[发明专利]全周光配光透镜的设计方法及相应的配光透镜

说明书

技术领域

本发明涉及一种透镜设计方法，尤其涉及一种可实现大于180度配光的全周光配光透镜的设计方法及相应的配光透镜。

背景技术

LED(Light Emitting Diode)以其效率高，光色纯、能耗低、寿命长、无污染等优点成为21世纪最具竞争力的新型光源。随着LED光通量及光效的不断提高，LED在照明领域的应用也越来越广泛。然而，LED芯片的表面出光为Lambertian分布，本身的出光角度只有120度，无法直接应用于照明系统，只有通过对其合理的二次配光才能满足不同的照明需求。

目前，市场上对LED光源的二次配光设计以投射型反射器和透镜为主，由于其配光光束角小于180度而只能实现单一表面的平面式投射式照明，不能实现整个空间的立体式照明，若用于室内灯具上很容易形成墙角或天花板照明暗区，严重影响人体的眼睛舒适度。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种全周光配光透镜的设计方法。

本发明解决的技术问题是：采用阶梯环圆形台自由曲面透镜如图1，代替现有技术中的投射型反射器或者透镜如图2，实现了光束角大于180度的全周光配光设计。

根据本发明提供的一种全周光配光透镜的设计方法，包括如下步骤：

步骤1：设置多条LED圈带以及环绕于LED圈带的二次配光透镜；

每条LED圈带均主要由在一平面内环形排列的LED光源构成；

所述多条LED圈带的包络面为一圆台侧面；

所述二次配光透镜形成的配光曲线分隔为与LED圈带数量相等的多个部分，所述多个部分与所述多个LED圈带一一对应；

部分配光曲线的配光角度小于180度，部分配光曲线的配光角度大于等于180度，各部分配光曲线所包含光通量比例等于各LED圈带的总光通比例；

步骤2：以任意一条LED圈带的光轴平面作为入射面，在所述入射面上，将光轴一侧的LED圈带的光源角度等分为N个小角，其中N≥4，即各光源角度按相等的角度间隔进行分配；

步骤3：将步骤1分隔好的配光曲线分为N个小段，N段配光曲线中的每段对应的光通量均与步骤2分配的光源角度光通量相等；

步骤4：将所述N个小角与所述配光曲线N个小段一一对应；

步骤5：以所述N个小段中的边缘小段作为起始被照小段，以边缘点为起始被照点，即对应所述N个小角中的一个小角；

步骤6：求出每条LED圈带所对应的两条连续曲线；

步骤7：将各条LED圈带所对应的两条连续曲线依次首尾连接形成一个封闭的曲线，然后将所述封闭的曲线绕LED圈带的LED光源的排列中心轴线旋转，形成全周光配光透镜的立体形状；

其中，所述步骤6包括如下步骤：

步骤6.1：根据全周光配光透镜的透镜入光面离开光源的距离要求，在与起始被照点对应的入射光线上取一点作为所述透镜入光面上的起始特征点，在该入光面上的起始特征点处，平行于LED光源与起始被照点连线的直线同入射光线形成一夹角，为二次配光透镜的起始光线偏折角，将所述起始光线偏折角分成第一偏折角和第二偏折角，第一偏折角和第二偏折角的角分线作为入射光线经过所述透镜入光面后的折射线，通过折射定律以及对应所述N个小角中的一个小角，求出与入光面上的起始特征点相邻的入光面上的第二特征点，该入光面上的第二特征点对应与起始被照点相邻的第二被照点；

步骤6.2：针对N个小段中的每一个小段执行步骤6.1，依次求出N个小段中的各个被照点所对应的透镜入光面上的各特征点的位置：

步骤6.3：在经过所述透镜入光面上的起始特征点后的折射线上，根据二次配光透镜的透镜厚度要求取一点，作为全周光配光透镜的透镜出光面上的起始特征点，采用如下方式，求出透镜出光面上的各特征点的位置：

步骤i1：在该出光面上的起始特征点处，平行于LED光源与起始被照点连线的直线同入射光线形成一夹角，为二次配光透镜的起始光线偏折角，将所述起始光线偏折角分成第一偏折角和第二偏折角，第一偏折角和第二偏折角的角分线作为入射光线经过所述透镜出光面后的折射线，通过折射定律以及对应所述N个小角中的一个小角，求出与出光面上的起始特征点相邻的出光面上的第二特征点，该出光面上的第二特征点对应与起始被照点相邻的第二被照点；

步骤i2：针对N个小段中的每一个小段执行步骤i1，依次求出N个小段中的各个被照点所对应的透镜出光面上的各特征点的位置；

步骤6.4：将所述透镜入光面上的各特征点依次连接，将所述透镜出光面上的各特征点依次连接，形成两条连续曲线。