專利名稱：：一種led二次配光的方法
技術(shù)領域：
：本發(fā)明屬于應用光學領域，特別涉及一種對LED光源進行二次配光的方法。
背景技術(shù)：
：隨著節(jié)能環(huán)保的觀念深入人心，目前各類型電子裝置的發(fā)展方向，也逐漸朝向符合環(huán)保與節(jié)能的需求而進行，其中，以照明與光源的需求最為突出，主要的原因在于照明是人類生活中不可或缺的重要組成部分，另外，只要有關顯示的電子裝置，也均需要光源的配合，才能使顯示的內(nèi)容得以有效的呈現(xiàn)，例如液晶電視、具有顯示屏的通訊裝置、計算機用的液晶顯示屏等，都離不開光源的應用；再者，為達到符合環(huán)保與節(jié)能的需求，繼白熾燈、節(jié)能燈、金鹵燈之后，LED(LightEmittingDiode，發(fā)光二極管)以其發(fā)光效率高、節(jié)能、環(huán)保等特點，成為新一代光源，并逐漸取代傳統(tǒng)光源。由于LED的光束為定向發(fā)射，因此在實際使用時，需要加以二次光學設計，才可滿足照明要求。目前，為了提高LED的出光效率和使用便利性，一般需要對LED光源進行一次封裝，比如采用球透鏡的封裝方式，而在特定的應用場合，如用于LED路燈照明時，要求光線集中照射，以形成所需要的光斑，因此需要對一次封裝后的LED光源進行二次光學處理，現(xiàn)今一般的處理方式是在一組LED光源前加裝一個公共的二次透鏡，以達到聚光的目的。目前LED面光源集光元件包括CPC(含拋物面聚光器)、TLP及TIR透鏡等，但其設計方法大多過于復雜，設計試驗成本高昂，或者僅由簡單的幾何體拼湊組成，無法實現(xiàn)充分有效的照明需求；有的甚至將LED看作傳統(tǒng)點光源進行二次配光設計，不能達到所需的照明亮度，因此需要有一種更直接更有效的二次光學設計方法。有鑒于此，本發(fā)明人針對LED光源的二次配光方法進行潛心研究，終有本案產(chǎn)生。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的，在于提供一種LED二次配光的方法，其步驟簡單，得到的透鏡配光效果好。為了達成上述目的，本發(fā)明的解決方案是—種LED二次配光的方法，包括如下步驟(1)收集被照面A的光軸夾角Y和發(fā)射面夾角9，以光軸夾角Y和發(fā)射面夾角9的函數(shù)建立特征矩陣P;(2)確定透鏡的折射率；(3)測量LED光源的關于光強角度的函數(shù)I(Y);(4)根據(jù)每個以Y和9為變量的立體角a，結(jié)合特征矩陣P，計算得到該點對應的弦長L二F(Y，e，13);(5)將每個點的球坐標L(Y，e)轉(zhuǎn)換為直角坐標L(x，y，z);(6)根據(jù)步驟(5)中的直角坐標擬合對應不同9值的曲線，生成所需透鏡的外表面，而透鏡的內(nèi)表面與LED光源的一次光學元件表面完全吻合。上述步驟(6)中使用Pro-E或Solidworks或者其他三維設計軟件擬合曲線。上述步驟(6)中，還對擬合得到的曲線進行局部平滑化。采用上述方案后，本發(fā)明只需要測量被照明需求的照度分布函數(shù)和LED光源的光3強分布曲線，就可根據(jù)簡單的公式，計算得到所需光線透鏡的曲面數(shù)據(jù)，再使用軟件編程等方法擬合曲線，生成曲面，即可得到所需的二次配光透鏡的規(guī)格，省卻了傳統(tǒng)處理方式中繁瑣復雜的光學設計步驟，大大縮短設計時間和成本，且得到的透鏡能夠?qū)崿F(xiàn)有效的配光。圖1是本發(fā)明較佳實施例中LED光源光強角度的曲線示意圖；圖2是本發(fā)明較佳實施例中二次配光的照度分布示意圖；圖3是本發(fā)明較佳實施例的光路示意圖；圖4是本發(fā)明的工作流程示意圖。具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細說明。參考圖4所示，本發(fā)明一種LED(LightEmittingDiode，發(fā)光二極管)二次配光的方法，包括如下幾個步驟(1)收集被照面A的照度分布需求數(shù)據(jù)，也即光軸夾角Y(指被照面上的被照點與光源的垂直角度)和發(fā)射面夾角e(指被照面上光源的投影點與被照點的水平角度)，可參考圖2中所示出的P點，并將每組數(shù)據(jù)對應建立特征矩陣P，該特征矩陣13是光軸夾角y與發(fā)射面夾角e的函數(shù)F(Yn，en)=sinen/C0S(en-Yn)(卜化Yn)，(其中n=^，3，……)f(Yi，e》，f(Yi，e2)，f(y2,e!)，f(y2,e2)，f(Yi,en)'f(y2,en)F(yn，ej，f(yn,e2)，……F(Yn,en)可參考表i所示，是本發(fā)明一個較佳實施例某一區(qū)域的照明需求數(shù)據(jù)示例；表i5456586063666972757881848790785858595959606061646771788890815858595959606061646771788890845959596060616264677176818890875959596060616264677176818890905959596060616264677176818890(2)根據(jù)各種不同材質(zhì)與型號的透鏡，確定其折射率i，如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)的折射率為i=1.49;(3)通過測量得出所選擇LED光源關于光強角度的函數(shù)I(Y)，如下表2所示是本實施例的數(shù)據(jù)列舉，而圖1中所示為I關于Y的函數(shù)曲線示意4表2<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>(4)根據(jù)每個以Y和9為變量的立體角a，結(jié)合特征矩陣13，計算得到該點對應的弦長L二F(y，e，i，m)=m*i*(l-C0S|3)/agY*tge)，(其中i為折射率；m為鏡頭縮放尺寸系數(shù)，可任意調(diào)整)，可得到所需透鏡外表面的曲面形狀參數(shù)，而透鏡的內(nèi)表面與LED光源的一次光學元件表面完全吻合；(5)根據(jù)公式①、②和③x=Lsinycos9①y=Lsinysin9②z=Lcosy③將每個點的球坐標M(L，y，e)轉(zhuǎn)換為直角坐標M(x，y，z);(6)在Pro-E、Solidworks或者其他三維設計軟件等軟件環(huán)境中，導入各個點M(x，y，z)的數(shù)據(jù)，擬合成對應各個不同9值的曲線，再生成曲面，建立所需透鏡的3D模型，在本實施例中，具體是按每隔5度射出一條光線，一共模擬16條光線的光路，參考圖3所示，通過透鏡的折射作用后，可在被照面A上得到均勻的分布；(7)對擬合得到的曲線進行等比例縮放尺寸，以使不同角度的光線按照要求被分布到被照面A的預定區(qū)域；(8)結(jié)合注塑與模具的實際生長制造可行性，對生成的透鏡曲面進行局部平滑化，并在數(shù)控加工中心、注塑機上進行加工成型；(9)根據(jù)LED光源的外形尺寸和安裝位置，增加透鏡的定位插銷或粘合面附加部件。綜上所述，本發(fā)明一種LED二次配光的方法，重點在于采集被照面A的照度分布需求數(shù)據(jù)、光強分布曲線及透鏡折射率等參數(shù)，經(jīng)過簡單的公式計算，即可得到所需透鏡曲面的參數(shù)描述，再利用軟件擬合，即可生成所需的透鏡形態(tài)。此種方法過程簡單，減少了傳統(tǒng)技術(shù)復雜繁瑣的二次光學設計，直接通過公式得出所需透鏡的曲面數(shù)據(jù)，縮短設計時間及設計成本，且設計出的透鏡符合照明要求，可使單位立體角上的每束光均按要求分布到被照面的預定區(qū)域。以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。權(quán)利要求一種LED二次配光的方法，其特征在于包括如下步驟(1)收集被照面A的光軸夾角γ和發(fā)射面夾角θ，以光軸夾角γ和發(fā)射面夾角θ的函數(shù)建立特征矩陣β；(2)確定透鏡的折射率；(3)測量LED光源的關于光強角度的函數(shù)I(γ)；(4)根據(jù)每個以γ和θ為變量的立體角α，結(jié)合特征矩陣β，計算得到該點對應的弦長；(5)將每個點的球坐標L(γ，θ)轉(zhuǎn)換為直角坐標L(x，y，z)；(6)根據(jù)步驟(5)中的直角坐標擬合對應不同θ值的曲線，生成所需透鏡的外表面，而透鏡的內(nèi)表面與LED光源的一次光學元件表面完全吻合。2.如權(quán)利要求1所述的一種LED二次配光的方法，其特征在于所述步驟(6)中使用Pro-E或Solidworks三維設計軟件擬合曲線。3.如權(quán)利要求1所述的一種LED二次配光的方法，其特征在于所述步驟(6)中，還對擬合得到的曲線進行等比例縮放尺寸。4.如權(quán)利要求1所述的一種LED二次配光的方法，其特征在于所述步驟(6)中，還對擬合得到的曲線進行局部平滑化。全文摘要本發(fā)明公開一種LED二次配光的方法，包括如下步驟(1)收集被照面A的光軸夾角γ和發(fā)射面夾角θ，以光軸夾角γ和發(fā)射面夾角θ的函數(shù)建立特征矩陣β；(2)確定透鏡的折射率i；(3)測量LED光源的關于光強角度的函數(shù)I(γ)；(4)根據(jù)每個以γ和θ為變量的立體角α，結(jié)合特征矩陣β，計算得到該點對應的弦長L＝F(γ，θ，i，m)；(5)將每個點的球坐標L(γ，θ)轉(zhuǎn)換為直角坐標L(x，y，z)；(6)根據(jù)步驟(5)中的直角坐標擬合對應不同θ值的曲線，生成所需透鏡的外表面，而透鏡的內(nèi)表面與LED光源的一次光學元件表面完全吻合。此方法步驟簡單，得到的透鏡配光效果好。文檔編號F21V5/00GK101725894SQ20081007203公開日2010年6月9日申請日期2008年10月29日優(yōu)先權(quán)日2008年10月29日發(fā)明者葉榮南申請人:葉榮南