2.2.LED分類

當(dāng)前，由于LED有著十分良好的市場前景，所以LED的生產(chǎn)廠商也越來越多，我國對于LED的分類尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。通常情況下，可按照芯片功率、顏色及波長等進(jìn)行分類。

(1).芯片功率。按照LED芯片功率的大小可分為以下幾種類型：①輸出功率為幾十mW 的單燈，即小功率芯片;②功率LED。泛指輸入功率小于1W 的LED;③ 大功率LED。具體是指輸入功率≥1w 的LED。

(2).發(fā)光顏色及波長。不同的波長決定了光的不同顏色。按照LED的光波波長可分為紅外接收管和反射管以及波長短于390nm的紫外光LED等。

3.非成像光學(xué)在LED照明系統(tǒng)設(shè)計中的具體應(yīng)用

LED照明系統(tǒng)在進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)首先確定設(shè)計要求及條件，如材料、照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、光源分布情況等，按照這些相關(guān)的要求來確定其屬于何種光學(xué)設(shè)計，即2D系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)對稱系統(tǒng)或是3D系統(tǒng)，然后按照具體的光學(xué)設(shè)計選擇不同的設(shè)計方法。而LED芯片尺寸的大小一般可忽略不計，同時為進(jìn)一步簡化設(shè)計步驟可采用點光源的方案進(jìn)行設(shè)計。

3.1.光耦合系統(tǒng)設(shè)計

通常情況下，在投射燈、投影儀光源以及夜景照明系統(tǒng)等實際應(yīng)用過程中，常常會需要一個準(zhǔn)直投射的面光源。具體一點講就是需要獲得一個具有相對較小投射角的面光源，當(dāng)光線投射到被照物上時，經(jīng)過漫反射便會被人眼捕捉到。我么可以將LED芯片看作是一個近似的朗伯光源，它的發(fā)散角度相對較大，并且遠(yuǎn)場分布情況也無法滿足要求。同時由單顆功率型的LED芯片所輸出的光能也達(dá)不到實際要求的光亮度。為此，準(zhǔn)直LED光學(xué)系統(tǒng)不但要實現(xiàn)LED芯片發(fā)出的光在較大面積上的準(zhǔn)直輸出，而且還必須便于擴(kuò)展。有些設(shè)計為了實現(xiàn)準(zhǔn)直光源通常會利用二次光學(xué)元件，所謂的二次光學(xué)元件具體是指準(zhǔn)直透鏡與封裝后的LED配合使用，并以此來實現(xiàn)準(zhǔn)直。但是采用這種方法設(shè)計出來的LED照明系統(tǒng)會存在一定的缺陷，即透鏡與LED之間的空氣隙造成的額外損耗。下面假設(shè)一下直接用_個準(zhǔn)直透鏡對芯片進(jìn)行封裝，來

防止空氣隙的產(chǎn)生。由于需要旋轉(zhuǎn)對稱性所以將封裝透鏡設(shè)計成為帽型。此時LED芯片作為照明系統(tǒng)中的光源，其會浸沒在透鏡當(dāng)中，由LED所發(fā)出的光源通過三種不同方式進(jìn)行準(zhǔn)直。為了進(jìn)一步實現(xiàn)較大面積的準(zhǔn)直光源，在設(shè)計時要求透鏡必須具有一定的可擴(kuò)展性。故此可將透鏡上表面設(shè)計成正六邊形，這樣便能夠使封裝之后的LED光場全部集中于較小的發(fā)射角內(nèi)，從而實現(xiàn)準(zhǔn)直光源的要求。

3.2.室內(nèi)照明光源設(shè)計

由于室內(nèi)的照明光源很容易被人眼所直視，所以它的發(fā)光面應(yīng)盡可能均勻、柔和。同時因室內(nèi)照明必須具有較大的范圍，這就要求發(fā)散角應(yīng)至少大于120°。為盡可能滿足這些要求，并確保光源能夠得到最好地利用，就必須使LED照明所發(fā)出的光源能夠均勻且發(fā)散地照射到發(fā)光面上。因為室內(nèi)的主光源一般都會設(shè)置在房間的中心位置處，從而使得其光場形狀具有旋轉(zhuǎn)對稱性。因此，在給定分布的設(shè)計過程中，不但要控制好光線的出射角，而且還應(yīng)控制好光源的能量傳輸。這樣設(shè)計能夠使光源的出光角度被控制在±60°以內(nèi)，也進(jìn)一步實現(xiàn)了遠(yuǎn)場光強(qiáng)的均勻分布，與室內(nèi)照明對光源的要求完全相符。

3.3.三維給定光分布設(shè)計

在室內(nèi)照明中我們主要研究的是二維的給定光分布設(shè)計，而為了實現(xiàn)一些較為復(fù)雜且實用的給定光分布，就必須了解其在三維中的設(shè)計方法。在進(jìn)行三維給定光設(shè)計時，可按照具體要求來確定設(shè)計思路，通常可采取分離變量的三維自由表面進(jìn)行設(shè)計，這樣能夠很容易獲得矩形照度分布，該設(shè)計思路在LED路燈的設(shè)計上應(yīng)用前景較為廣闊。