一種照度呈高斯分布的led二次配光透鏡設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種照度呈高斯分布的LED二次配光透鏡設(shè)計方法，其步驟包括：確定光源的光強(qiáng)分布函數(shù);確定透鏡的折射率；確定被照區(qū)域的總范圍半徑和光源離照明區(qū)域的距離；按照高斯分布將照明區(qū)域分成若干半徑不等的圓環(huán)，使得每個圓環(huán)的光通量相等；將光源光通量劃分為若干份數(shù)，使得每份的邊界與圓環(huán)半徑一一對應(yīng)；通過光線折射定律以及前序步驟中的對應(yīng)關(guān)系計算出透鏡的面型；驗證是否滿足要求。本設(shè)計方法計算準(zhǔn)確、設(shè)計周期短；光源發(fā)出的光線通過該透鏡在預(yù)期的照明區(qū)域形成照度為高斯分布的光斑，光源照明區(qū)域照度均勻，當(dāng)多個光源疊加照明時，透鏡也能使照明區(qū)域照度均勻，滿足均勻照明的需求。
【專利說明】一種照度呈高斯分布的LED二次配光透鏡設(shè)計方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種LED透鏡技術(shù)，特別涉及一種照度呈高斯分布的LED二次配光透 鏡設(shè)計方法。

【背景技術(shù)】
[0002] Led照明由于具有高效，環(huán)保，壽命長的特點，越來越得到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，逐漸 代替?zhèn)鹘y(tǒng)照明。但是LED照明在實際應(yīng)用中存在一些問題，其中之一就是LED芯片發(fā)光的 方向性強(qiáng)，光強(qiáng)分布為朗伯分布，在很多場合都不能直接使用。為了提高光能利用率，必須 對光源二次配光，達(dá)到使用的條件。
[0003] 傳統(tǒng)的LED二次配光透鏡設(shè)計方法主要是針對單盞燈均勻照明的情況，這種方法 設(shè)計出的透鏡在一盞燈照明的時候，照明區(qū)域可以很均勻，但如果兩盞或兩盞以上的燈負(fù) 責(zé)很大區(qū)域照明的時候，由于光斑疊加部分的照度會是非疊加部分照度的兩倍，反而使照 明區(qū)域不均勻。而對于單盞燈不均勻照明的情況，目前多是盲目的調(diào)整透鏡面型，這種方法 繁瑣，不準(zhǔn)確，設(shè)計周期長。因此有必要開發(fā)一種能解決單盞燈照明不均勻的問題，也能解 決兩盞或兩盞以上組合照明時不均勻情況的透鏡的系統(tǒng)設(shè)計方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，提供一種照度呈高斯分布 的LED二次配光透鏡設(shè)計方法，在此方法下設(shè)計出來的透鏡可以使單個光斑按照高斯分 布，照明區(qū)域亮度分布均勻，也能使多光源疊加時光照分布均勻。
[0005] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：
[0006] 一種照度呈高斯分布的LED二次配光透鏡設(shè)計方法，其步驟包括：
[0007] (1)確定光源的光強(qiáng)分布函數(shù)Ι(θ) = f(0)，其中I為光強(qiáng)度，Θ為出光角度Θ ; 一般光源分布為朗伯分布，其分布函數(shù)為I ( Θ ) = I*cos( Θ );
[0008] ⑵確定透鏡的折射率η ;
[0009] (3)確定被照區(qū)域的總范圍半徑R和光源離照明區(qū)域的距離d ;
[0010] (4)按照高斯分布將照明區(qū)域分成若干半徑不等的圓環(huán)r(i)，使得每個圓環(huán)的光 通量相等，其中i為圓環(huán)的標(biāo)號；
[0011] (5)將光源光通量劃分為若干份數(shù)，使得每份的邊界與圓環(huán)半徑一一對應(yīng)；
[0012] (6)通過光線折射定律以及步驟⑴至（5)中的對應(yīng)關(guān)系計算出透鏡的面型；
[0013] (7)將透鏡面型相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入相關(guān)的光學(xué)模擬軟件，模擬分析結(jié)果，看是否與設(shè)計 目的一致；如果不理想，修改r (i)計算公式中的尺度參數(shù)〇值，重復(fù)上述過程，直到結(jié)果滿 意為止。
[0014] 通過將光照區(qū)域劃分為光通量相等的圓環(huán)，并在透鏡上對應(yīng)地找到光源的出光角 度，根據(jù)具體折射定律和透鏡材料的折射率，即可得到光線通過透鏡后的出射光線的方向， 要使出射光線落在與之對應(yīng)的光照區(qū)域的圓環(huán)上，就需要調(diào)整透鏡外光學(xué)面與透鏡內(nèi)光學(xué) 面的相對距離，進(jìn)而得到每個光照區(qū)域上圓環(huán)對應(yīng)的透鏡外光學(xué)面曲線，所有圓環(huán)對應(yīng)的 透鏡外光線面曲線疊加得到整個透鏡外光學(xué)面的面型。
[0015] 作為優(yōu)選，步驟（2)中透鏡的折射率η的確定：根據(jù)透鏡的材質(zhì)確定，透鏡為pc材 質(zhì)，則折射率η取1. 58 ;透鏡為pmma材質(zhì)時，折射率η值取1. 49.

【權(quán)利要求】
1. 一種照度呈高斯分布的LED二次配光透鏡設(shè)計方法，其特征在于，其步驟包括： (1) 確定光源的光強(qiáng)分布函數(shù)1(9) =f(9)，其中I為光強(qiáng)度，9為出光角度0 ; (2) 確定透鏡的折射率n; (3) 確定被照區(qū)域的總范圍半徑R和光源離照明區(qū)域的距離d; (4) 按照高斯分布將照明區(qū)域分成若干半徑不等的圓環(huán)r(i)，使得每個圓環(huán)的光通量 相等，其中i為圓環(huán)的標(biāo)號； (5) 將光源光通量劃分為若干份數(shù)，使得每份的邊界與圓環(huán)半徑一一對應(yīng)； (6) 通過光線折射定律以及步驟（1)至（5)中的對應(yīng)關(guān)系計算出透鏡的面型； (7) 將透鏡面型相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入相關(guān)的光學(xué)模擬軟件，模擬分析結(jié)果，看是否與設(shè)計目的 一致；如果不理想，修改r(i)計算公式中的尺度參數(shù)〇值，重復(fù)上述過程，直到結(jié)果滿意為 止。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照度呈高斯分布的LED二次配光透鏡設(shè)計方法，其特征在于， 步驟（2)中透鏡的折射率n的確定：根據(jù)透鏡的材質(zhì)確定，透鏡為pc材質(zhì)，則折射率n取 1. 58 ;透鏡為pmma材質(zhì)時，折射率n值取1. 49。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照度呈高斯分布的LED二次配光透鏡設(shè)計方法，其特征在于， 步驟（4)中使每個圓環(huán)內(nèi)的光通量相等，那么每個圓環(huán)的半徑r(i)應(yīng)該滿足公式：
其中〇為高斯分布的尺度參數(shù)、N為光源光通量分割的份數(shù)、R為總照明區(qū)域半徑，而
合理地落于照明區(qū)域內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照度呈高斯分布的LED二次配光透鏡設(shè)計方法，其特征在于， 實現(xiàn)步驟（5)的方法：首先將透鏡內(nèi)光學(xué)面設(shè)為半球面，每一份光源光通量對應(yīng)的出光角 度0 (i)應(yīng)該滿足公式：
由此可以得到出光角度0 (i)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的照度呈高斯分布的LED二次配光透鏡設(shè)計方法，其 特征在于，步驟（6)中的出射光線滿足折射定律nXsina=sin|3，n為透鏡的折射率，將 光照區(qū)域圓環(huán)半徑r(i)對應(yīng)的出光角度0 (i)算出后，再根據(jù)折射定律可得到在透鏡外光 學(xué)面上對應(yīng)的特征點，求出所有光環(huán)i對應(yīng)的特征點，可得出透鏡外光學(xué)面的面型。
【文檔編號】F21V5/04GK104501091SQ201410830488
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月26日
【發(fā)明者】李成勇 申請人:成都恒坤光電科技有限公司