带有折射透镜和反射器的LED准直照明光学装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种带有折射透镜和反射器的LED准直照明光学装置，涉及一种LED准直照明光学装置。它包括折射透镜、反射器、第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面、第九曲面、第十曲面、第十一曲面和第十二曲面，第一曲面为旋转对称自由曲面，第二曲面为半圆状平面，第三曲面为旋转对称自由曲面，第四曲面和第五曲面均为圆柱面，第六曲面为非旋转对称自由曲面，第八曲面和第九曲面均为反射自由曲面。本发明专利技术具有良好的光线控制能力，不仅可以实现双向准直的近似矩形光束，而且还能够保持较高的光效。

LED collimating illumination optical device with refracting lens and reflector

The invention discloses a LED collimating illumination optical device with a refracting lens and a reflector, relating to a LED collimating illumination optical device. It includes a refractive lens, reflector, the first surface and second surface, third surface, fourth surface, fifth surface, sixth surface, seventh surface, eighth surface, Ninth surface, tenth surface, the eleventh surface and the twelfth surface, the first surface is rotationally symmetric free surface, second surface semicircular plane, third surface for rotational symmetry free the fourth surface and the fifth curved surface to the cylindrical surface, the sixth surface is non rotationally symmetric free surface, the eighth surface and the free surface reflection surface is 9. The invention has good light control ability, can not only realize the bidirectional collimation of approximately rectangular beam, but also can maintain higher luminous efficiency.

【技术实现步骤摘要】
带有折射透镜和反射器的LED准直照明光学装置
本专利技术涉及一种LED准直照明光学装置，具体说是一种带有折射透镜和反射器的LED准直照明光学装置。
技术介绍
LED作为一种新型光源，由于其高光效，寿命长，无毒害等优点使其成为白炽灯、荧光灯等传统的光源的完美替代者。但由于LED的光强分布为圆形的朗伯型分布，如果直接应用于照明，则会在目标面上形成极为不均匀的照度分布，无法满足各种照明场合对灯具光学性能的要求。为了使LED更好的应用于照明领域，需要设计二次光学系统重新分配LED的光强分布，使得其在目标面能够形成均匀或者其它特定的照度分布。在船舶航行等可见光引导应用场合，需要近似矩形的准直光束，因此光线为双向准直光。为此，至少需要两个光学表面控制LED光线的方向，其中第一个表面控制横向方向准直，第二个表面控制纵向方向准直。中国专利技术专利申请说明书CN201410125879给出了一种用于获得圆形准直照明效果的设计方法。但无法获得近似矩形的准直光束。中国专利技术专利申请说明书CN201410126870给出了一种获得大视场角矩形照明的设计方法。但该方法最多可实现单向准直，无法实现近似矩形的双向准直光束。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种带有折射透镜和反射器的LED准直照明光学装置，它能控制横向方向和纵向方向光线准直，并且收集LED的全部光线，具有较高的光效。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：带有折射透镜和反射器的LED准直照明光学装置，其特征在于：包括折射透镜和反射器，所述折射透镜为由第一曲面、第二曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面和第七曲面构成的实体，所述反射器为由第八曲面、第九曲面、第十曲面、第十一曲面和第十二曲面构成的实体；其中，所述第一曲面为旋转对称自由曲面，用于将LED灯发出的光线折射，并使折射后的光线与第一曲面的对称轴垂直；所述第二曲面为半圆状平面，用于将LED发出的光线折射，并使折射后的所有光线均能到达第三曲面；所述第三曲面为利用全反射原理的旋转对称自由曲面，用于将经过第二曲面折射之后的光线反射至与对称轴垂直的方向；所述第四曲面和第五曲面均为圆柱面，经过所述第四曲面和第五曲面的折射后的光线均不改变方向；所述第一曲面的对称轴、第二曲面的对称轴、第三曲面的对称轴、第四曲面的对称轴和第五曲面的对称轴均为垂直第二曲面且经过第二曲面中心的轴线；所述第六曲面为非旋转对称自由曲面，用于准直已经被第一曲面、第二曲面、第三曲面准直，但未经过所述第四曲面和第五曲面的光线；所述第七曲面为不参与光线方向的控制的平面，用于连接所述第三曲面和第六曲面；所述第八曲面和第九曲面均为反射自由曲面，其中，第八曲面用于将来自第四曲面的光线准直，并使折射光线与z轴平行，第九曲面用于将来自第五曲面的光线准直；所述第十曲面和第十一曲面均为不参与光线方向控制的反射平面，均用于连接第八曲面和第九曲面；所述第十二曲面为不参与光线方向控制的平面，用于向外延展第八曲面、第九曲面、第十曲面和第十一曲面的厚度，并使第八曲面、第九曲面、第十曲面、第十一曲面和第十二曲面构成一个实体。在上述技术方案中，所述第一曲面上点的坐标由下式计算得出，确定第一曲面的初始点的坐标值，所述第一曲面的初始点为第一曲面与z轴的交点，并通过迭代的方式计算轮廓曲线上点的坐标值，令当前已知点(xi-1,zi-1)的法向量为N＝(Nx,Nz)，要计算的轮廓曲线下一点对应的入射光线与z轴的夹角为θi，则下一点的坐标值(xi,zi)为：其中k＝Nx/Nz。在上述技术方案中，所述第一曲面的初始点的z轴坐标值为3-100mm，最佳为6mm。第一曲面的边缘对应的LED光线与z轴夹角为5-50°，最佳为34°。在上述技术方案中，所述第二曲面垂直于z＝0平面，且所述第二曲面的初始点为第一曲面的边缘点。在上述技术方案中，所述第三曲面上点的坐标由下式计算得出，确定第三曲面的初始点的坐标值，所述第三曲面的初始点为第二曲面与x轴的交点，并通过迭代的方式计算轮廓曲线上点的坐标值，令当前已知点(xi-1,zi-1)的法向量为N＝(Nx,Nz)，要计算的轮廓曲线下一点对应的入射光线与z轴的夹角为θi，则下一点的坐标值(xi,zi)为：其中k＝Nx/Nz。在上述技术方案中，所述第一曲面的对称轴、第二曲面的对称轴、第三曲面的对称轴、第四曲面的对称轴和第五曲面的对称轴均为x轴，且第四曲面和第五曲面的初始点为第三曲面的边缘点。在上述技术方案中，所述第六曲面上点的坐标由下式计算得出，首先确定第六曲面的初始点的坐标值，所述第六曲面的初始点为第四曲面的边缘点，通过迭代的方式计算轮廓曲线上点的坐标值,令当前已知点(yi-1,zi-1)的法向量为N＝(Ny,Nz)，要计算的轮廓曲线下一点对应的入射光线与z轴的夹角为θi，则下一点的坐标值(yi,zi)为：其中k＝Ny/Nz。在上述技术方案中，所述第八曲面和第九曲面上的点的坐标均由下式计算得出，确定第八曲面和第九曲面的初始点的坐标值，所述第八曲面和第九曲面的初始点均为第一曲面与z轴的交点，并通过迭代的方式计算轮廓曲线上点的坐标值，令当前已知点(yi-1,zi-1)的法向量为N＝(Ny,Nz)，要计算的轮廓曲线下一点对应的入射光线与z轴的夹角为θi，则下一点的坐标值(yi,zi)为：其中k＝Ny/Nz。本专利技术具有良好的光线控制能力，不仅可以实现双向准直的近似矩形光束，而且还能够保持较高的光效。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为折射透镜的结构示意图。图3为折射透镜不包含第六、第七曲面时的结构示意图。图4为图2的仰视图。图5为反射器的结构示意图。图6为本专利技术在光学设计软件中最后出射光斑照度分布的仿真结果。图中1-折射透镜,11-第一曲面,12-第二曲面,13-第三曲面,14-第四曲面,15-第五曲面,16-第六曲面,17-第七曲面,2-反射器,21-第八曲面,22-第九曲面,23-第十曲面,24-第十一曲面,25-第十二曲面。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术的实施情况，但它们并不构成对本专利技术的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本专利技术的优点更加清楚和容易理解。参阅附图可知：带有折射透镜和反射器的LED准直照明光学装置，其特征在于：包括折射透镜1和反射器2，所述折射透镜1为由第一曲面11、第二曲面12、第三曲面13、第四曲面14、第五曲面15、第六曲面16和第七曲面17构成的实体，所述反射器2为由第八曲面21、第九曲面22、第十曲面23、第十一曲面24和第十二曲面25构成的实体；其中，所述第一曲面11为旋转对称自由曲面，用于将LED灯发出的光线折射，并使折射后的光线与第一曲面的对称轴垂直；经LED灯发出的光线折射与z轴的最大夹角由透镜材料的折射率决定，所述第一曲面11上点的坐标由斯涅尔定律计算得到；所述第二曲面12为半圆状平面，用于将LED发出的光线折射，并使折射后的所有光线均能到达第三曲面；所述第二曲面12上点的坐标由斯涅尔定律计算得到；所述第三曲面13为利用全反射原理的旋转对称自由曲面，用于将经过第二曲面12折射之后的光线反射至与对称轴垂直的方向；所述第四曲面14和第五曲面15均为圆柱面，经过所述第四曲面14和第五曲面15的折射后的光线均不改变方向；所述第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
带有折射透镜和反射器的LED准直照明光学装置，其特征在于：包括折射透镜(1)和反射器(2)，所述折射透镜(1)为由第一曲面(11)、第二曲面(12)、第三曲面(13)、第四曲面(14)、第五曲面(15)、第六曲面(16)和第七曲面(17)构成的实体，所述反射器(2)为由第八曲面(21)、第九曲面(22)、第十曲面(23)、第十一曲面(24)和第十二曲面(25)构成的实体；其中，所述第一曲面(11)为旋转对称自由曲面，用于将LED灯发出的光线折射，并使折射后的光线与第一曲面的对称轴垂直；所述第二曲面(12)为半圆状平面，用于将LED发出的光线折射，并使折射后的所有光线均能到达第三曲面；所述第三曲面(13)为利用全反射原理的旋转对称自由曲面，用于将经过第二曲面(12)折射之后的光线反射至与对称轴垂直的方向；所述第四曲面(14)和第五曲面(15)均为圆柱面，经过所述第四曲面(14)和第五曲面(15)的折射后的光线均不改变方向；所述第一曲面(11)的对称轴、第二曲面(12)的对称轴、第三曲面(13)的对称轴、第四曲面(14)的对称轴和第五曲面(15)的对称轴均为垂直第二曲面(12)且经过第二曲面(12)中心的轴线；所述第六曲面(16)为非旋转对称自由曲面，用于准直已经被第一曲面(11)、第二曲面(12)、第三曲面(13)准直，但未经过所述第四曲面(14)和第五曲面(15)的光线；所述第七曲面(17)为不参与光线方向的控制的平面，用于连接所述第三曲面(13)和第六曲面(16)；所述第八曲面(21)和第九曲面(22)均为反射自由曲面，其中，第八曲面(21)用于将来自第四曲面(14)的光线准直，并使折射光线与z轴平行，第九曲面(22)用于将来自第五曲面(15)的光线准直；所述第十曲面(23)和第十一曲面(24)均为不参与光线方向控制的反射平面，均用于连接第八曲面(21)和第九曲面(22)；所述第十二曲面(25)为不参与光线方向控制的平面，用于向外延展第八曲面(21)、第九曲面(22)、第十曲面(23)和第十一曲面(24)的厚度，并使第八曲面(21)、第九曲面(22)、第十曲面(23)、第十一曲面(24)和第十二曲面(25)构成一个实体。...

【技术特征摘要】
1.带有折射透镜和反射器的LED准直照明光学装置，其特征在于：包括折射透镜(1)和反射器(2)，所述折射透镜(1)为由第一曲面(11)、第二曲面(12)、第三曲面(13)、第四曲面(14)、第五曲面(15)、第六曲面(16)和第七曲面(17)构成的实体，所述反射器(2)为由第八曲面(21)、第九曲面(22)、第十曲面(23)、第十一曲面(24)和第十二曲面(25)构成的实体；其中，所述第一曲面(11)为旋转对称自由曲面，用于将LED灯发出的光线折射，并使折射后的光线与第一曲面的对称轴垂直；所述第二曲面(12)为半圆状平面，用于将LED发出的光线折射，并使折射后的所有光线均能到达第三曲面；所述第三曲面(13)为利用全反射原理的旋转对称自由曲面，用于将经过第二曲面(12)折射之后的光线反射至与对称轴垂直的方向；所述第四曲面(14)和第五曲面(15)均为圆柱面，经过所述第四曲面(14)和第五曲面(15)的折射后的光线均不改变方向；所述第一曲面(11)的对称轴、第二曲面(12)的对称轴、第三曲面(13)的对称轴、第四曲面(14)的对称轴和第五曲面(15)的对称轴均为垂直第二曲面(12)且经过第二曲面(12)中心的轴线；所述第六曲面(16)为非旋转对称自由曲面，用于准直已经被第一曲面(11)、第二曲面(12)、第三曲面(13)准直，但未经过所述第四曲面(14)和第五曲面(15)的光线；所述第七曲面(17)为不参与光线方向的控制的平面，用于连接所述第三曲面(13)和第六曲面(16)；所述第八曲面(21)和第九曲面(22)均为反射自由曲面，其中，第八曲面(21)用于将来自第四曲面(14)的光线准直，并使折射光线与z轴平行，第九曲面(22)用于将来自第五曲面(15)的光线准直；所述第十曲面(23)和第十一曲面(24)均为不参与光线方向控制的反射平面，均用于连接第八曲面(21)和第九曲面(22)；所述第十二曲面(25)为不参与光线方向控制的平面，用于向外延展第八曲面(21)、第九曲面(22)、第十曲面(23)和第十一曲面(24)的厚度，并使第八曲面(21)、第九曲面(22)、第十曲面(23)、第十一曲面(24)和第十二曲面(25)构成一个实体。2.根据权利要求1所述的带有折射透镜和反射器的LED准直照明光学装置，其特征在于：所述第一曲面(11)上点的坐标由下式计算得出,确定第一曲面(11)的初始点的坐标值，所述第一曲面(11)的初始点为第一曲面(11)与z轴的交点，通过迭代的方式计算轮廓曲线上点的坐标值，令当前已知点(xi-1,zi-1)的法向量为N＝(Nx,Nz)，要计...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓晖，刘典宏，陈琛，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42