[发明专利]一种LED准直透镜的设计方法

摘要

本发明属于LED照明技术领域，具体地说，涉及一种LED准直透镜的设计方法。本发明为解决现有LED准直透镜结构复杂，光束发散角大且能量不集中等问题，提出一种新型的LED准直透镜的设计方法，其结构简单，光能利用率高，对LED出射光的准直效果好。本发明设计方法包括：1、初定LED准直透镜的初步参数；2、根据参数选择边缘发光点；3、选择初始折射点和全反射点；4、通过光学定律推出其他折射点和反射点；5、形成第一折射面和全反射面；6、生成LED准直透镜。本发明LED准直透镜的设计方法简单，且设计的LED准直透镜能够收集LED大角度范围内的光线，而获得具有较小发散角的准直光束，实用性强。

主权项

一种LED准直透镜的设计方法，其特征在于：其包括以下步骤： 1）、初定LED准直透镜的出光口的口径大小R、厚度L、出光面的纵截面的边线与底面的夹角a、LED准直透镜的LED灯珠安装孔的高度h、LED准直透镜的折射率n’，LED准直透镜的光束发散角B度；先根据折射定律计算出全反射光线与出光面之间的第一夹角范围，进而计算出全反射光线与LED准直透镜的轴线之间的第二夹角范围，全反射光线在轴线两侧的夹角范围分别在c1、c2度之内；2）、根据LED灯珠的大小，选择两个边缘发光点S1、S2；其中S1至S2之间的距离与LED灯珠的直径相等，线段S1S2的中垂线为LED准直透镜的轴线，其中边缘发光点S1、S2分别位于所述轴线的左侧和右侧；3）、选择初始折射点Pn和初始全反射点Qn，以及初始点E、点A；其中，点A、点E均在轴线上，线QnE为出光面的纵截面的边线，Qn到所述轴线的距离为出光口直径的一半即R/2，Qn到线段S1S2的垂直距离为LED准直透镜的厚度L，A到线段S1S2的垂直距离为LED灯珠的安装孔的高度h，Pn点靠近A点，且Pn、Qn均位于轴线的一侧；点E为出光面的中心点；3）、确定第一折射面上的点P(n‑1)；边缘发光点S2发光的光线S2Pn经过第一折射面折射后形成折射光线PnQn，根据折射定律可以计算出点Pn处的法线方向和切线，折射光线PnQn在点Qn发生全反射形成反射光线T1；边缘发光点S1的发光光线S1P(n‑1)经过第一折射面折射形成折射光线P(n‑1)Qn，P(n‑1)Qn在点Qn发生全反射形成反射光线T2；反射光线T1背向轴线倾斜，且反射光线T1与轴线夹角为c1，反射光线T2向轴线倾斜，且反射光线T2与轴线夹角为c2；由此通过反射定律可计算出Qn点的法线方向、切线方向以及折射光线P(n‑1)Qn方向，点Pn处的切线的延长线与折射光线P(n‑1)Qn的交点即为P(n‑1)点，同时还可以计算出P(n‑1)点的法线方向和切线；4）、确定全反射面上的点Q(n‑1)；边缘发光点S2的光线S2P(n‑1)经过第一折射面的点P(n‑1)折射后形成折射光线P(n‑1)Q(n‑1)，根据折射定律可以确定折射光线P(n‑1)Q(n‑1)的方向，折射光线P(n‑1)Q(n‑1)与点Qn的切线的延长线的交点即为点Q(n‑1)；5）、令n=（n‑1）、（n‑2）、（n‑3）……（m+1）；重复3）、4）步骤，计算出点P(n‑2)……Pm以及点Q(n‑2)……Qm，直到Ｐm、Qm位于点S1、点S2的连线上；6）、通过平滑的曲线将A、Pn、P(n‑1)、P(n‑2)……Pm连接形成第一折射面，以及通过平滑的曲线将Qn、Q(n‑1)、Q(n‑2)……Qm连接形成全反射面；7）、将第一折射面、全反射面、线QnE、线QmPm绕轴线旋转一周便得到LED准直透镜。