基于LED光源的TIR透镜的优化设计

【基于LED光源的TIR透镜的优化设计】主要探讨了如何提高LED光源的光能利用率，通过设计一种自由曲面的全内反射（TIR）透镜来改善LED的光学性能。TIR透镜是一种光学元件，利用全内反射原理，能够有效地收集并聚焦LED的出射光，从而提高照明效率。 LED光源通常具有朗伯型分布的出射光，发散角约为120°，这使得直接应用时难以满足高亮度和均匀性的照明需求。因此，需要二次光学设计来优化光束形状。传统的解决方案如复合抛物面聚光器（CPC）虽然有效，但在小型化设备中存在加工难度，工作距离长的问题。 本文提出的自由曲面TIR透镜设计方法，首先根据LED的光能分布，追踪光线路径，确定透镜折射面和反射面的轮廓曲线上的离散点。通过插值算法生成样条曲线，再将此曲线旋转360°以构建TIR透镜的三维模型。然后使用 Tracepro 软件进行光线追迹模拟，根据光能利用率的要求对透镜结构进行优化。 优化后的TIR透镜在保持小尺寸的同时，实现了高达95.26%的光能利用率，光束发散角控制在±15°以内。这种设计不仅提高了光能转化效率，还确保了照明系统的紧凑性，降低了加工难度，尤其适合于需要高效、小型化的LED照明应用。 这项研究强调了TIR透镜在LED光学设计中的重要性，提供了一种有效的优化方案，对于提升LED照明设备的性能具有重要意义。通过这样的设计，可以更好地利用LED光源的特性，降低能源浪费，进一步推动LED技术在照明领域的广泛应用。