[发明专利]大视场角LED照明透镜

说明书

技术领域

本发明涉及LED照明的二次光学系统技术领域，具体涉及一种大视场角LED照明透镜。

技术背景

LED作为一种新型光源，由于其高光效，寿命长，无毒害等优点成为国家在取代白炽灯计划中大力推广的产品。由于LED的光强分布为朗伯型，如果直接应用于照明，则会在目标面上形成极为不均匀的照度分布，无法满足各种照明场合对灯具光学性能的要求。为了使LED更好的应用于照明领域，需要设计二次光学系统重新分配LED的光强分布，使得其在目标面能够形成均匀或者其它特定的照度分布。

目前多使用透镜来实现LED的均匀照明，然而在走廊等某个方向视场角相对很大的矩形区域中，使用透镜进行LED二次配光时，由于存在全反射现象，透镜的光效会随着视场角的增大而下降。因此现有技术在大视场角照明的场合，只能采用多盏LED灯或者反射式的光学系统，而多盏LED灯会增加照明的成本，反射式的系统则加工相对复杂，成本较高，照明效果也不好。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述现有LED二次透镜的不足，提供一种能够在走廊等大视场角照明场合实现均匀照明并保持较高光效的大视场角LED照明透镜。

为实现上述目的，本发明所设计的大视场角LED照明透镜，包括：

第一曲面，为旋转对称自由曲面，用于将LED发出的光线折射，折射后的光线与第一曲面的对称轴垂直；

第二曲面，为旋转对称自由曲面，用于将LED发出的光线折射，折射后的光线与第二曲面对称轴上的点光源发出的光线重合；

第三曲面，为旋转对称抛物面，其焦点为第二曲面折射光线的虚拟光源点，利用全反射原理，用于将经过第二曲面折射之后的光线反射至与第三曲面对称轴垂直的方向，并将LED发出的球面波转换为柱面波；

第五曲面，为非对称自由曲面，该自由曲面的作用是控制经过第一曲面、第二曲面和第三曲面之后柱面波的光线，使得这束光线在经过第五曲面之后在目标面上形成均匀的矩形照度分布；

第四曲面，为平面，用于连接第三曲面和第五曲面。

进一步地，所述第一曲面和第二曲面上点的坐标由下式计算得出：

确定初始点的坐标值，初始点为曲面与立体空间的z轴的交点，通过迭代的方式计算轮廓曲线上点的坐标值，设定当前已知点(x_i-1,z_i-1)的法向量为N=(N_x,N_z)，要计算的轮廓曲线下一点对应的入射光线与z轴的夹角为θ_i，则下一点的坐标值(x_i,z_i)为：

xi=zi-1+xi-1kcotθi+kzi=xicotθt---(1)]]>

其中k=N_x/N_z，得到轮廓曲线上的所有点坐标后，将轮廓曲线旋转360°即得到整个曲面的点坐标。

进一步地，所述第五曲面由多个子自由曲面组成，相邻的两个子自由曲面之间由平行于z轴的平面连接。

更进一步地，所述第五曲面上坐标点由下式计算得出：