LED科瑞二次光学设计.ppt

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打开IES文件
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照明设计软件-DIALux （FREE）
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DIALux Example
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1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
-100
0.0
-50
0
50
100
Angle (º)
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聚集: 把宽的光线聚集成更窄的光线
反射器
反射器+ 透镜
TIR 透镜 透镜
Relative Intensity Relative Intensity
Spatial Radiation Pattern for LED only
3. PC透镜 a. 光学级Polycarbonate（简称PC）聚碳酸酯 b. 塑胶类材料，优点：生产效率高（可以通过注塑完成）；耐温高（130度以上）； 缺点：透光率稍底（87%）；
4. 玻璃透镜 光学玻璃材料，具有透光率高（97%）耐温高等特点，缺点：易碎、非球面精度不 易实现、生产效率低、成本高等。
LED 二次光学设计
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裸灯圆形光斑
• 当H=10m,照在10*25m区域内的光为50%。 • 均匀度为0.36
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矩形均匀光斑
• 当H=10m,照在10*25m区域内的光为71%。 • 均匀度为0.6
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基本光学类型
LED基本光学类型 可以分类如下
光源
• 表面光源 • 体积光源
– 光线情况 • 光谱参数
– 高斯 – 黑体 – 自定义 • 空间，角度，体积分布
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分析 • 光度或照度 • 光强 亮度（空间或角度） • 颜色 • 色度，显指，色温，光谱能量
分布，
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Photopia Software
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导入TP建立面光源
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光线追踪模拟
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描点建立光源文件
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1
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Angle (º)
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LED 二次光学
Leabharlann Baidu
Spatial Radiation Pattern for LED with Secondary Optics
1
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0
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0
50
DIALux Example
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DIALux Example
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DIALux Example
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其它软件：AGI
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Angle (º)
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特殊光学要求(如路灯等): 把LED发出的 朗伯光线转变为特殊分布的光线
Relative Intensity
Spatial Radiation Pattern for LED only
1
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0.2
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0
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0
50
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Angle (º)
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二次光学设计用来改变LED的光线输出，这样设计出来灯具能够符合要求
二次光学
二次光学的基本作用:
分散: 把出光发散开 聚合:把光线聚合到更小的范围.
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LED 二次光学
扩散：把光线扩散到更广的角度
Relative Intensity Relative Intensity
LED 光学 South China
LED 初级光学
• 每个 LED已经有一个初级光学设计
– 让最大的光从芯片出来 – 提供LED的出光角
• 如果光线的角度不符合特殊的应用，二次光学设计就有必要去改变这些
出光角
初级光学设计
出光角
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LED 二次光学
Spatial Radiation Pattern for LED only
1
0.8
0.6
0.4
0.2
-100
0
-50
0
50
100
Angle (º)
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LED 二次光学
Spatial Radiation Pattern for LED with Secondary Optics
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溢出角计算
D
B
M
L
全溢出角: 2 * Ѳspillover =arctan ((D / 2) / L)
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单纯依靠反射镜有可能得不到目标光形
LED 加反射镜
LED only
+
• 某些光学材料会使Cree Xlamp光源色温(色坐标)等 发生变化
• 在设计或选择CREE LED时请了解系统的光学分布 • 每个光学厂家的制造技术和成本有所不同
• CREE 将提供整套的LED应用光学解决方案
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光学设计软件
通常使用以下光学软件进来LED二次光学建模和设计： ASAP, LightTools, TracePro, FRED, Zemax and Photopia etc., ——有些设计软件具备自动的优化功能，能够更好的进行LED 二次光学设计
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通过TIR透镜能够在对照度有特殊要求中得到很好的应用
多芯片LED ＋TIR透镜
+
OK
XPE LED ＋TIR透镜
+
Good
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二次光学器件厂商
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光学模型和模拟工具
目前已有光学软件能够有效的进行LED光学模拟和设计
反射镜
目标区域
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LED透镜的材料种类
1. 硅胶透镜； a. 因为硅胶耐温高（也可以过回流焊），因此常用直接封装在LED芯片上； b. 一般硅胶透镜体积较小，直径3-10mm ；
2. PMMA透镜 a. 光学级PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯，俗称：亚克力） b .塑胶类材料，优点：生产效率高（可以通过注塑完成）；透光率高（3mm厚度时 穿透率93%左右）；缺点：耐温70%（热变形温度90度）；
• 反射 • 透镜 • 反射和透镜的结合
一般说来，透镜比反射镜更有效的改变光形
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反射镜
• 使用反射表面去改变光形
Spillover
• 反射镜的最大作用是矫正光线
• 反射镜有一个大的开口，而且有一些光线不能达到表面（溢出）
• 溢出的光学围绕在中心光线的四周
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TIR 透镜：Total Internal Reflection Lens:
• 管理直接和反射的光线 • 在光线出系统前，光线通过至少2个表面 • 在小的尺寸下依旧有效 • 相对反射镜价格昂贵
TIR 透镜管理直接和反射的光线
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• 反射镜容易制备且相对便宜
• 反射镜的形状决定光形 • 抛物线形状的反射镜从焦点收集光线后转化成平行光线 • 非球面的轮廓能够在大范围内矫正光线, 提供普通的泛光照明 • 反射镜能够控制光线数量的大小跟光源与反射镜的相对尺寸成正比 • 反射镜越大，光形控制越好 • 光源尺寸越小，反射镜越能更好控制光线
容易 复杂
Photometric viewer Lighting Design software Optical Design software
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初始光源模型
www.cree.com
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自动优化功能
• 定义变量和边界条件 • 定义参数和目标 • 得到优化的结果
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小结
• 二次光学设计目的是为了改变LED发光角和光强分 布以满足灯具应用需求