激光与光电子学进展Ｌａ ｓｅ ｒ ＆Ｏｐｔｏｅ ｌｅ ｃ ｔ ｒｏｎ ｉｃ ｓ Ｐ ｒｏｇｒｅ ｓｓ５０，０４２２０１（２０１３）○Ｃ２０１３ 《 中国激光》杂志社反射式大功率ＬＥＤ 舞台灯的设计孙惠１李湘宁１，２，３刘晓东１１上海理工大学光电信息与计算机工程学院， 上海２０００９３烄２教育部光学仪器与系统工程研究中心， 上海２０００９３３上海市现代光学系统重点实验室， 上海烆烌烎２０００９３摘要针对ＬＥＤ 作为舞台灯需要进行二次光学设计的问题， 根据面向扩展光源的设计原理， 提出 一种反射式的大功率ＬＥＤ 舞台灯的设计方法， 实现对舞台背景幕布的大面积非对称均匀 照明 。 在二维坐标系中建立反射面模型，控制目 标面上某一点的两条边缘光线， 使它们形成的光锥在目 标面上逐点扫过， 结合反射定律、 边缘光线原理以...
激光与光电子学进展Ｌａ ｓｅ ｒ ＆Ｏｐｔｏｅ ｌｅ ｃ ｔ ｒｏｎ ｉｃ ｓ Ｐ ｒｏｇｒｅ ｓｓ５０，０４２２０１（２０１３）○Ｃ２０１３ 《 中国激光》杂志社反射式大功率ＬＥＤ 舞台灯的设计孙惠１李湘宁１，２，３刘晓东１１上海理工大学光电信息与计算机工程学院， 上海２０００９３烄２教育部光学仪器与系统工程研究中心， 上海２０００９３３上海市现代光学系统重点实验室， 上海烆烌烎２０００９３摘要针对ＬＥＤ 作为舞台灯需要进行二次光学设计的问题， 根据面向扩展光源的设计原理， 提出 一种反射式的大功率ＬＥＤ 舞台灯的设计方法， 实现对舞台背景幕布的大面积非对称均匀 照明 。 在二维坐标系中建立反射面模型，控制目 标面上某一点的两条边缘光线， 使它们形成的光锥在目 标面上逐点扫过， 结合反射定律、 边缘光线原理以及光学扩展量理论， 得到反射面的母线上各点坐标， 母线拉伸后得到反射面。 利用 Ｔ ｒ ａ ｃ ｅＰ ｒ ｏ 软件对所设计的系统进行模拟仿真， 结果表明 ， 多个舞台灯的照明叠加， 可在１．５～２．０ ｍ 的距离范围内 实现宽２０ ｍ、高１１ ｍ 的均匀 照明 ，其均匀 度可达８０％， 说明该结构适用 于大面积非对称的均匀 照明 。关键词光学设计； 均匀 照明 ； 非成像光学； 大功率ＬＥＤ； 自 由 曲 面中图分类号Ｏ ４３９文献标识码Ａｄｏ ｉ：１０．３７８８／ＬＯＰ ５０．０４２２０１Ｄｅ ｓ ｉｇｎ ｆ ｏｒ Ｒｅ ｆ ｌｅｃ ｔ ｉｎｇＳ ｔａｇｅ Ｌ ｉｇｈ ｔ ｗ ｉ ｔｈ Ｈ ｉｇｈ－Ｐｏｗｅｒ ＬＥＤＳ ｕｎ Ｈｕ ｉ １Ｌ ｉ Ｘ ｉａｎｇｎ ｉｎｇ１，２，３Ｌ ｉｕ Ｘ ｉａ ｏｄ ｏｎｇ１１Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏｆ Ｏｐｔ ｉ ｃ ａ ｌ－ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ａｎ ｄ Ｃ ｏｍｐｕ ｔ ｅ ｒ Ｅ ｎｇｉｎ ｅ ｅ ｒ ｉｎｇ， Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔｙ ｏｆ Ｓ ｈ ａｎｇｈ ａ ｉ ｆｏ ｒ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏｇ ｙ，Ｓｈ ａｎｇｈ ａ ｉ ２０００９３，Ｃ ｈ ｉｎａ２Ｅｎｇｉｎ ｅ ｅ ｒ ｉｎｇ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃｈ Ｃ ｅｎ ｔ ｅ ｒ ｏｆ Ｏｐｔ ｉ ｃａ ｌ Ｉｎ ｓ ｔ ｒｕｍ ｅｎ ｔ ａｎｄ Ｓｙｓ ｔ ｅｍ， Ｍ ｉｎ ｉ ｓ ｔ ｒｙ ｏｆ Ｅ ｄｕ ｃａ ｔ ｉ ｏｎ，Ｓｈ ａｎｇｈ ａ ｉ ２０００９３，Ｃ ｈ ｉｎａ３Ｓｈ ａｎｇｈ ａ ｉ Ｋ ｅｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒｙ ｏｆ Ｍ ｏ ｄ ｅ ｒｎ Ｏｐｔ ｉ ｃａ ｌ Ｓｙｓ ｔ ｅｍ，Ｓｈ ａｎｇｈ ａ ｉ ２０００９３，烆烄烌烎Ｃ ｈ ｉｎａＡｂ ｓ ｔ ｒａ ｃ ｔＩｎ ｖ ｉ ｅｗ ｏ ｆ ｔｈ ｅ ｎ ｅ ｅｄ ｆ ｏ ｒ ｓ ｅ ｃｏｎｄ ａ ｒｙ ｏｐｔ ｉ ｃａ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉｇｎ ｏ ｆ ＬＥＤ ａ ｓ ｔｈ ｅ ｓ ｔ ａｇｅ ｌ ｉｇｈ ｔ，ａ ｄ ｅ ｓ ｉｇｎ ｆ ｏ ｒ ｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉｎｇ ｓ ｔ ａｇｅ ｌ ｉｇｈ ｔｗ ｉ ｔｈ ｈ ｉｇｈ－ｐｏｗ ｅ ｒ ＬＥＤ ｉ ｓ ｐｒ ｏｐｏ ｓ ｅｄ ｔ ｏ ａ ｃｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｔｈ ｅ ａ ｓｙｍｍ ｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ｕｎ ｉ ｆ ｏ ｒｍ ｉ ｌ ｌｕｍ ｉｎ ａ ｔ ｉｏｎ ｏｎ ｓ ｔ ａｇｅ ｂ ａ ｃｋ ｄ ｒ ｏｐ，ａ ｃ ｃｏ ｒｄ ｉｎｇ ｔ ｏ ｔｈ ｅｐｒ ｉｎ ｃ ｉｐｌ ｅ ｏ ｆ ｅ ｘ ｔ ｅｎｄ ｅｄ ｌ ｉｇｈ ｔ ｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ． Ｂｙ ｃ ｒ ｅ ａ ｔ ｉｎｇ ａ ｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉｎｇ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｍ ｏｄ ｅ ｌ ｉｎ ａ ｔｗ ｏ－ｄ ｉｍ ｅｎ ｓ ｉｏｎ ａ ｌ ｃｏ ｏ ｒｄ ｉｎ ａ ｔ ｅ ｓｙｓ ｔ ｅｍ ａｎｄｃｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｉｎｇ ｔｈ ｅ ｔｗ ｏ ｍ ａ ｒｇｉｎ ａ ｌ ｒ ａｙｓ ｏ ｆ ａ ｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉｎ ｐｏ ｉｎ ｔ ｏｎ ｔｈ ｅ ｔ ａ ｒｇｅ ｔ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ，ｔｈ ｅ ｌ ｉｇｈ ｔ ｃｏｎ ｅ ｆ ｏ ｒｍ ｅｄ ｂｙ ｔｈ ｅ ｔｗ ｏ ｍ ａ ｒｇｉｎ ａ ｌ ｒ ａｙｓｃａｎ ｓｗ ｅ ｅｐ ｐｏ ｉｎ ｔ ｂｙ ｐｏ ｉｎ ｔ． Ｃ ｏｍ ｂ ｉｎ ｅｄ ｗ ｉ ｔｈ ｔｈ ｅ ｌ ａｗ ｓ ｏ ｆ ｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉｏｎ，ｔｈ ｅ ｅｄｇｅ ｒ ａｙ ｐｒ ｉｎ ｃ ｉｐｌ ｅ ａｎｄ ｔｈ ｅ ｔ ｅｎｄ ｕ ｅ ｃｏｎ ｓ ｅ ｒ ｖ ａ ｔ ｉｏｎｔｈ ｅ ｏ ｒｙ，ｔｈ ｅ ｃｏ ｏ ｒｄ ｉｎ ａ ｔ ｅ ｓ ｏ ｆ ｅ ａ ｃｈ ｐｏ ｉｎ ｔ ｏｎ ｔｈ ｅ ｇｅｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｒ ｉｘ ａ ｒ ｅ ｏｂ ｔ ａ ｉｎ ｅｄ ａｎｄ ｔｈ ｅｎ ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉｏｎ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｉ ｓ ｇｅｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｅｄ ａ ｆ ｔ ｅ ｒｓ ｔ ｒ ｅ ｔ ｃｈ ｉｎｇ ｔｈ ｅ ｇｅｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｒ ｉｘ． Ｔｈ ｅ ｒ ａｙ－ ｔ ｒ ａ ｃ ｉｎｇ ｓ ｉｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉｏｎ ｓ ｗ ｉ ｔｈ Ｔ ｒ ａ ｃ ｅＰ ｒ ｏ ｓ ｏ ｆ ｔｗ ａ ｒ ｅ ｓｈ ｏｗ ｔｈ ａ ｔ ｂｙ ｓ ｕｐｅ ｒｐｏ ｓ ｉ ｔ ｉｏｎ ｏ ｆ ｓ ｅｖ ｅ ｒ ａ ｌ ｓ ｔ ａｇｅｌ ｉｇｈ ｔ ｓ，ｉｎ ｔｈ ｅ ｉ ｌ ｌｕｍ ｉｎ ａ ｔ ｅｄ ｒ ｅｇｉｏｎ ｏ ｆ ２０ ｍ ｗ ｉｄ ｔｈ ａｎｄ １１ ｍ ｈ ｅ ｉｇｈ ｔ ｗ ｉ ｔｈ ｉｎ ａ ｄ ｉ ｓ ｔ ａｎ ｃ ｅ ｒ ａｎｇｅ ｏ ｆ １．５～２．０ ｍ，ｔｈ ｅ ｌｕｍ ｉｎ ｏｕ ｓｕ ｎ ｉ ｆ ｏ ｒｍ ｉ ｔｙ ｉ ｓ ａｂ ｌ ｅ ｔ ｏ ｒ ｅ ａ ｃｈ ８０％． Ｈ ｅｎ ｃ ｅ，ｔｈ ｉ ｓ ｓ ｔ ｒｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｅｎ ａｂ ｌ ｅ ｓ ＬＥＤ ｌ ｉｇｈ ｔ ｓ ｏｕ ｒ ｃ ｅ ｔ ｏ ｂ ｅ ａｐｐｌ ｉ ｅｄ ｉｎ ｗ ｉｄ ｅ－ ｒ ａｎｇｅ ｌ ｉｇｈ ｔ ｉｎｇｓｙｓ ｔ ｅｍ ｔ ｏ ｇｅ ｔ ｕｎ ｉ ｆ ｏ ｒｍ ｉ ｌ ｌｕｍ ｉｎ ａ ｔ ｉｏｎ．Ｋ ｅｙｗｏ ｒｄ ｓｏｐｔ ｉ ｃａ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉｇｎ；ｕｎ ｉ ｆ ｏ ｒｍ ｉ ｌ ｌｕｍ ｉｎ ａ ｔ ｉｏｎ；ｎ ｏｎ － ｉｍ ａｇｉｎｇ ｏｐｔ ｉ ｃ ｓ；ｈ ｉｇｈ－ｐｏｗ ｅ ｒ ＬＥＤ；ｆ ｒ ｅ ｅ ｆ ｏ ｒｍ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅＯＣ ＩＳ ｃｏｄｅ ｓ２２０．２９４５；２２０．４２９８；０８０．４２９５；２３０．３６７０收稿日 期：２０１２－１１－ ２６； 收到修改稿日 期：２０１２－ １２－３０； 网络出 版日 期：２０１３－０３－ ０５基金项目 ： 上海市重点学科项目 第三期项目 （Ｓ ３０５０２） 资助课题。作者简介： 孙惠（１９８９） ， 女， 硕士研究生， 主要从事照明光学设计方面的研究。 Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ：ｎ ｉ ｃｏ ｌ ｅ ｓｕｎ ７７＠ｇｍ ａ ｉ ｌ．ｃｏｍ导师简介： 李湘宁（１９５６）， 女， 硕士， 教授， 主要从事光学设计、光学测量和视光学等方面的研究。Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ：ｌｘ ｎ ｉｎ ｇ＠ｕ ｓ ｓ ｔ．ｅｄｕ．ｃｎ本文电子版彩色效果请详见中国光学期刊网 ｗｗｗ．ｏｐ ｔ ｉ ｃ ｓ ｊｏｕ ｒｎ ａ ｌ．ｎ ｅ ｔ１引言ＬＥＤ 作为一种具有巨大发展潜力的固体发光光源， 在照明 领域的应用 越来越广泛。 近年来， 随着白 光ＬＥＤ 技术逐渐成熟，ＬＥＤ 芯片的发光效率提高， 价格降低， 开始出 现以ＬＥＤ 为光源的舞台 灯。 相较传统光０４２２０１－ １