本期分享一个LED光源准直设计方法：
LED光源的二次光学设计主要包含准直和匀光设计，上期已分享匀光设计
LED光源准直设计主要采用CPC和TIR透镜两种方法。
采用的LED光源依旧为合益光控的3535-120度 LEDs光源，如图1所示，该光源的原始发散角为120°，为了提升LED光源能量利用率需要将光束进行准直或聚焦，即为光束的不同发散状态。
CPC准直方案
1、理论计算
如图3所示，复合抛物面结构模型，通过采用抛物面和极坐标公式推导出各个参数之间的关系，如图4所示，具体的公式如下：
图3 复合抛物面示意图
图4 复合抛物面计算
2、建模
建模基于1中理论部分进行，在Tracepro中建模，建模结
2、建模
建模基于1中理论部分进行，在Tracepro中建模，建模结果如图5所示，LED光源在CPC入光口处，图6展示了不同集光角下的各个参数对应关系。
图5 CPC模型
图6 不同集光角下的各个参数关系
3、设计仿真
如图7所示，展示了13°集光角仿真结果，图8展示了不同集光角下的配光曲线，9°集光角时的发散半角为2.8°，为发散半角最小值。
图7 13°集光角仿真结果
图8 不同集光角配光曲线图
TIR透镜准直方案
1、理论计算
TIR透镜曲面包含两部分，分别为反射部分和折射部分，如图9和图10所示：
图9 TIR透镜反射部分
图10 TIR透镜折射部分
2、建模
通过数学方法建立方程组，采用Matlab编程求解离散点坐标，通过三维模型建立TIR三维结构，如图11-15所示：
图11 离散点曲面图（反射式）
图12 离散点3D模型（反射式）
图13 离散点曲面图（折射式）
图14 离散点3D模型（折射式）
图15 TIR透镜整体自由曲面图示
3、3D模型
如图16所示，采用三维软件对求解离散点进行三维构建，具体结果如下：
图16 TIR透镜三维模型
4、设计仿真
如图17所示，为LED准直效果如下，LED光源准直结果，发散半角＜2.5°
结论：
1、采用CPC和TIR透镜均可实现LED光源准直
2、CPC容易实现，TIR透镜实现难度较大
3、TIR透镜的准直效果更佳
注：不同的芯片尺寸对应的TIR透镜的曲线有所差异。