LED TIR 照明透镜设计案例分享

上海世博会中国馆夜景照明设计案例分析

上海世博会中国馆夜景照明设计案例分析 1、城市如何让生活更美好？城市不是破坏自然，而是返哺自然，城市的遗产是我们创作的源泉，有遗产的城市才是有文化的城市。城市的发展需要考虑和自然的和谐共生，这是前提。所有的文明，都离不开人文，一座城市要让生活变得美好，前提除了拥有与自然和谐的优美环境外，最重要的是拥有良好的人文品质。概括的说就是：人文的城市，让生活更美好! 简单的说，前者是城市的物质文明，后者是城市的精神文明，一座城市必须达到物质和精神上的美好，才能让城市居住者的生活美好。体现在中国馆的灯光设计，我们希望运用灯光让建筑与环境更加和谐，并充分展现城市和国家的人文魅力，给人以舒适的光环境和美的感受，给世博会留下珍贵的遗产和回忆，让上海因世博而更加美好。 2、灯光如何让城市更美好？建筑是城市的细胞，城市让生活更美好，首先应做到建筑和环境的美好。作为市民主要休息时段的夜晚，一个优美舒适的城市灯光夜空环境是至关重要的。灯光如何让建筑更美好，主要表现在以下三个方面： ①.建筑灯光与环境的和谐 ②.展现建筑的人文魅力 ③.运用绿色照明的技术和谐体现的是可持续的发展观，展现人类活动和自然环境的共荣共生；人文体现的是建筑的文化内涵，展现凝结在建筑内的人类发展的历史和智慧；绿色照明体现的是照明发展的最新科技，展现灯光照明技术在科技和人文关怀上的进步；

3、建筑灯光和环境的和谐主题：内外交融建筑和环境的融合：分析建筑立面累叠横梁与玻璃幕墙的形态结构，利用建筑结构与园林古典窗格的相似性，运用中国古典园林中漏窗借景的方法，突出建筑通透、开放的特色，使建筑的内外空间相互联系，使视觉效果呈现一种简洁的剪影效果，化整为零，从而达到建筑和环境的融合。概念示意灯光效果照明方法：内透照明 4、展现建筑的人文魅力文化和历史是建筑的灵魂，就象雷峰塔、断桥、白堤、苏堤与西湖的关系，如果没有了这些具有人文历史的建筑，西湖也就只是个天然的湖泊。一以贯之，如果中国馆没有了丰富的人文历史内涵，就无从表达中国之冠，难以理解鼎盛中华，也没

LED路灯透镜设计

LED道路照明系统的光学设计及发展趋势 1、LED道路照明系统的背景介绍为了满足城市道路照明设计标准,传统的道路照明灯具往往采用耗电200瓦以上含水银的灯泡。相比之下,到2009年,市场上发光二极管(LED)的光学效率已经超过了100lm/W,这意味着采用LED作光源的路灯,其耗电量将会大大的减少。由于LED的超长寿命、不含汞和节能的特性,采用LED作光源的路灯来取代传统的LPS(低压钠灯)或MH(金属卤化物灯)是很好的选择。目前, LED路灯在世界上各个国家都进行了测试。为了解决能源紧缺和温室气体的排放问题,LED路灯在一些地方已经实用化,其中中国、北美以及欧洲的一些地区和都市的政府进行了积极的推广。由于市场上出厂的LED大部分都是呈郎伯型(Lambertian distribution)分布,中心光强比较强,而且是对称的圆形光斑分布,不能直接用于道路照明。为了满足城市道路照明设计标准,LED 路灯需要进行二次光学设计,以产生一个长方形、均匀分布的光斑,其配光曲线需要呈蝙蝠翼的形状。另外,光学设计的好坏直接决定了LED路灯的效率,有的LED路灯加上了设计不好的二次透镜之后,有些光在透镜里面多次反射后损耗掉了或者是不能配到有效的区域,有些二次透镜虽然光斑形状和均匀度都可以,但出光效率却降低了将近一半。还有,光学设计的好坏也均定了LED 路灯有无眩光,有的设计得不好的透镜,虽然也可以产生一个长方形、均匀分布的光斑,配光曲线也可以呈蝙蝠翼,但由于没有采用截光设计,导致沿道路方向75~90范围的出射光还是很多,这样就会给远处的车辆或行人造成眩光。好的光学设计应充分利用LED光源面积小这一优点,充分考虑光的利用率,将所有从LED芯片发出的光都分配到路面上,形成一个均匀度好、无眩光、配光曲线呈蝙蝠翼的光斑。本文将基于这些因素来探讨LED道路照明系统的光学系统设计及发展趋势。 2、自由曲面二次光学的设计方法由于道路照明要求路灯的光斑是长方形,在垂直于道路的方向,其出射的光束是会聚的,而沿着道路的方向,其出射光束是发散的,并且有一个很大的视角。对于这种一个方向是会聚而另一个方向是发散的配光,那么所对应的透镜,其在垂直于道路方向的剖面应该是个正透镜,而沿着道路的方

光学计算机辅助设计报告

光学设计辅助报告姓名：张雨辰学号：1011100139

光学计算机辅助设计报告内容一：已知参数双胶合望远物镜的像质评价 1）像质评价的意义：任何一个光学系统不管用于何处，其作用都是把目标发出的光按仪器工作原理的要求改变它们的传播方向和位置，送入仪器的接收器，从而获得目标的各种信息，包括目标的几何形状、能量强弱等。因此，对光学系统成像性能的要求主要有两个方面：第一方面是光学特性，包括焦距、物距、像距、放大率、入瞳位置、入瞳距离等；第二方面是成像质量，光学系统所成的像应该足够清晰，并且物像相似，变形要小。第一方面的内容即满足光学特性方面的要求属于应用光学的讨论范畴，第二方面的内容即满足成像质量方面的要求，则属于光学设计的研究内容。从物理光学或波动光学的角度出发，光是波长在400~760nm的电磁波，光的传播是一个波动问题。一个理想的光学系统应能使一个点物发出的球面波通过光学系统后仍然是一个球面波，从而理想地聚交于一点。但是实际上任何一个实际光学系统都不可能理想成像。所谓像差就是光学系统所成的实际像与理想像之间的差异。由于一个光学系统不可能理想成像，因此就存在一个光学系统成像质量优劣的评价问题，从不同的角度出发会得出不同的像质评价指标。从物理光学出发，推导出几何像差等像质评价指标。有了像质评价的方法和指标，设计人员在设计阶段，即在制造出实际的光学系统之前就能预先确定其成像质量的优劣，光学设计的任务就是根据对光学系统的光学特性和成像质量两方面的要求来确定系统的结构参数。 2）像质评价的方法与Zemax实现：对于像质评价有两个阶段：1 设计完成后，加工前，对成像情况进行模拟仿真；2 加工装配后，批量生产前，要严格检测实际成像效果。当前我们所作的工作就是对第一阶段进行实际讨论。对于像质评价的方法有两种：1 不考虑衍射：光路追迹法（点列图，像差曲线）； 2 考虑衍射：绘制成像波面，光学传递函数等；有：瑞利判断：几何像差曲线进行图形积分得到波像差；中心点亮度（斯托列尔准则）：成像衍射斑的中心亮度和不存在像差时衍射斑的中心亮度之比S.D来表示成像质量；分辨率：反映光学系统分辨物体细节的能力，可以评价成像质量；点列图：由一点发出的许多光线经光学系统后，因像差使其与像面的交点不再集中于同

Fourier变换原理在LED照明混光中的应用

Fourier变换原理在LED照明混光中的应用黄瑞彬，古念松，梁建冬摘要:LED作为新一代光源，由于其较高的发光效率与固态光源的应用便捷性，在照明相关领域中已有广泛应用。在LED照明应用的不少领域，对光的颜色均匀性有一定的要求。由于LED光源的特性，本身存在一定的色差，以及一些领域需要混合使用不同颜色的LED光源，在应用中常需要做一定的混光设计。本文分析了透镜的Fourier变换，以及近场到远场的空间传输，对光线的颜色分布产生的影响。用Fourier变换原理解析经典的Kohler照明混光案例，并提出了一些基于Fourier变换原理混光的新思路。关键词：LED照明，傅里叶变换，混光，科勒照明 Keyword: LED Illumination, Fourier transform, Color Mixing, Kohler Illuminance 1.LED照明的混光需求照明领域的混光需求由来已久。例如显微镜和投影仪的照明部分，早期常会有灯丝成像的问题，灯丝的像与观察画面相重叠对图像的清晰度造成干扰。随着LED在照明领域的应用，LED照明的混光需求也日益为行业所关注。由于LED 的发光特性，尤其是常用的白光LED，其发光原理绝大多数是由蓝光芯片激发黄色荧光粉产生白光。这样LED光源的芯片与周边的荧光粉区域会有一定的色差。如图Fig.1所示。 Fig.1 白光LED的色差Fig.2混色芯片LED的色差另外有一些LED中包含了不同颜色的芯片，如图Fig.2所示。在经过光学系统后也容易产生色差。 LED光源的色差会影响照明效果，而目前能够使用LED照明的领域对照明质量的要求也相对较高。因此，LED照明混光设计有普遍的应用需求。

照明景观的大致分析

城市景观照明发展至今，各地照明设计人员积累了丰富的经验。规划、设计、施工、验收、管理、评价的各个环节似乎都有一定的模式和遵循的规范，很多优秀的典型案例也孕育而生。然而，我们回过头来，还有必要进行理性的思考，认真的总结，审视所做的规划是否如是执行，设计是否符合规范要求，工程的安全可靠性是否完全达标，节能指标是否符合国家要求等等。从设计的角度讲，设计的理念是否创新，方案是否优化，特别是方案的文字表述是否符合要求，方案设计文本是否规范化，标准化等等。本文就城市景观照明设计方案在制定中应注意的问题进行了思考。景观照明设计应思考的问题考虑功能作用建筑物的形象应能反映其功能性，如政府机关应比较庄重，不应像商场一样带有商业气息;居民点应创造出幽静的气氛;舞厅等娱乐场所应有欢快活泼的感觉，因此夜间用照明来表现建筑物的形象时应创造出相应的气氛和艺术风格。灯具的样式也应考虑被照对象的风格、社会历史背景。考虑饰面材料人对物体亮暗的感觉，主要取决于物体反射到人眼的光强，当材料表面反射系数很低时，或者材料表面所能反射的光谱与投射光色不符(如将绿光打在红墙上)，加大光通量以提高亮度，往往达不到预期效果而且浪费能源。因此在进行景观照明设计时饰面材料的性质也不能忽视。考虑重点部位

重点部位的灯光应根据其特点进行设计，不但能使重点部位突出而且更具有个性。考虑单体与整体的关系景观照明设计必需有总体规划才能使整段群体有重点、有衬托、有韵律感，整个城市有风格、有品味。为达到此目的，单体设计应有整体观念，光的强弱和光色应和周围环境及被照射物在环境中的地位相协调，符合规划的要求，目前有些单位为突出自己标新立异，不顾周围环境，任意提高照度，滥用彩色光，容易造成浪费并破坏整体效果，是不允许的。主管理部门应根据规划对各单位提出要求及限制。城市夜晚景观由各类景观元素构成，这些元素形成相互关联关系，如元素与元素的逻辑关系、拓扑关系，元素与总体之间的关系。这些关系不能用一种模式、一个类型来认识衡量。城市夜景灯光环境的特点是范围大，公众观察者的视觉范围不可能在某一时刻全面覆盖整个城市灯光景观，在形成印象方面，其顺序是局部先于整体，在形成局部印象与总体感觉方面存在着时间差。应充分了解和把握城市景观元素的关联性与转承关系，巧妙用光和色调与强弱的协调变化。灯光布局要合理，总体协调，重点突出，有详有略，层次分明。考虑光的色彩同样光色的光照射在不同颜色的对象上，所呈现的色彩不同，特别是有些环境白天观看时色彩丰富美观，用色光投射应特别加小心。另外由于夜间的光比白天的光暗很多，人们对光色的舒适感反应随着环境基本照度的高低而有差别。例如在白天，一大片绿地，给人的是青春、活力、具有生气的感觉，然而到夜晚一片绿光往往会造成阴森寒冷的感觉。同时色光投射在建筑上常常是大面积的，而色块面积的大小对人的心理反应是有一定影响的，

一种全反射型的LED路灯透镜光学设计附图

一种全反射型的LED路灯透镜光学设计（附图）二次光学是直接决定LED路灯的输出效率、配光分布、均匀度及眩光程度的重要环节。绿色环保的城市道路照明要求LED路灯产生正好覆盖马路的长方形的光斑，对马路之外的其他地方譬如居民楼和建筑物的光污染尽量的少。XY非轴对称的自由曲面二次光学的配光设计，是实现此目标的最好的方法。使得在单个透镜模组上就可以完成高效率长方形的输出光斑、蝙蝠翼形的远场角度分布、以及实现截光设计。整个灯头的结构变得非常的简洁，只要将这些完成配光设计的LED透镜模组，按照同一个方向排列在一块平面的PCB板上即可，简化了LED路灯的机械结构、散热管理、以及电源控制的排布。本文介绍了一种全反射型的二次光学透镜的设计，该透镜可以实现很高的输出光效率、蝙蝠翼形的配光曲线分布、以及较均匀的长方形光斑。 1、技术背景 LED固态半导体照明技术被认为是21世纪的战略节能技术。中国、欧洲和北美的许多国家和城市都已经进行了LED道路照明技术的开发和大力推广，相比于金属卤素灯（MH）和高压钠灯（HPS），LED路灯拥有更长的寿命（大于5倍）；除此之外，LED路灯还具有更好的可控性和光效，可以节能50%之多。LED路灯的另一个绿色能源的特征是光源本身不含有害物质汞。光学方面，LED芯片的小光源特性可以比较容易实现精确的配光和二次光学的优化设计，准确控制光线的方向，把光充分的分配到所需要照明的马路上，防止光污染和眩光。二次光学设计是决定LED路灯的配光曲线、输出光效、均匀度、以及眩光指数的一项重要技术。现有市场上大部分的高功率白光LED的光度分布是郎伯分布，光斑是圆形的，峰值光强一半位置处的光束角的全宽度约为120°。LED路灯如果没有经过二次光学的配光设计，那么照在马路上的光斑会是一个“圆饼”，如图1（a）所示，大约1半左右的光斑会散落到马路之外而浪费掉，并且光斑的中间会比较亮，到周围会逐渐变暗。这种灯装在马路上之后，路灯之间会形成很明显的明暗相间的光斑分布，对司机造成视觉疲劳，引发事故。这种情况下的LED路灯就不能叫做“节能”和“绿色照明”了。国家城市道路照明设计标准要求LED路灯的光斑如图1（b）所示，光斑为长方形，正好可以覆盖马路，并且有很好的均匀性。LED的二次光学技术，不同于其他的学科，是一门涵盖非成像光学和3维曲面建模的交叉学科，二次光学的设计可以有效解决LED路灯的出光效率、均匀性、配光角度、眩光和安全性等问题，提供符合于国家标准所要求的配光，真正实现环保和绿色的照明。另外LED路灯有较好的显色指数（CRI），根据需要可以调节不同的色温使其可以满足白天、晚上、晴天和雨天等不同的环境。

双胶合望远镜头设计

XX大学课程设计说明书 201X/201X 学年第 1 学期 } 学院：信息与通信工程学院专业： XXXXXXXX 学生姓名： XXXXX 学号： XXXXX 课程设计题目：双胶合望远镜头设计起迄日期：20XX年12月22日~20XX年01月02日课程设计地点： XX大学5院楼513、606 指导教师： XXXX 职称: 教授 |

目录摘要 (1) | 关键词 (1) 第一章课题要求课题背景 (2) 设计目的 (2) 设计内容和要求 (2) 第二章方案分析课题名称 (3) 主要数据 (3) 。设计思路 (3) 实现原理 (3) 主要过程 (4) 第三章光学系统设计光圈参数设定 (5) 视场参数设定 (5) 波长设定 (6) 玻璃厚度的设定 (6) … 像空间的设定 (7) 第四章光学系统分析 2D光路分布草图 (7) 标准点列图Spot Diagram (8) 光路图OPD FAN (9) 光线相差图RAY FAN (10) 波前分布图 (11) 第五章光学系统优化 > 光学系统调焦 (12) 设置可变参数 (13) 优化函数设定 (13) 最终优化 (14) 第六章系统优化前后比较优化后的2D草图 (15) 优化后的标准点列 (15) 优化后光路图 (16)

$ 第七章心得体会心得体会 (17) 摘要 ZEMAX是一款多功能的光学设计软件，可建立反射、折射、绕射等光学模型，可以用来模拟、分析和辅助设计光学系统，并对光学系统进行优化。双胶合透镜不仅有较好的横向分辨率，而且有较高的轴向分辨率，能够作为共焦3-D成像的一种理想光学元件，在光学领域得到了广泛的应用。本次课程设计，我们将利用ZEMAX软件设计一个双胶合望远镜头，展示利用ZEMAX设计、分析和优化一个简单光学系统的过程，进一步掌握该软件。关键词:ZEMAX 双胶合望远镜头光学系统设计分析 ;

LED透镜设计

LED灯具透镜光学设计解析导读：LED光源作为实际应用的照明光源的时间不长,但在实际照明工程中表现出了极大的优势,光源结构紧凑、整体发光效率高、照明设计也更为灵活,但LED光源配光不易实现。 LED光源作为实际应用的照明光源的时间不长,但在实际照明工程中表现出了极大的优势,光源结构紧凑、整体发光效率高、照明设计也更为灵活,但 LED光源配光不易实现。现有的大部分LED光源的出射角为110?~120?的圆形光源,如果没有经过配光,会在路面形成一个面积较大的圆斑,如图1所示[1]。为有效利用LED的光线,希望道路照明灯具应将光源发出的光线在空间上合理分配,最终在路面形成照度均匀的矩形光斑,如图2所示。对于大功率路灯来说,光源部分现主要采用单个小功率LED阵列和大功率集成封装LED光源,前者灯具设计受到光源数量和排大幅提高地方列方式等限制,行业中积累了一定的灯具设计经验,而后者光色一致性容易控制,灯具装配简单,但发光面大,并无设计经验可依。在路灯设计中,光源光线的出射角改变程度受限,针对较小出光角要求的设计中无法考虑大角度光源光线,即道路路宽限制了横向出光角的大小,在横向尺度上不易充分利用光源能量,这给非对称自由曲面透镜的设计提出了难题,即在路面长度方向要将光线拉开,使光形有足够的长度,而在路面宽度方向要将光线压缩,使 LED发出的光线集中到沿道路长度方向的矩形区域内。目前,一些学者采用自由曲面透镜进行单个LED光源的路灯配光设计,而对大功率集成封装光源配光研究较少。丁毅等人基于光源能量与目标面能量的拓扑对应关系构建了一阶偏微分方程,然后求解透镜的曲面数据,但是建模时曲线拟合会失真,且得到的是正多边形光照面,并不是路灯照明中所要求的矩形。王洪等人也基于能量守恒,划分光源与目标面能量网格来设计自由曲面反射镜,但也会产生建模时曲线拟合失真的问题。本文光源采用大功率集成封装光源,基于能量守恒设计自由曲面透镜,构建道路外部区域光线能量与光源能量的对应关系,只设计这一部分的透镜曲面,采用二次曲线来作为灯具透镜的母线,通过有限个点构建曲线,依据光源性质、照明面的照度要求和照度范围,利用正交优化分析透镜母线的相关参数,最后得到了矩形光斑照明所要求的光学自由曲面透镜。图2道路要求的矩形光斑

光学设计实验指导书2012

实验一光学设计软件ZEMAX的安装和基本操作一．实验目的学习ZEMAX软件的安装过程，熟悉ZEMAX软件界面的组成及基本使用方法。二．实验要求 a)掌握ZEMAX软件的安装、启动与退出的方法。 b)掌握ZEMAX软件的用户界面。 c)掌握ZEMAX软件的基本使用方法。 d)学会使用ZEMAX的帮助系统。 e)学会使用ZEMAX初步仿真光路图。三．实验内容（一）界面及基本操作 1．通过桌面快捷图标或“开始—程序”菜单运行ZEMAX，熟悉ZEMAX的初始用户界面，如下图所示：图1.1ZEMAX用户界面 2．浏览各个菜单项的内容，熟悉各常用功能、操作所在菜单，了解各常用菜单的作用。 3. 熟悉使用各个常用的快捷按钮。

4．学会从主菜单的编辑菜单下调出各种常见编辑窗口（镜头数据编辑、优化函数、多重数据结构）。 5．调用ZEMAX 自带的例子（例如根目录下samples\tutorial\tutorial zoom2.zmx 文件），学会打开常用的分析功能项：草图（2D 草图、3D 草图、渲染模型等）、特性曲线（像差曲线、光程差曲线）、点列图、调制传递函数等，学会由这些图进行简单的成像质量分析。 6．从主菜单中调用优化工具，简单掌握优化工具界面中的参量。 7．掌握镜头数据编辑（LDE ）窗口的作用以及窗口中各个行列代表的意思。 8．从主菜单-报告下形成各种形式的报告。 9．通过主菜单-帮助下的操作手册调用帮助文件，学会查找相关帮助信息。（二）仿真光路图根据已拟好的设计草图，在ZEMAX 中实现光路仿真，包括光路系统整体设置、创建光学元件、透镜（组），元件间大致间距等。 1.光路系统的整体设置，包括此光学系统所适用的波长、入瞳直径、视场等，在主菜单-系统里有相应的各个设置。 2.创建光学元件、透镜（组），就是将设计草图中的各种光学元件用ZEMAX 的方式去仿真实现。ZEMAX 仿真的基本元素是面和面间距，仿真创建各种元件基本都以具体设置每个面和面间距的参数来实现。（1）面：面的基本参数包括面型（Surf:type ）、曲率半径(Radius)、厚度(Thickness)、材料（玻璃）(Glass)，半口径(Semi-Diameter)等，每一个面对应于LDE 窗口里的一个行，每一个参数对应LDE 窗口里的一列，如下图： ZEMAX 的默认面型是透明标准（Standard ）球面，曲率半径和半口径为无穷（Infinity ）。面的厚度和材料的定义都是以指定面起向后算到下一个面之间的这一段的厚度和材料。（2）面间距：指的是该面在光轴上的交点到下一个面在光轴上的交点之间的距离，向右为正，向左为负。常用于标识透镜厚度、元件与元件的间距等。例如：一个透镜的厚度，可以用透镜的前表面的面厚度值Thickness 来完成仿真；前一个元件与后一个元件的间距，可以用前一个元件的后表面到后一个元件的前表面之间的面间距来完成仿真。 3.根据设计要求和设计草图，估算各个元件之间的大致间距，通过面间距的设置，实现整个光学系统的初步仿真。 4.仿真一个轴上点光源（m μλ587.0=）在物距为u=30mm 时，由焦距为20mm ，材料为BK7，口径为10mm 的单正透镜成像的光路。四．报告要求： 1. 打开安装目录下的samples\tutorial\tutorial zoom 2.zmx 文件，生成其2D 图、渲染（转角）、像差特征曲线、OPD 曲线、曲面数据报告（第7面）和图解报告4。截屏后打印出来。 2. 试在打印出来的2D 图上标出各个面的位置以及相应面厚度值的具体指向（方向、

自由曲面照明透镜的应用研究_江程

文章编号:042727104(2010)0120081207 收稿日期:2009205231 基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2006AA03A166) 作者简介:江　程(1984— ),男,硕士研究生;刘木清,男,教授,通讯联系人,E 2mail :mqliu @https://www.360docs.net/doc/f25416832.html,.自由曲面照明透镜的应用研究江　程,江　磊,陈郁阳,刘木清 (复旦大学电光源研究所,上海200433) 摘　要:根据已知光辐射分布特性的光源,通过设计合适的配光透镜,形成目标观察面上特定的照度分布或空间的光强分布,比如说形成照度均匀的矩形光斑.依据最基本的光学定律和能量守恒定理,提出了一种新颖的照明透镜设计方法.该方法在确定了能量映射方式和单面自由曲面透镜的初始结构后,由矢量形式的折射定律和光通量守恒定律,建立光源的光线、最终出射光线及入射点的法向矢量的关系方程组,进而得到此方程组的数值解,并通过CAD 软件的逆向工程建模即得到设计的透镜.介绍了此方法的多个实例.由于半导体光源L ED 体积小,可近似看成点光源,非常有利于使用自由曲面法进行二次光学设计. 关键词:照明透镜;自由曲面;点光源;辐射对应;网格对应中图分类号:TU 113文献标志码:A 传统的灯具设计一般在抛物面、椭球面等二次圆锥曲面上进行反射加透射结构的光学设计,来达到希望的光强分布.然而仅使用上述规则曲面往往并不能一下子达到设计目标,一般要通过试错法,对这样规则曲面的初始面形反射器进行一定的改动与细心的调整,反复优化,这种设计方法的时间周期长,且不一定奏效. 现在介绍一种比较新颖和热门的设计方法———自由曲面法,在知道光源本身的光强分布和目标平面的照度分布情况下,能够一气呵成的设计出所需的反射器或透镜,有利于提高设计灯具的效率.自由曲面非对称、不规则、难以用统一的方程式来描述.在照明光学系统中,它不仅能够自由分配光强,也可以控制光线角度、光程差等物理量.在照明系统中恰当的使用自由曲面能够优化照明系统的结构,减小系统的体积大小,提升照明效果,提高光能利用率,能够丰富照明设计的手段. 针对自由曲面的光学设计目前主要有H.Ries 的Tailoring 法[122],P.Benitez 的SMS (simultaneous multiple surface )法[3],V.Oliker 的变分法[425]以及W.Parkyn 的划分网格法[627]等.上述方法都比较复杂,最终都是把照明问题转换成对二阶非线性Monge 2Ampere 方程组的数值求解.比如就Tailoring 法而言,就有折射率方程、曲率方程、照度方程、积分条件及边界条件等5个矢量方程组,建模的过程采用了微分几何,方程的求解过程对数学要求也很高.而国内针对自由曲面非成像透镜也有单位在研究,各自的侧重点不同.浙江大学针对投影照明的应用而先后研究了反射式、透射式的自由曲面光学设计[829],清华大学则提出了表面非连续的自由曲面透镜的设计有利于控制大角度光线的精确度[10],另外香港理工大学的研究主要是针对道路照明应用的L ED 光源的二次光学设计[11]. 本文根据照明的光学设计的实际应用,依据最基本的光学定律和能量守恒定理,提出了一种新颖的照明透镜设计方法,简化了单面自由曲面的照明透镜的设计,具体针对L ED 点光源介绍了几种可行的透镜结构和能量对应关系,并以形成矩形光斑为例,研制出了多种不同形式自由曲面照明透镜.1　设计方法与步骤 1.1　确定单面自由曲面照明透镜的初始结构目前能同时设计透镜的内外两表面均为自由曲面的只有P.Benitez 的SMS 法,本文要介绍的只是单面自由曲面的透镜,因此就有必须设定透镜某表面采用简单形式的曲面,而对另一表面加以设计.常用的第49卷　第1期2010年2月复旦学报(自然科学版)Journal of Fudan University (Natural Science )Vol.49No.1Feb.2010

哈工大光机系统设计双胶合透镜实验报告

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 实验报告课程名称：光机系统设计实验名称：双胶合消色差物镜设计院系：电气及自动化与控制系班级：姓名：学号：哈尔滨工业大学

1，实验目的设计一个双胶合消色差透镜，并绘制图形，熟悉应用光学、机械学等相关知识，掌握光机系统设计的流程。 2. 结构特性分析双胶合消色差物镜光学性能要求: 1) f / 6，焦距540mm ； 2) 视场角1.5°； 3) 镜片材料选择BAK1 和BK7； 4) 20 线对/mm 处MTF>0.4； 5) 工作波长：可见光 3. 初始结构设计当物体处于无穷远时，P ∞=W ∞=0（孔径角消失），设计消色差系数C=0。透镜的光焦度分配公式： )v 1 -v 1/(1-2 121）（v c =ψ 12-1ψ=ψ 通过应用光学相关知识，算的双胶合透镜的曲率半径依次为： R 1 =345.231 R 2 =-240.89 R 3 =-1003.25 两个透镜的初始厚度设计各为7mm ，透镜组到成像面的距离设计为近轴光线，由ZEMAX 计算出相应厚度调整值。图1 双胶合透镜出结构设计

图 2 所示，视场90mm；如图 3 所示，视场角设定为1.5°，图 4 所示，入射光线为可见光；如所示为初始透镜结构图。图2 设定视场图3 设置光场图4 设定入射光

4. 系统优化设计焦距值为540mm,设定默认优化函数EFFL target 为540，权重为1，选择透镜的三个曲率半径以及相应的厚度作为优化参数，优化结果如图 5所示。图5 优化结果参数 5. 像质分析由图6所示，优化后最大的波像差大约为4个波长，尚未达到衍射极限，应为焦平面上的彗差影响所致；同时可见这个透镜相对与可见光的低阶色差比较小，满足设计要求。图8优化后光线追迹曲线如图 6所示，优化后存在彗差，由图中度数可得艾里斑半径为8.595μm，

路灯透镜设计

路灯透镜设计 ID:七庙 2012.3.1

目录一．前言 (1) 二．道路基础分析 (2) 2.1道路基础概念及分类 (2) 2.2道路的横截面与照明 (2) 2.3道路的纵向照明 (3) 2.4纵向配光曲线 (4) 2.5横向配光曲线 (4) 三．条件设定 (5) 3.1道路的设定 (5) 3.2灯杆及排布设定 (6) 3.3达标要求 (6) 四．光的设定与分析 (6) 4.1设计的基础理念 (6) 4.2控光区域的划分计算 (7) 4.3虚拟光型的建立 (8) 五．光源的设定 (9) 5.1光源文件的建立与分析 (9) 5.2灯珠设定与外形分析 (9) 5.3介质内临界度分析 (10) 5.4基于Tracepro的常规数据分析 (11) 5.5常规分析的汇总 (12) 5.6虚拟积分球-环带光通量 (13) 5.7环带光通量的分析 (14) 六.透镜设计方法 (14) 6.1折射定律的推导 (14) 6.2光学系统 (15) 6.3建模编程 (16) 七．设计初步结果 (18) 7.1设计稿简介 (18) 7.2光形分析 (20) 7.3光透射率模拟 (21) 八．环境内模拟与计算 (21) 8.1模拟环境的回顾 (21) 8.2环境构建与模拟说明 (21) 8.3照明结果 (23) 九．矩阵计算照明 (24)

一．前言本文覆盖两大部分内容：1.道路照明相关介绍与技术常识，2.LED路灯透镜设计等相关内容。两大部分紧密相连互相依存。透镜设计的前期工作是明确透镜设计的面向对象。不同的道路情况适用于不同的透镜，单纯的利用一款光型的透镜设计的灯具很难满足不同特点道路的要求。例如，C0-180°发光角度较小的灯具往往不适用于较为宽阔的路面，而发光角度较大的灯具应用在支路则会产生光资源的浪费。另外前期在工作中可以针对的道路可以进行分类，比如：较为宽阔的路面、中等宽度路面、窄路面等等，这些都可以根据公司产品情况进行自己设定。然后根据自己的分类进行数据分析，得到数据的范围根据范围进行编程及建模。另一个重要步骤就是光源文件的分析，甚至光源文件的数据建立。对光源的理解程度在设计之处就决定了是否可以产生优秀的设计作品。设计的中期牵涉到主要问题是数据模型的不断修正、校验，而后期则大部分时间在于透镜的校验模拟和余量及开模的评估等。一款完美的路灯透镜所带来的各种影响较为深远且使用期限可以达到三年甚至更久。所以LED路灯透镜的设计是LED光学设计里难度最大、最为严谨的的工作。关于设计的方法，目前国内许多透镜设计师的主要设计领域集中于par灯及各类小型灯具光学器件，真正独立制作LED路灯透镜实际不多，而路灯透镜的设计难度远高于小型灯具透镜，因此设计的方式和方法长久以来鲜有人知晓。以作者本人来看，任何透镜的设计方法与流派都需要以设计师本身的实际情况为基础。有人通过大量的运算进行设计：如国内著名的丁毅博士等人若干年前曾经进行大量曲面运算试图求得完美的路灯透镜，也有人从基础光路分析进行设计，还有人通过辐射能的分布进行透镜设计等等，总之一句话，找到最适合自己的设计方式及设计软件，摸索到一条最适合自己的设计套路才是最好的方式。本人在这篇文章撰写的同时设计了一款基于实际光源的LED透镜草稿，采用了目前最为主流的配光方式作为范本，本文以这个透镜的设计为主线路引领大家纵观整个设计的流程。但由于时间紧迫这款透镜仍旧不够完美，希望大家可以将其改善。

灯光设计案例

照明案例分析学号：31110092 姓名：南露策班级：环艺1103

设计单位：光环境设计研究所项目负责人：荣浩磊参与人员：荣浩磊，李丽，吴威，马烨项目背景中国国家博物馆（National Museum of China）位于北京市中心天安门广场东侧，东长安街南侧，与人民大会堂东西相对称，是一座系统展示中华民族文化历史的综合性博物馆，也是世界上最大的博物馆之一。国博藏品数量为100余万件，集收藏、研究、展览于一体。

设计单位：光环境设计研究所项目负责人：荣浩磊参与人员：荣浩磊，李丽，吴威，马烨照明设计理念国家博物馆位于天安门广场，毗邻故宫和人民大会堂。建筑照明不仅要展现整体建筑流畅的夜间景观,又要体现建筑的个体风格.建筑照明设计的整体亮度、色彩及控制模式遵从长安街区域照明专项规划的内容要求. 为避免照明使建筑变得过于单一、呆板. 塑造建筑照明层次，构建建筑的光形几何，尤为关键。作为国家博物馆的重要建筑元素，建筑两端转角立柱与蒙古包为重要的照明塑造的几何面，中间连接幕墙面以次等级亮度的泛光形式洗亮，这样分化出整个建筑大的光度层级；新馆与老馆的顶部飞檐上设置的照明，强调建筑纵向光度层级和局部建筑细节的特征描写；各出入口处的内廊照明则是增加建筑光度层次新的元素；西面主入口的徽章照明起到画龙点睛的作用，突出建筑中心元素。

设计单位：光环境设计研究所项目负责人：荣浩磊参与人员：荣浩磊，李丽，吴威，马烨博物馆照明类型分析

照明设计分析 ·利用漫反射营造出很好的氛围，暖色灯光和窗户外打进的冷色自然光形成对比。在白色墙体为主的情况下，形成一种博物馆庄重的感觉。 ·灯光照明与建筑结构相结合，发光顶棚均匀的镶嵌在吊顶的固定位置，使得照明均匀一致，任何地方都光线充足。设计单位：光环境设计研究所项目负责人：荣浩磊参与人员：荣浩磊，李丽，吴威，马烨漫射照明直接照明自然光

(完整版)服装专卖店灯光设计案例分析

服装专卖店灯光设计案例分析随着终端营销系统的不断深入和发展，卖场设计越来越成为各个世界知名品牌的重头戏，国内的服饰品牌也紧跟其潮流，而超大卖场的空间设计成为展示品牌个性的最佳方式。超大卖场或专卖店其本身就是市场调查部门，是企业产品设计、营销规划、管理销售网络的指南。卖场产品的陈列艺术不亚于产品本身，正因为其超大卖场的重要性，它不只是展示产品的空间，更是时尚生活的一种理念。许多世界知名品牌将注意力集中在先锋派建筑设计理念上，聘请一些著名设计事务所(比如荷兰的OMA)用更现代和创新的方式去诠释当代购物理念。一些国际先锋品牌在卖场利用高科技在“视觉”、“听觉”、“味觉”、“触觉”上不断地创新和扩展终端营销系统的边界。在卖场营销中，灯光设计的采用就像货架陈列一样，是卖场中的一部分，甚至在大型的旗舰店中起着举足轻重的作用。如ARMANI、GUCCI、KENZO、LOEWE、BOSS 等国际知名品牌的设计师在灯光设计上更是做足了文章，利用大量的戏剧化的灯光设计创造了许多难以置信的卖场氛围。根据照明的要求，我们要突出某个展示物品就必须为该物品设置重点照明，通过照度大小来强调其展示程度意义，除了照度以外，我们还需要考虑主观亮度（照度高，我们客户所见到的展示物品不一定亮，客户所见到的亮度的大小与展示物品本身材料和背景环境亮度都有很大关系），主观亮度对比，通常比客观照度对比要低。值得注意的是，我们通常可以通过降低普通照明而不是提高重

点照明来达到照度比，这种方法是最为有效的。在开架式服务的自主商店里（大众化卖场），就很难营造出戏剧化的照明效果出来，因为其普通照度值太高。无论是大众卖场还是专卖店在使用重点照明时，我们不能一味的只追求重点照明的亮度。通过提高重点照明来表现自己商品的展示效果，经实验证明这并不是一种很好的途径。当需要显示出物体的真实颜色时，发光体的光谱分布最为关键，产生肯定适用于皮革、纺织品的情况。许多设计师喜欢在同一处采用了各种不同类型的光源，其实在大多数情况下，我们都应该注意颜色性能特点的互相补充，如对颜色一致性要求较高，则应该避免混合使用不同的光源。在卖场的灯光设计中，对于卖场的整体灯光设计，考虑最多的是灯光的冷暖心理效应。从温度和季节的变化来考虑，在炎热的夏天，顾客对色彩的需求偏向于冷色调。而在寒冷的冬天，顾客对色彩的需求更倾向于暖色调的，给人以温暖感。而生产的其它心理效应，比如轻与重，华丽与朴实，一般的顾客很少能够感受到(与卖场的市场定位也有关系，一般定位比较高的对灯光的要求也比较高)视觉色彩的冷暖感受，是由于人们的心理联想而产生的。特别是在当季的气候、温度以及节庆促销等因素的影响下，对灯光的色彩冷暖的强调和偏向就更加明显了. 商业空间的灯光配置一般分为三种，基础照明、重点照明和装饰照明，在服饰商品的零售空间领域里也不例外。无论是展示设计师还是照明设计师首先要明白，什么样的品牌做什么样的灯光设计，设计得是否成功取决于顾客在进入卖场后能不能产生联想。品牌理念和卖场主题是整个系统的中心，其它程序设置必须围绕着中心，所以在进行灯光设计时，必须与品牌的理念和卖场主题相适合。为了分析得更清楚，让我们用以下三种时装和饰品店为例： 1.高级品牌专卖店相对较低的基本照度（300LUX），暖色调（2500-3000K）和很好的显色性（Ra>90）。使用许多装饰性射灯营造戏剧性效果（AF 15-30:1），以吸引消费者对最新流行时尚的注意，并配合专卖店的氛围。 2.普通时装店平均照度为（300-500 LUX），自然色调（3000-3500K）和很好的显色性

CAD 实验讲义南开大学光学实验

实验一、光学CAD实验 1、利用光学软件作CAD的初步训练一、实验目的通过对OSLO软件的了解和使用，了解OSLO软件的基本功能并初步掌握模拟、分析和设计光学系统的基本方法，为较专门、高级的光学CAD实验打下基础。二、实验内容 1、熟悉OSLO光学软件。 2、建立光学系统的数据。 3、计算光学系统的像差，分析光学系统的性能[3-5]。 4、研究单透镜的光学和结构参数与像差的关系[3-5]。 5、对简单透镜做优化设计。三、实验方法与步骤 1 光学系统数据的输入图1 1 帮助 9 成像分析 17 点扩散函数分析 2 表面数据表格 10 用缺省光线画平面透镜 3 总的操作条件表格 11 画立体透镜 4 高斯束表格 12 光线像差分析 5 表面容差数据表格 13 波前像差分析 6 表面数据 14 MTF分析 7 傍轴常数 15 MTF通过焦点分析 8 光线轨迹分析 16 点列图首先运行《OSLO LT》进入它的主窗口，打开“File”，选“New”，则出现一个子窗口，如图2所示。选“Custom lens”，并填写表面数，然后“√”，便出现“重建透镜数据表格”。当发现表面数目不够或多余时，可用鼠标点按表面序号，以便编辑插入新表面或删除多余表面。字母串“OBJ”，“AST”，“IMS”分别表示物、光阑和像表面。利用此方法可在物面和像面之间建立你要研究的光学系统所需要的表面数目。但应注意，该软件所容许的系统最多不能超过10个表面。比如，要研究一个单透镜，它具有两个表面，所以在物像表面之间至少应包含两个表面。

图2 建起光学系统数据表格（如图3反示出物面和镜面）之后，即可按你所准备好的数据按位置填好。其中包括曲率半径（Radius）、厚度（Thickness）、界面之间的介质参数（Glass）、入射光束半孔径、视场和工作波长（以μ为单位）。对于某些特殊表面（比如非球面、衍射光栅面、全息图表面等）还应在special一列填写相应的参量数据。图3 需要说明的是，物面到系统第一面的距离（即物面一行中的厚度）为物距l的绝对值，即d0=?l?，当其为无穷时（用数值1.0000e+20表示），入射光束孔径用“Entrance beam radius”表示，以mm为单位，而视场用半Field angle表示，以度为单位。当d0≠∞时，则入射光束孔径习惯用物空间数值孔径表示，而视场用物高（单位mm）表示。玻璃的填写可通过选项，比如从玻璃库中选玻璃牌号，或者用模拟光学玻璃数值（n，ν）。对于反射面，直接选reflect。系统最后一面到像面之间的距离称为像距，有时它可表示系统的工作距离，该数据也必须正确填写，方法有二：一是在此厚度后面的方块处单击，然后在出现的托拉菜单中选“Solves”，“Axial ray height＝0”；二是在主屏上选“display the paraxial constant”（见图1中由数字7标注的图标），从计算的数据中选取“Gaussian image distance”的值填入。在透镜数据子屏上，点按“Draw”后边的“on”，即出现目前系统的结构图。如图4所示为一双胶合透镜。如果在开始的“File”，“New”之后，选“Catalog lens”，“ok”，则出现“Update surface data”和透镜库的两个子窗口。在透镜库子屏上（见图5），通过选取不同透镜种类“singlets”，

【CN209325690U】一种透镜及光源模组及照明灯具【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920343656.1 (22)申请日 2019.03.18 (73)专利权人欧普照明股份有限公司地址 201203 上海市浦东新区龙东大道 6111号1幢411室专利权人苏州欧普照明有限公司 (72)发明人黄俊晖　 (74)专利代理机构北京国昊天诚知识产权代理有限公司 11315 代理人施敬勃　南霆 (51)Int.Cl. F21V 5/04(2006.01) (54)实用新型名称一种透镜及光源模组及照明灯具 (57)摘要本申请公开了一种透镜及光源模组及照明灯具，透镜包括透镜本体，包括相对的第一端、第二端和由第一端延伸至第二端的外侧壁；入光部，位于第一端，包括环绕透镜本体轴线的入光面，入光面自第一端向第二端延伸且设有混光结构，将照明灯具的光源发出的光射向外侧壁；以及出光部，包括位于第二端的出光面，出光面配置为光面且接收来自外侧壁的光。以能够利用透镜高度来形成足够的防眩角度，减少因增加混光结构而使照明灯具产生眩光的问题。权利要求书1页说明书4页附图7页CN 209325690 U 2019.08.30 C N 209325690 U

权　利　要　求　书1/1页CN 209325690 U 1.一种用于照明灯具的透镜，其特征在于，包括：透镜本体，包括相对的第一端、第二端和由所述第一端延伸至所述第二端的外侧壁；入光部，位于所述第一端，包括环绕所述透镜本体轴线的入光面，所述入光面自所述第一端向所述第二端延伸且设有混光结构，将所述照明灯具的光源发出的光射向所述外侧壁；以及出光部，包括位于所述第二端的出光面，所述出光面配置为光面且接收来自所述外侧壁的光。 2.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于，所述入光面由远离所述透镜本体轴线的母线绕所述透镜本体轴线旋转而成。 3.根据权利要求2所述的透镜，其特征在于，由所述第一端至所述第二端，所述母线逐渐朝向所述透镜本体轴线倾斜。 4.根据权利要求2所述的透镜，其特征在于，所述母线为直线形或弧线形或自由曲线形。 5.根据权利要求2所述的透镜，其特征在于，所述入光部还包括与所述入光面顶端连接的反射凸起，所述反射凸起位于由所述入光面围成的凹槽中且沿所述透镜本体轴线延伸，所述反射凸起将所述光源发出的光射向所述入光面，其中所述入光面顶端为远离所述第一端的一端。 6.根据权利要求5所述的透镜，其特征在于，所述反射凸起呈锥状，靠近所述入光面的顶端，所述反射凸起的直径较大。 7.根据权利要求1-6中任一项所述的透镜，其特征在于，所述出光面朝向所述透镜本体内部内凹。 8.根据权利要求7所述的透镜，其特征在于，所述出光面包括位于中部的平面部分和位于外侧的弧面部分，其中，所述平面部分由垂直于所述透镜本体轴线的直线绕所述透镜本体轴线旋转而成，所述弧面部分由与所述直线连接的弧线绕所述透镜本体轴线旋转而成。 9.根据权利要求1-6中任一项所述的透镜，其特征在于，所述混光结构为蚀纹结构、凸起结构或凹球面结构。 10.一种光源模组，其特征在于，包括基板、设置在所述基板上的透镜和设置在所述基板上且位于所述透镜第一端的光源，其中所述透镜为权利要求1-9中任一项所述的透镜。 11.一种照明灯具，其特征在于，包括灯体、设置在所述灯体上的基板、设置在所述基板上的透镜和设置在所述基板上且位于所述透镜第一端的光源，其中所述透镜为权利要求1-9中任一项所述的透镜。 2