LED和反光杯设计

LED的制作和模拟

一、设计前的准备工作

1、单位的修改和常用参数的选择

在Edit菜单下Preferences面板中，General Preferences是对工作环境进行基本的设定，这里主要有两点：第一，设定设计过程中光学元件的单位，在System属性里Unit包含了纳米、微米、毫米、厘米、米、英尺单位，设计者可根据自己的要求设定单位，一般设置为millimeter；第二，光学元件的半径模式Radius Mode，设计者也可根据自己的喜好设定不同的显示模式，在下面的设计中选择Radius。其它的属性也可根据设计的需要修改。

2、确定即将建立的LED光源的属性，

为方便仿真时考查其各方面性能，最好在设计之前先确定LED光源的自身参数，包括功率、光通量、配光曲线、光谱特性等反映LED发光特性的基本参数。例如功率为3W。

二、光源的建立

1、光源尺寸和坐标的设定

这里采用发光面设计LED，如图用柱形工具surface拖动，绘制LED并将其坐标属性和几何尺寸定义如下：

2、发光面和辐射角度的设定

选中刚刚建立的发光面，查看其属性，可以看到，在frontsurface、rearsurface、cylindersurface 三个面的emittance属性中emit rays from surface单选框均被选中，意思是：整个圆柱的表面都是发光面，不太符合LED的设计要求，这里仅让光线从rearsurface发出，其它两个表面的发光属性处于未选中状态，这样发光面即被确定。下面确定从发光面发出光线的立体角，选中LED在其属性中有Aim sphere 属性对话框，设置如下：

意思是，从表面发出光线的半立体角为30度，立体角为60度！

3、建立光源的光谱特性和照度配光曲线

为了方便比较，这一步暂时放在后面。

4、建立LED聚光镜，

通常LED光源前面要加一个球状的聚光和保护镜，用透镜工具建立一个半球状透镜，坐标和几何参数设置如下：

前后两个表面曲率半径设置如下：

边缘光学属性设置为：Transmitted rays only

设置完毕后如图所示：

三、光源底座的设计，

这是一个对LED的修饰，设计者可根据自己需要添加。

四、建立光源的光谱特性和照度配光曲线

在未建立光源的光谱特性和照度配光曲线之前，先看一下光源的发光特性：

首先：用虚拟球面工具建立一个参考面（用如图所示Dummy surface工具），然后对其坐标和几何属性设置如下：

选中改面，单机右键添加一个Receiver。

开始仿真模拟，得到：

接下来，建立光源的光谱特性和照度配光曲线，

光谱特性参数表：第一列为波长，第二列为波长在光谱中所占比重。

照度配光曲线参数表：第三行，10代表列数也称Xdim，90代表行数也称Ydim，

以上为两个文本文件，其中数据部分只是列举了一部分，这也是根据设计的实际情况和设计要求建立的，尤其是对现有的LED模拟方面，有很大的作用。将文本文件分别保存为:specture.txt和angle.txt。

第一步：选中设计好的LED查看其spectral region属性：Load将文本文件specture.txt导入。设置如下，Discrere表示用连续光谱。

第二步：选中设计好的LED，查看其发光面属性，找到rearsurface查看其Emittance属性，在Angle distribution一栏中选择User－defined，点击应用，再查看其Anglar Grid用load将angle.txt导入。具体配置如下：设置好后点击应用。

再次仿真模拟，得到：

可以曲线和位图的变化，设计者可根据需要对其进行修改，直至达到设计目标为止。

五、反光杯的设计

通过Tools utility library打开Lighttools，选择Geometry－>smooth reflactors，单机run application，进入反光杯设计。

设计者可根据需要选择不同的shape：抛物面、椭球面等设计方案，然后设置不同的反光镜参数以达到设计目的。这里用的是抛物面反光杯。再设定反光杯位置时，可以调整以得到更好的聚光效果。

设计前后效果图比较：

设计后考查其特性，发现亮度区域明显减小，亮度增强。

由于作者水平有限，希望通过此作品能与大家更多的交流，希望大家给予更多的指点。希望此作品能在设计步骤上给初学者以启发！谢谢！