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关于反光杯、反射罩的设计及相关技术参数

来源:   发布时间:2019-04-25   点击量:832

关于反光杯、反射罩的设计及相关技术参数


(一)反光杯的几何参数

 反光杯的几何参数主要包含以下几个:

· 光源中心与反光杯顶面的距离H

· 反光杯顶部开口直径D

· 光线通过反射后的出光角B

· 溢散光光角A

· 照射距离L

· 中心聚光光斑直径E

· 溢散光光斑直径F

几何参数的关系如下:

1、反光杯的外形尺寸主要有H和D两个尺寸决定,H和D同时也决定了溢散光光角A,

2、光斑的直径E、F是由出光角B、A和距离L决定,

3、最关键的角度B则是通过反光杯的反射曲面决定的。

   

对于反光杯,反射罩的设计来讲,主要是设计反射曲线,以上的几何参数中H、D、B三个参数就决定了反射曲线,因此对于反光杯,反射罩的设计只需提供H、D、B三个参数。外形尺寸则是根据实际应用的产品决定的。

 

(二)关于反射曲线的设计

1、 反光杯的工作原理

 光源发出的光线照射到反光杯的反射面上经过反射后,沿着反射的方向传播。反射曲面实际上是改变光原来的传播方向,使光源发出的光线经反射后能按需求的方向传播,这样反光杯就起到有效利用光能的作用。

2、 光源的光能空间分布

反光杯是一种反射光线的器件,对于不同的光源,反光杯的曲线也是不同的,因为不同的光源发出的光能在空间的分布是不同,不能用同一个反光杯去套不同的光源。光源的光能在空间的分布是通过光强或者照度来表示的,可以通过仪器来测定,通过看光源的配光曲线可以大致了解光源光能在空间的分布状况。

          光源的配光曲线图

3、 反射曲线需要通过复杂的计算来控制光线在不同的位置的反射方向以到达要求的光的传播方向。

(三)LED 光源的反光杯的设计

     随着LED光源的亮度的不断提升,LED逐渐由装饰显示的应用发展到室内外照明的应用,LED反光杯能有效的利用LED的光能,将光反射到需求的方向,以下以CREE XP-E LED为例介绍LED的反光杯设计。

1、不同封装的LED光源

LED光源有不同的封装形式,不同厂家的封装是不同的,没有统一的标准。不同的LED封装,LED的出光是不同的,因此光能在空间的分布是不同的,因此针对不同厂家的LED,反光杯的设计是不同的。

                                                   

2、CREE XP-E光源的建立

   

 

     光源的建立必须以实际光源的发光为基准,LED的发光实际是一个小面发光,因此不能建成点发光的形式,必须以面发光的形式去建立光源,这样可以保证设计的反射曲线的准确性。

 

3、反光杯3D模型的建立

反光杯的反射曲线必须根据出光要求计算出,按实际外形建立3D模型。

 

4、反光杯的模拟计算

       

 

 

5、同尺寸不同出光角度的反光杯设计。

由于对照射面积及照射距离的需求不同,需要设计出不同角度的反光杯。以下是不同角度的反光杯的设计实例的效果图。

  

   

6、以下是8度角反光杯的实际样品及光照照片



不同出光角度反光杯设计

 

客户要求:
1、 LED要求:国产大功率红光、黄光、绿光3W LED
2、 出光角度要求:
    a、 红光、黄光LED经过反光杯后角度为12度
    b、 绿光经过反光杯后出光角度为35度
    c、 出光均匀

(一) 设计技术资料
LED的光源光强分布曲线
以下是测试的三种光源的光强分布曲线图
 
          红光、黄光LED和光源的光强分布曲线图

绿光LED 和光源的光强分布曲线图

LED光强测试结果:红光和黄光的光强分布曲线相近,绿光光强分布曲线不同,由此可见,LED的支架不同,光源光强分布是不同的。

(二)数学模型的建立

1、 LED光源建模
根据LED光源的配光数据建立光源数学模型
    
2、 LED光杯模型的建立
LED光杯模型需要根据出光角度经过复杂的数学计算得出反射曲线。然后建立3D模型进行模拟计算光路。
 
12度光杯数学模型

   
35度光杯数学模型


3、 光路模拟计算
通过设计相关的参数,进行光路的模拟计算,光路追踪模拟计算如下图所示
    
12度光杯光路追踪模拟计算

    
35度光杯光路追踪模拟计算

(二)实际样品打样测试

1、 实际样品照片
 
2、 实际测试光斑图片
 
经过实际测试,发光角度满足客户要求,出光均匀。
  


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