LED移動(dòng)照明系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)和仿真研究——照明系統(tǒng)反光杯的光學(xué)設(shè)計(jì)和仿真研究

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）led移動(dòng)照明系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)和仿真研究照明系統(tǒng)反光杯的光學(xué)設(shè)計(jì)和仿真研究 學(xué) 院 物理與光電工程學(xué)院 專 業(yè) 光信息科學(xué)與技術(shù) 年級(jí)班別 2005 級(jí)（2）班 學(xué) 號(hào) 3105010052 學(xué)生姓名 梁德平 指導(dǎo)教師 蘇成悅 2009 年 6 月 led移動(dòng)照明系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)和仿真研究梁德平 物理與光電工程學(xué)院摘 要本文簡(jiǎn)要介紹了多種實(shí)際應(yīng)用的led光源和led光源常用的反光杯，并對(duì)日常用的反光杯進(jìn)行建模。本文著重的是led光源及其反光杯的設(shè)計(jì)、仿真及改良。對(duì)整個(gè)led照明系統(tǒng)進(jìn)行仿真，分析其配光曲線和光照度分布圖。在設(shè)計(jì)led光源的光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，要考慮led芯片的幾何尺寸，

2、所要模擬的面光源大小，亮度要求和照度要求。設(shè)計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)盡可能貼近實(shí)際，盡量的反映了實(shí)際應(yīng)用的情況。在對(duì)反光杯的設(shè)計(jì)時(shí)，分析了反光杯不同的幾何結(jié)構(gòu)對(duì)照明系統(tǒng)的光照度分布的影響。并對(duì)不同的應(yīng)用情況，對(duì)反光杯進(jìn)行不同的改良。本文介紹了如何使用tracepro光學(xué)分析軟件來(lái)設(shè)計(jì)及仿真led照明系統(tǒng)，tracepro軟件在對(duì)實(shí)體模型的光學(xué)分析上有很大的優(yōu)勢(shì)。著重介紹了如何使用tracepro來(lái)設(shè)計(jì)，和分析整個(gè)led照明系統(tǒng)。led照明系統(tǒng)有多種的可能，本文只提出幾種設(shè)計(jì)方案，并盡可能使用光學(xué)分析軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)仿真。使用tracepro軟件來(lái)進(jìn)行實(shí)體建模，需要注意的是tracepro只適用于簡(jiǎn)單的實(shí)體建模。

3、對(duì)于復(fù)雜的實(shí)體模型，需要借助其他的cad軟件完成，然后導(dǎo)入tracepro中進(jìn)行光學(xué)分析。關(guān)鍵詞： led光源，反光杯，照明系統(tǒng)，traceproabstractthis paper introduces a wide range of practical applications of the led light source and its reflector, whats more we model it in the tracepro. this article is focused on led light source and the reflector design, simul

4、ation and improvement.we simulate the entire led lighting system, and analyze their light curves and the distribution of illumination. in the design of the optical systems of the led light source, it is necessary to consider the geometry of the led chip, the size of the source which we want to simul

5、ate, brightness requirements and illumination requirements.the design of the optical system must be as close as possible to reality, as far as possible reflects the situation in practical applications. in the design of the reflector, we analyze the different of the geometry of the reflector how to i

6、mpact the distribution of illumination of the lighting systems. and make the different improvements for the different reflector .this article describes how to use the optical and analysis software tracepro to design and simulate the led lighting systems, tracepro software have a great advantage to m

7、odel and analyze the optical systems.we focuse on how to use the tracepro to design, and analyze the entire led lighting system. there are a variety kinds of the led lighting systems possible, this article only introduces a few design, and as far as possible, using optical analysis software to simul

8、ate. when we use the tracepro to model the optical systems,wo should be noted that the tracepro only applies to simple modeling. as we want to model a complex optical systems, we need to use other cad software, and then import tracepro to carry out.key words: led light source, reflector, lighting sy

9、stems, tracepro目 錄1 緒論11.1 前言11.2 led發(fā)光機(jī)理及結(jié)構(gòu)21.2.1 發(fā)光機(jī)理21.2.2 led的材料與結(jié)構(gòu)21.2.3 led的工作特性31.3 led光源反光杯的結(jié)構(gòu)31.4 本論文主要完成的工作52 照明技術(shù)理論基礎(chǔ)及常用光學(xué)材料簡(jiǎn)介62.1 照明技術(shù)62.1.1 光度量62.1.2 光源和燈具62.1.3 照明一般術(shù)語(yǔ)62.2 照明光學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)72.3 常用光學(xué)材料的簡(jiǎn)介82.3.1 光學(xué)玻璃82.3.2 光學(xué)晶體92.3.3 光學(xué)塑料93 光學(xué)分析軟件的簡(jiǎn)介113.1 tracepro簡(jiǎn)介113.2 tracepro的使用113.2.1 軟件的打開

10、和權(quán)限的選擇113.2.2 用戶界面123.2.3 實(shí)體建模133.2.4 應(yīng)用屬性143.2.5 光學(xué)分析144 led照明系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)及仿真164.1 led的光學(xué)建模164.1.1 led光源建模的基本要素164.1.2 led的封裝164.2 tracepro中的led實(shí)體建模184.2.1 建立實(shí)體模型184.2.1 設(shè)置應(yīng)用屬性214.3 led光源反光杯的實(shí)體建模234.3.1 實(shí)際參考模型234.3.2 實(shí)體建模234.3.3 應(yīng)用屬性設(shè)置244.4 led照明系統(tǒng)的仿真分析254.4.1 光照度分布圖254.4.2 坎德拉曲線分布圖264.5 led照明系統(tǒng)的仿真分析與實(shí)際

11、應(yīng)用的對(duì)比284.5.1 測(cè)量環(huán)境及步驟284.5.2 測(cè)量結(jié)果的比對(duì)295 led照明系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及仿真325.1 led光源的優(yōu)化325.1.1 改變碗杯結(jié)構(gòu)325.1.1 改變膠體結(jié)構(gòu)345.2 led光源反光杯的優(yōu)化36結(jié) 論40參考文獻(xiàn)41致 謝421 緒論1.1 前言半導(dǎo)體照明作為一種新興的產(chǎn)業(yè)正在蓬勃發(fā)展。led(light emitting diode)，發(fā)光二極管，逐漸成為一種重要的照明光源。led技術(shù)開始于二十世紀(jì)六十年代。最初的led，由于發(fā)光效率低、顏色單一等因素限制，只能用在儀器指示上。隨著材料科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，led芯片技術(shù)在40年來(lái)有了重大的進(jìn)展。1993年日本日

12、亞公司率先在藍(lán)色ganled技術(shù)上突破， 并且在1996年實(shí)現(xiàn)白光， 使得led應(yīng)用在照明方面成為可能。led具有體積小、重量輕、耗能少、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)時(shí)間短及抗震性能好的優(yōu)點(diǎn)。因此led的研究引起各國(guó)的高度重視而得到迅速的發(fā)展1。led被稱為第四代照明光源或綠色光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、體積小等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景等領(lǐng)域。近年來(lái)，世界上一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家圍繞led的研制展開了激烈的技術(shù)競(jìng)賽。美國(guó)從2000年起投資5億美元實(shí)施“國(guó)家半導(dǎo)體照明計(jì)劃”，歐盟也在2000年7月宣布啟動(dòng)類似的“彩虹計(jì)劃”。我國(guó)科技部在“863”計(jì)劃的支持下，2003年6

13、月份首次提出發(fā)展半導(dǎo)體照明計(jì)劃。隨著led技術(shù)的飛速發(fā)展，led光源的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，從顯示領(lǐng)域逐漸擴(kuò)展到照明領(lǐng)域，led照明燈具的設(shè)計(jì)也越來(lái)越受到光學(xué)設(shè)計(jì)人員的重視。在照明領(lǐng)域目前國(guó)內(nèi)常用的光學(xué)軟件主要分為兩類：照明工程設(shè)計(jì)軟件和光學(xué)器件設(shè)計(jì)軟件。照明工程設(shè)計(jì)軟件的作用是依據(jù)現(xiàn)有配光分布確定的標(biāo)準(zhǔn)化燈具為用戶設(shè)計(jì)一套方案，提供相應(yīng)的視覺(jué)需求。例如，dialux、oxytech、agi32等就是比較常用的照明工程設(shè)計(jì)軟件；光學(xué)器件設(shè)計(jì)軟件的作用是依據(jù)光源的特點(diǎn)及期望的光學(xué)效果設(shè)計(jì)出相應(yīng)的光學(xué)器件，例如led用反光杯和透鏡。目前，做光學(xué)器件設(shè)計(jì)的常用軟件有zemax、tracepro、asap

14、、lighttools等2。在選擇軟件的時(shí)候，要根據(jù)需要決定。市政設(shè)計(jì)院、道路照明工程公司主要使用照明工程設(shè)計(jì)軟件，而燈具廠家主要使用光學(xué)器件設(shè)計(jì)軟件。而且，即使是同類設(shè)計(jì)軟件，其側(cè)重點(diǎn)也不同。例如，tracepro用來(lái)做反光杯、反光罩設(shè)計(jì)比較方便，但用來(lái)做透鏡設(shè)計(jì)就很困難；而zemax比較擅長(zhǎng)做透鏡的設(shè)計(jì)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，有時(shí)需要將不同軟件結(jié)合起來(lái)使用。而本論文側(cè)重于對(duì)led的封裝及其反光杯的研究，所以本論文只使用tracepro來(lái)完成設(shè)計(jì)。1.2 led發(fā)光機(jī)理及結(jié)構(gòu)31.2.1 發(fā)光機(jī)理發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)也是半導(dǎo)體pn結(jié)，通常是雙異質(zhì)結(jié)(同型異質(zhì)結(jié)p-p或n-n和反型異質(zhì)結(jié)p-n共同組成)。

15、結(jié)與結(jié)之間是產(chǎn)生熒光的復(fù)合區(qū)，叫有源區(qū)。對(duì)pn結(jié)正向注入電流，p區(qū)空穴向有源區(qū)擴(kuò)散，n區(qū)電子向有源區(qū)擴(kuò)散，結(jié)果電子與空穴在有源區(qū)復(fù)合，以一定頻率的光能釋放出來(lái)。但其載流子的復(fù)合過(guò)程有其特別的地方。載流子的復(fù)合機(jī)構(gòu)有：直接符合導(dǎo)帶中的電子直接躍入價(jià)帶與空穴復(fù)合：間接復(fù)合載流子通過(guò)晶體中的雜質(zhì)或者缺陷所形成復(fù)合中心的復(fù)合。led與ld的根本區(qū)別在于：led發(fā)光是基于自發(fā)輻射，發(fā)出的是熒光，是非相干光；ld是靠?jī)啥私饫砻鏋橹C振腔起反射作用來(lái)提供光的反饋，是基于受激輻射，發(fā)射的是相干光激光。led的體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耗電少，壽命長(zhǎng)，造價(jià)低，是應(yīng)用廣泛、前景誘人的重要光源。1.2.2 led的材料與結(jié)構(gòu)

16、發(fā)光二極管的材料主要是-族化合物半導(dǎo)體，如gap、gaas、gan等，有直接躍遷型和間接躍遷型之分。間接躍遷型材料的電子-空穴復(fù)合時(shí)，出放出光子外，還伴隨有晶格振動(dòng)，其發(fā)光效率比直接躍遷型要差。gap屬于間接躍遷型，gaas、gan是直接躍遷型。其中g(shù)ap，eg=2.24ev，峰值波長(zhǎng)555nm，綠光。gap：zno，gap中摻鋅、氧，峰值波長(zhǎng)700nm，紅光。gap：n，摻n量不同，可發(fā)綠光(568nm)或黃光(590nm)。gaas， eg=1.43ev ，峰值867nm，近紅外光。gan，led的有源層是ingan多量子阱，隨組分的差異可發(fā)藍(lán)光(450nm)和發(fā)紫光(400nm)。ing

17、aasp，峰值波長(zhǎng)1.3m。為提高led性能，一般采用雙異質(zhì)結(jié)、量子阱結(jié)構(gòu)。發(fā)光二極管又可分為面發(fā)光型和邊發(fā)光型。面發(fā)光型的出光面與pn結(jié)構(gòu)平面平行。邊發(fā)光型是從pn結(jié)的一個(gè)端面(與結(jié)平面垂直)出光。面發(fā)光型led的光功率較邊發(fā)光型大，但出光面大，光發(fā)光角度也大，且由于全反射現(xiàn)象，與光纖耦合很差。邊發(fā)光型led出光面很小(0.2m2m)與光纖耦合容易。半導(dǎo)體材料往往折射率較高，如gaas，n3.6。故在材料與空氣的界面易發(fā)生全反射，使光不能輻射出去，如圖1.1(a)所示少部分出射光的發(fā)光角度也較大。圖1.1(b)、(c)都能有效地增加光輸出。圖1.1(c)用透明的高折射率(n1.5) 塑料密封

18、，頭部鑄塑成半球形，輸出比(a)約增大三倍。因造價(jià)低，故大量采用。 (a)大部分全反射 (b)加微小透鏡 (c)塑料封裝圖1.1 led的結(jié)構(gòu)1.2.3 led的工作特性1、光譜特性led的發(fā)光光譜決定于pn結(jié)材料的能帶結(jié)構(gòu)。led發(fā)出非相干光，故其譜線寬度在幾十到上百微米，用作彩色顯示的led，紅、綠、藍(lán)色彩鮮明。2、p-i特性led的工作電流一般在十到數(shù)十毫安，發(fā)射功率一般是幾百微瓦到豪瓦量級(jí)。p-i特性曲線的線性區(qū)很寬，無(wú)閾值電流。在電流較大時(shí)，pn結(jié)發(fā)熱，發(fā)光效率較低，出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。如圖1.2所示。圖1.2 p-i特性曲線1.3 led光源反光杯的結(jié)構(gòu)led光源反光杯的設(shè)計(jì)也就是led

19、光源的二次光學(xué)設(shè)計(jì)。二次光學(xué)設(shè)計(jì)的目的在于調(diào)節(jié)led光源所發(fā)出的光線在空間中的分布，主要起到聚光作用。常用led光源反光杯可以分為以下幾類：1、二次曲面反光杯該種類型中包含有球面、拋物面、橢球面、雙曲面四種。日常使用球面和拋物面作物反光杯。如圖1.3所示。圖1.3 球面和拋物面反光杯結(jié)構(gòu)圖2、矩形反光杯矩形反光杯由兩個(gè)相互垂直的混合凹槽反光曲面構(gòu)成。與二次曲面反光杯相比該類型反光杯并不是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸，這有利于光能向某一方向集中。常用作投光燈的反光杯。如圖1.4所示。圖1.4 矩形反光杯3、自由曲面反光杯該類型多用于室內(nèi)照明和汽車前車燈，它主要由多個(gè)曲面構(gòu)成，多呈對(duì)稱分布。如傘狀曲面和汽車車燈的混

20、合曲面。如圖1.5所示。 (a)曲面一 (b)曲面二 (c)曲面三圖1.5 三種常見自由曲面發(fā)光板1.4 本論文主要完成的工作在本論文中，我們使用tracepro對(duì)某一高亮度的警用手電筒進(jìn)行反向的仿真，按照其光學(xué)系統(tǒng)的各部分參數(shù)進(jìn)行實(shí)體建模和材料及表面屬性的設(shè)置，模擬得出其在照明平面上的光照度分布。我們通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果及實(shí)際情況的光照度分布進(jìn)行了比對(duì)，并對(duì)tracepro的仿真度進(jìn)行評(píng)價(jià)。1、根據(jù)led光源芯片的發(fā)光模型，利用tracepro進(jìn)行光學(xué)建模，完成led光源的一次光學(xué)設(shè)計(jì)。然后，根據(jù)實(shí)際使用的一個(gè)led光源反光杯的模型進(jìn)行建模，完成led光源的二次光學(xué)設(shè)計(jì)。最后對(duì)整個(gè)led照明系統(tǒng)進(jìn)

21、行光線追跡，對(duì)其光照度分布圖和坎德拉分布圖進(jìn)行分析。2、實(shí)驗(yàn)測(cè)量實(shí)際使用的led照明系統(tǒng)的光強(qiáng)分布，與仿真模擬的光照度分布圖做對(duì)比，對(duì)tracepro的仿真度進(jìn)行評(píng)價(jià)。3、對(duì)led的封裝結(jié)構(gòu)的不同對(duì)光強(qiáng)分布的影響進(jìn)行分析研究。對(duì)led光源反光板的內(nèi)壁表面屬性進(jìn)行自定義，模擬出表面凹凸的散射效果，并對(duì)其光照度分布進(jìn)行分析。2 照明技術(shù)理論基礎(chǔ)及常用光學(xué)材料簡(jiǎn)介2.1 照明技術(shù)42.1.1 光度量發(fā)光強(qiáng)度(luminous intensity) 點(diǎn)光源向觀察方向微小立體角內(nèi)發(fā)射的光通量除以該立體角元，單位：cd光通量(luminous flux) 發(fā)光強(qiáng)度為i的光源在立體角元d內(nèi)的光通量為d=i

22、d，單位：lm光亮度(luminance) 在表面的一點(diǎn)和給定的方向上，面元的發(fā)光強(qiáng)度除以該面元在垂直于所給定方向的平面上的正投影的面積，單位：cd/光出射度(luminous extiance) 在表面上的一點(diǎn)，離開面元的光通量除以該面元的面積，單位：lm/光照度(illuminance) 在表面一點(diǎn)，入射到面元上的光通量除以該面元的面積，單位：lx2.1.2 光源和燈具光源(light source) 由于能量的轉(zhuǎn)變而能發(fā)光的表面或者物體。一般均指人工光源。反光杯(reflector) 主要利用反射現(xiàn)象改變光源的光通量空間分布的裝置。漫射器(diffuser) 主要利用漫射現(xiàn)象改變光源的光

23、通量空間分布的裝置。探照燈(serchlight) 通常口徑在0.2m以上，發(fā)出大致平行的光束的投光器。聚光燈(spot lighting) 通?？趶皆?.2m以下，發(fā)出開角在20一下的光速的投光器。泛光燈(flood lighting) 通常為投光照明而設(shè)計(jì)，使指向?yàn)槿我夥较虻耐豆鉄?。燈具效?luminance efficiency) 在規(guī)定條件下測(cè)得的燈具所發(fā)射的光通量與燈具內(nèi)所有裸光源測(cè)得的光通量已和的比值。2.1.3 照明一般術(shù)語(yǔ)配光(luminous intensity distribution) 光強(qiáng)在各個(gè)方向的分布。配光曲線(luminous intensity distrib

24、ution curve) 在包含光源的某一平面內(nèi)，光源各個(gè)方向的光強(qiáng)用矢量大小來(lái)表示并將矢量端連接起來(lái)的曲線。配光曲線光束角的定義方式有兩種：一種是由(美國(guó))國(guó)際照明學(xué)會(huì)定義的標(biāo)準(zhǔn)，以最大光強(qiáng)的十分之一時(shí)的角度為光束角；另一種是由(歐洲)國(guó)際照明委員會(huì)定義的標(biāo)準(zhǔn)，以最大光強(qiáng)的一半時(shí)的角度為光束角。其中，我們國(guó)家以歐洲國(guó)際照明委員會(huì)為標(biāo)準(zhǔn)。在本篇論文中，我們所涉及的發(fā)光角度為兩倍的光束角。如圖2.1所示兩種不同標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)光角度的讀取。 (a)極坐標(biāo)配光曲線 (b)直角坐標(biāo)配光曲線圖2.1發(fā)光角度的讀取由上圖我們可以讀取到發(fā)光角度為150(美國(guó)標(biāo)準(zhǔn))或80(歐洲標(biāo)準(zhǔn))。等照度曲線(isolux cu

25、rve) 在受照平面圖上將照度相等的點(diǎn)連接起來(lái)的曲線。它與地圖上的等高線概念相同。等光強(qiáng)圖(isocandela diagram) 等光強(qiáng)曲線群。照明利用系數(shù)(coefficient of utilization) 到達(dá)工作面上的光通量與光源發(fā)出的總光通量之比。2.2 照明光學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)5照明光學(xué)系統(tǒng)屬于一種非成像光學(xué)系統(tǒng)，它不同于傳統(tǒng)的成像光學(xué)系統(tǒng)，它注重于能量的分配而不是信息的傳遞。表2.1列出了照明光學(xué)系統(tǒng)與成像光學(xué)系統(tǒng)的區(qū)別。照明光學(xué)系統(tǒng)可以分為三個(gè)部分：光源、光學(xué)系統(tǒng)、照明平面。對(duì)絕大多數(shù)照明光學(xué)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，對(duì)照明面的要求多是光照度的要求。因此，計(jì)算光源發(fā)出的光線通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)后在照明面

26、上產(chǎn)生的光照度分布是十分必要的。表2.1 照明光學(xué)系統(tǒng)與成像光學(xué)系統(tǒng)的區(qū)別照明光學(xué)系統(tǒng)成像光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路必須考慮光源(如led發(fā)光面元)的尺寸，需要照亮的往往是一個(gè)立體空間不太考慮物方空間的亮度分布，在像方一般四成一個(gè)平面像評(píng)價(jià)方法沒(méi)有物像共轆系統(tǒng)，在照明區(qū)域中任意一點(diǎn)的照度都是由光源上許多點(diǎn)發(fā)出的光能通過(guò)照明系統(tǒng)分配后疊加形成的，用光照度圖和空間光強(qiáng)分布圖進(jìn)行評(píng)價(jià)物像空間有著相應(yīng)的點(diǎn)與點(diǎn)對(duì)應(yīng)的共扼關(guān)系，故可在視場(chǎng)中心和邊緣選取幾個(gè)抽樣點(diǎn)，追跡光線到相應(yīng)的像點(diǎn)，用垂軸像差、點(diǎn)列圖或光學(xué)傳遞函數(shù)對(duì)系統(tǒng)的成像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)其形式是多種多樣，如汽車前照燈的配光鏡，通常是由許多面型大小各不相同

27、的柱面鏡組合起來(lái)的，從燈絲發(fā)出的任意一條光線只通過(guò)一個(gè)柱面鏡，這些柱面鏡就構(gòu)成了一組非順序光學(xué)面，對(duì)非順序光學(xué)面的數(shù)學(xué)處理和光線追跡要復(fù)雜得多雖然可以非常復(fù)雜。但在絕大多數(shù)情況下可以把其中的各光學(xué)面作有序排列，所有光線均按此順序逐一通過(guò)各面2.3 常用光學(xué)材料的簡(jiǎn)介6常用光學(xué)材料包括光學(xué)玻璃、光學(xué)晶體、光學(xué)塑料三大類。2.3.1 光學(xué)玻璃1、無(wú)色光學(xué)玻璃無(wú)色光學(xué)玻璃按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)gb903-87的規(guī)定分為兩個(gè)系列：(1)普通光學(xué)玻璃系列；(2)耐輻射光學(xué)玻璃系列。根據(jù)不同的折射率和色散系數(shù)，無(wú)色光學(xué)玻璃分為18種類型。如氟冕玻璃代號(hào)為fk，輕冕玻璃代號(hào)為qk，冕玻璃代號(hào)為k，火石玻璃代號(hào)為f，重

28、火石玻璃代號(hào)為zf。2、有色光學(xué)玻璃有色光學(xué)玻璃按照著色劑的種類不同，可分為硒鎘著色玻璃、離子著色的選擇性吸收玻璃和離子著色的中性玻璃。硒鎘玻璃的著色劑是膠體狀態(tài)的硒化鎘cdse和硫化鎘cds，他們以不同的比例加于玻璃中，由于膠體粒子對(duì)光的選擇吸收，可以得到黃色jb、橙色cb、紅色hb玻璃。當(dāng)著色劑以離子狀態(tài)存在于玻璃中時(shí)，這類玻璃就成為離子著色玻璃。離子著色劑主要是鈷、鎳、銅、錳、鈾、鈦等的氧化物。2.3.2 光學(xué)晶體晶體材料可以分為天然晶體和人工晶體。光學(xué)鏡頭可以用作偏光鏡、紅外和紫外的分光鏡、復(fù)消色差鏡頭、閃爍晶體、窗口材料等。常見有方解石、電氣石、水晶、黃石等光學(xué)晶體。2.3.3 光學(xué)

29、塑料1、王冕光學(xué)塑料pmma，全稱聚甲基丙烯酸甲酯，它具有優(yōu)良的光學(xué)性能，可以與光學(xué)玻璃媲美，折射率與冕牌玻璃相近，故被人稱為王冕塑料。pmma的透射率在91%至92%范圍，折射率約為1.491，機(jī)器穩(wěn)定性好。雖然其線膨脹系數(shù)是玻璃的8到10倍，但不影響使用，溫度下降后，還原能力良好，在加工中，易于模壓成型。tracepro的材料庫(kù)中，包含的王冕光學(xué)塑料有： pmma、lucite(甲基丙烯酸，俗稱有機(jī)玻璃)、acrylic(丙烯酸)。2、火石光學(xué)塑料由苯乙烯單體聚合制成的聚苯乙烯，屬于熱塑性塑料，折射率在1.578至1.6176之間，色散系數(shù)為30.2，透過(guò)率88%，相當(dāng)于火石玻璃，被稱為火

30、石塑料。在tracepro的材料庫(kù)中，包含的火石光學(xué)塑料有：styrene(苯乙烯)、dylene(聚苯乙烯)、styron(肉桂塑料，抗腐蝕性聚苯乙烯)、ploycarb(聚乙烯)。3、環(huán)氧光學(xué)塑料最近幾十年來(lái)，光學(xué)塑料發(fā)展較快，研制出各種體系，其中之一，就是一環(huán)氧樹脂為主體制成或者與之相近樹脂制成的光學(xué)塑料，我們稱之為環(huán)氧光學(xué)塑料。tracepro的材料庫(kù)中，包含的環(huán)氧光學(xué)塑料有：aoc、coc(環(huán)狀聚烯樹脂)。4、其他光學(xué)塑料聚碳酸酯(polycarbonate)常用縮寫pc，是一種無(wú)色透明的無(wú)定性熱塑性材料。聚碳酸酯無(wú)色透明，耐熱，抗沖擊，阻燃，在普通使用溫度內(nèi)都有良好的機(jī)械性能。同性

31、能接近聚甲基丙烯酸甲酯相比，聚碳酸酯的耐沖擊性能好，折射率高，加工性能好。由于其無(wú)色透明和優(yōu)異的抗沖擊性，日常常見的應(yīng)用有光碟，眼睛片，水瓶，防彈玻璃，護(hù)目鏡、銀行防子彈之玻璃、車頭燈等等。其中在tracepro的材料庫(kù)中就包含有這種光學(xué)塑料，在材料庫(kù)中的名稱為lexan。3 光學(xué)分析軟件的簡(jiǎn)介3.1 tracepro簡(jiǎn)介7tracepro是一個(gè)實(shí)體模型的光學(xué)分析軟件，tracepro用普適光線追跡技術(shù)來(lái)追跡光線，這種技術(shù)允許你引入光線到一個(gè)模型，而在物體和表面相交處并沒(méi)有引起額外的損失。在每個(gè)交點(diǎn)，個(gè)體光線遵從吸收、反射、折射、衍射和散射定律。當(dāng)光線在實(shí)體中沿不同路徑傳播時(shí)，tracepro

32、跟蹤沒(méi)條光線的光通量。tracepro計(jì)算光的吸收、鏡面反射及折射、衍射和散射的能量。下面列出開始一個(gè)新的tracepro工程所需要的一些步驟：(1) 創(chuàng)建一個(gè)實(shí)體模型。第一步是建立或?qū)胍粋€(gè)幾何模型，代表你所希望的分析的系統(tǒng)。(2) 定義屬性。材料和表面屬性代表你所希望的物體所具備的特征，如吸收、反射、折射、吸收和散射等。你可以使用tracepro屬性庫(kù)里面定義好的材料和表面屬性，也可以制定新的屬性滿足你具體的要求。(3) 應(yīng)用屬性。一旦定義好屬性，你可以應(yīng)用這些屬性刀你模型中的合適物件和表面上去。(4) 追跡光線。通過(guò)實(shí)體進(jìn)行光線追蹤，需要定義光線起點(diǎn)，有如下幾種定義方式：柵格光源、表面光

33、源和導(dǎo)入已有光源。如何引入光源到模型以及哪些光線追跡參數(shù)會(huì)被盜用，須根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定。(5) 分析。一系列的分析選項(xiàng)可以用來(lái)確定方位、區(qū)域和光線追跡后的光能量分布。分析選項(xiàng)有很多種，包括：輝度圖、照度圖、坎德拉圖和通量圖，還有詳細(xì)光線歷史信息，他們可以保存成數(shù)據(jù)文件，方便后期處理。3.2 tracepro的使用3.2.1 軟件的打開和權(quán)限的選擇在開始菜單中點(diǎn)擊tracepro的打開方式。如圖3.1所示。圖3.1 tracepro 打開方式點(diǎn)擊打開軟件后，出現(xiàn)軟件的使用權(quán)限選擇框，按你所購(gòu)買的軟件權(quán)限選擇標(biāo)準(zhǔn)或者專業(yè)用戶。權(quán)限的不同功能有所區(qū)別。如圖3.2所示。圖3.2 tracepro 權(quán)限

34、選擇3.2.2 用戶界面進(jìn)入軟件后，將出現(xiàn)軟件的圖像化用戶界面，如圖3.4所示。圖3.3 tracepro 用回界面圖3.4 tracepro 菜單用戶界面的最頂部為tracepro的菜單欄，它包含了軟件的全部編輯工具和各類功能，分別是文件、編輯、視圖、插入、定義、分析、報(bào)告、工具、宏命令、窗口和幫助。如圖3.6所示。tracepro的工具欄為用戶提供了豐富的快捷按鈕，包含各類的常用工具。如文件的編輯工具、實(shí)體模型視圖的顯示工具、窗口的排列選擇工具、實(shí)體建模的工具、光學(xué)追跡及光學(xué)分析工具。用戶界面的中間部分為模型窗口，其中模型窗口的左邊為系統(tǒng)樹，它分級(jí)結(jié)構(gòu)顯示模型的物體和表面。在復(fù)雜的模型中，

35、它提供一種方便快捷的方式來(lái)對(duì)物體和表面進(jìn)行選取。模型窗口的右邊為工作窗，它顯示了模型的3d實(shí)體圖形及系統(tǒng)坐標(biāo)。系統(tǒng)的默認(rèn)坐標(biāo)是，z軸指向右，y軸指向上，x軸在用戶到界面的方向上。如圖3.5所示。圖3.5 tracepro 工作窗口3.2.3 實(shí)體建模在tracepro中允許簡(jiǎn)單實(shí)體的3d建模，insert菜單中包含有：primitive solid初始物件(方體、柱體、圓錐體、球體、圓環(huán)和薄紙)、光學(xué)元件、反光杯、菲尼耳透鏡、管道、槳型阻光片。如圖3.6 insert菜單及其窗口。 (a)insert菜單 (b) primitive solid窗口圖3.6 insert菜單及其窗口對(duì)與復(fù)雜的實(shí)

36、體模型時(shí)，我們需要在proe、solidworks等cad軟件中進(jìn)行。而tracepro提供了文件交互功能?？梢院芎玫貙?dǎo)入sat、prt等文件，其中tracepro與solidworks的交互性最好。因此，本論文中復(fù)雜的實(shí)體模型建造都使用了solidworks。3.2.4 應(yīng)用屬性一旦在tracepro中建立了實(shí)體模型，那么下一步就是給這個(gè)實(shí)體定義屬性，以確定光線將如何相互影響。其中tracepro包含了已經(jīng)定義好了的屬性數(shù)據(jù)，用戶可以根據(jù)需要選用，同時(shí)tracepro允許用戶定義屬性數(shù)據(jù)并能應(yīng)用于實(shí)體之中。在define菜單中選取apply properties，彈出應(yīng)用屬性的對(duì)話框。實(shí)體常

37、要定義的應(yīng)用屬性有：材料、表面屬性、面光源等。如圖3.7所示應(yīng)用屬性窗口。圖3.7 應(yīng)用屬性窗口同過(guò)對(duì)實(shí)體添加應(yīng)用屬性，使實(shí)體具有特定的功能。例如，把一個(gè)面設(shè)定為一個(gè)面光源，把一個(gè)表面設(shè)定為鏡面等，這些屬于都要求在應(yīng)用屬性中選取。3.2.5 光學(xué)分析tracepro為用戶提供了光學(xué)追跡、光照度圖、坎德拉曲線等光學(xué)分析工具。這些工具都在analysis菜單下可以選取使用。如圖3.8所示analysis菜單。圖3.8 analysis菜單通過(guò)光線追跡，和對(duì)光照度圖及坎德拉曲線的分析，我們可以大致的評(píng)價(jià)一個(gè)光學(xué)照明器件的照明特性，并為實(shí)際的使用和改善提供指引。4 led照明系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)及仿真4.1

38、 led的光學(xué)建模4.1.1 led光源建模的基本要素led光源模型的三個(gè)基本要素是8：(1) led發(fā)光面元的幾何尺寸(2) 面光源的發(fā)光特性(3) 光強(qiáng)的空間分布為了很好地仿真出真實(shí)的led光源，我們對(duì)美國(guó)cree公司的xr-e led進(jìn)行反向的仿真。并按照其特性參數(shù)，在tracepro中設(shè)置led的幾何及應(yīng)用屬性。對(duì)于不同光通量的led來(lái)說(shuō)，它的面光源尺寸會(huì)有所不同。光通量越大，它的面元尺寸就相對(duì)的增大。常用100lm的高亮度led的面光源尺寸大約為1mm*1mm，常用200lm的高亮度led的面光源尺寸大約為2.5mm*2.5mm。其中我們要進(jìn)行的仿真的cree led的光通量為100

39、lm。led的發(fā)光特性可以近似為朗伯發(fā)射面。朗伯發(fā)射面就是，在某一方向上的發(fā)光強(qiáng)度等于這個(gè)面垂直方向上的發(fā)光強(qiáng)度乘以方向角的余弦，這樣的發(fā)光面稱為朗伯發(fā)射面或朗伯體，有時(shí)也叫均勻漫射面或均勻漫射體，還常被稱做余弦漫射體9。其發(fā)光模型如圖4.1所示。圖4.1 led 朗伯特性圖4.1.2 led的封裝常見的led封裝結(jié)構(gòu)有兩種。一種是引腳式封裝，這也是我們?nèi)粘Ｗ钇毡榈氖褂玫膌ed。另一種是表面貼裝式封裝，其封裝技術(shù)可以很好地解決了led亮度、視角、平整度、一致性等問(wèn)題，采用更輕的pcb板和反射層材料，在顯示反射層需要填充的環(huán)氧樹脂更少，并去除較重的碳鋼材料引腳，通過(guò)縮小尺寸，降低重量，可輕易地將

40、產(chǎn)品重量減輕一半，為電子行業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)10。而我們要仿真的cree的led就是使用這種表面貼裝式封裝，在led面光源的表面上填充光學(xué)塑料，而這種光學(xué)塑料的特性我們無(wú)法從它的說(shuō)明書上獲得。但我們可以在tracepro的材料庫(kù)中找到光學(xué)塑料的材料庫(kù)，里面包含了數(shù)十種的光學(xué)塑料的特性。我們也可以自定義一種材料特性來(lái)吻合我們的需要。由于不同的封裝結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)led的發(fā)光強(qiáng)度分布造成影響，所以我們?cè)谠O(shè)置led的幾何尺寸的時(shí)候，要考慮到不同結(jié)構(gòu)的led封裝會(huì)對(duì)光強(qiáng)造成怎樣的影響。我們先從cree的led手冊(cè)上的led模型入手，對(duì)其進(jìn)行實(shí)體建模。然后分析其光強(qiáng)分布，跟手冊(cè)上的相對(duì)光強(qiáng)分布進(jìn)行對(duì)比。下面我們介紹

41、幾種常見的表面封裝結(jié)構(gòu)：1、圓錐11在tracepro中設(shè)置一圓錐，底面圓半徑為0.8mm，頂面圓半徑為1.2mm，高度為0.85mm，圓錐以材料coc填充，coc對(duì)0.4861um波長(zhǎng)的光的折射率為1.54。如圖4.2所示coc材料屬性。圖4.2 coc材料屬性下面是外形圖，光照度圖和坎德拉曲線。（a）實(shí)體圖 （b）光照度圖 （c）光照分布曲線圖4.3 圓錐封裝及其光學(xué)分析2、 方錐設(shè)置一方錐，底面正方形變長(zhǎng)為0.8mm，頂面正方形1.2mm，高度為0.85mm，方錐以材料coc填充。下面是外形圖，光照度圖和坎德拉曲線。 （a）實(shí)體圖 （b）光照度圖 （c）光照分布曲線圖4.4 方錐封裝及其

42、光學(xué)分析3、 半球形這也是我們要仿真的cree公司的一種led。下面附上其手冊(cè)上的led模型及幾何尺寸。圖4.5 cree led的實(shí)體參數(shù)在下一節(jié)，我們將在tracepro詳細(xì)的介紹如何建立起這個(gè)led實(shí)體模型。4.2 tracepro中的led實(shí)體建模4.2.1 建立實(shí)體模型第一個(gè)步驟，建立led的發(fā)光面元。在insertprimitive solids中新建一個(gè)1*1*0.1的block實(shí)體(系統(tǒng)默認(rèn)單位為mm)，其坐標(biāo)中心要設(shè)置在反光杯的焦點(diǎn)位置上(為反射出平行光)。（a）insert參數(shù) （b）建模實(shí)體圖4.6 步驟一第二個(gè)步驟，再在insertprimitive solids中新建

43、一個(gè)半徑為2.8mm的sphere實(shí)體，其球心坐標(biāo)位于面光源上。（a）insert參數(shù) （b）建模實(shí)體圖4.7 步驟二第三個(gè)步驟，在insertprimitive solids中新建一個(gè)半徑為2.8mm的cylinder實(shí)體。 （a）insert參數(shù) （b）建模實(shí)體圖4.8 步驟三之一先在系統(tǒng)樹選擇球體(被減物體)然后選擇主體(減物體)，接著選擇editboolean里面的subtract運(yùn)算得出半球體。 （a）edit選項(xiàng) （b）建模實(shí)體圖4.9 步驟三之二第四個(gè)步驟，再insertprimitive solids新建一個(gè)半徑為3.4mm，高為1.6mm的cylinder實(shí)體作為底座。 （a

44、）insert參數(shù) （b）建模實(shí)體圖4.10 步驟四第五個(gè)步驟，在添加一個(gè)貼片底座。insertprimitive solids新建一個(gè)7*9*0.8的block實(shí)體底座。 （a）insert參數(shù) （b）建模實(shí)體圖4.11 步驟五完成以上五個(gè)步驟后，led實(shí)體的簡(jiǎn)單建模就完畢。下面將對(duì)面光源發(fā)光特性、半球體的材料屬性及底座表面屬性進(jìn)行設(shè)置。4.2.1 設(shè)置應(yīng)用屬性首先，對(duì)面光源進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置內(nèi)容包括：光通量、進(jìn)行光線追跡的光線數(shù)量。cree的led光通量已知，為100lm。對(duì)于光線數(shù)量，仿真設(shè)置有一定量的要求。因?yàn)楣饩€數(shù)量直接影響到系統(tǒng)的仿真度，因此光線數(shù)值往往要設(shè)置的比較大。光線數(shù)量的設(shè)置通

45、常要限制在10000條光線以上，為達(dá)到高精度仿真高級(jí)用戶會(huì)設(shè)置在10萬(wàn)條以上，但同時(shí)也會(huì)帶來(lái)運(yùn)算速度過(guò)長(zhǎng)的缺點(diǎn)。建議在所有的屬性設(shè)置完畢，實(shí)體基本定型后，才設(shè)置較大的光線數(shù)量。第一步，在系統(tǒng)樹或者使用快捷工具選取led面光源的發(fā)光表面。右鍵點(diǎn)擊，出現(xiàn)快捷菜單，選取properties進(jìn)入應(yīng)用屬性設(shè)置窗口。第二步，在屬性窗口中選中surface source欄。在surface source欄下的source中選取flux發(fā)光模式及填入光通量，在total中設(shè)置光線數(shù)量，注意angular里面默認(rèn)設(shè)置為lambertian這個(gè)將決定面光源的發(fā)光特性。最后點(diǎn)擊apply，完成面光源設(shè)置。 （a）用

46、戶窗口樹 （b）應(yīng)用屬性窗口圖4.12 應(yīng)用面光源屬性然后，對(duì)半球體的材料屬性進(jìn)行設(shè)置。第一步，在系統(tǒng)樹選取半球體。右鍵點(diǎn)擊，出現(xiàn)快捷菜單，選取properties進(jìn)入應(yīng)用屬性設(shè)置窗口。第二步，在屬性窗口中選中material欄。在材料庫(kù)catalog目錄中，選取光學(xué)塑料庫(kù)plastic，在名字name后選取光學(xué)塑料coc(環(huán)氧樹脂)作為半球體的封裝介質(zhì)。同時(shí)，在material欄中顯示了，所選材料的光學(xué)特性。最后點(diǎn)擊apply應(yīng)用材料屬性。 （a）實(shí)體模型 （b）應(yīng)用屬性窗口圖4.13 應(yīng)用光學(xué)塑料屬性最后，對(duì)底座的表面進(jìn)行設(shè)置。主要是定義，圓柱底座的前曲面為鏡面，其他表面假定為吸收面。以圓

47、柱體的前曲面的設(shè)置為例：第一步，也是要選取曲面，然后右鍵選擇特性菜單進(jìn)入屬性窗口。第二步，在屬性窗口中選中surface欄。在面屬性庫(kù)catalog目錄中，選取default(默認(rèn)選項(xiàng))，在名稱name后選取所要定義的面屬性。tracepro中自帶了鏡面mirror、漫反射白板diffuser white、黑色吸收板black paint等表面屬性，當(dāng)然用戶也可以自行定義表面屬性。圖4.14 應(yīng)用鏡面屬性點(diǎn)擊view data查看mirror的參數(shù)，其中mirror為默認(rèn)參數(shù)，不允許修改。在下面一節(jié)中，我們將會(huì)詳細(xì)的說(shuō)明表面散射的定義，并且為反光杯定義一個(gè)凹凸不平的拋光表面。圖4.15鏡面屬性

48、參數(shù)4.3 led光源反光杯的實(shí)體建模4.3.1 實(shí)際參考模型因?yàn)?，反光杯的幾何結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)整個(gè)led照明系統(tǒng)的光照度構(gòu)成影響。因此，我們有必要對(duì)反光杯的仿真建模獨(dú)立一節(jié)來(lái)解析說(shuō)明。同時(shí)，我們會(huì)對(duì)反光杯的表面屬性進(jìn)行定義，定義一個(gè)凹凸的散射表面，并觀察它對(duì)光照度分布影響。下面，我們對(duì)某一品牌的手電筒的led反光杯進(jìn)行建模。首先，我們獲得了其幾何結(jié)構(gòu)的參數(shù)。第一步，我們要知道其曲面類型。第二步，我們要計(jì)算其焦點(diǎn)位置。如下圖所示的反光板結(jié)構(gòu)圖。其中，曲面為拋物面，拋物線方程為y=0.16x2，通過(guò)計(jì)算我們可以知道焦距在1.5625mm的位置上。圖4.16反光杯實(shí)際幾何參數(shù)4.3.2 實(shí)體建模對(duì)照上面的

49、反光杯設(shè)計(jì)圖，和計(jì)算的焦距。我們先在tracepro中建立反光杯的實(shí)體模型，再對(duì)其表面屬性進(jìn)行設(shè)置。第一步，選取insertreflector進(jìn)入反光杯的添加窗口，選取conic欄(默認(rèn)設(shè)置)。第二步，在conic欄下的shape選項(xiàng)中選取parabolic拋物曲線，在calcualt變量中選取長(zhǎng)度(因?yàn)榉垂獗拈_口直徑和拋物線方程已知)。第三步，按照?qǐng)D紙輸入反光杯的厚度、底面開口的半徑、杯口的直徑、拋物線焦距。最后，點(diǎn)擊insert插入反光杯。 （a）insert參數(shù) （b）實(shí)體建模圖4.16 反光杯的建模根據(jù)實(shí)際使用的需要，我們需要在反光杯外加一個(gè)pc材質(zhì)的平面增透鏡，以保護(hù)反光杯。同時(shí)我

50、們還需建立一個(gè)觀察平面，以觀察光照度的分布。其建模過(guò)程不再詳細(xì)說(shuō)明。4.3.3 應(yīng)用屬性設(shè)置對(duì)于反光杯的屬性設(shè)置，主要集中在于反光杯內(nèi)壁表面的設(shè)置。其內(nèi)壁表面的屬性直接影響到光照度的分布。一般情況下，其表面設(shè)置為拋光鏡面mirror，在其他特殊情況下，一些反光杯內(nèi)壁會(huì)使用隨機(jī)凹凸的拋光面以達(dá)到均勻光照的效果。但在反向仿真的過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)隨機(jī)凹凸的表面處理效果比較難實(shí)現(xiàn)，也帶來(lái)繁瑣的運(yùn)算量。為了達(dá)到均勻光照的效果，我們?cè)噲D改良其表面屬性。通過(guò)自定義的表面屬性來(lái)達(dá)到這種凹凸不同的表面效果。第一步，選取內(nèi)壁表面，然后右鍵選擇特性菜單進(jìn)入屬性窗口。第二步，在屬性窗口中選中surface欄。在面屬性庫(kù)

51、catalog目錄中，選取default(默認(rèn)選項(xiàng))，在名稱name后選取mirror面屬性。第三步，點(diǎn)擊apply應(yīng)用屬性。至于反光杯的其他表面，我們都把它們定義為black paint吸收面屬性。其應(yīng)用屬性的這種同led芯片設(shè)置時(shí)相同。至此，一個(gè)簡(jiǎn)單的led照明系統(tǒng)就這樣建立起來(lái)。下一節(jié)中，我們將對(duì)led光源的芯片和整個(gè)led照明系統(tǒng)進(jìn)行分析，分析其光照度分布和配光曲線。4.4 led照明系統(tǒng)的仿真分析對(duì)led照明系統(tǒng)的分析評(píng)價(jià)有兩種：一種是光照度分布圖，另一種是坎德拉曲線或稱為配光曲線。要獲得高精度的分析評(píng)價(jià)，led光源所要模擬的光線數(shù)量必然適當(dāng)?shù)脑黾印Ｔ跍y(cè)試中，我們使用了10萬(wàn)條的光線

52、進(jìn)行光線追跡。4.4.1 光照度分布圖在tracepro中，查看照明系統(tǒng)的光照度分布圖可以通過(guò)analysisirradiance maps來(lái)觀察。要獲得光照分布圖，首先就要定義一個(gè)觀察平面，然后選取觀察平面的某一表面作為參考面。光照度分布圖的選項(xiàng)是通過(guò)選擇analysisirradiance options的irradiance options選項(xiàng)來(lái)設(shè)置的，或者在光照度圖上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選擇irradiance options來(lái)設(shè)置。下面，介紹選項(xiàng)中的幾個(gè)重點(diǎn)設(shè)置。quantities to plot是選擇顯示的圖的類型，光照度圖選擇irradiance。rays to plot是選擇觀察部分

53、還是全部光線，我們通常選擇incident。在display options欄中，我們需要勾選smooting和gradient display對(duì)光照度圖進(jìn)行高斯平滑處理，勾選profiles顯示照度圖的截面輪廓圖。其中map country為定義照度圖平滑效果的常數(shù)，建議取用較大的數(shù)值，例如50。color map為照度圖的色彩選擇，常用grayscale on black或者color(rainbow)on black這兩種色彩效果。圖4.17 光照度分布圖屬性設(shè)置窗口完成以上的設(shè)置后，我們重新選擇analysisirradiance maps就可以觀察到光照度分布圖。如下圖所示在2m出觀

54、察屏所觀察到得兩種不同色彩設(shè)置情況的光照度分布圖。（a）光照度圖 （b）光照度分布曲線圖4.18 彩色的光照度分布圖（a）光照度圖 （b）光照度分布曲線圖4.19 灰度光照度分布圖灰度的光照分布圖難于測(cè)量其光斑大小但與實(shí)際觀察的結(jié)構(gòu)相同，而彩色光照分布圖易與測(cè)量其光斑大小，所以仿真時(shí)這兩種分布圖都要采用到。由光照度分布圖我們可以看出，led照明系統(tǒng)在2米遠(yuǎn)的觀察平面上的光照分布情況。led照明系統(tǒng)的光照主要集中在直徑為100mm左右的光斑上，光照比較集中?？梢哉f(shuō)明此照明系統(tǒng)適合于遠(yuǎn)距離的照明使用。4.4.2 坎德拉曲線分布圖要顯示坎德拉曲線分布圖，首先選擇analysiscandelabra

55、options進(jìn)行設(shè)置。屬性對(duì)話框分成四個(gè)欄目，對(duì)于坎德拉分布圖，我們只要設(shè)置orientation and rays以及candelabra distribution欄。在orientation and rays欄中，我們首先要設(shè)定法線方向和向上方向，其次要在ray selection中選擇逃離光線、表面出射光線或者表面入射光線作為坎德拉圖的數(shù)據(jù)，其中選取表面出射光線或者表面入射光線要首先選取某一參考表面。圖4.19 坎德拉曲線屬性選取之一在candela distribution欄中，我們要選取smoothing及填入平滑系數(shù)，在polar distribution中勾選luminare及填分布圖極坐標(biāo)的角度范圍。圖4.20 坎德拉曲線屬性選取之一完成以上設(shè)置后我們選擇analysiscandelabra plots，然后選擇polar candela distribution觀察極坐標(biāo)的坎德拉曲線分布圖?；蛘哌x擇觀察矩形的坎德拉