大視場角led照明透鏡的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及LED照明的二次光學系統(tǒng)【技術領域】，具體涉及一種大視場角LED照明透鏡，第一曲面為旋轉對稱自由曲面，用于將LED發(fā)出的光線折射，折射后的光線與第一曲面的對稱軸垂直；第二曲面為旋轉對稱自由曲面，用于將LED發(fā)出的光線折射，折射后的光線與第二曲面對稱軸上的點光源發(fā)出的光線重合；第三曲面為旋轉對稱拋物面，其焦點為第二曲面折射光線的虛擬光源點；第五曲面，為非對稱自由曲面，使光線在經過第五曲面之后在目標面上形成均勻的矩形照度分布。本發(fā)明具有良好的光線控制能力，可以在目標面上實現(xiàn)所需要的照度分布。
【專利說明】大視場角LED照明透鏡
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及LED照明的二次光學系統(tǒng)【技術領域】，具體涉及一種大視場角LED照明透鏡。
技術背景
[0002]LED作為一種新型光源，由于其高光效，壽命長，無毒害等優(yōu)點成為國家在取代白熾燈計劃中大力推廣的產品。由于LED的光強分布為朗伯型，如果直接應用于照明，則會在目標面上形成極為不均勻的照度分布，無法滿足各種照明場合對燈具光學性能的要求。為了使LED更好的應用于照明領域，需要設計二次光學系統(tǒng)重新分配LED的光強分布，使得其在目標面能夠形成均勻或者其它特定的照度分布。[0003]目前多使用透鏡來實現(xiàn)LED的均勻照明，然而在走廊等某個方向視場角相對很大的矩形區(qū)域中，使用透鏡進行LED 二次配光時，由于存在全反射現(xiàn)象，透鏡的光效會隨著視場角的增大而下降。因此現(xiàn)有技術在大視場角照明的場合，只能采用多盞LED燈或者反射式的光學系統(tǒng)，而多盞LED燈會增加照明的成本，反射式的系統(tǒng)則加工相對復雜，成本較高，照明效果也不好。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的就是要解決上述現(xiàn)有LED 二次透鏡的不足，提供一種能夠在走廊等大視場角照明場合實現(xiàn)均勻照明并保持較高光效的大視場角LED照明透鏡。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設計的大視場角LED照明透鏡，包括:
[0006]第一曲面，為旋轉對稱自由曲面，用于將LED發(fā)出的光線折射，折射后的光線與第一曲面的對稱軸垂直；
[0007]第二曲面，為旋轉對稱自由曲面，用于將LED發(fā)出的光線折射，折射后的光線與第二曲面對稱軸上的點光源發(fā)出的光線重合；
[0008]第三曲面，為旋轉對稱拋物面，其焦點為第二曲面折射光線的虛擬光源點，利用全反射原理，用于將經過第二曲面折射之后的光線反射至與第三曲面對稱軸垂直的方向，并將LED發(fā)出的球面波轉換為柱面波；
[0009]第五曲面，為非對稱自由曲面，該自由曲面的作用是控制經過第一曲面、第二曲面和第三曲面之后柱面波的光線，使得這束光線在經過第五曲面之后在目標面上形成均勻的矩形照度分布；
[0010]第四曲面，為平面，用于連接第三曲面和第五曲面。
[0011]進一步地，所述第一曲面和第二曲面上點的坐標由下式計算得出:
[0012]確定初始點的坐標值，初始點為曲面與立體空間的Z軸的交點，通過迭代的方式計算輪廓曲線上點的坐標值，設定當前已知點(Xp1, Zi^1)的法向量為N= (Nx, Nz),要計算的輪廓曲線下一點對應的入射光線與z軸的夾角為Θ i，則下一點的坐標值(Xi，Zi)為:
【權利要求】
1.一種大視場角LED照明透鏡，其特征在于包括: 第一曲面(1)，為旋轉對稱自由曲面，用于將LED發(fā)出的光線折射，折射后的光線與第一曲面(I)的對稱軸垂直； 第二曲面(2)，為旋轉對稱自由曲面，用于將LED發(fā)出的光線折射，折射后的光線與第二曲面對稱軸上的點光源發(fā)出的光線重合； 第三曲面(3)，為旋轉對稱拋物面，其焦點為第二曲面折射光線的虛擬光源點，利用全反射原理，用于將經過第二曲面折射之后的光線反射至與第三曲面(3)對稱軸垂直的方向，并將LED發(fā)出的球面波轉換為柱面波； 第五曲面(5)，為非對稱自由曲面，該自由曲面的作用是控制經過第一曲面(I)、第二曲面(2)和第三曲面(3)之后柱面波的光線，使得這束光線在經過第五曲面(5)之后在目標面上形成均勻的矩形照度分布； 第四曲面(4)，為平面，用于連接第三曲面(3)和第五曲面(5)。
2.根據(jù)權利要求1所述的大視場角LED照明透鏡，其特征在于:所述第一曲面(I)和第二曲面(2)上點的坐標由下式計算得出: 確定初始點的坐標值，初始點為曲面與立體空間的z軸的交點,通過迭代的方式計算輪廓曲線上點的坐標值，設定當前已知點(Xp1, Zi^1)的法向量為N= (Nx, Nz),要計算的輪廓曲線下一點對應的入射光線與z軸的夾角為Θ i，則下一點的坐標值(Xi，Zi)為:
3.根據(jù)權利要求1所述的大視場角LED照明透鏡，其特征在于:所述第五曲面(5)由多個子自由曲面組成，相鄰的兩個子自由曲面之間由平行于z軸的平面連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的大視場角LED照明透鏡，其特征在于:所述第五曲面(5)上坐標點由下式計算得出: 第五曲面(5)上點的短軸坐標與第一曲面(I)、第二曲面(2)和第三曲面(3)的短軸坐標相同，設定短軸為X軸，在X軸上選取一系列的點，這些點之間包含的光能量相同，在平面x=0或χ=Χ上構造第五曲面(5)的初始骨架曲線，其中X為第三曲面(3)x軸坐標的最大值，首先設定初始點，通過迭代可以求得該骨架曲線上點的I軸和z軸坐標為:

【文檔編號】F21Y101/02GK103912845SQ201410126870
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權日:2014年3月31日
【發(fā)明者】張曉暉, 陳琛, 陳亮, 程剛 申請人:中國人民解放軍海軍工程大學