半導體LED若要作為照明光源，目前LED照明光源的光通量與熒光燈等通用性光源相比，還有一定差距。因此，LED要在照明領(lǐng)域發(fā)展，關(guān)鍵是要將其發(fā)光效率、光通量提高至現有照明光源的等級。要實(shí)現這目的，首先要提高LED本身的質(zhì)量，要研制高功率LED器件，另外要對LED照明器具進(jìn)行優(yōu)化設計，提高LED的使用質(zhì)量。因此研究大功率LED光源二次光學(xué)配光設計，滿(mǎn)足大面積投光和泛光照明配光需求尤為迫切。通過(guò)二次光學(xué)設計技術(shù)，設計外加的反射杯與多重光學(xué)透鏡及非球面出光表面，可以提高器件的取光效率。
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非成像光學(xué)理論起源于二十世紀六十年代中期，1966年，Hinterberger 和Winston 在發(fā)表的一篇提高太陽(yáng)能收集效率的文獻中首次提出“非成像光學(xué)”(Non.imaging Optics)一詞。非成像光學(xué)應用主要目的是對光能傳遞的控制。然而成像并不被排除在非成像設計之外。非成像光學(xué)需要解決的兩個(gè)主要輻射傳遞的設計問(wèn)題是使傳遞能量最大化并且得到需要的照度分布。這兩個(gè)設計領(lǐng)域通常被簡(jiǎn)單的稱(chēng)為集光和照明。
單芯片LED面光源的尺寸一般為1mm×1mm，為達到一定的光通量要求，通常采用多芯片陣列，作為面光源使用，增加LED的排列也就增加了發(fā)光有效面積，同時(shí)也會(huì )增加光源的光學(xué)擴展量，而光源的光學(xué)擴展量不能超過(guò)系統的光學(xué)擴展量。因此在選擇LED光源時(shí)，要考慮LED的尺寸、排列、功率、發(fā)光角度等問(wèn)題，以實(shí)現較高的光能利用率。
常用的LED面光源集光元件包括CPC（合拋物面聚光器）、TLP及TIR透鏡等，下面分別介紹其各自特點(diǎn)和設計時(shí)的考慮。
1. CPC????
2. TLP
光棒是照明系統中經(jīng)常采用的一種勻光光學(xué)元件，結構簡(jiǎn)單，成本低，可以做成圓柱形、方形和錐形。
3. TIR透鏡
CPC和TLP在大功率LED光束整形過(guò)程中雖然有很高的集光效率，但是為了提高均勻度，會(huì )導致系統過(guò)長(cháng)，為了有效縮小集光系統尺寸，采用由非球面構成的TIR透鏡代替CPC和TLP集光器。
a. 光能利用率
系統的光能利用率用到達目標屏幕上的光通量與LED光源所發(fā)出的光通量的比值來(lái)描述。計算公式如下：
b. 均勻性
將目標屏分為m×n個(gè)方格，計算每個(gè)方格內的照度B，求出各個(gè)區域與平均值之間的誤差S:
樣本標準誤差S與樣本平均值mean（Bi）就是照度均勻性：
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c. TIR透鏡優(yōu)化設計流程
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對于面型比較復雜的TIR透鏡，由于現有的商業(yè)照明仿真軟件不具有優(yōu)化功能，因此編制LED專(zhuān)用優(yōu)化程序模塊，幫助設計者提高描光和照明系統設計的效率與成效，結合成像系統優(yōu)化軟件可完成高性能的復雜照明系統的設計。