[發明專利]一種LED照明裝置及其設計方法

在審

• 申請號: 202011110479.6
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112361236A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 顏勁仁;李敏;王海蓉
• 申請（專利權）人: 云南開放大學
• 主分類號: F21K9/69
• 分類號: F21K9/69;F21K9/64;F21K9/68;F21V13/14;F21Y115/10
• 代理公司: 北京市盈科律師事務所 11344
• 代理人: 羅東

1.一種LED照明裝置，其特征在于，包括基底，固設于基底且表面涂敷熒光粉的LED芯片，固設于基底上且套蓋于LED芯片上的自由曲面透鏡，以及固設于基底且環繞自由曲面透鏡設置的反射器；所述自由曲面透鏡包括呈環狀且上端開口的第一曲面透鏡部，以及與第一曲面透鏡部上端連接的第二曲面透鏡部；所述第一曲面透鏡部外凸；所述第二曲面透鏡部內凹。

2.根據權利要求1所述的LED照明裝置，其特征在于，所述第一曲面透鏡部與第二曲面透鏡部光滑連接。

3.根據權利要求1所述的LED照明裝置，其特征在于，還包括涂覆于反射器反射表面的高反射率膜。

4.根據權利要求1所述的LED照明裝置，其特征在于，所述反射器的開口角度為40～60度；

和/或；

所述反射器為自由曲面反射器。

5.根據權利要求1所述的LED照明裝置，其特征在于，還包括設于所述基底的散熱器。

6.一種LED照明裝置的設計方法，其特征在于，采用權利要求1-4任一項所述的LED照明裝置進行照明；包括如下設計步驟：

以LED光源為坐標原點建立直角坐標系(u,v,z),其中v方向垂直于平面向外；第一曲面透鏡部與第二曲面透鏡部連接處所對應的光線出射角為所述反射器對應的開口角度為

設定所述LED照明裝置中的LED芯片發出的光能分為兩個部分，區分根據是按LED芯片發出的光線與光軸的夾角來劃分，即時的情況和的情況；

對部分的光線的配光設計為經第二曲面透鏡部折射后出射，并配光在角度范圍內，獲取其在第二曲面透鏡部處的入射光線和折射光線之間的關系；

對部分的光線的配光設計為經第一曲面透鏡部折射后再經反射器反射，使出射光線配光在角度范圍內，獲取其在第一曲面透鏡部的入射光線和折射光線之間的關系，以及其經第一曲面透鏡部折射后在反射器的入射光線和反射光線之間的關系；

根據部分的光線在第二曲面透鏡部處的入射光線和折射光線之間的關系、部分的光線在第一曲面透鏡部的入射光線和折射光線之間的關系、部分的光線經第一曲面透鏡部折射后在反射器上的入射光線和反射光線之間的關系獲取自由曲面透鏡和反射器各自所對應的離散數據點；

根據所述的離散數據點及曲線擬合方法構建出自由曲面透鏡和反射器。

7.根據權利要求6所述的一種LED照明裝置的設計方法，其特征在于，所述部分的光線在第二曲面透鏡部處的入射光線和折射光線之間的關系采用如下具體過程獲取：

設定LED芯片的光強分布為0～90度內的任意光強分布，通過以下數學關系式(1)將光線配光至角度范圍內：

其中，為LED照明裝置的光強分布，為LED光源的光強分布；

對于可用光度計測量后采用如下多項式擬合式(2)擬合：

其中I₀為沿光軸方向的強度，即度時的光強，a_i(i＝0,1,2,3,4)為多項式擬合系數；

將多項式擬合式(2)擬合的數據表達式代入能量守恒公式中得到非線性方程，采用數值方法求解即可得到入射光線與出射光線的關系。

8.根據權利要求6所述的一種LED照明裝置的設計方法，其特征在于，所述部分的光線在第一曲面透鏡部的入射光線和折射光線之間的關系采用如下公式(3)獲取：

其中，為所述部分的光線經第一曲面透鏡部折射后的折射光線與光軸z的夾角；其中M為部分光線的光線數目；

所述部分的光線經第一曲面透鏡部折射后在反射器的入射光線和反射光線之間的關系采用如下具體過程獲取：

設定LED芯片的光強分布為0～90度內的任意光強分布，通過以下數學關系式(4)將光線配光至角度范圍內：

其中，ρ為所述反射器的反射面的反射率，為LED照明裝置的光強分布，為LED光源的光強分布；

對于可用光度計測量后采用如下多項式擬合式(2)擬合：

其中I₀為沿光軸方向的強度，即度時的光強，a_i(i＝0,1,2,3,4)為多項式擬合系數；

將多項式擬合式(2)擬合的數據表達式代入能量守恒公式中得到非線性方程，采用數值方法求解即可得到入射光線與出射光線的關系。