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1、LED 多次光学多次光学设计设计South China July 2011Copyright 2010,Cree,Inc.pg.2LED 初级光学初级光学每个每个 LED已已经经有一个初有一个初级级光学光学设计设计让最大的光从芯片出来提供LED的出光角如果光如果光线线的角度不符合特殊的的角度不符合特殊的应应用，二次光学用，二次光学设计设计就有必要去改就有必要去改变这变这些些出光角出光角出光角出光角初级光学设计初级光学设计Copyright 2010,Cree,Inc.pg.3LED 二次光学二次光学二次光学设计用来改变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的光线输出
2、，这样设计出来灯具能够符合要求二次光学的基本作用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.二次光学二次光学Copyright 2010,Cree,Inc.pg.4LED 二次光学二次光学扩散：把光线扩散到更广的角度扩散：把光线扩散到更广的角度LED 二次光学二次光学Copyright 2010,Cree,Inc.pg.5聚集聚集:把宽的光线聚集成更窄的光线把宽的光线聚集成更窄的光线LED 二次光学二次光学反射器透镜TIR 透镜反射器+透镜Copyright 2010,Cree,Inc.pg.6特殊光学要求特殊光学要求(如路灯等如路灯等):把把LED发发出的出的朗伯光朗
3、伯光线转变为线转变为特殊分布的光特殊分布的光线线LED 二次光学设计二次光学设计Copyright 2010,Cree,Inc.pg.7当当H=10m,照在照在10*25m区域内的光区域内的光为为50%。均匀度均匀度为为0.36裸灯圆形光斑裸灯圆形光斑矩形均匀光斑矩形均匀光斑当当H=10m,照在照在10*25m区域内的光为区域内的光为71%。均匀度为均匀度为0.6Copyright 2010,Cree,Inc.pg.8基本光学类型基本光学类型LED基本光学基本光学类类型型 可以分可以分类类如下如下反射反射透透镜镜反射和透反射和透镜镜的的结结合合一般一般说说来，透来，透镜镜比反射比反射镜镜更有效
4、的改更有效的改变变光形光形SpilloverCopyright 2010,Cree,Inc.pg.9反射镜反射镜使用反射表面去改变光形使用反射表面去改变光形反射镜的最大作用是矫正光线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）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溢出的光学围绕在中心光线的四周反射镜容易制备且相对便宜反射镜容易制备且相对便宜反射镜的形状决定光形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非
5、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光源尺寸越小，反射镜越能更好控制光线溢出角计算溢出角计算LD全溢出角全溢出角:2*spillover=arctan(D/2)/L)10Copyright 2010,Cree,Inc.Copyright 2010,Cree,Inc.pg.11LED 加反射镜加反射镜单纯依靠反射镜有可能得不到目标光形单纯依靠反射镜有可能得不到目标光
6、形+LED only反射镜反射镜目标区域目标区域1.硅胶透硅胶透镜镜；a.因因为为硅胶耐温高（也可以硅胶耐温高（也可以过过回流回流焊焊），因此常用直接封装在），因此常用直接封装在LED芯片上；芯片上；b.一般硅胶透一般硅胶透镜镜体体积较积较小，直径小，直径3-10mm；2.PMMA透透镜镜a.光学光学级级PMMA（聚甲基丙（聚甲基丙烯烯酸甲酸甲酯酯，俗称：，俗称：亚亚克力）克力）b.塑胶塑胶类类材料，材料，优优点：生点：生产产效率高（可以通效率高（可以通过过注塑完成）；透光率高（注塑完成）；透光率高（3mm厚度厚度时时穿透率穿透率93%左右）；缺点：耐温左右）；缺点：耐温70%（热变热变形温度
7、形温度90度）；度）；3.PC透透镜镜a.光学光学级级Polycarbonate（简简称称PC）聚碳酸）聚碳酸酯酯b.塑胶塑胶类类材料，材料，优优点：生点：生产产效率高（可以通效率高（可以通过过注塑完成）；耐温高（注塑完成）；耐温高（130度以上）；度以上）；缺点：透光率稍底（缺点：透光率稍底（87%）；）；4.玻璃透玻璃透镜镜光学玻璃材料，具有透光率高（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）耐温高等特点，缺点：易碎、非球面精度不易易实现实现、生、生产产效率低、成本高等。效率低、成本高等。Copyright 2010,Cree,Inc.pg.12LED透镜
8、的材料种类透镜的材料种类TIR 透透镜镜：Total Internal Reflection Lens:TIR 透镜管理直接和反射的光线透镜管理直接和反射的光线13Copyright 2010,Cree,Inc.管理直接和反射的光线管理直接和反射的光线在光线出系统前，光线通过至少在光线出系统前，光线通过至少2 2个表面个表面在小的尺寸下依旧有效在小的尺寸下依旧有效相对反射镜价格昂贵相对反射镜价格昂贵Copyright 2010,Cree,Inc.pg.14多芯片LED TIR透镜通过通过TIR透镜能够在对照度有特殊要求中得到很好的应用透镜能够在对照度有特殊要求中得到很好的应用+OKGoodGo
9、od+XPE LED TIR透镜二次光学器件厂商二次光学器件厂商Copyright 2010,Cree,Inc.光学模型和模拟工具光学模型和模拟工具Copyright 2010,Cree,Inc.pg.16目前已有光学软件能够有效的进行目前已有光学软件能够有效的进行LED光学模拟和设计光学模拟和设计 Photometric viewer Lighting Design software Optical Design software容易容易复杂复杂Copyright 2010,Cree,Inc.pg.17pg.17初始光源模型初始光源模型Copyright 2010,Cree,Inc.pg.1
10、8打开打开IES文件文件Copyright 2010,Cree,Inc.pg.19照明照明设计软设计软件件-DIALux（FREE）Copyright 2010,Cree,Inc.pg.20DIALux ExampleDIALux ExampleCopyright 2010,Cree,Inc.pg.21DIALux ExampleCopyright 2010,Cree,Inc.pg.22DIALux ExampleCopyright 2010,Cree,Inc.pg.23其它软件：其它软件：AGICopyright 2010,Cree,Inc.pg.24光学光学设计软设计软件件Copyrigh
11、t 2010,Cree,Inc.pg.25 通常使用以下光学软件进来通常使用以下光学软件进来LED二次光学建模和设计：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二次光学设计二次光学设计光源光源表面光源表面光源体积光源体积光源光线情况光线情况光谱参数光谱参数高斯高斯黑体黑体自定义自定义空间，角度，体积分布空间，角度，体积分布分析分析光度或照度光度或照度光强光强 亮度（空间或角度）亮度（空间或角度）颜色颜色色度，显指
12、，色温，光谱能量色度，显指，色温，光谱能量分布，分布，Copyright 2010,Cree,Inc.pg.26Photopia Software导入导入TP建立面光源建立面光源Copyright 2010,Cree,Inc.pg.27光线追踪模拟光线追踪模拟Copyright 2010,Cree,Inc.pg.28Copyright 2010,Cree,Inc.pg.29描点建立光源文件描点建立光源文件生成生成IES文件文件Copyright 2010,Cree,Inc.pg.30自动优化功能自动优化功能定义变量和边界条件定义变量和边界条件定义参数和目标定义参数和目标得到优化的结果得到优化的结果Copyright 2010,Cree,Inc.pg.31Copyright 2010,Cree,Inc.pg.32小结小结二次光学二次光学设计设计目的是目的是为为了改了改变变LED发发光角和光光角和光强强分分布以布以满满足灯具足灯具应应用需求用需求某些光学材料会使某些光学材料会使Cree Xlamp光源色温光源色温(色坐色坐标标)等等发发生生变变化化在在设计设计或或选择选择CREE LED时请时请了解系了解系统统的光学分布的光学分布每个光学厂家的制每个光学厂家的制造造技技术术和成本有所不同和成本有所不同CREE 将提供整套的将提供整套的LED应应用光学解决方案用光学解决方案