旋转对称反光杯设计-LED光源与灯具设计(TracePro软件模拟)

LED光源与灯具设计
设计报告
作品名称：旋转对称反光杯设计
目录
一、前言 (3)
二、反光杯概述 (3)
三、反光杯的制作工艺 (3)
四、影响因素 (4)
五、TracePro设计 (4)
1、配光曲线描点 (4)
2、保存 (5)
3、求光强和光通量 (6)
4、计算 (6)
5、选取LED光源 (7)
6、导入母线数据 (7)
7、编辑宏命令 (8)
8、执行宏命令 (9)
9、旋转填充，定义表面 (10)
10、插入方块，设置光源 (11)
11、设置光屏 (11)
12、光线追迹 (12)
13、设置相关参数 (12)
14、得到配光曲线 (13)
一、前言
随着半导体发光材料和工艺的不断发展，发光二极管（LED）正逐渐取代传统光源，成为新一代光源，广泛应用于投影灯、阅读、灯汽车前照灯等。

虽然具有高效环、保耐用安全等优点，但其出射光强呈大致的余弦分布，因此通常被认为是近似的朗伯辐射体。

这样的空间光强分布，如果未经合适的光学系统处理而直接应用，多数情况下都难以满足照明的灯具和器件所要达到的性能指标，同时还会因为大量无效光的存在而大大降低系统的效率。

针对LED的二次光学设计可有效调制LED光源的配光特性使其光场分布满足大范围照明的需求，它属于非成像光学范畴。

在实际照明中，诸如投影灯、阅读灯、场馆照明室内照明灯都要求均匀照明，而实现均匀照明的设计方法主要有两种：重叠法和裁剪法。

重叠法是将光源发出的光细分为多个部分然后在照明区域上相互重叠以消除光源总体光束的不均匀性，如复眼照明、光管照明和微透镜阵列的设计，但在实际应用加工中这些结构较复杂裁剪法是在已知光源光强分布的情况下，通过裁剪反射镜或透镜的面形来控制波前的走向，获得均匀的能量或照度分布，近几年应用较广。

二、反光杯概述
反光杯反光装置的一种。

反光装置是指为了利用有限的光能，通过光反射器来控制主光斑的光照距离和光照面积
反光杯是指用点光源灯泡为光源，需远距离聚光照明的反射器，通常杯型，俗称反光杯。

三、反光杯的制作工艺
1、塑料反光杯：一次脱膜完成，光学差，成本低，缺点是耐温性差，常用于低温照明要求的灯具。

2、金属反光杯：需冲压、抛光工艺完成，优点是成本适中，耐温，常用于电筒和手提灯具中。

3、玻璃反光杯：一次脱膜完成，光学精度高，无形变记忆，耐温，缺点是成本高，易碎，重量大。

常用在不需要移动的高品质产品中。

如电影放映机，探照灯，火车头灯等。

四、影响因素
反光率又称镀膜层反射可见光的效率。

1、真空镀介子：应用于玻璃反光杯。

介子不仅有最高的可见反光率，灯泡产生的红外线却能穿过介子，起到散热功能，延长灯光的使用寿命。

2、真空镀铝：应用于耐温颜料和金属反光杯。

反光率高，是汽车和多数灯具的主要镀膜工艺。

缺点是，灯泡所产生的紫外线会使反光杯白化，降低反光率：红外线又无法穿透镀铝层而被反射回灯泡，使灯泡继续升温，影响灯泡的使用寿命。

3、阳极氧化：应用于金属反光杯。

有效反光率不到真空镀铝的一半。

优点是不怕紫外线、红外线的损害。

甚至可以用水清洗。

五、TracePro设计
设计步骤：
1、配光曲线描点
2、保存
3、求光强和光通量
灯具总光通量：2413lm
所需的光源总光通量：2413/70%=3454
5、选取LED光源
6、导入母线数据
-4.958429873 35.28106189 0
-7.971818547 34.52973971 0
-10.89261705 33.52402813 0
-13.69961561 32.27427185 0
-16.37269458 30.79255998 0
-18.89296556 29.09261574 0
-21.24290204 27.1896747 0
-23.40645792 25.10035307 0
-25.36917382 22.84250671 0
-30.27734062 15.42707559 0
-31.57881021 12.75866749 0
-32.64519583 9.980637972 0
-33.31261591 7.690823386 0
-33.90779399 4.765429665 0
-34.18885964 2.390717958 0
-34.28279121 0 0
0 37 0
-5.09762974 36.27132996 0
-8.196769601 35.50410977 0
-11.20163404 34.47508465 0
-14.09034674 33.1947767 0
-16.84216614 31.67550757 0
-19.43760459 29.93128631 0
-21.85856352 27.97768545 0
-24.08845628 25.83170677 0
-26.11231865 23.51163732 0
-31.16834714 15.88106609 0
-32.50599406 13.13327408 0
-33.60150059 10.27300968 0
-34.28698597 7.915774441 0
-34.89806206 4.904602766 0
-35.1864237 2.46047443 0
-35.28279121 0 0
0 36 0
0 37 0
-34.28279121 0 0
-35.28279121 0 0
7、编辑宏命令
Macros命令如下：
(define p (open-input-file "F:\Ref.txt"))
(define N (read p))
(define v1 (list (position (read p) (read p) (read p))))
(do ((i (- N 1) (- i 1)))
((zero? i)) (append! v1 (list (position (read p) (read p) (read p)))))
(define v2 (list (position (read p) (read p) (read p))))
(do ((i (- N 1)(- i 1)))
((zero? i)) (append! v2 (list (position (read p) (read p) (read p)))))
(define edge1 (edge:spline v1 ))
(define edge2 (edge:linear (position (read p) (read p) (read p)) (position (read p) (read p) (read p) )))
(define edge3 (edge:spline v2 ))
(define edge4 (edge:linear (position (read p) (read p) (read p)) (position (read p) (read p) (read p) )))
(define edgelist1 (list edge1 edge2 edge3 edge4))
(define the-wire-body1 (wire-body edgelist1))
(close-input-port p)
(define sheet_body (sheet:cover-wires the-wire-body1))
8、执行宏命令
得到如下反射器实体模型的二维截面
9、旋转填充，定义表面旋转后如图所示：
定义“表面材质”
10、插入方块，设置光源
11、设置光屏
12、光线追迹
13、设置相关参数
14、得到配光曲线
结果与初始数据对比。