LED灯具讲义的二次光学设计

LED路灯自由曲面二次光学透镜的设计

灯的配光为矩形光斑，路灯发出的光都应分布在路面上，路面外的部分接收光几乎为０以免对远处的车辆，或行人产生眩光。在传统的以高压钠灯为光源的道路照明中，利用在抛物面、椭球面等二次圆锥曲面上进行反射加透射结构的光学设计，形成要求的矩形光斑。Ｅ］ＬＤ是一种朗伯体光源，辐射角为９。２。，０一１０直接照射在路面上会形成１面积较大的圆形光斑。为了有效利个用光线，并且满足道路照明要求，需要对ＬＤ进行二Ｅ次光学设计，希望由ＬＤ发出的光会在路面形成照度Ｅ均匀的矩形光斑。
Ａｓｒｃ：ｓｈｄａｔｇｆｉｆｃｎｙａｄｌｇｌｅｓｍｃｎｕｔｇｔｅｔｎｉｅ（Ｄｌｈ－ｍｉｉｇｂｃｍｅｔｅｂｔａｔＡｅａｖｎａｅｏｇｅｉｃｎｎｆ，ｅｉｄｃｒｉ－ｍｉｉｇｄｏｔｈｈｆｅｉｏｉｏｏｌｈｔｄＬ）ｉｔｅｔｎｅｏＥｇｔｈ
ｔｎｏｄｌｈｉｇａｐｉａｉｎ．Ｉｒｅｏｇｔｔｅｒｃａｇｅａｄｕｉｒｌｈｉｇａｄｍｅｔｔｅｓａｄｒｓｏｅｃｔｏｄｒｄｏｒａｉｔｐｌｔｓｎｏｄｒｔｅｈｅｔｎｌｎｎｆｍｉｔｎｅｔｎａｄｆｔｉｒａｅｆｇｎｃｏｏｇｎｈｈｙｌｈｉｇｈｒｅ— ｏｅｓｏｈｅｏｄｏｔａｓｄｓｇｅ，ａｄｉＣｏｏｅｔｅＬＤｍｏｕｅｏｓｅｎｈａｔａｉｔ，ｔｅｆｇｎｅｆｒｌｎｆｔｅｓｃｎｐｉｌｉｅｉｎｄｎｔａｃｍｐｓｍｃｎｈＥｄｌ．ＣｎｉｒｇｔｅｃｕｌｄｉｐｃａｅａｄｔｅＬＤｌｈｉｔｂｔｎｃｒｅａｄｕｉｇｇｉｏｕｉｇｍｅｈｄｃｒｅｐｎｉｇｃｉｒｔｎｍｅｈｄｔｅｆｅｆｎｌａｋｇｈｎＥｉｔｄｓｒｕｉｕｖｎｓｎｒｄｃｍｐｔｔｏｏｒｓｏｄｎａｂａｉｔｏｈｒ－ｌｇｉｏｎｌｏｅｏｓｒｃｅｓｃｎｐｉａｅｓｄｓｒｔａａｐｉｔｃｏｄｎｔｓｉｏｔｉｅ，ｎｅｈｔｕｔｒｅｌｎｄ１ｕｆｅｏｔｅｏｄｏｔｌｌｎｉｃｅｅｄｔｏｎｏｒｉａｅｓｂａｎｄａｄｇｔｅｓｒｃｕｅｏｔｓｍｏｅ．ａｆｈｃｔｆｈｅ

本期主题：“——二次光学设计对于LED户外照明环境的重要性”——LED照明中非成像光学设计浅析

二
"
墅
D E S IG N F O R O U TD o o R S L E D
L IG H TIN G
本期特邀嘉宾：复旦大学电光源系陈大华教授河南工业职业技术学院高级工程师
、
副教授霍大勇
维普资讯
ＬＤＥ照明中非成像光学设计浅析
文／大华陈
光板又称为复眼透镜，它由一系列园柱
面组成，每个柱面相当于一个透镜，在
柱面母线方向上，光线保持原入射的方
向，而在柱面非母线方向上，透镜的作用使各个方向上都有汇聚或发散作用，
摘要：本文探讨了ＬＤ照明系统中，非成像光学设计的重要性、基本原从而实现扩展光束角的目的。Ｅ理、作用和常用的方法，以及非成像光学设计中运用较多的透镜，非球面反
用，我们必须根据不同的应用场合和需面反射镜和折光板。透镜能使点光源发（导）９５２博。１６年月毕业于复旦大学物理
求，针对ＬＤＥ光源的特性进行二次光学设出的光线汇聚或发散，起到改变光束角系，工作于电光源研究所至今。曾在留校
照度随出射角的增大而迅速衰减。显然起到关键的决定作用。这样的光源特性是很难满足户外照明用在ＬＤ明系统的非成像光学设计Ｅ照
陈大华（９３１浙江宁波）授１４．一，教
和上游产业发展的大好契机。目
途的实际需求。因此在ＬＤ外照明应中，基本的光学元件主要有透镜、非球Ｅ户

二次光学课程设计

二次光学课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解二次光学的基本概念，掌握二次光学元件的工作原理；2. 学会分析二次光学系统中的光路，能运用相关公式计算光学元件的成像特性；3. 掌握二次光学元件在光电设备中的应用，了解其在现代科技领域的重要性。

技能目标：1. 能够运用几何光学原理分析二次光学元件的成像过程，具备一定的光路设计能力；2. 能够通过实际操作，搭建简单的二次光学系统，并调整优化系统性能；3. 能够运用所学知识，解决实际问题，具备初步的光学创新能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对光学科学的兴趣，激发学生探索光学领域的精神；2. 增强学生的团队合作意识，提高沟通与协作能力；3. 培养学生严谨、务实的科学态度，树立正确的价值观。

课程性质：本课程为高二年级物理选修课程，以二次光学为主要内容，旨在提高学生的光学知识水平，培养学生的光学设计和创新能力。

学生特点：高二学生已具备一定的物理基础，对光学有一定了解，具备一定的自主学习能力，但光学知识深度有限。

教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，通过启发式教学，引导学生掌握二次光学知识，提高学生的实际操作能力和创新能力。

在教学过程中，关注学生的学习成果，及时调整教学策略，确保课程目标的实现。

二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 二次光学基本概念：介绍二次光学元件的定义、分类及光学符号；理解二次光学系统中的光轴、节点、焦距等基本参数。

2. 二次光学元件原理：学习凸透镜、凹透镜、反射镜等二次光学元件的工作原理，掌握其成像特性及相关计算公式。

3. 光路分析：运用几何光学原理，分析二次光学系统中的光路，学会使用矩阵方法进行光路计算。

4. 二次光学系统设计：学习二次光学系统设计的基本原则，了解光学设计软件的使用，培养学生具备光路设计能力。

5. 实际应用：介绍二次光学元件在显微镜、望远镜、摄像头等光电设备中的应用，分析其在现代科技领域的作用。

LED二次光学设计浅析（1）-反射器设计基础理论

LED二次光学设计浅析（1）-反射器设计基础理论蓝海光学招募：光设人员，镜头装配主管，镜头销售人员有意者电话罗生：185****9889光学人生，你的精彩人生！设计概述将反射器上任意点(角度θ)接收的光源光线反射到与轴线成希望夹角α的方向上，换言之，要注定反射器上各区域将光线投射到什么方位，这是设计的第一步。

为此，需要下述数据：1.光束分布(配光)；用出射光线光强该光线与轴线夹角α表示，采用函数式或曲线图都可以；2.光源发出光线的光分布(光强分布)；采用从它发出的各条光线与轴线夹角θ表示，常用曲线表示，在近似的计算中光源的配光常用余弦分布；3.从要求的光束分布的总光通，考虑光源与反射器之间的结构限制等因素确定光源的功率。

计算中遵循光通量的守恒。

具体细节如下：1.对从光源射向四周空间的光线，要选择合适的角度间隔进行分划，见图1；2.计算在光源光分布和出射光束光分布中各个角度间隔内的立体角；3.采用光通增量=光强×立体角增量的公式计算各问隔内的光通，其中光强由光源光分布和出射光束光分布中提供，往往取间隔角度的中值角上的值；4.找出光源能提供的光通和光束中需要的光通之差值，得到折换系数，统一二者的差异；5.找出光源在某个θ角间隔内能提供的光通正好和光束在某个α角间隔内需要光通相一致的对应关系，即××θ角内的光线射到××α角中去的θ～α关系。

根据θ～α的关系，求出反射器曲面形状，这是计算反射器的第二步。

其中包括：1.用公式计算光源光线间隔角度中反射面与轴线夹角β；2.列表写出光源光线间隔角度θ和β角的正切值；3.以光源置放点为原点，光轴(对称轴)为x轴，写出从光源发出的各光线间隔角度上光线的方程：y=tgθx；4.设反射器起始于第一点的坐标是x0y0，它的斜率为tgβ0，则反射器上第一段的折线方程为：y-y0=(x-x0)tgβ；5.计算该线段与下一个光线间隔角度的交点x1y1，即解下述方程组：y1-y0=(x1-x0)tgβ0y1=tgθx16.重复过程5，计算下一个点，不同的是将x1y1的值作为x0，y0来处理，β0与tgθ另取新的值；7.完成上述全过程就可得到—个需要的反射器曲线。

基于LED大功率扩展光源的二次光学设计

基于LED大功率扩展光源的二次光学设计【摘要】在目前的低碳环境下，LED照明光源逐步替代传统光源，但是由于其本身结构和自身特点，要进行高效的光能利用与照明，必须进行适当的光学设计以便改善光能分布。

笔者首先阐述了LED的光学特性及二次光学设计，其次对LED大功率扩展光源的二次光学设计进行了深入探讨。

【关键词】LED照明;扩展光源;光学设计Abstract：In the current low carbon environment，LED lighting light source gradually replace the traditional light source，but because of its own characteristics and structure，which carry out efficient energy utilization and lighting，must be proper optical design so as to improve the light energy distribution.The author first expounds the optical properties of leds and the secondary optical design，secondly for high power LED light source expanding secondary optical design has carried on the deep discussion.Keywords：LED lighting;extended light source;optical design随着科技生产力的快速发展，能源的消耗量日益提升，为了节约能源，实现绿色和谐的生产、生活方式及社会的可持续发展，全世界正在向低碳时代转型。

同样，只要能省电，照明也可以是低碳的。

LED二次光学设计浅析（2）-透镜设计

LED⼆次光学设计浅析（2）-透镜设计⼀、概论：1．全透明反射棱镜的特点LED全透明反射棱镜能分配LED在2π⽴体⾓内的光通，光通利⽤率⾼，η=85%，安装简便。

棱镜加⼯⽅便⽽且体积也很⼩，对空间的要求⼩，宜于安装在各类灯具之中。

2．前景⽬前安装LED棱镜的灯具已得到⼴泛的应⽤，像建筑照明、通⽤照明、标识照明、景观照明、交通信号灯等都已得到了很好的应⽤。

随着LED技术的不断提⾼，LED棱镜的前景也会更好。

⼆、设计⽅法：1．第⼀介⾯效率问题第⼀介⾯的效率很重要，它决定整个棱镜的光通利⽤率，因此光源光线在第⼀介⾯上的分布要合理。

如图1：β⾓为光源光通在第⼀介⾯上的半⾓分布，这部分光线在棱镜上都是⼆次折射光线，是折射次数较少的⼀部分光线，当β⾓增⼤时，光源在这部分的光通量增⼤，光通损耗少，但光线将向外偏移，将产⽣⽆⽤光通。

当β⾓减⼩时，则光源光通在这部分的光通量减少，效率减低。

另外，在ABCD圆柱体中，圆柱侧⾯将形成光的反射，当光线垂直射⼊时，根据菲涅尔公式得：ρ=2，对n1=1（空⽓），n2=n（给定材料的折射率）则公式变为ρ=2，若棱镜的折射率n=1.5,则ρ=0.04，当β减⼩时，α⾓增⼤（见图1），若α⾓⼤于60°以后，反射率剧增，将⼤⼤损耗光通，因此要根据预设配光，合理分布这部分光通。

2．全反射⾯的取得全反射⾯是分配LED光通的主要部分，所设计的棱镜是否满⾜预设的配光，主要是取决于全反射⾯的设计是否合理。

图2为全反射⾯中⼀条光线的形成过程。

设有⼀⽴体⾓为γ的环带光通，ρ为⼀条中间光线，当ρ射向两种介质的界⾯处A点时，光线进⾏第⼀次折射，光线是从光疏介质射向光密介质，进⼊光密介质的光线改变原来的传播⽅向（根据折射定律：Sin I1/Sin I2=n，其中I1为⼊射⾓，I2为折射⾓，n为折射率）。

光线经折射后到达棱镜的边缘，两种介质的界⾯处B 点，光线进⾏第⼆次折射，光线是从光密介质射向光疏介质，当B点是曲率半径为R的圆弧时，光线与圆弧形成的法线产⽣⼊射⾓I3，要使I3′成为全反射光线，I3必需⼤于临界⾓（折射⾓达到90°时，所对应的⼊射⾓叫临界⾓，根据折射定律：sinC=1/n，C为临界⾓）。

LED一次光学设计

2、使用ITO芯片，ITO（氧化铟锡）
ITO是一种透明的几型半导体薄膜 1） Eg:3.5~4.3eV 2）良好的导电性 ρ=1.10×10-3Ω.cm 3）可见光区透过率高 80% 4）化学稳定性和热稳定性良好可使电极部分的光不被完全遮档。
LED的一次光学设计
（3）透明衬底技术
通常LED的衬底用GaAs材料，但GaAs是一种吸光材料，LED 发出的光会被它吸收，降低出光效率。为此，在外延成PN结后，用腐蚀的方法GaAs衬底去除，然后在高温条件下将能透光的GaP 粘贴上去做衬底，使PN结射出光通过金属底板反射出去，提高出光效率。
光学设计结构图
LED光学设计基本元件透镜非球面反射镜一次光学设计抛物面椭球面折光板曲形折光板梯形折光板柱形折光板柱球形折光板双曲面
芯片
模粒
支架
折射式
反射式
折反射式
背向反射式正向反射式
LED的一次光学设计
• 引脚式LED的一次光学设计
模粒材料的种类
LED透镜的应用分类
LED透镜规格分类
LED的一次光学设计
（3）PC透镜 a. 光学级料Polycarbonate（简称PC）聚碳酸酯。 b. 塑胶类材料，优点：生产效率高（可以通过注塑、挤塑完成）；透光率稍低（3mm厚度时穿透率 89% 左右）；缺点：温度不能超过110°（热变形温度135度）。（4）玻璃透镜光学玻璃材料，优点：具有透光率高（97%）、耐温高等特点；缺点：体积大质量重、形状单一、易碎、批量生产不易实现、生产效率低、成本高等。不过目前此类生产设备的价格高昂，短期内很难普及。此外玻璃较 PMMA 、PC料易碎的缺点，还需要更多的研究与探索，以现在可以实现的改良工艺来说，只能通过镀膜或钢化处理来提升玻璃的不易碎特性。

LED路灯二次光学设计

-20
-15
-10
-5
0
3
55
85
-3
75
-5
35
-10
8
20
2
0
5
10
15
20
100
85
55
3
80
75
60
35
30
8
2
2
光学面罩单元投射原理图
色片投射图形方案（两种）
色片构型方法一：塔形
方案一：塔形
方案建议图
方案二—棱柱投射
方案二-理想投射想法（1）
理想投射想法（1）
-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 -20 2 2 2 2 2 2 2
41.86047 35.31593 35.29412
0.523685 0.488693 0.482346 0.392702 0.392418
30.00493 28.00002 27.63638 22.50018
22.4839
0.604734
34.6487
0.384047
22.00428
0.556625
0 0
18 2.282444
31 2.041032
0 0
6.5 0.824216
20 1.3167949
35 2.7233712
6 0.760815
16 1.053436
20 1.556212
10 1.268025 0.824682
11 0.724237 0.972197
11 0.855917
10.271
132 10.271
96 510.4
2.3275862

浅析LED照明的二次光学设计研究

浅析LED照明的二次光学设计研究摘要：本文首先介绍了LED的发光原理，再通过一次光学设计及二次光学设计，简单介绍了LED照明的二次光学设计。

旨在与同行探讨学习，共同进步。

关键词：LED一次光学二次光学设计LED（LightEmittingDiode）为发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。

20世纪60年代，人们通过对半导体材料可通电发光的了解，生产出了第一个商用发光二极管。

LED是由Ⅲ-Ⅴ族化合物，比如：GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP （磷砷化镓）等半导体材料造成的，它的核心是PN结。

因此，其具有通常PN结的VI特性，即反向截止、正向导通、击穿特性。

除此之外，在一定的条件之下，其还具备着发光的特性。

在正向电压的作用之下，空穴由P区注入N区，电子由N区注入P区，进入到对方地域的少数载流子（少子）的一部分跟多数载流子（多子）复合而发光。

LED的发光原理如图1所示。

图1LED的发光原理PN结的端电压组成了一定的势垒，若给PN结外加个正向偏置电压，PN结的势垒将要减小，N型半导体当中的电子将会将要注入到P型半导体之中，P型半导体当中的空穴将要注入到N型半导体当中，因此出现了非平衡状况。

这些注入的空穴和电子在PN结处相逢发生复合，复合时将有余的能量以光能形式开释出来，从而可以观察到PN结发光。

这就是PN结发光的机理。

同时，当电子和空穴发生复合时，还有一些能量以热能的形式散发出来.PN结对电子和空穴具有不同高度的势垒，这两个势垒均很小，但是空穴的势垒比电子的势垒小得多，并且空穴不停从P区向N区扩散，取得高的注入速率，N区的电子注入P区的速率却比较小。

这样N区的电子便跃迁到注入以及价带的空穴复合，而发射出由N型半导体能隙所确定的辐射。

由于P区取得的能隙大，光辐射没能够发射到导带，因此N区结区P区导带价带电子注入空穴注入g发光E中心发光不产生光的吸收，因此能够直接透射到LED外，从而减轻了光能的亏损。

新型LED路灯照明二次光学设计

新型LED路灯照明二次光学设计字号: 小中大| 打印发布: 2009-1-08 00:09 作者: 钱可元罗毅来源: 阿拉丁照明网查看: 0次编者按：由于白光LED具有很多显著的优点，将其应用于公共城市照明设施地替代光源有着许多的优点。

然而要真正充分发挥半导体光源的长处，二次光学系统的设计至关重要。

本文介绍了一种独特的适用于城市道路照明二次光学系统，他能较好的满足城市道路照明的家路相关标准，并可以灵活地适用于不同的道路情况。

1、引言公共城市照明在照明市场上占有庞大的份额，根据统计，城市公共照明在我国照明耗电中占30%的比例，约439 亿kwh，以平均电价0.65 元/kwh 计算，一年开支285 亿元。

目前，广泛应用于城市公共照明的是高压钠灯，特别是在主干道上，高压钠灯可以提供100lm/W 以上的发光效率。

但其本身的缺憾也很明显：光源的光谱成分偏黄，显色指数极低;灯具的寿命短，更换工作量大;不便于对于灯的功率进行调节;随着20 世纪90 年代固体物理学的高速发展和新半导体材料的突破性发现，近10 年来LED 技术取得了突飞猛进的发展。

白光LED 的出现，以其特有的低电压驱动、体积小、重量轻、显色性好、调光性能好、寿命长(达2 万小时以上)、耐振动、不易损坏、符合环保要求等优势，使半导体光源将成为城市道路照明理想的节能光源。

其显著的优点为：光效高。

目前商业化的白光LED 光效已达到90-100lm/W 左右，预计2 年内能达到150lm/W 以上，而这并非LED光效的上限，各国的专家都把光效地目标定在200lm/W 左右。

寿命长。

理想的目标是10 万小时，而目前商业化的白光LED 寿命可到5 万小时，比传统光源寿命要长10 一20倍。

做成城市道路照明光源，则可以10 年不换光源，大大节省了日常的维护费用。

便于对于灯的功率进行智能调节;可以附加二次光学系统，最大限度地利用LED 的光能，满足各种应用场合特定的照度与光强分布。

LED路灯透镜光学设计

二次光学是直接决定LED路灯的输出效率、配光分布、均匀度及眩光程度的重要环节。

绿色环保的城市道路照明要求LED 路灯产生正好覆盖马路的长方形的光斑，对马路之外的其他地方譬如居民楼和建筑物的光污染尽量的少。

XY非轴对称的自由曲面二次光学的配光设计，是实现此目标的最好的方法。

使得在单个透镜模组上就可以完成高效率长方形的输出光斑、蝙蝠翼形的远场角度分布、以及实现截光设计。

整个灯头的结构变得非常的简洁，只要将这些完成配光设计的LED透镜模组，按照同一个方向排列在一块平面的PCB板上即可，简化了LED路灯的机械结构、散热管理、以及电源控制的排布。

本文介绍了一种全反射型的二次光学透镜的设计，该透镜可以实现很高的输出光效率、蝙蝠翼形的配光曲线分布、以及较均匀的长方形光斑。

1. 技术背景LED固态半导体照明技术被认为是21世纪的战略节能技术。

中国、欧洲和北美的许多国家和城市都已经进行了LED道路照明技术的开发和大力推广，相比于金属卤素灯（MH）和高压钠灯（HPS），LED路灯拥有更长的寿命（大于5倍）；除此之外，LED路灯还具有更好的可控性和光效，可以节能50%之多。

LED路灯的另一个绿色能源的特征是光源本身不含有害物质汞。

光学方面，LED芯片的小光源特性可以比较容易实现精确的配光和二次光学的优化设计，准确控制光线的方向，把光充分的分配到所需要照明的马路上，防止光污染和眩光。

二次光学设计是决定LED路灯的配光曲线、输出光效、均匀度、以及眩光指数的一项重要技术。

现有市场上大部分的高功率白光LED的光度分布是郎伯分布，光斑是圆形的，峰值光强一半位置处的光束角的全宽度约为120°。

LED路灯如果没有经过二次光学的配光设计，那么照在马路上的光斑会是一个“圆饼”，如图1（a）所示，大约1半左右的光斑会散落到马路之外而浪费掉，并且光斑的中间会比较亮，到周围会逐渐变暗。

这种灯装在马路上之后，路灯之间会形成很明显的明暗相间的光斑分布，对司机造成视觉疲劳，引发事故。

实现大范围均匀照明的LED透镜二次光学设计

０引言
／具有ＩｎＧａＮＧａＮ多量子阱发光二极管（ＬＥＤ）的体积小、寿命长、驱动电压低、发光波长稳定、电光转换效率高、光谱覆盖范围大，环保节能等特点，使其在照明领域有着重要的应用价值。根据我国开展的绿色照明工程调查显示，中国能源消耗总量１２％是用于照明，如果ＬＥＤ照明技术能够完全取代传统白炽灯照明技术，大约可节省３这０％的照明用电，对能源日渐紧张的当今社会，无疑具有重要的意义
］４５－用区域分割的方法［实现接收面均匀照明，其
本文设定的ＬＥＤ首先对极向角θ 作均匀分割，，光源极向角的范围为０将极向角平均分成 °～６０ ° 根据式（容易求得，对于θ １００个区间，１）ｉ到θ ｉ＋１之间区域的光通量为
１．３区域分割的具体实现封装后的Ｌ的朗伯体型光源ＥＤ发光呈约１２０ ° 形式，即：其中ＩＩ（＝ＩｃｏｓＥＤ光源中心 θ） θ，００是Ｌ光强， θ 是出射光线与竖直方向极轴的夹角。定义 φ 为光源出射光线与轴向方向的夹角，则总光通量可以由发光光强对全空间的积分得到：
芦佳宁，余杰，童玉珍，张国义
（）北京大学宽禁带半导体中心，北京１００８６１
摘要：利于实施计算的实现大范围均匀照明的ＬＥＤ灯具透镜设计方法。提出了一种新的、基于能量守恒定理和光线折射Ｓ通过Ｍｎｅｌｌ定理，ａｔｌａｂ编程计算出自由曲面透镜坐标点。借助，模拟了自由曲面透镜的具体应用，在光源高为３ｍ，接收面直ＣＡＤ软件和光学模拟软件Ｔｒａｃｅｒｏｐ得到了均匀度达８该设计可以应用在商场、工厂径为１０ｍ的圆形照明区域，０％以上的照度分布，等室内照明灯具上。关键词：ＥＤ；二次光学设计；非成像光学；ＴｒａｃｅｒｏＬｐ（）中图分类号：ＴＮ３１２．８文献标识码：Ａ文章编号：１００１－５８６８２０１２０３－０３３４－０４

LED路灯的二次光学透镜设计

LED路灯的二次光学透镜设计作者：王双江摘要：鉴于道路照明需求的多样性和复杂性，基于配光曲线映射原理，运用透射光学设计手段，借鉴传统路灯设计方法，针对单颗大功率白光LED，根据其特有的配光特性参数设计了一种新颖的二次光学透镜。

该透镜实现了将LED的郎伯型配光转换为蝙蝠翼型配光，将圆形光斑转换为矩形光斑，同时可以达到很高的光输出效率和近似1:2的长宽比。

与同类设计相比，达到国家道路照明标准，同时降低了设计复杂度，可应用于LED 路灯设计。

关键词：LED；路灯；二次光学透镜；配光曲线；长宽比1、引言随着“十城万盏”工程的启动和逐步推进，国家和社会对LED路灯的要求也从理论研究越来越走向实用化。

1974年Schruben提出实现均匀圆形照明的自由曲面反光器。

2002年Harald Ries提出可投射出OEC字样的自由曲面透镜。

2002年，OEC公司的H.Rie和J.Muschaweck指出可以用数值求解偏微分方程的方法来构造自由曲面的面型。

他们用一个折射面将均匀强度的小光源发出的光在矩形均匀光斑范围内形成OEC公司的公司名称而且这三个字符的亮度是背景亮度的3倍。

香港理工大学工业及系统工程学系先进光学制造中心采用了边缘光线扩展度（Etendue）守恒的原理创建了一套自由曲面控制网格的节点矢量的精确计算方法，设计出在道路横向（X方向）产生±60°内均匀分布的配光，在纵向（Ｙ方向）产生±30°内均匀分布的配光的方形光斑的自由曲面透镜，从而满足道路照明的配光要求。

针对不同的道路应用环境，LED路灯的配光需求也各不相同。

总体来说，限于光源的影响，未经配光的LED的配光呈现郎伯型，直接在道路上形成的光斑为圆形，容易形成斑马纹和造成眩光。

为了解决上述问题，需要对LED郎伯型的配光进行改进，也就是进行二次配光设计，将郎伯型的配光改变为蝙蝠翼型。

本文针对道路照明要求，在给定光源的情况下，设计了一种简单有的二次光学透镜，可以实现较好的照明效果。

LED路灯的二次光学研究

LED 路灯的二次光学研究
LED 照明将先在道路照明中广泛应用，这样的推断是基于LED 的长寿命、高效率、光线利用率高等特点。

很多人对LED 在道路照明中的应用已经作了很多尝试，但是不难看到这两三年来LED 路灯并没有得到很好的发展，究其原因在于：成本高、寿命短、照明效果差(均匀性差)。

值得庆幸的是上游产业发展迅速，LED 芯片光效的提升和价格的降低，都使LED 道路照明越来越近，专业的光学设计也使得照明效果有很大提升，也有更多的厂家在作这样的尝试，本文提出一个新的光学解决方案独立单元的反光器，旨在为人们寻求一种新的LED 道路照明解决方案。

与透镜相比，反光器的特点在于：成本低、效率高、装配容易。

常见透镜材料为PMMA，目前的技术PMMA 材料的透射率只有94%，制作成透镜后由于折返射的效果，通常会有更多的额外光损失，以以下实例说明：。

LED显示装置的二次光学设计

LED显示装置的二次光学设计【摘要】LED显示装置的二次光学设计在提高显示质量和降低能耗方面发挥着重要作用。

本文从二次光学设计的意义、原理、常见方法和应用等方面进行了详细介绍。

通过合理设计光学元件的形状和材质，可以提高LED显示器的亮度、对比度和色彩表现力，同时降低光补偿和能耗。

二次光学设计在LED显示装置中的应用已经取得了一定的成果，但仍有许多挑战和发展空间。

未来，随着技术的不断进步，二次光学设计在LED显示装置中的应用将会更加广泛，效果也会更加出色。

LED显示装置的二次光学设计的重要性不言而喻，未来将会成为LED 显示技术发展的重要方向。

结合本文所述的内容，可以看出LED显示装置的二次光学设计对于提升显示效果和节能降耗具有重要意义，值得进一步研究和应用。

【关键词】LED显示装置、二次光学设计、意义、原理、常见方法、应用、未来发展方向、重要性、发展趋势、总结1. 引言1.1 LED显示装置的二次光学设计LED显示装置的二次光学设计是指在LED显示器中，通过对光学元件进行合理设计和优化，以提高光学性能和减少能量损失的过程。

二次光学设计在LED显示装置中起着至关重要的作用，能够有效提高显示效果和节能减排。

在LED显示装置中，二次光学设计主要包括透镜设计、反射材料选择、光学路径设计等方面。

通过合理设计透镜形状和材料，可以改变LED发光角度和亮度分布，从而提高LED显示屏的亮度和对比度。

选择合适的反射材料和设计光学路径，可以减少光线损失和反射损失，提高LED显示装置的光学效率。

在LED显示装置中，常见的二次光学设计方法包括全息透镜设计、反射镜设计、光学模拟仿真等。

这些方法可以根据LED显示器的具体要求和应用场景，进行定制化设计，最大限度地提高显示效果和节能减排效果。

通过二次光学设计，LED显示装置的应用范围将得到进一步拓展，未来有望实现更加节能高效的LED显示技术。

LED显示装置的二次光学设计将在未来发展中扮演重要角色，推动LED显示技术不断创新和提升。