RSMx近场模型在LED二次光学设计的应用

临川菜梗
发布于 2014-11-28 #光学设计及软件直接看回复推送文章

RSMx近场模型在LED二次光学设计的应用近日来LED近场测量已经受到部分客户的重视，但是更多的客户对于近场还处于疑虑的状态，因此我们特别做了一个小实验，来看看近场模型对于LED二次光学设计到底有什么用途。实验如下：在ZEMAX软件中，对同一颗LED分别用实测的RSMx近场模型和IES文件进行建模，让它们都通过一个15mm的透镜，观察200mm之外它们的照度分布。实验证明，近场和远场模型光学仿真的结果有很大的区别，最大的区别体现在黄晕/斑是否可见。RSM(RadiantSource Model)是光源近场数据的工业标准模型，它有着丰富的信息，可提供亮度值及色坐标参数，还可以保存所有测量的影像，并且能够使用Radiant Zemax的ProSource的功能使其更精准，产生更能完整的射线组合用来提供光学设计用的原型，减少光学设计中不必要的时间。IES文件则是IESNA规定的光源标准文件格式，包含了光源在指定角度的远场光强度分布。我们采用的是一颗Cree XML的LED，其信息如下：

用RSMx模型建模用IES文件建模仿真结果经PMMA透镜，200mm外的真彩照度分布图对比

用RSMx模型仿真用IES文件仿真可以看出，虽然仿真的光型非常接近，但是用近场数据仿真的结果中心偏蓝、周围有一圈明显的黄晕/斑，而用IES文件仿真的结果则看不出黄晕/斑。这是为什么？采用IES文件建模，是以LED光源的远场测试数据为设计依据，将光源看作一个各向同性的点光源，仅仅是针对LED光源相对粗糙的测量，并不能精确地描述光源的空间光分布情况，容易导致LED产品的色度和亮度不均匀、光源整体效率低等问题。而用RSMx文件建模，则是将光源看作一个复杂的面光源来研究其实际发光情况。因此，通过对LED光源进行近场测试，可以获得包含光线数量、光线的角度范围、总光通量和光线起点等详细光源信息的光线集文件。由这次实验可以看出，采用近场测量的模型文件进行LED建模，不仅缩短了建模时间，更能发现远场建模发现不了的问题。LED灯具的黄晕/斑问题困扰着我们，从理论上来说，它是由于光学部件对蓝光和黄光的吸收、反射率不同导致的，并不是不能解决的。只是，连光学设计仿真都发现不了的问题，难道我们要盲目地尝试各种参数的透镜吗？有了近场模型，我们只需要在光学仿真的时候，导入模型文件，配置好各项参数，并让软件自己对透镜、反光杯的参数进行有目的的优化，就能找出黄晕/斑最小的方案。Radiant Zemax公司的 SIG系列产品，可采集并汇集光源周围多角度面向的亮度及颜色测量，这些光信号会汇整至RSM进一步分析出光源的效率，这些数据可用来提供光学设计上使用；其中，SIG-400更是为LED量身定制的，除了能测量芯片的0.6mm超小FOV，还有玻璃球用于仿真芯片经过透镜后的光型分布。是LED芯片、封装和照明研发的必备装备。值得一提的是，本次实验用的Cree XM-L是朗伯型封装的LED，所以近场和远场仿真得到的光型差别不大。异形封装的LED越来越多、荧光粉的涂敷也不一定均匀，近场模型仿真的优越性会更高。