Lenses optimization software for LED lighting

Abstract

This dissertation proposes a framework to automatically optimize the form of a secondary lens of an LED luminaire in order to optimize the light distribution towards a desired goal. An LED used for direct lighting creates a non-uniform illuminance distribution. To solve this problem additional optical devices are needed, so that the light is redistributed and a uniform illuminance distribution is created. The proposed solution to the problem uses a photometric file to obtain the ideal light distribution. The framework models a secondary lens surface to create the best approximation possible to the ideal light distribution. Three main steps were considered: mesh and lens generation, simulation of light emission from the LED and search for optimized lens surface. The implementation of the framework required the use of Delaunay triangulation algorithm to generate the mesh representing the lens surface. Ray tracing method to simulate the light rays passing through the lens and a genetic algorithm to search for the optimized lens surface. To the best of our knowledge, this is the first time this approach is presented. The framework was tested using different luminaires, with different light distributions using different configurations of the genetic algorithm and it was able to improve the form of a secondary lens of an LED luminaire.

Nesta disserta¸c˜ao ´e proposta uma abordagem para automaticamente otimizar a forma de uma lente secund´aria de uma lumin´aria LED, por forma a otimizar a distribui¸c˜ao luminosa. Quando usado para ilumina¸c˜ao direta, a maioria dos LEDs cria um distribui¸c˜ao luminosa n˜ao uniforme. Este problema ´e resolvido usando dispositivos ´oticos adicionais para que a luz seja redistribu´ıda criando uma distribui¸c˜ao luminosa uniforme. Utilizando um ficheiro fotom´etrico, como distribui¸c˜ao luminosa objetivo, a abordagem modela a superf´ıcie da lente secund´aria para que seja criada a melhor aproxima¸c˜ao poss´ıvel `a distribui¸c˜ao luminosa pretendida. Foram consideradas trˆes fases para implementar a solu¸c˜ao proposta: gerar a malha e a lente, simular a emiss˜ao de luz de um LED e procurar a superf´ıcie da lente otimizada. Para completar esta implementa¸c˜ao foi necess´ario utilizar a triangula¸c˜ao de Delaunay para gerar a malha, o m´etodo de Ray tracing para simular a emiss˜ao de luz de um LED e um algoritmo gen´etico para procurar a superf´ıcie da lente otimizada. At´e onde foi poss´ıvel averiguar, esta ´e a primeira vez que esta abordagem ´e apresentada. Para testar esta abordagem foram utilizadas diferentes lumin´arias, com diferentes distribui¸c˜oes luminosas. Foram tamb´em utilizadas diferentes configura¸c˜oes no algoritmo gen´etico. Os resultados provaram que a abordagem implementada consegue melhorar a forma da lente secund´aria de uma lumin´aria LED. Demonstrando que o uso de algoritmos gen´eticos produz resultados vi´aveis.