[发明专利]产生高均匀度光斑的LED直下式背光照明系统

摘要

本发明公开了一种产生高均匀度光斑的LED直下式背光照明系统，包括光源、曲面透镜、位于曲面透镜上的对角母线、横向母线、纵向母线和底部轮廓线，所述光源的光线经过曲面透镜母线之间拟合形成的自由曲面并出射可以形成高均匀度光斑的光线。本发明还公开了曲面透镜上表面自由曲面的设计方法。本发明的设计方法简单，通过同步多曲面设计方法，可以实现特定的照明光型，由于透镜外表面是自由曲面，因此优化透镜形状，可以使得透镜的光能量损失最小，从而使LED发出的光高效率地投射到照明平面，并且提高均匀度。

主权项

1.一种产生高均匀度光斑的LED直下式背光照明系统，其特征在于，包括光源(1)以及位于所述光源(1)上方的曲面透镜；曲面透镜内表面(2)为球面，所述光源(1)位于所述曲面透镜内表面(2)围成的几何体积内部；曲面透镜外表面(3)为自由曲面，位于最外部；所述光源(1)、所述曲面透镜内表面(2)和所述曲面透镜外表面(3)的中心在一条直线上；所述曲面透镜外表面(3)自由曲面的设计方法包括如下步骤：S1、以任意一个过光轴Z的平面为入射面，所述光源(1)位于坐标原点O，光源发光角度θ为光线传播方向与光轴正向OZ的夹角；将一个直角分为无限多份，设定一条起始光线为i，与其相邻的下一条光线为i+1；S2、设第一条光线i通过自由曲面母线上A点坐标为(xi,yi)，母线是指对角母线(5)、横向母线(6)和纵向母线(7)中的一条；与其相邻的第二条光线i+1通过自由曲面母线上的点为B点坐标为(xi+1,yi+1)，连接A点和B点，A点和B点的连线与OX方向的夹角为β，则可知：根据透镜安装角度和所需光斑形状的边界，确定最大发光角度θb，第i条光线与竖直方向的夹角为θi，经过自由曲面折射后的光线与竖直方向的夹角为αi；当θ_i＜θ_b时，使折射光线发散，此时：当θi＞θb时，使折射光线会聚，此时：通过折射定律公式：nsin(θi+βi)＝sin(αi+αi)，可知则根据公式1：确定相邻两条光线间的对应关系；其中ri+1为原点O与自由曲面母线上所述B点的距离，ri为原点O与自由曲面母线上所述A点的距离；再根据xi＝risinθi，yi＝ricosθi，得到自由曲面母线上的点集；S3、通过所述S2中得到代表自由曲面母线上的点集，将点集连接形成母线，通过各条透镜母线和底部轮廓线之间拟合得出自由曲面。