LED照明配光系统设计方案及加工生产培训课程
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2．利用光学设计软件（如Code V、ZEMAX、TracePro、ASAP、LighTools等）和机械 建模软件（如：Pro/E、UG、SOLIDWORKS等)进行设计和光学仿真，不断优化而得到相应 的光学透镜．
３．光學結構設計:
LED照明的光学系统是由光束聚焦成像区和光源区两大区域组成。由于灯具要求投影的 光斑必须具有光色柔和、均匀、符合演示场所需要的光通量，成像灯具还应图案清晰、其边 缘有明显的分界线，无虚光现象等要求；
注： 一次光学设计是二次光学设计的基础。只有一次光学设计封装设计合理，能够
保证每个LED发光零组件的出光品质，才能在一次光学设计的基础上进行二次光学 设计，以保证整个发光系统的出光品质。简单地说，一次光学设计的目的是尽可能 多的取出LED芯片中发出的光。二次光学设计的目的则是让整个灯具系统发出的光 能满足设计需求。
二次光学设计 就是将经过一次透镜后的光再通过一个光学透镜改变它的光学性能。二次透镜
的功能是将LED的大角度光（一般为90-120度）再次聚光成5度至80度任意想要得到的角度， 光场的分布主要可分为：圆形、椭圆形、矩形；一般用光学级PMMA或者PC為材料，在特殊 情况下可选择玻璃。
LED光学设计分類:
LED照明配光系統設計及加工生產
➢LED光学设计分類: ➢LED光學件常用材质介绍 ➢LED照明配系統設計步驟 ➢LED透镜的模具加工 ➢LED透镜的用料及生产
LED光学设计分類:
LED照明零组件在成为照明产品前，一般要进行两次光学设计。好的光学设计应充分利 用LED光源面积小这一优点，充分考虑光的利用率，将所有从LED芯片发出的光都分配到路面 上，形成一个均匀度好、无眩光、配光曲线呈蝙蝠翼的光斑。配光CPC設計原理法;TLP原理設 計法以及我現用設計透鏡的TIR原理設計法等;
LED照明配系統設計步驟
開始 定義光源
定義面型
光線追跡
評價數傳遞 給外部程序
優化 NG 判斷外
面型
部程序
OK結 案
LED透镜的设计
1．首先取决于光源（LED），不同品牌的LED（例如CREE、lumileds、首尔、欧司朗、 亿光、艾笛森、长森源等），其芯片结构与封装方式、光线特性等均有所区别，从而造成同 样的透镜搭配不同规格品牌LED时会有所差异；所以要求有针对性开发（以主流品牌为导 向），才能达成实际需要的效果．
配光曲线:
配光曲线
配光曲线:
配光曲线
LED光學件常用材质介绍：
PMMA 1.光学级PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯，俗称：亚克力）。 2.塑胶类材料，优点：生产效率高（可以通过注塑、挤塑完成）；透光率高（3mm
厚度时穿透率93%左右）；缺点：温度不能超过80度（热变形温度92度）。
PC 1.光学级料Polycarbonate（简称PC）聚碳酸酯。 2.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
LED光学设计分類:
椭圆形反射器
wenku.baidu.com
备注：
1.尺寸以英尺/毫米为单位
F2
2.C=焦点长度（轴向距离）
3.b=反光罩直径
4.F=内部焦距
LED光学设计分類:
抛物线形反射器
备注： 1.尺寸以英尺/毫米为单位 2.c=焦点长度（轴向距离） 3.b=反光罩直径
配光曲线:
配光曲线
二维对称 灯具光分布由两相对独立 垂直平面上光分布决定 典型例子为荧光灯灯具和 路灯灯具的光分布
（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）。
硅胶 1.因为硅胶耐温高（也可以过回流焊），因此常用直接封装在LED芯片上。 2.一般硅胶透镜体积较小，直径3-10mm。
玻璃 光学玻璃材料，优点：具有透光率高（97%）耐温高等特点；缺点：形状单一、易
碎、批量生产不易实现、生产效率低、成本高等。
一次光学设计： 把LED 晶片封装成LED光电零组件時封装部分；以解决LED的出光角度、光强、
光通量大小、光强分佈、色温的范围与分佈。也是二次光学设计的基础．LED芯片按理论发光 是360度，但实际上芯片在放置于LED支架上得以固定及封装，所以芯片最大发光角度是180 度，另外芯片还会有一些杂散光线，这样通过一次透镜就可以有效收集芯片的所有光线并可得 到如160度、140度、120度、90度甚至60度（不同需要）的出光角度；一般用PMMA或硅胶 為材料。
影响的灯具的光效损失和投影清晰程度的另一个原因，就是对光束起限制作用的各个部 件中心孔径、特别设置的带孔屏障和透镜的边缘，即光阑。由于起着对限制光束孔径和视场 的作用，是直接影响到灯具投影光斑中的像差、像的亮暗、景深和分辨率。因此，在设计光 阑孔径的大小和光阑在光学系统中的焦点距离位置时，既要考虑它在进入光学系统中光通量 的多少、像差的大小以及满足像在空间的深度（景深）等作用；也要考虑能对限制成像范围 特别起作用的最佳空间视场角等因素，形成投影光斑的理想效果。在实际的灯具光学系统中 总有一定的光通孔径和一定的视场角或发光点不靠近光轴，另一方面由于光束多是由不同波 长的光组成，系统的折射率不为常数，所以，实际光学系统的成像与近轴光学所得的结果不 同，产生的偏离，即像差。而像差，是由实际光学系统的物理条件造成的，我们在设计过程 中只需重点地将某些像差消除到一定的程度，只要达到减少像差以提高成像的清晰度就行。 要完全消除是不可能，也没有必要。
直接在一次光学透镜上完成二次配光功能設計
LED光学设计分類:
除了采用分立的二次和一次光学透镜，透镜的配光 可以采用模块化的设计，由于透镜采用了模块化的设计， 不同数量的模块可以组成不同规格和不同输出功率的符 合不同等级道路照明设计要求的路灯。另外透镜模块除 了配光的作用之外，还兼顾了防水、防尘，可以直接裸 露在外，从而可以省去了最外面的玻璃灯罩，避免了玻 璃灯罩所附加的菲涅尔损耗。另外模块化设计的一次配 光透镜，由于每个透镜单元的尺寸及透镜单元之间的间 距比较小，每个透镜单元可以使用小功率的LED芯片， 以解决散热所引起的光衰的问题。
设计中应注意----中心光轴、光阑和像差
设计中应注意----中心光轴、光阑和像差 中心光轴、光阑和像差是直接影响到灯具的光效损失和投影清晰程度的主要原因。灯具内
部的光学系统是光束聚焦成像和光源区两大区域组成的，這兩部分能否为同心轴线，形成理 想的同心光束，是直接影响到灯具光效的关键所在。要确保在组合时都能同心轴线，且端面 与轴线垂直，并非容易。虽然在设计过程中从理论讲都能保证，但由于在零部件的制造加工 过程中，出现的加工精度误差和装配基准偏离等现象，会影响到灯具的光效损失和投影清晰 程度。因此，我们在设计灯具的光学系统机构时，事先将各种可能出现的综合性因素要进行 全面地分析和考虑，确保零部件的制造精度和装配基准的设计合理。达到整个光学系统的中 心光轴能同一轴线，使光通孔径和一定的视场角或发光点尽可能地靠近光轴，形成同心光束 的理想效果。
３．光學結構設計:
LED照明的光学系统是由光束聚焦成像区和光源区两大区域组成。由于灯具要求投影的 光斑必须具有光色柔和、均匀、符合演示场所需要的光通量，成像灯具还应图案清晰、其边 缘有明显的分界线，无虚光现象等要求；
注： 一次光学设计是二次光学设计的基础。只有一次光学设计封装设计合理，能够
保证每个LED发光零组件的出光品质，才能在一次光学设计的基础上进行二次光学 设计，以保证整个发光系统的出光品质。简单地说，一次光学设计的目的是尽可能 多的取出LED芯片中发出的光。二次光学设计的目的则是让整个灯具系统发出的光 能满足设计需求。
二次光学设计 就是将经过一次透镜后的光再通过一个光学透镜改变它的光学性能。二次透镜
的功能是将LED的大角度光（一般为90-120度）再次聚光成5度至80度任意想要得到的角度， 光场的分布主要可分为：圆形、椭圆形、矩形；一般用光学级PMMA或者PC為材料，在特殊 情况下可选择玻璃。
LED光学设计分類:
LED照明配光系統設計及加工生產
➢LED光学设计分類: ➢LED光學件常用材质介绍 ➢LED照明配系統設計步驟 ➢LED透镜的模具加工 ➢LED透镜的用料及生产
LED光学设计分類:
LED照明零组件在成为照明产品前，一般要进行两次光学设计。好的光学设计应充分利 用LED光源面积小这一优点，充分考虑光的利用率，将所有从LED芯片发出的光都分配到路面 上，形成一个均匀度好、无眩光、配光曲线呈蝙蝠翼的光斑。配光CPC設計原理法;TLP原理設 計法以及我現用設計透鏡的TIR原理設計法等;
LED照明配系統設計步驟
開始 定義光源
定義面型
光線追跡
評價數傳遞 給外部程序
優化 NG 判斷外
面型
部程序
OK結 案
LED透镜的设计
1．首先取决于光源（LED），不同品牌的LED（例如CREE、lumileds、首尔、欧司朗、 亿光、艾笛森、长森源等），其芯片结构与封装方式、光线特性等均有所区别，从而造成同 样的透镜搭配不同规格品牌LED时会有所差异；所以要求有针对性开发（以主流品牌为导 向），才能达成实际需要的效果．
配光曲线:
配光曲线
配光曲线:
配光曲线
LED光學件常用材质介绍：
PMMA 1.光学级PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯，俗称：亚克力）。 2.塑胶类材料，优点：生产效率高（可以通过注塑、挤塑完成）；透光率高（3mm
厚度时穿透率93%左右）；缺点：温度不能超过80度（热变形温度92度）。
PC 1.光学级料Polycarbonate（简称PC）聚碳酸酯。 2.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
LED光学设计分類:
椭圆形反射器
wenku.baidu.com
备注：
1.尺寸以英尺/毫米为单位
F2
2.C=焦点长度（轴向距离）
3.b=反光罩直径
4.F=内部焦距
LED光学设计分類:
抛物线形反射器
备注： 1.尺寸以英尺/毫米为单位 2.c=焦点长度（轴向距离） 3.b=反光罩直径
配光曲线:
配光曲线
二维对称 灯具光分布由两相对独立 垂直平面上光分布决定 典型例子为荧光灯灯具和 路灯灯具的光分布
（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）。
硅胶 1.因为硅胶耐温高（也可以过回流焊），因此常用直接封装在LED芯片上。 2.一般硅胶透镜体积较小，直径3-10mm。
玻璃 光学玻璃材料，优点：具有透光率高（97%）耐温高等特点；缺点：形状单一、易
碎、批量生产不易实现、生产效率低、成本高等。
一次光学设计： 把LED 晶片封装成LED光电零组件時封装部分；以解决LED的出光角度、光强、
光通量大小、光强分佈、色温的范围与分佈。也是二次光学设计的基础．LED芯片按理论发光 是360度，但实际上芯片在放置于LED支架上得以固定及封装，所以芯片最大发光角度是180 度，另外芯片还会有一些杂散光线，这样通过一次透镜就可以有效收集芯片的所有光线并可得 到如160度、140度、120度、90度甚至60度（不同需要）的出光角度；一般用PMMA或硅胶 為材料。
影响的灯具的光效损失和投影清晰程度的另一个原因，就是对光束起限制作用的各个部 件中心孔径、特别设置的带孔屏障和透镜的边缘，即光阑。由于起着对限制光束孔径和视场 的作用，是直接影响到灯具投影光斑中的像差、像的亮暗、景深和分辨率。因此，在设计光 阑孔径的大小和光阑在光学系统中的焦点距离位置时，既要考虑它在进入光学系统中光通量 的多少、像差的大小以及满足像在空间的深度（景深）等作用；也要考虑能对限制成像范围 特别起作用的最佳空间视场角等因素，形成投影光斑的理想效果。在实际的灯具光学系统中 总有一定的光通孔径和一定的视场角或发光点不靠近光轴，另一方面由于光束多是由不同波 长的光组成，系统的折射率不为常数，所以，实际光学系统的成像与近轴光学所得的结果不 同，产生的偏离，即像差。而像差，是由实际光学系统的物理条件造成的，我们在设计过程 中只需重点地将某些像差消除到一定的程度，只要达到减少像差以提高成像的清晰度就行。 要完全消除是不可能，也没有必要。
直接在一次光学透镜上完成二次配光功能設計
LED光学设计分類:
除了采用分立的二次和一次光学透镜，透镜的配光 可以采用模块化的设计，由于透镜采用了模块化的设计， 不同数量的模块可以组成不同规格和不同输出功率的符 合不同等级道路照明设计要求的路灯。另外透镜模块除 了配光的作用之外，还兼顾了防水、防尘，可以直接裸 露在外，从而可以省去了最外面的玻璃灯罩，避免了玻 璃灯罩所附加的菲涅尔损耗。另外模块化设计的一次配 光透镜，由于每个透镜单元的尺寸及透镜单元之间的间 距比较小，每个透镜单元可以使用小功率的LED芯片， 以解决散热所引起的光衰的问题。
设计中应注意----中心光轴、光阑和像差
设计中应注意----中心光轴、光阑和像差 中心光轴、光阑和像差是直接影响到灯具的光效损失和投影清晰程度的主要原因。灯具内
部的光学系统是光束聚焦成像和光源区两大区域组成的，這兩部分能否为同心轴线，形成理 想的同心光束，是直接影响到灯具光效的关键所在。要确保在组合时都能同心轴线，且端面 与轴线垂直，并非容易。虽然在设计过程中从理论讲都能保证，但由于在零部件的制造加工 过程中，出现的加工精度误差和装配基准偏离等现象，会影响到灯具的光效损失和投影清晰 程度。因此，我们在设计灯具的光学系统机构时，事先将各种可能出现的综合性因素要进行 全面地分析和考虑，确保零部件的制造精度和装配基准的设计合理。达到整个光学系统的中 心光轴能同一轴线，使光通孔径和一定的视场角或发光点尽可能地靠近光轴，形成同心光束 的理想效果。