基于TIR結構LED準直透鏡的設計與實現

王未未

(江蘇大學 機械工程學院,江蘇 鎮江　212013)

基于TIR結構LED準直透鏡的設計與實現

王未未

(江蘇大學 機械工程學院,江蘇 鎮江212013)

摘要介紹了一種LED自由曲面準直透鏡的設計方法,并運用該方法設計了一款基于全內反射,結構的準直透鏡。對初始結構不斷進行逼近,最終得到準直透鏡的模型。透鏡外徑為35 mm,總高為21.5 mm。透鏡匹配Cree公司XPE光源進行計算機模擬,效率高達84.8%,K值高達125.8 cd/lm。模擬應用于35 W的探照燈時,在100 m遠處形成一個直徑為8 m的圓形光斑,光斑中心照度高達60 lux。透鏡實際樣品被制作出后,經過測試,實際透鏡的光束角為3.2°。此款透鏡被用于實際探照燈燈具中。

關鍵詞TIR準直透鏡;光學設計;自由曲面;TracePro

Design and Application of LED Collimating Lens Based on TIR

WANG Weiwei

(School of Mechanical Engineering,Jiangsu University,Zhenjiang 212013,China)

AbstractA design method for collimating LED lens with free surface is introduced and a practical collimating lens with the method based on TIR (Total Internal Reflection) is designed by approximating for the final 3D model successfully.The maximum diameter of the lens is 1 mm with a height of 2 mm.Computer simulation with the lens matched with CREE -XPE shows an efficiency of 84.8% and aKvalue of 125.8 cd/lm.With the lens applied to 35 W searchlight,a spot of a diameter of 8 m results with the spot center illumination up to 60 lux 100 m away 3.2°.Tests on the fabricated collimation lens show a beam angle of.The lens is used in the actual searchlights.

KeywordsTIR collimating lens;optical design;freeform surface;TracePro

近年來,由于發光二極管(Light Emitting Diode,LED)在光效、壽命、便攜性、反應速度等各方面性能遠勝于傳統光源,全球各國在LED應用的研究和發展上投入了大量的財政和人力[1],LED得到了廣泛應用。但LED屬于朗伯發光體[2],直接應用于特定的場景照明時會造成光能浪費與光污染。當LED應用在聚光燈、探照燈時,就需要對LED進行準直設計。這種通過改變光源光強分布的方法稱為二次配光。二次配光設計方法的研究歷史較為久遠,早期采用標準雙曲線或者非球面作為光學面的透鏡組來實現二次配光系統。隨著人們對燈具的光學性能與便攜性要求越來越高,自由曲面作為光學面的方法被提出[3-9]。自由曲面對于光線方向重排布有著更大的自由度。

本文結合作者實際設計經驗,總結了一種自由曲面透鏡的逼近理論設計方法,并設計了一款匹配Cree公司XPE光源的準直透鏡。……