[发明专利]一种基于自由曲面透镜的LED光通量测量系统

摘要

本发明属于光源测量技术领域，具体为一种基于自由曲面透镜的LED光通量测量系统。本发明采用自由曲面透镜作为LED光通量收集装置，具体是用固定装置将LED固定在自由曲面透镜的底端，LED发光方向指向透镜，探测器紧密固定在自由曲面透镜半径较大一端以接受光信号。待测LED光源发出的光线一部分经由自由曲面透镜直接透射到光电探测器上，另一部分光线在经过自由曲面透镜与空气的界面时发生全反射改变光路后，也透射到光电探测器上。LED发出的所有光线都经由自由曲面透镜聚集后被探测器收集、测量并最终给出总光通量值的读数。本发明操作简易，可实现快速便携式测量，且测量误差小。

主权项

一种基于自由曲面透镜的LED光通量测量系统，其特征在于由LED固定装置、待测LED光源、自由曲面透镜、光电探测器、余弦校正器、V(λ)修正片和信号处理放大电路组成；其中，待测LED光源通过LED固定装置固定于自由曲面透镜底部，使待测LED光源的发光中心定位在自由曲面透镜底端中心；自由曲面透镜顶端依次连接余弦校正器、V(λ)修正片和光电探测器；光电探测器连接信号处量放大电路；待测LED光源发出的光线一部分经由自由曲面透镜直接透射到光电探测器上，另一部分光线在经过自由曲面透镜与空气的界面时发生全反射改变光路后，也透射到光电探测器上，最终实现所有光线的收集；光电探测器将接收到的光信号转换为电信号，完成光通量的测量；所述自由透镜曲面由如下设计步骤得到：（1）首先将LED视为点光源，将LED发出的光线按照出光角度分为中心小出光角度内光线和边缘光线；（2）边缘光线在经过垂直于LED底面的透镜壁时发生一次折射；过折射光线上一点作一条直线与折射光线相交，角度为90°‑界面全反射临界角；在一个平面内，对等角度选取的若干边缘光线重复上述步骤，得到一系列的参考直线；以这些参考直线的斜率作为自由曲面透镜外壁的切线斜率，通过旋转对称，即设计出符合全反射条件的透镜外壁；（3）设计透镜中部对应小出光角度内光线的形状为焦点位于LED发光中心的凸透镜，以实现对LED发出的中心光束进行准直；（4）将得到的透镜轮廓线导入到3D建模软件中，进行旋转对称以生成实体；（5）将得到的完整实体导入到光学追迹软件中，设置透镜参数和追迹的条件以进行光线追迹，对追迹的结果进行分析并修正设计参数。