[发明专利]一种LED自由曲面透镜设计方法

摘要

本发明公开了一种LED自由曲面透镜设计方法，所述透镜包括第一反射面(11)和第二折射面(12)，所述第一反射面(11)和所述第二折射面(12)的设计方法包括设计透镜内表面和设计透镜外表面，本发明还公开了LED自由曲面透镜，其中所述透镜内表面设计为半球面，有利于收集LED光源180度角度的光，提高了光通利用率，所述透镜外表面包括第一反射面和第二折射面。本发明的LED自由曲面透镜设计方法，设计方法简单，并且能够实现远近场限定光型的均匀照明，还具有较高的效率和均匀性。

主权项

1.一种LED自由曲面透镜设计方法，其特征在于：所述透镜包括第一反射面(11)和第二折射面(12)，所述第一反射面(11)和所述第二折射面(12)的设计方法包括如下步骤：步骤(1)：初定LED光源s的位置确定光源面，初定LED透镜内表面即透镜球面r半径大小、LED光源s距离目标平面的距离H、设计目标平面光型的尺寸、LED透镜的折射率n、部分光源经第一反射面(11)反射的光线范围与出光方向夹角φ、另一部分光源经第二折射面(12)直接射出光线范围与出光方向夹角为β，φ与β互为补角；步骤(2)：在光源面选择球面坐标系，根据网格划分法，将光源面按经纬网格划分，将φ按纬度方向划分成φ1、φ2、…、φn，将圆周360度方向按纬度划分成θ1、θ2、…、θm；步骤(3)：确定目标面，目标面选择直角坐标系，根据网格划分，对应步骤(2)，将目标面按光型径向方向划分为N1、N2、…、Ni，将目标面按光型圆周方向划分为M1、M2、…、Mj；步骤(4)：根据能量守恒定律，建立划分的光源面与划分的目标面对应的能量对应关系，即得到φn、θm与Ni、Mj之间的对应关系；步骤(5)：运用几何光学计算，从φ1＝0、θ1＝0开始，运用迭代法依次求出折射面上的离散点P00、P01、…、P0n、…Pin，并将该离散点按照经线连接得到多条折射线L0、L1、…、Ln，再将这些曲线进行曲面拟合构造出透镜第二折射面(12)；步骤(6)：根据第二折射面(12)，推导出第一反射面(11)，具体为，根据步骤(5)，以其中一条折射线为例，选择一条从光源发出的SP’n经第一反射面(11)反射到第二折射面(12)的Pn点并折射到目标面Qn，以Pn为计算第一反射面(11)的起始点，求第一反射面(11)下一点P’n‑1，根据snell定律使得以PnP’n‑1为第一反射平面，SP’n‑1为入射光线，P’n‑1Pn‑1为反射光线，又Pn‑1Qn‑1已确定，可求得点P’n‑1；同理，以P’n‑1P’n‑2为反射平面，以SP’n‑2为入射光线，P’n‑2Pn‑2为反射平面，且Pn‑2Qn‑2已确定，可求得P’n‑2点，以此类推，求得该条折射线上的离散点P’n,P’n‑1至P’0，当P’0的纵坐标很小时，则认为P’0在坐标轴上；按照此方法再求出所有折射线对应的第一反射面(11)的点，按照构造第二折射面(12)的方法，构造出第一反射面(11)。