Minolta CS-200
QC Bench
能够测量MTF,焦距，F数，后节 距，成像质量，场曲，变形等等
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精密注塑设备
一台精密电动注塑机（Toyo Si 80 ），两台液 压精密注塑机（ Arburg 270U and Battenfeld HM250/60 ），这些注塑设备可以注塑球面 、 非球面、自由曲面光学镜片。
二次自由曲面光学于LED照明的优势
• • • • • • • 由自由曲面光学产生的光斑能够满足国家道路照明标准。 通过二次光学设计光损可以减少。 有效分配光能。 能够得到超过90%的光效率。 节能可以超过75%。 均匀性可以达到70%-80%。 眩光现象得意避免。
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案例Ｉ-用于车灯照明的自由曲面光学
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装配好准直镜的LED路灯模拟图 ( 工程项目 I )
道路照明范围:8mx25m 均匀度：40% 照度分布
光线追迹结果
光线追迹结果
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开发的LED路灯实际测试（工程项目Ｉ）
XY方向光强分布
光强分布
道路照度分布
测试数据通过了国家城镇道路照明标准
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为LED路灯设计的先进光学元件 ( 工程项目 II )
LED 路灯
• LED 数量: 72 片 1W。
• 应用: 二级公路，商业区及公园 。 • 路灯安装高度: 8米 。 • 路灯间距: 25米。 • Road width道路宽度: 9米（2.5 车道）。 • 路灯光斑: 25米 x 9米。
• 使用LED路灯能够每年节约1.9亿 千瓦电，节约1.3亿元人民币。
• 光束角度： X向（道路方向）为120度，Y向（垂直道路方向） 为55度。
• 平均照度：20勒克斯。 • 均匀度：超过40%。
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路灯用准直镜的设计及模拟 ( 工程项目 I )
光线追迹图
8米远照明分布
远场角度分布
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•
•
安装的结果使得光分配能满足照明标准。
使光学设计更方便灵活。
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模块式LED路灯所采用的准直透镜
光学准直镜的设计
光线追迹图
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模组式LED路灯模拟
ＬＥＤ照明设计及应用
主要内容：
(I) 先进光学制造中心简介 (II)LED市场趋势 (III)LED应用面临的问题 (VI) 二次光学设计作用 (V) 商业用途案例: Backlight modules背光模组, 汽车车灯，路灯等等 (VI) 集成制造平台
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先进的测量设备
Talysurf PGI 1240 测量仪
Wyko NT8000 光学测量仪
Zygo 非接触面型测量仪
Park‘s XE-70: 原子力显 微镜
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先进的测量设备
Alicona IFM G4: 三维光学测量系统
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LED应用目前存在的问题
LED的散热问题：散热是大功率LED产品必需解决 好的问题。 LED电源稳定性问题：目前限制LED照明产品寿命 的一个原因是电源的寿命。 LED照明产品的眩光问题：只有经过重新进行配光 设计才能很好地解决眩光和光效问题。 LED光源指向性问题：LED区别于传统光源的一点 就是其是具有指向性的光源，利用的好可以提高光源 的效率，如果利用不好，就会出现眩光或者光强分布 满足不了照明标准的问题。 对LED的误解：LED不会发热，LED发不出足够的 光供一般照明，LED寿命10万小时， LED显色指数 不会好，LED可如传统光源一样简单地替代性使用。
LED Road lamp
Advanced optical reflector for LED Rห้องสมุดไป่ตู้ad Lighting
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自由曲面反光杯的设计及模拟结果( 工程项目 II )
62 30 62 30
光线追迹结果
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常规照明光源的限制
大多数LED光源的发散角是从１１０度到１２０度朗伯形分布。不能够满足各种应用的需求，因而 为了满足各种标准的要求需要进行二次光学设计 以路灯为例说明如下： 没有 光学透镜或者反光杯时： • • 大的圆形光斑照在路上，５０％左右的光被 浪费 对驾驶者和行人还会产生眩光，不符合道路 照明标准
圆形光斑
光损约50%
没有透镜的路灯光斑
有光学透镜或者反光杯时： • 会形成一个方形的光斑，能满足道路照明标准。 • 光学效率及光斑均匀性会得到提高
矩形光斑
有透镜的路灯光斑
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自由曲面光学及其应用优势
自由曲面光学是非旋转对称的，不规则的，自由构建的 复 杂面形，几何形状不能够用单一的光学公式比如通用 的非 球面光学公式来生成。
LED 准直透镜
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汽车头灯的自由曲面二次光学设计
采用准直镜和枕形透镜阵列的LED头灯的设计
LED 头灯的原型样品
采用准直镜及枕形透镜的LED汽车头灯
产生所需要的光斑
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先进光学制造中心
办公室
展示室
接待室 及会议室
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先进的超精密加工设备
快刀伺服加工系统 5轴超精密自由曲面加工系统
4轴超精密自由曲面 加工系统（慢刀伺服）
7轴超精密自由曲面抛光设备
2轴单点金刚石加工设备
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LED应用在市场份额
总量在2004年已经达到125 亿 总量在2008年已经达到540亿
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何为LED照明中的一次光学设计，二次光学设计？
Advanced optics used In LED road lighting
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开发模块式的路灯照明系统
原型灯头实物图
灯头设计效果图
• • • • • • • • • •
220v/50hz 电源 60颗 1 W LEDs 5条散热支架 60w功耗 为国家二级公路设计 灯高: 8 米 道路宽度: 2.5车道 (大约9 米宽) 路灯间隔: 28 米 路面平均照度> 20 勒克斯 每颗LED输出光通 : 60 流明
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LED 汽车头灯的光学反光杯的设计
LED 头灯的光学反光杯设计
光线追迹结果
照度分布
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多LED雾灯透镜
3 LED 准直镜
光线追迹结果
照度分布
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用于汽车尾灯系统的精密光学组件
光学透镜阵列
刹车灯
驾驶灯
3-LED 准直镜
转向信号灯
后向灯
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7-LED 准直镜
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汽车尾灯的二次光学设计
照度分布
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用于汽车LED尾灯盖的微透镜阵列的设计
光线追迹结果
枕形透镜盖设计
照度分布图
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用于汽车上的LED照明系统
中心开发的车头灯
中心开发的车尾灯
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案例 II - 用于LED道路照明的先进光学
• 因为节能、寿命长、环保、逐渐增加的光输出及价 格降低等特点，LED路灯将逐步替代传统的卤素灯. • 通过光学设计，自由曲面二次光学元件能够提高并 改善光输出。 • 与传统光源相比，采用LED可以提高效率达50％。
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二次光学设计如何能够解决照明产品中的问题？
大功率LED发光角度一般是120度左右，其光强分布一般是朗伯型分 布（见最左图）。而实际的照明产品中对产品的照明角度及光强分布一 般都不是120度和朗伯型分布（见最右图）。二次光学设计的作用就是把 经过一次透镜后的光再通过一个光学透镜或者反射镜（经过二次光学设 计）等光学组件来改变光线的行进方向及分布以实现所需要照明产品要 求的光束角，光型分布范围，消除眩光及较高的均匀性等要求。