单透镜反射聚光器设计与原理

我们在做光学设计的时候，经常会遇到产品空间尺寸的限制，从而没有办法去布置多个光学零件，来达到最好的光学效果。因此，如何在保证光学效果的同时，尽量缩小光学系统的尺寸极为重要。

本文通过一个多反射面的单透镜，对LED光源完成聚光和整形的工作，使光束角减小并改变方向。

1.建立3D模型

图1

本系统由LED、透镜、出光格栅构成。根据需求，在有限的空间内需要通过一个透镜改变光束角和发光方向，使得光线尽可能平行由出光口射出。

2.光路设计

图2

如上图所示：

为了提高光的利用率，首先将LED射出的光线做聚光处理，通过透镜底面聚光；然后通过全反射面将光反射到背面（镀铝）做二次配光处理，生成平行光，最后由出光面（全反射面）射出。

3.光线追踪分析

横向：

图3

纵向：

如上两图所示：

横纵两个方向的光路追踪分析，可以看出：

1. LED有部分光线没有进入透镜发生损耗。

2. 由于LED发光面较大，透镜较小，导致两个方向的光平行度一般

3. 全反射面由部分光没有发生全反射而直接射出发生损耗

4.模拟结果分析

图5

从光学模拟结果可以得出，光型接近矩形存在一定畸变，中间区域较亮，整体亮度均匀。