引言

      ZEMAX非序列照明系统涉及到许多照明领域，如路灯，投影，背光板，灯具配光，LED配光，车灯，光纤，太阳能集光及其它相关项目等。目前照明行业提及较多的便是LED光源，LED由于价格低体积小，高亮度长寿命，环保实用等诸多优点，被大量应用在许多照明行业如车灯，显示屏，室内室外景观照明等等。LED由于自身芯片发光角度大，根据不同应用场合通常需进行一次或二次配光设计。

    本内容分两篇文章完成，请看完文章一后继续查看文章二以完成整个系统的设计分析。

LED芯片出厂前进行的相关透镜或反光杯的封装，称为一次配光,，常见的一次配光为球透镜封装。一次配光一般只是稍微改变LED芯片的发光角度，对于大尺度的角度变化，则需二次配光设计。对LED产品进行二次光学设计使其达到规定的发光角度及探测面均匀度的设计称之为二次配光设计。二次设计就需要根据客户具体要求来设计透镜或反光杯，在指定接收平面上达到均匀照度或光效的要求。

本文将介绍LED准直透镜在ZEMAX中的设计优化方法，实现LED光源平行出光的二次配光设计。本设计为LED手电筒准直透镜，在之后的文章中我们会继续探讨LED反光杯的设计方法。

首先我们应该了解到，照明设计同成像设计是具有一定的联系性，除了评价标准不同外，光路传播及设计方式还是有许多共同之处。如LED透镜准直，在成像系统中可认为是某点光源的准直设计。我们要充分利用ZEMAX序列与非序列相结合的两种模式，序列模式的优化功能做初始结构，非序列仿真功能实际修改准直效果。 

 打开ZEMAX软件，在序列模式下优化出透镜的初始结构，使用理想点光源来代替有实际大小的LED芯片，透镜直径20mm，距离光源10mm，厚度9mm，材料PMMA： 

 初始结构参数如上图红圈内所示，透镜的后表面曲率半径和Conic系数设置为变量，L3d图如下： 

设置优化的评价函数，使用角度优化： 

设置完成后，直接点击Opt进行优化，发现优化后的边缘光线小于透镜后表面，但实际情况是LED的光应该充满整个透镜最后出射出来，这种情况边缘口径处的光线没经过优化，会导致一定的边缘像差： 

 我们对上面系统稍作修改，为使边缘光线达到透镜后表面顶部，可将光阑放置在透镜后表面，并将孔径类型设置为随光阑尺寸浮动： 

此时查看L3d图发现光线仍然没能达到最边缘，这是因为系统物方孔径较大，入瞳像差过大造成的，只需打开光线瞄准即可： 

 在General中打开光线瞄准： 

开启瞄准后的光路图如下，可以看到边缘光线经过透镜边缘后，没有准直，发散角很大。因为之前优化并未考虑边缘：

 接下来我们需将系统转为纯非序列模式，进行LED光源的模拟，实现对LED光源的准直，实现方形光斑。

请看文章二：

ZEMAX中LED准直透镜的优化-实现方形光斑（二）

[pagewrap=Footer_Knowledge_ZEMAX_CN.html]