Led自由曲面照明系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种LED自由曲面照明系统，尤其涉及一种高均匀度LED自由曲面照 明系统。
【背景技术】
[0002] 随着LED照明的发展，基于LED光源的照明设计也变得越来越重要。但是由于LED 光强度分布的特点，难以实现在目标面上固定形状区域内的均匀照明。因此必须对LED的 照明系统进行二次光学设计，将LED发出的光能进行再分配，以实现在目标照明面上所需 的特定形状的均匀照明要求。
[0003] 传统的LED的照明系统采用透镜组等方法来实现均匀照明。然而，通过透镜组方 式实现均匀照明的LED的照明系统具有体积较大、结构复杂、光能损失大等缺点。
【发明内容】
[0004] 综上所述，确有必要提供一种高均匀、结构简单且光能损失小的LED自由曲面照 明系统。
[0005] -种LED自由曲面照明系统，其包括一 LED点光源、一自由曲面透镜以及一接 收面；所述LED点光源设置于一三维直角坐标系（X，y，z)的原点，所述LED点光源具有 一最大出射角度斜，所述LED点光源的出射角度0S炉S符划分为三个区域03遇f、
【主权项】
1. 一种LED自由曲面照明系统，所述LED自由曲面照明系统所处的空间定义一三维直 角坐标系（X，y，z)，其特征在于，包括一 LED点光源、一自由曲面透镜以及一接收面； 所述LED点光源设置于所述三维直角坐标系（X，y，z)的原点，所述LED点光源具有 一最大出射角度街·，所述LED点光源的出射角度Oi 符划分为三个区域O Sii%、
所述自由曲面透镜的轴心与所述三维直角坐标系（x，y，z)的z轴重合，所述自由曲 面透镜包括一球面以及与一该球面相对的自由曲面，所述球面为入光面，所述自由曲面为 出光面，所述球面的球心与所述原点重合，所述自由曲面包括三个环状区域，且所述LED点 光源的每一区域分别对应所述自由曲面的每一环状区域，所述LED点光源中每一区域所发 出的光线经过其对应的环状区域后在所述接收面上形成长和宽分别为21^和2L y的矩形光 斑； 所述接收面设置于所述自由曲面的一侧，且与x-y平面平行设置。
2. 如权利要求1所述的LED自由曲面照明系统，其特征在于，所述LED点光源的直径为 I mm ~5mm〇
3. 如权利要求1所述的LED自由曲面照明系统，其特征在于，所述LED点光源的出射角 度并平均划分为三个区域或按照等比例划分为三个区域。
4. 如权利要求1所述的LED自由曲面照明系统，其特征在于，所述LED自由曲面照明系 统所处的空间进一步定义一球坐标系（θ，Φ，p )，且该三维直角坐标系（x，y，z)及该球坐 标系（Θ，Φ，P )的原点重合，所述自由曲面在球坐标系（Θ，Φ，P )下的一阶偏微分方程 组表示为：
且，η。及II1分别为空气折射率及所述自由 曲面透镜的折射率，Ztl为所述自由曲面与ζ轴的交点。
5. 如权利要求4所述的LED自由曲面照明系统，其特征在于，所述LED点光源最大出射 角度为30°。
6. 如权利要求5所述的LED自由曲面照明系统，其特征在于，做=Iff5，# = 20°以及 % =30°。
7. 如权利要求4所述的LED自由曲面照明系统，其特征在于，Ztl为10_。
8. 如权利要求4所述的LED自由曲面照明系统，其特征在于，所述接收面与z轴的交点 为ζτ，且ζτ为50_。
9. 如权利要求4所述的LED自由曲面照明系统，其特征在于，所述LED自由曲面照明系 统的能量利用效率为97. 2%。
10. 如权利要求4所述的LED自由曲面照明系统，其特征在于，所述LED自由曲面照明 系统的均匀性为84. 3%。
11. 如权利要求1所述的LED自由曲面照明系统，其特征在于，在区域中， t CF处光线经过所述自由曲面之后照射到所述矩形光斑的中心，而，彳产％处光线经过 所述自由曲面之后照射到所述矩形光斑的边界。
12. 如权利要求1所述的LED自由曲面照明系统，其特征在于，在区域办中， P偷处光线经过所述自由曲面之后照射到所述矩形光斑的边界，而t ?处光线经过所 述自由曲面之后照射到矩形光斑的中心。
13. 如权利要求1所述的LED自由曲面照明系统，其特征在于，在区域铃符中， P 处光线经过所述自由曲面之后照射到矩形光斑的中心，而P@处光线经过所述自 由曲面之后照射到矩形光斑的边界。
14. 一种LED自由曲面照明系统，所述LED自由曲面照明系统所处的空间定义一三维直 角坐标系（X，y，z)，其特征在于，包括一 LED点光源、一自由曲面透镜以及一接收面； 所述LED点光源设置于所述三维直角坐标系（X，y，z)的原点，所述LED点光源具有一 最大出射角度_?,所述LED点光源的出射角度OS 划分为至少两个区域； 所述自由曲面透镜的轴心与所述三维直角坐标系（X，y，z)的z轴重合，所述自由曲面 透镜包括一球面以及与一该球面相对的自由曲面，所述球面为入光面，所述自由曲面为出 光面，所述球面的球心与所述原点重合，所述自由曲面包括至少两个环状区域，且所述LED 点光源的每一区域分别对应所述自由曲面的每一环状区域，所述LED点光源中每一区域所 发出的光线经过其对应的环状区域后在所述接收面上形成长和宽分别为21^和2L y的矩形 光斑； 所述接收面设置于所述自由曲面的一侧，且与x-y平面平行设置。
【专利摘要】本发明涉及一种LED自由曲面照明系统，包括一LED点光源、一自由曲面透镜以及一接收面。所述LED点光源设置于一三维直角坐标系的原点，所述LED点光源具有一最大出射角度，所述LED点光源的出射角度划分为三个区域。所述自由曲面透镜包括一球面以及与一该球面相对的自由曲面。所述球面为入光面，所述自由曲面为出光面。所述球面的球心与所述原点重合。所述自由曲面包括三个环状区域。所述LED点光源的每一区域分别对应所述自由曲面的每一环状区域。所述LED点光源中每一区域所发出的光线经过其对应的环状区域后都可以在所述接收面上形成长和宽分别为2Lx和2Ly的矩形光斑。所述接收面设置于所述自由曲面的一侧，且与x-y平面平行设置。
【IPC分类】F21Y101-02, F21V5-04, F21S2-00
【公开号】CN104864278
【申请号】CN201410057436
【发明人】朱钧, 熊思思, 金国藩, 范守善
【申请人】清华大学, 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2014年2月20日
【公告号】US20150233535