自由曲面照明設計.pptxVIP

切面疊代設計方法介紹

LED有特定角度對光強分佈~若要求牆壁上照度相等情況下利用能量守恆關係式可得到x=f(?)只要某透鏡曲面可使每條光線達此關係式~~此透鏡即可使牆上照度每個位置達常數x1=f(?1)?1x2=f(?2)?2?3x3=f(?3)LED發光源牆壁H透鏡面光軸不同發散角的光線照度均勻關係式

介紹:司乃爾定律的向量型式ION根據司乃爾向量公式若知道I,O向量便可唯一決定N向量切向量I,O,N皆為單位向量n為折射率n*sin(θ1)=sin(θ2)θ1θ2化簡N切面法向量折射率n介質空氣

流程:1.給定Po2.司乃爾公式計算To3.光線交T0於P1點4.司乃爾公式計算T15.光線交T1於P26.司乃爾公式計算T2......

旋轉可得曲面

設計過的lens

自由曲面微透鏡設計

可打出旗子形狀的Lens

自由曲面微透鏡設計

ThinLEDcollimatorwithfree-formlensarrayforilluminationapplicationsAppliedOptics,Vol.51,Issue30,pp.7200-7205(2012)根據論文論文

由費馬原理變分求解eikonalequation該方程有解析解方法

方法

利用excel巨集程式撰寫

自由曲面空間曲面座標點資料

並利用solidwork層疊拉伸製造NURBS曲面

光斑圖(效率94%)

100lume有94lume入射目標面上

任意排列array可打出各種方型光斑該方法將有無限多應用,腳踏車燈

適當排列array可打出各種方型光斑

同樣方法可在Intensity均勻的微透鏡設計也得到不錯的效果半角:20°x80°半角:60°x80°

自由曲面路燈設計

花生米路燈設計60公尺12公尺可隨意決定光斑大小10公尺

論文基于由照射目标向光源映射和微带表面构型的分离变量三维自由曲面非成像光学系统设计(中图分类号：TN29文献标志码：A文章编号：1673－7180(2010)01－0035－6)FreeformLensforApplication-SpecificLEDPackagingDesignofcompactfreeformlensforapplicationspecificlight-emittingdiodepackagingFreeformLEDlensforrectangularlyprescribedilluminationHaoX,ZhengZR,LiuXandGuPF2008FreeformsurfacelensdesignforuniformilluminationJ.Opt.A:PureAppl.Opt.基于经纬划分和切面迭代的自由曲面LED透镜设计tailoredfreeformopticalsurfaces

方法再利用司乃爾定律的向量形式來切面疊代計算空間曲面座標點資料不需解偏微分方程讓寫程式變簡單將intensity(光強)分佈切割成許多微小立體角,利用能量守恆Mapping到目標面,建立照度均勻化條件(立體角跟目標面座標xy的關係式)

該理論可隨意決定距離和光斑大小參數

透過vba或c語言或matlab編程計算求得空間點資料

再利用cad軟體建模完成3d曲面設計

論文設計上的缺點幾乎所有論文設計方法都是以中心曲面使用圓形曲面設計這使得在寫程式上只需考慮一次折射,在編程上教簡易然而由於該理論使用點光源趨向設計,沒有考慮光源有面積(extendedsource)因此會造成光源邊緣如下光線有全反射情形.這種情形只有在透鏡和目標面距離與光斑長度比例接近4或5的時候容易發生(簡單說就是要求的矩形光斑太長了!!)全反射造成的結果照度下降

解決論文設計缺點方法:將內部曲面改成如下設計緣起:改良的靈感來自於背光直下式透鏡Enplus和sharp專利的設計該設計使用非球面凹面設計之前設計直下式只考慮外表面折射,程式設計上有如左下角一樣有全反射的情況發生,改良後就如右上情況教好全反射造成的結果該區域照度下降

設計上的困難01算法,並須計算光線和內部曲面的交點1.需開發兩次折射面的程式演02由於本人非cad軟件和微分幾何專家,該曲面數學公式必須被決定,較易決定法向量2.內部曲面法向量需要計算03司乃爾向量形式不能通用須發展新的公式3.在光線追跡上

解決215利用excel的規畫求解功能(可解非線性方程組數值解)計算出光線和內部曲面的交點座標目前可以給定路燈高度,光斑長寬