均勻性的重新設(shè)計(jì)的平板燈比商業(yè)平板燈。之

10、間的差異最大是平均照度的中心計(jì)算機(jī)房只有150勒克斯,計(jì)算機(jī)教室的墻壁少100勒克斯。設(shè)計(jì)2:自由的鏡頭平板燈的光學(xué)系統(tǒng)是由自由彎曲透鏡設(shè)計(jì)的。遠(yuǎn)場分布的形式自由的鏡頭,圖15所示,是一個(gè)蝙蝠翼戰(zhàn)斗機(jī)分布,可以增強(qiáng)圖像的照明均勻性計(jì)劃。狹窄的視角特性燭光分布的平均照明形式自由的鏡頭在地板上比柱透鏡和前平板燈。自由的鏡頭比的一致性前平板燈的,但比這更糟的柱透鏡。提議的自由格式的鏡頭可以提高平均照明在地板上。因此,它適用于高照明空間設(shè)計(jì),但不適合軟照明空間設(shè)計(jì)。圖16和圖17假色性能和灰度自由格式的平板燈的性能電腦教室空間。4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果光波導(dǎo)的設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的光學(xué)組件的LED平板燈,和也影響照明均勻性的表現(xiàn)。然而,光波導(dǎo)的設(shè)計(jì)當(dāng)前平板燈還不完美,特別是,視角和強(qiáng)度分布在每個(gè)角度。光波導(dǎo)是重新設(shè)計(jì)通過使用micro-secondary透鏡陣列技術(shù)提高照明均勻性,和前輩們提出和文件商業(yè)LED平板燈被導(dǎo)入到電腦教室模型空間照明模擬。表2顯示了表演的提議和商業(yè)持平面板燈在計(jì)算機(jī)教室。照明均勻性的性能在地板上和墻上進(jìn)行比較。提高照明均勻性在地板上的墻分別約61%和20.5%。如果地板和墻壁上的