專利名稱：Led配光透鏡曲面構造方法和led配光透鏡的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及應用光學領域，更具體的說是涉及一種LED配光透鏡曲面構造方法和LED配光透鏡。
背景技術：
LED (Light Emitting Diode,發(fā)光二極管)是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導體器件，LED由于其能耗低、發(fā)光效率高和壽命長等諸多優(yōu)點，被廣泛應用中各類照明系統(tǒng)中。由于LED器件的體積較小，使其發(fā)光面積小，方向性強，因此照射面積有限，需要進行二次配光，以滿足實際的照明需求。配光即是指將LED發(fā)射的光源強度重新進行分配，使得照明區(qū)域亮度分布達到要求的標準，目前，現(xiàn)有的LED的配光曲面構造方法，通常利用反射原理進行設計，由構造的配光曲面作為全反射面，構造成反光杯的側(cè)面，LED光源安裝在反光杯內(nèi)，從而使得光源照射到該側(cè)面的光全部反射回反光杯，從而減小了 LED發(fā)射到側(cè)面的光能量的損失，提高了光能利用率。但是，由于LED的光源方向性單一，主要能量集中在中間部分，反光杯的配光方法只是對發(fā)射到側(cè)面的光能量進行了分配，而LED光源發(fā)射的中間部分的絕大部分光能并不能進行重新分配，使得照明區(qū)域的亮度分布不均勻，且不能滿足將LED光源光線的進行大角度偏轉(zhuǎn)的需求，不能實現(xiàn)傾斜照明。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種LED配光透鏡曲面構造方法和LED的配光透鏡，用以解決LED光源配光不均勻、且不能實現(xiàn)傾斜照明的問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案一種LED配光透鏡曲面構造方法，包括按照能量等分原則將LED光源劃分成預設份數(shù)的子光源，并將確定的照明區(qū)域劃分成與所述LED光源相同份數(shù)且每份面積相等的照明網(wǎng)格；按照能量守恒定律建立每份子光源和每份照明網(wǎng)格的一一對應關系；依據(jù)該對應關系計算每份子光源的投射角度，以及，根據(jù)每份子光源對應的照明網(wǎng)格位置確定每份子光源偏轉(zhuǎn)角度；根據(jù)所述投射角度和偏轉(zhuǎn)角度確定第一入射角度和第一出射角度，以及第二入射角度和第二出射角度；根據(jù)所述第一入射角度和第一出射角度、第二入射角度和第二出射角度、以及獲取的透鏡的折射率，分別計算第一配光曲線斜率和第二配光曲線斜率；根據(jù)每一第一配光曲線斜率和每一第二配光曲線斜率分別構造第一配光曲面和第二配光曲面。優(yōu)選地，所述根據(jù)所述投射角度和偏轉(zhuǎn)角度確定第一入射角度和第二入射角度，以及第一出射角度和第二出射角度具體為將所述投射角度作為第一入射角度，所述偏轉(zhuǎn)角度的二分之一作為第一出射角度；將所述第一出射角度作為第二入射角度，所述偏轉(zhuǎn)角度作為第二出射角度。優(yōu)選地，所述按照能量等分原則將LED光源劃分成預設份數(shù)的子光源具體為將LED光源按照能量等分原則劃分成第一預設數(shù)個環(huán)形光源；按照角度平均原則將各個環(huán)形光源進行劃分，形成預設份數(shù)的子光源；則所述投射角度具體為每份子光源沿其角度方向的投射角度。
優(yōu)選地，每份子光源和每份照明網(wǎng)格的對應關系為/ I ( Θ ) d Θ = / Stds ；其中，Ι(θ) = A*COS20，為所述LED光源的光分布函數(shù)，Θ為每份子光源的投射角度，s為照明網(wǎng)格面積，t為平均照度值。優(yōu)選地，所述照明區(qū)域為矩形區(qū)域時，所述照明網(wǎng)格為面積相等的矩形網(wǎng)格，則，所述對應關系具體為/ I ( Θ ) d Θ = / stdxdy ；其中，所述LED光源與照明區(qū)域垂直相交的點為直角坐標系原點，x，y分別為照明網(wǎng)格所在位置到橫軸和縱軸的距離。優(yōu)選地，根據(jù)所述第一入射角度和第一出射角度、第二入射角度和第二出射角度、以及獲取的透鏡的折射率，分別計算第一配光曲線斜率和第二配光曲線斜率具體為將第一入射角度、第一出射角度和獲取的透鏡折射率帶入第一折射定律計算公式，計算第一配光曲線斜率；將第二入射角度、第二出射角度和獲取的透鏡折射率帶入第二折射定律計算公式，計算第二配光曲線斜率。優(yōu)選地，所述第一折射定律計算公式為ninlsin(3 ^ Θ inl) = noutlsin(3 ^ Θ outl)；所述第二折射定律計算公式為nin2sin ( β 2+ Θ in2) = nout2sin ( β 2+ Θ out2)；其中，Θ inl為第一入射角度，Θ outl為第一出射角度，所述ninl為空氣折射率，noutl為透鏡折射率，Θ in2為第二入射角度，Θ out2為第二出射角度，所述nin2為透鏡折射率，nout2為空氣折射率，計算出的正切值tan β i為第一配光曲線斜率，tan β 2為第二配光曲線斜率。優(yōu)選地，根據(jù)每份子光源對應的照明網(wǎng)格位置確定每份子光源的偏轉(zhuǎn)角度具體為將LED光源作為空間直角坐標系的原點；計算每份子光源對應的照明網(wǎng)格的坐標值；根據(jù)所述坐標值計算每份子光源的偏轉(zhuǎn)角度。優(yōu)選地，所述依據(jù)每一第一配光曲線斜率和每一第二配光曲線斜率分別構造第一配光曲面和第二配光曲面具體為建立空間坐標系；根據(jù)每一點所在配光曲線的法向量與所述配光曲線垂直關系以及每一第一配光曲線斜率和每一第二配光曲線斜率，計算第一配光曲面的各點在空間坐標系中的坐標值，以及，第二配光曲面的各點在空間坐標系中坐標；
根據(jù)第一配光曲面的各點坐標構造第一配光曲面，以及根據(jù)第二配光曲面的各點坐標構造第二配光曲面。一種LED配光透鏡，所述配光透鏡包括按照權利要求I 9任一項所述方法設計的第一配光曲面和第二配光曲面，所述配光透鏡靠近LED光源的一面為所述第一配光曲面，所述配光透鏡遠離LED光源的一面為所述第二配光曲面。經(jīng)由上述的技術方案可知，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供了一種LED配光透鏡曲面構造方法和LED配光透鏡，將LED光源和照明區(qū)域均劃分成預設份數(shù)的子光源，保證每份子光源能量相等，每份照明網(wǎng)格面積相等，依據(jù)能量守恒原理建立每份子光源和每份照明網(wǎng)格的一一對應，從而保證每份照明網(wǎng)格獲得光強度相等，然后根據(jù)對應關系式計算每份子光源的投射角度和偏轉(zhuǎn)角度，并計算出每份子光源光線經(jīng)過不同曲面時的入射角度和出射角度，根據(jù)不同的入射角度和出射角度，即可計算得出不同曲面上的配光曲線斜率，根據(jù)配光曲線斜率即可構造該曲面，本發(fā)明構造出第一配光曲面和第二配光曲面，將第一配光曲面作為LED配光透鏡靠經(jīng)LED光源一面,第二配光曲面作為LED配光透鏡遠離LED光源的一面，本發(fā)明依據(jù)能量守恒原理，將分布在照明區(qū)域上光強度重新分配，從而使得照明區(qū)域亮度分布均勻，同時采用兩個配光曲面，可以實現(xiàn)光源光線的大角度偏轉(zhuǎn)，因而可實現(xiàn)傾斜照明。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)明一種LED配光透鏡曲面構造方法一個實施例的流程圖；圖2為LED光源劃分示意圖；圖3為照明區(qū)域劃分示意圖；圖4為一份光源的光線折射關系示意圖；圖5為本發(fā)明一種LED配光透鏡的結(jié)構示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。本發(fā)明實施例公開了一種LED配光透鏡曲面構造方法和LED配光透鏡，將LED光源和照明區(qū)域均劃分成預設份數(shù)的子光源，保證每份子光源能量相等，每份照明網(wǎng)格面積相等，依據(jù)能量守恒原理建立每份子光源和每份照明網(wǎng)格的一一對應，從而保證每份照明網(wǎng)格獲得光強度相等，然后根據(jù)對應關系式計算每份子光源的投射角度和偏轉(zhuǎn)角度，并計算出每份子光源光線經(jīng)過不同曲面時的入射角度和出射角度，將入射角度和出射角度帶入折射定律計算公式，即可計算得出不同曲面上的曲線斜率，根據(jù)曲線斜率即可構造該曲面，本發(fā)明構造出第一配光曲面和第二配光曲面，將第一配光曲面作為LED配光透鏡靠經(jīng)LED光源一面，第二配光曲面作為LED配光透鏡遠離LED光源的一面，本發(fā)明依據(jù)能量守恒原理，將分布在照明區(qū)域上光強度重新分配，從而使得照明區(qū)域亮度分布均勻，同時采用兩個配光曲面，可以實現(xiàn)光源光線的大角度偏轉(zhuǎn)，因而可實現(xiàn)傾斜照明。參見圖I，示出了本發(fā)明一種LED配光透鏡曲面構造方法一個實施例的流程圖，所述方法包括
步驟101 :按照能量等分原則將LED光源劃分成預設份數(shù)的子光源，并將確定的照明區(qū)域劃分成與所述LED光源相同份數(shù)且每份面積相等的照明網(wǎng)格。通過本實施例所提供的LED配光透鏡曲面的設計方法所構造的曲面，進而由該曲面制作的透鏡，可實現(xiàn)對LED的二次配光，二次配光是指將LED光源發(fā)出的光線集中在期望的照明區(qū)域中，使得LED器件滿足照明設計需求。通過配光透鏡改變光源出射光線的角度，從而改變照明面積和照度。本實施例即是基于二次配光的基礎上，設計配光透鏡曲面。首先按照能量等分原則將LED光源劃分成預設份數(shù)的子光源，即每份子光源發(fā)出的光強度都相等，由于LED光源發(fā)出的光線形成的光斑為圓形光斑，因此將LED光源按照圓形形狀進行劃分，將LED光源按照能量等分原則劃分成第一預設數(shù)個環(huán)形光源；然后按照角度平均原則將各個環(huán)形光源進行劃分，每一個環(huán)形光源被劃分成分第二預設數(shù)個光源，因此可以形成預設份數(shù)的子光源，所述預設份數(shù)值即為第一預設數(shù)和第二預設數(shù)的乘積值。需要說明的是，所述將LED光源劃分預設份數(shù)，其還可以是將LED光源按照角度平均原則劃分成第二預設數(shù)個扇形光源；按照能量等分原則將各個扇形光源進行劃分，每一個扇形光源又被劃分成第一預設數(shù)個光源，因此可以形成預設份數(shù)的子光源。本發(fā)明并不限定于具體的劃分順序，只需滿足劃分出的每份子光源發(fā)射的能量相等即可。所述的第一預設數(shù)以及第二預設數(shù)根據(jù)實際情況不同具體選擇，形成的子光源越多，得到的結(jié)果越精確，一個實際應用的例子為，第一預設數(shù)為60，第二預設數(shù)為90，因此可以劃分成60*90份子光源。需要說明的是，上述劃分是基于極坐標系上的劃分，環(huán)形光源是沿徑向的方向，扇形光源是沿角向的劃分。每份子光源LED光源通常為朗伯體光源，其光分布函數(shù)為朗伯體函數(shù)，具體為Ι(θ) = A*COS20，A是光源參數(shù)，根據(jù)不同的LED芯片型號而不同，Θ代表劃分的每份子光源其對應的角度方向上出射的光線與垂直方向的夾角，也即每份子光源的投射角度。圖2示出了 LED光源的劃分示意圖，角向和徑向分別進行劃分，由于圖大小的限制，圖中的劃分份數(shù)只是示意份數(shù)，圖中I ( (9，代表每份子光源的位置信息，θ為每份子光源投射角度4為代表劃分的不同角度。需要說明的是，所述將LED光源進行劃分，是在理論上進行的劃分，實際上LED光源很小，可以近似為點光源。為了實現(xiàn)所設計的曲面可以使得光線在照明區(qū)域分布均勻，所述照明區(qū)域也需要進行劃分，按照面積等分原則劃分成與所述LED光源相同份數(shù)的照明網(wǎng)格，即每一份照明網(wǎng)格的面積均相等。保證面積相等，是為了保證每一網(wǎng)格中的光強度相等。所述照明區(qū)域根據(jù)不同的照明需求來具體設定，在實際應用中有時需要實現(xiàn)對特殊區(qū)域的照明或者傾斜照明，本發(fā)明通過實現(xiàn)LED的傾斜照明，來設計LED的配光透鏡曲面。以照明區(qū)域為矩形區(qū)域為例，區(qū)域面積根據(jù)實際情況設定，具體的劃分過程是分別將矩形區(qū)域的長和寬進行劃分，形成預設份數(shù)的照明網(wǎng)格，并保證每份照明網(wǎng)格的面積相等。需要說明的是，所述照明區(qū)域還可以是其他形狀，或者不規(guī)則形狀的圖形，只需保證將所述照明區(qū)域劃分成與LED光源相同份數(shù)的照明網(wǎng)格，且每一照明網(wǎng)格面積相等，SP可按照本發(fā)明實現(xiàn)方案構造透鏡曲面。 步驟102 :按照能量守恒定律建立每份子光源和照明網(wǎng)格的一一對應關系。LED光源和照明區(qū)域均劃分成了預設份數(shù)，為了滿足照明區(qū)域的光強度分布均勻，首先將每份子光源與每份照明網(wǎng)格的建立一一對應關系，即一份子光源對應一份照明網(wǎng)格，一份照明網(wǎng)格對應一份子光源，由步驟101中，每份子光源的能量相等，且每份照明網(wǎng)格的面積相等，根據(jù)每份子光源發(fā)射的光強度與分布在其對應的照明網(wǎng)格上的光強度相等的原理，建立該對應關系式。依據(jù)LED光源的光分布函數(shù)和能量守恒定律可以構造每份子光源和每份照明網(wǎng)格的對應關系式，所述對應關系式為/ I ( Θ ) d Θ = / Stds其中，Ι(θ)為光分布函數(shù)，由步驟101中，LED光源通常為朗伯體光源，即Ι(θ)= A*Cos20，，所述Θ代表每份子光源在其對應的角度方向上的出射光線與垂直方向的夾角。S代表照明網(wǎng)格的面積，t為平均照度值，所述平均照度值是指光源總能量除以照明區(qū)域的總面積。當所述照明區(qū)域為矩形區(qū)域時，則所述對應關系具體為/ I ( Θ ) d Θ = / stdxdy ；為建立LED光源和照明區(qū)域的對應關系，首先構建直角坐標系，LED光源近似為點光源，將LED光源與照明區(qū)域垂直相交的點設為坐標原點，則可以獲知每一照明網(wǎng)格在該直角坐標系中的坐標位置，所述x，y分別為照明網(wǎng)格距離橫軸和縱軸的距離。圖3示出了照明區(qū)域為矩形區(qū)域的劃分示意圖，圖中t(x，y)代表每一網(wǎng)格的位置信息。由于對應關系式滿足能量守恒定律，因此依據(jù)對應關系式可以計算得出每份照明網(wǎng)格所對應的光源沿角向的投射角度Θ。步驟103 :依據(jù)該對應關系計算每份子光源的投射角度，以及，根據(jù)每份子光源對應的照明網(wǎng)格位置確定每份子光源偏轉(zhuǎn)角度。由對應關系式，根據(jù)積分計算過程，可以求解得出每份照明網(wǎng)格所對應的子光源沿角向的投射角度Θ。然后在根據(jù)該份照明網(wǎng)格的位置確定出每份子光源的偏轉(zhuǎn)角度Θ OUt0由此可以得出每份子光源經(jīng)過待設計的曲面的入射角度以及出射角度，入射角度即為Θ，出射角度即為0out。其中根據(jù)每份子光源對應的照明網(wǎng)格位置確定每份子光源偏轉(zhuǎn)角度Θ out具體為將LED光源作為空間直角坐標系的原點；計算每份子光源對應的照明網(wǎng)格的坐標值；根據(jù)所述坐標值計算每份子光源的偏轉(zhuǎn)角度。建立空間直角坐標系，將LED光源作為空間直角坐標系的原點照明區(qū)域位于空間直角坐標系中，則可得出每一照明網(wǎng)格的近似坐標為(x，y，z)，因此根據(jù)照明網(wǎng)格計算得出的偏轉(zhuǎn)角度將有三個，分別為與X方向、y方向和z方向的夾角，其中z即為LED光源與所述照明區(qū)域所在平面的垂直距離，每一照明網(wǎng)格z值相等。設三個方向的偏轉(zhuǎn)角度分別為Θ OUtx, Θ OUty, Θ OUtz,貝U具體的計算公式為COS( 0OUtX ) = x/ X2+y2+z2 ；COs(Oouiy) = y/ -jx2+y2+z2 ；COS( 0OUtz ) = z/ \jx2+y2+z2。
步驟104 :根據(jù)所述投射角度和偏轉(zhuǎn)角度確定第一入射角度和第二入射角度，以及第一出射角度和第二出射角度。配光透鏡通常由兩個曲面組成，本實施例對配光透鏡的每一曲面都進行了設計，每一個曲面均可以將光源發(fā)射光線進行了偏轉(zhuǎn)，從而可以將光源光線進行大角度偏轉(zhuǎn)，使得傾斜照明的照明區(qū)域光強度分布均勻。設配光透鏡的兩個曲面分別為第一曲面和第二曲面，根據(jù)步驟103計算得出的每份子光源的投射角度和偏轉(zhuǎn)角度，計算第一入射角度和第一出射角度，第二入射角度和第二出射角度。所述第一入射角度和第一出射角度為光源經(jīng)過第一曲面的入射角度和出射角度，所述第二入射角度和第二出射角度。即是說，每份子光源最終實現(xiàn)的偏轉(zhuǎn)角度由兩個透鏡曲面來實現(xiàn)的。第一曲面將光線偏折一定角度，第二曲面在將經(jīng)過第一曲面的光線偏折所述偏轉(zhuǎn)角度。所述計算第一入射角度和第一出射角度，以及，第二入射角度和第二出射角度具體為將所述投射角度作為第一入射角度，所述偏轉(zhuǎn)角度的二分之一作為第一出射角度；將所述第一出射角度作為第二入射角度，所述偏轉(zhuǎn)角度作為第二出射角度。需要說明的是，本實施例是以第一曲面實現(xiàn)光線偏折一半的偏轉(zhuǎn)角度來進行的描述，其還可以是其他的角度值，本發(fā)明并不對此作出限制。另外，由步驟103中可知，在建立的空間直角坐標系中，所述光源的偏轉(zhuǎn)角度可以包括三個，分別為X軸方向的Θ OUtx, y軸方向的Θ OUty,以及z軸方向的0outz,因此,所述第一入射角度為所述投射角度；所述第一出射角度包括三個，分別為三個方向偏轉(zhuǎn)角度的二分之一；從而，所述第二入射角度也包括三個，所述第一出射角度也包括三個，分別為所述三個方向的偏轉(zhuǎn)角度。步驟105 :根據(jù)第一入射角度和第一出射角度、第二入射角度和第二出射角度、以及獲取的透鏡的折射率計算第一配光曲線斜率和第二配光曲線斜率。根據(jù)入射角度和出射角度，可以計算得出配光曲線斜率，具體的是將第一入射角度、第二出射角度和透鏡折射率帶入折射定律計算公式，計算第一配光曲線斜率，將第二入射角度、第二出射角度和透鏡折射率帶入折射定律計算公式，計算第一配光曲線斜率。配光曲線斜率是指光源沿劃分的角度方向上的出射的光線在折射點處構造的曲線沿所述角向的切線斜率。即每份子光源沿其所在角度出射的光線均對應一個配光曲線斜率，所述曲線即是指待構造的曲面上的曲線，設曲線切線與水平面的夾角為β。將入射角度設為Θ in，出射角度設為Θ _，則折射定律計算公式為ninsin ( β + Θ in) = noutsin ( β + Θ out)；nin和η-代表折射率，tani3即為配光曲線斜率，光源光線由空氣進入透鏡時，nin代表空氣折射率，代表透鏡折射率，Θ in代表第一入射角度，Θ out代表第二入射角度，所述計算出的曲線斜率即為第一配光曲線斜率。光線由透鏡進入空氣中時，Hin代表透鏡折射率，nout代表空氣折射率，Θ in代表第二入射角度，Θ out代表第一入射角度，所述計算出的曲線斜率即為第二配光曲線斜率。因此，預設計光源光線經(jīng)過透鏡兩個曲面均會發(fā)生折射，光源光線由空氣進入透鏡，以及，由透鏡進入空氣中參數(shù)并不相同，且配光曲線斜率也不相同，所述折射定律計算 公式具體可以包括第一折射定律計算公式和第二折射定律計算公式。所述第一折射定律計算公式為ninlsin ( β ^ Θ inl) = noutlsin ( β !+ Θ outl)其中，Θ inl為第一入射角度，Θ 0Utl為第一出射角度，ninl為空氣折射率，noutl為透鏡折射率。tan^ !為第一配光曲線斜率，該式即為第一曲面滿足的折射定律公式，經(jīng)過第一曲面，光源光線是由空氣進入透鏡。透鏡折射率根據(jù)選擇的不同透鏡材料而不同，例如，材料為聚甲基丙烯酸甲酯，即折射率為1.49?？諝庹凵渎释ǔＨ≈禐镮。第二折射定律計算公式為nin2sin(@2+Θ in2) = nout2sin ( β 2+Θ out2)；其中，Θ in2為第二入射角度，其值等于Θ outl, Θ out2為第二出射角度，nin2為透鏡折射率，η_2為空氣折射率。tani32為第二配光曲線斜率，該式即為第二曲面滿足的折射定律公式，經(jīng)過第二曲面，光源光線是由透鏡進入空氣中。參見圖4,示出了一份光源光線折射示意圖，圖中示出了 θ η1、Θ outl> Θ in2、Θ out2>β的關系。計算得出每份子光源對應的配光曲線斜率，即可構造透鏡曲面。由步驟104可知，所計算出的每份子光源的第一出射角度、第二入射角度以及第二出射角度均包括三個，因此第一配光曲線斜率也是包括三個。第二配光曲線斜率也是包括三個，具體的將Θ inl和Θ outxl帶入第一折射定律計算公式,得出tan@ xl ；將Θ inl和Θ outyl帶入第一折射定律計算公式,得出tan@ yl ；將Θ inl和Θ outzl帶入第一折射定律計算公式,得出tan@ zl ；將Θ inx2和Θ outx2帶入第二折射定律計算公式,得出tan β χ2 ；將Θ iny2和Θ outy2帶入第二折射定律計算公式,得出tan β y2 ；將Θ inzl和Θ outz2帶入第二折射定律計算公式,得出tan β ζ2。其中，θ_χ2、Θ outy2> Θ。_2 分別為步驟 103 中計算出的 Θ outx, Θ outy, Θ outz,
9 OUtxl > 9 OUtyl > 9 OUtyl分別為所述θ OUtX的二分之一，Θ OUty的二分之一，Θ OUtZ的二分之■~'j Θ . 9 = Θ ^ , Θ . 9 = Θ ^ , Θ . 1 = Θ 1Q
9 inx2outxl9 my2outyl9 mzloutzl °根據(jù)tanP xl、tan β yl、tan β zl 即可構造第一配光曲面，根據(jù) tan β x2、tan β y2、tan β z2即可構造第二配光曲面。
需要說明的是，上述得出的第一配光曲線斜率以及第二配光曲線斜率是針對一份光源計算出的，由于LED光源被劃分成很多份，每一份光源均對應不同的第一配光曲線斜率和第二配光曲線斜率，根據(jù)這些配光曲線斜率，即可構造配光曲線。 步驟106 :根據(jù)每一第一配光曲線斜率和每一第二配光曲線斜率分別構造第一配光曲面和第二配光曲面。其中，根據(jù)配光曲線斜率構造配光曲面的過程具體為首先，建立空間坐標系。建立空間坐標系，確定一個初始位置作為坐標系原點，所述空間坐標系可以為直角坐標系或者極坐標系。其次，根據(jù)各點所在配光曲線的法向量與曲面垂直關系以及每一配光曲線斜率，計算各點在所述坐標系中的坐標值。所述各個點具體是指每份子光源的折射點，已知每一配光曲線斜率，配光曲線的切線和法線，曲線法向量與待構造曲面的垂直關系，即可以計算出各個折射點的坐標。然后，根據(jù)各點坐標值，構造配鏡曲面。根據(jù)各個點的坐標值，進行編程即可構造出配鏡曲面。由于本發(fā)明實施例中，需要構造兩個配光曲面，由步驟105中已分別計算出每份子光源對應的第一配光曲線斜率和第二配光曲線斜率，按照上述方法求解，即可分別構造出第一配光曲面和第二配光曲面。另外當?shù)谝慌涔馇€斜率包括三個值、根據(jù)每一份子光源均會計算得出不同的第一配光曲線斜率，將這些配光曲線斜率值按照上述方法求解各點坐標，即可構造第一配光曲面。同理根據(jù)第二配光曲線斜率，即可構造第二配光曲面。在本發(fā)明實施例中，將光源和照明區(qū)域進行劃分，劃分為預設份數(shù)，并根據(jù)能量守恒定律建立每份子光源與照明網(wǎng)格的對應關系，根據(jù)對應關系計算每份子光源的投射角度和偏轉(zhuǎn)角度，并根據(jù)需設計的透鏡曲面?zhèn)€數(shù)，分別計算光線經(jīng)過不同曲面的入射角度和出射角度，根據(jù)折射定律計算公式計算出不同曲面的配光曲線斜率，進而即可構造出不同的配光透鏡的曲面，由于每份子光源的能量相等，每份照明網(wǎng)格的面積相等，因此可以保證依據(jù)該對應關系最終設計出的配光曲面能夠使得光能量在照明區(qū)域分布均勻，且本發(fā)明采用兩個配光曲面，可以實現(xiàn)光源光線的大角度偏轉(zhuǎn)，同時保證了光強度在照明區(qū)域分布的均勻性。本發(fā)明還提供了一種LED配光透鏡，所述配光透鏡包括按照方法實施例I設計的第一配光曲面和第二配光曲面，所述配光透鏡靠近LED的一面為所述第一配光曲面，所述配光透鏡遠離LED的一面為所述第二配光曲面。參見圖5，示出了所述配光透鏡的形狀示意圖，包括第一配光曲面501和第二配光曲面502，通過所述透光配鏡，可以實現(xiàn)光線的大角度偏轉(zhuǎn)，實現(xiàn)傾斜照明，同時還保證了照明區(qū)域光強度均勻分布，經(jīng)計算均勻度可以達到O. 64。在進行LED裝配時，將LED光源置于第一配光曲面501所形成的球心處。光源光線依次經(jīng)過第一配光曲面501和第二配光曲面502，實現(xiàn)角度的偏轉(zhuǎn)，達到傾斜照明的目的，且保證了照明區(qū)域亮度均勻。
本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的裝置而言，由于其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域?qū)I(yè)技術人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
權利要求
1.一種LED配光透鏡曲面構造方法，其特征在于，包括 按照能量等分原則將LED光源劃分成預設份數(shù)的子光源，并將確定的照明區(qū)域劃分成與所述LED光源相同份數(shù)且每份面積相等的照明網(wǎng)格； 按照能量守恒定律建立每份子光源和每份照明網(wǎng)格的一一對應關系； 依據(jù)該對應關系計算每份子光源的投射角度，以及，根據(jù)每份子光源對應的照明網(wǎng)格位置確定每份子光源偏轉(zhuǎn)角度； 根據(jù)所述投射角度和偏轉(zhuǎn)角度確定第一入射角度和第一出射角度，以及第二入射角度和第二出射角度； 根據(jù)所述第一入射角度和第一出射角度、第二入射角度和第二出射角度、以及獲取的透鏡的折射率，分別計算第一配光曲線斜率和第二配光曲線斜率； 根據(jù)每一第一配光曲線斜率和每一第二配光曲線斜率分別構造第一配光曲面和第二配光曲面。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述投射角度和偏轉(zhuǎn)角度確定第一入射角度和第二入射角度，以及第一出射角度和第二出射角度具體為 將所述投射角度作為第一入射角度，所述偏轉(zhuǎn)角度的二分之一作為第一出射角度； 將所述第一出射角度作為第二入射角度，所述偏轉(zhuǎn)角度作為第二出射角度。
3.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，所述按照能量等分原則將LED光源劃分成預設份數(shù)的子光源具體為 將LED光源按照能量等分原則劃分成第一預設數(shù)個環(huán)形光源； 按照角度平均原則將各個環(huán)形光源進行劃分，形成預設份數(shù)的子光源； 則所述投射角度具體為每份子光源沿其角度方向的投射角度。
4.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，每份子光源和每份照明網(wǎng)格的對應關系為 / I ( Θ ) d Θ = f s tds ； 其中，Ι(θ) =A*COS20，為所述LED光源的光分布函數(shù)，Θ為每份子光源的投射角度，s為照明網(wǎng)格面積，t為平均照度值。
5.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述照明區(qū)域為矩形區(qū)域時，所述照明網(wǎng)格為面積相等的矩形網(wǎng)格，則，所述對應關系具體為 / I ( Θ ) d Θ = / stdxdy ； 其中，所述LED光源與照明區(qū)域垂直相交的點為直角坐標系原點，x，y分別為照明網(wǎng)格所在位置到橫軸和縱軸的距離。
6.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述第一入射角度和第一出射角度、第二入射角度和第二出射角度、以及獲取的透鏡的折射率，分別計算第一配光曲線斜率和第二配光曲線斜率具體為 將第一入射角度、第一出射角度和獲取的透鏡折射率帶入第一折射定律計算公式，計算第一配光曲線斜率； 將第二入射角度、第二出射角度和獲取的透鏡折射率帶入第二折射定律計算公式，計算第二配光曲線斜率。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一折射定律計算公式為ninlsin (β !+ Θ inl) = noutlsin ( β !+ Θ outl)； 所述第二折射定律計算公式為 nin2sin ( β 2+ Θ in2) = nout2sin ( β 2+ Θ out2)； 其中，Qinl為第一入射角度，Qratl為第一出射角度，所述ninl為空氣折射率，n<)Utl為透鏡折射率，Θ in2為第二入射角度，Θ out2為第二出射角度，所述nin2為透鏡折射率，nout2為空氣折射率，計算出的正切值tan β i為第一配光曲線斜率，tan β 2為第二配光曲線斜率。
8.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，根據(jù)每份子光源對應的照明網(wǎng)格位置確定每份子光源的偏轉(zhuǎn)角度具體為 將LED光源作為空間直角坐標系的原點； 計算每份子光源對應的照明網(wǎng)格的坐標值； 根據(jù)所述坐標值計算每份子光源的偏轉(zhuǎn)角度。
9.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，所述依據(jù)每一第一配光曲線斜率和每一第二配光曲線斜率分別構造第一配光曲面和第二配光曲面具體為 建立空間坐標系； 根據(jù)每一點所在配光曲線的法向量與所述配光曲線垂直關系以及每一第一配光曲線斜率和每一第二配光曲線斜率，計算第一配光曲面的各點在空間坐標系中的坐標值，以及，第二配光曲面的各點在空間坐標系中坐標； 根據(jù)第一配光曲面的各點坐標構造第一配光曲面，以及根據(jù)第二配光曲面的各點坐標構造第二配光曲面。
10.一種LED配光透鏡，其特征在于，所述配光透鏡包括按照權利要求I 9任一項所述方法設計的第一配光曲面和第二配光曲面，所述配光透鏡靠近LED光源的一面為所述第一配光曲面，所述配光透鏡遠離LED光源的一面為所述第二配光曲面。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種LED配光透鏡曲面構造方法和LED配光透鏡，按照能量等分原則將LED光源劃分成預設份數(shù)的子光源，并將確定的照明區(qū)域劃分成與所述LED光源相同份數(shù)且每份面積相等的照明網(wǎng)格；按照能量守恒定律建立每份子光源和每份照明網(wǎng)格的一一對應關系；依據(jù)該對應關系計算每份子光源的投射角度，以及，根據(jù)每份子光源對應的照明網(wǎng)格位置確定每份子光源偏轉(zhuǎn)角度；并計算出每份子光源光線經(jīng)過不同曲面時的入射角度和出射角度，根據(jù)不同的入射角度和出射角度，計算得出不同曲面上的曲線斜率，根據(jù)曲線斜率即可構造配光透鏡曲面，本發(fā)明實現(xiàn)了LED二次配光的均勻性，且能夠?qū)崿F(xiàn)傾斜照明。
文檔編號F21V5/04GK102954437SQ20111024353
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月23日 優(yōu)先權日2011年8月23日
發(fā)明者謝常青, 辛將, 朱效立, 劉明 申請人:中國科學院微電子研究所