[发明专利]一种均匀色温的双自由曲面透镜

说明书

本发明公开一种均匀色温的双自由曲面透镜，包括入射自由曲面、出射自由曲面和侧边连接面；侧边连接面为连接入射自由曲面及出射自由曲面的侧壁。目前，对于特殊照明领域，通常采用两种系统：透镜以及反射器或者两者相结合进行配光,一般的配光系统通常会采用单透镜，入射面/出光面采用自由曲面或者使用双自由曲面来实现配光的效果。但是单片透镜不可避免地存在光学畸变，例如：色差（色散），失真（枕形或桶形），球面差等。目前很少有研究针对使用单透镜对LED配光后色温的影响。本发明对上述问题提出了可以控制配光角度的双自由曲面透镜，为透明光学材料制成，其透明材料为PC或PMMA或光学玻璃；通过该双自由曲面透镜配光得到的光斑色温均匀。

技术领域

本发明涉及特殊照明(如机动车照明)领域，具体涉及能应用于家用、商业照明以及特殊道路行车照明领域的一种均匀色温的双自由曲面透镜。

背景技术

目前，对于特殊照明(机动车照明)领域，通常采用两种系统：透镜以及反射器或者两者相结合进行配光,一般的配光系统通常会采用单透镜，入射面/出光面采用自由曲面或者使用双自由曲面来实现配光的效果。但是单片透镜不可避免地存在光学畸变，例如：色差(色散)，失真(枕形或桶形)，球面差等。目前很少有研究针对使用单透镜对LED配光后色温的影响。

采用自由曲面光学透镜进行配光，主要有在入射面或出射面采用自由曲面的方式，或者两者相结合的双自由曲面。

目前很多设计都是针对照度控制及光能分布方面，而对色温均匀照明方面很少有相关设计方法，因此有必要针对行车照明领域提出了一种双自由曲面设计方法，以得到一种双自由曲面透镜来实现均匀色温照明光斑。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种均匀色温的双自由曲面透镜。对于特殊照明(机动车照明)领域，通常采用两种系统：透镜以及反射器或者两者相结合进行配光,一般的配光系统通常会采用单透镜，入射面/出光面采用自由曲面或者使用双自由曲面来实现配光的效果。但是单片透镜不可避免地存在光学畸变，例如：色差(色散)，失真(枕形或桶形)，球面差等。目前很少有研究针对使用单透镜对LED配光后色温的影响。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种均匀色温的双自由曲面透镜，其包括入射自由曲面、出射自由曲面和侧边连接面；侧边连接面为连接入射自由曲面及出射自由曲面的侧壁。

进一步地，所述入射自由曲面、出射自由曲面的形状确定如下：定义配光角度θ_θ为折反射定律：中法向量与出射向量的夹角，控制θ_θ为定值来实现色温均匀，固定配光角度即固定与的夹角，n为透镜折射率，由向量关系式得

以任一截面自由曲线为例，定义出射面其中一点的坐标为(x1,y1),入射面的其中一点坐标为(x2,y2).则由点坐标关系得出为照明面距离，根据相关标准设定，R为该光源角度α由能量对应关系得出的照明面上点离中心的距离；则通过上式子反求出最后求出得第一组方程；

在入射面建立折反射关系式：

建立第二方程组，进行迭代计算，得出待求双自由曲面，将计算得出的自由曲线在三维绘图软件中绘成三维实体。

进一步地，所述配光角度为自由曲面任一点法向量与出射向量的夹角，表现为自由曲面的曲度，能控制出射面的屈光角度。

进一步地，所述能量对应关系，对于汽车远光灯，设定其目标照明区域是椭圆形，定义其长轴a，短轴为b；光源的总光通量为Q，中心光强为I0；定义光源为朗伯型，坐标系中θ为出射光线在XOY平面上的投影与X轴的夹角，为出射光线与Z轴正方向的夹角；对光源的立体角进行离散化，把等分成i份，对于每一个都将θ等分成j份，形成一系列角度环带区域，这样就得到了和θ(i，j)的数组；