基于xy多项式的led自由曲面照明系统设计的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种LED自由曲面照明系统设计，尤其涉及一种基于XY多项式的LED 自由曲面照明系统设计。
【背景技术】
[0002] 现有的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统设计中，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】
[0003] 综上所述，确有必要提供一种具有高均匀性的LED自由曲面照明系统设计。
[0004] 一种基于XY多项式的LED自由曲面照明系统设计，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兑=(Xl，yi，Zl)(i= 1，2， …，η)和一法向量队=(Ui,Vi, -l)(i= 1，2，…，η),所述自由曲面的表达式为：
S11:获得所述坐标值％ = (Xi,yi,zJQ= 1，2，…，η)与所述自由曲面在z方向 坐标差值的平方和
S12 :获得所述数据点的法向量队=(Ui,Vi, -1)(i= 1， 2，…，n)与所述自由曲面法向量叫的矢量差的模值的平方和
513 :获得评价函数/⑵= 5(/^) +we2(P),其中，w为权重且大于Ο; 514 :选择不同的权重w，并令所述评价函数/(Ρ)的梯度V/tA=：?,从而获得多组不同 的Ρ及其对应的多个自由曲面面形z=f(X，y;Ρ); 515 :获得具有最佳的成像质量的最终自由曲面面形Ω 以及 516 :根据所述最终自由曲面面形Ω_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。
[0005] 与现有技术相较，本发明提供的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统设计，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】
[0006] 图1为本发明实施例1提供的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统设计中所 述LED自由曲面照明系统的结构7K意图。
[0007] 图2为本发明实施例1提供的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统设计中使 用LightTools构建的自由曲面进行光线追迹的仿真结果图。
[0008] 图3为本发明实施例1提供的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统设计中获 得的自由曲面所形成的矩形照明视场的照明效果图。
[0009] 图4为本发明实施例1提供的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统设计中获 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。
[0010] 图5为本发明实施例2提供的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统设计中使 用LightTools构建的自由曲面进行光线追迹的仿真结果图。
[0011] 图6为本发明实施例2提供的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统设计中获 得的自由曲面所形成的方形照明视场的照明效果图。
[0012] 图7为本发明实施例2提供的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统设计中获 得的自由曲面所形成的方形照明视场的在X轴和y轴上的照度分布图。
[0013] 图8为本发明实施例3提供的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统设计中所 述LED自由曲面照明系统的结构7K意图。
[0014] 图9为本发明实施例3提供的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统设计中获 得的自由曲面所形成的圆形照明视场的照明效果图。
[0015]图10为本发明实施例3提供的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统设计中获 得的自由曲面所形成的圆形照明视场的在X轴和y轴上的照度分布图。
[0016] 主要元件符号说明
如下【具体实施方式】将结合上述附图进一步说明本发明。^
【具体实施方式】
[0017] 下面根据说明书附图并结合具体实施例对本发明的技术方案进一步详细表述。
[0018] 本发明实施例提供一种LED自由曲面照明系统设计，包括一下步骤： 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，每一数据点包括一坐标值兑=(Xl，yi，Zl)(i= 1，2， ···，n)和一法向量队=(Ui,Vi, -l)(i= 1，2，···，η),所述自由曲面的表达式为：
:.:!W ' S11:获得所述坐标值Qi=(Xi, yi,Zi)(i=1，2，…，η)与所述自由曲面在Z方向 坐标差值的平2
S12 :获得所述数据点的法向量队=(Ui,Vi, -1)(i= 1， 2，…，n)与所述自由曲面法向量叫的矢量差的模值的平方和
513 :获得评价函数/(F) = 丨+w，e2(7=·),其中，w为权重且大于Ο; 514 :选择不同的权重w，并令所述评价函数/(Ρ)的梯度V/(P)= 0 ,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); 515 :获得具有最佳的成像质量的最终自由曲面面形Ω 以及 516 :根据所述最终自由曲面面形Ω_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。
[0019] 在步骤S10中，所述自由曲面的多个数据点可以通过微分方程法或其他方法获 得。由于该多个数据点的获得可以根据各种现有技术获得，因此不再累述。
[0020] 为了同时满足计算精度及计算方便，优选的，以三阶XY多项式曲面、四阶XY多项 式曲面、五阶XY多项式曲面或六阶XY多项式曲面为原型。
[0021] 所述LED点光源的发光半角优选地小于等于20°，更优选的，小于等于10°。可 以理解，当所述LED点光源的发光半角过大会影响照明的均匀性。
[0022] 在步骤S13中，提出评价函数/tFi的目的是综合考察ei(p)和％^)，从而提出一 综合评价指标。
[0023] 在步骤S14中，所述梯度为0时，可以使评价函数AFi最小。由于评 价函数/CP)最小，因此，可以使得e,⑵和e,(P)同时得到限制。评价函数/(P)的梯B
〕，由此可以获得
[0024] 所述步骤S15进一步包括： S151，获得该不同的自由曲面面形z=f(X，y;P)的弥散斑均方根半径；以及S152,选择具有最小弥散斑均方根半径的自由曲面面形z=f(X，y;P)为最终自由 曲面面形Ω_。
[0025] 实施例1 请参照图1，假设以LED点光源10为原点0,建立所述三维直角坐标系Oxyz;所述自 由曲面122与z轴交于C= (0，0，10mm);所述LED点光源10发出的以+z轴为中心、以 10°为半孔径角的圆锥形成像光束，经所述自由曲面122后在所述接收面14上形成一长 为30mm，宽为20mm的矩形照明视场14