对称结构式理论无损光效的LED光全反射准直系统技术方案

本发明专利技术属于光学技术领域，具体为一种对称结构式理论无损光效的LED光全反射准直系统。本发明专利技术准直系统包括LED光源模组、改进的椭球面反射器、改进的第一抛物面反射器和改进的第二抛物面反射器。光源置于椭球面反射器的第一焦点处，改进的第一抛物面反射器位于椭球面反射器下方，其焦点与椭球面反射器第二焦点重合；改进的第二抛物面反射器焦点位于光源位置，整个系统为左右镜像对称结构；光源发出的光一部分经过椭球面反射器和第一抛物面反射器形成准直光，剩余部分的光直接经过第二抛物面反射器形成准直光。整个系统只使用反射器，避免多光谱混合光的色散，有效光能量利用率高。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于光学
，具体为一种对称结构式理论无损光效的LED光全反射准直系统。本专利技术准直系统包括LED光源模组、改进的椭球面反射器、改进的第一抛物面反射器和改进的第二抛物面反射器。光源置于椭球面反射器的第一焦点处，改进的第一抛物面反射器位于椭球面反射器下方，其焦点与椭球面反射器第二焦点重合；改进的第二抛物面反射器焦点位于光源位置，整个系统为左右镜像对称结构；光源发出的光一部分经过椭球面反射器和第一抛物面反射器形成准直光，剩余部分的光直接经过第二抛物面反射器形成准直光。整个系统只使用反射器，避免多光谱混合光的色散，有效光能量利用率高。【专利说明】对称结构式理论无损光效的LED光全反射准直系统
本专利技术属于光学
，具体涉及一种基于LED光源的理论无损光效的光全反射对称结构准直系统。
技术介绍
随着技术进步，LED作为发光光源，其高效、环保、体积小、寿命高等优点逐渐被人们重视，现阶段LED越来越多的被用于汽车照明、家用照明以及商业照明之中。针对LED光源的灯具结构的设计也越来越多样化。由于LED具有180°单面发光的特性，传统的使用简单的反射器或者透镜的设计结构往往只能利用LED的一部分能量，总体能量利用率在60%-70%左右。而由于能量利用率的低下，导致需要更高瓦数的LED来达到照明效果，这样不仅没达到节能的目的同时使得整个灯具组的散热要求更高，不利于LED的广泛推广。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术的目的在于尽量提高灯具结构对于LED光能的利用率，将LED发出的180°的光线转换成有利于进一步配光的平行光束。本专利技术通过椭球面以及多抛物面组合的结构，将LED光源发出的光转换成平行光束，并且保持100%的光能利用率。本专利技术提供的LED光源的高效光全反射对称结构的准直系统，包括LED模组1、改进的椭球面反射器2、改进的第一抛物面反射器3和改进的第二抛物面发射器4。LED模组I的光源置于椭球面反射器2的第一焦点处；改进的第一抛物面反射器3位于椭球面反射器2下方，其焦点与椭球面反射器2第二焦点重合；改进的第二抛物面反射器4焦点位于LED光源I几何中心位置，整个系统为左右镜像对称结构；其中，所述LED模组I光源发出的光在立体角为α内的一部分光束经过椭球面反射器2汇聚于椭球面反射器2的第二焦点处，再经过改进的第一抛物面反射器3形成准直光，所述LED模组I光源发出的剩余部分的光即在α角外侧的β角(β=β1+β 2)内的光束直接经过改进的第二抛物面反射器4形成准直光；所述LED模组I光源发出的光全部被利用，系统利用效率100%。0°〈 α〈180°，0° <β〈180°，且α+β=180°。β 1、β 2为α角两侧的立体角，β 1=β 2，见图2所示。关于α角和β角的进一步说明如下:一般LED是朗伯辐射体分布的光源，经过LED发光面几何中心法线的子午面(纸面内)内的发光角度是180度，本专利技术的LED光源模组发出的光束，在其面内有一部分光先经过改进的椭球面反射器，光束会聚到改进的椭球面第二焦点处，由于改进的椭球面反射器第二焦点与改进的第一抛物面焦点重合，这部分光经过改进的第一抛物面准直出射，这个角度就是α角；另外一部分光束没有经过改进的椭球面反射器，由LED光源模组直接入射到改进的第二抛物面表面，由于LED光源模组的几何中心与第二抛物面焦点重合，这部分光就经过改进的第二抛物面准直出射，这个角度就是 β I 角和 β 2 角，这里 β=β1+β2, β1=β2。关于改进的椭球面反射器2、改进的第一抛物面反射器3和改进的第二抛物面发射器4的概念说明如下:LED光源是一组模组光源,发光面积有一定的大小,如果其发光面积小于其光传播过程中反射面有效通光孔径的1/10，可以认为LED光源近似为点光源，这时，所述改进的椭球面反射器的反射面就是标准的椭球面，所述改进的第一抛物面反射器和改进的第二抛物面反射器的反射面就是标准的抛物面；如果其发光面积大于其光传播过程中反射面有效通光孔径的1/10，LED光源就是一个扩展的光源，这时把扩展的LED光源认为是多个点光源组成的光源，LED光源只有位于焦点处的那部分光束才按照理想的光束传播，也就是从椭球面第一焦点的发出的光束经椭球面反射会聚到椭球面的第二焦点，从抛物面焦点处发出的光束经抛物面反射准直出射，组成扩展的LED光源的其它点光源由于处于离焦位置，对于从椭球面第一焦点附近的出射光束经椭球面反射就不会会聚到第二焦点处，对于从抛物面焦点附近的出射光束经抛物面反射就不会准直出射。所以，对于扩展的LED光源认为是多个点光源组成的光源，处于焦点以外的点光源经过椭球面反射时，把椭球面分成多个区域，按照光映射的原理，让入射到每个椭球面反射区域的光束，经过高次曲面的修正，会聚到椭球面的第二焦点处，把这些修正后的椭球面反射区域拟合为一个新的椭球面，这时所述改进的椭球面反射器即为以该新的椭球面为反射面的反射器；经过改进的椭球面反射器会聚到第二焦点处的光斑也不是绝对的点光源，是一个扩展光源，也可以认为是多个点光源组成的光源，由于改进的椭球面第二焦点几何中心与第一抛物面焦点重合，在该焦点以外的点光源经过第一抛物面反射时，把第一抛物面也分成多个区域，按照光映射的原理，让入射到每个第一抛物面反射区域的光束，经过高次曲面的修正后准直出射，把这些修正后的第一抛物面反射区域拟合为一个新的第一抛物面，这时所述改进的第一抛物面反射器即为以该新的第一抛物面为反射面的反射器；由于扩展的LED光源认为是多个点光源组成的光源，处于焦点以外的点光源经过第二抛物面反射时，把第二抛物面分成多个区域，按照光映射的原理，让入射到每个第二抛物面反射区域的光束，经过高次曲面的修正后准直出射，把这些修正后的第二抛物面反射区域拟合为一个新的第二抛物面，这时所述改进的第二抛物面反射器即为以该新的第二抛物面为反射面的反射器。所述的LED模组I为单芯片或多芯片封装的LED光源，光源大小0.5*0.5_3*3mm，LED光源发光面垂直于椭球面反射器组对称； 所述的改进的椭球面反射器2其第一焦距5-30mm,第二焦距30_65mm,长度为25_60mm,其第一焦点位置与所述的LED模组I的光源中心重合，内表面采用高反射率镜面镀膜，反射率高达95%以上。所述的改进的第一抛物面反射器3是180度旋转抛物面反射器，焦距20_40mm，口径为80-160_的一半，焦点位于所述改进的椭球面反射器2第二焦点处，内表面采用高反射率镜面镀膜，反射率高达95%以上。所述的改进的第二抛物面反射器是焦点位于LED光源几何中心的旋转对称抛物面的一部分，焦距为46mm-99mm，内表面采用高反射率镜面镀膜，反射率高达95%以上。本专利技术能够将LED能量利用率提高至100%，极大地减少能量损失，降低同等照明要求下LED灯具的散热要求，减少能耗。为LED的全面应用提供良好的技术支持。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术的光全反射对称结构准直系统的结构示意图。图2是本专利技术的光全反射对称结构准直系统的光路图。图3是本专利技术LED光源在α角内出射的一部分光线经改进的椭球面反射器会聚，再经改进的第一抛物面反射器准直的光路图。图4是本专利技术LED光源未本文档来自技高网...

【技术保护点】
对称结构式理论无损光效的LED光全反射准直系统，其特征在于由LED光源模组、改进的椭球面反射器、改进的第一抛物面反射器和改进的第二抛物面反射器组成；LED光源模组置于改进的椭球面反射器的第一焦点处，改进的第一抛物面反射器位于椭球面反射器下方，其焦点与椭球面反射器第二焦点重合；改进的第二抛物面反射器焦点位于LED光源模组几何中心位置，整个系统为左右镜像对称结构；其中，所述LED光源模组发出的光在立体角为α内的一部分光束经过椭球面反射器汇聚于椭球面反射器的第二焦点处，再经过改进的第一抛物面反射器形成准直光，所述LED光源模组发出的剩余部分的光即在α角外侧立体角为β内的一部分光束直接经过改进的第二抛物面反射器形成准直光；?0°<α<180°，0°<β<180°,且α+β=180°?；?如果LED光源模组的发光面积小于其光传播过程中反射面有效通光孔径的1/10，则认为LED光源近似为点光源，这时，所述改进的椭球面反射器的反射面就是标准的椭球面，所述改进的第一抛物面反射器和改进的第二抛物面反射器的反射面就是标准的抛物面；如果LED光源模组的发光面积大于其光传播过程中反射面有效通光孔径的1/10，这时把LED光源模组认为是多个点光源组成的光源，LED光源位于焦点处的那部分光束按照理想的光束传播，也就是从椭球面第一焦点的发出的光束经椭球面反射会聚到椭球面的第二焦点，从抛物面焦点处发出的光束经抛物面反射准直出射；处于焦点以外的点光源经过椭球面反射时，把椭球面分成多个区域，按照光映射的原理，让入射到每个椭球面反射区域的光束，经过高次曲面的修正，会聚到椭球面的第二焦点处，把这些修正后的椭球面反射区域拟合为一个新的椭球面，这时所述改进的椭球面反射器即为以该新的椭球面为反射面的反射器；由于改进的椭球面第二焦点几何中心与第一抛物面焦点重合，在该焦点以外的点光源经过第一抛物面反射时，把第一抛物面也分成多个区域，按照光映射的原理，让入射到每个第一抛物面反射区域的光束，经过高次曲面的修正后准直出射，把这些修正后的第一抛物面反射区域拟合为一个新的第一抛物面，这时所述改进的第一抛物面反射器即为以该新的第一抛物面为反射面的反射器；处于焦点以外的点光源经过第二抛物面反射时，把第二抛物面分成多个区域，按照光映射的原理，让入射到每个第二抛物面反射区域的光束，经过高次曲面的修正后准直出射，把这些修正后的第二抛物面反射区域拟合为一个新的第二抛物面，这时所述改进的第二抛物面反射器即为以该新的第二抛物面为反射面的反射器。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：葛爱明，王俊伟，邱鹏，蔡金林，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：