[发明专利]基于XY多项式的LED自由曲面照明系统的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种LED自由曲面照明系统的设计方法，尤其涉及一种基于XY多项式的LED自由曲面照明系统的设计方法。

背景技术

现有的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统的设计方法中，一般是先通过“微分方程法”获得自由曲面内一系列离散点的数据点(包括坐标值和法向量)，进而根据所述数据点通过最小二乘法进行曲面拟合，最后获得所述自由曲面并进一步构建该自由曲面的透镜实体，进而获得所述LED自由曲面照明系统。该方法虽然可以最大程度地满足坐标值，但往往无法确保更为关键的法向量得到满足，故，通常存在较大的偏差。这种偏差无疑会对照明的均匀性造成巨大的影响。

发明内容

综上所述，确有必要提供一种具有高均匀性的LED自由曲面照明系统的设计方法。

一种基于XY多项式的LED自由曲面照明系统的设计方法，包括以下步骤：

S10：在一三维直角坐标系Oxyz中根据一LED点光源及其在一接收面所形成的照明视场获得一自由曲面的一系列数据点，其中，所述LED点光源所发射的光线经过所述自由曲面在所述照明视场实现均匀照明，每一数据点括一坐标值Q_i＝(x_i,y_i,z_i)(i＝1,2,…,n)和一法向量N_i＝(u_i,v_i,-1)(i＝1,2,…,n)，所述自由曲面的表达式为：

S11：获得所述坐标值Q_i＝(x_i,y_i,z_i)(i＝1,2,…,n)与所述自由曲面在z方向坐标差值的平方和其中，P＝[P₀₀ P₁₀ P₀₁ P₂₀ P₁₁ P₀₂ P₃₀ P₂₁ P₁₂ P₀₃ ...]^T、Z＝[z₁ z₂ … z_n]^T；

S12：获得所述数据点的法向量N_i＝(u_i,v_i,-1)(i＝1,2,…,n)与所述自由曲面法向量n_i的矢量差的模值的平方和其中，U＝[u₁ u₂… u_n]^T、V＝[v₁ v₂ … v_n]^T、n_i＝(f_x(x,y；P),f_y(x,y；P),-1)；

S13：获得评价函数f(P)＝e₁(P)+we₂(P)，其中，w为权重且大于0；

S14：选择不同的权重w，并令所述评价函数f(P)的梯度从而获得多组不同的P及其对应的多个自由曲面面形z＝f(x,y；P)；

S15：获得具有最佳的成像质量的最终自由曲面面形Ω_opt；以及

S16：根据所述最终自由曲面面形Ω_opt构建一自由曲面透镜实体，从而获得所述LED自由曲面照明系统。

与现有技术相较，本发明提供的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统的设计方法，通过综合考量各数据点的坐标值及法向量，从而能够同时使得坐标值和法向量得到不同程度的满足，并将这两方面的偏差都控制在可接受的范围之内，从而获取均匀的照明质量。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统的设计方法中所述LED自由曲面照明系统的结构示意图。

图2为本发明实施例1提供的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统的设计方法中使用LightTools构建的自由曲面进行光线追迹的仿真结果图。

图3为本发明实施例1提供的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统的设计方法中获得的自由曲面所形成的矩形照明视场的照明效果图。

图4为本发明实施例1提供的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统的设计方法中获得的自由曲面所形成的矩形照明视场的在x轴和y轴上的照度分布图。