LED照明的光学设计

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LED照明的光学设计基本知识
主要分析的光学部分：LED光源、反射杯、透镜等等。
所需参数：
LED光源：光通量、光强分布、外形尺寸。
反射杯：材料表面特性（如反射率、吸收率、是镜面反射还是漫反射）、外形尺寸。
透镜：折射率、透光率、表面特性、外形尺寸。

LED照明光学系统具体分析
LED光源：主要的光强分布形式

（1）一般用在角度要求较大（>120度），光线分布要均匀的照明系统中，例如台灯、路灯或者一些夜景工程上面。
（2）一般用在有反射杯或者二次透镜的系统中，角度要求都很小（
（3）一般用在有反射杯或者二次透镜的系统中，角度要求都较小（30-60度），例如投光灯。
（4）一般用在系统角度要求在60-100度,不用加二次透镜，例如庭院灯。
反射杯的光学分析：
我们常见的反射杯有两种，如下图所示：

反射杯的形状和开口大小直接影响到整个系统的出光角度即光强分布曲线。我们通过光线的反射定律很容易就能判断出一个光源经过反射杯后大概的出光情况。我们举几个例子看一下，下面几个图是同一光源的相同的三条光线经过不同反射杯后的出光情况。

根据上面的图，我们可以看到反射杯形状不一样，开口不一样最后的出光也相差很多。同样的道理如果换成不同的光源，最后的出光也会相差很多，所以在做LED照明系统时，要特别注意反射杯的选取以及光源和反射杯的搭配。
透镜光学分析：
正透镜（凸透镜）――对光有会聚作用，其特征：中央厚，边缘薄，常见的有：双凸透镜，平凸，正弯月型等。
负透镜（凹透镜）――对光有发散作用，其特征：中央薄，边缘厚，常见的有：双凹透镜，平凹，负弯月型等。

透镜的焦距公式：

被覆盖是[n（r2-r1）+（n-1）d]
（设透镜二个曲率半径分别为r1、r2，折射率为n，中心厚度为d）
在得到透镜的焦距之后，就可以调整光源和透镜的位置以达到我们的设计要求；如果是光源和透镜的位置已经固定，那就必须选择合适的光源和透镜以达到设计要求。
LED照明光学设计案例
用我们前面模拟的光源，再加一个反射杯做一个实际应用的模拟。我们的要求是LED光源在加上反射杯后能在一米远处呈现一个比较均匀的光斑，光斑的直径在150mm左右。
我们先看一下模拟结果

从上面模拟出的数据可以看出，最后的结果基本符合要求，但还存在问题：
（1）光源发出30000条光线，但在接受屏上只有11799条光线，这说明还有很多光线并没有到接受屏上；
解决方法：我们希望尽可能多的把光线集中到接受屏上，那就要使整个系统的发光角度变小。右下角是光强分布图，我们要做的就是把半值角再减小，光线更集中。
具体方法：（1）改变光源的位置（2）更换光源（3）更换反射杯（4）增加透镜

要注意的问题
1、反射杯的选取。
2、材料特性：反射杯的反射层材料特性。
3、光源部分的建立。
4、设计要求和目标要明确。