照明系统的光学设计 1 绪论
LED照明光学系统设计
反射器设计
总结词
反射器用于引导光线向特定方向照射，提高LED照明效率。
详细描述
反射器的设计通常采用具有高反射率的材料制成，如金属或 涂层。通过改变反射器的形状和角度，可以引导光线按照所 需路径传播，减少光的浪费和眩光。反射器与透镜的配合使 用，能够进一步优化照明效果。
散射器设计
总结词
散射器用于改善光线分布，提高照明均匀性和舒适度。
害物质，对环境友好。
响应速度快
LED的点亮响应时间短，可实 现快速开关和调光控制。
安全性高
LED不易损坏，对电压和电流 的变化具有较强的耐受能力， 不易引发火灾等安全事故。
LED照明应用领域
01
02
03
室内照明
LED可广泛应用于家庭、 办公室、商场等室内场所 的照明。
室外照明
LED也可用于城市景观照 明、道路照明、体育场馆 照明等领域。
颜色光谱
发光效率
LED的发光效率高，电能转化为光能 的效率可达50%以上，远高于传统光 源。
LED发出的光具有特定的颜色光谱， 取决于使用的半导体材料和制造工艺。
LED照明特点
01
02
03
04
长寿命
LED的使用寿命长，通常可达 5万小时以上，减少了更换和
维护的频率。
节能环保
LED的能耗低，相比传统光源 可节省大量能源，同时不含有
LED照明光学系统设计
• LED照明基础知识 • LED照明光学系统设计原理 • LED照明光学系统设计要素 • LED照明光学系统优化设计 • LED照明光学系统设计案例分析 • LED照明光学系统发展趋势与挑战
01
LED照明基础知识
LED照明原理
LED照明系统的光学设计与照明控制
LED照明系统的光学设计与照明控制随着科技的不断发展，LED（Light Emitting Diode）照明系统越来越被广泛应用于室内和室外照明领域，具有低能耗、长寿命、环保等优势。
然而，要充分发挥LED照明系统的优势，光学设计和照明控制是至关重要的。
本文将重点介绍LED照明系统的光学设计和照明控制原理，并探讨其在实际应用中的重要性和挑战。
一、LED照明系统的光学设计LED照明系统的光学设计是指对光源的控制和引导，以实现预期的照明效果。
在LED照明系统中，光源是LED芯片，其发光特性和光线分布决定了照明效果的质量和可靠性。
1. 发光特性LED芯片的发光特性包括色温、发光效率、发光角度等。
色温是指光源经过加热后的颜色特性，常用的单位是开尔文（K）。
选择合适的色温可以调整照明系统的色彩和氛围，满足不同场景的需求。
发光效率是指LED芯片将电能转化为光能的效率，高效率的LED芯片可降低能耗和热量产生，延长照明系统的使用寿命。
发光角度是指LED光线的发射方向范围，不同角度的发光角度可以实现不同的照明效果，如聚光、泛光等。
2. 光线分布LED芯片发出的光线需要经过透镜和反射器等光学器件的控制和引导，才能达到预期的照明效果。
透镜是一种能够将光线聚焦或分散的光学器件，通过改变透镜的曲率和形状，可以实现光线的控制和调整。
反射器则是一种能够将光线反射或折射的光学器件，通过反射器的设计和安装，可以改变光线的方向和强度，实现特定的照明要求。
二、LED照明系统的照明控制LED照明系统的照明控制是指通过智能设备和系统，对照明效果进行调节和管理。
照明控制技术可以实现灯光亮度、色温、颜色等参数的调整，满足不同使用场景的需求，并提供舒适的照明环境。
1. 灯光亮度调节灯光亮度调节是照明控制中最基本的功能之一。
通过调整LED芯片的驱动电流或使用调光器等装置，可以实现灯光的亮度调节。
对于不同的使用场景，如办公室、餐厅、剧院等，可以根据需求调节灯光的亮度，提供舒适的视觉体验。
工程光学基础绪论
❖光学部分：由各类透镜、棱镜、平面镜、 光栅等光学元件组合而成
Chapter1 2011.3
设计一个光电仪器的步骤
❖1. 初步设计 ❖ 原理方案拟定，外形尺寸计算，各分
系统确定
❖2 . 光学设计（像差设计） ❖ 确定具体的结构参数，校正像差，达
到要求的成像质量
Chapter1 2011.3
光学的另一个重要的分支是由成像光学、全息术和光 学信息处理组成的。这一分支最早可追溯到1873年阿贝提 出的显微镜成像理论，和1906年波特为之完成的实验验证； 1935年泽尔尼克提出位相反衬观察法，并依此由蔡司工厂 制成相衬显微镜，为此他获得了1953年诺贝尔物理学奖； 1948年伽柏提出的现代全息照相术的前身——波阵面再现 原理，为此，伽柏获得了1971年诺贝尔物理学奖。
不考虑光的本性 研究光的传播规律和传播现象
特点： 不考虑光的本性，把光认为是光线
光线的概念：能够传输能量的几何线，具有方向
光线概念的缺陷
Chapter1 2011.3
采用光线概念的意义： 1.用光线的概念可以解释绝大多数光学现象
影子、日食、月食
Chapter1 2011.3
2.绝大多数光学仪器都是采用光线的概 念设计的
Chapter1 2011.3
A
AO: 入射光线 OB: 反射光线 OC: 折射光线 NN: 过投射点所做的分界面法线 I1: 入射光线和分界面法线的夹 角，入射角 R1: 反射光线和分界面法线的夹 角， 反射角 I2: 折射光线和分界面法线的夹 角，折射角
Chapter1 2011.3
N B
I1
1
中红外线 10
远红外线 102
照明系统的光学设计与研发
照明系统的光学设计与研发下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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1绪论
量 大容 超
信息高速公路 光纤传输 相干光传输 量子光传输 光交换
新 功 能
多媒体 传真、电话、可视电话 广播、有线电势 光盘、CD 激光打印机
超高速
光传感 激光测量 电场、磁场测量 激光雷达 激光陀螺仪
SR应用测量 光谱测量 物理性质测量 表面、界面测量
性 干 相
度 亮 高
高能量密度 激光切割 激光核技术和电子技术相结合而形成的 一门新兴的技术。 在整个信息技术的发展史上，光电子技术 算是后起之秀。 光波段的电子技术 光波段的器件及应用设计： 电光器件、光电器件等，特殊检测方法
功能器件 激光、发光器件 光接收器件 太阳能电池 光开关 光调制器 液晶器件 集成光路 量子效应器件
1
2
3.光信息 光信息
以光辐射作为传输载体，随时间或空间 变化的信息。 光辐射本身的信息 与其他物质相互作用时的信息变化 特点： 信息量大 并行、多参量、高速 显示直观 传播介质？
光信息传播的载体
1.真空：无衰减，光发散问题 2.大气：吸收、散射 三个波长段——大气光学窗口 可见光及近红外 中波红外：3um—5um 长波红外：8um—14um 3.水：海洋 532nm 4.光纤：850nm 1310nm 1550nm
目的：
1.理解典型光电器件的原理，掌握其性能特 点及选用方法 2.掌握典型光电器件的应用电路设计方法 3.了解常用光电变换技巧，能设计简单光电 探测系统。
教材与参考书
教材：
叶嘉雄 常大定 陈汝钧 光电系统与信号处理 （华中科技大学） 科学出版社
主要参考书：
江月松 光电技术与实验 北京理工大学出版社 王庆有 图像传感器应用技术 电子工业出版社（天津大学） 孙培懋 光电技术 机械工业出版社（清华大学）
照明系统设计(讲稿)
照明系统设计
Lighting system Design
■ 有人说眼睛就象是照相机，它能控制光， 能将光聚焦，
能成像，事实上， 眼睛只是高度精细的视觉系统处理过程的一 个开始。眼睛是视觉系统的第一部分，它能将光反射或折射到焦
点上，并将图象转换成电信号输入大脑，基本的功能性工作不在
眼睛里完成， 但是它能处理信息，并将其传入大脑的后部，事 实上这是大脑向外的延伸，我们已经发现，眼睛所作的工作远不
石油禁运，永远地改变了照明，也永远改变照明设计。现在我们开始 考虑我们要在哪儿安上一个灯，在哪儿我们要放多少光，这让我们以
完全不同的方式来考虑照明设计问题。
照明系统设计
Lighting system Design
更 有效率，这让设计师要同时考虑到舒适度、 统计数据，减少对能源的掘取对于环境是何 等的重要。
在光线特强烈刺眼的环境中工作， 人总是躁动不安，
抱怨强壁的颜色、抱怨太热等，有很多因素，但实际 上，真正的原因是因为光线太强，那才是袭挠我们的
元凶。把灯去掉，就解决问题了。
照明系统设计
Lighting system Designng system Design
一、 直接照明：光源的全部或90%以上直接投射到被照物体上。特点是亮 度大，给人以明亮、紧凑的感觉。 二、 半直接照明：光源的60%—90%直接投射到被照物体上，其中10%—40% 经反射后再投射到被物体上。它的亮度仍然较大，但比直接照明柔和。 三、 间接照明：光源到被照物体上。光量弱，光线柔和，无眩光和明显阴 影，具有安祥、平和的气氛。 四、 半间接照明：光源60%以上的光经过反射后照到被照物体上，只有少 量光直接射向被照物体。
外部素就是照明设计师在设计是必须要考虑控制的因 素。那就是，大小，对比度，时间和亮度。
照明光学系统设计
一．方案要求：下图为某主干路尺寸示意图，请根据所学知识，选择合适的灯具及布灯方式，根据设计标准给出道路照明的计算结果。
二．设计名称：城市道路照明设计三．设计依据的标准：中华人民共和国行业标准CJJ45-2006道路类型路面亮度路面照度眩光限制阈值增量环境比SR平均亮度总均匀度纵向均匀度平均照度均匀度主干路、快速路1.5/2.00.40.720/300.4100.5夜间行人流量区域路面平均照度路面最小照度最小垂直照度流量大的道路居住区/商业10/203/7.52/4依据题目要求可以判断此路段为主要供应行人和机动车混合使用的流量较大的居民区道路照明环境。
四．方案设计理念与要点景观是随时间而变化的。
随一天内时间的变化、季节的变化而变幻的景观，作为与地域相匹配的情景，从过去到现在都给人们留下了深刻的烙印。
随着生活在城市中人们生活方式的改变，夜晚的活动时间延长，在考虑城市景观的基础上，还要探求白天所看不到的高质量的城市夜景观的形成。
在城市景观照明规划时，首先要注意如下3点。
(1)确保市民生活的安全(2)考虑环境、能源问题(3)与城市个性的协调此外还需要进行详细的现场调查，充分把握观看位置、方向、距离、背景亮度等设计条件的基础上再进行设计。
要考虑如下几项要求。
(1)光污染对策的实施(选择合适的照度、手法、照明灯具)(2)无反射眩光(选择合适的照明手法)(3)不能感到色彩不协调(选择合适的光源)(4)探讨合适的开灯时间(5)易维护五．设计选择的灯具类型nvc NRS006/400W NAV-T 单光源路灯 / 灯具资料表。
其功率为396W 光通量为48000LM。
六．设计结果分析：两个自行车道实际平均照度为12LX，满足所参照标准要求。
两个草皮的实际照度和道路实际照度亦符合参考标准。
街道3D效果图街道伪色表现图自行车道照明情况道路1照明情况（等照度图）道路1等灰度情况草皮2如上草皮1。
七．设计总结：本设计采用的是双排相对的排列方法，不仅使得各个方面都满足了光学的要求，能够在保证道路照明的基础上，又不会有太大的能源消耗和对环境的光污染，还使得城市的夜景更加柔和与迷人。
照明光学设计原理及技巧
照明光学设计原理及技巧
照明光学设计是指基于光学原理和技巧来设计照明系统，以实现高效、均匀、舒适的照明效果。
在进行照明光学设计时，以下是一些重要的原则和技巧：
1. 光的投射与散射：光源发出的光线需要经过适当的反射、折射和散射，以实现所需的光照效果。
通过使用不同材料的反射镜、透镜和衍射元件，可以控制光的方向、强度和分布。
2. 光束的控制：通过使用凸透镜、聚光灯和反射器等光学元件，可以控制光束的聚焦或扩散，以实现需要的照明形式。
例如，聚光灯可以将光束集中到一个特定区域，而反射器则可以将光束扩散到更大的区域。
3. 颜色温度和色彩还原性：照明系统的颜色温度和色彩还原性对于创造舒适的照明体验至关重要。
颜色温度通常通过选择合适的光源来实现，而色彩还原性可以通过光源的CRI（Color Rendering Index）来评估和优化。
4. 照明平衡与均匀性：在设计照明系统时，需要确保光线在被照明区域内的分布均匀且平衡。
通过合理布置灯具、采用适当的光线控制装置和良好的灯具排布，可以实现更均匀的光照效果。
5. 照度和照射度：照度是指单位面积上接收到的光照量，而照射度是指光源发出的光线通过单位面积的强度。
在照明光学设计中，需要根据照明需求和使用环境，合理地选择照度和照射
度的数值。
6. 舒适和节能：照明系统既要满足人眼的舒适感受，又要考虑节能和环保。
通过合理控制照明亮度、色温和照明效果，可以达到提供舒适照明的同时最大限度地减少能源消耗。
照明光学设计是一个综合性的工程领域，需要考虑多个因素并进行合理权衡。
通过掌握照明光学的基本原理和技巧，设计出高效、均匀、舒适的照明系统将变得更加容易。
灯具光学设计
ρ
ρ ρ τ
透射 比
α
吸收
2.等亮度原理 光源的亮度L在反射面的反射比ρ=1和透射面的 透射比τ=1的过程中亮度不变. 若不等于1的话,光源亮度减低ρ或τ,即不会增加, 只会减少.不能用什么光学系统来增加亮度。 L’= ρL或L’= τL
L L’ L’
L’
L
3.微元立体角内光通量的传递(光强计算) 1)光学设计的基本目的是计算出射光线的光强 分布; 2)出射光线的光自 dΦ’ 来自反射面上某一 dωc,γ 面元ds上反射的光 通量dΦ’的贡献; 3)而ds上的光线来 自光源射向该面元 dωθ,φ 的光通量dΦ.
渐开线的反射光路 从圆的切线反射器内侧射向反射面的光线都 被反射到另一个侧面而射出反射器,并没有反射光 回到光源被自身被挡. 图中的红线都是圆 的切线,就是曲线的 法线. 反射光线用颜色示 之,如蓝色的光线都能 射出去.
圆渐开线的计算
2.扩散材料 光线被该材料扩散,原光束角度增大.采 用两面之间光通量互换的方法进行.目前 在漫反射材料之间的光通量互换有现成 的公式可查到. 漫反射材料的反射 比ρ,出光度M,亮度L和 照度E有下面的关系: L=M/π=E· ρ/ π
曲线.
圆滑曲线
折线段
用反射材料制成的反射器不一定是圆滑曲线,特别在 当前,为了减少被照面上的光斑和使产品更有冲动的感 觉(更有冲击力),已向折线反射器的方向在变化.
(1)圆
圆是一种收集光线和扩散光线的反射器,单个使用的 不多见.下面比较光源置于不同位置上后的结果. 圆心和反射面之间 圆心 圆心以外 光源位 置
高压钠灯的寿命与管压有关,因此,增加管 压也就降低了寿命,有下图:
(6)此点对T5荧光灯的密闭形灯具也有类似 结果 T5荧光灯的最大光通量输出发生在350C的 环境温度下,在密闭形灯具内,灯管周围的温 度高,灯管的光输出高;在裸灯管测量时周围 温度只有250C,光输出低,因此灯具效率也会 变得很高. 例如形式相同的灯具,点T8的效率为66%, 点T5的为89%.
灯具光学讲义讲义1
IESNA眩光控制分类
最大光强的垂直角度以上的光分布控制
完全截光型 离开灯下点90°（r=90°）以上的所有角度的光强值为0，而且
半截光型 离开灯下点90°（r=90°，水平）的位置的每1000流明的光强值不
超过50cd（5%），而且在离灯下点80°（r=80°）的位置不超过200cd（20%）的 灯具是达到截光水平的。同样应用到围绕灯具的所有横向角度。
完全截光型灯具
等照度曲线
安装 修正系 高度 数 k
5 4.00 6 2.78 7 2.04 8 1.56 9 1.23 10 1.00 11 0.83 12 0.69 13 0.59 14 0.51 15 0.44 16 0.39
S1面：E1=
S1
=S 2 cos
；
S2面：E2=
S2
；
∵ S1=S2 cosθ ∴ 显而易见：E2= E1cosθ
将它与照度的平方反比定律结合起来就有 ：
E= I ·cosθ d2
c)余弦立方定律
光源
O
h
D
式中：I—点光源射向该点的光强；
h—光源离该平面的高度；
θ—平面法线与入射光线的夹角；
光源：400WHPS 子午面配光曲线
圆锥面配光曲线
等光强曲线
IESNA路灯分类图
用圆形网图表示IESNA路灯分类
马路横跨线
6.0MH 3.75MH 2.25MH
1.0MH
2.75MH 1.75MH 1.0MH
LED照明光学系统设计
LED照明光学系统设计引言：由于其高效能、长寿命、低能耗和环保等特点，LED（LightEmitting Diode）照明系统被广泛应用于室内和室外照明领域。
而LED照明光学系统设计对于提高照明质量和效果至关重要。
本文将对LED照明光学系统设计进行详细介绍。
一、照明光学系统的组成照明光学系统主要由三个组成部分构成：发光源、光学透镜和反射材料。
1.发光源：LED作为发光源，其发光强度、发光角度、发光方向和发光颜色等特性决定了照明效果。
根据实际需求，可选择不同类型的LED，如高亮度、超高亮度和SMD等。
2.光学透镜：光学透镜对于光线的聚焦、分散和控制起到重要作用。
根据照明需求，设计适合的光学透镜，可以将光线聚焦到照明区域，提高照明效果和均匀性。
3.反射材料：反射材料用于控制和增强光线的反射效果，提高照明亮度和均匀性。
合理选用反射材料，可以有效减少光线损耗，提高发光效率。
二、光学系统设计原则1.照度和照明均匀性：根据不同照明场合的要求，设计适当的照度和照明均匀性是照明系统设计的基本原则之一、合理选择发光源和光学透镜，使得照明区域的照度达到要求，并保证照明均匀性。
2.光束角度的选择：根据照明区域的大小和形状，选择合适的光束角度是照明系统设计的关键之一、光束角度越大，照明范围越广；光束角度越小，照明范围越窄。
根据实际需求，设计合适的光束角度，可以满足不同场合的照明需求。
3.反射率和反射率分布：反射材料的选择和反射率分布的设计直接影响照明亮度和均匀性。
高反射率的材料可以提高照明亮度，而不同区域的不同反射率分布可以提高照明均匀性。
因此，在设计光学系统时需要合理选择反射材料，并设计合适的反射率分布。
4.热问题的考虑：LED作为光源，具有较高的发热量。
在光学系统设计过程中，需要考虑热问题，确保发光源和光学透镜的正常工作温度，并采取适当的散热措施，以延长LED的寿命。
三、光学系统设计流程1.需求分析：确定照明场所的类型和要求，包括照度要求、照明均匀性要求、照明区域的大小和形状等。
光学系统设计解析PPT教学课件
体角内的辐射通量。单位：［W/Sr］（Sr=ds/r2： 球面度）
2020/10/16
5
6.2 光辐射源及特征 ——辐射度的基本物理量
辐射照度Ee：投射在单位面积上的辐射通量。单位： ［W/m2］
辐射出射度Ｍe ：辐射源单位面积所辐射的通量
（也称辐射本领）。单位：［W/m2］
瓦特
W
P
dQ /dt
Ｉ
瓦特／球面度 Wsr-1
Id /d
Ｌ L d2 /d dc A o瓦s特／球面度/ Wm-2
＝ d/Idc Ao s 平方米
sr-1
Ｍ
瓦特／平方米 Wm-2
Md /dA
Ｅ
Ed/dA瓦特／平方米 Wm-2
7
6.2 光辐射源及特征 ——辐射度的基本物理量
2020/10/16
2020/10/16
12
6.2 光辐射源及特征 ——普朗克黑体辐射定律
热辐射能量取决于物体的温度，绝对黑体的单
色辐射出射度Mλ(T)与热力学温度T的关系遵循普朗 克黑体辐射定律：
式中：
M(T)C15
1
C2
eT 1
C1=2πc2h C2=hc/k h——普朗克常数 k——波尔兹曼常数
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6.2 光辐射源及特征 ——色温
实际的发光体不是黑体，如果光源辐射在可见 区和Tc温度时的绝对黑体的辐射完全相同时，此时 黑体的温度Tc就称此光源的色温。
通常人眼所见到的光线，是由7种色光的光谱叠加所组成。 但其中有些光线偏蓝，有些则偏红，色温就是专门用来量度 和计算光线的颜色成分的方法。
例如：标准烛光为1930K（开尔文温度单位）；钨丝灯为 2760-2900K；荧光灯为3000K；闪光灯为3800K；中午阳光为 5600K；电子闪光灯为6000K；蓝天为12000-18000K。
LED照明灯具与光学系统设计
光线追迹
通过计算光线在光学系统 中的传播路径，确定光束 的形状和光强分布。
光学系统的设计流程
需求分析
光学元件选择
明确光学系统的设计要求，包括光束形状 、光强分布、光线追迹等。
根据需求选择适当的光学元件，如透镜、 反射镜等。
初始结构确定
优化设计
根据需求和光学元件选择，初步确定光学 系统的结构。
通过调整光学元件的参数和位置，优化光 学系统的性能，满足设计要求。
环境影响
评估LED照明灯具和光学系统对环境的影响，如碳排放和资源消耗。
THANKS
感谢观看
05
LED照明灯具与光学系统的制造工艺
LED芯片的制造工艺
芯片外延生长
在单晶衬底上生长出LED芯片的基础结构。
刻蚀与切割
将外延片加工成独立的LED芯片。
表面处理
清洗、镀膜等，以提高芯片的光电性能。
质量检测
对芯片进行电学、光学性能检测，确保质量 合格。
LED封装工艺
固晶
将LED芯片固定在支架上。
06
LED照明灯具与光学系统的性能测试
与评价
LED照明灯具的性能测试与评价
发光效率
测量LED照明灯具发出的光通量 与输入功率之比，以评估其发光
效率。
色温与显色指数
评估LED照明灯具发出的光的颜 色和真实度，以及在不同色温下
的表现。
寿命与可靠性
通过加速老化测试，评估LED照 明灯具的寿命和可靠性。
透镜
用于控制光线的方向和形状，实现 所需的照明效果。
03
02
反光碗
用于反射和扩散光线，提高照明效 果。
灯罩
保护灯具免受外界损害，同时起到 装饰作用。
照明系统的光学设计 1 绪论
J P2012年9月J PJ PJ P6.仿真结果分析（上机）J PJ PJ PJ P统J P统J P统J P非成像光学：不追求获得理想的成像，而是要求光源的光通过光学系统后得到重新分布。
以有效传递能量为目的。
J PØ非成像光学最早源于高能物理领域。
1965年，美国芝加哥大学的Roland Winston教授为一项高能粒子实验设计电子探测器，用来收集试验中的微弱光信号，从而记录高能粒子在衰变的过程J P U 中产生的电子数目。
由于出射光信号很弱，并且在各个角度各个位置随机分布，如果采用传统的成像透镜来收集，需要100个直径为5英寸的大型光电管，增加了实验的成本与复杂性。
Winston考虑到光电管只需接收到光信号，成像不是必须的，和数学工程师Hinterberger合作，设计出了当时首个非成像聚光器：一个漏斗形的反射镜，即CPC(compound parabolicconcentrator)。
J PJ PJ PJ Pη=ΦΦout inJ P 到目标平面。
J PJ PJ PJ PJ PJ PJ PJ P •多数薄而平整，有韧性，大约3-5mm厚。
J P •纯折射元件。
•对于大角度离轴光线不太有效。
J P3，反光点位置偏差。
化、划痕。
J PJ PJ P U •广泛用于现代汽车前照大灯；•完成全部聚光和配光功能；•使用自由曲面反射镜省去了折光镜；•使得灯具更加简洁；自由曲面反射镜(Freeform reflector)同时多表面法元件Simultaneous Multiple Surface (SMS)1.SMS方法是非成像光学中最新和最先进的设计工具；2.SMS性能能够接近理论极限：实现最大光效的给定光分布；3.SMS同时使用折射、反射、内部全反射；4.同时有至少两个表面参与。
J P UJ P布以及光学性能指标有着不同的要求。
J PJ PJ P的增大而迅速衰减。
这样的光源很难满足各种照明用途的需求。
LED照明光学系统设计解读
LED照明光学系统设计解读LED照明光学系统设计是指通过优化LED光源的光学器件和光学结构，实现高效、均匀的光照分布和良好的照明效果的过程。
LED照明光学系统设计对于提高LED照明的亮度、能效、色温的一致性以及可靠性等方面具有重要的意义。
下面将从光源封装、光学透镜和反射杯、光学设计及照明效果等方面详细解读。
首先，光源封装是LED照明光学系统设计的基础。
光源的封装设计直接影响LED照明的亮度和能效。
高质量的封装材料和良好的封装工艺可以提高光源的光输出效率，并增加热散发。
同时，合理的封装设计可以有效控制光源的辐射角度和光照分布，实现良好的光照均匀性。
其次，光学透镜和反射杯是LED照明光学系统设计中常用的光学器件。
光学透镜的设计可以实现光束的聚光、散射和光线的整形等功能，从而控制光照的角度、亮度和分布。
反射杯主要通过反射作用，将光束从LED光源中折射出来，实现光的集中和扩散。
优化透镜和反射杯的结构和材料选择，可以减小光损耗、提高光透过率和控制光照角度，从而达到更高的照明效果和节能目标。
光学设计是LED照明光学系统设计的核心内容之一、光学设计通过光学模拟软件和实验测试手段，对照明光源、光学器件和光学结构进行合理的布置和调整，以实现最佳的光学效果。
光学设计的参数包括光源的位置、光束的角度、透镜的形状和材料等。
通过合理调整这些参数，可以实现均匀的光照分布和较高的亮度，并避免光照的盲点和温差。
最后，照明效果是衡量LED照明光学系统设计优劣的重要指标。
优秀的LED照明光学系统设计应该能够实现不同场景下的光照需求，包括光照的均匀性、亮度、色温和色彩还原指数等。
高质量的照明效果可以提高用户的舒适感和工作效率，同时也可以减少眩光、防止光污染、降低能耗和延长LED照明产品的使用寿命。
综上所述，LED照明光学系统设计是一项复杂而重要的工作。
光源封装、光学器件的优化、光学设计的合理布置以及良好的照明效果等都是实现高效、均匀照明的关键要素。
第9章-照明系统设计
8 开关和控制方式的设计: 应满足节能要求，一般工作房间 按要求设置集中的或分散的手动开关（只设一支光源的除 外，每个房间的开关数不宜少于2个），对于大面积场所 、公共场所以及火灾应急照明，要考虑集中的或自动控制 方式，包括各种节能的、利用天然光或无人时自动关灯等 控制方式
3 混合照明——由一般照明与局部照明组成的照明。 对于部分作业面照度要求较高 只采用一般照明不 合理的场所 宜采用混合照明
4 局部照明——特定视觉工作用的、为照亮某个局 部而设置的照明。在一个工作场所内不应只采用 局部照明。
• 三 照明种类及设置要求 • 1 正常照明——在正常情况下使用的
室内外照明。工作场所均应设置正常照 明 • 2 应急照明（事故照明）——因正常 照明的电源失效而启用的照明, 包括疏 散照明、安全照明、备用照明 • 1）疏散照明——作为应急照明的一部 分用于确保疏散通道被有效地辨认和使 用的照明, 含疏散指示灯。正常照明因 故障熄灭后, 须确保人员安全疏散的出 口和通道, 应设置疏散照明
电缆
的类型、敷设方式, 并按照允许载流量和机械
强度要求初步选择导体截面积
6 电压损失计算, 按初选的导线和截面计算各段线路的电压 损失, 求出末端灯的电压损失值要求不超过标准规定, 如 超过 应加大截面, 再进行计算。照明灯具的端电压要 求, 一般工作场所95~105%Ue；远离变电所的小面积一 般 场所难于满足上述要求时可为90~105%Ue, 应急照明 和安 全特低供电的照明可为90~105%Ue
6 每个单相分支回路电流不宜超过16A, 所接光源数不宜超 过25个, 组合灯具时电流不宜超过25A, 所接光源数不宜 超过60个, 高强度气体放电灯时电流不宜超过30A
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J P2012年9月
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6.仿真结果分析（上机）
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非成像光学：不追求获得理想的成像，而是要求光源的光通过光学系统后得到重新分布。
以有效传递
能量为目的。
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Ø非成像光学最早源于高能物理领域。
1965年，美国芝加哥大学的Roland Winston教授为一项高能粒子实验设计电
子探测器，用来收集试验中的微弱光信号，从而记录高能粒子在衰变的过程J P U 中产生的电子数目。
由于出射光信号很弱，并且在各个角度各个位置随机分
布，如果采用传统的成像透镜来收集，需要100个直径为5英寸的大型光电
管，增加了实验的成本与复杂性。
Winston考虑到光电管只需接收到光信
号，成像不是必须的，和数学工程师Hinterberger合作，设计出了当时首个
非成像聚光器：一个漏斗形的反射镜，即CPC(compound parabolic
concentrator)。
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J Pη=ΦΦout in
J P 到目标平面。
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J P •多数薄而平整，有韧性，大约3-5mm
厚。
J P •纯折射元件。
•对于大角度离轴光线不太有效。
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3，反光点位置偏差。
化、划痕。
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J P U •广泛用于现代汽车前照大灯；
•完成全部聚光和配光功能；
•使用自由曲面反射镜省去了折光镜；
•使得灯具更加简洁；自由曲面反射镜
(Freeform reflector)
同时多表面法元件
Simultaneous Multiple Surface (SMS)
1.SMS方法是非成像光学中最新和最先进的设计工具；
2.SMS性能能够接近理论极限：实现最大光效的给定光分
布；
3.SMS同时使用折射、反射、内部全反射；
4.同时有至少两个表面参
与。
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布以及光学性能指标有着不同的要求。
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的增大而迅速衰减。
这样的光源很难满足各种照明用途的需求。
因此，必须根据不同的应用场合和需求，针对LED光源设计不同
的光学系统，改变其光强分布情况。
以阅读灯为例，通常出于对人眼健康的考
虑，要求阅读灯在一个给定距离的平面上、
一个给定的范围内，其照度不低于某一个特J P U 定值，一般为300 lx。
未经过设计的照明系统在屏幕上形成一个沿
径向迅速衰减的圆形光斑：中心亮度最大而
边沿最暗。
这不仅增加了灯的能耗，而且由
于中心处过于耀眼而容易造成使用者的不
适；
通过非成像光学系统对LED光场的整形和控
制，在给定照明区域内形成均匀照度，并且
区域外没有或很少有光，既保护了人眼，又
节约了能源。
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