光学设计人才培训o9—20130420

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光源模型√ 光通量√ 光谱√ 发光强度及分布
眩光：就是通常所说的“晃眼”， 它会使人感到刺眼，引起眼睛酸痛 流泪和视力降低，甚至可因明暗不 能适应而丧失明视能力。
图中眩光角所示方向内的光线是引起直接眩光的主要原因。所以控制直接眩光 就是控制此方向内光线的强度，也就是限制灯具45°＜γ＜85°范围内的亮度。
举例 1： 室内照明： 4×5米房间，使用3×36W隔栅灯9套
平均照度 ＝光源总光通量×CU×MF/面积
＝(2500×3×9)×0.4×0.8÷4÷5 ＝1080 Lux 结论：平均照度1000Lux以上
Light distribution
Light distribution
透镜配光： 1、非球面透镜的曲面设计本身不是太难，但要同时控制立体角上的光
lighting calculation
0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
lighting calculation
室内平均照度计算：
平均照度(Eav) = 光源总光通量(N*Ф)*利用系数(CU)*维护系数(MF) / 区域面积 (m2) (适用于室内或体育场的照明计算)。 利用系数： 一般室内取0.4，体育取0.3 维护系数： 一般取0.7～0.8
Intensity,illuminance,luminance
发光强度：单位立体角内发出的光通量，表明发光具有方
向性，单位：坎德拉。
光照度：光源发出的光投射到某表面，该表面上的亮暗程度
定义为单位面积上得到的光通量，描述接收面，单位：LUX。
光亮度：单位光源面积在法线方向上，单位立体角内所发
LED配光
反射式
配光
Example one
配光曲线
表面照度
Example two
采用单透镜模型，反射和透射结合 准直性很好
Example Three
侧视图
正视图
背光源——侧光源
导光板结构：
导光板特点： 1）网点是影响出光的主要原因 2）导光板的杂质要尽可能少 3）强度与网点面积成正比 4）远离灯的一边网点要尽可能多，以这 个照度设计其它区域的网点数 5）减少出光面损失 6）折射率越小，光损失越小 7）厚度越高，光损失越小 8）宽度越大，光损失越大 9）要高反射率，透射率大 10）导光板上面做喷纱光线更均匀 11）其它区域较入光面薄，可降低厚度
出的光流，描述光源面，单位：尼特。
Intensity,illuminance,luminance
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光源模型√ 光通量√ 光谱 发光强度及分布
显色性：光源对物体颜色呈现的 程度称为显色性，也就是颜色的 逼真程度。 白炽灯的显色性为100
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光源模型√ 光通量√ 光谱 发光强度及分布 色温：光源发光时会产 生一组光谱，用一个纯 黑体产生出同样的光谱 时所需要达到的某一温 度，这个温度就是该光 源的色温 低色温光源的特征是 能量分布中，红辐射相 对要多些； 白炽灯2700K左右


白天人眼对λ=555nm的黄光最灵敏，晚上对绿光最灵敏
对555nm波长，1lm光通量相当于0.00146W的辐射能通量
Flux
光通量：即若干辐射能相当于多少光。
例如：功率5W，波长：
500nm
光通量：Flux = 683 * 5 * 0.3384 = 1156 lumens 如果频率改为550nm 光通量：Flux = 683 * 5 = 3415 lumens
侧入式背光源——案例
光效率：92~95%
直下式背光源
直下式背光源
设计重点关注：均匀性、厚度、光效率
采用侧射分布LED直下式背光源案例
高功率LED直下式背光模組趋势：側射分布 型高功LED
常见灯具
单颗体积小 朗伯体分布 启动快无频 闪 成本高 可控性强 高效节能无 毒寿命长
常见灯具
单颗体积小 朗伯体分布 启动快无频 闪 成本高 可控性强 高效节能无 毒寿命长
N
光通量 I N 1 cos( 1) dw 2I N 1 sin( 1) cos( 1)d 1 I N 1 IN F

(cos 1)
d光通量 ds s ( h tan( 1)) 2 I F 照度E N21 cos( 1) 4 cos( 1) 4 2 h h 非郎伯体时： 照度： 光通量 I N cos( 1)dw 2I（ ）（ 照度E cos( 1) cos( 2)） IN cos( 1) 3 , 此时I N 与角度 1相关 2 h
Absorption：converting it into heat
Lambert’s law of absorption
Efficiency

光谱光视效率：任何辐射能接收器都只能接收某一光谱范围内的能量，
即对不同光谱范围有不同的灵敏度。如人眼，λ=400～760nm为可见光。
在这个范围内，人眼能比较光谱波长及能量大小。但各种波长的光引 起人眼感觉、灵敏度不同。
透镜 反射器 混光腔
小角度照明产品内应用广泛 用于大角度照明产品 效率高 可设计出不同配光方式 配光以轴对称性为主 成本较高 较难控制配 结构较为复杂 效率相对较低。
出光面均匀 眩光小 可用于多色混
Reflector design
反光杯的几何参数： ·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
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光源模型√ 光通量√ 光谱√ 发光强度及分布
UGR（unite glare rating）：公共建筑和工业建筑常用房间或场所，小于30。 GR（glare rating）：室外体育场所，小于50
GR 80 不舒适眩光程度 严重刺眼
70
60 50 40
刺眼
略感晃眼 不舒服 略感不舒服
As the angle of incidence increases, so does the amount of reflected light. 为减少损失，常在与空气接触的透射表面镀增透膜，反射损失降为0.01-0.02
Basic Concepts in Optics
Basic Concepts in Optics
Reflector design
备注：
1.尺寸以英尺/毫米为单位 2.C=焦点长度（轴向距离） 3.b=反光罩直径 4.F=内部焦距
Reflector design
备注： 1.尺寸以英尺/毫米为单位 2.c=焦点长度（轴向距离）
3.b=反光罩直径
பைடு நூலகம்
x^=2py（p>0）,焦点坐标是（p/2，0)
Reflector design
30
有轻微感觉
舒适性区域
LED characteristics
Efficiency vs. supply current
LED characteristics
LED characteristics
LED characteristics
120度 朗伯体分布
LED characteristics
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，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。
照度E
lighting calculation
0.35 0.3 0.25
0.2
0.15 0.1 0.05
0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
lighting calculation
h为光源距接收面高度, 1为偏离光源中心的角度 h 2 ( h) 球冠面积 2RH cos( 1) 立体角w 2 (1 cos( 1)) h R2 R2 cos( 1) dw 2 sin( 1) d 1 光强为朗伯体，I
低色温高显色性白光LED的制备方法，包括： （1）RGB三基色芯片混合成白光； （2）近紫外LED芯片激发RGB荧光粉；
（3）蓝光LED芯片激发荧光粉；
（4）红光LED芯片补偿法等
LED characteristics
LED component效率已经达到100lm/w以上，经过灯具设计后效率只有50-60lm/w 精确高效的光学，散热，以及驱动设计对于提高灯具效率至关重要。
常见灯具
单颗体积小 朗伯体分布 启动快无频 闪 成本高 可控性强 高效节能无 毒寿命长
常见灯具
单颗体积小 朗伯体分布 启动快无频 闪 成本高 可控性强 高效节能无 毒寿命长
Many Thanks
中国科学院深圳先进技术研究院
产品与工程仿真实验室
焦丽华 Lh.jiao@ 0755-8639 2401 15889611727
色温要求
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光源模型√ 光通量√ 光谱√ 发光强度及分布
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光源模型√ 光通量√ 光谱√ 发光强度及分布
商用照明
办公室格栅灯
体育场照射灯
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光源模型√ 光通量√ 光谱√ 发光强度及分布
横向配光 隧道灯具典型配光
纵向配光
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光源模型√ 光通量√ 光谱√ 发光强度及分布
能分布目前还是难以随心所欲，某些类型配光实现不理想。 2、材料受限，大量采用的PC、PMMA抗老化、抗紫外还是弱点。 3、透镜体积影响LED阵列。