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非成像光学应用于LED照明技术浅析

2013-11-27 15:00
络遇
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  (2)发光颜色及波长。不同的波长决定了光的不同颜色。按照LED的光波波长可分为红外接收管和反射管以及波长短于390nm的紫外光LED等。

  3 非成像光学在LED照明系统设计中的具体应用

  LED照明系统在进行设计时,应首先确定设计要求及条件,如材料、照明系统结构、光源分布情况等,按照这些相关的要求来确定其属于何种光学设计,即2D系统、旋转对称系统或是3D系统,然后按照具体的光学设计选择不同的设计方法。而LED芯片尺寸的大小一般可忽略不计,同时为进一步简化设计步骤可采用点光源的方案进行设计。

  3.1 光耦合系统设计

  通常情况下,在投射灯、投影仪光源以及夜景照明系统等实际应用过程中,常常会需要一个准直投射的面光源。具体一点讲就是需要获得一个具有相对较小投射角的面光源,当光线投射到被照物上时,经过漫反射便会被人眼捕捉到。我么可以将LED芯片看作是一个近似的朗伯光源,它的发散角度相对较大,并且远场分布情况也无法满足要求。同时由单颗功率型的LED芯片所输出的光能也达不到实际要求的光亮度。为此,准直LED光学系统不但要实现LED芯片发出的光在较大面积上的准直输出,而且还必须便于扩展。有些设计为了实现准直光源通常会利用二次光学元件,所谓的二次光学元件具体是指准直透镜与封装后的LED配合使用,并以此来实现准直。但是采用这种方法设计出来的LED照明系统会存在一定的缺陷,即透镜与LED之间的空气隙造成的额外损耗。下面假设一下直接用_个准直透镜对芯片进行封装,来

  防止空气隙的产生。由于需要旋转对称性所以将封装透镜设计成为帽型。此时LED芯片作为照明系统中的光源,其会浸没在透镜当中,由LED所发出的光源通过三种不同方式进行准直。为了进一步实现较大面积的准直光源,在设计时要求透镜必须具有一定的可扩展性。故此可将透镜上表面设计成正六边形,这样便能够使封装之后的LED光场全部集中于较小的发射角内,从而实现准直光源的要求。

  3.2 室内照明光源设计

  由于室内的照明光源很容易被人眼所直视,所以它的发光面应尽可能均匀、柔和。同时因室内照明必须具有较大的范围,这就要求发散角应至少大于120°。为尽可能满足这些要求,并确保光源能够得到最好地利用,就必须使LED照明所发出的光源能够均匀且发散地照射到发光面上。因为室内的主光源一般都会设置在房间的中心位置处,从而使得其光场形状具有旋转对称性。因此,在给定分布的设计过程中,不但要控制好光线的出射角,而且还应控制好光源的能量传输。这样设计能够使光源的出光角度被控制在±60°以内,也进一步实现了远场光强的均匀分布,与室内照明对光源的要求完全相符。

  3.3 三维给定光分布设计

  在室内照明中我们主要研究的是二维的给定光分布设计,而为了实现一些较为复杂且实用的给定光分布,就必须了解其在三维中的设计方法。在进行三维给定光设计时,可按照具体要求来确定设计思路,通常可采取分离变量的三维自由表面进行设计,这样能够很容易获得矩形照度分布,该设计思路在LED路灯的设计上应用前景较为广阔。
 

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