[发明专利]一种用于LED矿灯配光的非球面反光杯的设计方法

说明书

技术领域

本发明属于非成像光学技术领域，涉及一种用于LED矿灯配光的非球面反光杯的设计方法。

背景技术

以LED作为矿灯光源具有传统白炽灯所无法比拟的优势。目前所使用的LED矿灯一般采用抛物面反光杯或抛物面反光杯和透镜配合的方式实现光能分配。但是这种结构往往会出现中心聚光强度不够的问题，从而对较远的物体不容易看清楚。或者对装调要求极高，从而降低生产效率。为了获得满意的照明效果同时提高生产效率，需要设计特殊的光学系统。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种用于LED矿灯配光的非球面反光杯的设计方法，能够解决背景技术存在的问题。

本发明的技术方案如下：

一种用于LED矿灯配光的非球面反光杯的设计方法，该方法包括如下步骤：

1)依据实际要求设定反光杯的最大内径值，并依据所要求的光线出射角度得出反光杯高度，设定最低点坐标；

2)依据所要求被照面光斑大小及照度分布确定反光杯反射光线出射范围，分别划分入射光线与反射光线，确定入射光线和反射光线的一一对应关系。从反光杯的最高点开始，逐点计算；

3)利用matlab编程逐点计算，最后拟合成一条合适阶次的光滑曲线，使其绕光轴旋转一周即得到反光杯的反光面面形。

本发明最终能够增强矿灯中心聚光性能，提高光斑均匀性，同时使其发光角度至少达到120度，且不同于以往用于矿灯配光的抛物面反光杯或抛物面反光杯与透镜组合的形式，光学结构简单，且易于装调。

附图说明

图1是本发明一种用于LED矿灯配光的非球面反光杯的设计方法的剖视图。

图2是本发明一种用于LED矿灯配光的非球面反光杯的设计方法工作原理的示意图。

图2中：1、非球面反光杯，2、平板透镜

具体实施方式

一种用于LED矿灯配光的非球面反光杯的设计方法，该方法包括如下步骤：

1)依据实际要求设定反光杯的最大内径值，D＝45mm，并依据所要求的光线出射角度，取60度，得出反光杯高度，设定xy平面最低点坐标(13，0)；

2)由图1所示，依据所要求被照面光斑大小及照度分布确定反光杯反射光线出射范围，分别划分入射光线与反射光线，确定入射光线和反射光线的一一对应关系。从反光杯的最高点开始，逐点计算；

3)利用matlab编程逐点计算，最后拟合成一条合适阶次的光滑曲线，使其绕光轴旋转一周即得到反光杯的反光面面形。

通过入射光线方向与反射光线方向确定内壁上该点法线方向，随即确定切线方向。则切线方向与下一条光线的交点即为内壁上的下一点。依次类推至最低点。但由此得到的最低点与最初设的最低点会不重合，需要不断调整最初设的最低点坐标，以使所计算得到的最低点坐标与最初设的坐标一致。

最终所得反光杯参数为：上端直径D＝45mm，下端直径d＝25.94mm，高13mm。拟合成三次曲线，其标准形式为：

y＝a1×x³+a2×x²+a3×x+a4

各项系数分别为：

a1＝-0.000268593937810        a2＝0.046533382813292

a3＝-0.027565205847589        a4＝-6.887474038025503

使用时，由图2所示，以杯底中心为极点，光轴为极轴，光轴的方向为正方向，LED从杯底射入，发射光线的极角为60度到90度的范围内时，经铝合金非球面反光杯1反射后在距离1米的墙面形成强光区，0度到60度的光线经过平板透镜2出射，形成60度左右的泛光。