基于配焦椭流线法和梯度优化的自由反射面设计.PDF

激光与光电子学进展 51, 052201(2014) Laser Optoelectronics Progress ©2014《中国激光》杂志社 基于配焦椭流线法和梯度优化的自由反射面设计 张 航 李梅花 马宇飞 梁 雪 严金华 浙江工业大学应用物理系,浙江 杭州 310023 摘要 结合配焦椭流线法和梯度算子，提出了一种针对LED扩展光源的自由反射曲面优化设计方法，其中配焦椭流 线法负责生成自由反射曲面，梯度算子实现逐代优化。以线度为5mm的LED扩展光源的轴对称均匀投光为例，完 成了单个光滑连续自由反射面的设计和优化。光学仿真结果表明，优化前初级照度均匀度约为0.77，而优化后达到 0.98，效果良好，并具有向非轴对称自由反射曲面设计拓展的可能性。 关键词 光学设计；非成像光学；自由反射面；配焦椭流线法；梯度优化；扩展光源 中图分类号 O435;O439 文献标识码 A doi:10.3788/LOP51.052201 DesignforFree-FormReflectorSurfaceBasedonFociMapping EllipseFlow-LineMethodsandGradientOptimization ZhangHang LiMeihua MaYufei LiangXue YanJinhua DepartmentofAppliedPhysics,ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzhou,Zhejiang 310023,China Abstract Anoptimizeddesignmethodoffree-formreflectorsurfaceforextendedLEDsource,whichisbased onthefocimappingellipseflow-linemethodsforgeneratingfree-formsurfacesandthegradientoperatorfor optimization, is presented. And a continued free-form surface reflecting the lights from a 5 mm size LED extendedsourcetoatargetplaneinrotationalsymmetricaluniformpatternisdesignedandoptimized.Optical simulation results show that the original irradiance uniformity is about 0.77 and the optimized irradiance uniformityreaches 0.98.Thismethodcanbeappliedtotheopticaldesignofnon-rotationalsymmetricreflector. Keywords opticaldesign;nonimagingoptics;free-formreflector;focimappingellipseflow-linemethod;gradient optimization;extendedlightsource OCIScodes 220.2740;080.4298;080.4035;080.4225 1 引 言 [1] 大功率白光LED作为第四代光源正在替代传统光源进入日常应用中，具有广阔的应用前景 。由于 LED光源独特的空间光强分布特性，传统照明灯具无法适应LED光源的配光需求，也无法完全发挥其优势， 因此需要针对LED的发光特点进行光学设计以实现LED光源能量的合理配分和高效利用，即二次光学设 计。非成像光学理论为LED光源的二次光学设计提供了有力的理论依据。