LED照明光学系统设计

LED照明系统的光学设计与照明控制随着科技的不断发展，LED（Light Emitting Diode）照明系统越来越被广泛应用于室内和室外照明领域，具有低能耗、长寿命、环保等优势。

然而，要充分发挥LED照明系统的优势，光学设计和照明控制是至关重要的。

本文将重点介绍LED照明系统的光学设计和照明控制原理，并探讨其在实际应用中的重要性和挑战。

一、LED照明系统的光学设计LED照明系统的光学设计是指对光源的控制和引导，以实现预期的照明效果。

在LED照明系统中，光源是LED芯片，其发光特性和光线分布决定了照明效果的质量和可靠性。

1. 发光特性LED芯片的发光特性包括色温、发光效率、发光角度等。

色温是指光源经过加热后的颜色特性，常用的单位是开尔文（K）。

选择合适的色温可以调整照明系统的色彩和氛围，满足不同场景的需求。

发光效率是指LED芯片将电能转化为光能的效率，高效率的LED芯片可降低能耗和热量产生，延长照明系统的使用寿命。

发光角度是指LED光线的发射方向范围，不同角度的发光角度可以实现不同的照明效果，如聚光、泛光等。

2. 光线分布LED芯片发出的光线需要经过透镜和反射器等光学器件的控制和引导，才能达到预期的照明效果。

透镜是一种能够将光线聚焦或分散的光学器件，通过改变透镜的曲率和形状，可以实现光线的控制和调整。

反射器则是一种能够将光线反射或折射的光学器件，通过反射器的设计和安装，可以改变光线的方向和强度，实现特定的照明要求。

二、LED照明系统的照明控制LED照明系统的照明控制是指通过智能设备和系统，对照明效果进行调节和管理。

照明控制技术可以实现灯光亮度、色温、颜色等参数的调整，满足不同使用场景的需求，并提供舒适的照明环境。

1. 灯光亮度调节灯光亮度调节是照明控制中最基本的功能之一。

通过调整LED芯片的驱动电流或使用调光器等装置，可以实现灯光的亮度调节。

对于不同的使用场景，如办公室、餐厅、剧院等，可以根据需求调节灯光的亮度，提供舒适的视觉体验。

LED照明光学系统的设计及其阵列光照度分布探究近年来，随着LED（Light-Emitting Diode）照明技术的进步，LED灯具逐渐取代传统的照明设备成为主流。

与传统照明设备相比，LED具有更高的能效、更长的寿命、更好的颜色还原性等优势。

然而，灯具设计中的光学系统是决定光照效果的关键因素之一。

因此，本文将对LED照明光学系统的设计以及阵列光照度分布进行探究。

起首，设计一个高效的LED照明光学系统是至关重要的。

光学系统由模拟的透镜、反射器等光学器件组成，其目标是将LED的发光效果优化为所需的光照分布。

透镜的选择对光学系统的性能有着重要的影响。

透镜可以依据光线的特性和要求进行选择，如切割角度和表面外形等。

此外，光线的反射也是设计光学系统时需要思量的因素之一。

通过在透镜四周放置反射器，可以提高反射效果，进一步优化光照效果。

其次，对LED灯具的阵列光照度分布进行探究也是分外重要的。

在LED灯具的设计中，阵列光照度分布是指在特定的区域内，各个LED点光源的光照度的分布状况。

为了实现匀称的光照效果，需要依据应用需求来确定光照度的要求，并对光源进行合理的布局。

在确定光源布局时，需要思量区域的大小、外形、高度等因素，以及对于不同区域的不同要求。

依据这些因素，可以通过数学模型和光学仿真软件来进行优化计算，从而得到最佳的光照度分布。

在进行LED照明光学系统的设计和阵列光照度分布探究时，需要综合思量多个因素。

起首是确保灯具具有高效的光利用率，光线尽可能被有效地引导和利用。

其次是要思量光的方向性，合理调整透镜参数和反射器设计，使光线的散射角度适中，不会出现过于集中或过于分离的现象。

同时，还需要思量产生的热量对LED光效的影响，在设计过程中合理选择散热材料来降低热耗损。

此外，还可以借助光学仿真软件进行光学系统仿真，优化设计结果。

通过这些手段，可以制定出合理的设计方案，使LED照明光学系统具有良好的光照度和能效。

总之，LED照明光学系统的设计及其阵列光照度分布的探究对于优化LED灯具的光照效果至关重要。

文章编号 2097-1842（2024）01-0089-11Micro LED 车灯投影光学系统设计与优化李香兰1,2，金　霞3，吕金光1，郑凯丰1 *，陈宇鹏1，赵百轩1，赵莹泽1，秦余欣1，王惟彪1，梁静秋1 *（1. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033；2. 中国科学院大学, 北京 100049；3. 中国电子科技集团公司第四十六研究所, 天津 300220）摘要：本文提出了一种基于Micro LED 阵列的车灯投影方案，设计了以像素尺寸为80 μm×80 μm 的200×150白光Micro LED 阵列作为显示光源，视场角为16°×34°的车灯投影光学系统，并对物面倾斜角度和光学系统结构进行了优化。

此外，分别采用反向畸变处理方法和像素灰度调制方法用以解决车灯投影图像的梯形畸变和照度均匀性问题，并搭建了投影实验平台，对图像校正方法进行了验证。

实验结果表明：校正后图像梯形畸变系数p 1，p 2分别从0.093 2和0.368 0下降至0.083 5和0.037 3，像面照度均匀性从83.2%提高到93.2%。

本文通过对基于Micro LED 的倾斜投影车灯光学系统进行优化设计及采用图像校正方法，实现了高光效、低畸变的车灯投影。

关 键 词：车灯投影光学系统；光学设计；Micro LED ；照度均匀性；梯形畸变中图分类号：TP394.1;TH691.9 文献标志码：A doi ：10.37188/CO.2023-0063Design and optimization of Micro LED vehicle lightprojection optical systemLI Xiang-lan 1,2，JIN Xia 3，LV Jin-guang 1，ZHENG Kai-feng 1 *，CHEN Yu-peng 1，ZHAO Bai-xuan 1，ZHAO Ying-ze 1，QIN Yu-xin 1，WANG Wei-biao 1，LIANG Jing-qiu 1 *（1. Changchun Institute of Optics , Fine Mechanics and Physics , Chinese Academy ofSciences , Changchun 130033, China ；2. University of Chinese Academy of Sciences , Beijing 100049, China ；3. The 46th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation , Tianjin 300220, China ）* Corresponding author ，E-mail : *********************.cn ; ****************.cnAbstract : This article presents a vehicle headlight projection scheme based on Micro LED arrays. A 200×150 white Micro LED array with pixel size of 80 μm×80 μm is designed as the display light source, and a headlight projection optical system with a field of view of 16°×34° is designed. The object plane tilt angle and optical system structure are optimized. In addition, the inverse distortion processing method and pixel grayscale modulation method are used to solve the trapezoidal distortion and uniformity of illumination of the headlight projection image. A projection experimental platform is built to verify the image correction收稿日期：2023-04-11；修订日期：2023-05-04基金项目：国家重点研发计划（No. 2022YFB3604702）；吉林省科技发展计划（No. 20200401056GX ）Supported by National Key Research and Development Program (No. 2022YFB3604702); Jilin Province Sci-ence and Technology Development Plan (No. 20200401056GX)第 17 卷　第 1 期中国光学（中英文）Vol. 17　No. 12024年1月Chinese OpticsJan. 2024method. Experimental results show that after correction, the image trapezoidal distortion coefficients p1 and p2 decrease from 0.093 2 and 0.368 0 to 0.0835 and 0.0373, respectively, and the image plane illumination uniformity increases from 83.2% to 93.2%. This article achieves high light efficiency and low distortion of vehicle headlight projection by optimizing the design of the inclined projection headlight optical system based on Micro LEDs and using image correction methods.Key words: headlight projection optical system；optical design；Micro LED；illumination uniformity；trapezoidal distortion1 引　言随着自动驾驶、智能网联等技术的兴起，汽车产品不断向“信息化、智能化、安全化”发展。

LED汽车灯具结构设计及光学设计浅谈1. 引言1.1 LED汽车灯具结构设计及光学设计浅谈的重要性LED汽车灯具结构设计及光学设计在汽车制造领域中起着至关重要的作用。

随着汽车工业的不断发展和人们对安全性和美观性要求的提高，LED汽车灯具越来越受到车企和消费者的青睐。

其结构设计和光学设计直接影响到灯具的发光效果、亮度、能耗以及寿命等关键指标，因此对于LED汽车灯具的设计过程中，灯具结构设计和光学设计都不容忽视。

在LED技术的快速发展下，LED汽车灯具的应用也愈发广泛。

LED 灯具具有高亮度、能效高、寿命长等优势，使得LED灯具逐渐取代传统的卤素灯和氙气灯，成为汽车行业主流的照明设备。

LED汽车灯具不仅提升了车辆的安全性，而且也具备了更多创新的设计可能性，使得汽车外观更加时尚与个性化。

1.2 LED汽车灯具在汽车行业中的应用LED汽车灯具在汽车行业中的应用广泛，随着LED技术的不断发展和成熟，LED汽车灯具已经成为汽车行业中的主流产品。

LED汽车灯具在照明效果方面具有明显优势，其照明亮度高、色彩饱和度好，能够提高驾驶者对道路的辨识度，增加行车安全性。

LED汽车灯具具有较长的使用寿命和稳定的性能，不易受环境温度、湿度等因素影响，同时具有节能环保的特点，符合现代汽车产业的发展趋势。

LED汽车灯具结构设计灵活多样，可以满足不同车型的外观需求，提升汽车整体设计的时尚感和科技感，是现代汽车设计中的重要元素。

LED汽车灯具在汽车行业中的应用不仅提升了行车安全性和驾驶舒适性，还推动了汽车产业向着更智能化、环保化的方向发展。

1.3 LED技术在汽车灯具设计中的优势LED技术在汽车灯具设计中的优势在于其独特的特性和优点。

LED 灯具具有高效能的特点，能够将电能转换为光能的效率高达80%以上，远高于传统车灯的效率，因此LED灯具比传统的卤素灯具更节能环保。

LED灯具寿命长，通常可以达到数万小时甚至更长的使用寿命，这样可以减少更换灯具的频率，降低车主的维护成本。

LED照明光学系统设计解读首先，光学系统设计中需要考虑的一个重要因素是光束的控制。

光束的控制涉及到光线的聚焦和扩散，通过合适的透镜设计和反射镜安置，可以实现不同的光束角度和光强分布。

例如，对于室内照明，为了使得整个空间都能够得到均匀的照明，可以设计出广角的光束分布，通过透镜的扩散效果将光线辐射到更大的范围内；而对于厨房等需要集中照明的场所，可以设计出狭角的光束分布，使得光线更为集中。

其次，光学系统设计中还需要考虑到光线的散射效果。

光线的散射主要通过透明材料来实现，如漫反射镜或者散射罩的使用。

通过合适的表面处理和材料选择，可以使光线在出光区域内均匀分布，减少光斑和光直接炫光的问题，增强照明效果的质量。

同时，通过控制材料的散射角度，可以避免光线遗漏，提高能源利用率。

此外，光学系统设计中还需要考虑到光效的问题。

光效是指照明产品所发出的光线中真正被利用到照明作用的百分比。

为了提高光效，需要首先注意光源的选择。

LED作为一种高光效的照明光源，已经在照明领域得到广泛应用。

其次，在光学系统设计中，可以通过透镜和反射镜的设计来提高光效。

透镜的设计可以减少光线的反射和衍射现象，提高光线的传输效率；反射镜的设计可以将反射光线重新聚焦，增加光线的利用率。

此外，还可以通过优化光线的传输路径来减少光线损失，提高光效。

最后，光学系统设计中还需要考虑到实际应用的要求。

不同的应用场景对于照明产品的要求是不同的，比如室内照明、室外照明、景观照明等。

每个场景对于光束的形状、光强分布、颜色温度等都有不同的要求。

因此，在光学系统设计中需要根据实际应用情况做出相应的调整和优化，以满足用户的需求。

综上所述，LED照明光学系统设计是为了实现良好的照明效果，在光束控制、光散射、光效等方面进行合理的设计。

通过合适的透镜和反射镜的设计，可以实现光束的聚焦和扩散；通过适当的散射材料的选择和表面处理，可以实现光线的均匀分布和减少光斑和光直接炫光的问题；通过优化光效和光线传输路径，可以提高光效和能源利用率；最后，根据实际应用要求，进行相应的调整和优化，以满足用户需求。

LED照明光学系统设计引言：由于其高效能、长寿命、低能耗和环保等特点，LED（LightEmitting Diode）照明系统被广泛应用于室内和室外照明领域。

而LED照明光学系统设计对于提高照明质量和效果至关重要。

本文将对LED照明光学系统设计进行详细介绍。

一、照明光学系统的组成照明光学系统主要由三个组成部分构成：发光源、光学透镜和反射材料。

1.发光源：LED作为发光源，其发光强度、发光角度、发光方向和发光颜色等特性决定了照明效果。

根据实际需求，可选择不同类型的LED，如高亮度、超高亮度和SMD等。

2.光学透镜：光学透镜对于光线的聚焦、分散和控制起到重要作用。

根据照明需求，设计适合的光学透镜，可以将光线聚焦到照明区域，提高照明效果和均匀性。

3.反射材料：反射材料用于控制和增强光线的反射效果，提高照明亮度和均匀性。

合理选用反射材料，可以有效减少光线损耗，提高发光效率。

二、光学系统设计原则1.照度和照明均匀性：根据不同照明场合的要求，设计适当的照度和照明均匀性是照明系统设计的基本原则之一、合理选择发光源和光学透镜，使得照明区域的照度达到要求，并保证照明均匀性。

2.光束角度的选择：根据照明区域的大小和形状，选择合适的光束角度是照明系统设计的关键之一、光束角度越大，照明范围越广；光束角度越小，照明范围越窄。

根据实际需求，设计合适的光束角度，可以满足不同场合的照明需求。

3.反射率和反射率分布：反射材料的选择和反射率分布的设计直接影响照明亮度和均匀性。

高反射率的材料可以提高照明亮度，而不同区域的不同反射率分布可以提高照明均匀性。

因此，在设计光学系统时需要合理选择反射材料，并设计合适的反射率分布。

4.热问题的考虑：LED作为光源，具有较高的发热量。

在光学系统设计过程中，需要考虑热问题，确保发光源和光学透镜的正常工作温度，并采取适当的散热措施，以延长LED的寿命。

三、光学系统设计流程1.需求分析：确定照明场所的类型和要求，包括照度要求、照明均匀性要求、照明区域的大小和形状等。

新型LED路灯照明二次光学设计字号: 小中大| 打印发布: 2009-1-08 00:09 作者: 钱可元罗毅来源: 阿拉丁照明网查看: 0次编者按：由于白光LED具有很多显著的优点，将其应用于公共城市照明设施地替代光源有着许多的优点。

然而要真正充分发挥半导体光源的长处，二次光学系统的设计至关重要。

本文介绍了一种独特的适用于城市道路照明二次光学系统，他能较好的满足城市道路照明的家路相关标准，并可以灵活地适用于不同的道路情况。

1、引言公共城市照明在照明市场上占有庞大的份额，根据统计，城市公共照明在我国照明耗电中占30%的比例，约439 亿kwh，以平均电价0.65 元/kwh 计算，一年开支285 亿元。

目前，广泛应用于城市公共照明的是高压钠灯，特别是在主干道上，高压钠灯可以提供100lm/W 以上的发光效率。

但其本身的缺憾也很明显：光源的光谱成分偏黄，显色指数极低;灯具的寿命短，更换工作量大;不便于对于灯的功率进行调节;随着20 世纪90 年代固体物理学的高速发展和新半导体材料的突破性发现，近10 年来LED 技术取得了突飞猛进的发展。

白光LED 的出现，以其特有的低电压驱动、体积小、重量轻、显色性好、调光性能好、寿命长(达2 万小时以上)、耐振动、不易损坏、符合环保要求等优势，使半导体光源将成为城市道路照明理想的节能光源。

其显著的优点为：光效高。

目前商业化的白光LED 光效已达到90-100lm/W 左右，预计2 年内能达到150lm/W 以上，而这并非LED光效的上限，各国的专家都把光效地目标定在200lm/W 左右。

寿命长。

理想的目标是10 万小时，而目前商业化的白光LED 寿命可到5 万小时，比传统光源寿命要长10 一20倍。

做成城市道路照明光源，则可以10 年不换光源，大大节省了日常的维护费用。

便于对于灯的功率进行智能调节;可以附加二次光学系统，最大限度地利用LED 的光能，满足各种应用场合特定的照度与光强分布。