基于LED光源的TIR透镜设计作者：黄煊李祥阳罗芳琳来源：《智富时代》2019年第10期【摘要】为了提高LED灯具的发光效率和照明系统的光能利用率，本文研究了一种基于自由曲面的能对光源进行准直的TIR透镜设计，使用Lighttools软件设计了一个全内反射透镜模型，通过对透镜曲面的参数进行优化，达到效果最佳的出光效果。
【关键词】LED;TIR透镜;优化1.引言1.1 LED的发展背景近年来，各个国家和行业都花费了大量的人力、财力资源在发光二极管及其灯具的研究和发展应用上。
与传统的光源相比，LED作为第四代照明光源和绿色光源，它具有效率高、节能环保、寿命长、可靠性强等优点、广泛应用于各种指示器件、显示器件、装饰器件、户外照明器件、背光板等领域。
大功率LED是第四代光源的代表，普通大功率LED发光效率很高，是白炽灯的八倍，荧光灯的两倍多，这就意味着在满足相同的光照时可以节约大量的电能，降低了耗能成本。
1.2 研究背景实际生活中，LED发光亮度比较低，并且发散角比较大，一般不能直接用于光學系统中，而是经过二次光学系统设计，也就是经过一个TIR透镜汇聚并准直后，才能应用于照明器件中。
由于TIR透镜具有减小光束发散角度实现准直的作用，所以它在实际应用中的用处很大。
在微型投影系统中，TIR透镜结构的优化设计是关键，它的光束收集整形能力从很大程度上决定了系统的光能利用率和均匀度。
在LED微型投影仪照明系统中，以系统光能利用率和照明均匀性构建评价函数，采用光纤追迹和结构优化相结合的方法，对TIR透镜进行优化设计，将大角度扩展光束压缩到小角度范围以内，并且使得投影屏幕达到一定的照明均匀性。
2.结构原理TIR透镜的设计基于全内反射的原理，透镜由4部分组成，中间内凹的非球面柱面镜部分、侧面的全反射棱镜部分、两端的全反射棱镜部分、以及上表面“W”型的自由曲面组成。
透镜将郎伯型LED的光配成沿X方向120°（水平方向）以及Y方向60°（垂直方向）的光度分布。
第50卷第2期Vol.50No.22021年2月Feb.2021红外与激光工程Infrared and Laser EngineeringPrinciple and optimum analysis of small near-infrared spectrometersbased on digital micromirror deviceLiu Hongming1,3,Liu Yujuan1*,Song Ying1,Zhong Zhicheng1,Kong Lingsheng2,Liu Huaibin2(1.Key Laboratory of Geophysical Exploration Equipment,Ministry of Education,College of Instrumentation&Electrical Engineering,Jilin University,Changchun130021,China;2.Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun130012,China;3.Tonghua Normal University,Tonghua134002,China)Abstract:The DMD small near-infrared spectroscopy instrument is widely used in chemical composition analysis and quality inspection for its advantages of fast detection speed,high sensitivity,no damage detection, and miniaturization of portable instruments.However,as the premise of instrument design,optical optimization design of the whole spectral range is the hard work of the system.In this paper,the theoretical design method of the spectroscopic imaging system based on the small near-infrared spectrometer of DMD was studied.The method was designed by using the double-dispensing anti-aberration lens and combining the geometric aberration theory to optimize the design of a small DMD near-infrared spectrometer to reduce the aberration of the entire system.Then,the optical simulation software was used to align the direct imaging system for optical simulation. And ultimately achieve the design simulation requirements.Simulation results indicate that the whole size of the spectrometer is less than150mm"50mm><150mm,and the resolution is better than15nm in the range of 1000・l700nm in the working band.Therefore,the proposed method can meet the design requirements and has broad application prospects in practical applications.Key words:near-infrared spectroscopy instrument;DMD;principle and optimum analysisCLC number:TH74Document code:A DOI:10.3788/IRLA20200427基于DMD的小型近红外光谱仪原理及优化分析刘宏明乜刘玉娟匚宋莹*仲志成*孔令胜2,刘怀宾$(1.吉林大学仪器科学与电气工程学院地球信息探测仪器教育部重点实验室，吉林长春130021；2.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130021；3.通化师范学院，吉林通化134002)摘要：数字微镜器件小型近红外光谱仪器具有检测速度快、灵敏度高、无损伤检测、仪器小型化等优点，广泛应用于化学成分分析和质量检测。
