0096] 按照這樣的方法進行迭代，以此類推，不斷通過前一個點的切平面與下一條入射 光線的交點求得自由曲面的下一點的坐標，通過計算機迭代逐步計算出自由曲面所有點的 坐標，由此得到自由曲面的面型數(shù)據(jù)。
[0097] 最后利用機械仿真軟件將得到的自由曲面面型數(shù)據(jù)點擬合為曲面。
[0098] 將求得的自由曲面離散數(shù)據(jù)點導(dǎo)入機械仿真軟件中，通過曲線放樣、曲面縫合以 及關(guān)于XOZ平面鏡像等步驟，擬合出透鏡實體，如圖4所示。
[0099] 其中，為了使透鏡加工更加容易，透鏡底部設(shè)計為一個以LED燈珠為球心的半圓， 半徑為3_，光源發(fā)出的光線通過該面時不會發(fā)生任何偏折。
[0100] 參閱圖5所示，是本發(fā)明中護欄燈偏心透鏡正前方1. 2米遠處的光斑形狀及照度 分布圖。十字交叉點為偏心透鏡正前方的水平線和豎直線，可以看出光斑中有一小部分位 于十字交叉點豎直線的右邊，對于這種情況，在護欄燈安裝過程中，通過調(diào)節(jié)護欄燈燈具的 仰角，可以將光斑全部分配到路面上，減少浪費。
[0101] 參閱圖6所示，是本發(fā)明中護欄燈偏心透鏡的配光曲線圖。其中，光束角很寬的那 條曲線為透鏡在垂直于路面的光強分布，而另一條光束角很窄、對稱分布的那條曲線為透 鏡在平行于路面方向的光強分布曲線，其呈蝙蝠翼型。采用每顆光通量為2001m的LED光 源，配上本發(fā)明中的偏心透鏡組成護欄燈，在仿真軟件中進行道路照明模擬。
[0102] 參閱圖7所示，是本發(fā)明中護欄燈偏心透鏡在雙側(cè)護欄燈照明時，路面照度分布 的模擬示意圖。由于本發(fā)明中的護欄燈偏心透鏡用于橋梁引橋照明，假設(shè)道路為2車道， 總寬度為7米，燈具在道路上為雙側(cè)對稱排列，燈具安裝高度為1. 2米，每個燈桿上安裝一 個燈具，相鄰燈具之間的間距為1米，燈具傾斜角為15度，路面上的照明效果如圖8所示， 路面的照度分布以及測試網(wǎng)格點的數(shù)據(jù)如圖8所示，可以看出，路面的平均輝度、周邊照度 系數(shù)、總均勻度等指標都符合國家道路照明要求，路面的平均照度為281x，照度均勻度為 70. 9%，符合國家城市道路照明設(shè)計標準的要求。
[0103] 在本說明書的描述中，參考術(shù)語"一個實施例"、"一些實施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特 點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不 一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何 的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0104] 盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不 脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本 發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
【主權(quán)項】
1. 一種LED護欄燈偏心透鏡照明配光設(shè)計方法，所述LED護欄燈偏心透鏡包括光入射 面、光出射面和底面，其特征在于，所述光入射面為設(shè)置于所述底面的內(nèi)凹半球面，所述底 面與光入射面之間的空間用于安裝LED燈，所述光出射面為連接所述光入射面和底面并形 成封閉空間的自由曲面； 所述光出射面分析方法包括以下步驟： S1，以底面的圓心為原點，將底面所在平面設(shè)為XOY平面，其中，將車輛行駛方向設(shè)為Y 軸，將過原點并與XOY平面垂直的軸設(shè)為Z軸，通過Y軸和Z軸確定X軸方向，建立空間坐 標系X-Y -Z ; 52, 設(shè)LED護欄燈在空間坐標系X-Y-Z上的目標照明面長度為a，寬度為b，與LED燈的 距離為h，對XOY平面上的目標照明區(qū)域以及該目標照明區(qū)域所對應(yīng)的LED光源空間區(qū)域進 行網(wǎng)格劃分； 53, 基于步驟S2中的網(wǎng)格劃分尺寸，并根據(jù)LED光源輻射能量與目標照明面接收到的 光能量相等建立方程，通過迭代運算，求得光線和Y軸所組成的平面與Z軸之間的夾角，即 光線入射角Θ的值，以及光線與Y軸的夾角@的值； 54, 取自由曲面上任意一點作為初始計算點，通過與初始計算點對應(yīng)的光線入射角Θ 和夾角P求出該初始計算點的法向量，從而得到經(jīng)過該初始計算點的切平面，求出該切平 面與下一入射光線的交點，即得到自由曲面上下一計算點的坐標，如此通過迭代運算，由前 一個點的切平面與下一條入射光線的交點求得自由曲面的下一點的坐標，從而計算出自由 曲面在該空間坐標系中z>0且y>0區(qū)域內(nèi)的所有點的坐標，即該區(qū)域內(nèi)的自由曲面的面型 數(shù)據(jù)； 55, 將上述自由曲面面型數(shù)據(jù)擬合為曲面，并將擬合得到曲面做關(guān)于XOZ平面鏡像，從 而得到光出射面的自由曲面。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LED護欄燈偏心透鏡照明配光設(shè)計方法，其特征在于，所 述步驟S2包括以下步驟： S2-1，設(shè)照明目標面長度為a，寬度為b，與LED燈的距離為h，設(shè)光斑在空間坐標系 X-Y-Z中XOY平面的第一象限上的長度為c，在第二象限上的長度為d，將光斑在X軸方向以 步長k等分為m份，Y軸方向上以同樣的步長k等分為η份，得到X (m)和y (η)兩個數(shù)組， 使得相應(yīng)的目標照明區(qū)域被劃分為mXη個等面積的矩形網(wǎng)格； 52- 2,對該目標照明區(qū)域所對應(yīng)的LED光源空間區(qū)域進行網(wǎng)格劃分：設(shè)光線與Y軸所組 成的平面與Z軸之間的夾角，即光線入射角為Θ，光線與Y軸的夾角為《%對應(yīng)于目標照明 區(qū)域的劃分，在Θ角上等分成m份，在P角上等分成η份。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LED護欄燈偏心透鏡照明配光設(shè)計方法，其特征在于，所 述步驟S3包括以下步驟： 53- 1，以X軸上的每條矩形區(qū)域為研究對象，根據(jù)能量守恒定律得到：求解上式可得Θ的迭代計算公式：由此，計算出每條光線所對應(yīng)的Θ值，其中，I。為中心光強，Ejg目標照明面的平均照 度； 53- 2,以目標區(qū)域的每一小方格作為研究對象，建立能量對應(yīng)關(guān)系，由能量守恒得到： 求解上式可得：根據(jù)已經(jīng)求得的每條光線所對應(yīng)的Θ值，結(jié)合該式，并通過迭代運算得到與每條光線 所對應(yīng)的Θ值所對應(yīng)的P值。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種LED護欄燈偏心透鏡照明配光設(shè)計方法，其特征在于，所 述步驟S4包括以下步驟： 54- 1，根據(jù)光源和目標照明面的能量對應(yīng)關(guān)系，在光源上選擇一條初始光線，確定經(jīng)自 由曲面折射后對應(yīng)于目標照明面上的初始位置，然后選定自由曲面上任意一點作為初始計 算點，由初始位置和初始計算點這兩點坐標求出初始光線入射光方向的單位向量和出射光 方向的單位向量； S4-2,計算自由曲面在初始計算點處的單位法向量，計算公式為：其中，In為入射光線單位向量，Out為出射光 線單位向量，N單位法向量，η為折射率； S4-3，由初始計算點處的單位法向量和初始計算點的坐標求出過初始計算點的切平 面； S4-4,在光源上選擇第二條出射光線，確定經(jīng)自由曲面折射后對應(yīng)于目標照明面上的 第二位置點，第二條出射光線與初始計算點切平面相交于第二計算點，由第二位置點和第 二計算點這兩個點坐標求出第二條出射光線入射光方向的單位向量和出射光方向的單位 向量； S4-5,計算自由曲面在第二計算點處的單位法向量，計算公式為：其中，In為入射光線單位向量，Out為出射光 線單位向量，N單位法向量，η為折射率； S4-6,通過以上迭代計算，不斷通過前一個點的切平面與下一條入射光線的交點求得 自由曲面的下一點的坐標，從而計算出自由曲面在該空間坐標系中ζ>0且y>0區(qū)域內(nèi)的所 有點的坐標，由此得到該區(qū)域內(nèi)的自由曲面的面型數(shù)據(jù)。
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種LED護欄燈偏心透鏡照明配光設(shè)計方法，具體為：以底面的圓心為原點，將底面所在平面設(shè)為XOY平面，建立空間坐標系；對XOY平面上的目標照明區(qū)域以及該目標照明區(qū)域所對應(yīng)的LED光源空間區(qū)域進行網(wǎng)格劃分；通過迭代運算求得光線和Y軸所組成的平面與Z軸之間的夾角θ的值，以及光線與Y軸的夾角的值；由前一個點的切平面與下一條入射光線的交點求得自由曲面的下一點的坐標，從而計算出自由曲面在該空間坐標系中第一卦限和第二卦限中所有點的坐標，即該區(qū)域內(nèi)的自由曲面的面型數(shù)據(jù)；利用仿真軟件仿真得到光出射面的自由曲面。該方法快速準確有效，且由此得到光出射面能將光線均勻分配到路面上，起到道路照明的作用。
【IPC分類】F21V19/00, F21W111/027, F21V5/04, F21Y101/02
【公開號】CN105180091
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】羅元, 鄧燕, 張毅, 李述洲, 王興龍
【申請人】重慶平偉光電科技有限公司
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年9月30日