非成像光学应用于LED照明的研究

摘 要：本文主要研究和讨论了采用 LED 作为光源的照明系统的二次配光器件设计方法以及经过配光后的照度分布。在过去的五十年中，照明光学技术取得了重大的发展和进步，一些新的技术和应用逐渐出现并被应用到照明行业的各个领域，如背光照明领域 户外照明领域，室内照明领域以及投影显示领域等等，而这些技术的核心问题就是如何获得预先设定形状的照度分布。与成像光学不同，照明光学系统属于非成像光学的范畴 因此，在本文中，对照明领域中基本问题的回答将从非成像光学的角度论述，这些观点包括了一些新的设计思想和设计理念，例如“边缘光线理论”“光学扩展量守恒”“最大收集率”等等，试图建立一个完整的应用于 LED 照明二次光学设计的框架。

关键词：均匀照明；矩形光斑；LED二次光学设计；灯具设计；非成像光学

1.引言

自从 1879 年，托马斯 . A. 爱迪生发明了世界上第一盏白炽灯，人类就进入了照明的另一个新时代 电气照明时代 从 1962 年至今，发光二极管( LED) 技术历经了 40 多年的飞速发展，半导体光源应用于照明领域的两大瓶颈: 光效与成本问题也在迅速得到改善，目前大功率 LED 的光效已超过传统的室内照明光源 ( 白炽灯 荧光灯) ，因此照明领域已普遍认为 LED 照明光源是继火光照明 白炽灯 荧光灯 气体灯之后出现的第四代新型绿色固态冷光源，由于 LED 具有安全节能 长寿命 绿色环保 色彩丰富 抗震抗冲击 微型化 响应速度快等显著优点，如能完全替代传统光源进行照明，它将成为人类照明史上继白炽灯 荧光灯之后的又一飞跃，其经济和社会意义巨大最早的照明设计中，人们一般是采用根据经验的实测方法进行的，即首先凭借经验做一个实际的模型，之后看看这个模型是否符合设计要求，实测法虽然比较准确，但只有在照明系统制造出来以后才能进行，一旦发现其光学特性不能满足要求，只能重新设计和制造灯具，这不但增加了人力和物力的消耗，而且延长了灯具的设计和制造周期。

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