非成像光学应用于LED照明技术特点及相关设计

2014-09-15 11:26

　　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。

　　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。

　　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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