首页 >> 新闻中心 >>公司新闻 >> 浅谈光学配光技术
详细内容

浅谈光学配光技术

上帝说要有光,于是就有了光。人类最初感受到的光就是太阳光,它自然温暖,带给人以收获和希望,也决定了人们日出而作日落而息的作息规律。伴随着人类科技的进步,从化学光源到物理光源,从热光源到冷光源,伴随着光效的不断提升(从最初的几个lm/W到现在实验室里LED灯可以达到300 lm/W),人类获取光的方式越来越多样化,获取光的能力也越来越强。

在今天,照明产品不仅仅只是照明功能,它越来越多的体现为一种装饰功能,用以营造健康、舒适、美观的光环境。然而随着高光效的LED产品的问世,伴随而来的眩光问题也日益被人们所诟病。LED的滥用以及对光线缺乏合理的管控正是造成光污染日趋严重的主要因素,那么如何解决高能效带来的眩光问题呢?——精确配光。

从行业发展来看,配光大致有三个层次:一、试;二、拉曲线;三、算法。

在传统光源上,大多数光学工程师采用试的办法,先做出产品——看效果——再修改——再看效果,直到试出满意的结果。这样的研发方式非常慢,而且需要长期的时间积累,效率太低。后来随着计算机技术的发展,出现了各种光学仿真软件、机械制图软件等,于是有了现在比较流行的设计方法——拉曲线。通过三维软件构造光学曲面,再放到光学软件中去仿真效果,根据结果再修改曲面,再重新仿真直到得到满意的结果。它大大缩短了研发时间,节约了开发成本,但是它仍然需要不停地去试去优化去修改,需要一定时间的积累,过程繁琐。因此,基于算法的配光设计技术应运而生,它也是配光的最高层次,高效、精准,是理论与计算机技术的完美结合。

基于算法的配光设计,其最核心的就是求解配光方程:ψ(u, v)=Γ*S(θ,φ). ψ(u, v)是目标面上的光分布(也即我们想要得到的光强分布),S(θ,φ)是光源的光分布(也即我们所使用的光源光强分布),而Γ就是我们设计的透镜所起的作用。通过将坐标系转换到常规的笛卡尔坐标系中,我们可以得到如下方程: L[u]=A(uxxuyy-u2xy)+Buxx+Cuxy+Duyy+E=0. 这个方程叫做蒙奇安培方程,通过求解它,我们可以得到光学曲面的点云图,然后再利用先进的自由曲面技术——NURBS(非均匀有理B样条)技术来构建三维光学曲面,得到我们所需的透镜。理论上,通过这样一种设计方法,我们可以实现任意的配光要求。



例如当前比较火热的博物馆照明中,人们希望展品得到均匀的照明,重点突出,而弱化周围的环境。那么对于一些绘画作品,我们就需要设计一种能够出射均匀方斑或者矩形光斑、且光斑边界清晰、大小和展品尺寸吻合的照明灯具。根据这样一种需求,我们首先明确目标面上的光强度分布状态以及使用光源的光强度分布,通过求解配光方程可以得到透镜的点云图,然后再利用NURBS技术重构即可得到透镜饿三维模型,非常的高效方便。

基于这种设计方法,我们还可以实现更加复杂的配光需求。如下图所示,假如我们想要在目标面上呈现一幅爱因斯坦的头像(实际上不仅仅只是爱因斯坦的头像,任何其他图像均可),传统的做法是采用掩膜投影的方式,效率非常低下。我们可以采用单独一个透镜来实现相同的效果,且光效非常高。

首先,我们根据给定图像的光强度分布,利用先进的网格自适应技术,可以得到一个400*400的网格(如下左图所示,网格越多,计算越复杂,结果越精确),这就是配光方程中目标面上的光强度分布图,然后光源的强度分布也是已知的,一般为朗伯分布。这样通过求解配光方程,再利用NURBS重构技术我们就可以快速得到所需的三维透镜模型。下右图即是我们采用这种技术得到的三维透镜实物以及它的照明效果,完美得达到了设计需求。

基于算法的配光设计,控光能力强,实际照明效果和设计需求高度吻合、偏差小,且一次成型无需反复修改,研发效率高,未来必将逐渐成为照明设计的主流技术。杭州光锥科技有限公司紧跟时代潮流,依托浙江大学以及浙江工业大学的专业技术团队,深入研究基于算法的配光技术,并将之应用于照明产品的开发设计,为客户打造最具竞争力的照明产品。下图是我司新推出的两款明星产品——高洗墙高度、高均匀性的洗墙灯和高均匀性、方形出射光斑的投光灯,欢迎来电咨询







客服中心
联系方式
0571-89969525
0571-89969521
- 客服
扫一扫,关注微信
技术支持: 森云科技 | 管理登录
×