tracepro 设计LED反光杯

一）反光杯的几何参数反光杯的几何参数主要包含以下几个：·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，反射罩的设计来讲，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。

（二）关于反射曲线的设计1、反光杯的工作原理光源发出的光线照射到反光杯的反射面上经过反射后，沿着反射的方向传播。

反射曲面实际上是改变光原来的传播方向，使光源发出的光线经反射后能按需求的方向传播，这样反光杯就起到有效利用光能的作用。

2、光源的光能空间分布反光杯是一种反射光线的器件，对于不同的光源，反光杯的曲线也是不同的，因为不同的光源发出的光能在空间的分布是不同，不能用同一个反光杯去套不同的光源。

光源的光能在空间的分布是通过光强或者照度来表示的，可以通过仪器来测定，通过看光源的配光曲线可以大致了解光源光能在空间的分布状况。

光源的配光曲线图3、反射曲线需要通过复杂的计算来控制光线在不同的位置的反射方向以到达要求的光的传播方向。

（三）LED 光源的反光杯的设计随着LED光源的亮度的不断提升，LED逐渐由装饰显示的应用发展到室内外照明的应用，LED反光杯能有效的利用LED的光能，将光反射到需求的方向，以下以CREE XP-E LED 为例介绍LED的反光杯设计。

1、不同封装的LED光源LED光源有不同的封装形式，不同厂家的封装是不同的，没有统一的标准。

不同的LED封装，LED的出光是不同的，因此光能在空间的分布是不同的,因此针对不同厂家的LED，反光杯的设计是不同的。

TracePro教程-LED1.新建文件.2.创建簿板特征: 菜单/插入/几何物件, 出现‘插入基本几何体’ 对话框, 选‘薄板’选项输入数据完成后点定插入并关闭.窗口中产生一薄板特征(旋转视图可看到), 模型树中也产生相应的名称.3.展开模型树中的薄板零件, 如下图4.点选‘表面0’, 按右键出现菜单, 选‘延伸填充’. 出现‘表面拉伸填料选项’ 对话框, 输入如附图中的数据选‘应用’.再分别更改0.9和4为0.2和0后选应用, 再分别改0.2和0为0.9和-4选应用, 关闭对话框. 在模型树任一空白处点一下, 即取消选取图中所有被选取的特征.5.创建圆锥特征: 菜单/插入/几何物件, 出现‘插入基本几何体’ 对话框, 选‘圆柱和圆锥’选项输入数据完成后点定‘插入’并关闭, 在模型树任一空白处点一下, 即取消选取图中所有被选取的特征.6.进行布尔运算: 在模型树中先选‘薄板 1’, 再按住Ctrl键选‘圆锥 1’. 菜单/编辑/布林运算/差集.7.慢速点选模型树中‘薄板 1’ 两次, 改名为 ‘Package’. 在模型树任一空白处点一下, 即取消选取图中所有被选取的特征.8.创建圆柱特征做散光板: 菜单/插入/几何物件, 出现‘插入基本几何体’ 对话框, 选‘圆柱和圆锥’选项输入数据完成后点‘插入’ 并关闭. 在模型树任一空白处点一下, 即取消选取图中所有被选取的特征.9.创建方块特征做LED: 菜单/插入/几何物件, 出现‘插入基本几何体’ 对话框, 选‘方块’选项输入数据完成后点‘插入’ 并关闭. 在模型树任一空白处点一下, 即取消选取图中所有被选取的特征.10.关键的来了, 设置三部曲:首先, 在模型树选取散光板特征(不是选展开后的某一面), 定义散光板的材质属性, 菜单/定义/编辑材质/表面材质, 出现对话框, 左侧选‘新增特性’ 按钮, 又出现‘输入一个新的表面特性’ 对话框, 如图设置并确定.然后, 将‘吸收率’ 设置为0, 将‘求解’ 设置为 BTDF, 按保存, 如下图:会自出现 ‘BTDF 符合能量守恒’ 的提示, 按确定后关闭, 再关闭‘表面材质编辑器’ 对话框.选择模型树中的 ‘Diffuser’按右边加号展开, 选择‘表面 1’, 也就是散光板的内侧, 然后按右键, 选菜单中的‘属性’,出现‘应用特性’对话框, 按下图设置后按‘应用’ 并关闭.12.第三步设置 ‘Package’ 上的凹槽的面属性.选择模型树中的 ‘Package’按右边加号展开, 选择‘表面0和表面 1’, 也就是凹槽的底面和侧面, 然后按右键, 选菜单中的‘属性’, 出现‘应用特性’对话框, 按下图设置后按‘应用’ 并关闭. 在模型树任一空白处点一下, 即取消选取图中所有被选取的特征.13.菜单/分析/光线追迹选项, 出现‘光线追迹选项’ 对话框, 照下图输入内容后‘应用/关闭’.14.设置LED光源:选择模型树中LED展开, 选择‘表面 0’ 即LED上表面, 右键出‘应用特性’ 对话框, 设置表面光源后按‘应用/关闭’.15.一切模型都设置完必, 就待分析了.16.菜单/开始光线追踪, 出现‘光线追踪’对话框, 选择追迹光线按钮/应用/关闭.17.菜单/分析/Candela Plots选项, 出现 ‘Candela选项’ 对话框, 选‘方位与光线’选项, 输入数据/应用.再选Candela 分布选项, 输入数据/应用/关闭.18.菜单/分析/Candela Plots/Polar Candela Distribution.。

基于Tracepro的LED反光杯设计作者：毛书哲曾维友陈伟周小红来源：《科学导报·学术》2019年第23期摘 ;要：随着社会的发展，如何节约能源是人们面临的严峻问题。

提高光源的聚光效果便是节约能源的一种体现，照明工具是由光源和反光杯组成。

本文利用光学设计软件Tracpro来设计一种辅助照明的反光杯，并通过仿真分析并进行优化，以此来提高光能的利用效率，实现照明效果的提升。

关键词：反光杯;LED;TracePro1.Tracepro简介TracePro是一种光学分析软件。

它把建模实体和光学分析紧紧结合在一起，实现了建立模型、属性定义、仿真分析、优化处理于一体的功能。

依照光的反射与折射的光学特性，进行光线追迹，计算光通量，分析幅度与光度图，以此来判断建立模型的优劣。

是一个能为光学设计人员节约大量时间的软件。

在TracePro完成一个新的项目所需要的操作如下：（1）建立几何模型。

第一步是插入一个或多个几何元件，分别设置其尺寸参数，使它们组成所需要分析的系统。

（2）定义属性。

对第一步建好的元件的属性进行定义，不管是材料属性还是表面属性都要定义成系统所需要的特性，例如光源就定义为表面光源、反光杯的内表面就定义成所需的材料特性。

（3）应用属性。

将上诉所定义的属性应用到与之相对应的元件上去。

（4）追迹光线。

进行光线追迹之前，要在格点光源、表面光源和档案光源这三种光源之中确定你要追迹的光源，这样系统才会把相应的光源的光线导入系统，才能进行下一步。

（5）分析。

完成光线追迹之后，进入分析阶段。

可以就辐照度图、光照度图、坎德拉图和光通量图等进行分析来辨别系统的好坏。

3.设计及分析在Tracepro中建立模型并进行光线追迹。

在Tracepro顶部菜单栏中点击插入，选择反射镜选项，进入插入反射器界面，点击二次曲面反射器栏。

在形状选项中选取抛物面，在计算选项中选择半径，厚度填入0.5mm、长度设为15mm、开孔半径为3mm、直径填入31mm、原点位置坐标为（0、0、11），焦距自动计算为4mm。

如何使用TracePro模拟LED光源效果使用的TracePro版本是3.3.7实验目的：36颗LED环形排列，调整环形的半径和光源平面与物体的距离，观察何种光源参数比较合适实验步骤：1. 在YZ平面上建立初始面片Thin Sheet，使用坐标参数如下：(0,1,1)(0,1,-1)(0,-1,-1)(0,-1,1)2. 将这个面片Move(30,0,0)3. 设置其Surface Source为如下参数：Flux, 1 Watts, Total 10,0004. 将其Rotate ，以10度为间隔，About Z ，点击35次copy 生成总共36颗环形排列的LEDS U M E C O L L E C T I O N5. 插入一个受光物体，Insert Primitive Solids，使用Cylinder/Cone，采用参数为：Major 25（表示直径25mm）,Base Position (0,0,-5)6. 点击Source Trace生成追踪光线7. 选择受光物体，选择受光面，选择菜单“Select Surface”，在“%Starting Rays to Display”中填写“1”，这样只显示1% 的光线，避免显示太多看不清楚8. 选择菜单“Analysis / Irradiance Map Options”，设置辉度图/照度图的选项，在“Ray to Plot”中选择“incident”即针对入射光线进行分析9. 然后选择“Analysis / Irradiance Map”即可显示辉度图/照度S U M E C O L L E CT I O N}360,000根光线总计运行时间约23秒实验环境：CPU：Pentium M 1.3GHz内存：512+256 MBsume@20100905S U M E C OL L E CT I O N。

一点点的体会吧，一个工作不久的菜鸟艰难摸索过程。

有错误高手别笑，帮忙指出，是一个led手电筒的反光杯设计。

初始设计时，由于ID设计已经固定，反光杯的口径D是限定了的。

再根据照明范围的要求，一米外泛光区域即最大的照明范围也是直径一米，确定口径深度比值大约是1:1左右。

那么深度H也有了大致估计。

再考虑到中心光斑的要求是尽量小，也就是反射光线的出射角度要比较小，那么肯定是用一般的抛物面反光杯，什么CPC之类统统不是，这样曲线方程就确定了，根据D、H的值，可以计算出抛物线的焦距f。

看看led的大小，Cree XP-E，恩，焦面的大小完全可以满足放置led的需要。

因为以上的三个参数互相关联，而对深度H给出的要求是一个大致的范围，那么计算出来的f 值也可以在1mm左右范围内浮动。

考虑到这个设计的要求是尽量让出光角小。

那么虽然焦距短些看起来对光源包容的角度更大，会聚能力更好。

但是大的焦距会带来大的抛物面尺寸，意味着led芯片距离反射面越远，意味着芯片的形体尺寸相对整个系统越近似一个发光点，出射角才越小。

所以在尽量做大焦距的时候，计算了一下led芯片边缘相对焦点对抛物面的最大张角，大概是1.5度，那么整个出射角大约是3度。

应该中心光斑不会太大。

话说回来，要是真完全平行光，光斑的中心不就是一个黑斑了么。

还是要个角度的。

不管到底想法对不对，就这么做了。

摸索么。

实际把Cree的芯片接上电池包，裸灯点亮对着墙看了看，光看规格书不知道，XP-E的芯片边缘光线可真是一个黄啊！比XR的黄多了。

不愧是便宜了将近一个美刀。

随便罩上一个实验室翻出来的反光杯，果然就看见墙上照明区域中间一个大黄圈。

太难看了，而且头疼的是老板还貌似挺在意这个黄圈。

让做反光杯啥要求都不具体，就是说了不喜欢黄圈。

根据之前网上狂搜的资料，得用橘皮杯。

不知道工艺流程，不知道如何控制橘皮杯的光线范围，反正就是把光打散。

装了个Tracepro，模拟了一下以上分析试验出来的东西，橘皮不知道怎么模拟，明显不是diffuse white 一类的表面属性。