LED准直照明的自由曲面透镜设计

LED准直照明的自由曲面透镜设计

Jin-Jia Chen, Te-Yuan Wang, Kuang-Lung Huang, Te-Shu Liu, Ming-Da Tsai, and Chin-Tang Lin

1、电气工程学院国立彰化师范大学系，士达路，彰化50074，台湾

2、光电与能源工程，明道大学，369文华路，Peetow，彰化52345，台湾

* jjchen@https://www.sodocs.net/doc/132809543.html,.tw

摘要：我们提出一个简单的镜头自由曲面设计方法应用到LED照明的准直。该方法是从

基本的几何光学分析及施工方法得出。通过使用这种方法，一个高度准直透镜与为 1.0mm ×1.0毫米LED芯片的尺寸和86.5％下的±5度的视角的光学模拟的效率构成。为了验证该透镜的实用性能，准直透镜的原型也制成，并且90.3％具有4.75度的射束角的光学效率被测量。

?2012美国光学学会

OCIS代码：（220.2740）几何光学设计; （220.4298）非成像光学系统; （220.2945）照明设计; （230.3670）发光二极管。

参考文献

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1.简介

在最近几年，由于LED光源的一般的照明应用中，例如LED灯泡，射灯，路灯，汽车大灯，等，许多灯制造商和设计者已经提出了各种LED发光技术的迅速增长。LED灯具一般和专门设计重定向光线，以产生一特定的分布，和许多方法瞄准该目标与采用标准圆锥或球面光学表面。然而，当高光学性能或紧凑体积是需要的，LED灯具的设计应具有不规则或自由曲面。因此，许多freeformsurface设计方法[1-7]已经提出了在过去的十年。然而，大多数的方法[1，3-5，7]转换的设计问题成适合组微分方程通过光源与目标之间的映射，因此需要解决溶液数值。其他方法[2,6]，虽然不是使用映射的方法，有复杂的数学推导和操作，甚至需要进一步优化。

由于担心准直透镜，其中有许多通用的应用程序，聚光灯，手电筒，汽车大灯，和LCD 投影机光，传统的方法[8-9]采取多种圆锥形或非球面光学元件，实现了镜头。然而，它的体积是大的，并且光线不能被有效地利用。此外，组成元素需要精确的定位，以获得良好的性能。由于自由全内反射（TIR）结构混凝土的所有元素成一个整体，实现高性能与小巧的体积，因此，它最近吸引了很多有趣的应用[10-12]。

在本文中，我们提出了一个方法，它是由一个基本的简单geometric-光学分析及施工方法得出，构建自由曲面，而无需使用复杂的推导。虽然这种方法已被用来设计一个TIR准直透镜[11]，该方法的详细，完整的轮廓给出在本文中，以及应用到一种新颖的紧凑LED 准直透镜与椭圆形和不规则形状轮廓也给出。除了模拟结果，原型也由切实核实透镜的性能。如在[11]所述TIR透镜相比，在本文中的准直透镜具有更好的光学效率和更小的光斑尺寸下相同的透镜的尺寸。此外，本文中的透镜更容易制造比在[11]由于存在于后者锐角。

2.提议的方法

所提出的自由曲面设计方法由两个过程组成，几何光学分析和自由表面结构。几何光学分析的目的是要找到的切线向量，它是用来计算上的自由曲面的光学表面相关联的反射或折射点。一旦在每一个反射或折射点的切线矢量计算，表面的二维（2D）的轮廓可以以下在2.2节中给出的程序来构建。最后，通过围绕轴的二维轮廓旋转而获得的三维（3D）自由曲面。详细的分析和施工过程中所描绘的遵循。

2.1几何光学分析

光学表面通常被分类成反射和折射表面，因此，相关的几何光学分析用于反射和折射表面将给出分别。

2.1.1分析所述反射表面

反射表面可以的入射光线的方向移动到一个特定的方向或点基于反射法。基本几何光学关系为一个反射表面移的光线从光源发射到特定方向θ'p是描绘在图1（a），其中P是在表面上的任意点和angleθp手段入射光线与x轴的方向。假设事件和反射角度为θi和θR，分别;然后，从图图1（a）中，在点P处的交叉角的切线向量θT可以表示为

另外，从图1（a），我们得到下面的关系：

根据反射定律，入射angleθi必须等于反射angleθr，因此，我们有

将公式（3）代入式（1），我们得到

从式。（4），如果θPandθ'p是已知的，交叉角度θT就可以解决，并且切线斜率和向量在点P可以由下式给出

和

在其他情况下，当入射光线被反射表面重定向到特定点F，如图所示。图1（b），P点的切线斜率由方程（5）给出，而角度θ的'p由下式给出

因为F点被初始给定和点P从2D-轮廓施工2.2节中找到;因此，FQ，PQ，从而在点P 的切线斜率可以计算出来。

图1.几何光学关系的任意反射面。（a）对于一表面反射光线到一个特定的方向。

（b）对于一表面聚焦光线到一个特定的点。

2.1.2分析折射面

同样，折射sureface可以的入射光线的方向移动到一个特定的方向或基于斯涅尔定律的一个点。基本几何光学关系为一个折射面移动的光线从一个光源发射到特定directionθ'p 描绘在图图2（a）。承担这一事件，折射角度是θi和θT，分别;然后从图。图2（a）中，折射角度可表示为

此外，从该图中我们可以得到下列关系式：

因为点P是折射点，从而θi和θT必须满足斯涅尔定律，即

在公式（10）中，n1和n2是图1中两个介质的折射率。2.代入公式。（8）和（9）代入式。（10），并重新排列所得的方程，我们得到的交点的切线向量t的角度在点P作为

切线斜率和向量在点P也可以被表示为

和

在其他情况下，当光线从光源发出重定向到由折射面上的特定点F，如图所示。图2（b），P点的切线斜率由方程（12）也给出，而角θ'p由下式给出

图2.几何光学关系对任意折射面。（a）对于一个表面折射光线到一个特定的方向。

（b）对于一表面聚焦光线到一个特定的点。

2.2自由曲面建设

根据先前的几何光学分析中，我们可以使用下面的过程，该过程示于图。3，找一个自由曲面的每个反射或折射点，以便其2D轮廓可以构造一步一步来。图3示出了从一个lightsource发射并且由一个自由形式反射表面重定向到平行的方向规定为光轴的光线。如图。标有I0，I1，I2和I3支架用于任意给定的光线，这是从所述光源S排出，然后打在反射表面处的P0，P1，P2和P3，分别分3，红线。点P0是2D轮廓的初始点，并且由设计者根据想要的表面尺寸给出。蓝色虚线T0，T1和T2，它们被用于构建二维轮廓，静置在点P0，P1和P2的切线向量。

图3.二维轮廓建设一个自由反射面

构建二维轮廓的步骤表示为在如下。首先，给初始点P0和使用公式。（5）找到的切线矢量T 0在点P0，其中θ'p被指定为2π为通过表面平行于光轴的方向反射的入射光线I0。接着，找到点P1，位于在交叉路口的入射光线i1和切向矢量T 0的点。接下来，用公式。（5）再次找到在点P1的切线矢量T 1。然后找到点P2，其位于交叉处的入射光线的点I2和切向矢量T 1。重复上述过程，直到所有的P点被发现，并且自由表面的整个二维轮廓可以与CAD软件程序的帮助下，将所得的P-点来构建。然而，保留了斜坡在每个点处，任何两个连续的P-点之间的轮廓应使用基于高次多项式[13]或B样条函数[14]一个内插的方法来构造。

为了说明，第三多项式由下式给出

如果点和中Pn和P（n + 1个）的坐标由下式给出，那么我们有以下关系：

和

通过同时求解方程（15）和（16）得到的a，b，c和d的值，点P n与P间的轮廓第（n +1）因此，通过给予。一旦获得了二维轮廓，所述三维轴对称的自由曲面，因此可以由2D轮廓关于光轴旋转确立。

3.应用程序构建一个紧凑的准直透镜

为了说明本方法的应用中，我们使用它来构造一个紧凑LED准直透镜。两者在施工过程和计算机模拟的镜头都在以下小节说明的细节。

3.1施工镜头

所提出的紧凑型准直透镜的2D情节勾勒图。4，因为所述的轴对称结构，其中只有一半的镜头被勾勒。如图。4，该透镜包括五个反射/折射表面，分别标有带圈的数目。表面1是球面折射面，面2是椭圆反射面，和其他三个表面是折射表面与自由曲面轮廓。此外，光源S位于在椭圆表面2的第一焦点，和点F是其辅助焦点。为方便解释为每个表面上的功能，我们进行分类从源极S发射的三组的光线，并且每个组的光线的光学特性在以下表示： 1）第1组与θa的的扩展角度的光线将通过球面1首先进入准直透镜的第一区，然后再

被反射由椭圆面2的点F。虽然到达F点之前，他们将达到自由曲面5首先，并转移到平行光轴。

2）第2组的光线与θb的的一个扩展角将首先通过表面1进入准直透镜的区域2。然后它们被折射由自由曲面3平行于光轴。

3）第3组与θC的扩展角度的光线将通过自由曲面4进入准直透镜的区域3，然后被聚焦到点F.虽然到达F点之前，他们将达到自由曲面5首先与引到平行于光轴。

因此，所有从光源S发射的光射线终于准直的通过镜头光轴。此外，所有的表面，包括用面1,2，可通过使用2.2节中所描述的方法构造。

图4.紧凑准直透镜的二维图

这五面的详细结构的过程中给出的情况如下：

1）首先，决定该入口孔的尺寸在透镜的左侧。换言之，得到面2的初始点。

2）然后，使用初始点来构造面2可集中光线在区域1的点F.

3）接着，构造球面1，并让其中心位于该光源S.因此，在进入该表面的光线不会被偏转。

4）接着，构建表面4与位于光轴其构造初始点（或顶点）的区域3聚焦光线的点F.

5）接着，构建表面5与它的结构初始点位于光轴通过表面传递时，使光线在区域1和区域3平行于光轴。该点的表面5尺寸应作出更大的可能是为了促进光学效率，但不应该跨越2区和3区之间的边界;否则，一些光线在区域2将撞击表面5和遇到全内反射。

6）最后，构建表面3与表面5作为其结构的初始点的终点，使得光线在区2可通过该表面传递时成为平行于光轴。

每个组的光线传播角由θa的给出：θb的：θC= 56：10：24，这是由表面1和表面4并且还用面2和表面3的准直透镜的构成的二维轮廓的交点来确定示于图 5.绕光轴的轮廓，一个三维准直透镜，如图6实现。

图5. 二维准直透镜的轮廓

图6 .准直透镜的三维图

3.2计算机模拟

尽管紧凑准直透镜是基于一个理想点源构成，以验证它也是有效的一个实用的LED光源，一个TracePro的程序被用来跟踪从一个通过透镜的LED发射的百万光线。准直透镜的相关仿真参数列于表1中，并且光线轨迹示于图。7.为了清楚地看到的光线轨迹的偏差为从该点源的一个实用的LED芯片，这两种光线轨迹的LED芯片和点光源被执行，并且只有5000射线示出了，其中图。图7（a）是为1mm的×1毫米LED芯片和图的光线轨迹。7（b）是用于点光源的光线轨迹。从图。图7（a），可以看出，大部分从LED芯片发出的光线被透镜准直井;然而，少量的光线从平行于光轴的方向上偏离。这种现象可以归因于LED 的非理想点源。然而，图7（b）表示从点光源光线可以准直很好通过该透镜。同时，透镜的主光损失来自菲涅耳损耗和丙烯酸材料的吸收，而一些光损耗源于杂散光，如图所示。图7（a）。相关的照度地图和分配上的目标平面6-m的远也示于图。8，其示出了光点尺寸在6米远为约0.4微米。矩形坎德拉分布图示于图。9，其中显示了光束角为90.2％的总光效率约为5度（称为图8）。在计算机模拟中，参数，如材料，尺寸，以及透镜的形状，或LED 的光分布和芯片尺寸，显著影响透镜的光学性能，而LED芯片的影响尺寸是最显着。从而其上的光的利用效率和半视角效果作进一步的调查。仿真结果示于表2中，其中的光学效率表示在相对百分比。此外，光效率与对于半视角不同的LED芯片的尺寸也被绘制在图10.从模拟结果，可以看出，光的利用效率与LED芯片的尺寸减小。为1.0mm的×1.0毫米LED 芯片，光效率达到在±5度的视角86.5％。获得合理的光学效率，例如，内的5度半视场角的80％，在LED芯片的尺寸不应大于大于1.2mm×1.2毫米与30毫米孔径的透镜。

表1 准直透镜的参数

图7.源雷踪迹（a）LED光源及（b）一个点光源

图8.在距离6米的目标平面上的相关照度图形和分配

图9. 矩形坎德拉分布图

图2 不同LED芯片的光效率和半视角的尺寸

图10. 光效率与半视角

4.实际测量

为了验证该准直透镜的光学性能，在图的原型。11由;坎德拉分布和射束宽度与距离测量。两种测量进行下去使用LED光源与实测通量47.89流明和芯片尺寸低于1毫米×1毫米，测量结果示于图12和13。图12给出了测量的坎德拉分布图，图13给出相对于距离的光束宽度与照度（在光轴上）。测量结果表明，4.75度90.3％的总光效率的光束角（未在图12和13示出）和0.5μm的波束宽度在6米的距离被测量。两个数据非常接近的模拟结果在3.2节。

图11. 准直透镜的原型

图12. 测量枢机角强度分布

图13. 照度和射束的宽度与距离

五结论

基于基本的几何光学分析和施工方法的一个自由的镜片设计方法，该方法是描绘在本文详细。与文献中已有方法相比，该方法的衍生过程简单明了。此方法可用于设计各种室内/室外的LED灯具用于一般或特定照明应用。通过采用这种方法，一种新的和高度准直的LED 透镜30毫米的孔构造。计算机仿真结果表明，该镜头可在±5度的视角和1.0mm的×1.0毫米LED芯片实现了准直光束的光学效率高达86.5％。准直透镜的芯片尺寸依赖字符还研究。获得合理的光学效率，LED芯片尺寸不应大于大于1.2mm×1.2毫米与30毫米孔径的透镜。除了计算机模拟，在透镜的一个原型实际测量也进行。通过使用测量结果与芯片尺寸的LED小于1mm×1毫米证明获得4.75度90.3％的总光效率的光束角。

致谢

笔者想感谢国科会在台湾财政支持下，批准号：NSC100-2221-E-018-004这项研究。

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LED准直照明的自由曲面透镜设计

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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

泛光照明设计方案

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工程概况：张家堡地铁控制中心位于张家堡广场西南角，平面布置呈长方形，框架剪力墙结构，屋面采用钢架体系，地下两层，地上十三层，建筑高度约为56.15m。整个区域建筑面积共54980m2。建筑风格独特，结构和谐流畅，立面现代又富于变化，是西安的代表性建筑之一。 设计原则： 1、系统性原则：改变将照明设计局限于单个建筑或景观节点的做法，将设计项目与街道空间整体考虑，并以整个西安市夜景建筑的要求为指导，打造有主有次， 2、尊重载体原则：夜景照明的目的不是表现单独的光，更不是展示灯具，而是通过光表现被照物。我们反对为了照明而照明，而是通过灯光的取舍凸显建筑景观的亮点，进而展现照明载体的特点。 3、不破坏日景效果原则：照明设备尽量隐蔽；暴露在外的设备要选择尺度小的产品，并通过表面处理与建筑或景观融为一体；对于外露的壁灯，景观灯

等，灯具造型和尺度应与空间性格和谐统一。 4、节能性原则：在保证照明效果的前提下，提倡低碳照明；通过控光尽量减少溢散光；合理设置平日、周末和节庆照明的不同模式，以实现节能、环保。 5、安全性原则：在人们可接触位置安装的照明设备应使用低压、低温产品；在木结构上安装的照明设备应避免火灾隐患。具体如下： 1) 设计灯具内增加针对感应雷击及静电(ESD)的专用防护元器件，突波电流可最高达到800A(8/20μs)，在恶劣天气情况下，避免灯具给行人造成不安全因素。 2) 建筑外立面上灯具设计使用易装卸灯具，方便日后维修的快速拆装，确保施工人员的安全。 3) 配电箱内均设计配置漏电保护模块，高灵敏度的选择有效的人员及建筑本身的安全。 6、防眩光原则：根据多角度的视线分析推敲照明方式和投光方向，尽量减少直接眩光。 7、易维护原则：应选择使用寿命长的高质量产品；通过合理设置灯位和巧妙应用多种照明方式以避免设备被盗和被破坏。 8、新技术、新材料、新设备、新工艺优先选用原则： 1) 设计施工中广泛采用LED 新光源，LED新光源具有电压低，寿命长，稳定性好，适用性广，响应时间短等特点。 2) 灯具结构一体化的热通路设计，比一般结构设计增加散热面积80%，保证LED发光效率和使用寿命。 3) 灯具特殊腔体结构设计，将LED光源和驱动电器分成两个腔体，避免互相影响，可有效降低驱动电器的环境温度，进而延长使用寿命。 4) 平衡灯体内外压差的透气螺塞，避免因环境温差热胀冷缩而吸入水汽，从而产生凝结水珠的现象。 5) 设计灯具内增加针对感应雷击及静电(ESD)的专用防护元器件，突波电流可最高达到800A(8/20μs)。6) 全电压设计，100-240VAC±10%，电压起伏较大均能保证灯具的亮度和寿命。 7) 采用多色混光矫正技术，灯具呈现出来的光色更加真实。 8) LED全彩控制系统，该控制系统整合了计算机软件技术和单片机控制/

准直TIR透镜Tracepro实例

准直TIR透镜的TracePro模拟过程 说明：本例只讲解我用TP的模拟过程，不是TP的使用手册之类，讲解有误或不清楚的地方请见谅。本例不讲解透镜的设计方法，请不要追问如何设计透镜。 最后提一个要求：不喜勿喷。 作者：虫洞里的猫 准直TIR透镜，是指在原点的点光源经过透镜后光线能平行出射的透镜，但由于LED的发光面都是面光源，因此LED经过此透镜后不可能是平行光出射，但其出光角度会是最小值。 本实例以已设计好的准直TIR透镜为例，逐步演示TracePro的模拟过程。 1.插入3D文件 TracePro可以打开多种3D格式的文件，最方便的是直接插入零件，但此过程只能使用.SAT格式的文件，如下图的过程。

如果你的3D文件是其它格式，如STEP等，则可以用TracePro直接打开，具体过程为：文件-打开，在打开的对话框的下拉菜单中选择合适的格式。 2.设置光源 2.1 设置档案光源 2.1.1 方法一 设置光源可以有很多方式，但最直接也最准确的是使用光源文件，在TracePro中也称为档案光源，TracePro可用的档案光源主要有.DAT或.RAY格式的。此文件可以从LED厂家的官网上下载，本实例使用的LED为CREE公司的XLamp XP-E。如下图，XP-E Cool White Optical Source Model - TracePro (zip) (42 MB)是适合TracePro使用的光源文件，其网站地址为：https://www.sodocs.net/doc/132809543.html,/LED-Components-and-Modules/Products/XLamp/Discrete-Directional/XLa mp-XPE。

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。

天目湖泛光照明设计任务书样本

天目湖贵宾会馆重建项目 泛光照明设计任务书 1 工程概况 1.1 工程名称: 天目湖贵宾会馆重建项目 1.2 工程地址: 溧阳市天目湖旅游度假区环湖西路8号 1.3 建设单位: 西本新干线溧阳有限公司 1.4 地理位置 本工程位于溧阳市天目湖旅游度假区环湖西路南侧, 报恩禅寺东南角, 东南西三个方向邻天目湖区。 1.5 现场条件 本工程基地三面临湖, 北临环湖西路。本工程是西本新干线溧阳有限公司的重建项目, 原有天目湖贵宾会馆将拆除重建。 1.6 本工程泛光照明概算金额为963626元, 本次设计为限价设计, 限价金额为概算金额。 2 建设条件 2.1 规划设计条件 建设用地面积: 约7385.2平方米 规划用地性质: 综合 规划工程性质: 商业( 度假、培训) 建筑容积率: 0.7 建筑密度: 40% 建筑高度: 16米 绿地率: 23%

绿化面积: 红线内3065平方米,红线外3400平方米 建筑退让: 满足规划设计条件要求 建筑面积: 地上4818.13平方米, 地下4180平方米,湖心亭约120平方米 建筑层数: 地上2层, 地下1层 地震基本烈度: 7度 3 项目定位 ·低调、奢华、五星级酒店标准的高端度假会所 ·提供西本企业内部高层领导及VIP客户一个社交场所 ·西本乡村型交易中心 ·养生型度假酒店 ·接待中心 ·休养中心 ·西本中心 4 项目开发思路和价值设计 ·客户的体验性: 悠享心灵之旅回归本质, 过简单的生活, 全面的身心健康。从城市的重压中解脱出来, 重新回到自然的怀抱。 ·规则要点: 外融于自然湖岸, 内化于禅意空间。 5 设计依据 5.1 经甲方确认的设计院提供的项目相关资料及图纸; 5.2 本设计任务书; 5.3 工作过程中业主阶段性书面意见、传真件; 5.4 经业主确认的各类书面报告、会议纪要等;

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，

用ZEMAX设计简易LED准直镜

用ZEMAX设计简易LED准直镜 一. 初始解的构建 1. 为了简单采用此透镜由三部分构成: A. 全反射部分, B. 折射部分, C.切除部分(这一部分在设计时也可以不考虑,可以在设计完成后再加入) 图中光束分两个部分, 一部分为折射部分,另一部分为全反射部分, 可以看出,折射部分光束为三段,全反射部分光束分为四段,由于是平行光出射, 所以在优化时只要考虑第三段就可以了. 初始数据: 1) 几何体部分 TIR部分是一个非球面透镜,中间部分是一个标准透镜(有曲率和圆锥系数),切除部分是一个圆柱体; 注意中间的透镜部分的材料为空气,因为它相当于也是被切除掉的.

2) 光源部分 我们用SOURCE RAY做为光源, 这样可以NSRA来进行优化; 光源的生成与操作数的建立按如下的MACRO可以自动生成: steps=90 incr=90/steps #max angle is 90 degree pi = 4*ATAN(1) dr = pi/180 startobj=4 For i,0,steps,1 angle = i*incr oo=i+startobj InsertObject 1,oo SetNSCProperty 1,oo,0,0,"NSC_SRAY" # surface,object,code,face,value SetNSCProperty 1,oo,3,0,2 # source inside of object 2 SetNSCPosition 1,oo,4,angle SetNSCParameter 1,oo,1,1 #layout rays SetNSCParameter 1,oo,2,1 #analysis rays tar = 0 opr = i+1 InsertMFO opr setoperand opr, 11, "NSRA" setoperand opr, 3, oo # src# setoperand opr, 6, 3 # seg# setoperand opr, 9, 1 # weight setoperand opr, 7, 5 # y coordinate setoperand opr, 8, tar # tar Next update 我们每隔一度产生一条光线,最终的结果如下, 从图中可以看出,光线都不是平行的. 这里注意要调整参数保证所有光线都大概的按预期的方向会聚!!

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。

泛光照明施工方案(上传)

泛光照明施工方案 工程名称： 编制单位： 编制人： 审核人： 编制日期： 00

目录 一、工程概况........................................................................................... 二、编制依据........................................................................................... 三、编制说明........................................................................................... 四、施工总体部署和目标....................................................................... 1、施工阶段划分............................................................................. 2、施工组织步骤............................................................................. 3、施工安排..................................................................................... 4、施工前期准备............................................................................. 五、主要资源计划.................................................................................. 1、劳动力计划................................................................................ 2、施工机械及机具配备计划...................................................... 3、主要工程设备及材料.............................................................. 六、主要安装施工方案及技术措施...................................................... 1、配电箱、盘安装........................................................................ 2、二次回路接线............................................................................. 3、低压电器的安装.......................................................................... 4、钢管敷设...................................................................................... 5、管内穿绝缘导线.......................................................................... 6、电缆敷设..................................................................................... 7、灯具安装..................................................................................... 10、接地装置..................................................................................... 七、质量管理体系及质量管理措施...................................................... 1、质量管理体系............................................................................ 11

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

无锡x项目泛光照明设计任务书201806

xxxxxx研发中心室外泛光照明设计任务书 一、概述 1.xxxxx研发中心位于无锡市xxxxx内,北至xx,南至xx,西至xx,东至xxx。用地面积xxxx平米,建筑高度A楼xxxx米,C\B\D楼小于24米,总建筑面积约xx 万平方米,计入容积率的总建筑面积约xxxx万平方米,地下一层约xxxx万平米。幕墙面积约xxxxx平米。 2.项目定位 打造自用研发中心办公建筑。建立企业形象和企业文化的宣传平台,打造研发中心建筑类的精品,扩大公司品牌影响力,为企业创造长期的增值效益。 融入xxxx的企业使命和xxxxxx的企业愿景,凸显企业文化形象,体现企业稳健向上的发展趋势。 二、自然条件及技术特征(详见建筑施工图) 三、设计依据 1、设计文件 1)建设方提供的施工图及电子文件、及本设计任务书。 2)经地方政府批准的本工程效果图及电子文件。 2、现行的国家有关建筑设计规范、标准、规程: 《建筑物安装分项工程施工工艺规程》电气DBJ01-26-2003; 《建筑设计防火规范》(GB50016);

《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045)2005年版; 《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008; 《低压配电设计规范》(GB50054-95)2009年版; 《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94)2000年版; 《建筑物照明设计标准》(GB50034-2013); 建筑电气工程通用图籍92DG1、92DQ3、92DQ4、92DQ6; 《无锡市夜景照明管理办法》 《无锡市城市照明条例》 《城市夜景照明设计规范》(JGJ/T63-2008) 《城市照明管理规定》 《绿色照明检测及评价标准》 国家颁发的其它有关电气、管道施工规范规程。 本表所列之规范、标准、规程,包括其它未列明之规范、标准、规程者,如现行规范、标准、规程有最新版本,均应以最新版本为设计依据。 四、设计目标 1、项目基本定位:以研发、办公、实验等业态形式组合而形成的高档次智能化建筑,设计应融入xxx企业使命,充分展示xxxxxx这一基本思路,通过光的强弱变化和色彩组合,使建筑物在夜幕降临后淋漓尽致的表现出特有的风格。

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.sodocs.net/doc/132809543.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

泛光照明设计合同

泛光照明设计合同 委托人（全称）：（简称甲方） 承接人（全称）：（简称乙方） 一、总则 根据《中华人民共和国合同法》，甲、乙双方经过友好协商就御园一期泛光照明的设计事宜达成本合同条款，双方约定本合同从双方签字盖章之日起正式生效。 二、设计内容 御园一期泛光照明设计包含方案设计、施工图设计、设计图纸的审核和盖章。 三、设计成果 本工程涉及的所有泛光照明方案设计及施工图设计图纸。 四、设计依据 1、项目设计任务书（附本合同后） 2、《民用建筑电气设计规范》 (JGJ/T 16-1992) 相关标准 3、《低压配电设计规范》 (GB 50054-1995) 相关标准 4、《建筑照明设计标准》（GB 50034-2004）相关标准 5、《智能建筑设计标准》（GB/T 50314-2006）相关标准 6、国家现行法律、法规、规范和标准

五、设计要求 1、乙方应认真阅读设计任务书，了解甲方及相关建筑师、景观设计师的构思和意图，确定整体思想和重点表现内容； 2、设计深度应符合国家及现行的规范及规定。 3、施工期间，须指派专职专业工程师负责现场设计配合工作，直至工程施工结束止。 4、设计变更图纸应在施工之前完成，经甲方和施工方确认方可施工。设计变更图纸在现场工程师提出变更要求后两日内完成。 5、其他主要设计技术要求以甲方设计任务书要求为准。 6、施工图正式出图应盖有国家有关部门认可资质的建筑工程设计单位的出图专用章。 六、设计进度 总工期：天 方案阶段： 2014年月日至2014年月日 施工图阶段：2014年月日至2014年月日 七、设计收费及付款方式 1、设计费用： (1) 本工程设计费共计为人民币圆整（￥元）。 (2) 上述设计费中包方案设计费、施工图设计费、现场配合服务费、图纸局部修改费、国内税费、盖章出图费等相关费用，如施工图完成后由于乙方自身的原因造成设计不满足要求，需做重大修改，不另增加设计费用。如施工图完成并经甲方书面认可后由于甲方要求需做重大修改，则需另行商定施工图设计修改费用。 2、付款方式： (1) 本合同的收款人为。 (2) 合同签定以后在收到乙方发票后30个工作日内，甲方预付20%工程设

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。