基于Tracepro的TIR透鏡黑板燈光學(xué)設(shè)計(jì)-2

摘要當(dāng)前全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下，節(jié)約能源是我們未來面臨的重要的問題，在照明領(lǐng)域，LED發(fā)光產(chǎn)品的應(yīng)用正吸引著世人的目光，LED作為一種新型的綠色光源產(chǎn)品，必然是未來發(fā)展的趨勢，二十一世紀(jì)將進(jìn)入以LED為代表的新型照明光源時(shí)代。1高節(jié)能：節(jié)能能源無污染即為環(huán)保。直流驅(qū)動，超低功耗（單管0.03-0.06瓦）電光功率轉(zhuǎn)換接近100%，相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%以上。2壽命長：LED光源有人稱它為長壽燈，意為永不熄滅的燈。固體冷光源，環(huán)氧樹脂封裝，燈體內(nèi)也沒有松動的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點(diǎn)，使用壽命可達(dá)6萬到10萬小時(shí)，比傳統(tǒng)光源壽命長10倍以上。3多變幻：LED光源可利用紅、綠、藍(lán)三基色原理，在計(jì)算機(jī)技術(shù)控制下使三種顏色具有256級灰度并任意混合，即可產(chǎn)生256×256×256=16777216種顏色，形成不同光色的組合變化多端，實(shí)現(xiàn)豐富多彩的動態(tài)變化效果及各種圖像。4利環(huán)保：環(huán)保效益更佳，光譜中沒有紫外線和紅外線，既沒有熱量，也沒有輻射，眩光小，而且廢棄物可回收，沒有污染不含汞元素，冷光源，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源。5高新尖：與傳統(tǒng)光源單調(diào)的發(fā)光效果相比，LED光源是低壓微電子產(chǎn)品，成功融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)等，所以亦是數(shù)字信息化產(chǎn)品，是半導(dǎo)體光電器件“高新尖”技術(shù)，具有在線編程，無限升級，靈活多變的特點(diǎn)。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、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。多年來，LED照明以其節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢，已受到國家和各級政府的重視，各地紛紛出臺相關(guān)政策和舉措加快LED燈具的發(fā)展；LED燈的應(yīng)用由于LED燈有其它燈具無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，LED燈正以非常快的速度發(fā)展并逐漸取代其他燈具，現(xiàn)在LED燈已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在各照明領(lǐng)域中。由于LED體積小，應(yīng)用靈活，可以排列成各種形狀，能夠用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行控制，所以可以顯示出文字、圖像、動畫、影視等靜態(tài)和動態(tài)的圖案。在2008年的北京奧運(yùn)會開幕式上，LED燈就顯示了它無盡的魅力和優(yōu)勢。LED被大量使用在公眾顯示器中，如各種信號燈、景觀照明、廣場街道的美化、公共娛樂場所美化、舞臺效果照明、建筑照明等。在液晶顯示器中，LED被用作電腦、電視機(jī)和手機(jī)等顯示屏幕的背光源。

在室內(nèi)照明上，LED已經(jīng)用于居家照明、教室照明、實(shí)驗(yàn)室照明、植物照明等。在汽車燈具方面，現(xiàn)在許多轎車的制動燈、位置燈、轉(zhuǎn)向信號燈、后霧燈、倒車燈等燈具都開始采用LED光源。隨著LED技術(shù)的不斷提高，技術(shù)問題不斷得到解決，大功率LED燈具的不斷出現(xiàn)，LED在室內(nèi)照明、汽車燈具、演播廳、觀片燈等領(lǐng)域的應(yīng)用將會更加普及。

LED雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但是也存在著許多不足和技術(shù)問題有待進(jìn)一步改進(jìn)和解決，下面從幾個(gè)方面對之進(jìn)行了討論。

1.大功率LED技術(shù)。LED存在靜電釋放損害和熱膨脹系數(shù)等效能瓶頸和散熱問題，使其功率不能做得很大，亮度低。目前常用的性能比較穩(wěn)定的大功率LED芯片是1W和3W。可以通過集成芯片提高LED功率，但現(xiàn)在技術(shù)還不成熟，主要是需要解決散熱問題。也可以通過多珠LED的串、并聯(lián)或混聯(lián)實(shí)現(xiàn)大功率LED燈具。后兩種效率較低，用的較少，多珠LED串聯(lián)是目前LED燈具在照明領(lǐng)域應(yīng)用的主流。但是單珠串聯(lián)有個(gè)致命弱點(diǎn)，一顆損壞，整路不通。這是制約大功率LED燈具在照明領(lǐng)域應(yīng)用的一大瓶頸。提高LED燈具的功率，一是從芯片方面提高功率，另一是優(yōu)化電路設(shè)計(jì)提高功率。

2.散熱技術(shù)。溫度是影響LED的一個(gè)重要因素，溫度升高會使LED的光衰減加快，而芯片結(jié)點(diǎn)處的溫度直接影響LED的壽命，所以LED散熱能力的強(qiáng)弱限制了LED的功率大小。

LED內(nèi)部的熱量主要由LED芯片和印刷電路板工作時(shí)產(chǎn)生，對于小功率LED，通過自然傳導(dǎo)對流的方式就可以把熱量散發(fā)出去，但對于大功率LED就要考慮多方面散熱。在散熱設(shè)計(jì)上，通常從LED封裝散熱、電路板散熱和增加散熱部件等方面考慮。

3.芯片技術(shù)和芯片封裝技術(shù)。芯片技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵是襯底材料的選擇和外延片的生長技術(shù)。技術(shù)提升的關(guān)鍵都是圍繞著降低缺陷密度和如何研發(fā)出更高效穩(wěn)定的器件進(jìn)行的，而如何提升LED芯片的發(fā)光效率則是目前整體技術(shù)指標(biāo)的最重要衡量標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的襯底材料有藍(lán)寶石、Si、SiC，目前比較熱門的材料有ZnO、GaN等。制造外延片的主流方法是采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積。據(jù)2011年LED環(huán)球在線報(bào)道，美國北卡羅來納州大學(xué)提出了一種新的氮化鎵生長工藝，這一新工藝有望把材料的缺陷減低千分之一，從而制造出更高亮度的LED發(fā)光二級管。

4.光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)。LED是點(diǎn)光源且方向性好，通過LED點(diǎn)陣設(shè)計(jì)、透鏡和反光裝置的設(shè)計(jì)及二次光學(xué)設(shè)計(jì)甚至三次光學(xué)設(shè)計(jì)，可以達(dá)到較理想的配光曲線，這也是光學(xué)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。在整體照明中，需要燈具有較大的照射面，可以使用線性LED燈條配以導(dǎo)光板等技術(shù)使之成為面光源。LED汽車信號燈可由TIR透鏡和配光鏡組成，通過合理的設(shè)計(jì)可達(dá)到法規(guī)配光要求的光形分布。

5.驅(qū)動技術(shù)。LED恒流驅(qū)動一般有電感型和開關(guān)電容型兩種LED驅(qū)動，電感型LED驅(qū)動的驅(qū)動電流高，LED的端電壓低，適用于驅(qū)動多只LED的應(yīng)用。電容型LED驅(qū)動常用在大功率LED燈具中，其LED的端電壓和電流高，可獲得高的功率和發(fā)光效率。LED驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)根據(jù)具體的需要可能會很復(fù)雜，但是在電路設(shè)計(jì)時(shí)必需考慮電源要有高的可靠穩(wěn)定性以及電路要有浪涌保護(hù)等多種因素。第1章課題整體框架 11.1課題任務(wù) 11.2課題要求 11.3研究意義 1第2章TracePro軟件簡介 22.1仿真軟件簡介 22.1.1TracePro簡介 2第3章設(shè)計(jì)方案 43.1實(shí)現(xiàn)功能描述 43.2選型 43.2.1LED選型 43．2.2TIR透鏡選型 43.2.3陣列排布選擇 43.3建模 43.2.1LED建模 43.2.2TIR透鏡建模 93.2.4接收板建模 第4章光學(xué)模擬及修改 134.1光學(xué)模擬 134.1.1材料設(shè)置 134.1.2光源設(shè)置4.1.3模擬及結(jié)構(gòu)查看4.2修改4.3陣列排布4.4總成光學(xué)模擬確認(rèn)4.3實(shí)現(xiàn)展示 25第5章總結(jié) 28參考文獻(xiàn) 29致謝 30附錄 311.1課題任務(wù)1、相關(guān)文獻(xiàn)閱讀，調(diào)研非成像光學(xué)理論基礎(chǔ)，了解LED教室黑板護(hù)眼燈具燈具相關(guān)知識。2、掌握LED教室黑板護(hù)眼燈具的照明指標(biāo)，掌握TracePro和SolidWorks軟件操作。3、使用SolidWorks結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件和TracePro光學(xué)設(shè)計(jì)軟件完成LED教室黑板護(hù)眼燈具光學(xué)元件的光路設(shè)計(jì)及整燈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用TracePro軟件對LED教室黑板護(hù)眼燈具光源進(jìn)行建模，包括光源選擇；再通過SolidWorks軟件對條型LED護(hù)眼黑板燈進(jìn)行透鏡/反光杯等光學(xué)元件進(jìn)行設(shè)計(jì)，導(dǎo)入TracePro軟件中進(jìn)行分析優(yōu)化，對比LED光源的排列方式及透鏡/反光杯的不同結(jié)構(gòu)對光學(xué)效率及眩光的影響。1.2課題要求基于非成像光學(xué)原理，利用SolidWorks結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件和TracePro光學(xué)設(shè)計(jì)軟件針對教室設(shè)計(jì)一套能實(shí)現(xiàn)教室黑板燈具均勻照明，防眩光的光學(xué)系統(tǒng)，通過透鏡等光學(xué)元件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)偏光角度設(shè)計(jì)。通過透鏡主動偏光和燈具旋轉(zhuǎn)控光，實(shí)現(xiàn)黑板面的照度均勻度達(dá)到80%以上，UGR≤19，實(shí)現(xiàn)黑板均勻照明的同時(shí)防眩光，降低老師不舒適眩光感受，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率和視覺健康，實(shí)現(xiàn)教室照明教學(xué)光環(huán)境舒適度整體提升，助力兒童青少年視覺健康。黑板燈設(shè)計(jì)滿足以下要求1、光束角45°；2、光學(xué)效率85%以上；3、黑板面的照度均勻度達(dá)到80%以上，UGR≤19。1.3研究意義黑板照明是影響課堂教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，其光環(huán)境質(zhì)量與學(xué)生眼睛發(fā)生疲勞的概率有密切關(guān)系，目前黑板燈照明普遍存在以下問題：黑板面照度和均勻度不足、燈具安裝位置不標(biāo)準(zhǔn)、不舒適眩光造成師生視覺疲勞，因此提高黑板照明光品質(zhì)對師生視覺舒適度意義重大。2.1仿真軟件簡介TracePro是一款強(qiáng)大的光學(xué)仿真軟件，由美國LAMBDARESEARCHCORPORATION開發(fā)，常用來做照明系統(tǒng)分析、傳統(tǒng)光學(xué)分析和輻射度以及光度分析，支持蒙地卡羅(MonteCarlo)光線追跡、分析、CAD匯入/匯出等功能，幾乎可以解決所有光線追跡上的問題。TracePro主要功能1、光強(qiáng)分布

2、系統(tǒng)光效、亮度、照度分布

3、光照實(shí)景渲染

4、熒光粉熒光效應(yīng)

5、在照明和成像系統(tǒng)中光的分布情況

6、系統(tǒng)每個(gè)元件及物面上流明的入射、吸收及照度分布情況

7、對照明精確的建模和性能分析

8、界面簡潔直觀，易于操作，友好的設(shè)計(jì)便于分析師和工程師的運(yùn)用

9、能與CADSolidworksAutoCadProEngineer等格式3D模塊接TracePro應(yīng)用范圍TracePro可以同時(shí)或個(gè)別考慮反射、折射、吸收、雙向散射(BSDF)、體散射(bulkscatter)、漸變折射(gradientindex)、光學(xué)薄膜(thinfilmstack)、熒光粉(Fluorescence)及偏振膜(polarization)等光學(xué)材料行為。搭配MonteCarlo的統(tǒng)計(jì)采樣計(jì)算方法，其光線追跡的結(jié)果十分可靠，能夠準(zhǔn)確地預(yù)測光學(xué)行為。TracePro是一套與工業(yè)設(shè)計(jì)軟件可以快速而輕易接軌的光學(xué)分析軟件，能顯著提升企業(yè)對產(chǎn)品研發(fā)創(chuàng)新的能力；而其準(zhǔn)確可靠的分析能力，使其在全球與臺灣的市場占有率都非常的杰出，并被各項(xiàng)產(chǎn)業(yè)廣泛地使用，其實(shí)際相關(guān)的應(yīng)用范疇包括：顯示器產(chǎn)業(yè)；LED光源照明產(chǎn)業(yè)；傳統(tǒng)光源照明產(chǎn)業(yè)；汽車產(chǎn)業(yè)；生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)業(yè)；航空國防產(chǎn)業(yè)；消費(fèi)性電子產(chǎn)業(yè)；3.1設(shè)計(jì)方案3.1.1實(shí)現(xiàn)功能描述此黑板燈光源采用LED，通過TIR透鏡將LED發(fā)散的光線反射出去。采用一顆LED匹配一個(gè)TIR透鏡，最終由多個(gè)LED和TIR透鏡環(huán)形陣列排布組組成。此LED黑板燈包含燈罩、TIR透鏡、燈殼、底座、線路板總成。LED均勻布置在線路板上。為了精巧設(shè)計(jì)尺寸，將此LED黑板燈的燈具部分的大小尺寸控制在直徑1300mm、寬度和厚度控制在100mm以內(nèi)。為了滿足黑板燈國家標(biāo)準(zhǔn)GB7793-2010中照度和均勻性要求（如下圖），此黑板燈組成中，主要通過調(diào)整TIR透鏡來實(shí)現(xiàn)照度和均勻性；其他燈罩起保護(hù)作用，燈殼其裝配固定作用，底座其支撐作用；線路板起貼片焊接固定、線路布線作用。3.2LED選型LED英文為（lightemittingdiode），LED燈珠就是發(fā)光二極管的英文縮寫簡稱LED，這是一個(gè)通俗的稱呼。發(fā)光原理:PN結(jié)的端電壓構(gòu)成一定勢壘，當(dāng)加正向偏置電壓時(shí)勢壘下降，P區(qū)和N區(qū)的多數(shù)載流子向?qū)Ψ綌U(kuò)散。由于電子遷移率比空穴遷移率大得多，所以會出現(xiàn)大量電子向P區(qū)擴(kuò)散，構(gòu)成對P區(qū)少數(shù)載流子的注入。這些電子與價(jià)帶上的空穴復(fù)合，復(fù)合時(shí)得到的能量以光能的形式釋放出去。LED分類：分為插件式和貼片式插件式LED貼片式LED隨著LED產(chǎn)業(yè)的反發(fā)展，以及自動化的應(yīng)用，貼片式LED的焊接和自動化程度要優(yōu)于插件式LED，并且貼片LED直接通過SMT設(shè)備高速自動化焊接質(zhì)量及效率要高于插件式LED，采用自動化SMT貼片焊接，使得制造工藝簡化，大大節(jié)約人力、節(jié)約成本。故此LED黑板燈采用貼片LED.根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB9473-2017中關(guān)于LED的要求，以及對色溫及顯色指數(shù)的的考慮。最終選擇歐司朗GWQSLPS1.CM3030型號為本次黑板燈設(shè)計(jì)用LED，/products/leds/white-leds/osram-osconiq-e-3030-gw-qslps1-cm具體參數(shù)如下：1、規(guī)格尺寸2、配光曲線3、光通量及色溫為保證黑板燈發(fā)出的光更接近白光，LED色溫選擇5700K的LED，具體規(guī)格型號為：GWQSLPS1.CM-K4LV-XX52-79-1。為了保證不同亮度BIN下LED色溫接近，LED亮度BIN選擇K5和LV.因此選擇的這顆LED的光通量為130lm，功率為0.9W。3.2.2TIR透鏡選型TIR透鏡是為了將LED發(fā)出的大角度光線集中，提高光的利用率。只要能達(dá)到這個(gè)目的，任何形狀的TIR透鏡都可以。本次設(shè)計(jì)，采用了拋物線線型TIR透鏡。盡可能的將LED發(fā)出的光線聚焦利用。3.2.3LED陣列排布為滿足LED黑板燈GB7793-2010國家標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到閱讀黑板燈的照度500LX要求，此燈選擇一字型陣列排布。為設(shè)計(jì)出的黑板燈尺寸控制在直徑1300mm以內(nèi).3.3建模3.3.1LED建模根據(jù)所選擇的LED的規(guī)格書，在TracePro中建立LED模型。打開TracePro，創(chuàng)建LED。●從“插入”下拉菜單中，選擇“幾何物件”命令?！襁x擇“方塊”模型，輸入寬度X=3，Y=3，Z=1，點(diǎn)擊“插入”，創(chuàng)建LED。3.3.2TIR透鏡建模創(chuàng)建TIR透鏡。由于TracePro無法直接創(chuàng)建TIR透鏡，需要由多個(gè)透鏡或者幾何體，通過布爾運(yùn)算來完成TIR透鏡的建模。如圖所示A：柱面通過圓柱實(shí)現(xiàn)B：TIR外曲面由拋物面反射鏡和圓柱布爾差集完成C：TIR內(nèi)曲面由另外一個(gè)拋物面反射鏡和內(nèi)柱面圓柱布爾差集完成D：內(nèi)柱面用過布爾差集完成最后通過布爾求和得到TIR透鏡具體設(shè)計(jì)步驟如下：一：完成A/D柱面的創(chuàng)建●從“插入”下拉菜單中，選擇“幾何物體”命令。●選擇“圓柱/圓錐”模型，形狀選擇“圓柱”底部主半徑輸入：12.5；長度輸入:16；點(diǎn)擊插入，完成圓柱創(chuàng)建以同樣的方法創(chuàng)建小圓柱面D，由于需要用布爾運(yùn)算求差集得到內(nèi)部C曲面，需要復(fù)制一個(gè)此圓柱D，在部件導(dǎo)航器中復(fù)制粘貼即可二、創(chuàng)建B/C反射面●從“插入”下拉菜單中，選擇“反射鏡”命令。選擇二次曲面反射器●形狀選擇“拋物面”，計(jì)算選擇“直徑”輸入厚度10，長度15.625，開孔半徑0，焦距2.5，點(diǎn)擊“插入”，創(chuàng)建TIR透鏡的主反射受面B。以同樣的方法創(chuàng)建內(nèi)曲面C，需要注意C曲面反射鏡的中心位置和焦距三，布爾運(yùn)算先選擇TIR直接圓柱，按住ctrl再選擇TIR外曲面的反射鏡，最后點(diǎn)擊差集，完成TIR外曲面創(chuàng)建之后選擇以上布爾差集得到的透鏡，按住ctrl再選擇TIR內(nèi)柱面的圓柱，最后點(diǎn)擊差集，完成TIR內(nèi)圓柱面創(chuàng)建第三步，創(chuàng)建內(nèi)曲面點(diǎn)擊選擇剩余的一個(gè)小圓柱，按住ctrl再選擇調(diào)整焦距和位置反射鏡，最后點(diǎn)擊差集，完成TIR內(nèi)圓柱曲面創(chuàng)建第三步，布爾求和將通過以上步驟完成的外曲面透鏡和內(nèi)曲面透鏡求和，選擇時(shí)不分先后，之后點(diǎn)擊求和，完成TIR透鏡的創(chuàng)建3.3.3黑板建?！駨摹安迦搿毕吕藛沃校x擇“幾何物件”命令?！襁x擇“方塊”模型，輸入寬度X=3600，Y=1000，Z=1，中心位置輸入X:-900,Y:-700,Z:800,點(diǎn)擊“插入”，創(chuàng)建黑板。4光學(xué)模擬及修改4.1光學(xué)模擬4.1.1材料設(shè)置由于此黑板燈主要是通過TIR透鏡來實(shí)現(xiàn)聚光照射。只需要設(shè)置TIR透鏡材質(zhì)即可，如下第一步，選擇求和的TIR透鏡，點(diǎn)擊右鍵“屬性”，在應(yīng)用特性中選擇材料，目錄選擇“。點(diǎn)擊應(yīng)用，完成TIR透鏡材料屬性設(shè)置。4.1.2光源設(shè)置●從“定義”下拉菜單中，選擇“表面光源設(shè)定”命令，并選擇LED發(fā)光面。根據(jù)LED選型得知LED的光通量，LED亮度BIN選擇K5和LV.因此選擇的這顆LED的光通量為130lm。在表面光源中，發(fā)射形式選擇“光通量”，單位選擇“光度學(xué)”，場角分布選擇“Lambertian發(fā)光型場”總光線數(shù)設(shè)置1000000.5461，用”，完成LED表面光源參數(shù)設(shè)置。4.1.2模擬及結(jié)果查看a:由于初步設(shè)計(jì)的LED和透鏡其出光角度為水平方向，為保證黑板的亮度，需要將透鏡向下偏轉(zhuǎn)45°；●同時(shí)選擇TIR透鏡和LED，右鍵旋轉(zhuǎn)，以X軸為旋轉(zhuǎn)中心，旋轉(zhuǎn)角度為45°，點(diǎn)擊應(yīng)用，完成LED和右鍵斜向下照射4.1.3陣列排布參考相關(guān)文獻(xiàn)可知，黑板的照明是采用兩個(gè)黑板燈來照射實(shí)現(xiàn)，并且單個(gè)燈具的長度一般在1.3m左右，因此此設(shè)計(jì)的單個(gè)黑板燈的尺寸要控制在直徑1300mm內(nèi)，通過TIR透鏡的直徑以及燈具總長度計(jì)算，此黑板燈LED數(shù)量和透鏡間距設(shè)計(jì)在30mm，通過一字陣列分布，LED和透鏡的數(shù)量需要41顆，最終LED和透鏡陣列如下。●同時(shí)選擇TIR透鏡和LED，右鍵移動，以+X方向和-X方向，移動距離為30mm，各復(fù)制20個(gè)LED和透鏡，完成LED和透鏡的陣列第二個(gè)燈具設(shè)計(jì)●同時(shí)選擇剛剛復(fù)制的所有的TIR透鏡和LED，右鍵移動，以-X方向，移動距離為1800mm，各復(fù)制1此LED和透鏡，完成第二個(gè)燈具的所有的LED和透鏡的創(chuàng)建.4.1.3陣列排布光學(xué)模擬由于單個(gè)透鏡和LED中已經(jīng)設(shè)置了參考，在陣列復(fù)制的LED和透鏡中，定義表面光源參數(shù)和材料也已經(jīng)被定義，只需光線追跡分析即可，如下。點(diǎn)擊“光線追跡”命令，等待光線追擊完成可以從照度圖看出，光斑過于集中，黑板對應(yīng)燈的中心點(diǎn)位置亮度偏高，邊緣亮度偏暗。根據(jù)GB/T5700要求，黑板燈平均照度為500lx，均勻度為0.8；TracePro配光模擬，測定的黑板上16個(gè)點(diǎn)的照度為點(diǎn)位P1P2P3P4P5P6P7P8照度lx617877928816733941865613點(diǎn)位P9P10P11P12P13P14P15P16照度lx329387525470452454439339Eav=611.5lx>500LX,平均照度滿足要求黑板上的均勻度Ug=Emin/Eav=329/611.5=0.54<0.8,不滿足要求眩光:指視野中由于不適宜亮度分布，或在空間或時(shí)間上存在極端的亮度對比，以致引起視覺不舒適和降低物體可見度的視覺條件，通過UGR來衡量通過查詢資料得知，UGR近似的等于燈具燈具的光學(xué)效率和光束角度在燈具垂直為自身發(fā)光角度上，設(shè)置一個(gè)3000*3000的接受面，確定其光學(xué)效率和光束角度通過TracePro配光模擬得知黑板燈輸入的光通量=41*130lm=5330lm黑板燈垂直照射接受面時(shí)輸出的光通量：4116.6lmη=4116.1/5330=77.2%<80%不滿足設(shè)計(jì)要求燈具光束角度：從candela圖看出，燈具的光束角度為45°，滿足設(shè)計(jì)要求4.2修改以及優(yōu)化為使黑板照度均勻，通過調(diào)整TIR透鏡參數(shù)來滿足國標(biāo)要求。通過調(diào)整以下TIR透鏡的參數(shù)，進(jìn)行配光分析基礎(chǔ)方案方案1方案2方案3方案4外曲面焦距2.52.752.7532.25內(nèi)曲面焦距33552.75方案一：通過調(diào)整TIR透鏡的曲面焦距，進(jìn)行Tracepro分析，分析結(jié)果如下點(diǎn)位P1P2P3P4P5P6P7P8照度lx583901888764778906894636點(diǎn)位P9P10P11P12P13P14P15P16照度lx341387500386482473415319Eav=603.3lx>500LX,平均照度滿足要求均勻度Ug=Emin/Eav=319/603.3=0.53<0.8,，均勻性還是不滿足要求眩光:指視野中由于不適宜亮度分布，或在空間或時(shí)間上存在極端的亮度對比，以致引起視覺不舒適和降低物體可見度的視覺條件，通過UGR來衡量通過查詢資料得知，UGR近似的等于燈具燈具的光學(xué)效率和光束角度在燈具垂直為自身發(fā)光角度上，設(shè)置一個(gè)3000*3000的接受面，確定其光學(xué)效率和光束角度通過TracePro配光模擬得知黑板燈輸入的光通量=41*130lm=5330lm黑板燈垂直照射接受面時(shí)輸出的光通量：4107.4lmη=4107.4/5330=77%<80%不滿足設(shè)計(jì)要求燈具光束角度：從candela圖看出，燈具的光束角度為45°，滿足設(shè)計(jì)要求方案二：通過調(diào)整TIR透鏡的曲面焦距，進(jìn)行Tracepro分析，分析結(jié)果如下點(diǎn)位P1P2P3P4P5P6P7P8照度lx586819907767645861853551點(diǎn)位P9P10P11P12P13P14P15P16照度lx330420501496440487478328Eav=591lx>500LX,平均照度滿足滿足要求均勻度Ug=Emin/Eav=328/591=0.55<0.8,，均勻性還是不滿足要求眩光:指視野中由于不適宜亮度分布，或在空間或時(shí)間上存在極端的亮度對比，以致引起視覺不舒適和降低物體可見度的視覺條件，通過UGR來衡量通過查詢資料得知，UGR近似的等于燈具燈具的光學(xué)效率和光束角度在燈具垂直為自身發(fā)光角度上，設(shè)置一個(gè)3000*3000的接受面，確定其光學(xué)效率和光束角度通過TracePro配光模擬得知黑板燈輸入的光通量=41*130lm=5330lm黑板燈垂直照射接受面時(shí)輸出的光通量：4018lmη=4018/5330=75.4%<80%不滿足設(shè)計(jì)要求燈具光束角度：從candela圖看出，燈具的光束角度為64°大于45°，不滿足設(shè)計(jì)要求方案3：分析結(jié)果如下點(diǎn)位P1P2P3P4P5P6P7P8照度lx621817851782647888914562點(diǎn)位P9P10P11P12P13P14P15P16照度lx387452458478453499458390Eav=603lx>500LX,平均照度滿足滿足要求均勻度Ug=Emin/Eav=387/603=0.64<0.8,，均勻性還是不滿足要求，眩光:指視野中由于不適宜亮度分布，或在空間或時(shí)間上存在極端的亮度對比，以致引起視覺不舒適和降低物體可見度的視覺條件，通過UGR來衡量通過查詢資料得知，UGR近似的等于燈具燈具的光學(xué)效率和光束角度在燈具垂直為自身發(fā)光角度上，設(shè)置一個(gè)3000*3000的接受面，確定其光學(xué)效率和光束角度通過TracePro配光模擬得知黑板燈輸入的光通量=41*130lm=5330lm黑板燈垂直照射接受面時(shí)輸出的光通量：4009.9lmη=4009.9/5330=75.2%<80%不滿足設(shè)計(jì)要求燈具光束角度：從candela圖看出，燈具的光束角度為64°大于45°，不滿足設(shè)計(jì)要求從方案2和方案3可以看出，當(dāng)增大透鏡的焦距時(shí)，亮度降低。且不滿足法規(guī)要求，現(xiàn)重新調(diào)整透鏡參數(shù)進(jìn)行分析方案4：用在初始方案上減小焦距，分析結(jié)果如下點(diǎn)位P1P2P3P4P5P6P7P8照度lx570788808781674818782566點(diǎn)位P9P10P11P12P13P14P15P16照度lx348352458420368415410341Eav=546lx>500LX,平均照度滿足滿足要求均勻度Ug=Emin/Eav=341/556=0.61<0.8,，均勻性還是不滿足要求，眩光:指視野中由于不適宜亮度分布，或在空間或時(shí)間上存在極端的亮度對比，以致引起視覺不舒適和降低物體可見度的視覺條件，通過UGR來衡量通過查詢資料得知，UGR近似的等于燈具燈具的光學(xué)效率和光束角度在燈具垂直為自身發(fā)光角度上，設(shè)置一個(gè)3000*3000的接受面，確定其光學(xué)效率和光束角度通過TracePro配光模擬得知黑板燈輸入的光通量=41*130lm=5330lm黑板燈垂直照射接受面時(shí)輸出的光通量：4211.3lmη=4211.3/533