[发明专利]一种LED自由曲面透镜设计方法

权利要求书

1.一种LED自由曲面透镜设计方法，其特征在于：所述透镜包括第一反射面(11)和第二折射面(12)，所述第一反射面(11)和所述第二折射面(12)的设计方法包括如下步骤：

步骤(1)：初定LED光源s的位置确定光源面，初定LED透镜内表面即透镜球面r半径大小、LED光源s距离目标平面的距离H、设计目标平面光型的尺寸、LED透镜的折射率n、部分光源经第一反射面(11)反射的光线范围与出光方向夹角φ、另一部分光源经第二折射面(12)直接射出光线范围与出光方向夹角为β，φ与β角度之和为180°；

步骤(2)：在光源面选择球面坐标系，根据网格划分法，将光源面按经纬网格划分，将φ按纬度方向划分成φ1、φ2、…、φn，将圆周360度方向按经度划分成θ1、θ2、…、θm；

步骤(3)：确定目标面，目标面选择直角坐标系，根据网格划分，对应步骤(2)，将目标面按光型径向方向划分为N1、N2、…、Ni，将目标面按光型圆周方向划分为M1、M2、…、Mj；

步骤(4)：根据能量守恒定律，建立划分的光源面与划分的目标面对应的能量对应关系，即得到φn、θm与Ni、Mj之间的对应关系；

步骤(5)：运用几何光学计算，从φ1＝0、θ1＝0开始，运用迭代法依次求出折射面上的离散点P00、P01、…、P0n、…Pin，并将该离散点按照经线连接得到多条折射线L0、L1、…、Ln，再将这些曲线进行曲面拟合构造出透镜第二折射面(12)；

步骤(6)：根据第二折射面(12)，推导出第一反射面(11)，具体为，根据步骤(5)，以其中一条折射线为例，选择一条从光源发出的SP’n经第一反射面(11)反射到第二折射面(12)的Pn点并折射到目标面Qn，以Pn为计算第一反射面(11)的起始点，求第一反射面(11)下一点P’n-1，根据snell定律使得以PnP’n-1为第一反射平面，SP’n-1为入射光线，P’n-1Pn-1为反射光线，又Pn-1Qn-1已确定，可求得点P’n-1；同理，以P’n-1P’n-2为反射平面，以SP’n-2为入射光线，P’n-2Pn-2为反射平面，且Pn-2Qn-2已确定，可求得P’n-2点，以此类推，求得该条折射线上的离散点P’n,P’n-1至P’0，当P’0的纵坐标很小时，则认为P’0在坐标轴上；按照此方法再求出所有折射线对应的第一反射面(11)的点，按照构造第二折射面(12)的方法，构造出第一反射面(11)。

2.根据权利要求1所述的一种LED自由曲面透镜设计方法，其特征在于：所述LED自由曲面透镜内表面为球面。

3.根据权利要求1所述的一种LED自由曲面透镜设计方法，其特征在于：所述LED自由曲面透镜为PC件或PMMA件。

4.根据权利要求1-3任一所述方法设计的LED自由曲面透镜，其特征在于：所述透镜(100)由若干第一反射面(11)和若干第二折射面(12)组成；所述第一反射面(11)设置于所述透镜(100)的底部，所述第二折射面(12)相对所述第一反射面(11)设置于所述透镜(100)的顶部，所述第一反射面(11)围设形成反射面空腔，所述第二折射面(12)围设形成折射面空腔，所述反射面空腔与所述折射面空腔形成透镜空腔。

5.根据权利要求4所述的一种LED自由曲面透镜，其特征在于：所述透镜空腔的内表面为半球面。

6.根据权利要求4所述的一种LED自由曲面透镜，其特征在于：所述第二折射面(12)外表面光滑设置。

7.根据权利要求4所述的一种LED自由曲面透镜，其特征在于：所述第二折射面(12)横截面积从下至上逐渐减小设置。

8.根据权利要求4所述的一种LED自由曲面透镜，其特征在于：所述第一反射面(11)外表面光滑设置。

9.根据权利要求4所述的一种LED自由曲面透镜，其特征在于：所述第一反射面(11)的横截面积从下至上逐渐增大设置。

10.根据权利要求4所述的一种LED自由曲面透镜，其特征在于：所述第一反射面(11)与所述第二折射面(12)过渡光滑。