[发明专利]LED自由曲面照明系统设计

说明书

技术领域

本发明涉及一种LED自由曲面照明系统设计，尤其涉及一种高均匀度LED自由曲面照明系统设计。

背景技术

随着LED照明的发展，基于LED光源的照明设计也变得越来越重要。但是由于LED光强度分布的特点，难以实现在目标面上固定形状区域内的均匀照明。因此必须对LED的照明系统进行二次光学设计，将LED发出的光能进行再分配，以实现在目标照明面上所需的特定形状的均匀照明要求。

传统的LED的照明系统采用透镜组等方法来实现均匀照明。然而，通过透镜组方式实现均匀照明的LED的照明系统具有体积较大、结构复杂、光能损失大等缺点。

发明内容

综上所述，确有必要提供一种高均匀、结构简单且光能损失小的LED自由曲面照明系统设计。

一种LED自由曲面照明系统设计，包括：将LED点光源的出射角度                                               划分为三个区域、和，每个区域都可以分别实现在一接收面上形成长和宽分别为2L_x和2L_y的矩形光斑，其中，为所述LED点光源的最大出射角度；分别对所述三个区域在所述接收面上的映射关系进行求解，获得所述三个区域在接收面上的映射关系；对所述LED点光源进行二次配光设计，获得一关于所述自由曲面的一阶偏微分方程组；根据所述三个区域在所述接收面上的映射关系及所述一阶偏微分方程组，获得关于所述自由曲面的一阶拟线性偏微分方程组，求解所述一阶拟线性偏微分方程组获得多个面型数据；以及根据所述多个面型数据，进行曲面拟合，获得所述自由曲面。

一种LED自由曲面照明系统设计，包括：将LED点光源的出射角度划分为至少两个区域，每个区域都可以分别实现在一接收面上形成长和宽分别为2L_x和2L_y的矩形光斑；分别对所述至少两个区域在所述接收面上的映射关系进行求解，获得所述至少两个区域在接收面上的映射关系；对所述LED点光源进行二次配光设计，获得一关于所述自由曲面的一阶偏微分方程组；根据所述至少两个区域在所述接收面上的映射关系及所述一阶偏微分方程组，获得关于所述自由曲面的一阶拟线性偏微分方程组，求解所述一阶拟线性偏微分方程组获得多个面型数据；以及根据所述多个面型数据，进行曲面拟合，获得所述自由曲面。

本发明提供的LED自由曲面照明系统设计，提出环状透镜结构及多对一的映射方式。通过对不同角度区域进行划分，使不同范围角度的光线经过相应的透镜区域独立形成重合的矩形光斑，既能实现在接收面上的均匀照明，又能实现让接收面上所有的点接收到更多方向的光线的照射，进一步提高了照明均匀性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的LED自由曲面照明系统的设计方法中LED点光源出射角度区域及自由曲面环状区域的划分示意图。

图2为本发明实施例提供的LED自由曲面照明系统的设计方法中LED点光源所发出光线映射到接收面的示意图。

图3为本发明实施例提供的LED自由曲面照明系统的设计方法中对所述LED点光源进行二次配光设计的示意图。

图4为本发明实施例提供的LED自由曲面照明系统的设计方法获得的自由曲面透镜的透镜实体图。

图5为本发明实施例提供的LED自由曲面照明系统的结构及光路示意图。

图6为本发明实施例提供的LED自由曲面照明系统中的自由曲面透镜在0°~10°区域内的LightTools光线仿真图。

图7为本发明实施例提供的LED自由曲面照明系统中的自由曲面透镜在10°~20°区域内的LightTools光线仿真图。

图8为本发明实施例提供的LED自由曲面照明系统中的自由曲面透镜在20°~30°区域内的LightTools光线仿真图。

图9为本发明实施例提供的LED自由曲面照明系统中通过软件模拟所获得的一个的正方形光斑及其照度图。

图10为本发明实施例提供的LED自由曲面照明系统中通过软件模拟所获得的一个的正方形光斑，及沿该正方形光斑的X轴和Y轴切线的照度图。

主要元件符号说明