LED匀光透镜设计：三次样条双自由曲面方法

"本文主要介绍了一种基于三次样条曲线的双自由曲面LED匀光透镜设计方法，旨在解决传统半球面透镜在均匀照明配光中的局限性，提高照明均匀度，并且适用于不同类型的光源。设计过程中，通过分析LED光源特性，设置合适的拟合点，利用三次样条曲线构建内曲面母线。然后，结合边缘光线理论、光通量网格划分以及Snell定律计算外自由曲面，通过旋转母线形成透镜模型。在TracePro软件中对透镜模型进行模拟，结果显示在特定条件下，该设计能够达到90%和85%的照明均匀度，光能利用率分别约为86%和80%，证明了设计的高效性和通用性。" 这篇论文深入探讨了LED照明领域的一个关键问题——如何设计透镜以实现更均匀的光照效果。传统的半球面透镜在某些情况下无法满足高均匀度的需求，因此作者提出了一个创新的双自由曲面透镜设计。这个设计的核心是使用三次样条曲线来构建透镜的内曲面，这允许根据需要灵活调整和优化曲面形状，以适应不同的LED光源。 首先，研究者对LED光源的数据进行了分析，确定了拟合点，这些点作为构建三次样条曲线的基础。三次样条曲线是一种平滑曲线，它可以精确地贴合数据点，同时保持连续性和光滑性，适合用于构建复杂曲面。 接着，他们应用了光学设计的基本原理，如边缘光线理论，这是一种分析光线传播路径的方法，用于确定透镜外表面的形状。同时，通过光通量网格划分，可以更好地控制光线分布，确保光能在整个照射区域内均匀分布。Snell定律则用来计算光线通过不同介质时的折射角度，确保光线正确地聚焦和分布。 透镜模型构建完成后，通过旋转母线形成完整的双自由曲面透镜。为了验证设计的有效性，研究人员在专业光学模拟软件TracePro中进行了仿真。仿真结果表明，该透镜设计在距高比为4的情况下，对于单个朗伯光源和非类朗伯光源，分别能达到90%和85%的高照明均匀度，光能利用率也相当高，分别为86%和80%。这表明该设计不仅适用于不同类型的LED光源，还能在近场均匀照明中发挥优势。 这项工作为LED照明领域提供了一个新的解决方案，通过优化透镜设计提高了照明效率和均匀度，对于提升LED灯具的性能具有重要意义。未来的研究可能将进一步优化设计参数，探索更多应用场景，以满足更多样化的照明需求。