[发明专利]一种形成均匀方形光斑的LED透镜阵列设计方法

摘要

一种形成均匀方形光斑的LED透镜阵列设计方法，是先设计双自由曲面准直透镜；然后在双自由曲面准直透镜与LED光源之间设计单自由曲面透镜，最后将所述LED透镜与LED光源结合为单元模块，并按照一定坐标及旋转角度进行阵列设计。本发明单元模块由一个单自由曲面透镜与一个双自由曲面准直透镜组成，通过采用多次折射光路，其光线可控，聚光效果好，且光源经透镜后在照射面形成照度均匀的方形光斑，光斑边界清晰可见，发散角小，并克服了单独采用菲涅耳透镜或平凸透镜等方式无法利用光源高角度部分的不足；本发明阵列光斑均匀性易控，优于95%，且整体LED能量利用率可以达到78%，因此本发明具有节约光能的效果，能量利用率更高，从而可以有效提高光的利用率，达到节能的目的。

主权项

1.一种形成均匀方形光斑的LED透镜阵列设计方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1)、设计双自由曲面准直透镜，其具体方法如下：11)完成双自由曲线离散点坐标迭代关系的推导；12)通过Matlab计算软件求出自由曲线的轨迹离散坐标；13)将轨迹离散坐标导入TracePro光学仿真软件建立实体透镜模型；步骤2)、在双自由曲面准直透镜与LED光源之间设计单自由曲面透镜，从而完成能够形成均匀准直方形光斑的LED透镜的设计，其具体方法如下：21)设计单自由曲面透镜的入射面为平面，出射面为自由曲面，其中自由曲面是由样条曲线绕中心轴旋转而成，且该样条曲线由多个离散控制点以及曲线两端切线控制；22)插入LED光源，并打开TracePro软件插件2D交互式优化工具建立单自由曲面透镜模型，此时要确保单自由曲面透镜离LED光源距离较近以尽可能减少LED光源遗失，然后以离散控制点作为优化参数，同时以远场方形检测屏中的照度均匀性及方形光斑作为评价标准；23)通过离散控制点优化原则，先从一个离散控制点入手，然后在其中较好结果中逐步增加新的离散控制点，直至最终优化结果，从而获得符合要求的自由曲面；步骤3)、将所述LED透镜与LED光源结合为单元模块，然后按照一定坐标及旋转角度进行阵列设计，其具体方法如下：31)先将多个单元模块按一定间距排成一列，并确定中心位置，位于中心位置两边的各单元模块可通过绕该列中心轴旋转一定角度消除接触边缘不均匀性，实现列光斑整体均匀；32)在该列单元模块的两边分别复制该列，然后位于两边的阵列整体绕中心阵列所在直线旋转一定角度消除接触边缘不均匀性，实现阵列的列光斑整体均匀；33)进行各LED光源的光强调控，进一步优化光斑均匀性，从而完成LED透镜阵列的设计。