The invention discloses a design method of a double freeform surface lens used for the close range illumination of an LED surface light source. The double free-form surface lens includes an inner surface and an outer surface, both of which are free-form surfaces, and the contour lines of the inner and outer surfaces are the inner contour curves and the outer contour curves of the lens respectively. The design method comprises the following steps: determining the relationship between illuminance distribution of illuminating surface and parameters of LED surface light source; determining the inner and outer contour curve of double free-form surface lens. The determination of the contour line of the bifurcated surface lens includes the following steps: fitting the inner and outer contour curves of the initial lens of the incident and outgoing surfaces with parabola; iteratively calculating other parts of the bifurcated surface. The invention combines the edge light method and the reverse derivation method to solve the difficult problem of the LED surface light source short distance lighting. The lens designed in the invention is a double free-form surface lens, which provides a greater degree of design freedom in the design process compared with a single free-form surface lens.
【技术实现步骤摘要】
用于LED面光源近距离照明的双自由曲面透镜设计方法
本专利技术涉及光学器件领域，特别涉及一种用于LED面光源近距离照明场景的双自由曲面透镜设计方法。
技术介绍
作为新一代光源，LED具有寿命长、能耗低、体积小等优点，被广泛应用在不同的照明场景，并逐步取代传统光源。针对LED点光源的自由曲面透镜设计方法也已经成熟完善。但是对于需要使用紧凑型结构的光学系统，LED光源的发光面的面积不能忽略，传统的LED点光源透镜设计方法已经难以在LED面光源中应用。针对LED面光源，现有方法通过控制光源的边缘光线，计算透镜的二维轮廓线来重新调整光强分布以实现在三维空间中特定的光强分布。但是，照明面上的特定照度分布与三维空间上的光强分布的对应关系，是基于照明距离比较长的前提下推导的，仅适用于远场照明的场景。当照明距离与光学透镜的尺寸之比例较小时，如LED近距离背光显示，照明面的照度分布和对应的光强分布不再具有简单的映射关系。此时，依靠重新调整光强分布的面光源设计方法难以实现LED面光源的近距离照明。
技术实现思路
本专利技术的...
【技术保护点】
1.一种用于LED面光源近距离照明的双自由曲面透镜设计方法，双自由曲面透镜包括内曲面和外曲面，内外曲面均为自由曲面，内外曲面的轮廓线分别为透镜内轮廓曲线和透镜外轮廓曲线，其特征在于，所述设计方法包括以下步骤：/nS1、确定照明面照度分布与LED面光源参数的关系；/nS2、双自由曲面透镜内外轮廓曲线的确定。/n
【技术特征摘要】
1.一种用于LED面光源近距离照明的双自由曲面透镜设计方法，双自由曲面透镜包括内曲面和外曲面，内外曲面均为自由曲面，内外曲面的轮廓线分别为透镜内轮廓曲线和透镜外轮廓曲线，其特征在于，所述设计方法包括以下步骤：
S1、确定照明面照度分布与LED面光源参数的关系；
S2、双自由曲面透镜内外轮廓曲线的确定。
2.根据权利要求1所述的一种用于LED面光源近距离照明的双自由曲面透镜设计方法，其特征在于，在S1中，照明面照度分布与LED面光源参数的关系确定如下：
在二维照明面上选取一段宽度为Δx的线段，该线段对应照明区域X，该照明区域X两端的入射光线分别来自LED面光源的两边缘S1和S2，根据边缘光线法和光线可逆的原理，即逆向考虑光线从X出射经过透镜入射到LED发光面，此时LED发光面为接收器，则照明区域X总光通量ΔΦ可表示为：
其中，θ1和θ2是两个锐角，分别表示为LED面光源两条边缘光线在X处与光轴的夹角，并定义若光线顺时针旋转到平行于光轴的方向，则θ1或θ2为正，反之为负；L表示LED面光源的照度，近似为定值；
假设照明区域X的平均照度为E(x)，则照明区域X获得的总光通量ΔΦ也表示为：
ΔΦ＝E(x)·Δx
将以上两式化简得到照明面上的照度表示为：
E(x)＝L·Ω2D(x)
其中Ω2D(x)定义为投影角度正弦差，其表达式如下：
Ω2D(x)＝sinθ1-sinθ2
至此，得到了照明面上的照度值E(x)与θ1和θ2的关系。
3.根据权利要求1所述的一种用于LED面光源近距离照明的双自由曲面透镜设计方法，其特征在于，在S2中，双自由曲面透镜的轮廓线的确定包括以下步骤：
(1)用抛物线拟合入射面和出射面的初始透镜内外轮廓曲线；
(2)迭代计算双自由曲面的其他部分。
4.根据权利要求3所述的一种用于LED面光源近距离照明的双自由曲面透镜设计方法，其特征在于，所述用抛物线拟合入射面和出射面的初始透镜内外轮廓曲线如下：
给初始透镜内外轮...
【专利技术属性】
技术研发人员：王洪，赖军，张辉，
申请(专利权)人：中山市华南理工大学现代产业技术研究院，华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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