一種功率型LED集成模組的配光方法與流程

本發(fā)明涉及LED照明領(lǐng)域，具體設(shè)計(jì)一種功率型LED集成模組的配光方法。

背景技術(shù)：

功率型LED照明系統(tǒng)產(chǎn)品是一種基于半導(dǎo)體發(fā)光原理的新型固態(tài)冷光源。從目前的發(fā)展趨勢來看，功率型高亮度白光發(fā)光二極管(LED)將成為無汞、節(jié)能的綠色光源。相比于其它光源，半導(dǎo)體照明具有節(jié)能、高效、長壽命、無汞環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，可以節(jié)省大量的能源消耗，減少溫室氣體的排放，降低環(huán)境污染?？梢灶A(yù)期，半導(dǎo)體照明材料和器件將憑借其高效、節(jié)能、環(huán)保、使用壽命長、易維護(hù)等獨(dú)特優(yōu)勢，必將成為新一代綠色照明光源，是未來在能源和環(huán)保領(lǐng)域真正實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵性技術(shù)、產(chǎn)品和工業(yè)體系。隨著功率型LED性能得到持續(xù)提高，全球LED路燈市場呈現(xiàn)逐年增長趨勢。一般來說LED路燈由多顆LED光源組成,同時(shí)LED光源又具有很強(qiáng)的定向性,但其投射距離有限，使得照度均勻性有限。一些廠家生產(chǎn)的燈具用特殊的光學(xué)透鏡進(jìn)行二次配光,雖然大大提高了照度均勻性,但也存在一些缺陷,如光束全部投射到了車行道而沒有考慮燈后面的人行道,從而造成燈后的區(qū)域基本無照度,燈具的環(huán)境比值很差。

有些廠家生產(chǎn)的LED路燈產(chǎn)品只是將LED安裝于傳統(tǒng)燈具的反射器上,希望借助于反射器將LED光源發(fā)出的光發(fā)射到路面上,但實(shí)際應(yīng)用效果不好,照度均勻性很差，這類燈具產(chǎn)品在設(shè)計(jì)上未充分考慮LED的光學(xué)特性,只是想通過對傳統(tǒng)路燈燈具的利用以減少研發(fā)經(jīng)費(fèi)，這類產(chǎn)品通常不具有好的照度均勻性。

因此，在功率LED集成模組配光應(yīng)用上需要采取更好的方式來改變二次光學(xué)設(shè)計(jì)，研究如何使光線到達(dá)路面分布，符合道路照明照度、均勻度要求，是一個(gè)研究熱點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種功率型LED集成模組的配光方法。以解決現(xiàn)有LED光源配光不均勻的問題，從而實(shí)現(xiàn)照明目標(biāo)區(qū)域的照度、亮度均勻性的目標(biāo)。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種功率型LED集成模組的配光方法，所述配光方法中采用的LED集成模組包括連體透鏡座、透鏡體、以及與所述透鏡體對應(yīng)的LED光源；所述透鏡體為非對稱曲率結(jié)構(gòu)；所述配光方法采用區(qū)域分割的方法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)面均勻照明的目的，可將投射到路面的照明區(qū)域拉長，出射光線投射到兩個(gè)區(qū)域的能量為非對稱分布，即光線投射到人行道區(qū)域較弱，光線投射到機(jī)動(dòng)車道區(qū)域較強(qiáng)；其具體步驟如下：

S1、將光源的出射光線按照角度劃分成一定數(shù)量的分割區(qū)域，將目標(biāo)面對應(yīng)分成若干的區(qū)域；

S2、構(gòu)建相鄰角度范圍內(nèi)的投射光通量與目標(biāo)照明區(qū)域接收光線的關(guān)系；

S3、依據(jù)步驟S2中所對應(yīng)關(guān)系以及LED光源的投射角度，計(jì)算配光曲線在各個(gè)角度的相對分布，最后依據(jù)配光曲線斜率構(gòu)造集成模組透鏡曲面，并求解出透鏡模組光學(xué)曲面的空間坐標(biāo)位置。

所述步驟S1中為了達(dá)到目標(biāo)路面均勻照明的要求，將路面區(qū)域所形成的矩形區(qū)域劃分為面積相等n份，且這n個(gè)區(qū)域無交集，由目標(biāo)照明區(qū)域的長度和寬度求出長寬比和總面積，進(jìn)而可計(jì)算每個(gè)子區(qū)域的面積，再將每個(gè)子區(qū)域分成m份面積相同的區(qū)域。

所述步驟S1中具體實(shí)現(xiàn)方法如下：首先依據(jù)LED光源特性和配光要求劃分網(wǎng)格，將LED的出射光和目標(biāo)照明區(qū)域都劃分為N個(gè)區(qū)域，r是目標(biāo)照明區(qū)域半徑，φ是光線與系統(tǒng)中心軸的夾角，H是目標(biāo)照明區(qū)域與光源的距離高度，依據(jù)光學(xué)擴(kuò)展量守恒，在不考慮材料吸收光能的情況下，光源光通量Φ₂與出射光線的所有光通量Φ₁也相等；發(fā)散角為φ_i的光線對應(yīng)目標(biāo)照明區(qū)域上照明半徑r_i的區(qū)域，φ_max是光源經(jīng)光學(xué)元件配光后的目標(biāo)最大發(fā)散角，目標(biāo)照明區(qū)域最大照明半徑R，其中N的大小決定結(jié)果的精確程度；光線的光源出射角φ_i與其經(jīng)配光后光線覆蓋的目標(biāo)照明區(qū)域半徑r_i的關(guān)系；

r_i(φ)＝[R/sinφ_max]sinφ_i (1)

為了達(dá)到目標(biāo)照明區(qū)域照度及亮度分布的要求，將路面區(qū)域所形成的矩形區(qū)域劃分為面積相等n份，且這n個(gè)區(qū)域無交集；

將每個(gè)子區(qū)域分成m份面積相同的區(qū)域，幾何關(guān)系為：

而任一小區(qū)域?yàn)樘菪危笊蟼?cè)的小區(qū)域面積為S_left＝0.5[Δx_i(n)+Δx_i(n-1)]·[y(n)-y(n-1)]，假設(shè)任意的i，Δx_i(n)相等，Δx_i(n-1)也相等，右下側(cè)面積為S_righ＝0.5[Δy_i(n)+Δy_i(n-1)]·[x(n)-x(n-1)]，對于任意的i，Δy_i(n)相等，Δy_i(n-1)也相等，由于S_left＝S_right，因此Δy＝αΔx。

所述步驟S2中具體實(shí)現(xiàn)方法如下：光線經(jīng)過透鏡模組的光學(xué)曲面折射之后，對系統(tǒng)的光通量分布重新分配，考慮到LED光線空間分布的特點(diǎn)，采用球坐標(biāo)系描述三維分布，假設(shè)透鏡模組光學(xué)曲面上某一點(diǎn)的入射光線矢量為出射光線矢量為透鏡材料的折射率為n，基于透鏡模組的出光路徑，假設(shè)目標(biāo)照明區(qū)域的網(wǎng)格與光線對應(yīng)點(diǎn)的方向矢量為,則LED光源出射光線、透鏡模組光學(xué)曲面的出射光線、目標(biāo)照明區(qū)域上接受光線之間的關(guān)系式為

其中入射光與幾何中心垂軸的夾角φ，光線經(jīng)過光學(xué)曲面上的點(diǎn)P(x,y)時(shí)發(fā)生折射，并沿著與垂軸夾角δ方向出射，分布至目標(biāo)面上S(r,h)點(diǎn)處，P點(diǎn)的法向矢量與垂軸夾角η。LED出射光經(jīng)過光學(xué)曲面后均勻發(fā)散至目標(biāo)照明半徑為R的區(qū)域上，目標(biāo)照明面距離光源H；

其中φ與r的幾何關(guān)系為：r(φ)＝[H·Tan(δ_max)/sinφ_max]·sinφ (3)

其中δ_max與φ_max分別為系統(tǒng)最大發(fā)散角和光源出射光與垂軸的最大夾角，δ_i角度變量的表達(dá)式為

其中依據(jù)光線空間折射關(guān)系，該點(diǎn)x,y,z軸的法向矢量的表達(dá)式為，即則光線投射三維方向的法向量(Nx,Ny,Nz)、入射光線、出射光線之間的內(nèi)在聯(lián)系關(guān)系如下：

所述步驟S3在上述權(quán)4的基礎(chǔ)上進(jìn)一步采用下述內(nèi)容實(shí)現(xiàn)：同時(shí)該點(diǎn)x,y,z軸的空間位置矢量為[x(i,j),y(i,j),z(i,j)]，其中i和j分別為兩個(gè)不同軸方向。經(jīng)過該點(diǎn)的切平面可以表示為：

N_x(i,j)(x-x(i,j))+N_y(i,j)(y-y(i,j))+N_z(i,j)(z-z(i,j))＝0 (6)

式中Nx(i,j)，Ny(i,j)和Nz(i,j)分別為該點(diǎn)法向矢量沿x,y,z軸方向的分量。而(x,y,z)則表示該切平面內(nèi)的任意一點(diǎn)。將入射光線以球坐標(biāo)系下表示：

其中為光線與z軸的夾角，θ為光線在xoy面的投影與x軸的夾角。聯(lián)立(6)和(7)可得

基于以上表達(dá)式，以目標(biāo)照明區(qū)域的照度、亮度為目標(biāo)函數(shù)，利用遺傳算法強(qiáng)大的計(jì)算迭代能力，可自動(dòng)求解出透鏡模組光學(xué)曲面的空間位置坐標(biāo)。

所述透鏡本體基面上設(shè)有卡槽。

所述透鏡為PMMA透鏡、PC透鏡或玻璃透鏡。

所述透鏡體在透鏡座上的排列結(jié)構(gòu)為矩陣式排列、叉排式排列或多邊混合排列。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，采用區(qū)域分割的方法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)面均勻照明的目標(biāo)，可將投射到路面的照明區(qū)域拉長，出射光線投射到兩個(gè)區(qū)域的能量為非對稱分布，即光線投射到人行道區(qū)域較弱，光線投射到機(jī)動(dòng)車道區(qū)域較強(qiáng)。其具體步驟如下：將光源的出射光線按照角度劃分成一定數(shù)量的分割區(qū)域，將目標(biāo)面對應(yīng)分成若干的區(qū)域，這些目標(biāo)區(qū)域的面積大小、比例取決于所分割區(qū)域投射光通量的比例。經(jīng)過上述分割之后，就可以構(gòu)建相鄰角度范圍內(nèi)的投射光通量與目標(biāo)區(qū)域之間的聯(lián)系方程。依據(jù)所對應(yīng)關(guān)系以及LED光源的投射角度，計(jì)算配光曲線在各個(gè)角度的相對分布，最后依據(jù)配光曲線斜率構(gòu)造集成模組透鏡曲面。采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案后光線投射到人行道區(qū)域較弱，光線投射到機(jī)動(dòng)車道區(qū)域較強(qiáng)，使光線到達(dá)路面分布，符合道路照明照度、均勻度的要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種LED集成模塊配光方式構(gòu)造方法實(shí)施的流程圖；

圖2是本發(fā)明中LED光源與目標(biāo)照明區(qū)域的拓?fù)涫疽鈭D；

圖3是本發(fā)明中目標(biāo)照明區(qū)域的網(wǎng)格區(qū)域劃分示意圖；

圖4是本發(fā)明中透鏡模組光學(xué)曲面的配光示意圖；

圖5是本發(fā)明中透鏡模組光學(xué)曲面的坐標(biāo)示意圖；

圖6是本發(fā)明中所采用遺傳算法的流程圖；

圖7是本發(fā)明中透鏡模組的極坐標(biāo)配光曲線；

圖8是本發(fā)明中LED透鏡模組投射在目標(biāo)照明區(qū)域的等光強(qiáng)分布圖；

圖9是本發(fā)明中LED透鏡模組的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種功率型LED集成模組的配光方法，所述配光方法中采用的LED集成模組包括連體透鏡座、透鏡體、以及與所述透鏡體對應(yīng)的LED光源；所述透鏡體為非對稱曲率結(jié)構(gòu)；所述配光方法采用區(qū)域分割的方法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)面均勻照明的目的，可將投射到路面的照明區(qū)域拉長，出射光線投射到兩個(gè)區(qū)域的能量為非對稱分布，即光線投射到人行道區(qū)域較弱，光線投射到機(jī)動(dòng)車道區(qū)域較強(qiáng)；其具體步驟如下：

S1、將光源的出射光線按照角度劃分成一定數(shù)量的分割區(qū)域，將目標(biāo)面對應(yīng)分成若干的區(qū)域；

S2、構(gòu)建相鄰角度范圍內(nèi)的投射光通量與目標(biāo)照明區(qū)域接收光線的關(guān)系；

S3、依據(jù)步驟S2中所對應(yīng)關(guān)系以及LED光源的投射角度，計(jì)算配光曲線在各個(gè)角度的相對分布，最后依據(jù)配光曲線斜率構(gòu)造集成模組透鏡曲面，并求解出透鏡模組光學(xué)曲面的空間坐標(biāo)位置。

如圖1所示建立系統(tǒng)的理論模型，包括用劃分網(wǎng)格的方式定義LED光源與目標(biāo)照明區(qū)域的映射關(guān)系、劃分網(wǎng)格、分析光線在透鏡模組光學(xué)曲面的透射、折射之間存在的內(nèi)在聯(lián)系規(guī)律，并建立關(guān)于LED集成模組光學(xué)曲面的三維空間位置變量的方程組。以目標(biāo)照明區(qū)域的照度及亮度分布特性為目標(biāo)函數(shù)，基于遺傳算法，自動(dòng)迭代求解方程組，得到透鏡模組的法向量及曲面空間坐標(biāo)位置點(diǎn)，通過光學(xué)軟件仿真配光效果，當(dāng)配光效果達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)自定義變量，改變方程，重新建立模型。

本實(shí)施例中，所述步驟S1中為了達(dá)到目標(biāo)路面均勻照明的要求，將路面區(qū)域所形成的矩形區(qū)域劃分為面積相等n份，且這n個(gè)區(qū)域無交集，由目標(biāo)照明區(qū)域的長度和寬度求出長寬比和總面積，進(jìn)而可計(jì)算每個(gè)子區(qū)域的面積，再將每個(gè)子區(qū)域分成m份面積相同的區(qū)域。

所述步驟S1中具體實(shí)現(xiàn)方法如下：首先依據(jù)LED光源特性和配光要求劃分網(wǎng)格，如圖2所示，將LED的出射光和目標(biāo)照明區(qū)域都劃分為N個(gè)區(qū)域，r是目標(biāo)照明區(qū)域半徑，φ是光線與系統(tǒng)中心軸的夾角，H是目標(biāo)照明區(qū)域與光源的距離高度，依據(jù)光學(xué)擴(kuò)展量守恒，在不考慮材料吸收光能的情況下，光源光通量Φ₂與出射光線的所有光通量Φ₁也相等；發(fā)散角為φ_i的光線對應(yīng)目標(biāo)照明區(qū)域上照明半徑r_i的區(qū)域，φ_max是光源經(jīng)光學(xué)元件配光后的目標(biāo)最大發(fā)散角，目標(biāo)照明區(qū)域最大照明半徑R，其中N的大小決定結(jié)果的精確程度；光線的光源出射角φ_i與其經(jīng)配光后光線覆蓋的目標(biāo)照明區(qū)域半徑r_i的關(guān)系；

r_i(φ)＝[R/sinφ_max]sinφ_i (1)

為了達(dá)到目標(biāo)照明區(qū)域照度及亮度分布的要求，將路面區(qū)域所形成的矩形區(qū)域劃分為面積相等n份，且這n個(gè)區(qū)域無交集；如圖3中的S1，S2，S3.由路面的長度L＝y(tǒng)(n)和寬度W＝x(n)求出長寬比α＝L/W及路面的總面積S＝L*W,則每個(gè)區(qū)域的面積為S1＝S2＝S3＝S/n；S1＝S/n，S2＝x(2)y(2)-S1,以此類推，Si＝x(i)y(i)-x(i-1)y(i-1)，再由上面的條件便可求出x(i)，y(i)。

將每個(gè)子區(qū)域分成m份面積相同的區(qū)域，由圖3中的幾何關(guān)系可知：

而任一小區(qū)域?yàn)樘菪危笊蟼?cè)的小區(qū)域面積為S_left＝0.5[Δx_i(n)+Δx_i(n-1)]·[y(n)-y(n-1)]，假設(shè)任意的i，Δx_i(n)相等，Δx_i(n-1)也相等，右下側(cè)面積為S_righ＝0.5[Δy_i(n)+Δy_i(n-1)]·[x(n)-x(n-1)]，對于任意的i，Δy_i(n)相等，Δy_i(n-1)也相等，由于S_left＝S_right，因此Δy＝αΔx。

所述步驟S2中具體實(shí)現(xiàn)方法如下：光線經(jīng)過透鏡模組的光學(xué)曲面折射之后，對系統(tǒng)的光通量分布重新分配，如圖4和圖5所示，考慮到LED光線空間分布的特點(diǎn)，采用球坐標(biāo)系描述三維分布，假設(shè)透鏡模組光學(xué)曲面上某一點(diǎn)的入射光線矢量為出射光線矢量為透鏡材料的折射率為n，基于透鏡模組的出光路徑，假設(shè)目標(biāo)照明區(qū)域的網(wǎng)格與光線對應(yīng)點(diǎn)的方向矢量為,則LED光源出射光線、透鏡模組光學(xué)曲面的出射光線、目標(biāo)照明區(qū)域上接受光線之間的關(guān)系式為

本實(shí)施例中，配光精度為整數(shù)值，本實(shí)施例中按配光精度來劃分照明區(qū)域網(wǎng)格、均分光源光線，網(wǎng)格數(shù)等于光線均分?jǐn)?shù)，因此在以網(wǎng)格為單位對照明區(qū)域的光照進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可使用公式進(jìn)行。

在中，由于所對應(yīng)的網(wǎng)格為S1，所以此公式可進(jìn)一步延伸表述為，折射后的光線對應(yīng)網(wǎng)格S1，其接收光線矢量，為原光線路徑網(wǎng)格S當(dāng)前光矢量，減去光線均分量所得。由于是基于網(wǎng)格細(xì)微至光線在各網(wǎng)格上投射互不干擾的模型所推導(dǎo)，所以此公式精度隨劃分網(wǎng)格數(shù)，即配光精度上升而上升。

其中入射光與幾何中心垂軸的夾角φ，光線經(jīng)過光學(xué)曲面上的點(diǎn)P(x,y)時(shí)發(fā)生折射，并沿著與垂軸夾角δ方向出射，分布至目標(biāo)面上S(r,h)點(diǎn)處，P點(diǎn)的法向矢量與垂軸夾角η。LED出射光經(jīng)過光學(xué)曲面后均勻發(fā)散至目標(biāo)照明半徑為R的區(qū)域上，目標(biāo)照明面距離光源H；

其中φ與r的幾何關(guān)系為：r(φ)＝[H·Tan(δ_max)/sinφ_max]·sinφ (3)

其中δ_max與φ_max分別為系統(tǒng)最大發(fā)散角和光源出射光與垂軸的最大夾角，δ_i角度變量的表達(dá)式為

其中依據(jù)光線空間折射關(guān)系，該點(diǎn)x,y,z軸的法向矢量的表達(dá)式為，即則光線投射三維方向的法向量(Nx,Ny,Nz)、入射光線、出射光線之間的內(nèi)在聯(lián)系關(guān)系如下：

所述步驟S3在上述權(quán)4的基礎(chǔ)上進(jìn)一步采用下述內(nèi)容實(shí)現(xiàn)：同時(shí)該點(diǎn)x,y,z軸的空間位置矢量為[x(i,j),y(i,j),z(i,j)]，其中i和j分別為兩個(gè)不同軸方向。經(jīng)過該點(diǎn)的切平面可以表示為：

N_x(i,j)(x-x(i,j))+N_y(i,j)(y-y(i,j))+N_z(i,j)(z-z(i,j))＝0 (6)

式中Nx(i,j)，Ny(i,j)和Nz(i,j)分別為該點(diǎn)法向矢量沿x,y,z軸方向的分量。而(x,y,z)則表示該切平面內(nèi)的任意一點(diǎn)。將入射光線以球坐標(biāo)系下表示：

其中為光線與z軸的夾角，θ為光線在xoy面的投影與x軸的夾角。聯(lián)立(6)和(7)可得

基于以上表達(dá)式，以目標(biāo)照明區(qū)域的照度、亮度為目標(biāo)函數(shù)，利用遺傳算法強(qiáng)大的計(jì)算迭代能力，可自動(dòng)求解出透鏡模組光學(xué)曲面的空間位置坐標(biāo)。

以照明區(qū)域網(wǎng)格數(shù)對光源光線進(jìn)行均分，按配光需求所要的各區(qū)域光照度，設(shè)定每網(wǎng)格應(yīng)接收的光線份數(shù)，由此以計(jì)算機(jī)對透鏡出光面點(diǎn)與照明網(wǎng)格間的關(guān)系進(jìn)行窮舉，生成遺傳算法的種群成員。

以照明區(qū)域網(wǎng)格數(shù)對光源光線進(jìn)行均分，按配光需求的光照度分布，以非線性的階梯形曲線對其進(jìn)行描述，以步驟四所得到光線能量守恒公式把均分后的光線按此階梯形曲線進(jìn)行分配，均分后的光線為基礎(chǔ)照度，每區(qū)域的照度均為基礎(chǔ)照度的1整數(shù)倍以上，高亮度區(qū)域、照明區(qū)域邊緣的優(yōu)先分配，在均分光線全部分配完后，仍未分配到光線的區(qū)域照度設(shè)為零。

按光線的網(wǎng)格分配，更改透鏡出光面點(diǎn)與照明網(wǎng)格間的對應(yīng)關(guān)系，由于本實(shí)施例的光線不均勻配光僅在路面垂直方向，即x坐標(biāo)軸方向上，因此在更改透鏡出光面點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系時(shí)，也只需在該坐標(biāo)軸方向上進(jìn)行。

在此分配對應(yīng)下，從不對稱配光方向看，透鏡出光面的橫截面為一多邊形，但本實(shí)施例中，最終是按各出光面點(diǎn)進(jìn)行曲線擬合的，因此按曲面的光學(xué)折射特性，在照明區(qū)域上不會(huì)有照度為零的網(wǎng)格。

由于光線網(wǎng)格分配中，一個(gè)受光面可對應(yīng)多個(gè)出光點(diǎn)，因此在滿足上述光線分配的前提下，一個(gè)坐標(biāo)軸上的各點(diǎn)與照明網(wǎng)格間有多個(gè)對應(yīng)關(guān)系可選，本實(shí)施例中，通過計(jì)算機(jī)對此進(jìn)行窮舉得出對應(yīng)關(guān)系的部分解，這些解表現(xiàn)為不同的數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)集起點(diǎn)為坐標(biāo)軸上的起始運(yùn)算點(diǎn)與網(wǎng)格對應(yīng)的關(guān)系，集內(nèi)數(shù)據(jù)為坐標(biāo)軸上其它各點(diǎn)與網(wǎng)格的對應(yīng)關(guān)系，本步驟中以矩陣方式記錄這些數(shù)據(jù)集，做為遺傳算法的種群成員，用于遺傳算法的迭代。

所采用的遺傳算法如圖6所示?，F(xiàn)說明如下：按透鏡設(shè)計(jì)的垂直方向尺寸和照明面網(wǎng)格設(shè)定常量，把常量代入對應(yīng)方程，經(jīng)循環(huán)計(jì)算和迭代，求得出光面點(diǎn)的直角坐標(biāo)值。本實(shí)施例以計(jì)算機(jī)進(jìn)行遺傳算法的迭代計(jì)算。

取坐標(biāo)原點(diǎn)做為起始計(jì)算點(diǎn)，取步驟S3所得矩陣中的相應(yīng)數(shù)據(jù)集做為本次迭代計(jì)算的點(diǎn)面對應(yīng)關(guān)系，設(shè)定x、y均為0，透鏡出光面點(diǎn)P的垂軸坐標(biāo)z即為公式(4)中的yi，按透鏡設(shè)計(jì)尺寸和矩陣該行所載對應(yīng)照明面網(wǎng)格，預(yù)設(shè)常量有垂軸坐標(biāo)yi、光線均分量光源高度H、配光后照明半徑r，透鏡出光面最大垂軸坐標(biāo)Ymax，透鏡出光面最小垂軸坐標(biāo)Ymin，把yi、H代入公式(4)，得出折射角δ_i，由折射角δ_i、折射率可以換算得光矢量在x、y、z軸上的投影，將此投影值代入公式(5)，可以計(jì)算得出Nx(i,j)、Ny(i,j)、Nz(i,j)，將Nx(i,j)、Ny(i,j)、Nz(i,j)和步驟S2所得步驟三所得θ代入公式(8)，可以得到相鄰光線與起始計(jì)算點(diǎn)切平面的交點(diǎn)Q，由于P與Q相鄰，在一定誤差范圍內(nèi)，可以認(rèn)為是曲面上連續(xù)點(diǎn)分布，所計(jì)算的交點(diǎn)就是透鏡模組的空間坐標(biāo)點(diǎn)位置，如此方法，得到曲面上兩個(gè)相鄰的坐標(biāo)點(diǎn)，為起始計(jì)算點(diǎn)[x(i,j),y(i,j),z(i,j)]和相鄰光線曲面交點(diǎn)[x(i+1,j),y(i+1,j),z(i+1,j)]。

開始第二次循環(huán)計(jì)算，把Q點(diǎn)做為起始點(diǎn)計(jì)算點(diǎn)，取出Q點(diǎn)對應(yīng)的照明網(wǎng)格，計(jì)算出其照明半徑，把坐標(biāo)[x(i+1,j),y(i+1,j),z(i+1,j)]代入公式(8)，垂軸坐標(biāo)yi＝z(i+1,y)，照明半徑改為與Q對應(yīng)的值，光線均分量光源高度H、配光后最大照明半徑不變，按上述公式重新計(jì)算，再得出下一道相鄰光線與其Q點(diǎn)切平面的交點(diǎn)坐標(biāo)，由于照明區(qū)域劃分網(wǎng)格數(shù)量等于配光配度，因此以配光精度數(shù)為循環(huán)計(jì)算的次數(shù)，若在循環(huán)中所得到的z軸坐標(biāo)超出透鏡出光面最大垂軸坐標(biāo)Ymax和透鏡出光面最小垂軸坐標(biāo)Ymin范圍則停止循環(huán)計(jì)算，當(dāng)停止計(jì)算時(shí)，如所得點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)量小于照明網(wǎng)格數(shù)量則判定起始計(jì)算點(diǎn)的參量錯(cuò)誤，按步驟S2重新設(shè)置起始計(jì)算點(diǎn)的矩陣，重新開始循環(huán)計(jì)算，當(dāng)循環(huán)完成時(shí)，所得點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)量應(yīng)與x軸方向上的網(wǎng)格數(shù)量相等。

在x軸上取下一點(diǎn)，重復(fù)循環(huán)計(jì)算，再次得到以該點(diǎn)為起點(diǎn)，Y軸為切面的透鏡出光面各點(diǎn)坐標(biāo)。X軸的計(jì)算點(diǎn)，等同于在該軸方向的網(wǎng)格數(shù)。

把得到的各透鏡出光面點(diǎn)坐標(biāo)代入曲線擬合軟件，得出透鏡的出光面曲線，將此曲線代入光學(xué)模擬軟件進(jìn)行配光模擬，得出圖7中的配光曲線分布。

本發(fā)明采用的LED透鏡模組光學(xué)曲面X軸為長軸，Y軸為短軸，沿短軸方向看，透鏡為左右對稱，可將投射到路面的照明區(qū)域拉長，使得沿道路方向照度均勻，具體可見圖7中C0-C180配光曲線分布，沿長軸方向透鏡為不對稱，以短軸的中垂線為界，把光線分為2個(gè)區(qū)域，出射光線投射到兩個(gè)區(qū)域的能量為非對稱分布，即光線投射到人行道區(qū)域較弱，光線投射到機(jī)動(dòng)車道區(qū)域較強(qiáng)，具體可見圖7中C90-C270配光曲線分布。

本發(fā)明所述LED集成模組的配光透鏡，包括LED光源和配光透鏡，所述配光透鏡采用上述的配光曲面，其投射到目標(biāo)路面的照明區(qū)域?yàn)榉菍ΨQ分布，是光線分布明顯往機(jī)動(dòng)車道方向偏移，使機(jī)動(dòng)車道路上較亮，人行道上較暗，符合道路照明規(guī)范和實(shí)際使用情況。

圖8為本發(fā)明中LED透鏡模組投射在目標(biāo)照明區(qū)域的等光強(qiáng)分布圖。圖9為本發(fā)明中LED配光透鏡做成集成模組形式的結(jié)構(gòu)示意圖，所述透鏡模組由多顆配光透鏡1在透鏡座2上陣列成一個(gè)整體，每顆配光透鏡1對應(yīng)一個(gè)LED光源，所述透鏡本體基面上設(shè)有將LED光源固定于路燈基座的卡口。

以上所述的具體實(shí)施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。