CN102954437B - Led配光透镜曲面构造方法和led配光透镜 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种LED配光透镜曲面构造方法和LED配光透镜，按照能量等分原则将LED光源划分成预设份数的子光源，并将确定的照明区域划分成与所述LED光源相同份数且每份面积相等的照明网格；按照能量守恒定律建立每份子光源和每份照明网格的一一对应关系；依据该对应关系计算每份子光源的投射角度，以及，根据每份子光源对应的照明网格位置确定每份子光源偏转角度；并计算出每份子光源光线经过不同曲面时的入射角度和出射角度，根据不同的入射角度和出射角度，计算得出不同曲面上的曲线斜率，根据曲线斜率即可构造配光透镜曲面，本发明实现了LED二次配光的均匀性，且能够实现倾斜照明。

Description

LED配光透镜曲面构造方法和LED配光透镜

技术领域

本发明涉及应用光学领域，更具体的说是涉及一种LED配光透镜曲面构造方法和LED配光透镜。

背景技术

LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，LED由于其能耗低、发光效率高和寿命长等诸多优点，被广泛应用中各类照明系统中。由于LED器件的体积较小，使其发光面积小，方向性强，因此照射面积有限，需要进行二次配光，以满足实际的照明需求。

配光即是指将LED发射的光源强度重新进行分配，使得照明区域亮度分布达到要求的标准，目前，现有的LED的配光曲面构造方法，通常利用反射原理进行设计，由构造的配光曲面作为全反射面，构造成反光杯的侧面，LED光源安装在反光杯内，从而使得光源照射到该侧面的光全部反射回反光杯，从而减小了LED发射到侧面的光能量的损失，提高了光能利用率。

但是，由于LED的光源方向性单一，主要能量集中在中间部分，反光杯的配光方法只是对发射到侧面的光能量进行了分配，而LED光源发射的中间部分的绝大部分光能并不能进行重新分配，使得照明区域的亮度分布不均匀，且不能满足将LED光源光线的进行大角度偏转的需求，不能实现倾斜照明。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种LED配光透镜曲面构造方法和LED的配光透镜，用以解决LED光源配光不均匀、且不能实现倾斜照明的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种LED配光透镜曲面构造方法，包括：

按照能量等分原则将LED光源划分成预设份数的子光源，并将确定的照明区域划分成与所述LED光源相同份数且每份面积相等的照明网格；

按照能量守恒定律建立每份子光源和每份照明网格的一一对应关系；

依据该对应关系计算每份子光源的投射角度，以及，根据每份子光源对应的照明网格位置确定每份子光源偏转角度；

根据所述投射角度和偏转角度确定第一入射角度和第一出射角度，以及第二入射角度和第二出射角度；

根据所述第一入射角度和第一出射角度、第二入射角度和第二出射角度、以及获取的透镜的折射率，分别计算第一配光曲线斜率和第二配光曲线斜率；

根据每一第一配光曲线斜率和每一第二配光曲线斜率分别构造第一配光曲面和第二配光曲面。

优选地，所述根据所述投射角度和偏转角度确定第一入射角度和第二入射角度，以及第一出射角度和第二出射角度具体为：

将所述投射角度作为第一入射角度，所述偏转角度的二分之一作为第一出射角度；

将所述第一出射角度作为第二入射角度，所述偏转角度作为第二出射角度。

优选地，所述按照能量等分原则将LED光源划分成预设份数的子光源具体为：

将LED光源按照能量等分原则划分成第一预设数个环形光源；

按照角度平均原则将各个环形光源进行划分，形成预设份数的子光源；

则所述投射角度具体为每份子光源沿其角度方向的投射角度。

优选地，每份子光源和每份照明网格的对应关系为：

∫I(θ)dθ＝∫_Stds；

其中，I(θ)＝A*cos²θ，为所述LED光源的光分布函数，θ为每份子光源的投射角度，s为照明网格面积，t为平均照度值。

优选地，所述照明区域为矩形区域时，所述照明网格为面积相等的矩形网格，则，所述对应关系具体为：

∫I(θ)dθ＝∫_Stdxdy；

其中，所述LED光源与照明区域垂直相交的点为直角坐标系原点，x，y分别为照明网格所在位置到横轴和纵轴的距离。

优选地，根据所述第一入射角度和第一出射角度、第二入射角度和第二出射角度、以及获取的透镜的折射率，分别计算第一配光曲线斜率和第二配光曲线斜率具体为：

将第一入射角度、第一出射角度和获取的透镜折射率带入第一折射定律计算公式，计算第一配光曲线斜率；

将第二入射角度、第二出射角度和获取的透镜折射率带入第二折射定律计算公式，计算第二配光曲线斜率。

优选地，所述第一折射定律计算公式为：

n_in1sin(β₁+θ_in1)＝n_out1sin(β₁+θ_out1)；

所述第二折射定律计算公式为：

n_in2sin(β₂+θ_in2)＝n_out2sin(β₂+θ_out2)；

其中，θ_in1为第一入射角度，θ_out1为第一出射角度，所述n_in1为空气折射率，n_out1为透镜折射率，θ_in2为第二入射角度，θ_out2为第二出射角度，所述n_in2为透镜折射率，n_out2为空气折射率，计算出的正切值tanβ₁为第一配光曲线斜率，tanβ₂为第二配光曲线斜率。

优选地，根据每份子光源对应的照明网格位置确定每份子光源的偏转角度具体为：

将LED光源作为空间直角坐标系的原点；

计算每份子光源对应的照明网格的坐标值；

根据所述坐标值计算每份子光源的偏转角度。

优选地，所述依据每一第一配光曲线斜率和每一第二配光曲线斜率分别构造第一配光曲面和第二配光曲面具体为：

建立空间坐标系；

根据每一点所在配光曲线的法向量与所述配光曲线垂直关系以及每一第一配光曲线斜率和每一第二配光曲线斜率，计算第一配光曲面的各点在空间坐标系中的坐标值，以及，第二配光曲面的各点在空间坐标系中坐标；

根据第一配光曲面的各点坐标构造第一配光曲面，以及根据第二配光曲面的各点坐标构造第二配光曲面。

一种LED配光透镜，所述配光透镜包括按照权利要求1～9任一项所述方法设计的第一配光曲面和第二配光曲面，所述配光透镜靠近LED光源的一面为所述第一配光曲面，所述配光透镜远离LED光源的一面为所述第二配光曲面。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种LED配光透镜曲面构造方法和LED配光透镜，将LED光源和照明区域均划分成预设份数的子光源，保证每份子光源能量相等，每份照明网格面积相等，依据能量守恒原理建立每份子光源和每份照明网格的一一对应，从而保证每份照明网格获得光强度相等，然后根据对应关系式计算每份子光源的投射角度和偏转角度，并计算出每份子光源光线经过不同曲面时的入射角度和出射角度，根据不同的入射角度和出射角度，即可计算得出不同曲面上的配光曲线斜率，根据配光曲线斜率即可构造该曲面，本发明构造出第一配光曲面和第二配光曲面，将第一配光曲面作为LED配光透镜靠经LED光源一面，第二配光曲面作为LED配光透镜远离LED光源的一面，本发明依据能量守恒原理，将分布在照明区域上光强度重新分配，从而使得照明区域亮度分布均匀，同时采用两个配光曲面，可以实现光源光线的大角度偏转，因而可实现倾斜照明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一种LED配光透镜曲面构造方法一个实施例的流程图；

图2为LED光源划分示意图；

图3为照明区域划分示意图；

图4为一份光源的光线折射关系示意图；

图5为本发明一种LED配光透镜的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种LED配光透镜曲面构造方法和LED配光透镜，将LED光源和照明区域均划分成预设份数的子光源，保证每份子光源能量相等，每份照明网格面积相等，依据能量守恒原理建立每份子光源和每份照明网格的一一对应，从而保证每份照明网格获得光强度相等，然后根据对应关系式计算每份子光源的投射角度和偏转角度，并计算出每份子光源光线经过不同曲面时的入射角度和出射角度，将入射角度和出射角度带入折射定律计算公式，即可计算得出不同曲面上的曲线斜率，根据曲线斜率即可构造该曲面，本发明构造出第一配光曲面和第二配光曲面，将第一配光曲面作为LED配光透镜靠经LED光源一面，第二配光曲面作为LED配光透镜远离LED光源的一面，本发明依据能量守恒原理，将分布在照明区域上光强度重新分配，从而使得照明区域亮度分布均匀，同时采用两个配光曲面，可以实现光源光线的大角度偏转，因而可实现倾斜照明。

参见图1，示出了本发明一种LED配光透镜曲面构造方法一个实施例的流程图，所述方法包括：

步骤101：按照能量等分原则将LED光源划分成预设份数的子光源，并将确定的照明区域划分成与所述LED光源相同份数且每份面积相等的照明网格。

通过本实施例所提供的LED配光透镜曲面的设计方法所构造的曲面，进而由该曲面制作的透镜，可实现对LED的二次配光，二次配光是指将LED光源发出的光线集中在期望的照明区域中，使得LED器件满足照明设计需求。通过配光透镜改变光源出射光线的角度，从而改变照明面积和照度。本实施例即是基于二次配光的基础上，设计配光透镜曲面。

首先按照能量等分原则将LED光源划分成预设份数的子光源，即每份子光源发出的光强度都相等，由于LED光源发出的光线形成的光斑为圆形光斑，因此将LED光源按照圆形形状进行划分，将LED光源按照能量等分原则划分成第一预设数个环形光源；然后按照角度平均原则将各个环形光源进行划分，每一个环形光源被划分成分第二预设数个光源，因此可以形成预设份数的子光源，所述预设份数值即为第一预设数和第二预设数的乘积值。

需要说明的是，所述将LED光源划分预设份数，其还可以是：将LED光源按照角度平均原则划分成第二预设数个扇形光源；按照能量等分原则将各个扇形光源进行划分，每一个扇形光源又被划分成第一预设数个光源，因此可以形成预设份数的子光源。本发明并不限定于具体的划分顺序，只需满足划分出的每份子光源发射的能量相等即可。

所述的第一预设数以及第二预设数根据实际情况不同具体选择，形成的子光源越多，得到的结果越精确，一个实际应用的例子为，第一预设数为60，第二预设数为90，因此可以划分成60*90份子光源。

需要说明的是，上述划分是基于极坐标系上的划分，环形光源是沿径向的方向，扇形光源是沿角向的划分。

每份子光源LED光源通常为朗伯体光源，其光分布函数为朗伯体函数，具体为I(θ)＝A*cos²θ，A是光源参数，根据不同的LED芯片型号而不同，θ代表划分的每份子光源其对应的角度方向上出射的光线与垂直方向的夹角，也即每份子光源的投射角度。

图2示出了LED光源的划分示意图，角向和径向分别进行划分，由于图大小的限制，图中的划分份数只是示意份数，图中代表每份子光源的位置信息，θ为每份子光源投射角度，为代表划分的不同角度。

需要说明的是，所述将LED光源进行划分，是在理论上进行的划分，实际上LED光源很小，可以近似为点光源。

为了实现所设计的曲面可以使得光线在照明区域分布均匀，所述照明区域也需要进行划分，按照面积等分原则划分成与所述LED光源相同份数的照明网格，即每一份照明网格的面积均相等。保证面积相等，是为了保证每一网格中的光强度相等。

所述照明区域根据不同的照明需求来具体设定，在实际应用中有时需要实现对特殊区域的照明或者倾斜照明，本发明通过实现LED的倾斜照明，来设计LED的配光透镜曲面。

以照明区域为矩形区域为例，区域面积根据实际情况设定，具体的划分过程是分别将矩形区域的长和宽进行划分，形成预设份数的照明网格，并保证每份照明网格的面积相等。

需要说明的是，所述照明区域还可以是其他形状，或者不规则形状的图形，只需保证将所述照明区域划分成与LED光源相同份数的照明网格，且每一照明网格面积相等，即可按照本发明实现方案构造透镜曲面。

步骤102：按照能量守恒定律建立每份子光源和照明网格的一一对应关系。

LED光源和照明区域均划分成了预设份数，为了满足照明区域的光强度分布均匀，首先将每份子光源与每份照明网格的建立一一对应关系，即一份子光源对应一份照明网格，一份照明网格对应一份子光源，由步骤101中，每份子光源的能量相等，且每份照明网格的面积相等，根据每份子光源发射的光强度与分布在其对应的照明网格上的光强度相等的原理，建立该对应关系式。依据LED光源的光分布函数和能量守恒定律可以构造每份子光源和每份照明网格的对应关系式，所述对应关系式为：

∫I(θ)dθ＝∫_Stds

其中，I(θ)为光分布函数，由步骤101中，LED光源通常为朗伯体光源，即I(θ)＝A*cos²θ，，所述θ代表每份子光源在其对应的角度方向上的出射光线与垂直方向的夹角。S代表照明网格的面积，t为平均照度值，所述平均照度值是指光源总能量除以照明区域的总面积。

当所述照明区域为矩形区域时，则所述对应关系具体为：

∫I(θ)dθ＝∫_Stdxdy；

为建立LED光源和照明区域的对应关系，首先构建直角坐标系，LED光源近似为点光源，将LED光源与照明区域垂直相交的点设为坐标原点，则可以获知每一照明网格在该直角坐标系中的坐标位置，所述x，y分别为照明网格距离横轴和纵轴的距离。

图3示出了照明区域为矩形区域的划分示意图，图中t(x，y)代表每一网格的位置信息。

由于对应关系式满足能量守恒定律，因此依据对应关系式可以计算得出每份照明网格所对应的光源沿角向的投射角度θ。

步骤103：依据该对应关系计算每份子光源的投射角度，以及，根据每份子光源对应的照明网格位置确定每份子光源偏转角度。

由对应关系式，根据积分计算过程，可以求解得出每份照明网格所对应的子光源沿角向的投射角度θ。然后在根据该份照明网格的位置确定出每份子光源的偏转角度θout。由此可以得出每份子光源经过待设计的曲面的入射角度以及出射角度，入射角度即为θ，出射角度即为θout。

其中根据每份子光源对应的照明网格位置确定每份子光源偏转角度θout具体为：将LED光源作为空间直角坐标系的原点；计算每份子光源对应的照明网格的坐标值；根据所述坐标值计算每份子光源的偏转角度。

建立空间直角坐标系，将LED光源作为空间直角坐标系的原点照明区域位于空间直角坐标系中，则可得出每一照明网格的近似坐标为(x，y，z)，因此根据照明网格计算得出的偏转角度将有三个，分别为与x方向、y方向和z方向的夹角，其中z即为LED光源与所述照明区域所在平面的垂直距离，每一照明网格z值相等。设三个方向的偏转角度分别为θoutx，θouty，θoutz，则具体的计算公式为：

$\cos \left(\mathrm{\θoutx}\right)=x/\sqrt{x^2+y^2+z^2};$

$\cos \left(\mathrm{\θouty}\right)=y/\sqrt{x^2+y^2+z^2};$

$\cos \left(\mathrm{\θoutz}\right)=z/\sqrt{x^2+y^2+z^2}.$

步骤104：根据所述投射角度和偏转角度确定第一入射角度和第二入射角度，以及第一出射角度和第二出射角度。

配光透镜通常由两个曲面组成，本实施例对配光透镜的每一曲面都进行了设计，每一个曲面均可以将光源发射光线进行了偏转，从而可以将光源光线进行大角度偏转，使得倾斜照明的照明区域光强度分布均匀。

设配光透镜的两个曲面分别为第一曲面和第二曲面，根据步骤103计算得出的每份子光源的投射角度和偏转角度，计算第一入射角度和第一出射角度，第二入射角度和第二出射角度。所述第一入射角度和第一出射角度为光源经过第一曲面的入射角度和出射角度，所述第二入射角度和第二出射角度。即是说，每份子光源最终实现的偏转角度由两个透镜曲面来实现的。第一曲面将光线偏折一定角度，第二曲面在将经过第一曲面的光线偏折所述偏转角度。

所述计算第一入射角度和第一出射角度，以及，第二入射角度和第二出射角度具体为：

将所述投射角度作为第一入射角度，所述偏转角度的二分之一作为第一出射角度；

将所述第一出射角度作为第二入射角度，所述偏转角度作为第二出射角度。

需要说明的是，本实施例是以第一曲面实现光线偏折一半的偏转角度来进行的描述，其还可以是其他的角度值，本发明并不对此作出限制。

另外，由步骤103中可知，在建立的空间直角坐标系中，所述光源的偏转角度可以包括三个，分别为x轴方向的θoutx，y轴方向的θouty，以及z轴方向的θoutz，因此，所述第一入射角度为所述投射角度；所述第一出射角度包括三个，分别为三个方向偏转角度的二分之一；从而，所述第二入射角度也包括三个，所述第一出射角度也包括三个，分别为所述三个方向的偏转角度。

步骤105：根据第一入射角度和第一出射角度、第二入射角度和第二出射角度、以及获取的透镜的折射率计算第一配光曲线斜率和第二配光曲线斜率。

根据入射角度和出射角度，可以计算得出配光曲线斜率，具体的是将第一入射角度、第二出射角度和透镜折射率带入折射定律计算公式，计算第一配光曲线斜率，将第二入射角度、第二出射角度和透镜折射率带入折射定律计算公式，计算第一配光曲线斜率。

配光曲线斜率是指光源沿划分的角度方向上的出射的光线在折射点处构造的曲线沿所述角向的切线斜率。即每份子光源沿其所在角度出射的光线均对应一个配光曲线斜率，所述曲线即是指待构造的曲面上的曲线，设曲线切线与水平面的夹角为β。

将入射角度设为θ_in，出射角度设为θ_out，则折射定律计算公式为：

n_insin(β+θ_in)＝n_outsin(β+θ_out)；

n_in和n_out代表折射率，tanβ即为配光曲线斜率，光源光线由空气进入透镜时，n_in代表空气折射率，n_out代表透镜折射率，θ_in代表第一入射角度，θ_out代表第二入射角度，所述计算出的曲线斜率即为第一配光曲线斜率。光线由透镜进入空气中时，n_in代表透镜折射率，n_out代表空气折射率，θ_in代表第二入射角度，θ_out代表第一入射角度，所述计算出的曲线斜率即为第二配光曲线斜率。

因此，预设计光源光线经过透镜两个曲面均会发生折射，光源光线由空气进入透镜，以及，由透镜进入空气中参数并不相同，且配光曲线斜率也不相同，所述折射定律计算公式具体可以包括第一折射定律计算公式和第二折射定律计算公式。

所述第一折射定律计算公式为：

n_in1sin(β₁+θ_in1)＝n_out1sin(β₁+θ_out1)

其中，θ_in1为第一入射角度，θ_out1为第一出射角度，n_in1为空气折射率，n_out1为透镜折射率。tanβ₁为第一配光曲线斜率，该式即为第一曲面满足的折射定律公式，经过第一曲面，光源光线是由空气进入透镜。透镜折射率根据选择的不同透镜材料而不同，例如，材料为聚甲基丙烯酸甲酯，即折射率为1.49。空气折射率通常取值为1。

第二折射定律计算公式为：

n_in2sin(β₂+θ_in2)＝n_out2sin(β₂+θ_out2)；

其中，θ_in2为第二入射角度，其值等于θ_out1，θ_out2为第二出射角度，n_in2为透镜折射率，n_out2为空气折射率。tanβ₂为第二配光曲线斜率，该式即为第二曲面满足的折射定律公式，经过第二曲面，光源光线是由透镜进入空气中。

参见图4，示出了一份光源光线折射示意图，图中示出了θ_in1、θ_out1、θ_in2、θ_out2、β的关系。计算得出每份子光源对应的配光曲线斜率，即可构造透镜曲面。

由步骤104可知，所计算出的每份子光源的第一出射角度、第二入射角度以及第二出射角度均包括三个，因此第一配光曲线斜率也是包括三个。第二配光曲线斜率也是包括三个，具体的：

将θ_in1和θ_outx1带入第一折射定律计算公式，得出tanβ_x1；

将θ_in1和θ_outy1带入第一折射定律计算公式，得出tanβ_y1；

将θ_in1和θ_outz1带入第一折射定律计算公式，得出tanβ_z1；

将θ_inx2和θ_outx2带入第二折射定律计算公式，得出tanβ_x2；

将θ_iny2和θ_outy2带入第二折射定律计算公式，得出tanβ_y2；

将θ_inz1和θ_outz2带入第二折射定律计算公式，得出tanβ_z2。

其中，θ_outx2、θ_outy2、θ_outy2分别为步骤103中计算出的θoutx，θouty，θoutz，θ_outx1、θ_outy1、θ_outy1分别为所述θoutx的二分之一，θouty的二分之一，θoutz的二分之一，θ_inx2＝θ_outx1，θ_iny2＝θ_outy1，θ_inz1＝θ_outz1。

根据tanβ_x1、tanβ_y1、tanβ_z1即可构造第一配光曲面，根据tanβ_x2、tanβ_y2、tanβ_z2即可构造第二配光曲面。

需要说明的是，上述得出的第一配光曲线斜率以及第二配光曲线斜率是针对一份光源计算出的，由于LED光源被划分成很多份，每一份光源均对应不同的第一配光曲线斜率和第二配光曲线斜率，根据这些配光曲线斜率，即可构造配光曲线。

步骤106：根据每一第一配光曲线斜率和每一第二配光曲线斜率分别构造第一配光曲面和第二配光曲面。

其中，根据配光曲线斜率构造配光曲面的过程具体为：

首先，建立空间坐标系。

建立空间坐标系，确定一个初始位置作为坐标系原点，所述空间坐标系可以为直角坐标系或者极坐标系。

其次，根据各点所在配光曲线的法向量与曲面垂直关系以及每一配光曲线斜率，计算各点在所述坐标系中的坐标值。

所述各个点具体是指每份子光源的折射点，已知每一配光曲线斜率，配光曲线的切线和法线，曲线法向量与待构造曲面的垂直关系，即可以计算出各个折射点的坐标。

然后，根据各点坐标值，构造配镜曲面。

根据各个点的坐标值，进行编程即可构造出配镜曲面。

由于本发明实施例中，需要构造两个配光曲面，由步骤105中已分别计算出每份子光源对应的第一配光曲线斜率和第二配光曲线斜率，按照上述方法求解，即可分别构造出第一配光曲面和第二配光曲面。

另外当第一配光曲线斜率包括三个值、根据每一份子光源均会计算得出不同的第一配光曲线斜率，将这些配光曲线斜率值按照上述方法求解各点坐标，即可构造第一配光曲面。

同理根据第二配光曲线斜率，即可构造第二配光曲面。

在本发明实施例中，将光源和照明区域进行划分，划分为预设份数，并根据能量守恒定律建立每份子光源与照明网格的对应关系，根据对应关系计算每份子光源的投射角度和偏转角度，并根据需设计的透镜曲面个数，分别计算光线经过不同曲面的入射角度和出射角度，根据折射定律计算公式计算出不同曲面的配光曲线斜率，进而即可构造出不同的配光透镜的曲面，由于每份子光源的能量相等，每份照明网格的面积相等，因此可以保证依据该对应关系最终设计出的配光曲面能够使得光能量在照明区域分布均匀，且本发明采用两个配光曲面，可以实现光源光线的大角度偏转，同时保证了光强度在照明区域分布的均匀性。

本发明还提供了一种LED配光透镜，所述配光透镜包括按照方法实施例1设计的第一配光曲面和第二配光曲面，所述配光透镜靠近LED的一面为所述第一配光曲面，所述配光透镜远离LED的一面为所述第二配光曲面。

参见图5，示出了所述配光透镜的形状示意图，包括第一配光曲面501和第二配光曲面502，通过所述透光配镜，可以实现光线的大角度偏转，实现倾斜照明，同时还保证了照明区域光强度均匀分布，经计算均匀度可以达到0.64。

在进行LED装配时，将LED光源置于第一配光曲面501所形成的球心处。光源光线依次经过第一配光曲面501和第二配光曲面502，实现角度的偏转，达到倾斜照明的目的，且保证了照明区域亮度均匀。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种LED配光透镜曲面构造方法，其特征在于，包括：

按照能量等分原则将LED光源划分成预设份数的子光源，且每份子光源发出的光强度都相等，并将确定的照明区域划分成与所述LED光源相同份数且每份面积相等的照明网格；

按照能量守恒定律建立每份子光源和每份照明网格的一一对应关系；

依据该对应关系计算每份子光源的投射角度，以及，根据每份子光源对应的照明网格位置确定每份子光源偏转角度；

根据所述投射角度和偏转角度确定第一入射角度和第一出射角度，以及第二入射角度和第二出射角度，具体为：将所述投射角度作为第一入射角度，所述偏转角度的二分之一作为第一出射角度；将所述第一出射角度作为第二入射角度，所述偏转角度作为第二出射角度；

根据所述第一入射角度和第一出射角度、第二入射角度和第二出射角度、以及获取的透镜的折射率，分别计算第一配光曲线斜率和第二配光曲线斜率；

根据每一第一配光曲线斜率和每一第二配光曲线斜率分别构造第一配光曲面和第二配光曲面，具体为：建立空间坐标系；根据每一点所在配光曲线的法向量与所述配光曲线垂直关系以及每一第一配光曲线斜率和每一第二配光曲线斜率，计算第一配光曲面的各点在空间坐标系中的坐标值，以及，第二配光曲面的各点在空间坐标系中坐标值；根据第一配光曲面的各点坐标值构造第一配光曲面，以及根据第二配光曲面的各点坐标值构造第二配光曲面。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照能量等分原则将LED光源划分成预设份数的子光源具体为：

将LED光源按照能量等分原则划分成第一预设数个环形光源；

按照角度平均原则将各个环形光源进行划分，形成预设份数的子光源；

则所述投射角度具体为每份子光源沿其角度方向的投射角度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每份子光源和每份照明网格的对应关系为：

∫I(θ)dθ＝∫_stds；

其中，I(θ)＝A*cos²θ，为所述LED光源的光分布函数，θ为每份子光源的投射角度，A是光源参数，s为照明网格面积，t为平均照度值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述照明区域为矩形区域时，所述照明网格为面积相等的矩形网格，则，所述对应关系具体为：

∫I(θ)dθ＝∫_stdxdy；

其中，所述LED光源与照明区域垂直相交的点为直角坐标系原点，x，y分别为照明网格所在位置到横轴和纵轴的距离。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第一入射角度和第一出射角度、第二入射角度和第二出射角度、以及获取的透镜的折射率，分别计算第一配光曲线斜率和第二配光曲线斜率具体为：

将第一入射角度、第一出射角度和获取的透镜折射率带入第一折射定律计算公式，计算第一配光曲线斜率；

将第二入射角度、第二出射角度和获取的透镜折射率带入第二折射定律计算公式，计算第二配光曲线斜率；

所述第一折射定律计算公式为：

n_in1sin(β₁+θ_in1)＝n_out1sin(β₁+θ_out1)；

所述第二折射定律计算公式为：

n_in2sin(β₂+θ_in2)＝n_out2sin(β₂+θ_out2)；

其中，θ_in1为第一入射角度，θ_out1为第一出射角度，所述n_in1为空气折射率，n_out1为透镜折射率，θ_in2为第二入射角度，θ_out2为第二出射角度，所述n_in2为透镜折射率，n_out2为空气折射率，计算出的正切值tanβ₁为第一配光曲线斜率，tanβ₂为第二配光曲线斜率，β₁为第一配光曲线的切线与水平面的夹角，β₂为第二配光曲线的切线与水平面的夹角。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据每份子光源对应的照明网格位置确定每份子光源的偏转角度具体为：

将LED光源作为空间直角坐标系的原点；

计算每份子光源对应的照明网格的坐标值；

根据所述坐标值计算每份子光源的偏转角度。

7.一种LED配光透镜，其特征在于，所述配光透镜包括按照权利要求1～6任一项所述方法设计的第一配光曲面和第二配光曲面，所述配光透镜靠近LED光源的一面为所述第一配光曲面，所述配光透镜远离LED光源的一面为所述第二配光曲面。