【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及光學透鏡，更具體地說，本專利技術涉及便于運維管養的n合一自由曲面路燈透鏡設計方法及透鏡。
技術介紹
1、透鏡作為led路燈的核心光學元件，直接影響著路燈的照明性能。如何設計高效、均勻、舒適的led路燈透鏡，并且便于后續的運維管養，是一個亟待解決的問題。
2、目前，已有多種led路燈透鏡的設計方法。公開號為cn113552717a的中國專利申請提供了一種透鏡設計方法、透鏡及激光雷達，能夠獲得使非球面透鏡光學性能最優的透鏡參數。但是，該方法主要針對激光雷達領域，未考慮led路燈照明的特殊需求，如照度均勻度、眩光限制等，且未涉及透鏡的可維護性設計。公開號為cn117369122a的中國專利申請提出一種超構透鏡及其設計方法，通過對超構單元進行近場耦合分析和參數優化，能夠設計大尺寸、高聚焦效率和高焦點光斑質量的超構透鏡。然而，該方法主要關注超構透鏡的聚焦性能，未考慮led路燈照明的配光曲線要求，也未涉及透鏡結構的可維護性設計。公開號為cn105276521a的中國專利申請提出一種偏光透鏡的設計方法、偏光透鏡以及led路燈，通過入射面的折射直接形成理想的光強分布，降低了出射面的全反射損失，提高了led光源的利用效率。但是，該透鏡的優化目標主要集中在降低內部全反射、提高出光效率上，對于照明均勻度、視覺舒適性等考慮不足，且未涉及透鏡的可維護性設計。
3、綜上，現有的led路燈透鏡設計方法大多關注單一的光學性能指標，如出光效率、聚焦效果等，缺乏對照明均勻度、視覺舒適度等關鍵性能的綜合考量，且忽視了透鏡結構的可
技術實現思路
1、為了克服現有技術的上述缺陷，本專利技術提供便于運維管養的n合一自由曲面路燈透鏡設計方法及透鏡，通過機器學習算法建立自由曲面參數與照明效果之間的映射模型，并對透鏡表面進行區域劃分與分區優化，在提高照明均勻度和視覺舒適度的同時，采用平面出光的結構設計，大大簡化了透鏡的清潔、更換等運維操作，降低了運維管養的難度和成本。
2、為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案：
3、便于運維管養的n合一自由曲面路燈透鏡設計方法，包括：
4、確定目標照明場景的照明需求，生成第一照明需求數據；獲取多個led路燈照明工程的歷史透鏡設計參數和歷史照明效果數據，生成第二歷史優化數據；基于第二歷史優化數據，通過機器學習算法，建立自由曲面參數與照明效果之間的第二映射模型m2；基于第二映射模型和第一照明需求數據，生成初始自由曲面；
5、將初始自由曲面劃分為中心區、過渡區和邊緣區三個子區域，計算各子區域的實際出光角分布函數，并將實際出光角分布函數與預設的理想出光角分布函數進行比對，得到各子區域的角度偏差數據；根據角度偏差數據，通過調整各子區域的自由曲面控制點的坐標和權重，不斷更新自由曲面形狀，得到更新后的自由曲面，計算更新后的自由曲面的各子區域的第二角度偏差數據，直至所有子區域的第二角度偏差數據均低于設定的角度偏差收斂閾值，得到第二優化自由曲面；基于第二優化自由曲面，引入材料篩選，得到第三優化透鏡方案；
6、對第三優化透鏡方案進行仿真驗證和測試優化，生成最終的n合一平面出光led路燈透鏡設計方案。
7、進一步地，所述生成第一照明需求數據包括：
8、確定目標照明場景的照度均勻度需求u0，眩光限制等級需求g0，亮度縱向均勻度需求ui和亮度均勻度需求l0；將u0、g0、ui和l0作為照明約束參數，生成對應的第一照明需求數據d1。
9、進一步地，所述生成第二歷史優化數據包括：
10、獲取led路燈照明工程的歷史透鏡設計參數；
11、獲取led路燈照明工程的歷史照明效果數據，所述歷史照明效果數據包括歷史照度均勻度、歷史眩光限制等級、歷史亮度縱向均勻度和歷史亮度均勻度；將歷史透鏡設計參數和歷史照明效果數據組成數據對；
12、計算數據對中歷史照明效果數據與第一照明需求數據d1之間的第一相似度，提取第一相似度高于預設的相似度閾值的數據對，生成第二歷史優化數據d2。
13、進一步地，所述生成初始自由曲面包括：
14、將第一照明需求數據d1輸入第二映射模型m2，生成第一自由曲面參數集c1，所述第一自由曲面參數集c1包括自由曲面的控制點坐標和權重；
15、基于第一自由曲面參數集c1中自由曲面的控制點坐標和權重，生成第一b樣條自由曲面s1；
16、以第一b樣條自由曲面s1作為初始自由曲面。
17、進一步地，所述將初始自由曲面劃分為中心區、過渡區和邊緣區三個子區域包括：
18、以透鏡的中心為原點，建立三維直角坐標系，標記為自由曲面坐標系，初始自由曲面在所述自由曲面坐標系下的函數表達式為；為球面半徑，為天頂角，為方位角；z'為初始自由曲面在自由曲面坐標系下的函數表達式；
19、用表示中心區的邊界，將滿足的曲面劃分為中心區；ρ1表示中心區邊界的球面半徑，θ1表示中心區邊界的天頂角，φ1表示中心區邊界的方位角；
20、用?表示過渡區的邊界，將滿足的曲面劃分為過渡區；ρ2表示過渡區邊界的球面半徑，θ2表示過渡區邊界的天頂角，φ2表示過渡區邊界的方位角；
21、用?表示邊緣區的邊界，將滿足的曲面劃分為邊緣區；ρ3表示邊緣區邊界的球面半徑，θ3表示邊緣區邊界的天頂角，φ3表示邊緣區邊界的方位角。
22、進一步地，所述得到各子區域的角度偏差數據包括：
23、隨機生成n2條光線，標記為n2條入射光線，將入射光線入射到初始自由曲面；每條入射光線使用空間直線的參數方程表示，其起點為初始自由曲面上的隨機采樣點，方向為單位球面上的隨機采樣單位向量，標記為入射光線的方向向量；n2為正整數；
24、對于每一條入射光線，判斷入射光線ij的入射角是否小于全反射臨界角；若入射光線ij的入射角小于全反射臨界角，則根據入射光線ij的方向向量，利用snell定律求解入射光線ij所對應的折射光線的方向向量；ij表示第j條入射光線；1≤j≤n2；
25、根據折射光線的方向向量，判斷折射光線是否能夠透過透鏡出射；若能夠出射，則記錄折射光線的出射角度ψ；
26、統計各子區域內的所有折射光線的出射角度ψ，繪制出射角度ψ的概率分布直方圖，并對概率分布直方圖進行歸一化，得到各子區域的實際出光角分布函數g(ψ)i；g(ψ)i表示子區域i的實際出光角分布函數，i為子區域的索引，1≤i≤3；
27、將子區域i的實際出光角分布函數g(ψ)i與子區域i對應的理想出光角分布函數f(ψ)i進行比對，計算子區域i的角度偏差數據。
28、進一步地，所述得到第二優化自由曲面包括：
29、步驟s2310，設初始化迭代次數，設定角度偏差收斂閾值，令第二優化自由曲面，其中為初始自由曲面，表示第0次迭代得到的自由曲面；
30、步驟s2320，令，根據第次迭代得到的自由本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.便于運維管養的N合一自由曲面路燈透鏡設計方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據權利要求1所述的便于運維管養的N合一自由曲面路燈透鏡設計方法，其特征在于，所述生成第一照明需求數據包括：
3.根據權利要求1所述的便于運維管養的N合一自由曲面路燈透鏡設計方法，其特征在于，所述生成第二歷史優化數據包括：
4.根據權利要求1所述的便于運維管養的N合一自由曲面路燈透鏡設計方法，其特征在于，所述生成初始自由曲面包括：
5.根據權利要求1所述的便于運維管養的N合一自由曲面路燈透鏡設計方法，其特征在于，所述將初始自由曲面劃分為中心區、過渡區和邊緣區三個子區域包括：
6.根據權利要求1所述的便于運維管養的N合一自由曲面路燈透鏡設計方法，其特征在于，所述得到各子區域的角度偏差數據包括：
7.根據權利要求1所述的便于運維管養的N合一自由曲面路燈透鏡設計方法，其特征在于，所述得到第二優化自由曲面包括：
8.根據權利要求7所述的便于運維管養的N合一自由曲面路燈透鏡設計方法，其特征在于，所述計算各子區域內控制點的坐標偏
9.一種透鏡，其特征在于，所述透鏡利用權利要求1-8任一項所述便于運維管養的N合一自由曲面路燈透鏡設計方法設計得到；所述透鏡包括中心區、過渡區和邊緣區三個子區域；所述透鏡的出光面為平面。
...【技術特征摘要】
1.便于運維管養的n合一自由曲面路燈透鏡設計方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根據權利要求1所述的便于運維管養的n合一自由曲面路燈透鏡設計方法，其特征在于，所述生成第一照明需求數據包括：
3.根據權利要求1所述的便于運維管養的n合一自由曲面路燈透鏡設計方法，其特征在于，所述生成第二歷史優化數據包括：
4.根據權利要求1所述的便于運維管養的n合一自由曲面路燈透鏡設計方法，其特征在于，所述生成初始自由曲面包括：
5.根據權利要求1所述的便于運維管養的n合一自由曲面路燈透鏡設計方法，其特征在于，所述將初始自由曲面劃分為中心區、過渡區和邊緣區三個子區域包括：...
【專利技術屬性】
技術研發人員：胡俊，王青平，
申請(專利權)人：中節能晶和科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。