
在LED應用中,絕多數的情況,LED發光的光學強度分佈(intensity distribution)是沒辦法滿足多樣式的應用需求,例如聚光、大角度均勻發光,乃至於非對稱 光斑應用;在面向多類型的LED應用的能量分佈需求,此時應專注在開發二次配光的關鍵光學件,例如TIR透鏡,或者是一些特殊的折射件透鏡,以滿足各式的LED應用光學 的需求。
當決定要開發二次配光的關鍵光學件之際,首先要面對的,必須是決定LED光源是應該採用何種方式來建構?下圖是常見的四種光源建置方式,由左而右依序各為點光源、封裝光源、切趾光源以及 量測式的光源檔。
圖一 常見的LED光源建構方式[1]
[1]:網路收集的圖片說明。
量測式光源檔有不同的方式,例如OSRAM*半導體的LED是採用雙光源的方式來建立白光光源,並設置兩個光源各自己的波長分佈和
發光功率的比例,來混成白光;當前業界最廣泛使用的是Radiant*的影像型量測光源檔,Radiant公司的量測儀器設備如
下圖右所示,得到的光源檔CCD如下圖左;該設備的大概原理,是利用鏡頭成像至光源處,雖然量測感測器距離光源約有300mm
左右,但因為焦點是在LED光源處,經由空間掃掠的方式把各方向的物面特性記錄在像面,得到具有近場性質的光源光束資訊。
OSRAM為知名的LED國際品牌大廠。
Radiant官方網站,更多有關量測光源檔可參訪該網站。
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| 圖二 Raidant的量測設備以及量測到的CCD影像 | |
當量測得到的光源光束檔案,以Radiant公司的Prosource軟件開啟,能分析與擷取到量測的光源的相關特性,如下圖所示,由 左而右依序為LED外觀影像、LED CCD影像以及遠場強度特性;最重要的特性,是藉由Prosource軟件把LED CCD影像轉換成光 線束,生成Prosource有支援的光束檔案格式,並匯入到對應可支援的的非成像光學仿真軟件裡,仿真成LED光源。
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| 圖三 Prosource光源檔的LED光源的相關資訊舉例 | ||
上述圖片是取自Radiant官方網站,SIG 400和Prosource皆是Radiant公司產品。
引用LED Professional[2]的2008年11/12月的期刊中的"LED Source Modeling Method Evaluations",作者是Mark Jongewaard和Kurt Wilcox[3]。Type 1編號,指的是取用Radiant Image的光源檔,LED幾何外形只是參考用,無光學屬性;Type 3編號,是指利用Photopia[4]建立的精確封裝光源模擬零件檔,包括LED光源的封裝膠的特性,以及LED支架的反射特性,並以模 型的方式建立發光晶片;把Type 1的光源匯入到一個標準的路燈設計檔案,並分析得到的結果如圖四的紅色線,而圖四的黑色線是實際成品所量測到的光強結果;兩條曲線比較,在低角度處的吻合度高,但在高 角度處,仿真和實測值,是有明顯的差異,尤其是最大角度位置,此值會影響到路燈規範是否滿足。
圖四 量測式光源檔的路燈光形舉例[3]
圖五 封裝仿真光源的路燈光形舉例[3]另外一種光源的做法,是OSRAM官方提供的光源檔格式,該白光光源檔格式是採用兩個光源,重疊在同一位置,分別給予兩種波長的分佈,以及對應的輻射功率比例,這樣子
就能混成希望的白光;此做法是由設計者直接給于波長頻譜分佈,僅適合用於遠場設計,在近場應用的情況,該顏色分佈是不真實的,使用時,請務必留意;不少知名非成像光學
的知名軟件,例如Lucidshap和Zemax,光源顏色差不多也是基於給定頻譜的方式來定義;實際應用,有另外一種使用量測方式來實現光源的顏色觀察,也就是在光源檔記錄色度
點或是波長功率值,這些伸延內容,本站會另外再以專文做說明。
Lucidshap官方網站,為車燈設計與分析的知名非成像光學軟件。
Zemax官方網站,為成像和非成像設計與分析的知名光學軟件。