[发明专利]一种LED扫海灯照明系统的设计方法

权利要求书

1.一种LED扫海灯照明系统的设计方法，其特征在于，包括：

阵列单元设计步骤：依次设置LED光源阵列模块、匀光准直透镜阵列模块和扩束菲涅尔透镜组阵列模块，其中，所述扩束菲涅尔透镜组阵列模块包括聚光菲涅尔透镜阵列和准直菲涅尔透镜阵列；使所述LED光源阵列模块发出的光线依次经过所述匀光准直透镜阵列模块、聚光菲涅尔透镜阵列和准直菲涅尔透镜阵列；

长度设计步骤：确定LED光源阵列模块到匀光准直透镜阵列模块之间的距离x₁、匀光准直透镜阵列模块的厚度d₁、匀光准直透镜阵列模块到聚光菲涅尔透镜阵列的距离x₂、聚光菲涅尔透镜阵列的厚度d₂、准直菲涅尔透镜阵列的厚度d₃、聚光菲涅尔透镜阵列的焦距f₁和准直菲涅尔透镜阵列的焦距f₂；计算聚光菲涅尔透镜阵列到准直菲涅尔透镜阵列的距离x₃＝f₁+f₂，其中f₁和f₂满足比例关系；得到所述LED扫海灯照明系统的长度x＝x₁+d₁+x₂+d₂+x₃+d₃。

2.根据权利要求1所述的一种LED扫海灯照明系统的设计方法，其特征在于，所述设计方法还包括扩束性能设计步骤：

设计所述聚光菲涅尔透镜阵列中聚光菲涅尔透镜的直径和准直菲涅尔透镜阵列中准直菲涅尔透镜的直径得到所述LED扫海灯照明系统的扩束性能

3.根据权利要求2所述的一种LED扫海灯照明系统的设计方法，其特征在于：所述设计方法还包括光能利用率设计步骤：

设计所述LED光源阵列模块的光通量φ₁和所述匀光准直透镜阵列模块的光通量φ₂，得到所述LED扫海灯照明系统的光能利用率

4.根据权利要求3所述的一种LED扫海灯照明系统的设计方法，其特征在于：在所述光能利用率设计步骤中，所述LED光源阵列模块的光通量其中，L为所述LED光源阵列模块的亮度，dA为距离所述LED光源阵列模块一定距离的元面积，θ为所述匀光准直透镜阵列模块对应所述LED光源阵列模块的出光角度，为所述匀光准直透镜阵列模块的口径，x₁为所述LED光源阵列模块距离所述匀光准直透镜阵列模块的距离。

5.根据权利要求4所述的一种LED扫海灯照明系统的设计方法，其特征在于：在所述阵列单元设计步骤中，将所述匀光准直透镜阵列模块的匀光自由曲面朝向所述LED光源阵列模块，将所述匀光准直透镜阵列模块的准直自由曲面朝向所述聚光菲涅尔透镜阵列。

6.根据权利要求5所述的一种LED扫海灯照明系统的设计方法，其特征在于，所述阵列单元设计步骤还包括：

建立坐标系；

建立匀光自由曲面在坐标系上的坐标，具体为：

设定匀光自由曲面的初始点，迭代计算匀光自由曲面射出的光线的第一轮廓线上的点坐标得到所述第一轮廓线，其中，(x_1i+1,y_1i+1)为当前迭代需要计算的点坐标，(x_1i,y_1i)为前一个点坐标，k_1i为前一个点坐标对应的斜率，α_i+1为当前的点坐标对应的光源出光角度；将第一轮廓线以坐标系的y轴为中心轴旋转360°得到匀光自由曲面在坐标系上的坐标。

7.根据权利要求6所述的一种LED扫海灯照明系统的设计方法，其特征在于，在所述阵列单元设计步骤的建立匀光自由曲面在坐标系上的坐标的过程中，设定匀光自由曲面的初始点的点坐标为(0，3)，设定匀光自由曲面的点坐标对应的斜率其中，α为光线入射到匀光自由曲面的角度，β为匀光自由曲面出射光线的角度，n为匀光准直透镜阵列模块中匀光准直透镜的介质折射率。