一种照度呈高斯分布的led二次配光透镜设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种照度呈高斯分布的LED二次配光透镜设计方法，其步骤包括：确定光源的光强分布函数;确定透镜的折射率；确定被照区域的总范围半径和光源离照明区域的距离；按照高斯分布将照明区域分成若干半径不等的圆环，使得每个圆环的光通量相等；将光源光通量划分为若干份数，使得每份的边界与圆环半径一一对应；通过光线折射定律以及前序步骤中的对应关系计算出透镜的面型；验证是否满足要求。本设计方法计算准确、设计周期短；光源发出的光线通过该透镜在预期的照明区域形成照度为高斯分布的光斑，光源照明区域照度均匀，当多个光源叠加照明时，透镜也能使照明区域照度均匀，满足均匀照明的需求。
【专利说明】一种照度呈高斯分布的LED二次配光透镜设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种LED透镜技术，特别涉及一种照度呈高斯分布的LED二次配光透 镜设计方法。
【背景技术】
[0002] Led照明由于具有高效，环保，寿命长的特点，越来越得到广泛的关注和应用，逐渐 代替传统照明。但是LED照明在实际应用中存在一些问题，其中之一就是LED芯片发光的 方向性强，光强分布为朗伯分布，在很多场合都不能直接使用。为了提高光能利用率，必须 对光源二次配光，达到使用的条件。
[0003] 传统的LED二次配光透镜设计方法主要是针对单盏灯均匀照明的情况，这种方法 设计出的透镜在一盏灯照明的时候，照明区域可以很均匀，但如果两盏或两盏以上的灯负 责很大区域照明的时候，由于光斑叠加部分的照度会是非叠加部分照度的两倍，反而使照 明区域不均匀。而对于单盏灯不均匀照明的情况，目前多是盲目的调整透镜面型，这种方法 繁琐，不准确，设计周期长。因此有必要开发一种能解决单盏灯照明不均匀的问题，也能解 决两盏或两盏以上组合照明时不均匀情况的透镜的系统设计方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种照度呈高斯分布 的LED二次配光透镜设计方法，在此方法下设计出来的透镜可以使单个光斑按照高斯分 布，照明区域亮度分布均匀，也能使多光源叠加时光照分布均匀。
[0005] 为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
[0006] 一种照度呈高斯分布的LED二次配光透镜设计方法，其步骤包括：
[0007] (1)确定光源的光强分布函数Ι(θ) = f(0)，其中I为光强度，Θ为出光角度Θ ; 一般光源分布为朗伯分布，其分布函数为I ( Θ ) = I*cos( Θ );
[0008] ⑵确定透镜的折射率η ;
[0009] (3)确定被照区域的总范围半径R和光源离照明区域的距离d ;
[0010] (4)按照高斯分布将照明区域分成若干半径不等的圆环r(i)，使得每个圆环的光 通量相等，其中i为圆环的标号；
[0011] (5)将光源光通量划分为若干份数，使得每份的边界与圆环半径一一对应；
[0012] (6)通过光线折射定律以及步骤⑴至（5)中的对应关系计算出透镜的面型；
[0013] (7)将透镜面型相关数据导入相关的光学模拟软件，模拟分析结果，看是否与设计 目的一致；如果不理想，修改r (i)计算公式中的尺度参数〇值，重复上述过程，直到结果满 意为止。
[0014] 通过将光照区域划分为光通量相等的圆环，并在透镜上对应地找到光源的出光角 度，根据具体折射定律和透镜材料的折射率，即可得到光线通过透镜后的出射光线的方向， 要使出射光线落在与之对应的光照区域的圆环上，就需要调整透镜外光学面与透镜内光学 面的相对距离，进而得到每个光照区域上圆环对应的透镜外光学面曲线，所有圆环对应的 透镜外光线面曲线叠加得到整个透镜外光学面的面型。
[0015] 作为优选，步骤（2)中透镜的折射率η的确定：根据透镜的材质确定，透镜为pc材 质，则折射率η取1. 58 ;透镜为pmma材质时，折射率η值取1. 49.
【权利要求】
1. 一种照度呈高斯分布的LED二次配光透镜设计方法，其特征在于，其步骤包括： (1) 确定光源的光强分布函数1(9) =f(9)，其中I为光强度，9为出光角度0 ; (2) 确定透镜的折射率n; (3) 确定被照区域的总范围半径R和光源离照明区域的距离d; (4) 按照高斯分布将照明区域分成若干半径不等的圆环r(i)，使得每个圆环的光通量 相等，其中i为圆环的标号； (5) 将光源光通量划分为若干份数，使得每份的边界与圆环半径一一对应； (6) 通过光线折射定律以及步骤（1)至（5)中的对应关系计算出透镜的面型； (7) 将透镜面型相关数据导入相关的光学模拟软件，模拟分析结果，看是否与设计目的 一致；如果不理想，修改r(i)计算公式中的尺度参数〇值，重复上述过程，直到结果满意为 止。
2. 根据权利要求1所述的照度呈高斯分布的LED二次配光透镜设计方法，其特征在于， 步骤（2)中透镜的折射率n的确定：根据透镜的材质确定，透镜为pc材质，则折射率n取 1. 58 ;透镜为pmma材质时，折射率n值取1. 49。
3. 根据权利要求1所述的照度呈高斯分布的LED二次配光透镜设计方法，其特征在于， 步骤（4)中使每个圆环内的光通量相等，那么每个圆环的半径r(i)应该满足公式：
其中〇为高斯分布的尺度参数、N为光源光通量分割的份数、R为总照明区域半径，而
合理地落于照明区域内。
4. 根据权利要求1所述的照度呈高斯分布的LED二次配光透镜设计方法，其特征在于， 实现步骤（5)的方法：首先将透镜内光学面设为半球面，每一份光源光通量对应的出光角 度0 (i)应该满足公式：
由此可以得到出光角度0 (i)。
5. 根据权利要求1至4之一所述的照度呈高斯分布的LED二次配光透镜设计方法，其 特征在于，步骤（6)中的出射光线满足折射定律nXsina=sin|3，n为透镜的折射率，将 光照区域圆环半径r(i)对应的出光角度0 (i)算出后，再根据折射定律可得到在透镜外光 学面上对应的特征点，求出所有光环i对应的特征点，可得出透镜外光学面的面型。
【文档编号】F21V5/04GK104501091SQ201410830488
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月26日 优先权日:2014年12月26日
【发明者】李成勇 申请人:成都恒坤光电科技有限公司