本发明专利技术涉及一种基于XY多项式的LED自由曲面照明系统设计，包括：在一三维直角坐标系Oxyz中根据LED点光源及其在接收面所形成的照明视场获得自由曲面的一系列数据点，包括：坐标值Qi=(xi,yi,zi)(i=1,2,…,n)和法向量Ni=(ui,vi,-1)）；获得坐标值Qi与自由曲面在z方向坐标差值的平方和e1(P)；获得法向量Ni与自由曲面法向量ni的矢量差的模值的平方和e2(P)；获得一评价函数，w为权重；选择不同的权重w，并令评价函数的梯度从而获得多个自由曲面；选取具有最佳的成像质量的最终自由曲面面形并根据其构建一自由曲面透镜实体，从而获得LED自由曲面照明系统。
【技术实现步骤摘要】
基于XY多项式的LED自由曲面照明系统的设计方法
本专利技术涉及一种LED自由曲面照明系统的设计方法，尤其涉及一种基于XY多项式的LED自由曲面照明系统的设计方法。
技术介绍
现有的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统的设计方法中，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。
技术实现思路
综上所述，确有必要提供一种具有高均匀性的LED自由曲面照明系统的设计方法。一种基于XY多项式的LED自由曲面照明系统的设计方法，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Qi＝(xi,yi,zi)(i＝1,2,…,n)和一法向量Ni＝(ui,vi,-1)(i＝1,2,…,n)，所述自由曲面的表达式为：S11：获得所述坐标值Qi＝(xi,yi,zi)(i＝1,2,…,n)与所述自由曲面在z方向坐标差值的平方和其中，P＝[P00P10P01P20P11P02P30P21P12P03...]T、Z＝[z1z2…zn]T；S12：获得所述数据点的法向量Ni＝(ui,vi,-1)(i＝1,2,…,n)与所述自由曲面法向量ni的矢量差的模值的平方和其中，U＝[u1u2…un]T、V＝[v1v2…vn]T、ni＝(fx(x,y；P),fy(x,y；P),-1)；S13：获得评价函数f(P)＝e1(P)+we2(P)，其中，w为权重且大于0；S14：选择不同的权重w，并令所述评价函数f(P)的梯度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)；S15：获得具有最佳的成像质量的最终自由曲面面形Ωopt；以及S16：根据所述最终自由曲面面形Ωopt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。与现有技术相较，本专利技术提供的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统的设计方法，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。附图说明图1为本专利技术实施例1提供的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统的设计方法中所述LED自由曲面照明系统的结构示意图。图2为本专利技术实施例1提供的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统的设计方法中使用LightTools构建的自由曲面进行光线追迹的仿真结果图。图3为本专利技术实施例1提供的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统的设计方法中获得的自由曲面所形成的矩形照明视场的照明效果图。图4为本专利技术实施例1提供的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统的设计方法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。图5为本专利技术实施例2提供的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统的设计方法中使用LightTools构建的自由曲面进行光线追迹的仿真结果图。图6为本专利技术实施例2提供的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统的设计方法中获得的自由曲面所形成的方形照明视场的照明效果图。图7为本专利技术实施例2提供的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统的设计方法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。图8为本专利技术实施例3提供的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统的设计方法中所述LED自由曲面照明系统的结构示意图。图9为本专利技术实施例3提供的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统的设计方法中获得的自由曲面所形成的圆形照明视场的照明效果图。图10为本专利技术实施例3提供的基于XY多项式的LED自由曲面照明系统的设计方法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。主要元件符号说明LED自由曲面照明系统100、200LED点光源10透镜实体12、22自由曲面122、222接收面14照明视场142、144如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式下面根据说明书附图并结合具体实施例对本专利技术的技术方案进一步详细表述。本专利技术实施例提供一种LED自由曲面照明系统设计的设计方法，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Qi＝(xi,yi,zi)(i＝1,2,…,n)和一法向量Ni＝(ui,vi,-1)(i＝1,2,…,n)，所述自由曲面的表达式为：S11：获得所述坐标值Qi＝(xi,yi,zi)(i＝1,2,…,n)与所述自由曲面在z方向坐标差值的平方和其中，P＝[P00P10P01P20P11P02P30P21P12P03...]T、Z＝[z1z2…zn]T；S12：获得所述数据点的法向量Ni＝(ui,vi,-1)(i＝1,2,…,n)与所述自由曲面法向量ni的矢量差的模值的平方和其中，U＝[u1u2…un]T、V＝[v1v2…vn]T、ni＝(fx(x,y；P),fy(x,y；P),-1)；S13：获得评价函数f(P)＝e1(P)+we2(P)，其中，w为权重且大于0；S14：选择不同的权重w，并令所述评价函数f(P)的梯度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)；S15：获得具有最佳的成像质量的最终自由曲面面形Ωopt；以及S16：根据所述最终自由曲面面形Ωopt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。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。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。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。在步骤S13中，提出评价函数f(P)的目的是综合考察e1(P)和e2(P)，从而提出一综合评价指标。在步骤S14中，所述梯度为0时，可以使评价函数f(P)最小。由于评价函数f(P)最小，因此，可以使得e1(P)和e2(P)同时得到限制。评价函数f(P)的梯度由此可以获得所述步骤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Ωopt。实施例1请参照图1，假设以LED点光源10为原点O，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1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于XY多项式的LED自由曲面照明系统设计，包括：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Qi = (xi, yi, zi)(i = 1, 2, …, n)和一法向量Ni = (ui, vi, ‑1)(i = 1, 2, …, n) ，所述自由曲面的表达式为：；S11：获得所述坐标值Qi = (xi, yi, zi)(i = 1, 2, …, n)与所述自由曲面在z方向坐标差值的平方和，其中，；S12：获得所述数据点的法向量Ni = (ui, vi, ‑1)(i = 1, 2, …, n) 与所述自由曲面法向量ni的矢量差的模值的平方和，其中，；S13：获得评价函数，其中，w为权重且大于0；S14：选择不同的权重w，并令所述评价函数的梯度，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)；S15：获得具有最佳的成像质量的最终自由曲面面形Ωopt；以及S16：根据所述最终自由曲面面形Ωopt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。...
【技术特征摘要】
1.一种基于XY多项式的LED自由曲面照明系统的设计方法，包括：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Qi＝(xi,yi,zi)(i＝1,2,…,n)和一法向量Ni＝(ui,vi,-1)(i＝1,2,…,n)，所述自由曲面的表达式为：S11：获得所述坐标值Qi＝(xi,yi,zi)(i＝1,2,…,n)与所述自由曲面在z方向坐标差值的平方和其中，S12：获得所述数据点的法向量Ni＝(ui,vi,-1)(i＝1,2,…,n)与所述自由曲面法向量ni的矢量差的模值的平方和其中，S13：获得评价函数f(P)＝e1(P)+we2(P)，其中，w为权重且大于0；S14：选择不同的权重w，并令所述评价函数f(P)的梯度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)；S15：获得具有最佳的成像质量的最终自由曲面面形...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱钧，熊思思，吴晓飞，金国藩，范守善，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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