[发明专利]基于非成像光学的均匀光强LED反射发光方法

说明书

技术领域

本发明涉及LED光学发光领域，尤其涉及一种基于非成像光学的均匀光强LED反射发光方法。

背景技术

LED作为新一代的绿色光源，具有体积小、寿命长、电光效率高、环保节能等诸多优点，这使得LED照明技术在最近几年得到了迅速发展。但是由于LED光源发出的光近似朗伯型，即光强呈余弦分布，直接用于照明，会在路面上形成一个不均匀的圆斑，中心处很亮，而在径向衰减很快。这就需要发明相应的光学系统进行重新分配。

目前常用的配光方案是根据非成像光学理论，通过发明自由曲面对LED进行配光。但常见的自由曲面都是按照均匀照度的要求来进行配光发明的，而在航标灯、交通灯等信号指示灯或室内照明等某些领域需要实现均匀光强的分布。王霖等人根据能量守恒建立偏微分方程，实现了点光源的均匀光强反射器发明；杜乃峰采用边缘光线法原理，实现了扩展光源的均匀光强反射器发明；付倩等人通过设置虚拟目标面实现了半角为60°的均匀光强反射器发明；但这些方案会由于反射器对光的吸收而损失较大的能量，不利于节能。这就亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于非成像光学的均匀光强LED反射发光方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种基于非成像光学的均匀光强LED反射发光方法，其包括如下步骤：

S1，以LED光源作为原点建立坐标，建立入射、出射光线和法线矢量；

S2，结合LED光源辐射通量与目标照明面接收到的光通量相等列出方程；

S3，LED光源出射经过自由曲面反射器照射到目标面形成光强均匀的圆形光斑，根据光强均匀建立目标面坐标和自由曲面的坐标的关系；

S4，根据已知照明目标面的坐标，求出反射器的自由曲面坐标，根据得到的反射器进行LED均匀光强照射。

所述的基于非成像光学的均匀光强LED反射发光方法，优选的，所述S1包括：

建立坐标系，设LED光源位于坐标系原点；θ是光源发出的光线与z轴的夹角，设的光线经自由曲面反射到目标照明面的中心，θ＝θ_T的光线经自由曲面反射到目标照明面的边缘。由能量守恒定律得：

式中，I₀是中心光强，I_c是经过配光后的出射光强，由于发明要求是实现均匀光强，所以I_c为常量。是经过配光后出射光线与z轴的夹角，是经过配光后的最大出射角度；

化简得

从而得到出射光强I_c与最大出射角度的关系。

所述的基于非成像光学的均匀光强LED反射发光方法，优选的，所述S2包括：

由能量守恒定律得：

联立和得，

得到光源发出的光线与z轴的夹角θ与经过配光后出射光线与z轴的夹角的对应关系。

所述的基于非成像光学的均匀光强LED反射发光方法，优选的，所述S3包括：

Snell定律的矢量形式如下：