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照明用LED光学系统的计算机辅助设计

收稿日期:2004-02-26.

光电器件

照明用L ED 光学系统的计算机辅助设计

严　萍,李剑清

(浙江工业大学信息工程学院,浙江杭州310032)

摘　要:　介绍了L ED 在照明领域的应用前景,提出了利用计算机辅助非序列光线追迹设计照明用L ED 的光学系统的分析方法,以达到计算机虚拟试制L ED 的目的。

关键词:　L ED ;色还原性;非序列光线追迹;虚拟试制中图分类号:TN312.8　文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2004)03-0181-02

Computer Aid Design of System of L ED for Illumination

YAN Ping ,L I Jian 2qing

(College of I nform ation E ngineering ,Zhejiang U niversity of T echnology ,H angzhou 310032,CHN )

Abstract :　The application prospects of L ED in the illumination field are reviewed.An analysis method with which optical system of L ED for illumination is designed by computer aid non 2sequential ray trace is introduced to achieve virtual prototype of optical design.

K ey w ords :　L ED ;color rendition ;color rendering index (CRI );non 2sequential ray trace ;virtual prototype

1　引言

半导体发光二极管(L ED )是一种直接将电能转换成光能的固态半导体器件。发光二极管的结构主要由芯片、电极和光学系统组成。通常由塑料密封材料组成的光学系统和电极机构构成L ED 的绝大部分体积。L ED 可发射红、黄、绿、蓝或白光。发光波长或颜色由芯片的组成材料所决定。高亮度L ED 被认为是新一代的照明光源。

发光二极管用于照明有许多的优点:工作电压

低,耗电量少;性能稳定,寿命长(可达10万小时);抗冲击,耐振动性强;重量轻,体积小,成本低。高亮度单色光的L ED 已得到了广泛的应用。L ED 可直接发射所需颜色的波长,无需用滤光片,尽管它们比传统的灯泡昂贵,但它具有更高的性能价格比。例如,功耗10W 的红色L ED 交通信号灯就可替代传统的150W 白炽信号灯,而且L ED 信号灯的寿命至少5年,但白炽灯的寿命通常只有半年。单色L ED 在广告显示、路牌显示、航班警告灯、跑道灯、

汽车尾灯和建筑装璜等领域目前已有广泛的应用。

对于普通照明来说,用越多的颜色混合来获得的白光,色还原性就越高。它的难点是如何使从不同光源发出的不同颜色的分裂光均匀地混合成白光。此外,由于不同颜色的L ED 芯片有着不同的驱动电压要求,不同的衰竭性能以及不同的温度性能,这就需要开发一种复杂的控制系统。

2　L ED 光学系统的计算机辅助设计

L ED 光学系统设计包括L ED 器件内的光学设

计和L ED 器件外的二次光学设计。L ED 内光学器

件通常由芯片、反射镜和由塑料密封材料制成的光学透镜所组成。芯片、反射镜和透镜的几何形状决定了L ED 的光提取效率和光能量分布。L ED 器件的外光学设计主要是根据不同的实际应用使光能量重新分布,从而达到更有效、更合理地使用有限光能量的目的。

和其他光源的应用一样,光学工程师运用光学原理来设计L ED 的实际光学系统。计算机辅助设计在光学工程领域是一非常有用的工具。目前市场

181?《半导体光电》2004年第25卷第3期严　萍等:　照明用L ED 光学系统的计算机辅助设计

上可得到的光学设计和分析程序主要有Breault Research Organization 的ASAP (The Advanced Systems Analysis Program ),Optical Research Associates (ORA )的CODE V 和Light Tools ,ZEMAX 的ZENAX 和Lambda Research 的TracePro 等等。尽管计算机程序不能代替光学工程

师来设计光学系统,但计算机辅助设计大大简化和加快了设计过程。随着计算机运算能力的快速提高,图形工具的不断完善,设计人员能够从理论上多方位检测光学系统的性能,

而不需耗资巨大来制造试验样品。2.1　序列光线追迹和非序列光线追迹

光线在光学系统内的传播遵循几何光学的反射和折射等原理。根据光线在系统内的传播方式,光学设计的几何光线追迹的计算机软件有两类,即序列光线追迹和非序列光线追迹。前面提到的CODE V 就是序列光线追迹,而ASAP ,Light Tools 和TracePro 等就是非序列光线追迹的计算机软件。ZEMAX 既能进行序列光线追迹,又能进行非序列光线追迹计算机辅助设计。

成像系统,例如照相机、望远镜等通常用序列光线追迹来设计。序列光线追迹的光线射到每一个光学表面的顺序都是已知的。如图1,光线必须首先射到第一个透镜的前表面,然后射到后表面,直至最后射到像面。序列追迹相对来说比较直观。它的每一个界面的顺序都是既定的,因此可以系统地计算光线传播。此外,序列追迹主要处理成像系统,物与像是点与点对应的。任何从物到像的偏差就导致像差。很大部分成像系统的光学工程师的设计任务就是减小或消除像差。成像系统的光线非常规则,通常只要计算几条光线就能确定整个系统的性能。

图1　成像系统的序列光线追迹示意图

在非序列光线追迹系统中,光线与界面相交的

顺序是未知的,它通常用于非成像系统,例如光纤光导、

照明系统和汽车前灯等。L ED 器件的第一和第

二光学系统设计通常都用非序列光线追迹。图2示出了一种L ED 第二光学系统。当光线从L ED 射出,它有可能先射到反射镜,反射后射到前面的探测面;它也可能直接射到探测面上去。非序列光线追迹中每一光线射到界面的顺序事先是未知的。因为非成像系统的光线不是点点对应,不形成像面,这就需要追迹大量的光线来达到系统分析的准确性。追迹的光线数量通常是以百万或千万计的。事实上,在计算机光学追迹发明以前,非成像系统的光学分析只限制在少数特殊情形。与序列光线追迹不同,非序列光线追迹分析需要大量的从光源随意发出的光线在系统里追迹。这些从光源随意发出的光线的位置和方向由蒙特卡罗(Monta Carlo )模拟产生。在需要分析的地方放置一探测器收集光线,通过分析得到光强、光亮度以及照度等。非相干光源模拟的统计误差主要来自有限的取样。有限取样的误差是可计算的。运用统计分析,如果系统每条光线的能量相同,探测器上的误差或称信噪比为

R S ,N =sqrt (N det )

N det 是达到探测器的总光线数目。由于信噪比取决

于射到探测器上的光线数量的平方根,因此必须追迹大量的光线以达到可接受的信噪比。一些复杂的非序列光线追迹系统有时要计算机计算几个小时甚至好几天。这就有一个计算精度(取决于光线数量)与缩短计算时间之间的平衡问题。

图2　照明系统的非序列光线追迹示意图

2.2　计算机辅助光学设计的步骤

(1)决定光学设计要解决的问题,包括照明光强

分布、均匀性等,以及在这一阶段系统的参数,例如

最大或最小尺寸、重量、功耗、热量产生和牢固性等;

(2)根据系统要求决定光学布局,包括材料、原件数量、反射和折射表面等;

(3)初步设计。这时通常运用计算机光学分析软件进行计算,尝试不同的光学原件参数,进行实时

系统分析;

(下转第200页)?

281?

improved light trapping [J ].

IEEE Trans.

Electron

Devices ,1999,46(10):1978-1983.

[5]　Menna P ,Di Francia G.Porous silicon in solar cells :A

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[7]　黄庆安1硅微机械加工技术[M ].北京:科学出版社,

1996.

作者简介:

孙晓峰(1979-),男,硕士研究生,主要从事太阳电池方面的研究工作。E 2mail :nysunxf @https://www.wendangku.net/doc/9d11294377.html,

(上接第182页)

(4)系统分析和优化。这时计算机辅助光线追

迹分析已经完成,光学系统已初步形成。这些结果需要与设计要求相比较。如果结果没有达到或超过性能要求,必须修改系统参数,并重新进行光线追迹和分析。对于L ED 的非序列光线追迹,这种优化通常需要工程师人为进行,计算机分析加以辅助。借助先进的计算机技术,光学系统可以非常逼真地显示在荧光屏上,光线追迹的结果可以以图形和数字表示出来。这种过程有时被称作虚拟试制。图3～5例举了L ED 手电筒的ASAP 模拟设计。图3示出了L ED 加反射镜的非序列光线追迹。图4示出了光线追迹后的光强空间角分布。图5是手电筒光线追迹的三维图像

;

图3　L ED

加反射镜的非序列光线追迹

图4　

光线追迹后的光强空间角分布

图5　手电筒和光线追迹的三维图像

(5)产品的生产可行性。在完成光学系统的设

计和优化后,还需要进行批量生产的可行性分析。这包括机械对准容差、制造容差,以及热量散发等。

计算机辅助分析在这些方面也都有着广泛的应用。

3　结束语

运用计算机辅助设计L ED 的光学系统,降低了设计难度,提高了效率,节约了开发及制作成本。作为新一代光源的L ED 的出现,给人类节约能源带来了福音。让L ED 发光能接近自然光,最终替代普通光源,还需由材料及器件研制、光学结构设计、封装材料、电子线路、灯具开发、照明效果与视觉匹配等多学科的科学家和工程师的不断努力,因此,计算机虚拟试制在L ED 光源设计和应用中大有可为。作者简介:

严　萍(1969-),女,浙江杭州人,讲师,从事计算机辅助设计、光电技术研究。E 2mail :yagping88@https://www.wendangku.net/doc/9d11294377.html,

002?

(整理)各种光学设计软件介绍-学习光学必备-peter.

光学设计软件介绍 ZEMAX是美国焦点软件公司所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算Sequential及Non-Sequential的软件。版本等级有SE：标准版，XE：完整版，EE：专业版（可运算Non-Sequential），是将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。ZEMAX的主要特色：分析：提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP, *.JPG．．．等，也可存成文字文件*.txt；优化：表栏式merit function参数输入，对话窗式预设merit function参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用；公差分析：表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数，方便使用者定义；报表输出：多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。 CODE V是Optical Research Associates推出的大型光学设计软件，功能非常强大，价格相当昂贵CODE V提供了用户可能用到的各种像质分析手段。除了常用的三级像差、垂轴像差、波像差、点列图、点扩展函数、光学传递函数外，软件中还包括了五级像差系数、高斯光束追迹、衍射光束传播、能量分布曲线、部分相干照明、偏振影响分析、透过率计算、一维物体成像模拟等多种独有的分析计算功能。是世界上应用的最广泛的光学设计和分析软件，近三十多年来，Code V进行了一系列的改进和创新，包括：变焦结构优化和分析；环境热量分析；MTF和RMS波阵面基础公差分析；用户自定义优化；干涉和光学校正、准直；非连续建模；矢量衍射计算包括了偏振；全球综合优化光学设计方法。 CODE V是美国著名的Optical Research Associates（ORA?）公司研制的具有国际领先水平的大型光学工程软件。自1963年起，该公司属下数十名工程技术人员已在CODE V程序的研制中投入了40余年的心血，使其成为世界上分析功能最全、优化功能最强的光学软件，为各国政府及军方研究部门、著名大学和各大光学公司广泛采用1994年，ORA公司聘请北京理工大学光电工程系为其中国服务中心。与国际上其它商业性光学软件相比，CODE V的优越性突出地表现在以下几个方面： 1．CODE V可以分析优化各种非对称非常规复杂光学系统。这类系统可带有三维偏心或倾斜的元件；各类特殊光学面如衍射光栅、全息或二元光学面、复杂非球面、以及用户自己定义的面型；梯度折射率材料和阵列透镜等等。程序的非顺序面光线追迹功能可以方便地

LED照明系统设计指南完全版

照明系统设计指南完全版本文详细讨论照明系统设计的六个设计步骤：(1)确定照明需求；(2)确定设计目标估计光学；(3)热和电气系统的效率；(4)计算需要的数量；(5)对所有的设计可能都予以考虑，从中选择最佳设计；(6)完成最后步骤。虽然本文以一个室内照明设计为例，但所述的设计过程可以用于任何照明设计中。现在的照明应用，具有普通照明所需的亮度、效率、使用寿命、色温以及白点稳定性。因此，绝大多数普通照明应用设计中都采用这类，包括路面、停车区以及室内方向照明。在这些应用中，由于无需维护(因为的使用寿命比传统灯泡的要长得多)且能耗降低，所以基于的照明降低了总体拥有成本()。全世界有200亿以上的灯具使用白炽、卤素或荧光灯。其中许多灯具用作方向照明，但都是采用在所有方向发光的灯。美国能源部()称，在新住宅建筑里，嵌顶灯是安装最普遍的照明灯。此外，报告称，采用非反射灯的嵌顶灯一般效率只有50%，就是说，这类灯所产生光的一半都浪费到灯具内了。相反，照明级具有至少50,000小时的高效、方向性照明。利用照明级的所有优点设计的室内照明有以下优点： 1 功效超过所有白炽灯和卤素灯具 2 能与甚至最好的(紧凑荧光)嵌顶灯的性能相媲美 3 与这些灯具相比，需要维修前的寿命要长5到50倍 4 降低光对环境的影响：不含汞、电站污染小、垃圾处理费用低。照明还是灯？在普通照明中设计需要在两种方法间作出选择，是设计基于的完整的照明，还是设计安装到已有灯具上的基于的灯。一般来说，一个完整的照明设计，其光学、热和电气性能要好于式样翻新的灯，因为现有灯具不会约束设计。对目标应用，到底是新照明的总体系统性能重要还是式样翻新的灯的方便性更重要，这要由设计师来决定。针对已有照明的设计方法如果目标应用采用构造新型照明更好，那么就设计照明的光输出，使其相当于或者超过现有照明匹配具有多种优点。首先，现有设计已经针对目标应用进行了优化，可以在围绕有关光输出、成本和工作环境而确定设计目标时提供指导。其次，现有设计的外形尺寸已经得到认可。如果外形尺寸相同，终端用户转换成照明更容易一些。遗憾的是，有些照明制造商错误报告或者夸大了照明的效率和使用寿命特性。在替换灯泡的早期的数年，照明业也遇到了类似问题。行业标准的缺乏，以及早期产品质量的巨大差异将技术的采用推迟了很多年。美国能源部意识到了早期照明也可能存在相同的标准和质量问题，并且这些问题可能以类似的方式延迟了照明的使用。作为应对措施，美国能源部发起了“ 商用产品测试计划()”，对照明制造商声称的指标进行测试。该计划以匿名方式测试照明的下列4个特性：照明光输出(流明)、照明效率(流明每瓦)、相关色温(开氏度)、显色指数。的将关注点放在了照明可用光输出上，而不仅仅是照明的光输出上，这为照明设计设定了一个很好的先例。灯的概念可能过时了

LED照明设计(精)

LED 照明设计 LED 照明设计 CYBERNET 应用系统事业部市泽俊介 2009/12/17 LED 照明作为新一代照明受到了广泛的关注。仅仅依靠 LED 封装并不能制作出好的照明灯具。本文主要从电子电路、热分析、光学方面对 LED 照明进行介绍,首先介绍 LED 照明设计。序随着近年来人们对环境关注度的提高, LED 照明作为新一代照明受到了广泛的关注。展会上, 只要是与 LED 照明有关的展位都是人头攒动,同时, LED 照明也更多的出现在我们的日常生活中。一般家庭能够消费的 LED 灯都是由各大照明制造商销售的灯泡型 LED 灯。另外,很多公司也都陆续研发出了荧光灯型的 LED 灯。在这种情况下,势必有更多的公司参与到 LED 照明行业中。 LED 灯与白炽灯、荧光灯等传统光源有着不同的特性。仅仅依靠 LED 封装并不能制作出良好的照明灯具。为了设计出更好的 LED 照明灯具,必须对 LED 进行区别于传统光源的正确的光学设计。本文围绕 LED 照明灯具的设计进行介绍。具体来说主要是从电子电路、热分析、光学方面进行说明。首先是 LED 照明概要及其与迄今为止的光源的区别。 LED 照明用于照明的 LED 大多是白色。 LED 照明很大程度上依赖蓝光 LED 芯片的发明和发光效率的提高。实现白光 LED 主要有两种方式。一种是使用 LED 芯片和荧光粉,另外一种是使用 RGB 3色 LED 芯片。目前主要是采取第一种方式。

使用荧光粉一般都是在蓝色 LED 芯片上涂覆黄色荧光粉。从 LED 芯片中发出的蓝色光遇到荧光粉时,部分光转换为黄色光。这部分转换的黄色光和蓝色光参杂在一起, 就变成了白色光。通过调整荧光粉的量可以控制白光 LED 的色温, 因此发光颜色在制作时就已经决定, 后期不能调整。同时,混合蓝色光和黄色光的话,由于红色和绿色的成分不足,造成显色性不佳。这样,可以通过在蓝色 LED 芯片中参杂红色和绿色荧光粉或者是在紫外 LED 芯片中参杂 RGB 荧光粉,来提高其显色性。使用 RGB 3色 LED 芯片的优势在于 RGB 可以调整各种色度,所以不仅能够产生白光,还能产生其他各种颜色的光。但是, LED 芯片使用量增大,成本也就会上升。 LED 照明的优势及其与迄今为止的其他光源的区别接下来就 LED 照明与白炽灯、荧光灯等传统光源的区别,从热、电、光的特性方面进行分析。 - 热的特性虽然 LED 发热很少,但是由于 LED 照明中,需要使用多颗数瓦级的 LED ,所以就会产生很高的热量。虽然 LED 效率比较高,但是高效率仅支持在微小电流中的运行。大电流、高温状态下,效率较低。另外,荧光粉型的 LED ,在转换波长的时候会损失能量,从而产生热量。持续高温就会导致 LED 芯片、荧光粉、封装树脂寿命降低。因此,为了使 LED 的“ 高效率” 、“ 长寿命” 的优势保持下去,就必须控制 LED 的结温。 - 电的特性 LED 电源与白炽灯、荧光灯有很大的区别。白炽灯可以直接连接到 220V 的交流电上。荧光灯虽然有镇流器和转换开关, 但也使用 220V

LED照明灯具与光学系统设计

LED照明技术陕西科技大学电气与信息工程学院王进军

第七章LED照明光学系统设计 7.1 LED照明光学系统设计CAD软件 7.2 LED照明光学系统的设计原理 7.3 LED照明数据与计算 7.2 LED照明光学系统的选择 7.3 LED矿灯设计 7.4 应用于博物馆文物展示的白光LED照明系统设计 7.5 白光LED射灯设计

第七章LED照明光学系统设计 LED光学系统设计包括LED发光管内的光学设计和LED 发光管外的光学设计，前者通常称为一次光学设计，而后者则称为二次光学设计。 LED内通常由芯片、反射杯和透明环氧树脂制成的光学透镜组成。LDE芯片、反射杯和透镜的几何形状决定了LED出光后的空间光强分布。

第七章LED照明光学系统设计 LED发光管外的二次光学设计主要是根据不同的实际应用需求使LED出光后的空间光强分布发生改变，即光能量的分布发生变化，从而更有效、更合理地利用有限的光能量。因此，LED照明光学系统设计主要指的是LED发光外的二次光学设计。

§7.1 LED照明光学系统设计CAD软件计算机辅助设计(CAD)技术的飞速发展，使得照明光学系统的研究方法发生了巨大的变化，这主要表现在光学机构仿真软件在照明产业中的普及。目前，国际上采用的照明光学系统的设计软件主要下面有三种:

§7.1 LED照明光学系统设计CAD软件 ?TarcePro光学机构仿真软件、 ?AASP高级系统分析程序、 ?Lighttoo1s照明系统设计软件。在我国大陆用的较多的是TarcePro ，而台湾地区则以AASP较为流行。

工程光学习题答案第七章_典型光学系统郁道银

第七章典型光学系统 1．一个人近视程度是D 2-（屈光度），调节范围是D 8，求：（1）远点距离；（2）其近点距离；（3）配戴100度近视镜，求该镜的焦距；（4）戴上该近视镜后，求看清的远点距离；（5）戴上该近视镜后，求看清的近点距离。解： ① 21 -== r l R )/1(m ∴ m l r 5.0-= ② P R A -= D A 8= D R 2-= ∴ D A R P 1082-=--=-= m P l p 1.010 1 1-=-== ③f D '= 1 ∴m f 1-=' ④D D R R 1-=-=' m l R 1-=' ⑤P R A '-'= D A 8= D R 1-=' D A R P 9-=-'=' m l P 11.09 1 -=-=' 2．一放大镜焦距mm f 25='，通光孔径mm D 18=，眼睛距放大镜为mm 50，像距离眼睛在明视距离mm 250，渐晕系数为%50=k ，试求（1）视觉放大率；（2）线视场；（3）物体的位置。 eye

已知：放大镜 mm f 25=' mm D 18=放 mm P 50=' mm l P 250='-' %50=K 求：① Γ ② 2y ③l 解： ① f D P '-'- =Γ1 25 501252501250-+=''-+'= f P f 92110=-+= ②由%50=K 可得： 18.050 *218 2=='= 'P D tg 放ω ωωtg tg '= Γ ∴02.09 18 .0==ωtg D y tg = ω ∴mm Dtg y 502.0*250===ω ∴mm y 102= 方法二： 18.0='ωtg mm tg y 45*250='='ω mm l 200-=' mm f e 250=' mm l 2.22-= y y l l X '==='= 92.22200β mm y 102= ③ l P D '-'= mm D P l 20025050-=-=-'=' f l l '=-'11125 112001=--l mm l 22.22-= 3．一显微镜物镜的垂轴放大率为x 3-=β，数值孔径1.0=NA ，共扼距mm L 180=，物镜框是孔径光阑，目镜焦距mm f e 25='。

led照明设计规范

led照明设计规范篇一：LED照明灯参数标准 LED照明灯具的参数标准主要应参照国家标准委、工信部、国家半导体照明工程研发及产业联盟等颁布的道路照明、室内照明、半导体照明等标准或技术规范。它们主要有：（见表）以上国家相关部门的标准或技术规范涉及的LED照明灯具的参数主要包含光参数和电参数。（一）光参数包括光源/灯具的光通量、灯具配光特性、光效等。 1、光通量光通量是指光源发出的总光能量。测试该参数的意义在于：灯具通过消耗电能而发出光能，光通量越大、发出的光能越多。因此它是表征光源发光能力的指标，当两盏灯功耗相同时，光通量越大，灯具越好。 2、灯具配光特性灯具配光(转载于: 小龙文档网:led照明设计规范)特性是指灯具在C=0°和C=90°的两个平面内，随着γ角变化得到的空间光强分布。测试该参数的意义在于：当用光源进行照明时，希望

光源发出的光均匀地照明被照对象而不是集中照明一点，而要达到此目的，光源发出的光就必须在空间呈一定的光强分布。对于灯具配光特性，国家还没有相应的规定，现在对于配光特性的测试只是为用户企业提供一个参考。 3、光效光效是指被测LED灯所发出的光通量（流明）与该灯所消耗电功率（瓦）的比值。测试该参数的意义在于：虽然光通量是衡量一个光源发光能力的主要指标，但是只有消耗更少的电能而发出更多的光能才是更好的光源，因此用光效这个指标来进行评判。（二）电参数包括实际功耗、功率因数、电压谐波失真、电流谐波失真。 1、实际功耗实际功耗是指整盏灯所消耗的功率，也称有功功率。测试该参数的意义在于：在灯具中不仅光源消耗电能、驱动电源也消耗电能，而实际功耗就包含了光源与电源消耗电能的总和。由于光源的名义额定功率一般仅指光源的功耗，因此实际功耗与灯具的额定功率存在差异，而这个差异越接近，说明电源耗能越低、灯具的总体能耗就越低。 2、功率因数功率因数是指在交流电路中，电压与电流之间的相位

LED照明系统的光照均匀性设计

万方数据

光学技术第３５卷系统照射目标平面时，目标平面上将形成一个均匀照明区域以及一个衰减区域，如图３所示。该图中，ＡＡｌ为均匀照明区域，ＡＢ以及Ａ１Ｂｌ为照度衰减区域。综合考虑系统的效率以及系统的尺寸，选定口∈ ［一４０。，０。］。图３中，ｄ为目标平面上均匀照明区域的半径，ｄ１为目标平面上照明区域的半径，ｄ２为照明系统反射器出光口的半径。其中ｄ＝ｈｔａｎ４０。＋ｚ１（１２）ｄ１＝型等世一鲁（１３）．ｙｌＬ式中（ｚｌ，ｙ】）为反射器面形轮廓终点Ｒ１的坐标。根据直角坐标系下反射器面形轮廓的曲线方程以及口的取值范围，在三维建模软件Ｐｒｏ厄中建立反射器模型，并导人光学设图４系统模型计软件ＡＳＡＰ中建立照明系统的模型，如图４所示。采用均匀照明区域内最低照度值与最大照度值的比值来表征该区域内的照度均匀度。对系统追迹２００万条光线，通过改变系统与目标平面之间的距离ｈ，得到不同距离下均匀照明区域内的照度均匀度，如表ｌ所示。表１均匀照明区域的半径和照度均匀度ｈ／ｍｍｄ／ｍｍｄｌ／ｍｍ均匀度／９６２５０２４１３４０８６．５２７５２６２３７０８６．７３∞２８３４０１８７．５３２５３０４４３２８７．６３５０３２５４６３８８．６从表１可得：随着距离ｈ点的增大，边缘光喜线１和２之间‘ｌ的辐射能将更看趋近于汇聚在目标平面上一点，目标平面均匀照明区域内门．Ⅳ 、八＼．／、．；／＼＼ｆ．／１。－０．４－０．２００．２０．４Ｐ．ａｄｉｕｓ／ｍ图５目标平面上的照度分布的照度均匀度将不断提高。３设计实例７６作为设计实例，用该设计方法设计一种实现均匀照明的阅读灯。要求其性能指标为：在最低高度为３００ｒａｍ时，形成一个半径不小于２８０ｍｍ，照度不低于３００１ｘ的均匀光斑。利用Ａ曼ＡＰ对系统模型追迹２００万条光线，模拟结果表明：选用光通量为１１０ｌｍ的平顶白图６反射器截面光Ｕ、Ｄ作为光源，在高度ｈ＝３００ｍｍ处照射到半径为２８３ｍｍ的有效范围内的总光通量为８０．５１ｍ，系统的效率为７３．２％，平均照度为３１４１ｘ，照度均匀性优于８７％，如图５所示。并得到适合数控加工的反射器面形数据。图６是该反射器面形轮廓的截面外形尺寸。此外，随着阅读灯与目标平面之间距离的增大，目标平面上均匀光斑将变大，同时光斑的均匀性将变得更好。４结论本文根据非成像反射器的设计方法，设计了一种以单粒大功率ＬＥＤ为光源的照明系统。设计的关键是建立反射器。本文根据目标平面上照度分布函数建立微分方程，通过求解该微分方程得到反射器面形轮廓满足的函数关系，在Ｐｒｏ／Ｅ中建立了反射器模型并导人ＡＳＡＰ，从而得到系统的模型。对系统模型追迹光线，并对系统的均匀性进行了分析研究。同时，根据Ｐｒｏ／Ｅ自动生成的数控代码，可驱动数控设备进行反射器的）ｂｎ－ｒ。参考文献：［１］ＰｈｉｌｉｐｓＬｔｍ嘶ｌｅｄｓ肇ｍ１１５ｌｍ／ＷｐｏｗｅｒＬＥＤａｔ３５０ｍａ［ｔｍ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．１ｅｄｓｍａｇａｚｉｎｅ．ｏｏｍ／ｎｅｗｓ／４／１／２３，２００７．［２］杨毅，钱可元，罗毅．一种新型的基于非成像光学的ＬＥＤ均匀照明系统［Ｊ］．光学技术，２００７，３３（１）：１１卜１１５．［３】ＥｉｃｈｈｏｍＫ．ＬＥＤｓｉｎａｕｔｏｍｏｔｉｖｅｌｉｇｈｔｉｎｇ［Ｊ］．ＳＰＩＥ。２００６，６１３４：１－－６．［４］ＷｉｎｓｔｏｎＲ，ＲｉｅｓＨ．Ｎ∞ｉｍ日ｇｉｎｇｒｅｆｌｅｃｔｏｒ丛ｆｕｎｅｔｉｏｍｌｓｏｆｔｈｅｄｅ．ｆｉｒｅｄｉｒｒａａｍｃｅ［Ｊ］．Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．ＡＭ．Ａ，１９９３，１０（９）：１９０２—１９０８．［５］ＷｉｎｓｔｏｎＲ．ＭｉｎｍｏＪＣ．］ｋｌｉｔｅｚＰ．ｅｔａ１．№ｎｉ删｜ｇｉｎｇｏｐｔｉｃ［Ｍ］．１３ｕｒｌｉＩＩ｜ｇｔｍ：ＥｌｓｅｖｉｅｒＡｃａｄｅｍｉｃＰｒｅｓｓ．２００５．［６］ＲａＮＡ，ＧｏｒｄｏｎＪＭ．Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｄｅｓｉｇｎｓｆｏｒｉｌｈｍａｉｍｔｉｏｎｗｉｔｈ∞ｔｅｎｄｅｄ８０Ｕｌ＇Ｃｅ８．＂ｔｈｅｂａｓｌｅｓｏｌｕｔｉｏｍ［Ｊ］．Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．，１９９４。３３：６０１２—６０２１．［７］ＯｎｇＰＴ，ＧｏｒｄｏｎＪＭ，ＲａＮＡ。ｅｔ８１．Ｔａｉｌｅｄｅｄｇｅ－ｍｙｄｅｓｉｇｎｓｆｏｒｔｍｉｆｏｒｍｉｌｈｍｆｉｎａｔｉｏｎｏｆｄｉｓｔａｎｔｔａｒｇｅｔｓ［Ｊ］．Ｏｐｔ．Ｅｎｇ．，１９９５，３４：１７２６＿一１７３７万方数据

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。

LED照明系统设计指南完全版

LED照明系统设计指南完全版本文详细讨论LED照明系统设计的六个设计步骤：(1)确定照明需求；(2)确定设计目标估计光学；(3)热和电气系统的效率；(4)计算需要的LED数量；(5)对所有的设计可能都予以考虑，从中选择最佳设计；(6)完成最后步骤。虽然本文以一个室内照明设计为例，但所述的设计过程可以用于任何LED照明设计中。现在的照明应用LED，具有普通照明所需的亮度、效率、使用寿命、色温以及白点稳定性。因此，绝大多数普通照明应用设计中都采用这类LED，包括路面、停车区以及室内方向照明。在这些应用中，由于无需维护(因为LED的使用寿命比传统灯泡的要长得多)且能耗降低，所以基于LED的照明降低了总体拥有成本(TCO)。全世界有200亿以上的灯具使用白炽、卤素或荧光灯。其中许多灯具用作方向照明，但都是采用在所有方向发光的灯。美国能源部(DOE)称，在新住宅建筑里，嵌顶灯是安装最普遍的照明灯。此外，DOE报告称，采用非反射灯的嵌顶灯一般效率只有50%，就是说，这类灯所产生光的一半都浪费到灯具内了。相反，照明级LED具有至少50,000小时的高效、方向性照明。利用照明级LED的所有优点设计的室内照明有以下优点： 1 功效超过所有白炽灯和卤素灯具 2 能与甚至最好的CFL(紧凑荧光)嵌顶灯的性能相媲美 3 与这些灯具相比，需要维修前的寿命要长5到50倍 4 降低光对环境的影响：不含汞、电站污染小、垃圾处理费用低。照明还是灯？在普通照明中设计LED需要在两种方法间作出选择，是设计基于LED的完整的照明，还是设计安装到已有灯具上的基于LED的灯。一般来说，一个完整的照明设计，其光学、热和电气性能要好于式样翻新的灯，因为现有灯具不会约束设计。对目标应用，到底是新照明的总体系统性能重要还是式样翻新的灯的方便性更重要，这要由设计师来决定。针对已有照明的设计方法如果目标应用采用构造新型LED照明更好，那么就设计照明的光输出，使其相当于或者超过现有照明匹配具有多种优点。首先，现有设计已经针对目标应用进行了优化，可以在围绕有关光输出、成本和工作环境而确定设计目标时提供指导。其次，现有设计的外形尺寸已经得到认可。如果外形尺寸相同，终端用户转换成LED照明更容易一些。

轻院教室LED照明设计方案

轻院教室LED照明设计方案 LED091 -黄祖程一?确定照明需求：由于大学开放型的管理模式，以及全员的节能意识的淡薄，高校的教室在白天室内照度很高的情况下，仍然普遍存在开灯上课；即使室内无人或人数很少的情况下，也是全部开启室内照明。夜间许多教室，即使仅有几个学生在教室自习，但室内照明全部开启，绝不会有师生因为只有少数人而仅开几盏灯。长明灯比比皆是，人走不熄灯的现象到处存在。这种有形和无形的浪费，给校方的水电的支出带来了沉重的负担。针对上述种种浪费现象，高校后勤曾采取多种措施，如加强师生节能意识的素质教育；聘用人员专门对无人使用的教室检查照明、夜间晚自习后关闭教室照明；采用计算机或单片机对教学区供电实施分时管理。无论何种节能素质教育，因为人的意识加之许多人有着浪费的并非是他自己的钱，节约与否与已无关。所以即使随手关灯、节约能源的宣传标志贴得再多，仍然收效甚微。即使聘用相关人员进行照明管理，既要支付相关费用，但检查和控制的时间及工作量较大，不能面面俱到；更不能做到某教室虽然仅有几名学生，但所有日光灯是开启的，管理人员去给他关掉几组日光灯，说必须节约能源。采用计算机或单片机实施的教学区用电分时控制。仅解决了课余时间的长明灯现象，但在教学时间内不能解决不合理用电的浪费现象，其中包括：白天在室内照度很好的情况下开灯现象；教室内生员很少的情况下全部开启所有照明。因此基于应用的需求，高校需要的是一种节能和智能控制的的高效节能照明系统方案。二?确定照明目标： 1?依照国家相关标准规定，教室白天照度不低于200LUX，晚间照度不低于150LUX。从保护视力健康角度出发，在低于150LUX和高于600LUX照度下长时看书，有损予眼腈的健康，还有能通过自然采光和人工控制方式达到节能目的。 2考虑选用的产品：LED T8管8W 寿命：设计寿命30, OOOh 材料清单费用：130~200/每支

LED室外照明灯具设计注意事项(精)

LED室外照明灯具设计注意事项 LED室外照明灯具设计注意事项室外LED照明灯具设计应符合我国颁布的最新室外照明灯具技术规范，以及城市道路照明设计标准。一、工作环境 LED室外照明灯具由于工作环境比较恶劣，受风吹雨淋日晒，阳光中紫外线照射，昼夜温差变化，空气中沙尘，化学气体等条件影响，灯具年复一年的受大自然时效老化处理。设计时应充分考虑这些因素的影响。二、LED灯具材料及散热方式选择外壳和散热器设计为一体，用来解决LED的发热问题，这种方式较好，一般选用铝或铝合金，铜材或铜合金，以及导热良好的其它合金。散热有空气对流散热、强风冷却散热和热管散热，（喷气致冷散热也是类似热管散热的一种，但结构更复杂一些。）选择什么样的散热方式，对灯具的成本有直接影响，应综合考虑，与设计产品配套选出最佳方案。灯罩的设计选材也是至关重要，目前使用的有透明有机玻璃，PC材料等，传统的灯罩是透明玻璃制品，究竟选什么样材料的灯罩跟设计的产品档次定位有关，一般来说，室外灯具的灯罩最好是传统的玻璃制品，它是制造长寿命，高档灯具的最佳选择。采用透明塑料、有机玻璃等材料做的灯罩，做室内灯具的灯罩较好，用于室外则寿命有限，因为室外阳光、紫外线、沙尘、化学气体、昼夜温差变化等因素使灯罩老化寿命减短,其次是污染了不易清结干净，使灯罩透明度降低影响光线输出。三、LED芯片的封装目前国内生产的LED灯具（主要是路灯）大都是采用1W的LED多个串、并联进行组装，这种方法热阻较先进封装技术的产品高，不容易造出高品质的灯具。或者是采用30W、50W甚至更大的模组进行组装，以达到所需要的功率，这些LED的封装材料有用环氧树脂封装，有用硅胶封装的。二者的区别是：环氧树脂封装耐温较差，时间久了易老化。硅胶封装则耐温较好，使用时应注意选择。笔者的看法是：采用多芯片与散热器整体封装比较好，或采用铝基板多芯片封装再通过相变材料或散热硅脂与散热器相联接，做出的产品热阻比用LED器件组装的产品的热阻要少一至二道热阻，更利于散热。采用

工程光学习题参考答案第七章典型光学系统

第七章典型光学系统 1．一个人近视程度是D 2-（屈光度），调节范围是D 8，求：（1）远点距离；（2）其近点距离；（3）配戴100度近视镜，求该镜的焦距；（4）戴上该近视镜后，求看清的远点距离；（5）戴上该近视镜后，求看清的近点距离。解： ① 21 -== r l R )/1(m ∴ m l r 5.0-= ② P R A -= D A 8= D R 2-= ∴ D A R P 1082-=--=-= m P l p 1.010 1 1-=-== ③f D ' = 1 ∴m f 1-=' ④D D R R 1-=-=' m l R 1-=' ⑤P R A '-'= D A 8= D R 1-=' D A R P 9-=-'=' m l P 11.09 1 -=-=' 2．一放大镜焦距mm f 25='，通光孔径mm D 18=，眼睛距放大镜为mm 50，像距离眼睛在明视距离mm 250，渐晕系数为%50=k ，试求（1）视觉放大率；（2）线视场；（3）物体的位置。 eye

已知：放大镜 mm f 25=' mm D 18=放 mm P 50=' mm l P 250='-' %50=K 求：① Γ ② 2y ③l 解： ① f D P '-'- =Γ1 25 501252501250-+=''-+'= f P f 92110=-+= ②由%50=K 可得： 18.050 *218 2=='= 'P D tg 放ω ωωtg tg '=Γ ∴02.09 18 .0==ωtg D y tg = ω ∴mm Dtg y 502.0*250===ω ∴mm y 102= 方法二： 18.0='ωtg Θ mm tg y 45*250='='ω mm l 200-=' mm f e 250=' mm l 2.22-= y y l l X '==='= 92.22200βΘ mm y 102= ③ l P D '-'= mm D P l 20025050-=-=-'='

最全的LED照明灯具设计案例

最全的LED照明灯具设计案例一、LED楼体亮化工程培训简介 1，《led概论》 2，《Led楼体亮化工程概论》 3，《Led楼体亮化工程组装技术手册》 4，《Led楼体亮化工程安装技术手册》 5，《Led楼体亮化工程检修技术手册》 6,《led楼体亮化工程系列销售指导手册》 7，《工程造价指导手册》 8，《全部的视频教学资料包》二、LED城市亮化工程的趋势 LED亮化工程广泛适用于桥梁、广场、大楼轮廓、跨街空中走廊、建筑物轮廓、道路灯饰、各种灯光广告牌、橱窗、舞台、大厦、酒店、商场等场所装饰，夜晚效果格外醒目，并且对美化城市、塑造景观有着特别重要的意义。LED城市亮化美化了城市的夜空也提升了自身的形象，成为自我宣传和体现文化和提高知名度，甚至成为标志性建筑的方法。城市夜景亮化工程作用的外延已经逐渐扩大。在为市民照亮行程的同时，随着社会发展，夜景亮化工程已经成为城市的一张新名片。三、LED城市亮化区别传统的霓虹灯亮化的主要优点 1、寿命长 LED灯珠寿命可达10万小时，是传统光源寿命的大约15倍到20倍，通常：普通白炽灯

寿命小于2千小时；螺旋节能灯寿命小于8000小时；T5荧光灯寿命大约为1万小时；高质量的高压霓虹灯寿命小于2万小时（由于风吹日晒寿命更短），质量普通的高压霓虹灯寿命可能只有几千小时甚至更短；低压软管霓虹灯通常就是小粒的白炽灯，寿命也小于2千小时。 2、超级节能绿色照明冷光源，无辐射、无污染由于LED灯珠将90％左右的电能直接转化为可见光，发光效率极高，基本不产生热量。相同的发光亮度，功率可低至只有传统电光源的几十分之一。若长时间使用，节约的电能非常可观，如果仔细计算下来，绝对会让人们大吃一惊！LED是固态照明冷光源。荧光灯、高压霓虹灯灯管发光时，会产生相当数量的紫外线，对人体是有害的。LED的诞生就解决了这个问题，不用担心对人体的危害。 3、稳定、可靠、不易坏，维护成本极低与高压霓虹灯相比，led产品抗静电、强干扰。属半导体器件，故障率低可节约大量的维护成本。LED的工作电压只有20VDC左右甚至10VDC也能正常工作，对人体始终是安全电压。高压霓虹灯，顾名思义，要在高压下才能工作，这会对人体不利、对设备不利、对环境要求高，故容易坏，加上高压霓虹灯灯管是玻璃做成的，容易破损，理论寿命又短暂，所以，经常需要维护，增加了维护成本。LED灯是在低压、直流环境下工作，现代电子技术生产出来的电子电路已经可以长时间正常工作了，基本上不要任何维护，比如：电脑元器件CPU、电视机等等 4、采用优质PC管材，灯管整体防水、防尘、耐压、耐碎裂、耐高温低温、阻燃、抗冲击、抗老化、防紫外线。LED亮化管产品可以在－40摄氏度～＋75摄氏度的温度范围内正常工作。高压霓虹灯灯管是用玻璃做成的，容易破碎，不能耐高温或低温，温差变化大的时候更容易破损等。 5、颜色艳丽、发光均匀、外观美观，变幻无极限：

光学系统

眼睛系统视网膜上成倒像，由于视神经系统内部作用，我们感觉还是正像。主平面H 和H’距离角膜顶点后约1.3mm 和1.6mm 眼睛的焦距约为 f =-17mm ，f’ =23mm，屈光度为+43D 视场可达150°，清晰视场只有视轴周围的6 ° ~8 ° 明视距离是正常眼在正常照明（约50勒克斯）下最方便和最习惯的工作距离，等于250 mm 。（1）视度调节当肌肉完全放松时，眼睛所能看清的最远的点称为远点，其相应的距离称为远点距离，以 lr 表示，单位 m 当肌肉在最紧张时，眼睛所能看清的最近的点称为近点，其相应的距离称为近点距离，以 lp 表示，单位 m 用lr 的倒数和lp 的倒数之差来表示人眼的视度调节能力 lr （单位为m ）的倒数表示近视或远视的程度，称为视度，单位为屈光度（D ，Dioptre ），通常医院把 1D 称作 100度. 近视/远视眼镜的作用都是将无限远的物点与视网膜形成共轭.近视/远视只和远点距离有关，和近点距离无关。（2）眼睛的分辨率人眼刚能将两点分开的视角称为眼睛的极限分辨角或视角鉴别率。在没有调节的放松状态下，眼睛的极限分辨角为1’, 人眼的分辨能力与极限分辨角成反比关系。（3）人眼的对准精度对准精度一般用角度值来表示,即两线宽的几何中心线对人眼的张角小于某一角度值α时，虽然还存在着不重合，但眼睛认为已经是完全重合，这时α角度值即为人眼对准精度。 11 r p A R P l l = -=-

对准精度和极限分辨角是两个概念，又有一定联系，经验证明，人眼的最高对准精度约为极限分辨角的1/6~1/10 （4）眼睛的景深当眼睛调焦在某一对准平面时，眼睛不必调节就能同时看清对准平面前和后某一距离的物体，称作眼睛的景深。（5）空间深度感觉眼睛在观察物体时，能够产生远近的感觉，被称为“空间深度感觉”。单眼深度感觉来源物体高度已知，它所对应的视角大小来判断其远近物体之间的遮蔽关系和阳光的阴影来判断相对位置对物体细节的鉴别程度和空气的透明度所产生的深度感觉眼睛的调节程度来判断物体的远近双眼观察的深度感觉（除上述因素外）物体距离越近，视轴之间的夹角越大，眼球的肌肉紧张程度不同，据此判断物体远近（6）双目立体视觉（简称体视）不同距离物体对应不同的视差角，无限远物点对应的视差角 q ∞ = 0。不同距离物体视差 21221212,P P P P P P pD pD D p D p p p p D p p p p p p D p εε εεε ε = = +-=-=-= ?= +-?

led照明设计规范

led 照明设计规范篇一：LED照明灯参数标准 LED照明灯具的参数标准主要应参照国家标准委、工信部、国家半导体照明工程研发及产业联盟等颁布的道路照明、室内照明、半导体照明等标准或技术规范。它们主要有：（见表）以上国家相关部门的标准或技术规范涉及的LED照明灯具的参数主要包含光参数和电参数。（一）光参数包括光源/ 灯具的光通量、灯具配光特性、光效等。 1 、光通量光通量是指光源发出的总光能量。测试该参数的意义在于：灯具通过消耗电能而发出光能，光通量越大、发出的光能越多。因此它是表征光源发光能力的指标，当两盏灯功耗相同时，光通量越大，灯具越好。 2、灯具配光特性灯具配光（转载于：小龙文档网:led照明设计规范）特性是指灯具在C=0°和C=90°的两个平面内，随着Y角变化得到的空间光强分布。测试该参数的意义在于：当用光源进行照明时，希望光源发出的光均匀地照明被照对象而不是集中照明一点，而要达到此目的，光源发出的光就必须在空间呈一定的光强分布。对于灯具配光特性，国家还没有相应的规定，现在对于配光特性的测试只是为用户企业提供一个参考。

3、光效光效是指被测LED 灯所发出的光通量（流明）与该灯所消耗电功率（瓦）的比值。测试该参数的意义在于：虽然光通量是衡量一个光源发光能力的主要指标，但是只有消耗更少的电能而发出更多的光能才是更好的光源，因此用光效这个指标来进行评判。（二）电参数包括实际功耗、功率因数、电压谐波失真、电流谐波失真。1 、实际功耗实际功耗是指整盏灯所消耗的功率，也称有功功率。测试该参数的意义在于：在灯具中不仅光源消耗电能、驱动电源也消耗电能，而实际功耗就包含了光源与电源消耗电能的总和。由于光源的名义额定功率一般仅指光源的功耗，因此实际功耗与灯具的额定功率存在差异，而这个差异越接近，说明电源耗能越低、灯具的总体能耗就越低。 2、功率因数功率因数是指在交流电路中，电压与电流之间的相位差（①）的余弦测试该参数的意义在于：这个指标是灯具电源的有功功率和视在功率的比值，它描述了灯具有功功率在其总功率中所占的比值，功率因数越接近数字1，灯具越好。 3、谐波失真（THD）谐波失真（THD指原有频率的各种倍频的有害干扰，包括电压谐波失

LED照明设计基础

LED关键基础知识大全 LED作为新一代的绿色光源技术，其拥有白炽灯所不具备的高度节能性，同时LED产品在色彩及造型上也更丰富更具可塑造性。目前LED灯具已广泛应用到室内照明、室外照明、景观工程等多个领域，其节能性得到了社会的一致好评。LED取代白炽灯，已经成为照明灯具产业不可逆转的潮流。与普通白炽灯相比，同瓦数的LED灯具发光效率是白炽灯的8倍以上，因此虽然LED照明产品的功率都比较小，但是却能的白炽灯一样，发出高亮度的光芒。不过由于LED照明设计涉及光学、电学、热学以及工业美学知识，因此它是名副其实的跨学科多领域知识融合的新技术，本文介绍了LED照明的关键基础知识，可以帮助LED照明领域工程师打好设计基础，提升设计技巧。 LED照明设计基础知识-安森美培训资料发光二极管(LED)继在中小尺寸屏幕的便携产品背光等应用获大量采用后，随着它发光性能的进一步提升及成本的优化，近年来已迈入通用照明领域，如建筑物照明、街道照明、景观照明、标识牌、信号灯、以及住宅内的照明等，应用可谓方兴未艾。另一方面，LED照明设计也给包括中国工程师在内的工程社群带来了挑战，这不仅因为LED照明的应用范围非常广泛，应用的功率等级、可以采用的驱动电源种类及电源拓扑结构等，也各不相同。工程师们迫切需要系统地学习及了解更多有关LED 照明设计的基础知识。有鉴于此，安森美半导体的产品应用总监Bernie Weir先生近期专门撰写相关培训资料，为工程师们传授相关的设计基础知识，内容涉及LED驱动器的通用要求、电源拓扑结构、功率因数校正、电源转换能效和驱动器标准，以及可靠性和使用寿命等其它问题，方便他们更好地设计入门及提高，从而更好地服务于LED照明市场。限于篇幅，本文是该培训资料的摘要介绍。一、LED驱动器通用要求驱动LED面临着不少挑战，如正向电压会随着温度、电流的变化而变化，而不同个体、不同批次、不同供应商的LED正向电压也会有差异；另外，LED的“色点”也会随着电流及温度的变化而漂移。另外，应用中通常会使用多颗LED，这就涉及到多颗LED的排列方式问题。各种排列方式中，首选驱动串联的单串LED，因为这种方式不论正向电压如何变化、输出电压(Vout)如何“漂移”，均提供极佳的电流匹配性能。当然，用户也可以采用并联、串联-并联组合及交叉连接等其它排列方式，用于需要“相互匹配的”LED正向电压的应用，并获得其它优势。如在交叉连接中，如果其中某个LED因故障开路，电路中仅有1个LED的驱动电流会加倍，从而尽量减少对整个电路的影响。

光学系统设计的要求

任何一种光学仪器的用途和使用条件必然会对它的光学系统提出一定的要求，因此，在我们进行光学设计之前一定要了解对光学系统的要求。这些要求概括起来有以下几个方面。一、光学系统的基本特性光学系统的基本特性有：数值孔径或相对孔径；线视场或视场角；系统的放大率或焦距。此外还有与这些基本特性有关的一些特性参数，如光瞳的大小和位置、后工作距离、共轭距等。二、系统的外形尺寸系统的外形尺寸，即系统的横向尺寸和纵向尺寸。在设计多光组的复杂光学系统时，外形尺寸计算以及各光组之间光瞳的衔接都是很重要的。三、成象质量成象质量的要求和光学系统的用途有关。不同的光学系统按其用途可提出不同的成象质量要求。对于望远系统和一般的显微镜只要求中心视场有较好的成象质量；对于照相物镜要求整个视场都要有较好的成象质量。四、仪器的使用条件在对光学系统提出使用要求时，一定要考虑在技术上和物理上实现的可能性。如生物显微镜的放大率Г要满足500NA≤Г≤1000NA 条件，望远镜的视觉放大率一定要把望远系统的极限分辨率和眼睛的极限分辨率一起来考虑。光学系统设计过程所谓光学系统设计就是根据使用条件，来决定满足使用要求的各种数据，即决定光学系统的性能参数、外形尺寸和各光组的结构等。因此我们可以把光学设计过程分为4 个阶段：外形尺寸计算、初始结构计算、象差校正和平衡以及象质评价。一、外形尺寸计算在这个阶段里要设计拟定出光学系统原理图，确定基本光学特性，使满足给定的技术要求，即确定放大倍率或焦距、线视场或角视视场、数值孔径或相对孔径、共轭距、后工作距离光阑位置和外形尺寸等。因此，常把这个阶段称为外形尺寸计算。一般都按理想光学系统的理论和计算公式进行外形尺寸计算。在计算时一定要考虑机械结构和电气系统，以防止在机构结构上无法实现。每项

照明用LED光学系统的计算机辅助设计

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