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基于双自由曲面的LED均匀照明准直透镜设计 被引量：28
1
作者 赵欢 李长庚 +3 位作者 陈志涛 张志清 赵维 王君君 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期256-261,共6页
基于几何光学、能量守恒定律及菲涅耳定律等相关理论,提出了一种双自由曲面半导体发光二极管(LED)准直透镜的光学设计方法,并给出了构建准直透镜模型详细的算法设计。自由曲面是一种关于中心轴旋转对称的曲面,该曲面的二维轮廓在非均匀... 基于几何光学、能量守恒定律及菲涅耳定律等相关理论,提出了一种双自由曲面半导体发光二极管(LED)准直透镜的光学设计方法,并给出了构建准直透镜模型详细的算法设计。自由曲面是一种关于中心轴旋转对称的曲面,该曲面的二维轮廓在非均匀有理B样条曲线的方法理论基础上,采用ProE软件搭建而成。通过蒙特卡罗光线追迹模拟发现,相比传统的单自由曲面准直透镜,双自由曲面准直透镜不仅提高了照度均匀性,而且在能量利用率上也有显著的提高。研究结果表明,采用双自由曲面将大大提升准直透镜的设计空间,改善LED透镜的光学性能。 展开更多
关键词 光学设计 双自由曲面 算法设计 蒙特卡罗光线追迹 准直透镜
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一种基于自由曲面的LED准直透镜设计 被引量：19
2
作者 周镇 苏成悦 +1 位作者 付倩 张春华 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2012年第6期1058-1062,共5页
提出一种能实现准直光束照明的自由曲面透镜设计算法,并基于此算法设计一种以单颗LED为光源的准直透镜。通过建立透镜后表面轮廓曲线上的点所满足的方程,利用迭代方法并结合Matlab编程求出自由曲面轮廓曲线的离散数据点,将数据点导入Sol... 提出一种能实现准直光束照明的自由曲面透镜设计算法,并基于此算法设计一种以单颗LED为光源的准直透镜。通过建立透镜后表面轮廓曲线上的点所满足的方程,利用迭代方法并结合Matlab编程求出自由曲面轮廓曲线的离散数据点,将数据点导入SolidWorks中进行曲线拟合并建模,进而得到透镜的实体模型。在TracePro中对该透镜进行非序列光线追迹,模拟结果表明:该光学系统能够实现均匀照明,并对最终光线可实现准直出射。 展开更多
关键词 LED 二次光学 自由曲面 准直透镜 非序列光线
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LED自由曲面准直透镜的优化设计方法 被引量：18
3
作者 郝剑 刘华 +2 位作者 孙强 王尧 荆雷 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2014年第3期171-176,共6页
提出了一种自由曲面准直透镜的优化设计方法。通过对二次B样条理论、Scheme语言和优化引擎的结合使用,实现了准直透镜的优化设计。采用1 mm×1 mm朗伯体发光的LED作为光源,透镜材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),通过对两款不同结构准... 提出了一种自由曲面准直透镜的优化设计方法。通过对二次B样条理论、Scheme语言和优化引擎的结合使用,实现了准直透镜的优化设计。采用1 mm×1 mm朗伯体发光的LED作为光源,透镜材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),通过对两款不同结构准直透镜的优化设计,可以实现发散角为±5°的准直照明,能量利用率均可达90%以上。与现有的优化方法相比较,此方法具有对初始模型依赖较低、设计方法简单和普适性高等特点。 展开更多
关键词 光学器件 光学设计 非成像光学 准直透镜 优化
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宽光谱、长焦距准直物镜光学设计 被引量：10
4
作者 黄雷 胡雯雯 杨志文 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2007年第z2期125-127,共3页
介绍了大视场、宽光谱、长焦距微光准直物镜的光学设计。重点讨论了宽谱段准直物镜的二级光谱校正及像差平衡问题,并用Zemax软件,进行了光学设计。设计结果:系统的二级光谱为0.1 mm,其他像差也达到了像质要求。
关键词 准直物镜 宽光谱 光学设计 海利尔物镜
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气象探空仪试验用太阳模拟器光学系统设计 被引量：12
5
作者 安桂芳 张国玉 +3 位作者 苏拾 宋可平 贺晓雷 吕文华 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第9期1408-1412,共5页
提出一种气象探空仪试验用太阳模拟器光学系统的设计方法:以往的太阳模拟器主要用于航天器空间环境模拟试验,对光谱分布和辐照均匀性要求相对较低。该文研制的用于太阳辐射测量仪器性能检测的太阳模拟器,要求其光谱分布在0.4～1.1μm波... 提出一种气象探空仪试验用太阳模拟器光学系统的设计方法:以往的太阳模拟器主要用于航天器空间环境模拟试验,对光谱分布和辐照均匀性要求相对较低。该文研制的用于太阳辐射测量仪器性能检测的太阳模拟器,要求其光谱分布在0.4～1.1μm波段范围内与A级AM1.5太阳光谱相匹配;辐照均匀性为±1%;辐照稳定性为±1%/h;属高精度小型太阳模拟器。采用一种同轴透射式准直光学系统的设计方案,并对整个光学系统进行优化设计,经理论计算与实际测量,光谱基本在AM1.5附近,辐照均匀性也小于±1%,结果满足设计要求。 展开更多
关键词 太阳模拟器 光学系统 聚光镜 光学积分器 准直物镜
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自动焦度计的研制 被引量：10
6
作者 刘晨 张辉 柯玉军 《光学仪器》 2003年第6期39-44,共6页
叙述了一种自动对焦式焦度计,该仪器主要由照明准直系统,光电转换系统,微机数据处理和显示打印系统组成。介绍了该仪器的工作原理,基本结构,主要技术指标。并通过实验证明:该仪器原理先进,操作简单,可自动读数,具有较高的测量精度。
关键词 焦度计 顶焦度 屈光度 平行光 准直物镜
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基于全内反射结构的多自由曲面准直透镜设计 被引量：10
7
作者 周彦辰 郭亮 +3 位作者 陈志涛 张志清 张庆茂 许毅钦 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期180-188,共9页
为了有效地收集半导体发光二极管大范围的出射光以实现光能的高效利用,设计一款基于全内反射结构的多个自由曲面准直透镜,该透镜的初始结构是根据Snell定律和能量守恒定律等光学原理的算法设计而成。将该透镜的初始结构导入Creo软件中... 为了有效地收集半导体发光二极管大范围的出射光以实现光能的高效利用,设计一款基于全内反射结构的多个自由曲面准直透镜,该透镜的初始结构是根据Snell定律和能量守恒定律等光学原理的算法设计而成。将该透镜的初始结构导入Creo软件中并进行360°旋转以得到3D实体模型,将其转入TracePro光学软件中进行蒙特卡洛光线追迹的模拟,在距离接收板20 m处接收到一个圆形光斑。对该透镜模型进行法矢修正,优化后的透镜经过模拟仿真,透射能力高达182 cd/lm,光束角为±1.621°。将优化后的透镜与传统的全内反射结构透镜进行对比,经验证发现优化后的透镜对窄光束的调控能力更好。 展开更多
关键词 光学设计 全内反射结构 自由曲面 准直透镜
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LED信号灯二次光学设计 被引量：4
8
作者 屠其非 陈捷 +1 位作者 周伟 周太明 《照明工程学报》 2002年第1期11-14,共4页
LED的应用范围日趋广泛 ,其相应的二次光学设计也越来越显出重要性。本文介绍了一种光学设计的思路和方法。
关键词 LED 光分布 准直元件 菲涅耳透镜 凸透镜 柱面透镜 信号灯 二次光学设计
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LED照明准直透镜结构优化设计 被引量：8
9
作者 严强 高椿明 +2 位作者 生艳梅 陈霄 杨俊 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2013年第11期187-192,共6页
基于非成像光学理论,根据固体照明光源LED特性,开展了车用照明准直光学镜头的优化研究。以非成像光学的理论为基础,从现有准直透镜结构出发,建立了简化的LED准直照明结构模型,并利用光学仿真设计软件Zemax对简化的模型进行了优化设计;... 基于非成像光学理论,根据固体照明光源LED特性,开展了车用照明准直光学镜头的优化研究。以非成像光学的理论为基础,从现有准直透镜结构出发,建立了简化的LED准直照明结构模型,并利用光学仿真设计软件Zemax对简化的模型进行了优化设计;利用三维建模软件SolidWorks建立准直结构模型,导入光学仿真软件TracePro中进行仿真分析并进一步优化,优化后的准直透镜光能利用率提高了6%;根据优化结果开模制作准直结构样品;最后,建立测试系统,开展优化前后透镜的光学性能对比测试。研究结果表明,5m处中心最大光强提高了约128%,在相同照度(50lx)处照射面积提高了约25%。 展开更多
关键词 光学设计 非成像光学 准直透镜 光能利用率 LED
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光束参量积对半导体激光器光束质量的评估 被引量：7
10
作者 杨孝敬 焦清局 王乙婷 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期859-861,共3页
为了解决传统方法中用光束参量积来评估激光光束质量的不足,基于半导体激光器的光束特性,采用了光束参量积Mq2因子来评估半导体激光器光束质量,进行了理论分析和实验验证,取得了快轴准直焦距(FAC)分别为1100μm和600μm的各6个组合光束... 为了解决传统方法中用光束参量积来评估激光光束质量的不足,基于半导体激光器的光束特性,采用了光束参量积Mq2因子来评估半导体激光器光束质量,进行了理论分析和实验验证,取得了快轴准直焦距(FAC)分别为1100μm和600μm的各6个组合光束以及FAC为600μm的10个组合光束的有效焦距长度数据。结果表明,L_(//)和θ_⊥的变化越明显,光束质量参量积M_q^2因子的变化越明显;测量值和计算值之间的误差小于5%。这一结果对高能激光的光束质量评估是有帮助的。 展开更多
关键词 激光器 光束质量 准直 聚焦透镜
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具有一个太阳常量的高准直太阳模拟器光学系统设计 被引量：7
11
作者 刘石 张国玉 +3 位作者 孙高飞 王国名 王凌云 高玉军 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第11期67-72,共6页
为解决现有太阳模拟器无法同时模拟真实太阳张角和真实辐照度（一个太阳常量）的难题,设计了一种新型太阳模拟器光学系统,阐述了光学系统中聚光镜的设计、光学积分器的优化技术及投影镜组的离焦对辐照不均匀度的影响.利用Zemax软件,以... 为解决现有太阳模拟器无法同时模拟真实太阳张角和真实辐照度（一个太阳常量）的难题,设计了一种新型太阳模拟器光学系统,阐述了光学系统中聚光镜的设计、光学积分器的优化技术及投影镜组的离焦对辐照不均匀度的影响.利用Zemax软件,以序列与非序列功能相结合的方式对积分器的光学参量进行优化,并设计了视场光阑和准直物镜系统.利用LightTools软件对光学系统进行仿真,结果表明：设计的太阳模拟器可以实现32′的真实太阳张角模拟,且辐照度达到一个太阳常量.同时,辐照面小于Φ100mm时,不均匀度优于±1.6%;辐照面在Φ（100～300）mm时,不均匀度优于±3.8%. 展开更多
关键词 太阳模拟器 太阳张角 辐照度 光学积分器 不均匀度 视场光阑 准直物镜
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可调对比度光学无穷远目标源设计 被引量：6
12
作者 叶露 谷立山 沈湘衡 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2010年第5期681-684,共4页
在光电跟踪测量设备对低对比度目标捕获能力检验中,提出一种利用可调对比度光学无穷远目标源检验的新方法。采用这种方法需建立可调对比度光学无穷远目标源装置,介绍这种装置的设计依据和设计过程。该装置可以模拟天空背景的辐亮度及这... 在光电跟踪测量设备对低对比度目标捕获能力检验中,提出一种利用可调对比度光学无穷远目标源检验的新方法。采用这种方法需建立可调对比度光学无穷远目标源装置,介绍这种装置的设计依据和设计过程。该装置可以模拟天空背景的辐亮度及这个背景下的一个低对比度目标,它利用大、小两个积分球分别模拟背景与目标的辐亮度,利用安装在大积分球上的准直物镜使目标及背景成为无穷远的目标源,在积分球上分别安装内置和外置照明光源,外置照明光源中装有光束准直系统,使卤素灯发出的光束成为平行光后射入积分球内,利用可调光栏控制通光口径的大小,从而控制了进入积分球的光通量,使得背景与目标的辐亮度在色温不变的条件下连续可调,实现目标对比度连续变化,变化范围0~90%,对比度稳定精度优于1%,光谱范围400 nm^800 nm内最大背景辐亮度优于60 W/m2sr。 展开更多
关键词 光电设备 目标捕获能力 可调对比度 积分球 准直物镜
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基于数字高频检相式的激光测距光学系统设计 被引量：6
13
作者 高曰云 李永红 +1 位作者 冯巧玲 王宇龙 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期353-356,共4页
为了改善相位差法激光测距测量精度低的现状,采用高频检相法代替模拟测相法,即数字高频检相式的激光测距光学系统来提高测距精度。实现了10MHz的激光调制频率,设计了准直透镜,给出了设计指标,利用ZEMAX软件对光束准直前后进行了对比分析... 为了改善相位差法激光测距测量精度低的现状,采用高频检相法代替模拟测相法,即数字高频检相式的激光测距光学系统来提高测距精度。实现了10MHz的激光调制频率,设计了准直透镜,给出了设计指标,利用ZEMAX软件对光束准直前后进行了对比分析,并通过实验验证了光学系统设计的可行性。结果表明,标准差最大为0.12°,重复距离精度可约达1mm,误差最大为0.09°,最小为0.011°,说明测量的重复性比较好、稳定度高,满足了精度要求,达到了提高精度的目的。 展开更多
关键词 激光技术 相位法激光测距 光学系统 准直透镜 高频
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用于DLP投影系统的自由曲面TIR准直透镜设计 被引量：6
14
作者 刘雁杰 惠彬 +2 位作者 李景镇 丁金妃 朱天龙 《红外技术》 CSCD 北大核心 2015年第7期582-587,共6页
为了提高DLP投影照明系统中准直部分的准直度并简化准直光路,采用一种自由曲面的TIR透镜作为DLP投影照明系统的准直器件。首先根据空间斯涅耳定律推导出反射曲面以及透射曲面母线上的点的坐标关系,并采用迭代的方法使用Matlab软件计算... 为了提高DLP投影照明系统中准直部分的准直度并简化准直光路,采用一种自由曲面的TIR透镜作为DLP投影照明系统的准直器件。首先根据空间斯涅耳定律推导出反射曲面以及透射曲面母线上的点的坐标关系,并采用迭代的方法使用Matlab软件计算出母线上各个点的坐标并绘制出曲线图形,然后利用Pro/Engineer对TIR准直透镜进行建模得到TIR准直透镜的模型。分别用理想点光源和扩展光源进行模拟,经过TIR透镜准直后光束发散角在±7°以内,并根据选用的DMD芯片和LED光源选择合适的TIR透镜参数,建立DLP投影照明系统后进行模拟仿真,最终均匀度达到了90%,满足了投影照明系统的需求。 展开更多
关键词 自由曲面 DLP 投影照明 准直透镜 光学设计
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高边缘视场光学效率的衍射波导准直投影镜头设计
15
作者 黄战华 高懿冰 +3 位作者 伍圆军 潘成 芦畅泰 张尹馨 《应用光学》 CAS 北大核心 2024年第1期54-62,78,共10页
随着微型发光二极管(micro-light emitting diode,Micro-LED)微型图像源被应用于增强现实(augmented reality,AR)显示技术,AR显示系统朝着超小型化方向发展。然而Micro-LED图像源发光角度大,准直投影镜头要求体积小且像质高,其产生的渐... 随着微型发光二极管(micro-light emitting diode,Micro-LED)微型图像源被应用于增强现实(augmented reality,AR)显示技术,AR显示系统朝着超小型化方向发展。然而Micro-LED图像源发光角度大,准直投影镜头要求体积小且像质高,其产生的渐晕现象也导致视场(field of view,FOV)边缘处光学效率低、照度不均匀,这对AR光学系统设计造成了挑战。为了解决上述问题,该文基于增加计算得到的非球面场镜,设计了一种照度均匀性高、边缘视场光学效率较高的衍射光栅波导准直投影镜头。对场镜理论进行详细分析,从而确定焦距区间,最终求解其面型参数,设计出照度相对均匀的镜头。设计的新型准直投影镜头对角线FOV为41.2°,F#为1.87,调制传递函数在125 lp/mm处大于0.5。仿真结果表明,系统照度均匀性相对提高了14%,边缘FOV的光学效率相对提高了15%,具有良好的成像性能,该镜头可应用于超小型AR衍射光栅波导头戴显示系统中。 展开更多
关键词 准直投影镜头 光学效率 衍射光栅波导 光学设计
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具有反射透射两用表面的LED自由曲面透镜的逼近法计算 被引量：3
16
作者 周士康 陈春根 《照明工程学报》 2017年第3期97-101,共5页
让透镜的一个全反射表面同时又能折射,则可以使得透镜结构简化体积减小。但对这种双功能曲面,一般的自由曲面计算无法进行。本文提出了用一种逐次逼近法进行这种透镜形状的计算。在一个薄形准直透镜的例子中,光线从LED出发经入射面射入... 让透镜的一个全反射表面同时又能折射,则可以使得透镜结构简化体积减小。但对这种双功能曲面,一般的自由曲面计算无法进行。本文提出了用一种逐次逼近法进行这种透镜形状的计算。在一个薄形准直透镜的例子中,光线从LED出发经入射面射入透镜,被双功能面反射向纯反射面,再由纯反射面返回双功能面,透射出去成为平行光。计算方法是用一个小循环逐次修改纯反射面形状,使得光线出射后满足平行光的要求。再用一个大循环逐次修改双功能面的形状,使得出射光线在透镜表面分布均匀。文章给出了本方法的详细步骤,并举例设计了一个准直透镜,其实测透镜光束角为±2.5°,比市售准直透镜的同照明距离延长了约4倍。本文的方法对这类一个表面既能反射又能折射的透镜设计有普遍意义。 展开更多
关键词 自由曲面 逐次逼近法 双循环逼近 双功能表面 LED 透镜 准直透镜 透镜设计
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基于单准直透镜的阵列准直器研究 被引量：1
17
作者 袁志林 杨睿 +7 位作者 杨柳 宋丽丹 孙莉萍 马雨虹 王猛 陈定康 郭金平 唐丽红 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第18期246-252,共7页
提出了一种基于单准直透镜和光纤阵列的阵列准直器,深入研究了此种方案的光路无胶和光路有胶的两种实现方式;并基于高斯光束传输矩阵和q参数相关理论,从理论上详细地计算、推导了各变量之间的关系,并进行了模拟仿真及实验验证,得到了理... 提出了一种基于单准直透镜和光纤阵列的阵列准直器,深入研究了此种方案的光路无胶和光路有胶的两种实现方式;并基于高斯光束传输矩阵和q参数相关理论,从理论上详细地计算、推导了各变量之间的关系,并进行了模拟仿真及实验验证,得到了理论和实验一致的结果.对两种实现方式的结构及封装设计也进行了初步的摸索和实验,并制作出了性能良好的阵列准直器.理论和实验表明,该方案具有易加工、低成本、易封装、性能优等特点,也易于扩展成多维阵列准直器,可为可重构光分插复用器系统和光交叉连接系统的发展提供强有力的器件支撑. 展开更多
关键词 准直透镜 阵列准直器 智能光网络
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数字化时代LED照明灯具的系统化开发 被引量：3
18
作者 沈迎九 《灯与照明》 2019年第1期49-54,共6页
以LED为代表的数字化照明时代,是继爱迪生发明灯泡以后的又一次照明革命,因为之前的人工照明都是连续的光谱,是模拟信号,如同传统的胶卷。而如今的LED,是数字化设备,光谱是不连续的,而且在使用中无法把灯具和光源划分开来。灯具的研发... 以LED为代表的数字化照明时代,是继爱迪生发明灯泡以后的又一次照明革命,因为之前的人工照明都是连续的光谱,是模拟信号,如同传统的胶卷。而如今的LED,是数字化设备,光谱是不连续的,而且在使用中无法把灯具和光源划分开来。灯具的研发和生产,必须具有系统化的思维和方法,从光学系统、LED模组、电源系统、热学管理、灯具等各方面系统开发。 展开更多
关键词 环境光(环境照明) 焦点光(重点照明) 闪烁光(演绎照明) 准直透镜 垂直面照明 色容差 脉冲宽度调制(PWM) 恒流调光(CCR)
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基于LD激发荧光粉白光光源的窄光束照明光学系统设计 被引量：3
19
作者 郭金涛 熊德平 +4 位作者 温坤华 何苗 张志清 夏智锋 许毅钦 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期469-476,共8页
蓝光半导体激光器激发荧光粉产生白光光源技术发展迅速,但由于大功率蓝光半导体激光器在快轴、慢轴方向的光场分布差别较大,使得日前激光照明整体光学性能仍旧较差,难以实现大规模推广应用。针对该问题,设计了一款高质量激光照明光学系... 蓝光半导体激光器激发荧光粉产生白光光源技术发展迅速,但由于大功率蓝光半导体激光器在快轴、慢轴方向的光场分布差别较大,使得日前激光照明整体光学性能仍旧较差,难以实现大规模推广应用。针对该问题,设计了一款高质量激光照明光学系统,基于蒙特卡洛光线追踪理论,对激光光束进行准直调控、均匀光斑整形以及对荧光片进行设计,使得整体光源模块各元件得到最佳整合,最终实现了窄光束激光照明。仿真结果表明:激光光源的光收集率达98.3%,激光光斑的不均匀度为1.7%,白光均匀度为98%,光斑是出射准直角为1.6°的方形窄光束白光光斑。 展开更多
关键词 激光器 光学设计 准直透镜 窄光束 均匀度
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基于LED光源的汽车前照灯远光设计 被引量：2
20
作者 王程 杨茂根 《中国照明电器》 2018年第8期9-11,共3页
利用LED光源的特性,用抛物面反射器和准直透镜、扩散透镜等结构,使得光尽可能平行射出,让光线较为集中,亮度较大,从而实现前照灯的远光功能。通过Trace Pro软件建立模型并仿真,在25 m远的配光屏幕上形成符合GB 25991-2010标准的光型,设... 利用LED光源的特性,用抛物面反射器和准直透镜、扩散透镜等结构,使得光尽可能平行射出,让光线较为集中,亮度较大,从而实现前照灯的远光功能。通过Trace Pro软件建立模型并仿真,在25 m远的配光屏幕上形成符合GB 25991-2010标准的光型,设计简单,便于制造。 展开更多
关键词 LED光源 前照灯 远光 准直透镜 扩散透镜 TRACEPRO
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