LED一次透镜光学设计.pdf

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1、SEMICONDUCTOROPTOELECTRONICSVol.31No.5Oct.2010光电器件矩形光场LED一次透镜光学设计夏勋力,余彬海,梁丽芳(佛山市国星光电股份有限公司,广东佛山528000)摘要:定义LED器件的光学结构,建立LED封装的数学模型及其方程,运用龙格-库塔法在Matlab求解方程,获得具有矩形均匀照度光场的LED在x、y两个方向截面曲线的相关数据,在Solidworks中建立自由曲面模型,将模型导入Tracepr

2、o软件,通过Tracepro修改模型及光学仿真,得到希望的LED矩形光场一次透镜光学模型。关键词:LED;照度;矩形光场;一次透镜;二次透镜;仿真中图分类号:TN312.8文献标识码:A文章编号:1001-5868(2010)05-0690-04DesignofLEDLensforRectangularLightFieldXIAXunli,YUBinhai,LIANGLifang(FoshanNationstarOptoelectronicsCO.,LTD,Foshan528000,CHN)Abstract:Theopticalstruc

3、tureofLEDwasdefinedandamathematicalmodelofLEDencapsulationanditsequationwerebuilt.SomedataonthesectionalcurveofLEDencapsulationofhomogenouslyrectangularirradianceinx,ydirectionswereobtainedthroughsolvingtheequationabovewiththemethodofRunge-KuttabyMatlab.Freeformsurfacemod

4、elwasbuiltbysolidworksandthemodelwasinputinTracepro.ThemodelwasmodifiedandsomeopticalsimulationwasperformedbyTracepro,andthentheexpectingopticalmodeloffirstlensforLEDrectangularradiancewasobtained.Keywords:LED;irradiance;rectangularlightfield;firstlens;secondlens;simulati

5、on0引言计方法,该透镜能直接产生矩形光场,避免二次透镜的各种光损耗,简化LED路灯的生产装配工艺,降矩形光场一般应用于路灯、隧道灯等道路照明。低LED路灯工程造价,促进LED光源在城市道路一次透镜是直接封装在LED支架上、与器件组成一照明中的应用。个整体的光学结构。LED行业通常将LED器件封装成郎伯光源或近郎伯光源,这类光源中心光强较1LED器件光学模型大,光场为圆形分布。由于LED的单位流明价格目LED器件主要由LED芯片、支架、封装树脂组前仍然较高,在LED道路照明应用中,为了满足城成,封装树脂将支架、芯片、树脂等包封固化为一整市

6、道路照明设计标准,一般使用二次透镜将LED器体。LED封装即LED一次透镜的光学模型光路图件的圆形光场变为矩形光场,将LED发出的光分配见图1。设芯片在A点,光线AB与光轴z夹角θ,B到有用的地方以提高LED路灯的有效出光效率。点是θ角光线在透镜中的光出射点,B点坐标(z2,然而使用二次透镜至少增加了两个面的菲涅尔损y2),y、z轴是距离为L的目标光场坐标轴,d为透耗,且二次透镜尺寸较大,透镜材料本身有还存在光镜厚度,透镜折射率为n,空气折射率为1。吸收损失。本文将介绍一种LED器件一次透镜设设目标光场照度分布函数为E(y),理想状态收稿

7、日期:2010-01-18.下,透镜无吸收,无反射及散射,则光源在θ锥角对·690·《半导体光电》2010年10月第31卷第5期夏勋力等:矩形光场LED一次透镜光学设计应的立体角Ω发出的光通量等于目标屏上对应ydz2/dθ方程式,在给定L以及透镜厚度d以后,以θ半径的圆圈内所接收的光通量,有能量平衡方程,见为自变量,设定一定的步长Δθ,运用龙格-库塔法或公式(1),立体角微分dΩ=2πsinθdθ。其他数学算法可解出一系列θ0,θ1,…,θ

8、n,以及与它yθ们一一对应的z值。再通过y(d+z)tanθ得22=2E(y)2πydy=2πInsinθcosθdθ(1)∫0∫0到对应的y值。2假设LED透镜设计的目的是要求光线通过透在得

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