In this paper, we designed a lighting optical system using a freeform lens as a substitute for expensive gobo lighting. Unlike gobo lighting, freeform lens lighting does not use an image mask, and it can form and project an image directly on the lens surface using only a single lens, thus reducing the cost compared to gobo lighting. In order to verify the performance of freeform lens lighting with these advantages, we conducted an illuminance simulation. As a result, it was confirmed that it can replace gobo lighting because it has an illuminance distribution similar to the image we want to irradiate and a light efficiency of 47% similar to the performance of gobo lighting.
In this paper we propose a freeform secondary lens for an LED fishing/working lamp (LFWL). This innovative LED lamp is used to replace the traditional HID fishing lamp, to satisfy the lighting demands of fishing and the on-board activities on fishing boats. To realize the freeform lens's geometry, Gaussian decomposition is involved in our optics-design process for approaching the targeted light intensity distribution curve (LIDC) of the LFWL lens. The simulated results show that the illumination on the deck, on the sea's surface, and underwater shows only small differences between LED fishing/working lamps and HID fishing lamps. Meanwhile, a lighting efficiency of 91% with just one third of the power consumption can be achieved, when the proposed LED fishing/working lamps are used instead of HID fishing lamps.
Yang, Jae Suk;Park, Jae-Hyeung;O, Beom-Hoan;Park, Se-Geun;Lee, Seung Gol
Journal of the Optical Society of Korea
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v.20
no.5
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pp.614-622
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2016
In this paper, we propose a novel differential equation method for designing a total internal reflection (TIR) LED lens with double freeform surfaces. A complete set of simultaneous differential equations for the method is derived from the condition for minimizing the Fresnel loss, illumination models, Snell’s Law of ray propagation, and a new constraint on the incident angle of a ray on the light-exiting surface of the lens. The last constraint is essential to complete the set of simultaneous differential equations. By adopting the TIR structure and applying the condition for minimizing the Fresnel loss, it is expected that the proposed TIR LED lens can have a high luminous flux efficiency, even though its beam-spread angle is narrow. To validate the proposed method, three TIR LED lenses with beam-spread angles of less than 22.6° have been designed, and their performances evaluated by ray tracing. Their luminous flux efficiencies could be obviously increased by at least 35% and 5%, compared to conventional LED lenses with a single freeform surface and with double freeform surfaces, respectively.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.19
no.4
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pp.954-964
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2015
In this research, an overlapped illumination model was newly proposed for designing a freeform LED lens with a uniform illuminance distribution on its illuminating plane. Based on the proposed model and conventional illumination models, freeform lenses were designed and their performances and tolerances were compared. As a result of the tolerance analysis about thickness change in lens, position, size change, central direction change of light emission and characteristic change in LED source. This proposed model and divergent illumination model are similar to the performance about central direction change of light emission in LED source. but the uniformity illumination value in this proposed model is more remarkably value than it in divergent illumination model about characteristic change in LED source.
This paper described an off-axis head-mounted display system. It is composed of a 7-piece coaxial relay lens group and a freeform surface combiner. This configuration has a simple structure and a wide field of view (FOV). In this design, a freeform surface is chosen as the combiner, to simplify the structure and attain good image quality. We generated this freeform surface by considering both coordinates and normals of discrete data points. Moreover, we realize a coaxial structure in the relay lens group, which is compact and benefits from a loose tolerance requirement. The HMD system we finally realized has a 40° × 30° FOV and 15-mm exit pupil diameter.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.21
no.1
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pp.157-164
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2017
In this research, the overlapped illumination model was used for designing a freeform LED lens with a uniform illuminance distribution on its illuminating plane, and their performances and tolerances were compared. And, the illuminations on a illumination plane was measures for change with average illuminance and illuminance uniformity. As a result of the tolerance analysis about z-axis direction change, thickness change in lens and tilt change of light emission and characteristic change in LED source, overlapped model and divergent illumination model are similar to the performance about Z-axis direction change of light emission in LED source. but the uniformity illumination value in this overlapped model is more remarkably value than it in divergent illumination model about thickness change in LED lens. Also, even though the lens based on a divergent illumination model showed good performance compare to the lens based on an overlapped illumination model, the latter was less the deviation to variation of LED beam radiation ability.
Yang, Jae-Suk;Kim, Dae-Chan;O, Beom-Hoan;Park, Se-Geun;You, Il Hyun;Lee, Seung Gol
Korean Journal of Optics and Photonics
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v.24
no.1
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pp.29-38
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2013
In this paper, the illumination performances of three freeform lenses optimally designed for a point source were investigated for several LEDs with different source sizes, and also the tolerance characteristics of the lenses were analyzed. For comparison, two lenses with different sizes were designed with a divergent illumination model, and the last one was done with an overlapped illumination model. As the LED source size increased, the illuminance uniformity decreased more strongly, and the influence of a source misalignment on illumination performance became insignificant. However, the variation of LED radiation characteristics had strong effect on the illumination performance, irrespective of LED source size. Even though the lens based on a divergent illumination model showed superior performance compared to the lens based on an overlapped illumination model, the latter was less sensitive to the variation of LED radiation characteristics.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.18
no.1
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pp.35-41
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2017
This study looks at optimizinge light redistribution to improve the overall illuminance uniformity of commercial IRED modules. To obtain uniform illumination over a prescribed rectangular area, a freeform surface lens was evaluated using TracePro. The LED light overall illuminance uniformity regulated in KSC 7658 was verified using Relux software. Experimental test results showed 0.81 overall illuminance uniformity for rectangular light distribution of LED lights having a radiation angle of $80^{\circ}$. After fabricating prototype IRED lights based on these simulation results, illuminance performance was observed when used as actual IRED lighting with a nighttime CCTV system. Image observation photographs of the prototype $80^{\circ}$ rectangular IRED lights confirmed that object images can be seen clearly owing to high overall illuminance uniformity, and that dark regions of the CCTV screen were not shown.
Seo, Jin-Hee;Lee, Jeong-Su;Kim, Seo-Young;Jeong, You-Jin;Park, Hye-Jin;Nam, Deuk-Young;Jung, Mee-Suk
Korean Journal of Optics and Photonics
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v.28
no.6
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pp.295-303
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2017
In this paper, we have studied a method of forming a line beam using a UV LED. The existing linear-type UV LED curing optical system is composed of several cylindrical lenses, but problems such as optical system alignment, enlargement of the module, efficiency, etc. may arise in the future. As an alternative to these problems, a bar-type TIR lens having a freeform surface only in the y-axis direction is designed, to verify that it shows advantages in maximum illuminance, uniformity of illuminance, and flux efficiency.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.233-236
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2003
The micro-stereolithography technology made it possible to fabricate a freeform 3D micro-structure. Using this technology, two kind of applications were fabricated and tested: micro-lens and micro-mixers. The focal length and f-number of the micro-lens were 5 mm and 2.5, respectively. The focusing ability of the micro-lens was verified by defocusing the He-Ne laser beam after passing the lens. Two mixers are Kenics micro-mixer and BEKM. BEKM is a modified Kenics micro-mixer by introducing barriers on the pipe walt periodically to enhance the mixing via the chaotic mechanism in the helical flow of Kenics micro-mixer. Experimental result shows good mixing performance of developed mixers. Especially, the BEKM shows better mixing performance then Kenics micro-mixer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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