基于扩展光源的曲面能量映射优化设计方法

黄丹; 冯奇斌; 唐天; 王梓; 彭友; 吴疆; 王科; 吕国强

doi:doi:10.3788/AOS201939.1222003

光学学报, 2019, 39 (12): 1222003, 网络出版: 2019-12-06

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Design Method for Surface Energy Mapping Optimization Based on Extended Light Source

黄丹 ^1,2冯奇斌 ²唐天 ^1,2王梓 ²彭友 ³吴疆 ³王科 ³吕国强 ^1,2,*

作者单位

¹ 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院, 安徽合肥 230009

² 特种显示技术国家工程实验室,现代显示技术省部共建国家重点实验室, 光电技术研究院, 安徽合肥 230009

³ 安徽芯瑞达科技股份有限公司,安徽合肥 230031

图 & 表

图 1. 自由曲面采样点能量映射原理图

Fig. 1. Schematic of energy mapping of free-form surface sampling points

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图 2. 目标面照度曲线分析

Fig. 2. Analysis of illumination curve on target surface

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图 3. 反馈优化过程示意图

Fig. 3. Diagram of feedback optimization process

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图 4. 全反射能量损耗示意图

Fig. 4. Diagram of total reflection energy loss

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图 5. LED照明系统各参数示意图

Fig. 5. Diagram of various parameters of LED lighting system

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图 6. 透镜结构示意图。(a)透镜轮廓曲线;(b)透镜物理模型

Fig. 6. Diagram of lens structure. (a) Lens profile; (b) lens physical model

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图 7. LightTools照度仿真结果

Fig. 7. LightTools illuminance simulation results

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图 8. LightTools照度曲线的对比

Fig. 8. LightTools illuminance curve comparison

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图 9. 照度分布图。(a)初始照度;(b)一次优化照度;(c)二次优化照度;(d)三次优化照度

Fig. 9. Illumination distribution diagrams. (a) Initial illumination; (b) illumination after once optimization; (c) illumination after two optimizations; (d) illumination after three optimizations

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图 10. DHR和迭代次数对非均匀性的影响

Fig. 10. Influences of DHR and number of iterations on non-uniformity

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表 1不同设计方法的仿真结果对比

Table1. Comparison of simulation results of different design methods%

Corresponding method	Non-uniformity	Energy efficiency
PLS	20.10	97.65
NELS-1	19.42	92.71
NELS-2	18.10	93.41
ELS-1	15.47	94.10
ELS-2	8.15	95.37

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表 2不同算法对不同LED尺寸芯片进行仿真得到的结果

Table2. Simulation results of different algorithms for chips with different LED sizes%

LED chip size /mm	Non-uniformity of PLS-based method	Non-uniformity of ELS-based method	Improvement of non-uniformity
2.0	20.10	8.15	11.95
2.2	22.28	9.56	12.72
2.4	23.70	12.11	11.59
2.6	25.10	14.30	10.80
2.8	26.28	16.86	9.42
3.0	27.03	18.06	8.97

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黄丹, 冯奇斌, 唐天, 王梓, 彭友, 吴疆, 王科, 吕国强. 基于扩展光源的曲面能量映射优化设计方法[J]. 光学学报, 2019, 39(12): 1222003. Dan Huang, Qibin Feng, Tian Tang, Zi Wang, You Peng, Jiang Wu, Ke Wang, Guoqiang Lü. Design Method for Surface Energy Mapping Optimization Based on Extended Light Source[J]. Acta Optica Sinica, 2019, 39(12): 1222003.

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图 1. 自由曲面采样点能量映射原理图

Fig. 1. Schematic of energy mapping of free-form surface sampling points

图 2. 目标面照度曲线分析

Fig. 2. Analysis of illumination curve on target surface

图 3. 反馈优化过程示意图

Fig. 3. Diagram of feedback optimization process

图 4. 全反射能量损耗示意图

Fig. 4. Diagram of total reflection energy loss

图 5. LED照明系统各参数示意图

Fig. 5. Diagram of various parameters of LED lighting system

图 6. 透镜结构示意图。(a)透镜轮廓曲线;(b)透镜物理模型

Fig. 6. Diagram of lens structure. (a) Lens profile; (b) lens physical model

图 7. LightTools照度仿真结果

Fig. 7. LightTools illuminance simulation results

图 8. LightTools照度曲线的对比

Fig. 8. LightTools illuminance curve comparison

图 9. 照度分布图。(a)初始照度;(b)一次优化照度;(c)二次优化照度;(d)三次优化照度

Fig. 9. Illumination distribution diagrams. (a) Initial illumination; (b) illumination after once optimization; (c) illumination after two optimizations; (d) illumination after three optimizations

图 10. DHR和迭代次数对非均匀性的影响

Fig. 10. Influences of DHR and number of iterations on non-uniformity

表 1不同设计方法的仿真结果对比

Table1. Comparison of simulation results of different design methods%

表 2不同算法对不同LED尺寸芯片进行仿真得到的结果

Table2. Simulation results of different algorithms for chips with different LED sizes%

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图 1. 自由曲面采样点能量映射原理图

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图 3. 反馈优化过程示意图

Fig. 3. Diagram of feedback optimization process

图 4. 全反射能量损耗示意图

Fig. 4. Diagram of total reflection energy loss

图 5. LED照明系统各参数示意图

Fig. 5. Diagram of various parameters of LED lighting system

图 6. 透镜结构示意图。(a)透镜轮廓曲线;(b)透镜物理模型

Fig. 6. Diagram of lens structure. (a) Lens profile; (b) lens physical model

图 7. LightTools照度仿真结果

Fig. 7. LightTools illuminance simulation results

图 8. LightTools照度曲线的对比

Fig. 8. LightTools illuminance curve comparison

图 9. 照度分布图。(a)初始照度;(b)一次优化照度;(c)二次优化照度;(d)三次优化照度

Fig. 9. Illumination distribution diagrams. (a) Initial illumination; (b) illumination after once optimization; (c) illumination after two optimizations; (d) illumination after three optimizations

图 10. DHR和迭代次数对非均匀性的影响

Fig. 10. Influences of DHR and number of iterations on non-uniformity

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