基于TracePro的LED透反式准直器设计与仿真

摘要：利用几何光学原理设计了自由曲面的反光杯和菲涅耳透镜模型，小角度光线通过菲涅耳透射准直，大角度光线通过反光杯准直。使用 Matlab 软件计算出初始结构参数，利用三维建模工具软件进行曲面拟合并建立几何模型。将几何模型导入 TracePro 软件进行优化模拟照明。光源采用发光面积 1 mm x1 mm的 LED 芯片，视角为 160°。结论：透反式准直器极大提高了光能利用率，不考虑材料吸收等损耗，准直器传输效率约为 90%；准直性能与预期相符，半光强角度小于 3°。该设计结构紧凑，准直效果良好。

关键词：准直器；Tracepro软件；菲涅尔透镜；反光杯

0.引 言

发光二极管( LED) 作为一种绿色光源，具有许多优点。例如电光效率高、寿命长、体积小等。正是由于上述的优点，最近几年 LED 在照明领域的应用有很大的发 展，像 路 灯 照 明、汽 车 灯、投 影 仪、室 内 照 明等。但是 LED 芯片本身是一个近似的朗伯光源，光强随着发光角呈现余弦分布，这种光源很难满足各种照明要求。因此需要根据特殊的照明要求设计光学系统，对 LED 发出的光进行整形，改变其光强分布。

TracePro 是一套普遍用于照明系统、光学分析、辐射分析及光度分析的光线仿真软件，具有强大光学分析功能、资料转换能力及易上手的使用介面的模拟软件。应用领域涉及照明、导光管、背光模组等。

本文利用几何光学原理，基于 LED 光源建立了一种透反式的准直器模型，利用 TracePro 软件对该模型进行了优化和 Monte-Carlo 光线追踪分析，对其光学特性进行了分析。通过对光强分布曲线、照度分布图的分析，证明了这种准直器的高效性和可行性。

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