LED芯片体积小，结构紧凑，光面积小，其光强分布与出光角的余弦成正比，即LED光源所发出的光线在被照表面上所形成的照度随出射角的增大而迅速衰减。显然这样的光源特性是很难满足户外照明用途的实际需求。因此在LED户外照明应用，我们须根据不同的应用场合和需求，针对LED光源的特性进行二次光学设计，从而实现对LED芯片所发出的光进行改变。
在LED照明系统的非成像光学设计中，基本的光学元件主要有透镜、非球面反射镜和折光板。透镜能使点光源发出的光线汇聚或发散，起到改变光束角大小的作用，从而达到改变被照表面的照明面积和照度值的目的。非球面反射镜的形状通常为旋转二次曲面，其工作原理与透镜和反射镜完全不同，透镜是用折射原理，反射镜是用反射或全反射原理，它们的孔径角一般在40度以下，而非球面反射镜的孔径角可达130度以上，亦即它的收集光线能力能大大增强。
至于折光板的主要作用是改变光线的出射方向或在特定的方向上改变光束的角度，实际上它就是人们常见和熟悉的LED光源系统的塑料面板，这种塑料面板按照结构来分类，主要有齿形折光板，梯形折光板和柱形折光板。其中齿形折光板的每一齿相当于楔形镜，其表面折射作用能使光线发生偏转，但不会改变光束角大小，主要起到改变光束出射方向的作用。梯形折光板相当于平板玻璃和楔形镜的组合体，它可使一束光分成三个方向，而三个方向光束的光强比是由它的平面和斜面的面积比来控制。柱形折光板又称为复眼透镜，它由一系列园柱面组成，每个柱面相当于一个透镜，在柱面母线方向上，光线保持原入射的方向，而在柱面非母线方向上，透镜的作用使各个方向上都有汇聚或发散作用，从而实现扩展光束角的目的。
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