[发明专利]一种LED花形照明透镜的设计方法及透镜

权利要求书

1.一种LED花形照明透镜的设计方法，其特征在于，包括：

构建内全反射面的面型；

构建配光面的面型；

对配光面进行区域划分；

构建内表面；

构建连接面。

2.根据权利要求2所述的LED花形照明透镜的设计方法，其特征在于，所述构建内全反射面的面型，包括步骤：

构建内表面的形式为球形，将LED光源置于球形中心；

构建一个主轮廓线，绕中心轴旋转，即形成了内全反射面。

3.根据权利要求2所述的LED花形照明透镜的设计方法，其特征在于，所述构建一个主轮廓线，包括步骤：

以所述LED光源上表面中点为坐标原点O，建立直角坐标系；

根据公式(4)得到光源的出射光线的表达式(8)；

所述公式(4)为：

所述公式(4)中，n代表折射率，N代表法向矢量，Out代表出射光线矢量，In代表入射光线矢量；

所述表达式(8)为：

所述公式(8)中，x代表内全反射面上点的x轴坐标，y代表内全反射面上点的y轴坐标，i代表x方向的单位矢量，j代表y方向的单位矢量，In代表入射光线矢量；

根据全反射定律，得到内全反射面3的切线表达式(9)；所述表达式(9)为：

所述公式(9)中，x代表内全反射面上点的x轴坐标；y代表内全反射面上点的y轴坐标，i代表x方向的单位矢量，j代表y方向的单位矢量，In代表入射光线矢量，P代表切线矢量。

4.根据权利要求1所述的LED花形照明透镜的设计方法，其特征在于，所述构建配光面的面型，包括步骤：

确定各配光区域的中心线，该中心线即为各区域的平面角平分线；

经过该中心线与竖直线确定的平面内，对配光面在该平面内构建轮廓线；

由平面内的不同轮廓线进行连接即得到配光面；

各区域的配光面组合在一起即得到整体的配光面。

5.根据权利要求4所述的LED花形照明透镜的设计方法，其特征在于，所述对配光面在该平面内构建轮廓线，包括步骤：

以所述LED光源上表面中点为坐标原点O，建立直角坐标系；

定义所述LED光源为E₁E₂和接收器为R₁R₂，y轴与E₁E₂垂直平分，设计一个配光面的轮廓线，E₁、E₂点发出的边缘光线通过轮廓线的折射后分别对应的汇聚到接收器的端点R₁、R₂处；

在y轴上选择一点P₀作为所设计的透镜的表面点链的起始点；

E₁发出的一条光线r₁在P₀发生折射；

沿着折射光线选择一点P₁作为透镜下表面点链的起始点；

强制光线r₁在点P₁处折射并射向R₂，确定出在P₁点处的法向量n₁的方向；

由光线r₁的传播路径通过公式(3)求得由E₁到R₂之间的光程；所述公式(3)为：

Γ₁＝[E₁,P₀]+n[P₀,P₁]+[P₁,R₂] (3)

所述公式(3)中，Γ₁是总光程，E₁是光源的一个端点，P₀是下表面的起始点，该点是人为确定的；P₁是光线E₁ P₀在透镜下表面折射后的折射光线照射到透镜上表面上的一点，这个点是根据折射定律由透镜上表面的入射光线和折射光线共同决定的；光线P₀ P₁在透镜上表面发生折射，照射到目标平面的另一个端点R₂；

E₂发出的一条光线r₂过点P₁折射后的光线P₁R₁的方向已经确定，根据折射定律的矢量形式的公式(4)进行下一步：

所述公式(4)中，n代表折射率，N代表法向矢量，Out代表出射光线矢量，In代表入射光线矢量；

根据公式(5)、(6)联立，得到相邻采样点之间的迭代关系，即可确定透镜上表面的下一点P₂以及该点处的法向n₂；

所述公式(5)为：

所述公式(5)中，透镜上表面上各点满足迭代关系，相邻的两个点坐标为(x_i，y_i)和(x_i+1，y_i+1)，两个点的斜率近似等于(x_i+1，y_i+1)点的斜率，k为斜率；

所述公式(6)为：

x_i+1＝y_i+1tan(A_i+1) (6)

所述公式(6)中，点坐标(x_i+1，y_i+1)的x轴坐标和y轴坐标，A_i+1为LED光源的出射光线与竖直线之间的夹角；

由光线r₂的传播路径通过公式(7)求得由E₂到R₁之间的光程；所述公式(7)为：

Γ₂＝[E₂,P₂]+n[P₂,P₁]+[P₁,R₁] (7)

所述公式(7)中，Γ₂是总光程，Γ₁＝Γ₂，E₂是光源的一个端点，R₁是目标平面的另一个端点，P₁在Γ₁光程中确定，根据折射定律和光程相等即可得到点P₂；

根据同一光源对应的同一像点所有的光线光程相同，交替应用上述的方法，不断确定出轮廓线上的点，直到轮廓线与链接面相交。