针对LED光学设计的Tracepro软件培训
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针对LED光学设计的
培训
纳米光学咨询
LED光学设计
• LED照明已开始在工业（生产，检测等）和医疗 领域逐步推广。专家预计5年内LED将进入民用照 明。巨大的市场正在形成。
• LED光学设计示意图如下：
+
生产检测照明 医疗手术室照明 手电筒 自行车灯 汽车车灯 户外照明 室内夜灯 指示灯 路灯
…
…
LED芯片 + 封装（一次光学） LED + Primary Optics
透镜，光杯，扩散板，反射镜（二次光学） Secondary Optics
产品
2
培训内容纲要
1. 关于本次培训 2. 照明光学的基本概念及专业用语 3. 光学照明软件的特点和使用要点 4. TracePro
i. 软件的构成组合和其光学模拟流程 ii. 案例1 iii. LED光源的构建 iv. 光学部件（光杯，反射镜，导光管等）的构建 v. 案例2 vi. 面光源特性的设定 vii. 光线追迹的设定 viii. 模拟结果的设定 ix. 模拟结果精确度的验证 x. 要点提示
85
实例操作：LED+CPC光杯
• 课题：再考虑实际一点的情况，光源和光 杯入口处的配置可能如下图所示，则光杯 该如何重新设计
D光源
？
119
实例操作：LED+椭圆反射镜+导光管
• 如何有效地构建Cree XLamp XR-E LED光源
122
实例操作：LED+椭圆反射镜+导光管
• 构建Cree XLamp XR-E LED光源
如果再考虑偏振，情况就渐渐复杂起来了 入射光
折射光
PMMA n=1.49 (@600nm)
反射光
光洁表面
折射光
Aluminum n=0.958+6.69i
(@550nm)
11
金属表面的反射率
• 抛光的金表面的平均反射率 • 照明系统的模拟可以从简到繁
– 大多数LED照明系统可以简单化 – 到底要不要“繁”，取决于工程师的判断
AOI
12
TracePro的模拟流程
定义3D物体 几何形状
各种透镜，抛物镜（光杯），椭圆镜，圆柱体，梯形长方体，等等 布尔运算 更复杂的形状可以通过Macro（宏）来实现，如渐开线面，自由曲 面
定义光学特性 定义光源
面的光学特性（反射/折射/散射） 材质的折射率 体散射 重点目标
频谱，配光，光线数
实例操作：LED+椭圆反射镜+导光管
• 比较三个面上的照度分布
136
5 48
几何形状：反射镜
55
光线追击的设定
• 在现实世界里，光线追击可以考虑为只有一种 • 在电脑模拟世界里，光线追击也只有一种！但为了节省
CPU时间和内存，设定了不同的选项来简化光线追击
最重要的光线追击选项，但不在“光线追击选项” 一栏 分析模式时，每一根光线在每一个面上将被“记 住”在内存或硬盘上 仿真模式时，只有被设定的面或相关联的光线 数据才会被记录 TracePro里的初期设定是分析模式！！
5. 实例操作
i. LED+CPC光杯 ii. LED+椭圆反射镜+导光管
6. 总结
3
光度学和辐射度学之间的转换
暗视觉
明视觉
• 照明光学软件一般只 考虑明视觉
• 国际规定（人为规 定），波长为 555nm 的光，
1w = 683 lumens
• 测量仪器其实测的是 光通量！
6
光线追迹，表面反射/折射
定义探测面
必须定义在某个面上
光线追迹的 各种设定
• 分析模式还是仿真模式 • 模拟结果的保存 • 光线的阀值（门槛数值）
验证模拟结果
• 探测领域（面积范围，角度 范围）的分割数 • 精度，分割数，光线追迹数 的相互关系
22
TracePro的常用菜单
CPC!!
23
几何形状：透镜元件
其实移动/旋转整个透镜
除了球面以外都设成 吸收面 125
实例操作：LED+椭圆反射镜+导光管
• 构建Cree XLamp XR-E LED光源
插入反射镜 127
实例操作：LED+椭圆反射镜+导光管
• 构建Cree XLamp XR-E LED光源
考察反射镜对强度分布（配光分布）的影响
没有反射镜
有反射镜
实际测量值 129
• 光线追迹是几何光学的应用，不考虑光的波动性
– 光线，理想线，截面积为0，只携带光通量（通常为相对光通量）
– LED光源是非相干光源 – 适用于照明光学系统
• 光线在物体表面的反射/折射
入射光
反射光
– 斯涅耳定律 – 菲涅耳公式
光洁表面
折射率(材料特性)/反射率/透射率是波长的函数， 同时，反射率/透射率也是入射角的函数，
培训
纳米光学咨询
LED光学设计
• LED照明已开始在工业（生产，检测等）和医疗 领域逐步推广。专家预计5年内LED将进入民用照 明。巨大的市场正在形成。
• LED光学设计示意图如下：
+
生产检测照明 医疗手术室照明 手电筒 自行车灯 汽车车灯 户外照明 室内夜灯 指示灯 路灯
…
…
LED芯片 + 封装（一次光学） LED + Primary Optics
透镜，光杯，扩散板，反射镜（二次光学） Secondary Optics
产品
2
培训内容纲要
1. 关于本次培训 2. 照明光学的基本概念及专业用语 3. 光学照明软件的特点和使用要点 4. TracePro
i. 软件的构成组合和其光学模拟流程 ii. 案例1 iii. LED光源的构建 iv. 光学部件（光杯，反射镜，导光管等）的构建 v. 案例2 vi. 面光源特性的设定 vii. 光线追迹的设定 viii. 模拟结果的设定 ix. 模拟结果精确度的验证 x. 要点提示
85
实例操作：LED+CPC光杯
• 课题：再考虑实际一点的情况，光源和光 杯入口处的配置可能如下图所示，则光杯 该如何重新设计
D光源
？
119
实例操作：LED+椭圆反射镜+导光管
• 如何有效地构建Cree XLamp XR-E LED光源
122
实例操作：LED+椭圆反射镜+导光管
• 构建Cree XLamp XR-E LED光源
如果再考虑偏振，情况就渐渐复杂起来了 入射光
折射光
PMMA n=1.49 (@600nm)
反射光
光洁表面
折射光
Aluminum n=0.958+6.69i
(@550nm)
11
金属表面的反射率
• 抛光的金表面的平均反射率 • 照明系统的模拟可以从简到繁
– 大多数LED照明系统可以简单化 – 到底要不要“繁”，取决于工程师的判断
AOI
12
TracePro的模拟流程
定义3D物体 几何形状
各种透镜，抛物镜（光杯），椭圆镜，圆柱体，梯形长方体，等等 布尔运算 更复杂的形状可以通过Macro（宏）来实现，如渐开线面，自由曲 面
定义光学特性 定义光源
面的光学特性（反射/折射/散射） 材质的折射率 体散射 重点目标
频谱，配光，光线数
实例操作：LED+椭圆反射镜+导光管
• 比较三个面上的照度分布
136
5 48
几何形状：反射镜
55
光线追击的设定
• 在现实世界里，光线追击可以考虑为只有一种 • 在电脑模拟世界里，光线追击也只有一种！但为了节省
CPU时间和内存，设定了不同的选项来简化光线追击
最重要的光线追击选项，但不在“光线追击选项” 一栏 分析模式时，每一根光线在每一个面上将被“记 住”在内存或硬盘上 仿真模式时，只有被设定的面或相关联的光线 数据才会被记录 TracePro里的初期设定是分析模式！！
5. 实例操作
i. LED+CPC光杯 ii. LED+椭圆反射镜+导光管
6. 总结
3
光度学和辐射度学之间的转换
暗视觉
明视觉
• 照明光学软件一般只 考虑明视觉
• 国际规定（人为规 定），波长为 555nm 的光，
1w = 683 lumens
• 测量仪器其实测的是 光通量！
6
光线追迹，表面反射/折射
定义探测面
必须定义在某个面上
光线追迹的 各种设定
• 分析模式还是仿真模式 • 模拟结果的保存 • 光线的阀值（门槛数值）
验证模拟结果
• 探测领域（面积范围，角度 范围）的分割数 • 精度，分割数，光线追迹数 的相互关系
22
TracePro的常用菜单
CPC!!
23
几何形状：透镜元件
其实移动/旋转整个透镜
除了球面以外都设成 吸收面 125
实例操作：LED+椭圆反射镜+导光管
• 构建Cree XLamp XR-E LED光源
插入反射镜 127
实例操作：LED+椭圆反射镜+导光管
• 构建Cree XLamp XR-E LED光源
考察反射镜对强度分布（配光分布）的影响
没有反射镜
有反射镜
实际测量值 129
• 光线追迹是几何光学的应用，不考虑光的波动性
– 光线，理想线，截面积为0，只携带光通量（通常为相对光通量）
– LED光源是非相干光源 – 适用于照明光学系统
• 光线在物体表面的反射/折射
入射光
反射光
– 斯涅耳定律 – 菲涅耳公式
光洁表面
折射率(材料特性)/反射率/透射率是波长的函数， 同时，反射率/透射率也是入射角的函数，