基于非成像光学的LED高收光率的抛物反射器研究

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确定反射杯的收光角,结合反射器口径要求,求得反射器焦距,从而确定抛物反射器的外形尺寸。如选择光

能的利用率为0.6,根据(9)式可以得到此时的收光角为99.08°,假设抛物反射器口径要求在50mm以内,于是f<10.66。取f=10mm,则y=23.45mm。由图7可见,利用率为0.6时,其利用率增量最大值为0.289,此时的旋转角度为39.1°。设反射器的反射率为1,LED光源的发光面直径为2.5mm,光通量为100lm。将观测屏放置在1m处,大小为200mm×200mm。利用TracePro软件仿真模拟结果,如图8到落在观测屏上的光通量为59.59.476%,型的累积误差。

图10显示了旋转不同角度γ时在软件中实际模拟的能量利用率增量的变化趋势,可以看到测试屏幕上增量的最大值是旋转角度为39°,与理论分析的结果一致

。

,部分反射图8光斑低于水平线是因为LED并非点光源,线经过反射器反射在水平线下方形成光斑。将LED旋转39.1°后的仿真模拟结果如图9所示。在测试屏上的光通量为75.417lm,能量利用率提高了26.8%,

比理论值小是由于传输损耗和模

η的仿真结果图10旋转角度γ与能量利用率增量Δ

Fig.10Simulationresultofrotationangleγand

ηincrementalofutilizationΔ

4　结　　论

围绕着光能利用率,采用非成像光学理论,分析

了影响抛物反射器能量利用率的几何参数,建立了统一的抛物反射器的光能利用率与几何参数和LED旋转角度的解析表达式。理论分析与仿真结

图8光源水平放置时(γ=0)的仿真模拟结果

Fig.8Simulationresultwhenrotationangleγ=

果表明,利用光学扩展量来评价LED抛物反射器的能量收集率是合理的;对一定光学扩展量的抛物反射器,通过旋转LED光源,可以进一步提高光能利用率;抛物反射器的收光角不同,即几何参数不同,其最佳的旋转角度也不同。将非成像光学应用到LED照明系统的设计,不但丰富了非成像光学理论,也为LED照明系统的设计提供了新的理论方法。

参

考文

献

图9旋转角γ=39.1°时的仿真模拟结果

Fig.9Simulationresultwhenrotationangleγ=39.1°

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