[发明专利]用于LED灯具的反射杯

摘要

本发明提供了用于LED灯具的反射杯，包括反射面和底面，LED放置于底面的中央，LED的一部分光直接从反射杯的开口射出，该部分光到达目标平面上形成初始的照明面，反射杯的反射面反射其余的光到该初始的照明面上，使该两部分光的能量叠加后形成均匀照明面，反射杯的反射面为自由曲面，该自由曲面的形状由如下方法确定：所述反射杯为中心轴对称形状，以过该反射杯中心轴的截面为基准面，建立坐标系，中心轴为Z轴，原点在中心轴上，LED光源放置在原点，过原点且与中心轴垂直的方向为X轴，通过将所述自由曲面在XZ平面上所对应的曲线绕Z轴旋转一周即得到自由曲面的形状。本发明的反射杯结构简单、紧凑，LED出光均匀性好。

主权项

1、用于LED灯具的反射杯，包括反射面和环形底面，LED放置于环形底面的中央，LED芯片与底面在一个平面上，LED的一部分光能直接从反射杯的开口出射到目标平面上，反射杯的反射面反射其余的光能到目标平面，两部分光的能量叠加后使目标平面照明均匀，其特征在于反射杯的反射面为自由曲面，该自由曲面的形状由如下方法确定：所述反射杯为中心轴对称形状，以过该反射杯中心轴的截面为基准面，建立坐标系，中心轴为Z轴，原点在中心轴上，LED光源放置在原点，过原点且与中心轴垂直的方向为X轴，通过将所述自由曲面在XZ平面上所对应的曲线绕Z轴旋转一周即得到自由曲面的形状，目标平面为垂直于Z轴的平面，所述曲线通过如下步骤确定：(1)由能量守恒求出最大照射半径：LED光源采用朗伯型LED，其光强分布为I＝I₀*cosθ，其中θ为LED出射光线与中心轴的夹角，其光通量为φ；LED的中心光线直接出射，这部分能量在目标平面上的照度为E₀＝I₀/h²，该照度为所述的初始照明面上最大的照度值，以E₀为均匀照明面的平均照度值，则LED的总光通量所能分配的面积即为最大照射面积S_max，S_max＝φ/E₀，最大照射半径R＝S_max/2π，h为目标平面距离光源的高度；(2)通过能量对应关系求出目标平面上的点与被反射部分的光线与Z轴夹角θ的关系：目标平面上的点与Z轴距离为r，从反射杯直接出射的光线与Z轴的夹角范围为0～θ_T，根据步骤(1)计算，如果要使照明面照度均匀，则θ_T最大为π/4；能量对应关系：θ＝π/2的入射光线反射到r＝0处，θ＝θ_T的入射光线反射到R处，即光强越大的部分光线反射到越靠近目标平面的边缘的位置；设最大的直射部分边界角度为θ_T，建立反射部分光线对应的θ角与r的关系：∫E0·2πrdr=∫0θrI·2πsinθdθ+∫θπ/2I·2πsinθdθ,]]>式子中θ_r为r处所对应的直接出射的光线与Z轴的夹角；积分得：E₀r²＝I₀sin²θ_r+I₀(1-sin²θ)，设夹角为θ的光线与反射面的交点的坐标为(x，z)，则tanθ_r＝r/h，tanθ＝x/z，求出上述等式中sin²θ_r＝r²/(r²+h²)，sin²θ＝x²/(x²+z²)；代入上等式，得到以r²为未知数的一元二次方程，求解此方程得r＝f(x，z)，f(x，z)为以x，z为变量的函数；(3)由反射定律公式求出所述曲线上点的坐标的关系，得到一个微分方程通过求解微分方程，得到曲线上该点的坐标；所述反射定律公式为：[2-2(out→·in→)]1/2·N→=out→-in→,]]>为入射光线单位向量，为出射光线单位向量，为单位法向量；设入射光线与反射杯的交点为O点，坐标为(x，z)，反射光线与目标平面的交点为P点，坐标为(r，h)，则可以得到：out→=(r-x,h-z)]]>in→=(x,z)]]>N→=(-dz,dx),]]>把上三个向量带入反射定律公式，得dz/dx＝(D-B)/(A-C)，其中A=h-z(r-x)2+(1+z)2]]>B=r-x(r-x)2+(h-z)2]]>C=zx2+z2]]>D=xx2+z2,]]>把r＝f(x，z)代入A，B，C，D中，则得到只有变量x，z的微分方程；(4)解步骤(3)所得的微分方程，得到所述曲线上离散的点坐标，通过计算机拟合得到所述曲线，然后将所述曲线绕Z轴旋转一周可得到所述的自由曲面的形状。