CN105782905A - 实现六边形均匀照明的led透镜设计方法 - Google Patents

实现六边形均匀照明的led透镜设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105782905A
CN105782905A CN201610291920.2A CN201610291920A CN105782905A CN 105782905 A CN105782905 A CN 105782905A CN 201610291920 A CN201610291920 A CN 201610291920A CN 105782905 A CN105782905 A CN 105782905A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lens
hexagon
light
fly
illumination
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610291920.2A
Other languages
English (en)
Inventor
吴蓓
高秀敏
殷亮
王冠学
苗玉
曾祥堉
严永鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
University of Shanghai for Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Shanghai for Science and Technology filed Critical University of Shanghai for Science and Technology
Priority to CN201610291920.2A priority Critical patent/CN105782905A/zh
Publication of CN105782905A publication Critical patent/CN105782905A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0012—Optical design, e.g. procedures, algorithms, optimisation routines

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

本发明涉及一种实现六边形均匀照明的LED透镜设计方法，构建先后两个透镜，组成共轴光学系统，光源的光经前一无焦透镜出射的平行光束作为后一复眼透镜的入射光，最终在目标面得到六边形照明光斑。透镜加工材料使用亚克力材料，其属于塑胶类材料，由于复眼透镜结构复杂，使用亚克力材料可以提高生产效率，并且透镜形状可以通过注塑、挤塑完成，具有透光率高（3mm厚度时穿透率93%左右），成本低特点。构建方法简单，照度均匀，可实现光斑呈中心对称的六边形分布等特点。

Description

实现六边形均匀照明的LED透镜设计方法
技术领域
本发明涉及一种光学元件设计，特别涉及一种实现六边形均匀照明的LED透镜设计方法。
背景技术
随着LED光源的优点日益被人们所发现，其在照明领域已得到普遍应用。人们在追求高效的照明同时，也希望用LED光源达到所需要的景观照明效果。比如奥运五环、日环食等呈环形分布的或满足道路照明的呈长方形分布的光斑形状。要得到上述光斑形状，如果不采用光学透镜，用光源直接照射，则需要多个LED分工负责特定光斑形状照射区域的不同部分，这样不但会使灯具的结构复杂，成本增加，而且很难达到被照区域的照度均匀的要求。现有LED光源照明系统多采用非球面透镜系统或反光罩部件,实现照明光束整形,无法实现高质量均匀照明,同时不能发挥LED发光特定。
在先技术透镜加工使用玻璃材料，但其体积大，质量重、形状单一、易碎、生产效率低、成本高，短期内很难普及。
发明内容
本发明是针对LED光源达到景观照明设计存在的问题，提出了一种实现六边形均匀照明的LED透镜设计方法，具有构建方法简单，照度均匀，可实现光斑呈中心对称的六边形分布等特点。
本发明的技术方案为：一种实现六边形均匀照明的LED透镜设计方法，具体包括如下步骤：
1）构建无焦系统透镜，透镜形状为平凸型，设定直径，其中凸面为二次曲面，给定优化函数，在ZEMAX软件中对初始模块进行优化，最终使得光源的光经无焦透镜后平行出射，即为所需无焦系统透镜；
2）构建复眼透镜，直径大小与无焦系统透镜相同，透镜形状为平凸型，凸面为自由曲面，并且在自由曲面上构建正六边形小透镜，设计为复眼透镜；
3）在无焦系统透镜凸面正后面五毫米处放置复眼透镜，两个透镜的凸面同一方向，两者组成共轴光学系统，两块透镜组成所设计LED透镜，光源的光经无焦透镜出射的平行光束作为复眼透镜的入射光，最终在目标面得到六边形照明光斑。
所述步骤1）中无焦系统透镜选用亚克力材料。
所述步骤2）中复眼透镜选用亚克力材料。
本发明的有益效果在于：本发明实现六边形均匀照明的LED透镜设计方法，透镜加工材料使用亚克力材料，其属于塑胶类材料，由于复眼透镜结构复杂，使用亚克力材料可以提高生产效率，并且透镜形状可以通过注塑、挤塑完成，具有透光率高（3mm厚度时穿透率93%左右），成本低特点。构建方法简单，照度均匀，可实现光斑呈中心对称的六边形分布等特点。
附图说明
图1为本发明六边形均匀照明的LED透镜结构示意图；
图2为本发明复眼透镜正视图；
图3为本发明经过两块透镜最后呈六边形照明光斑图；
图4为本发明照度图的横向具体照度值图；
图5为本发明照度图的纵向具体照度值图。
具体实施方式
针对现有单一形状的照明光斑，设计一种呈六边形的光斑，基于斯涅耳折射定律及复眼仿生学原理，LED光源发出的光经透镜发生折射后到达照射面，因此对透镜曲面上进行光学设计，从而使得光线到达照射面时形成所需要的光斑形状。由于LED芯片是一个矩形，所以在设计时忽略芯片形状，将其当做点光源进行设计。先将特定角度的光经过一个无焦系统的透镜，使其出射光为平行光，再经过复眼透镜将光出射为具有六边形光斑的光束。
如图1所示六边形均匀照明的LED透镜结构示意图，设计的具体实现步骤为：
步骤(1)构建无焦系统透镜1，透镜形状为平凸型，其中凸面为二次曲面，在ZEMAX软件中对初始模块进行优化，最终使得光源的光经无焦透镜后平行出射；首先设置初始值，并且设定直径大小为8mm不变，将第二个面设为二次曲面，给定优化函数，对初始模块进行优化，最终得到平行光出射，此为所需无焦系统透镜；优选发光光源为1mm×1mmLED芯片、发光角度为60度；
步骤(2)构建复眼透镜2，直径大小与无焦系统透镜1相同，透镜形状为平凸型，凸面为自由曲面，并且在自由曲面上构建正六边形小透镜，设计为复眼透镜，如图2所示；
步骤(3)在无焦系统透镜1凸面正后面五毫米处放置复眼透镜2，两个透镜的凸面同一方向，两者组成共轴光学系统，两块透镜组成所设计LED透镜，光源的光经无焦透镜出射的平行光束作为复眼透镜的入射光，最终在目标面得到六边形照明光斑，如图3所示。
图4为本发明六边形照明光斑图图3的补充说明图，该图显示的是照度图的横向具体照度值；图5显示的是照度图的纵向具体照度值。
无焦系统透镜1和复眼透镜2材料为亚克力材料。
本实施例在近距离特定光斑照明光学系统中安装了本发明中构建的光学系统透镜，用于呈现特定光斑，在本实施例检测中，光斑形状通过TracePro光学仿真软件来仿真辨别，在距离无焦透镜5.8mm处给定发散角为60°的发光光源，本方法检测到六边形照明光斑显示存在并且具有较高的均匀度，均匀度达到85%，同时，光利用率超过80%，完全符合照明要求，实现了六边形均匀照明光斑的设计，具有生产效率高、光利用率高、成本低等特点。

Claims (3)

1.一种实现六边形均匀照明的LED透镜设计方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1）构建无焦系统透镜，透镜形状为平凸型，设定直径，其中凸面为二次曲面，给定优化函数，在ZEMAX软件中对初始模块进行优化，最终使得光源的光经无焦透镜后平行出射，此为所需无焦系统透镜；
2）构建复眼透镜，直径大小与无焦系统透镜相同，透镜形状为平凸型，凸面为自由曲面，并且在自由曲面上构建正六边形小透镜，设计为复眼透镜；
3）在无焦系统透镜凸面正后面五毫米处放置复眼透镜，两个透镜的凸面同一方向，两者组成共轴光学系统，两块透镜组成所设计LED透镜，光源的光经无焦透镜出射的平行光束作为复眼透镜的入射光，最终在目标面得到六边形照明光斑。
2.根据权利要求1所述实现六边形均匀照明的LED透镜设计方法，其特征在于，所述步骤1）中无焦系统透镜选用亚克力材料。
3.根据权利要求1所述实现六边形均匀照明的LED透镜设计方法，其特征在于，所述步骤2）中复眼透镜选用亚克力材料。
CN201610291920.2A 2016-05-05 2016-05-05 实现六边形均匀照明的led透镜设计方法 Pending CN105782905A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610291920.2A CN105782905A (zh) 2016-05-05 2016-05-05 实现六边形均匀照明的led透镜设计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610291920.2A CN105782905A (zh) 2016-05-05 2016-05-05 实现六边形均匀照明的led透镜设计方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105782905A true CN105782905A (zh) 2016-07-20

Family

ID=56401624

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610291920.2A Pending CN105782905A (zh) 2016-05-05 2016-05-05 实现六边形均匀照明的led透镜设计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105782905A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11060693B2 (en) 2017-06-19 2021-07-13 Signify Holding B.V. Output lenses for LEDs and a method of forming an output lens

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102654268A (zh) * 2011-03-02 2012-09-05 北京工业大学 Led透镜装置、led透镜装置模组及led灯具
CN202769542U (zh) * 2012-07-20 2013-03-06 广东工业大学 一种led准直透镜
CN104075250A (zh) * 2013-03-29 2014-10-01 海洋王（东莞）照明科技有限公司 配光结构及其led灯具
CN104180300A (zh) * 2013-05-28 2014-12-03 海洋王（东莞）照明科技有限公司 灯具及其透镜
CN104676489A (zh) * 2013-11-29 2015-06-03 海洋王（东莞）照明科技有限公司 一种景观照明灯反射器及景观照明灯具

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102654268A (zh) * 2011-03-02 2012-09-05 北京工业大学 Led透镜装置、led透镜装置模组及led灯具
CN202769542U (zh) * 2012-07-20 2013-03-06 广东工业大学 一种led准直透镜
CN104075250A (zh) * 2013-03-29 2014-10-01 海洋王（东莞）照明科技有限公司 配光结构及其led灯具
CN104180300A (zh) * 2013-05-28 2014-12-03 海洋王（东莞）照明科技有限公司 灯具及其透镜
CN104676489A (zh) * 2013-11-29 2015-06-03 海洋王（东莞）照明科技有限公司 一种景观照明灯反射器及景观照明灯具

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11060693B2 (en) 2017-06-19 2021-07-13 Signify Holding B.V. Output lenses for LEDs and a method of forming an output lens

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5657679B2 (ja) 非対称光ビーム生成のためのレンズ
RU2013115918A (ru) Устройство для местного освещения
US20120328278A1 (en) Condenser lens, lamp and camera
CN102705776A (zh) 一种实现均匀矩形光斑透镜
RU2014139653A (ru) Устройство для излучения света из виртуального источника
CN104075250A (zh) 配光结构及其led灯具
US20110134636A1 (en) Led traffic signal device
CN202581120U (zh) 一种led矩形光斑透镜
CN105465646A (zh) 一种可实现圆形光斑和方形光斑变换的led光学结构
CN204062850U (zh) 一种广角度的led透镜以及具有该透镜的led灯具
US10295151B2 (en) Optical member for spot flood lights
CN105782905A (zh) 实现六边形均匀照明的led透镜设计方法
CN105745489B (zh) 照明单元
CN210860981U (zh) 一种透镜及灯具
CN102287755B (zh) 光束控制部件以及具备此光束控制部件的光学装置
CN205560624U (zh) 用于改变光分布的光学装置及其制造模具和照明装置
CN105222097A (zh) 一种灯具及其光学模组
Lo et al. Design of a bike headlamp based on a power white-light-emitting diode
CN202647592U (zh) 一种实现均匀矩形光斑透镜
CN208779386U (zh) 可改变光斑大小的透镜组件
CN102121587B (zh) 均匀照明的紧急照明灯
EP2400212A3 (en) LED lamp forming light distribution mode of approximate parallel optical array by using lenses
CN207975488U (zh) 可调光斑的光学组件及可调光斑的led组件
EP3356875B1 (en) Led module with output lens
CN204328881U (zh) 一种用于led灯具的光学透镜和led灯具

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20160720

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication