[发明专利]一种用于形成矩形光斑的反光杯的设计方法

摘要

一种用于形成矩形光斑的反光杯的设计方法，本发明根据非成像光学理论，建立点光源与被照面之间的能量拓扑关系，采用合适的反馈优化设计方法，获得面向扩展光源且在目标平面上形成均匀非对称矩形光斑的反射器，经光学仿真后，光源的能量基本上被限制在20m×12m的矩形区域内，且实现了非对称的配光，横向照度均匀度达到了85％，纵向照度均匀度达到了80％，满足道路照明要求；并且通过开模实际的测试验证仿真结果，证明了设计方案的可行性和反射器在路灯灯具中的实用性。

主权项

一种用于形成矩形光斑的反光杯的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立LED光源的空间坐标系，以LED光源为坐标原点，θ角为光线在X0Y平面上的投影与X轴的夹角，角为出射光线与Z轴正向的夹角；(2)设目标照明面与LED的距离为h，目标照明区域是长为a，宽为b的矩形区域；利用分别与X轴和Y轴垂直的直折线将第一象限的目标照明区域划分为面积相等的M份，并且这M个子区域无交集，根据几何关系，有公式x(i)·y(i)‑x(i‑1)·y(i‑1)＝S/M     (1)；其中S为位于第一象限的路面区域面积，结合目标照明区域的长a和宽b，依次求出公式(1)中的x(i)和y(i)；(3)将每一个子区域用从坐标原点发出的辐射线分成N份面积相等的区域，任一小区域为梯形，根据梯形的面积公式求出直折线与辐射线的M×N个交点坐标；(4)求出反光杯面型的关键在于计算出反射光线所对应的θ角和角；设定点光源的中心光强为I0，那么总的光通量Φ0＝πI0，目标照明区域的平均照度为：E_a＝Φ_０/ab＝πI₀/ab        (2)；(5)辐射线与直折线所形成的三角形区域的直射能量Ez，当作圆弧来积分并求得：其中j取1到N之间的正整数，直射对应的θ和角直接根据坐标关系求得，结合公式(2)和(3)式即可求出该区域所需的反射能量Ef，进而求得N条反射光线对应的θ和角；同理，辐射线与直折线所形成的梯形区域近似为矩形，求出M×N条反射光线对应的θ和角，进一步算出入射光线的方向矢量；初始出射光线的方向矢量由初始坐标点S0计算得出，而该点的法线矢量可依据反射定律的矢量形式求出，按照纵向迭代的原则，则有：S_y(i，j+1)＝S_x(i，j+1)·tanθ(i，j+1)        (5)(6)依据公式(4)、(5)、(6)式求得M×N个离散点；同理分析位于第四象限的目标照明区域，此时反射光线所对应的θ角的范围从π～3π/2变成π/2～π，角的范围因边界条件的变化而变化，也可以得到一系列离散点，将上述的离散点依次导入建模软件中，形成相应的反射器自由曲面，保存为实体后导入TracePro中进行光学仿真得到反光杯模型。