一种双自由曲面的LED准直透镜设计方法，包括步骤一：完成双自由曲线离散点坐标迭代关系的推导；步骤二：通过Matlab计算软件求出自由曲线的轨迹离散坐标；步骤三：将离散坐标导入proe 3D建模软件建立实体透镜模型；步骤四：通过TracePro光学仿真软件对实体模型进行光线追迹。本发明专利技术能够大大节省时间，并能使光线进行精确控制，而且通过不同的初始值，可获得不同形状准直透镜，满足不同场合的应用，并且能够使得在离透镜距离很大范围内的照度均匀性达到90%以上，不仅解决了传统准直透镜，由于光强分布曲线呈类高斯分布，使得大部分能量分配在照射区域中央而产生明显的眩光的现象，而且在能量收集率上有了显著的提高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及LED二次光学设计领域，特别是涉及一种由双自由曲线旋转而成的双 自由曲面LED准直透镜设计方法。
技术介绍
半导体照明（LH)照明）是继白炽灯、荧光灯之后的第三次光源革命。由于具有高 效、节能、环保、长寿命、近似点光源等显著特点，是近年来全球最具发展前景的高
之一，获得了世界主要国家和地区的大力支持，目前全球LED产业已经进入快速发展期，广 泛应用于各种室内和室外照明领域，包括平面显示、数字家电、汽车电子和特种照明灯等， 全球LED照明渗透率正在快速提升。 由于LED光源发出的光近似朗伯型，即光强呈余弦分布，不能直接用于照明，二次 光学设计具有改变Lm)的光线输出，根据应用场合重新分配光线尽量减少光损失，提高光 利用效率，降低成本等优势，使得其对提高系统性能，满足不同的应用需求，及对拓宽 LED 光源的应用范围显得尤为重要。目前，LED照明光学设计主要是通过自由曲面来重新配光以 实现所需照明，一种是经验法，另一种是偏微分法，其理论基础主要是基于点光源单波长的 设计，而对于近场，即扩展光源的设计还无明显突破。近年来，LED产业不断追求越来越小的 封装体积，并且要在体积更小的情况下达到相同的发光效率。芯片级封装CSP(chip scale package)技术(业界多将CSP技术定义为封装体积与LED晶片相同，或是封装体积不大于 LED晶片20%)的发展恰好符合这个趋势，目前封装好的最小光源面积已接近更 小尺寸的光源正在发展中，在这一技术背景下，LED近似点光源的优势愈专利技术显，使得通过 LED二次光学设计实现光路的精确控制成为可能。 目前，多种基于LED点光源的准直透镜被成功设计，主要有两种类型的准直系统: 1) 一种是菲涅耳透镜，2)-种是自由曲面透镜。但大部分设计结果的光强分布曲线呈类 高斯分布，使得大部分能量分配在照射区域中央，产生 明显的眩光。为了实现准直系统的均匀照度，2014年，Chen等人采用TIR透镜与双反射镜相结合思路缓解 了这一问题，但系统借助了两面反射镜，使得准直系统空间及成本大幅度增大，不利于该系 统的模块化与应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种双自由曲面的LED准直透 镜设计方法，该方法能够大大节省时间，并能使光线进行精确控制，而且通过不同的初始 值，可获得不同形状准直透镜，满足不同场合的应用。 4【主权项】1. 一种双自由曲面的LED准直透镜设计方法，其特征在于包括以下步骤： 步骤一：完成双自由曲线离散点坐标迭代关系的推导； 步骤二：通过Matlab计算软件求出自由曲线的轨迹离散坐标； 步骤三：将离散坐标导入proe3D建模软件建立实体透镜模型； 步骤四：通过TracePro光学仿真软件对实体模型进行光线追迹； 其中，步骤一所述的迭代关系，是基于非成像光学理论，利用能量守恒定理和菲涅耳定 律推导而成的，为了获得其迭代关系，建立直角坐标系，选取自由曲线任意两相邻的两点分 别定义为其坐标分别为（^，、（》^，)，（<，#)、（减m ，D，〇点为led光源位置，并定义直线>04与直线<24*1夹角为<?，直线^^X轴夹角为 其迭代关系为：B为透镜柯科的犰射卒，为321的犰射卒，透镜柯科为衆候酸酯CPc)现衆中盎闪烯酸 甲酯（P_a)或玻璃（Si02)或其它材料。2. 根据权利要求1所述的双自由曲面的LED准直透镜设计方法，其特征在于上述步骤 二所述的轨迹坐标，是通过引入初始值為坐标，馬坐标，以及步长0值代入步骤一中的迭代 关系，求出的轨迹坐标，其中為纵坐标>lftww*,馬纵坐标j也S 且<J)*|。3. 根据权利要求1所述的双自由曲面的LED准直透镜设计方法，其特征在于上述步骤 三所述的实体透镜模型，是首先将步骤二中所求的离散坐标值导入proe3D建模软件，然 后将上述坐标点阵拟合成曲线，旋转成实体模型。4. 根据权利要求1所述的双自由曲面的LED准直透镜设计方法，其特征在于上述步骤 四所述的光线追迹，是将proe3D建模软件所建的实体模型导入到TracePro光学仿真软件 中进行光线追迹模拟，验证并分析所建模型，其中光源是通过以l_Xlmm平面朗伯光源经 周围吸收板吸收大角度光源的方式制备而成，总光通量为〇. 31858W，进入透镜的光线约30 万条，接收面分别为离光源10米、100米、1000米的正方形屏。【专利摘要】一种双自由曲面的LED准直透镜设计方法，包括步骤一：完成双自由曲线离散点坐标迭代关系的推导；步骤二：通过Matlab计算软件求出自由曲线的轨迹离散坐标；步骤三：将离散坐标导入proe 3D建模软件建立实体透镜模型；步骤四：通过TracePro光学仿真软件对实体模型进行光线追迹。本专利技术能够大大节省时间，并能使光线进行精确控制，而且通过不同的初始值，可获得不同形状准直透镜，满足不同场合的应用，并且能够使得在离透镜距离很大范围内的照度均匀性达到90%以上，不仅解决了传统准直透镜，由于光强分布曲线呈类高斯分布，使得大部分能量分配在照射区域中央而产生明显的眩光的现象，而且在能量收集率上有了显著的提高。【IPC分类】F21V5-04, F21Y101-02【公开号】CN104696884【申请号】CN201510081535【专利技术人】张志清, 陈志涛, 许毅钦, 张康, 刘晓燕, 刘宁炀, 赵维 【申请人】广东省工业技术研究院(广州有色金属研究院)【公开日】2015年6月10日【申请日】2015年2月15日本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种双自由曲面的LED准直透镜设计方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：完成双自由曲线离散点坐标迭代关系的推导；步骤二：通过Matlab计算软件求出自由曲线的轨迹离散坐标；步骤三：将离散坐标导入proe 3D建模软件建立实体透镜模型；步骤四：通过TracePro光学仿真软件对实体模型进行光线追迹；其中，步骤一所述的迭代关系，是基于非成像光学理论，利用能量守恒定理和菲涅耳定律推导而成的，为了获得其迭代关系，建立直角坐标系，选取自由曲线任意两相邻的两点分别定义为、、、，其坐标分别为(,)、(,)，(,)、(,)，点为LED光源位置，并定义直线与直线夹角为，直线与x轴夹角为，其迭代关系为：（1）（2）（3）（4）其中：（5）（6）为透镜材料的折射率，为空气的折射率，透镜材料为聚碳酸酯（Pc）或聚甲基丙烯酸甲酯（Pmma）或玻璃（SiO2）或其它材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张志清，陈志涛，许毅钦，张康，刘晓燕，刘宁炀，赵维，
申请(专利权)人：广东省工业技术研究院广州有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。