[發明專利]基于光學擴展量的LED均勻照明反射器的設計方法及應用

無效

• 申請號: 200910099552.1
• 申請日: 2009-06-18
• 公開（公告）號: CN101586779A
• 公開（公告）日: 2009-11-25
• 發明（設計）人: 余桂英;金驥;朱旭平;蔣賢滿
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: F21V7/04
• 分類號: F21V7/04;H01L33/00;F21Y101/02
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及LED照明技術，特別涉及一種均勻照明反射器的設計方法及采用該設計方法得到的反射器。

背景技術

隨著半導體照明技術的發展，LED作為一種新興的人造光源，由于其體積小，能耗低，單色性好等優點，已經展現出了極為廣闊的應用前景。LED正逐漸取代傳統光源，成為新一代光源。但是，目前LED尚存在許多不足，單個LED總光能量較低，且大部分LED產品都具有大發散角的朗伯分布發光曲線，因此并不能單獨用于照明系統中，在大多數應用場合，人們需要附加的光學元件與LED配合，實現在一定范圍內的均勻照明。

現有技術中有公開號為CN1948823A和CN2760613Y的專利文獻中提及的二次型反射聚光器與光棒進行勻光。還有如公開號為CN1554983A和CN2891006Y的專利文獻中提及的采用反射型復眼或透射型蠅眼進行勻光等手段。

但這些基于傳統成像光學原理的方法雖然解決了一定范圍內的均勻照明的問題，但由于其自身性質的限制，存在一定的收集角度，因此不能實現LED光能高利用率的目的，光棒在足夠長時勻光效果較好，但是以犧牲光能利用率為代價而浪費能源，同時整個系統比較復雜，而在微型化日益成為趨勢的今天，傳統照明系統的均勻性局限性也日趨明顯。

也有人用非成像光學理論來實現均勻照明的設計，如J.M.Gordon?andAri?Rabl利用TEDs(Tailored?Edge-ray?Device)設計方法，設計軸對稱反射器實現遠場均勻照明。丁毅等人基于折反射方程和能量守恒建立偏微分方程組，通過數值求解得到用于均勻照明的自由曲面透鏡和自由曲面反射器，但是對于旋轉對稱的反射器設計而言，該方法較為繁瑣。

另外隨著三維輔助設計的應用越來越多的反射器結構采用方程式來表達，之后通過三維輔助設計在工業生產中實現，例如中國發明專利200510037129.0中公開了一種背光系統及其反光罩，包括多個光源、一反光罩和一導光板，該導光板包括入光面、連接于該入光面的出光面和相對于該出光面的底面，該光源相對該入光面設置，該反射器具有多個反射單元，該多個反射單元分別收容該多個光源，各反射單元具有兩個相對設置的反射面，該兩個反射面與該入光面相對且該兩個反射面的截面形狀在一極坐標中由一特定方程限定。

但現有技術的反射器和導光板結合的結構過于復雜，加工不便，盡管也有采用光學透射裝置來解決均勻照明的問題，但光學透射裝置會消耗一部分能量，能量利用率很低。

發明內容

本發明根據LED光源特性和目標平面照度的分布要求，依據非成像光學中的光學擴展量守恒理論，提供了一種均勻照明和結構簡潔的反射器的設計方法。

一種基于光學擴展量的LED均勻照明反射器的設計方法，包括：

(1)以LED光源為原點建立極坐標系，

(2)在LED光源的光束發射的反方向處確定需要照亮的目標區域；

(3)在LED光源的光束發射的正方向處利用如下曲線方程建立反射面曲線，

drdθ=rtan(θ-arctanrsinθ-sinθsinθmaxRrcosθ+x02)]]>

式中：

r為LED光源發光面中心與反射面上任一點P之間的距離；

θ為LED光源發光面中心發射到所述的反射面上任一點P的光線與LED光源發光面法線的夾角；

θ_max為LED光源發光面輸出光束的最大發散角；