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LightTools中LED的二次光学系统设计

2020-08-05 05:43:49  来源:茄子生活网  

我们来了解和学习下LightTools中的二次光学系统设计。例子我们选用:对LED光源进行优化,提高小角度上的能量利用率,LED光源选择Luxeon Star LED,目标是:通过设计一款透镜让轴上±5°以内的能量达到LED总输出能量的40%或更高。 1LED二次光学系统 图1:LED二次光学系统 一般在设计初期,我们都会起草一份设计框架,这样做有助于我们明确自己的设计思路和设计目标,下图就是我们此次设计的整体流程图: 2设计思路 图2:设计思路 设计过程: 1. 导入真实LED光源模型,仔细检查模型情况,明确模型参考坐标位置。 3LED模型 图3:LED模型 2. 模型检查完成后,添加远场接收器和表面接收器,并追迹适当光线对光源进行简单模拟,观察裸LED时系统的发光分布情况,也就是我们前面框架图中的第二步:分析起点。我们只有明确了起点情况,才能确定我们下一步该怎么做。 操作:添加表面接收器到Z=20mm位置;接着在视图空白处右键点击并选择远场接收器;然后打开两个接收器属性并确定测量单位为光通量。最后回到菜单栏, 选择 Ray Trace > Simulation Input… 在正向追迹里追迹 25,000 根光线, 并显示 100 根光线,运行模拟,点击 “Begin Simulation” 按钮。 4添加远场接收器 图4:添加远场接收器 5设置两接收器为光通量单位 图5:设置两接收器为光通量单位 6设置模拟输入 图6:设置模拟输入 3. 追迹完光线后,我们就要开始分析。分别从表面接收器上查看照度模拟图;从远场接收器上查看强度模拟图。从强度分布图上可以看出,此LED光源的中心光强很弱,并且朝±30°分光,而我们的设计目标是±5°以内40%能量,所以我们要想办法把±30°的光聚集到±5°以内。 操作:在 Analysis菜单, 打开 Illuminance Display > LumViewer;在 Analysis菜单, 打开Intensity Display > Slice Chart;在系统导航或3D视图中右键点击并选择“属性”查看详细参数。 7表面接收器与远场接收器 图7:表面接收器与远场接收器 8照度分布图 图8:照度分布图 9强度分布图 图9:强度分布图 10接收器上详细参数 图10:接收器上详细参数 4. 从上面模拟结果中,我们已经发现“蝙蝠式”分布不是我们想要的分布,那么我们就要想办法利用二次光学原理改变LED发光分布。我们打算使用全反射或镜面反射来减少大于±30°上的发光能量,再使用折射来改善小于±30°上的发光能量。反射或全反射我们可以用反光碗来实现,折射我们可以使用小透镜来实现,然后将两者相结合,这就是我们的设计思路。 操作:先创建一个透镜,将该透镜放在Z = 15mm位置,并修改透镜面形为二次曲面;再创建一个SkinSolid实体(蒙皮),将其放在Z = -0.5mm位置,并设置SkinSolid实体材料为PMMA;接着创建一个圆柱与SkinSolid实体做布尔运算,从SkinSolid实体中挖出一个和LED CoverLens差不多大小的圆柱空间;最后组合透镜和SkinSolid实体。 11两种设计方法 图11:两种设计方法 12设计思路 图12:设计思路 13组合 图13:组合 14创建透镜 图14:创建透镜 15设置透镜相关参数 图15:设置透镜相关参数 16创建SkinSolid实体 图16:创建SkinSolid实体 17设置SkinSolid实体参数 图17:设置SkinSolid实体参数 18创建圆柱 图18:创建圆柱 19根据LED CoverLens计算圆柱口径 图19:根据LED CoverLens计算圆柱口径 20设置圆柱相应参数 图20:设置圆柱相应参数 21布尔运算 图21:布尔运算 22组合SkinSolid实体和透镜 图22:组合SkinSolid实体和透镜 5. 组合模型创建好后,我们就可以来验证下这个组合透镜的效果,使用NS非序列光线优化镜头,这个在我们以前关于优化的文章里讲过,此处不再赘叙。