[发明专利]一种利用光线偏折能力分配法设计LED透镜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学透镜技术领域，特别是涉及一种利用光线偏折能力分配法设计LED透镜的方法。

背景技术

众所周知，所有的光学表面都无法避免菲涅尔反射，而且是入射角越大反射越多。在垂直入射时表面反射率一般是4％左右，但入射角变大时，其反射率也变大。以材料折射率为1.5为例，射向透镜的光线当入射角为60°时反射率为10％，射离透镜的光线当入射角为30°时反射率就达到10％了，这说明反射率是应该考虑的重要问题。

LED透镜至少有两个光学表面，大多数LED透镜的计算方法只能计算单个自由曲面的形状，如偏微分方程法、剪裁法、间断法和连续法，这些方法都是把其中一个表面做成球面的，这样就只需设计一个表面了。但是，这样做的缺点是一个面的“负担”太重了，光学设计质量下降，有些设计任务根本完成不了，而且LED的透镜一般都是单个透镜，在要求偏折光线比较大的情况下，透镜的曲率变化就必须比较大，也就是说在透镜的边缘部分其入射角都会比较大，而从菲涅尔反射定律知道，入射角度越大则反射越多。

如果做成多透镜，虽然反射面增加了，反射也就增加了，但由于面多了，优点之一是每个面“担负”偏折光线的“责任”也小了，这些面就可以做成比较平坦，它们的菲涅尔反射也会在一定程度上减少；更重要的是，菲涅尔反射是光学系统中杂散光的重要来源，菲涅尔反射的减少将降低杂散光；第二个优点是透镜的总重量会比单透镜大大减少，一般可以减少重量40％，这在大口径透镜的情况下特别重要；第三个优点是透镜变形小，LED透镜多数是注塑成形的，而大口径LED透镜不但重量大，而且中心和边缘的透镜厚度差也大，而厚度差大是注塑后变形的重要原因，这在大口径LED透镜中是一个严重问题，多透镜则其厚度差小，变形也小。

从以上这些分析知道，将LED的透镜设计成多透镜组是有好处的，但毕竟透镜表面的增加会增加小入射角的光线的反射，而且多透镜在设计上将比单透镜困难。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种利用光线偏折能力分配法设计LED透镜的方法，用于解决现有技术中单透镜对单面偏折要求“负担”重、多透镜设计困难以及多透镜表面增加带来小入射角的光线反射的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种利用光线偏折能力分配法设计LED透镜的方法，包括以下步骤：从LED光源的光强分布出发按能量平均划分得到n条光通量线方向的序列，即透镜第1个表面前的光通量线；将被照明方的照明光线按照度分布的要求划分得到n条光通量线方向的序列，即透镜最后一个表面后的光通量线；设定LED透镜的表面数m和每个表面的偏折能力权重，其中，m为偶数；根据偏折能力权重计算LED透镜经m-1个表面后的各n条光通量线的方向序列；由已经得到的第1个表面前的n条有确定位置和方向的光通量线序列和第1个表面后的有确定方向的光通量线方向的序列，n次运用折射定律求得第1面后的n条光通量线的位置以及n个小面组的位置和方向，从而得到组成第1个表面的n个小面；由已经得到的第2个表面前的n条有确定位置和方向的光通量线序列和第2个表面后的有确定方向的光通量线方向的序列，n次运用折射定律求得第2面后的n条光通量线的位置以及n个小面组的位置和方向，从而得到组成第2个表面的n个小面；当m>＝4时，依次对第3、4个表面直到第m个表面用上述方法求得各表面的各n个小面，当n较大时，m*n个小面就是所求的LED透镜的平滑的表面。