光学设计(包括led及传统光学)

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1、LED二次光学设计浅析复旦大学光源与照明工程系皇甫炳炎一、反射器设计基础理论设计概述将反射器上任意点(角度θ)接收的光源光线反射到与轴线成希望夹角α的方向上，换言之，要注定反射器上各区域将光线投射到什么方位，这是设计的第一步。为此，需要下述数据：1.光束分布(配光)；用出射光线光强该光线与轴线夹角α表示，采用函数式或曲线图都可以；2.光源发出光线的光分布(光强分布)；采用从它发出的各条光线与轴线夹角θ表示，常用曲线表示，在近似的计算中光源的配光常用余弦分布；3.从要求的光束分布的总光通，考虑光源与反射器之间的结构限制等因素确定光源的功率。计算中遵循光通量的守恒。具体细节如下：1.对从光源

2、射向四周空间的光线，要选择合适的角度间隔进行分划，见图1；图12.计算在光源光分布和出射光束光分布中各个角度间隔内的立体角；3.采用光通增量=光强×立体角增量的公式计算各问隔内的光通，其中光强由光源光分布和出射光束光分布中提供，往往取间隔角度的中值角上的值；4.找出光源能提供的光通和光束中需要的光通之差值，得到折换系数，统一二者的差异；5.找出光源在某个θ角间隔内能提供的光通正好和光束在某个α角间隔内需要光通相一致的对应关系，即××θ角内的光线射到××α角中去的θ～α关系。根据θ～α的关系，求出反射器曲面形状，这是计算反射器的第二步。其中包括：1.用公式计算光源光线间隔角度中反射面与轴线

3、夹角β；2.列表写出光源光线间隔角度θ和β角的正切值；3.以光源置放点为原点，光轴(对称轴)为x轴，写出从光源发出的各光线间隔角度上光线的方程：y=tgθx；4.设反射器起始于第一点的坐标是xy，它的斜率为tgβ，则反射器上第000一段的折线方程为：y-y=(x-x)tgβ；005.计算该线段与下一个光线间隔角度的交点x1y1，即解下述方程组：y-y=(x-x)tgβ10100y=tgθx116.重复过程5，计算下一个点，不同的是将xy的值作为x，y来处理，β11000与tgθ另取新的值；7.完成上述全过程就可得到—个需要的反射器曲线。确定θ～α关系方法之一—图表计算法：例：已知：需要设

4、计—个具有下图配光曲线的反射器，(该反射器配光较宽，S／H=1.5，S／H称作距高比)。步骤：1.选择配光曲线中光线间隔角度，例如取10°进行分划，用每环带中的中位角度上光强与该环带昀环带常数相乘得各环带内的光通量，见下表1。分划角度越小，准确度越高。环带中间角度的环带常数环带内(度)光强(cd)(ω△α)光通0-107200.0956810-207550.2832l320-308550.46339630-409300.62858440-507450.77457650-604500.8974O360-70l5O0.993l4970-80201.05821总和2410(lm)2.从上表知，

5、要得到如图的配光需要2410光源流明的光通量。如果灯具效率为70％，那么需要的光源光通为24l0／0.7=3440流明。查找与该值相接近的光源有200瓦白炽灯，它具有旋转对称配光，光通3700流明。然后，测量或从厂方提供的光源说明书中得到图5-32的光分布曲线，仿照上表计算光源上各环带占有的光通，如下表。并设定灯泡对称轴与反射器轴线重合。划分的间隔角度与上相同。表2：环带内中同环带内环带角上的光环带常数光通强(cd)(ω△θ)△Fθ17O-l802920.0952816O-l702910.28382150-1602890.463l34l40-1502040.628l85l30-l4O30

6、50.774236l20-l303130.89728lll0-1203l3O.993311，946(上述之和)100-1103061.05832490-l002901.09131680-902751.09130O70-802811.0582976O-7O296O.99329450-603040.89727340-503060.77423730-402970.628l862O-302920.463135l0-2025l0.2837l0-10l010.095lO总和3700(lm)3.从光源的配光中看出从120°-180°区域内的直接投射出的光线都是直接有用的需要的光线，从表2中知有946l

7、m，余下的3700-946=2754lm，必须从反射嚣内反射，若反射器表面反射率为80％，部件挡光15%，实际能从反射器反射出来的光通为：2754×8O％×85%=1870流明。这样实际可利用的光源光通为946+l870=2816lm。4、2816lm大于表1即光束需要的光通2410lm，说明了采用这种光源是可行的，光通有一定的余量。不过它应与2410取得一致，为此将表1中逐项的光通应乘上一个系数：28l6／24l0=1.168后，