一种LED路灯透镜的二次光学设计与研究

光学设计

大连民族学院 工程光学课程设计（论文）平行光管物镜设计 学院（系）：物理与材料工程学院 专业：光电子技术科学 学生姓名：任增鑫 学号：2010053216 指导教师：芦永军 完成日期：2013-11-18 大连民族学院

摘要 平行光管是通过它取得来自无限远的光束，此光束谓之平行光。是装校调整光学仪器的重要工具，也是光学量度仪器中的重要组成部分，配用不同的分划板，连同测微目镜头，或显微镜系统，则可以测定透镜组的焦距，鉴别率，及其他成像质量。将附配的调整式平面反光镜固定于被检运动直的工件上，用附配于光管的高斯自准目镜头，通过光管上的高斯目镜观察，可以进行运动工件的直线性检验。在实际成像过程中，物体成的像应该与设计的光学系统一致，达到设计要求的放大倍数。所以，可以通过近轴光学公式计算出理想成像的位置和大小，近似地代表实际光学系统中所要求成的像的位置和大小。近轴光学公式对于工程光学设计有着重要的意义和作用，根据近轴光学公式的性质，它只能适用于近轴区域，但是实际使用的光学仪器，无论是成像物体的大小，或者由一物点发出的成像光束都要超出近轴区域。平行光管物镜物镜采用双胶合结构。双胶合结构能够很好的校正几种初级像差，而且结构简单，所以大多用此结构进行设计。 关键词：平行光管物镜；微小角度；近轴光学公式；双胶合结构

目录 摘要...........................................................................................I 设计要求： (2) 第一章绪论 (2) 第二章Zmeax光学设计软件简介 (3) 第三章平行光管物镜参数的手工计算 (5) 第四章课程设计结果Zmeax验证 (7) 致谢 (9)

LED二次光学设计

谓的一次光学设计就是：把LED IC封装成LED光电零组件时，要先进行一次光学设计，以解决LED的出光角度、光强、光通量大小、光强分布、色温的范围与分布;二次光学设计是针对大功率LED照明来说：一般大功率LED都有一次透镜，发光角度为120度左右。二次光学就是将经过一次透镜后的光再通过一个光学透镜改变它的光学性能。 我们必须清醒的认识到，一次光学设计是二次光学设计的基础。只有一次光学设计封装设计合理，能够保证每个LED发光零组件的出光品质，才能在一次光学设计的基础上进行二次光学设计，以保证整个发光系统的出光品质。简单地说，一次光学设计的目的是尽可能多的取出LED芯片中发出的光。二次光学设计的目的则是让整个灯具系统发出的光能满足设计需求 雷笛克光學推出二次光學透鏡系列產品2009/05/08 - 10:39 — ivan 在目前照明產業中，就屬LED照明為最新興產業，各界皆卯足了實力積極開發LED相關照明，當然LED照明的先決條件第一一定是LED本身之亮度、色溫，再者電源供應器及散熱裝置，其中攸關到最終的成敗關鍵則是LED發出的光形，如何有效控制運用LED光形的折射，此時二次光學的透鏡就是關鍵了。 雷笛克光學股份有限公司在光學透鏡開發耕耘已有相當一段時間，可說為亞洲區LED二次光學透鏡始祖之一，而為有效將LED的光源達到完整的運用，雷笛克光學研發團隊此段期間已開發出多款難度極高的產品，並針對CREE、OSRAM、LUXEON、NICHIA、SEOUL、EDISON等國際級封裝大廠特製開發專用之二次光學透鏡，產品類別從單顆光學透鏡甚至到60合1的舞台燈光透鏡以及路燈透鏡等皆完成開發，且目前已達到量產出貨階段，而發光角度則是由全角8度到全角180度一應俱全。 For CREE XR-E - 8° Single Lens

基于LED大功率扩展光源的二次光学设计

基于LED大功率扩展光源的二次光学设计 【摘要】在目前的低碳环境下，LED照明光源逐步替代传统光源，但是由于其本身结构和自身特点，要进行高效的光能利用与照明，必须进行适当的光学设计以便改善光能分布。笔者首先阐述了LED的光学特性及二次光学设计，其次对LED大功率扩展光源的二次光学设计进行了深入探讨。 【关键词】LED照明;扩展光源;光学设计 Abstract：In the current low carbon environment，LED lighting light source gradually replace the traditional light source，but because of its own characteristics and structure，which carry out efficient energy utilization and lighting，must be proper optical design so as to improve the light energy distribution.The author first expounds the optical properties of leds and the secondary optical design，secondly for high power LED light source expanding secondary optical design has carried on the deep discussion. Keywords：LED lighting;extended light source;optical design 随着科技生产力的快速发展，能源的消耗量日益提升，为了节约能源，实现绿色和谐的生产、生活方式及社会的可持续发展，全世界正在向低碳时代转型。同样，只要能省电，照明也可以是低碳的。LED是一种特殊的半导体器件，可以将电信号转换为光信号，属于固态光源，由于其具有电压低、效率高、光线质量高、光色纯、寿命长、能耗小、体积小、绿色环保、可靠、耐用等优点在照明领域得到了广泛应用，被称为人类照明史上的第四次照明革命，LED被公认为新一代的环保高科技光源。但是由于LED光源的光强呈余弦分布，不能直接照明，同时为了使LED芯片发出的光能够最高效的输出、最大限度的被利用及满足照明区域的要求，必须对LED进行光学系统的设计。LED在封装过程的设计称为一次光学设计，在LED之外进行的光学设计成为二次光学设计，内容主要探讨LED大功率扩展光源的二次光学设计。 1.LED的光学特性及二次光学设计 LED是指利用化合物材料制成PN结的光电半导体器件，主要具有的光学特性为配光曲线、光谱结构及发光效率等。二次光学设计主要是相对于一次光学设计而言的，在进行二次光学设计时，主要考虑光通量、光强、照度计亮度等，以提高光能的利用率及满足照明区域的光学要求。 2.LED大功率扩展光源的二次光学设计 在进行LED照明光学设计时，针对LED点光源的设计基础，依据边缘光学理论，提出了基于LED大功率扩展光源的设计方法和设计模型。

LED路灯透镜光学设计

LED路灯透镜光学设计 二次光学是直接决定LED路灯的输出效率、配光分布、均匀度及眩光程度的重要环节。绿色环保的城市道路照明要求LED路灯产生正好覆盖马路的长方形的光斑，对马路之外的其他地方譬如居民楼和建筑物的光污染尽量的少。XY非轴对称的自由曲面二次光学的配光设计，是实现此目标的最好的方法。使得在单个透镜模组上就可以完成高效率长方形的输出光斑、蝙蝠翼形的远场角度分布、以及实现截光设计。整个灯头的结构变得非常的简洁，只要将这些完成配光设计的LED透镜模组，按照同一个方向排列在一块平面的PCB板上即可，简化了LED路灯的机械结构、散热管理、以及电源控制的排布。本文介绍了一种全反射型的二次光学透镜的设计，该透镜可以实现很高的输出光效率、蝙蝠翼形的配光曲线分布、以及较均匀的长方形光斑。 1. 技术背景LED固态半导体照明技术被认为是21世纪的战略节能技术。中国、欧洲和北美的许多国家和城市都已经进行了LED道路照明技术的开发和大力推广，相比于金属卤素灯（MH）和高压钠灯（HPS），LED路灯拥有更长的寿命（大于5倍）；除此之外，LED路灯还具有更好的可控性和光效，可以节能50%之多。LED路灯的另一个绿色能源的特征是光源本身不含有害物质汞。光学方面，LED芯片的小光源特性可以比较容易实现精确的配光和二次光学的优化设计，准确控制光线的方向，把光充分的分配到所需要照明的马路上，防止光污染和眩光。二次光学设计是决定LED路灯的配光曲线、输出光效、均匀度、以及眩光指数的一项重要技术。现有市场上大部分的高功率白光LED的光度分布是郎伯分布，光斑是圆形的，峰值光强一半位置处的光束角的全宽度约为120°。LED路灯如果没有经过二次光

光学设计总结

1.什么是光学设计？ 所谓光学系统设计，就是根据仪器所提出的使用要求，设计出光学系统的性能参数、外形尺寸和各光组的结构等。 2.光学设计工作内容？ 光学设计所要完成的工作包括光学系统设计和光学结构设计。 3.光学设计各个阶段的主要内容？ （1）. 根据仪器总体的技术要求，拟定光学系统的原理图，并初步计算系统的外形尺寸。称为“初步设计”或者“外形尺寸计算”； （2）. 根据初步设计的结果，确定每个透镜组的具体结构参数。称为“像差设计”或称“光学设计”。 4.光学系统设计的一般过程和步骤？ 一、光学系统设计的一般过程 1、制定合理的技术参数； 2、光学系统总体设计和布局； 3、光学部件（光组、镜头）的设计； 一般分为选型、确定初始结构参数、像差校正三个阶段。 （1）选型; （2）初始结构的计算和选择； A、解析法； B、缩放法； （3）像差校正、平衡与像质评价。 4、长光路的拼接与统算； 5、绘制光学系统图、部件图和光学零件图； 6、编写设计说明书； 7、必要时进行技术答辩。 二、光学设计的具体设计步骤 1、选择系统的类型； 2、分配元件的光焦度和间隔； 3、校正初级像差； 4、减小残余像差(高级像差)。 5.光学仪器对光学系统的性能和质量要求 一、光学系统的基本特性 二、系统的外形尺寸 三、成像质量 四、仪器的使用条件与环境 此外，在进行光学系统设计时，还要考虑它应具有良好的工艺性和经济性。 1.什么是孔径？什么是视场？ 2.七种像差的基本概念、怎样表示、特点、初级像差描述形式、基本校正方法？ 像差：实际像与理想像之间的差异 （1）球差 概念：轴上点发出的同心光束经光学系统各个球面折射以后，不再是同心光束，其中与光轴成不同角度的光线交光轴于不同的位置上，相对于理想像点有不同的偏 离，这种偏离称之为球差。 表示：或

光学设计

现代光学设计作业

一、掌握采用常用评价指标评价光学系统成像质量的方法，对几何像差和垂轴像差进行分类和总结。 常用指标评价光学系统成像质量的方法： 用于在光学系统实际制造完成后对其进行实际测量：分辨力检测和星点检测星点检测：实际上每一个发光点物基元通过光学系统后，由于衍射和像差以及其他工艺瑕疵的影响，绝对地点对应点的成像是不存在的，因此卷记的结果是对原物强度分布起了平滑的作用，从而造成点物基元经系统成像后的失真，因此，采用点物基元描述成像的过程，其实是一个卷积成像过程，通过考察光学系统对一个点物基元的成像质量就可以了解和评价光学系统对任意物分布的成像质量，这就是星点检验的思想。 分辨力检测：所谓分辨力就是光学系统成像时所能分辨的最小间隔，它是衡量图像细节表现力的技术参数。测量分辨力所获得的有关被测系统像质的信息量虽然不及星点检验多，发现像差和误差的灵敏度也不如星点检验高；但分辨力能确定的数值作为评价被测系统的像质综合性指标，并且不需要多少经验就能获得正确的分辨力值。 用于设计阶段的像质评价指标主要有几何像差、垂轴像差、波象差、光学传递

函数、点阵图、点扩散函数、包围圆能量等。 任何一个实际光学系统的实际成像总与理想成像存在差异，实际成像不可能绝对地清晰和没有变形，这种成像差异就是所谓的像差。 下面对几何像差和垂轴像差进行分类和总结。 几何像差主要分为两种：轴上点像差和轴外点像差。 （1）轴上点的像差又分为：轴上点的球差和轴上点的色差。 轴上点的球差： 由物点A发出与光轴夹角相等为在同一锥面上的光线对经系统以后，其出射光线同样位在一个锥面上，锥面顶点就是这些光线的聚焦点，而且必然位在光轴

LED二次光学设计在道路照明的应用毕业论文

LED二次光学设计在道路照明的应用毕业论文 目录 引言 (1) 第一章 LED在道路照明的应用 1.1 城市道路照明标准 (1) 1.2 目前我国LED在道路照明的应用情况 (3) 第二章 LED的基本原理 2.1 发光原理 (4) 2.2 LED结构 (4) 2.3 大功率LED的结构 (5) 第三章大功率LED的散热问题 3.1 大功率LED散热问题的产生 (9) 3.2 大功率LED散热问题的解决方法 (9) 3.3 大功率LED散热问题目前的情况 (14) 第四章 LED二次光学设计

4.1 二次光学设计叙述 (15) 4.2 多向基板的设计 (17) 4.3 配套反光镜、透镜设计论述 (25) 结论 (28) 致谢语 (29) 参考文献 (29) 引言：随着半导体技术的发展，LED的光效越来越高。LED以其环保、寿命长、节能、光线方向集中等诸多无可比拟的优势，逐渐走入照明领域。随着大功率白光LED兴起，掀起照明领域的一场新的革命。LED在照明领域的发展速度呈指数上升趋势，前景一片光明，必将取代传统灯具。 然而大功率LED的兴起才经历了短短几年时间，目前市场上的LED灯具的封装特别是二次光学设计还是继续沿用了传统的灯具直接加上LED芯片，没有充分发挥LED自身的优【1。 势】 在《中国半导体照明》杂志第12期中，“LED路灯”继“十城万盏”之后，排行2009年LED年度最热词第二。随着LED路灯产品性能的不断完善，未来在主干道路，隧道方面【2。然而LED作为一种新型光源，在路灯应用的许多方面还需要不断完善。应用极有竞争力】

第一章 LED在道路照明中的应用 1.1 城市道路照明标准 本节引用中华人民国行业标准CJJ 45-2006号文件，《城市道路照明设计标准》，解释道路照明中的关键术语，以及相关数据标准。 【3 1.1.1 关键术语】 1、灯具效率：在相同的使用条件下，灯具发出的总光通量与灯具所有光源发出的总光通量 之比。 2、灯具的安装高度：灯具的光中心至路面的垂直距离。 3、灯具的安装间距：沿道路的中心线测得的相邻两个灯具之间的距离。 4、灯臂长度：从灯杆的垂直中心线值灯臂插入灯具那一点之间的水平距离。 5、路面平均亮度：按照国际照明委员会(简称CIE)有关规定在路面上预先设定的点上测得 的或计算得到的各点亮度的平均值。 6、路面亮度总均匀度：路面上最小亮度与平均亮度的比值。 7、路面亮度纵向均匀度：同一条车道中心线上最小亮度与最大亮度的比值。 8、路面平均照度：按照CIE有关规定在路面上预先设定的点上测得的或计算得到的各点照 度的平均值。 9、路面照度均匀度：路面上最小照度与平均照度的比值。 10、眩光：由于视野中的亮度分布或者亮度围的不适宜，或存在极端的对比，以致引起不

光学设计实验一

实验报告 课程设计 1：单透镜 一.实验目的 学习开始 ZEMAX，输入波长和镜片数据，生成光线特性曲线（ray fan），光 程差曲线（OPD）,和点列图（Spot diagram），确定厚度求解方法和变量，进行简单的优化。 二.透镜结构性能分析 1）F/4的镜片，焦距为100mm； 2）视场角为0?； 3）厚度为3mm； 4）工作波长在可见光谱围用； 5）镜片材料BK7 玻璃； 三.实验步骤 1．运行 ZEMAX，ZEMAX 主屏幕会显示镜片数据编辑（LDE）。你可以对 LDE 窗口进行移动或重新调整尺寸。LDE 由多行和多列组成，类似于电子表格。半径、厚度、玻璃和半口径等列是使用得最多的，其他的则只在某些特定类型的光学系统中才会用到。 2．在主屏幕菜单条上，选择“系统（System）”菜单下的“波长（Wavelengths）”。 屏幕中间会弹出一个“波长数据（Wavelength Data）”对话框。ZEMAX 中有许多这样的对话框，用来输入数据和提供你选择。用鼠标在第二和第三行的“使用（Use）”上单击一下，将会增加两个波长使总数成为三。现在，在第一个“波长”行中输入 486，这是氢（Hydrogen）F 谱线的波长，单位为微米。ZEMAX 全部使用微米作为波长的单位。现在，在第二行的波长列中输入587，最后在第三行输入 656。这就是 ZEMAX 中所有有关输入数据的操作，转到适当的区域，然后键入数据。在屏幕的最右边，你可以看到一列主波长指示器。这个指示器指出了主要的波长，当前为 486 微米。在主波长指示器的第二行上单击，指示器下移到 587 的位置。主波长用来计算近轴参数，如焦距，放大率等等。ZEMAX 一般使用微米作为波长的单位“权重（Weight）” 这一列用在优化上，以及计算波长权重数据如 RMS 点尺寸和 STREHL率。现在让所有的权为 1.0，单击 OK保存所做的改变，然后退出波长数据对话框。 现在我们需要为镜片定义一个孔径。这可以使 ZEMAX 在处理其他的事情上，知道每一个镜片该被定为多大。 3．系统参数设置： a.相对孔径：F/#是相对孔径的倒数即为4（system一general） b.视场角：视场角调为0（system一field） c.相对波长：在可见光的围（system一wavelength） 由于我们需要一个 F/4 镜头，我们需要一个 25mm 的孔径（100mm 的焦距除F/4）。设置这个孔径值，选择“系统”中的“通常（General）”菜单项，出现“通常数据（General Data）”对话框，单击“孔径值（Aper Value）”一格，输入一个值：25。注意孔径类型缺省时为“入瞳直径（Entrance Pupil Diameter）”，也可选择其他类型的孔径设置。除此之外，还要加入一些重要的表面数据。ZEMAX 模型光学系统使用一系列的表面，每一个面有一个曲率半径，厚度（到下一个面的轴上距离），和玻璃。一些表面也可有其他的数据，