[发明专利]一种用于LED准直的自由曲面透镜的制作方法

摘要

本发明公开了一种用于LED准直的自由曲面透镜的制作方法。它包括折射面S1，反射面S2，圆柱面S3，出射面S4，折射面S1和反射面S2通过圆柱面S3相连，出射面S4即为反射面S2较大的圆形出口，将计算获得的折射面S1、反射面S2、圆柱面S3和出射面S4数据输入3D建模软件建立模型，将该模型导入五轴机床即可加工成型。光源发出的光线经过折射面S1的折射和反射面S2的全内反射，以平行光的形式从出射面S4出射；该透镜为全内反射型结构，并且关于z坐标轴旋转对称，光线收集半角为90°。本发明制作过程简单，结构紧凑易加工，准直效果好，能量利用率高。

主权项

1.一种用于LED准直的自由曲面透镜的制作方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一：设计出用于点光源准直的自由曲面透镜初始结构，该自由曲面透镜的折射面（S1）的面型由如下公式确定：反射面（S2）的面型由如下公式确定：其中，z为光线传播正方向z轴的坐标，ω为入射光线经折射面（S1）折射或反射面（S2）反射后对应光线与z轴的夹角，平行光即ω = 0，h为光源离折射面（S1）顶点的距离，d为折射面顶点与坐标原点之间的距离，R1为透镜下端面的半口径，n为透镜折射率，θ为入射光线与z轴的夹角，对于折射面公式，θ的取值范围是[ 0,)；对于反射面公式，θ的取值范围是[，π/2]，其中是折射面所能收集光线的最大角度；步骤二：模型参数化，首先，折射面曲线AB上的待优化数据点由如下等式确定：其中，和N1分别为折射面曲线AB上的待优化数据点及其数量，反射面曲线CD上的待优化数据点可由如下等式确定：其中，和N2分为反射面曲线CD上待优化数据点及其数量，在每轮优化迭代中，各待优化数据点的坐标可由以下两式重新计算得到其中，为点的坐标，为点的坐标，为光源距离的距离，为入射光线与圆柱面曲线BC交点离的距离，和分别为对应于和点的入射光线与z轴的夹角，根据该组数据点解出对应的控制点及节点向量，然后根据控制点及节点向量构建出折射面（S1）和反射面（S2）的轮廓曲线，将该轮廓曲线在旋转360°即得到重构的模型；步骤三：建立评价函数，评价函数MF由如下公式确定：其中，为从透镜出射的各光线与z轴正方向的夹角，为从透镜出射的所有光线与z轴正方向的夹角的均方差，M为采样光线的数量，然后选取光强呈朗伯体分布的1mm×1mm的面光源导入光学软件Tracepro进行优化，使评价函数MF收敛；步骤四：折射面（S1）和反射面（S2）通过圆柱面（S3）相连，出射面（S4）即为反射面（S2）较大的圆形出口，将折射面（S1）、反射面（S2）、圆柱面（S3）和出射面（S4）数据输入3D建模软件建立模型，将该模型导入五轴机床即可加工成型；光源发出的光线经过折射面（S1）的折射和反射面（S2）的全内反射，以平行光的形式从出射面（S4）出射；该透镜为全内反射型结构，并且关于z坐标轴旋转对称，光线收集半角为90°。