摘要：利用幾何光學(xué)原理設(shè)計(jì)了自由曲面的反光杯和菲涅耳透鏡模型，小角度光線通過(guò)菲涅耳透射準(zhǔn)直，大角度光線通過(guò)反光杯準(zhǔn)直。使用 Matlab 軟件計(jì)算出初始結(jié)構(gòu)參數(shù)，利用三維建模工具軟件進(jìn)行曲面擬合并建立幾何模型。將幾何模型導(dǎo)入 TracePro 軟件進(jìn)行優(yōu)化模擬照明。光源采用發(fā)光面積 1 mm x1 mm的 LED 芯片，視角為 160°。結(jié)論：透反式準(zhǔn)直器極大提高了光能利用率，不考慮材料吸收等損耗，準(zhǔn)直器傳輸效率約為 90%；準(zhǔn)直性能與預(yù)期相符，半光強(qiáng)角度小于 3°。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，準(zhǔn)直效果良好。

關(guān)鍵詞：準(zhǔn)直器；Tracepro軟件；菲涅爾透鏡；反光杯

0.引 言

發(fā)光二極管( LED) 作為一種綠色光源，具有許多優(yōu)點(diǎn)。例如電光效率高、壽命長(zhǎng)、體積小等。正是由于上述的優(yōu)點(diǎn)，最近幾年 LED 在照明領(lǐng)域的應(yīng)用有很大的發(fā) 展，像 路 燈 照 明、汽 車 燈、投 影 儀、室 內(nèi) 照 明等。但是 LED 芯片本身是一個(gè)近似的朗伯光源，光強(qiáng)隨著發(fā)光角呈現(xiàn)余弦分布，這種光源很難滿足各種照明要求。因此需要根據(jù)特殊的照明要求設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)，對(duì) LED 發(fā)出的光進(jìn)行整形，改變其光強(qiáng)分布。

TracePro 是一套普遍用于照明系統(tǒng)、光學(xué)分析、輻射分析及光度分析的光線仿真軟件，具有強(qiáng)大光學(xué)分析功能、資料轉(zhuǎn)換能力及易上手的使用介面的模擬軟件。應(yīng)用領(lǐng)域涉及照明、導(dǎo)光管、背光模組等。

本文利用幾何光學(xué)原理，基于 LED 光源建立了一種透反式的準(zhǔn)直器模型，利用 TracePro 軟件對(duì)該模型進(jìn)行了優(yōu)化和 Monte-Carlo 光線追蹤分析，對(duì)其光學(xué)特性進(jìn)行了分析。通過(guò)對(duì)光強(qiáng)分布曲線、照度分布圖的分析，證明了這種準(zhǔn)直器的高效性和可行性。

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