專利名稱：Led用復合反射面的制作方法
技術領域：
本發明屬于照明及信號技術領域，具體涉及一種用于汽車燈具及普通民用照明的LED的反射面。
背景技術：
隨著LED(發光二極管)技術的不斷成熟，LED在照明、信號領域中的應用越來越廣泛，隨之而來的是對產品的各項性能指標要求也越來越嚴格。對于照明、信號類產品，其光學分布的性能是一個重要的指標。由于LED與傳統光源從體積和發光特性等方面相比，具有截然不同的特性，因此對光學系統設計也提出了新的要求。
在實際照明應用中，需要的是具有控制在一定角度范圍內的均勻過渡的配光。傳統光源如白熾燈和氣體放電燈等發光體相對于光學系統而言都有一定的張角，因此旋轉對稱或柱狀拋物面在對光束進行準直的同時，仍能獲得均勻且適當擴散的光型。對于LED，由于發光點對反射面張角很小，簡單的拋物反射面往往產生高度準直的光束，無法形成具有適當擴散的光型，通常需要借助透鏡組來實現配光要求。雖然能達到同樣的光學要求，但額外的透鏡增加了生產成本，增加了光損耗，同時又限制了燈具的外觀設計自由度。
發明內容
本發明的目的在于提供一種適合于LED燈需求的成本低、光耗少的反射面。
本發明提出的適用于LED的反射面，是對簡單的旋轉對稱或柱狀拋物面反射鏡的完全革新，使得燈具的光學系統僅采用反射鏡，根據設計需要，調整參數，就能實現各種不同的配光模式。同時反射面的構成和分區模式可以根據需要進行調整，在實現配光多樣化的同時，又能實現外觀造型的多樣化。
本發明提出的LED反射面由LED光源1和用于重新分配光源1的空間光分布的反射鏡2構成。反射鏡2由若干反射曲面單元2a拼合組成；每個反射曲面單元2a由一根橫向母線和縱向母線控制形成，每根母線為二次曲線，所用二次曲線可以為圓弧、拋物線或雙曲線的一部分。反射曲面2a可以有n排、m列，n≥1，m≥3。隨著反射鏡2外徑尺寸的增加，在加工精度允許的情況下，n和m可以為十幾甚至幾十，例如3≤m，n≤30。每根母線的曲線段起始位置、各點曲率和法線方向由光源1的位置、該點處入射光線方向和設計要求的出射光線方向決定。
根據實際設計的需要，反射鏡2中的反射曲面單元2a可以有各種排列、分布的形式，比較典型可以有如下兩種結構錐形結構和雙折面結構。
錐形結構形式如圖1所示。反射鏡2的光學作用面由n排、m列反射曲面單元2a組成，由光源1向外為散射形式。反射曲面單元2a面積向外逐漸增大，構成錐形反射鏡面整體，其中，每個曲面單元2a由軸向母線3a沿徑向母線3a旋轉而形成，軸向母線3a向外散射，徑向母線長度由內向外逐漸增大。軸向母線3a的二次曲線有n段，n至少為1，在加工精度允許及滿足光學設計要求的前提下，n可以為十幾甚至幾十，例如3≤n≤30。每段曲線上各點位置、曲率和法線方向由其相對于光源1的位置、該點處入射光線方向和設計要求的出射光線方向決定。徑向母線3b一般采用圓弧線，有m段，各段圓弧線相同，圍成一m邊等邊多邊形，m至少為3，在加工精度允許及滿足光學設計要求的前提下，m可以為十幾甚至幾十，例如3≤m≤30。如圖2所示，通過控制反射鏡2上單元曲面2a的軸向母線3a各點的曲率和法線方向，可以將入射光線i1、i2、i3、i4反射至設計的角度范圍內，形成反射光線r1、r2、r3、r4。反射鏡2收集大角度光通，將大部分光能量控制在20度至30度的范圍內。通過改變反射鏡單元曲面2a光線入射點處的法線方向，可以使光線r1、r2、r3、r4出射方向不同，從而實現光能量的合理、高效的再分配，滿足配光需求。圖3為第一種方案的徑向光控示意圖，由圖可見，通過控制反射單元曲面2a的徑向母線3b的曲率，可以使光線適當擴散，從而實現均勻出射光斑的效果。
雙折面結構形式如圖5所示。反射鏡2的光學作用面由n排、m列反射曲面單元2a組成，各個曲面單元的縱向母線平行，橫向母線也平行。曲面單元由縱向母線4a沿橫向母線4b的路徑掃描而成，為一個曲面矩形。縱向母線采用二次曲線，共有n段，n至少為2，在加工精度允許及滿足光學設計要求的前提下，n可以為十幾甚至幾十，例如3≤n≤30，每段曲線上各點位置、曲率和法線方向由其相對于光源1的位置、該點處入射光線方向和設計要求的出射光線方向決定。橫向母線4b采用二次曲線，共有m段，m至少為1，在加工精度允許及滿足光學設計要求的前提下，m可以為十幾甚至幾十，例如3≤m≤30。。如圖6所示，LED光源1發出的光線i1、i2、i3、i4經反射鏡2上的反射單元曲面2a反射，形成反射光線r1、r2、r3、r4。通過控制反射單元曲面2a各點縱向母線4a的法線方向，可以使光線反射至指定區域。在垂直方向上，反射鏡2收集大角度光通，將大部分光通控制在20至30度范圍內。圖7為本方案橫向光控示意圖。與方案一一樣，通過控制反射曲面單元2a的橫向母線4b的曲率，可以使光線根據需要進一步擴散或會聚。同時，由于本方案的曲面由縱向母線4a和橫向母線4b控制，無旋轉對稱關系，因此可以形成不對稱的光型，包括上下不對稱、左右不對稱或兩個方向都不對稱，而不需要將光源或燈具偏軸安裝。
圖1是構成本發明第一種方案的反射鏡單元透視圖。
圖2是第一種方案的軸向光控示意圖。
圖3是第一種方案的徑向光控示意圖。
圖4是第一種方案的其他實例示意5是構成本發明第二種方案的反射鏡單元透視圖。
圖6是第二種方案的縱向光控示意圖。
圖7是第二種方案的橫向光控示意圖。
圖中標號1為LED光源，2為反射鏡，2a為反射面曲面單元，3a為錐形結構的縱向母線，3b為錐形結構的橫向母線，4a為雙折面結構的縱向母線，4b為雙折面結構的橫向母線。
具體實施例方式
本發明裝置由LED光源1和用于重新分配光源1的空間光分布的反射鏡2構成。LED光源1可為大功率或普通功率LED，發射角度一般大于60度。圖1至圖6是本發明的光學實例。LED光源1位于反射鏡2設計的焦點處，光源與反射鏡成一一對應的關系。反射鏡2由一系列微小曲面2a構成，對光源1發出的光線在兩維方向上重新分配。由本裝置組成可用于汽車、信號顯示及普通民用照明。
圖1表示的是本發明的第一種方案的(錐面結構形式)一個實例。如圖2所示，軸向母線3a為圓弧，共有3段，通過控制反射鏡2上單元曲面2a的軸向母線3a各點的曲率和法線方向，可以將入射光線i1、i2、i3、i4反射至設計的20度范圍內，形成反射光線r1、r2、r3、r4。反射鏡2收集大角度光通，將大部分光能量控制在20度的范圍內，并主要集中在10度以內。圖3為第一種方案的徑向光控示意圖。徑向母線3b也為圓弧，共6段，構成正六邊的曲邊形。使用圓弧可以使光線適當擴散，從而實現5度范圍內均勻的高亮度出射光斑的效果。兩者結合，實現光能量的合理、高效的再分配，通過多個圖示單元的組合能滿足汽車制動燈的配光要求。
圖4為方案一的不同實現方式。改變反射鏡2徑向和橫向的分塊數目，可以產生不同的外觀造型。適當增加單元曲面2a的數目，可以實現對配光更精確的控制。
圖5表示的是本發明的第二種方案(雙折面結構形式)的一個實例，可應用于汽車倒車燈。如圖6所示，縱向母線4a采用拋物線，共有7段，上下沒有對稱關系。在垂直方向上，反射鏡2收集大角度光通，將大部分光通控制在垂直方向上下15度范圍內，并將光軸調整至下偏2.5度，使光分布在垂直方向上更符合標準要求。圖7為本方案橫向光控示意圖。橫向母線4b也采用圓弧，共4段，與方案一一樣，通過控制反射單元曲面2a的橫向母線4b的曲率，使光線進一步擴散，達到45度，以滿足倒車燈的大角度水平擴散的要求。
權利要求
1.一種LED用復合反射面，其特征在于由LED光源(1)和用于重新分配光源(1)的空間光分布的反射鏡(2)構成，反射鏡(2)由若干反射曲面單元(2a)拼合組成；每個反射曲面單元(2a)由一根橫向母線和縱向母線控制形成，每根母線為二次曲線，所用二次曲線為圓弧、拋物線或雙曲線的一部分；反射曲面(2a)可以有n排、m列，n≥1，m≥3；每根母線的曲線段起始位置、各點曲率和法線方向由光源(1)的位置、該點處入射光線方向和設計要求的出射光線方向決定。
2.根據權利要求1所述的LED用復合反射面，其特征在于反射鏡(2)的光學作用面由n排、m列反射曲面單元(2a)組成，由光源(1)向外為散射形式；反射曲面單元(2a)面積向外逐漸增大，構成錐形反射鏡面整體；其中，每個曲面單元(2a)由軸向母線(3a)沿徑向母線(3a)旋轉而形成，軸向母線(3a)向外散射，徑向母線長度由內向外逐漸增大；徑向母線(3b)采用圓弧線，有m段，各段圓弧線相同，圍成一m邊等邊多邊形。
3.根據權利要求1所述的LED用復合反射面，其特征在于反射鏡(2)的光學作用面由n排、m列反射曲面單元(2a)組成，各個曲面單元的縱向母線平行，橫向母線也平行。
4.根據權利要求2所述的LED用復合反射面，其特征在于軸向母線(3a)為圓弧線，共有3段，軸向母線(3a)的曲率和法線方法的設計，使入射光線經曲面單元反射后在20度范圍內；徑向母線(3b)為圓弧線，共6段，圍成正六邊曲面形。
5.根據權利要求3所述的LED用復合反射面，其特征在于縱向母線(4a)采用拋物線，共7段，在垂直方向上，反射鏡(2)將大部分光通控制在垂直方向上、下15度范圍內；徑向母線(4b)采用圓弧線，共4段，控制徑向母線(4b)的曲率，使光線擴散范圍為45度。
全文摘要
本發明屬電光源技術領域，具體為一種LED用復合反射面。它由LED光源和用于重新分配光源的空間光分布的反射鏡構成。反射鏡由若干反射曲面單元拼合組成；每個反射曲面單元由一根橫向母線和縱向母線控制形成，每根母線為二次曲線，所用二次曲線可以為圓弧、拋物線或雙曲線的一部分。本發明可根據設計需要，調整參數，就能實現各種不同的配光模式。同時反射面的構成和分區模式可以根據需要進行調整，在實現配光多樣化的同時，又能實現外觀造型的多樣化。
文檔編號F21Y101/02GK1948823SQ20061011729
公開日2007年4月18日 申請日期2006年10月19日 優先權日2006年10月19日
發明者屠其非, 周莉, 宋賢杰, 周太明 申請人:復旦大學