[发明专利]一种改善LED路灯照明的设计方法

摘要

发明公开了一种改善LED路灯照明的设计方法，包括以下步骤：1）确定LED光源；根据厂家提供的光线文件，采用光学软件Lighttools进行模拟，或者采用光学测量仪器进行测量，准确分析光强随传播方向的分布情况，为光源模型的建立提供依据；2）建立LED光源与照射面之间的对应关系；将LED光源建模为半球形状，并利用类似地球的经线和纬线对半球进行网格划分，经线和纬线将半球面划分为若干个光通量相等的微元面；3）根据向量，最终得到所设计的自由曲面透镜；通过本发明设计结果，对LED的自身发出的不符合道路照明的圆形光斑进行了改善。

主权项

1.一种改善LED路灯照明的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1）确定LED光源；根据厂家提供的光线文件，采用光学软件Light tools进行模拟，或者采用光学测量仪器进行测量，准确分析光强随传播方向的分布情况，为光源模型的建立提供依据；2）建立LED光源与照射面之间的对应关系；将LED光源建模为半球形状，并利用类似地球的经线和纬线对半球进行网格划分，经线和纬线将半球面划分为若干个光通量相等的微元面；以上述半球圆心为原点，建立坐标系，令半球中轴线方向为Z轴，令半球底面上相互垂直的两个方向为X,Y轴方向，令光线方向和半球中轴线的夹角为令X轴和光线在半球底面上投影的线段所夹的角为θ，那么芯片发出的光束都可以用来唯一表示，光线经过透镜中一点P发生折射，之后到达照射面一点G(x,y,z)，对于透镜的自由曲面来说，入射光的单位方向向量可表示为I透镜的自由曲面上点P的位置矢量可表示为其中ρ为LED光源沿方向到自由曲面的距离，所有要考虑的光线方向向量轨迹的末端就组成了自由曲面，出射单位向量为O，它可以由G点和P点的位置矢量相减获得，即：根据所建立的光源与光照面的对应关系，建立起和G(x,y,z)之间的数学关系式：当0≤θ≤π/4时：当π/4≤θ≤π/2时：将公式(3)和公式（4）代入公式（2），可得到光线经过自由曲面之后出射方向矢量O；3）根据步骤2）中测定的出射方向矢量O，设自由曲面上点P处的法向矢量为T，T等于经过此点的在曲面上的两条曲线切矢的叉乘，取这两个矢量为ρ_θ和ρ_θ矢量方向和XSY平面平行，矢量在XOY平面上的投影过S点，经过计算可以得到：由于曲面法向矢量T方向和ρ_θ，方向是相垂直的，因此采用矢量叉乘即可获得矢量T，结合公式（5）和公式（2）可得到矢量T；结合斯涅耳定律：n_o×O-n_I×I＝[n_o²+n_I²-2×n_o×n_I×(O·I)]^1/2×T      (6)建立起关于ρ,ρ_θ,的偏微分方程，利用数值方法对方程进行求解，获自由曲面透镜的坐标数据，最终得到所设计的自由曲面透镜。