高功率LED照明灯具光学设(二)

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1、高功率LED照明灯具光学设计(二)　   镜片数组的设计　　镜片数组是整合64个对应发光二极管，由12.5×12.5mm大小，压克力(PMMA:PolyMethylMethacrylate)制成的矩形镜片CELl构成，镜片数组可以使发光二极管产生的光线准直化。镜片数组从镜片背面至焦点的距离为13.5mm，虽然增加该焦点距离，准直化的光线散乱比较少，而且聚光镜片的集光效率可以大幅提高，然而相同N/A值，单位Cell的口径会变大，整体外形尺寸也会随着暴增，因此设计上以降低球面收差为主要诉求。图7是单位Cel

2、l的镜片外观，Cell的形状如图所示呈平凸镜片状，凸出部位主要是为补正收差，刻意制成Koninck形状。　　聚光镜片的设计 　　聚光镜片除了可以使镜片数组准直化的光线高效率收敛至开口处之外，还可以应用在复数光线的混合、消除照度与色不均等设计。设计上为缩短照明系统整体的长度，单镜片若与口径比较它的焦距很短，因此F/N只有0.93。　　此外聚光镜片非常重视将准直化的光线高效率收敛至开口处的功能，设计上必须进行球面收差补正，因此凸面呈非球面形状。本设计使用的聚光镜片C=0.0145、K=-0.587，采用6次

3、非球面项次，它可以使光线收敛至口径为ψ50mm的开口处，聚光镜片的材质则为压克力(PMMA)。　　变倍成像镜片的设计 　　一般大型照明灯具，例如变倍投影的照明灯具大多采用2群2片成像镜片设计，很少设置收差补正镜片。新型大型照明灯具使用的镜片，采用很重视成像特性的镜片系统，同时针对发光二极管与卤素灯照明灯具的差异点，例如分光强度与开口口径进行确认。成像镜片采用3群3片全长固定型变倍镜片(ZoomLens)设计，可在100~150mm焦点范围进行变倍投影，图8是变倍成像光学系统与光线图。　　此外为补正各收差

4、，各镜片使用分散相异的光学玻璃，配合非球面化设计进行收差补正，因此3片镜片之中的2片镜片使用高次非球面镜片。图9是变倍投影镜片的横收差图，由图可知大型照明灯具的光学系统，在有效变倍范围可以获得充分的收差补正。