用于led扩展光源的自由曲面准直器的设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种方法，尤其是一种用于LED扩展光源的自由曲面准直器的设计方 法，属于LED照明的技术领域。
【背景技术】
[0002] LED因其节能、环保、寿命长、稳定性好等诸多优点已广泛应用于照明领域。然而， 由于LED发散角大等特点，使其并不能直接应用于远距离的照明，如:手电筒、信号灯等，因 此需要设计一个二次光学透镜，使LED输出光的发散角变小，这种装置称为准直器。
[0003] 设计LED二次透镜，实现LED准直照明的设计方法有多种，但现有方法都是基于点 光源进行设计，也就是把LED光源看作是一个发光点。然而，随着LED功率的提升，LED光源尺 寸也越来越大了，如果将大尺寸LED看作点光源来设计二次透镜，设计出来的结果会误差很 大的。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种用于LED扩展光源的自由 曲面准直器的设计方法，其步骤简单，能使得自由曲面准直器与LED扩展光源更适配，有效 减少LED扩展光源输出光线的发散角，适应范围广，安全可靠。
[0005] 按照本发明提供的技术方案，一种用于LED扩展光源的自由曲面准直器的设计方 法，所述自由曲面准直器的设计方法包括如下步骤：
[0006] a、提供待准直的LED扩展光源，并在所述LED扩展光源上选择W个等间距的发光点；
[0007] b、任选上述的一个发光点，并将所述选取的发光点作为点光源，且将所述点光源 的出光范围按等角度间隔采样，以得到位于点光源出光范围内的F条采样光线;所述F条采 样光线经自由曲面准直器的自由曲面准直，以得到具有F个准直交点作为采样点的采样自 由曲面；
[0008] c、对于选取剩余的(W-1)个发光点，重复上述步骤b，以得到所有的W个采样自由曲 面；
[0009] d、选定位于LED扩展光源中心的发光点，并将所述选定的光源中心作为一个起始 点，从该起始点出射T条等角度间隔的射线，作为T条叠加定位射线；
[0010] e、对于任一的叠加定位射线，确定所述叠加定位射线与所有采样自由曲面的交 点，以得到所述叠加定位射线相对应的叠加交点；将得到所述叠加定位射线的所有叠加交 点进行加权叠加，以得到与所述叠加定位射线相对应的加权叠加曲面点；
[0011] f、重复上述步骤e，以得到所有叠加定位射线的加权叠加曲面点；利用所有的加权 叠加曲面点组成自由曲面准直器的准直自由曲面。
[0012] 所述LED扩展光源上选取发光点个数W为3~5。
[0013] 对于任意的叠加定位射线，利用所有的叠加交点得到加权叠加曲面点G(x，y，z) 为：
[0015]
，_(xj，yj，zj)为叠加定位射线与相应的采样自由曲面相交确定的叠 加交点。
[0016] 本发明的优点:在LED扩展光源上选取多个等间距分布的发光点，并将所述发光点 按照点光源设计方法得到每个发光点对应的采样自由曲面，选取LED扩展光源的中心发光 点，并将中心点光源按等角度间隔划分得到叠加定位射线，将每条叠加定位射线上的叠加 交点按权重进行叠加，得到加权叠加曲面点，利用所有的加权叠加曲面点组成自由曲面准 直器的准直自由曲面，步骤简单，能使得自由曲面准直器与LED扩展光源更适配，有效减少 LED扩展光源输出光线的发散角，适应范围广，安全可靠。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明对选取的发光点得到采样自由曲面的示意图。
[0018] 图2为本发明得到多个采样自由曲面的示意图。
[0019] 图3为本发明进行加权叠加的示意图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0021] 为了能使得自由曲面准直器与LED扩展光源更适配，有效减少LED扩展光源输出光 线的发散角，提高适应范围，本发明自由曲面准直器的设计方法包括如下步骤：
[0022] a、提供待准直的LED扩展光源，并在所述LED扩展光源上选择W个等间距的发光点； [0023]本发明实施例中，对于提供的LED扩展光源，在LED扩展光源上选取W个等间距的发 光点，一般地，所述选取的发光点W为3~5个，选取的发光点个数W可以根据需要进行选取， 具体选取确定的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0024] b、任选上述的一个发光点，并将所述选取的发光点作为点光源，且将所述点光源 的出光范围按等角度间隔采样，以得到位于点光源出光范围内的F条采样光线;所述F条采 样光线经自由曲面准直器的自由曲面准直，以得到具有F个准直交点作为采样点的采样自 由曲面；
[0025] 本发明实施例中，对LED扩展光源进行准直的自由曲面准直器具有两个面，其中， 内表面为球面，外表面为自由曲面，球面的直径一般是小于LED扩展光源尺寸的5倍，对于内 表面的球面不需要设计，只需要确定外表面的自由曲面即可确定自由曲面准直器。
[0026] 对于确定的LED扩展光源，所述LED扩展光源的发散角相应确定，从而每个点光源 的出光范围随之确定，每个点光源的出光范围与LED扩展光源的发散角相一致。当每个点光 源的出光范围确定后，可以根据需要进行等角度的间隔采样，所述间隔角度可以根据需要 进行确定，一般间隔角度可以为1°。等间隔角度确定后，能得到采样光线的数量F，所述采样 光线F与自由曲面相交，以得到具有F个准直交点的采样自由曲面。
[0027]如图1所示，(^为选取的发光点形成的点光源，点光源(h发出的光束经过内球面51 折射后由自由曲面&准直，内球面半径为R，自由曲面准直器的边缘厚度为d，自由曲面准直 器的边缘到目标面S3到距离为h，点光源(h偏离中心的距离为t，点光源&的发散边界角为 为内表面5 1的边缘点，Q!为自由曲面S2的边缘点。0Λ经过内球面S!在点生折射，入 射到自由曲面3 2的&点后准直出射，(^点是自由曲面的边界点，开始时候设定的，属于已知 点，光线经过Qi点出射后交目标面S3于点Μι
表示，这两个矢量都是可以获得，这样可以获得自由曲面&点处， 〇ι的F条采样光线经自由曲面准直