一种功率型LED集成模组的配光方法与流程

技术特征：

1.一种功率型LED集成模组的配光方法，其特征在于：所述配光方法中采用的LED集成模组包括连体透镜座、透镜体、以及与所述透镜体对应的LED光源；所述透镜体为非对称曲率结构；

所述配光方法采用区域分割的方法实现目标面均匀照明的目的，可将投射到路面的照明区域拉长，出射光线投射到两个区域的能量为非对称分布，即光线投射到人行道区域较弱，光线投射到机动车道区域较强；

其具体步骤如下：

S1、将光源的出射光线按照角度划分成一定数量的分割区域，将目标面对应分成若干的区域；

S2、构建相邻角度范围内的投射光通量与目标照明区域接收光线的关系；

S3、依据步骤S2中所对应关系以及LED光源的投射角度，计算配光曲线在各个角度的相对分布，最后依据配光曲线斜率构造集成模组透镜曲面，并求解出透镜模组光学曲面的空间坐标位置。

2.根据权利要求1所述的功率型LED集成模组的配光方法，其特征在于：所述步骤S1中为了达到目标路面均匀照明的要求，将路面区域所形成的矩形区域划分为面积相等n份，且这n个区域无交集，由目标照明区域的长度和宽度求出长宽比和总面积，进而可计算每个子区域的面积，再将每个子区域分成m份面积相同的区域。

3.根据权利要求2所述的功率型LED集成模组的配光方法，其特征在于：所述步骤S1中具体实现方法如下：首先依据LED光源特性和配光要求划分网格，将LED的出射光和目标照明区域都划分为N个区域，r是目标照明区域半径，φ是光线与系统中心轴的夹角，H是目标照明区域与光源的距离高度，依据光学扩展量守恒，在不考虑材料吸收光能的情况下，光源光通量Φ₂与出射光线的所有光通量Φ₁也相等；发散角为φ_i的光线对应目标照明区域上照 明半径r_i的区域，φ_max是光源经光学元件配光后的目标最大发散角，目标照明区域最大照明半径R，其中N的大小决定结果的精确程度；光线的光源出射角φ_i与其经配光后光线覆盖的目标照明区域半径r_i的关系；

r_i(φ)＝[R/sinφ_max]sinφ_i (1)

为了达到目标照明区域照度及亮度分布的要求，将路面区域所形成的矩形区域划分为面积相等n份，且这n个区域无交集；

将每个子区域分成m份面积相同的区域，几何关系为：

而任一小区域为梯形，左上侧的小区域面积为S_left＝0.5[Δx_i(n)+Δx_i(n-1)]·[y(n)-y(n-1)]，假设任意的i，Δx_i(n)相等，Δx_i(n-1)也相等，右下侧面积为S_righ＝0.5[Δy_i(n)+Δy_i(n-1)]·[x(n)-x(n-1)]，对于任意的i，Δy_i(n)相等，Δy_i(n-1)也相等，由于S_left＝S_right，因此Δy＝αΔx。

4.根据权利要求3所述的功率型LED集成模组的配光方法，其特征在于：所述步骤S2中具体实现方法如下：光线经过透镜模组的光学曲面折射之后，对系统的光通量分布重新分配，考虑到LED光线空间分布的特点，采用球坐标系描述三维分布，假设透镜模组光学曲面上某一点的入射光线矢量为 出射光线矢量为透镜材料的折射率为n，基于透镜模组的出光路径，假设目标照明区域的网格与光线对应点的方向矢量为则LED光源出射光线、透镜模组光学曲面的出射光线、目标照明区域上接受光线之间的关系式为

其中入射光与几何中心垂轴的夹角φ，光线经过光学曲面上的点P(x,y)时发生折射，并沿着与垂轴夹角δ方向出射，分布至目标面上S(r,h)点处，P点的法向矢量与垂轴夹角η；LED出射光经过光学曲面后均匀发散至目标照明半径 为R的区域上，目标照明面距离光源H；

其中φ与r的几何关系为：r(φ)＝[H·Tan(δ_max)/sinφ_max]·sinφ (3)

其中δ_max与φ_max分别为系统最大发散角和光源出射光与垂轴的最大夹角，δ_i角度变量的表达式为

其中依据光线空间折射关系，该点x,y,z轴的法向矢量的表达式为，即则光线投射三维方向的法向量(Nx,Ny,Nz)、入射光线、出射光线之间的内在联系关系如下：

。

5.根据权利要求4所述的功率型LED集成模组的配光方法，其特征在于：所述步骤S3在上述权4的基础上进一步采用下述内容实现：

同时该点x,y,z轴的空间位置矢量为[x(i,j),y(i,j),z(i,j)]，其中i和j分别为两个不同轴方向。经过该点的切平面可以表示为：

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)分别为该点法向矢量沿x,y,z轴方向的分量。而(x,y,z)则表示该切平面内的任意一点。将入射光线以球坐标系下表示：

其中为光线与z轴的夹角，θ为光线在xoy面的投影与x轴的夹角。联立(6)和(7)可得

基于以上表达式，以目标照明区域的照度、亮度为目标函数，利用遗传算法强大的计算迭代能力，可自动求解出透镜模组光学曲面的空间位置坐标。

6.根据权利要求1至5任一项所述的功率型LED集成模组的配光方法，其特征在于：所述透镜本体基面上设有卡槽。

7.根据权利要求1至5任一项所述的功率型LED集成模组的配光方法，其特征在于：所述透镜为PMMA透镜、PC透镜或玻璃透镜。

8.根据权利要求1至5任一项所述的功率型LED集成模组的配光方法，其特征在于：所述透镜体在透镜座上的排列结构为矩阵式排列、叉排式排列或多边混合排列。