[發明專利]一種透鏡的設計方法

有效

• 申請號: 201110084814.4
• 申請日: 2011-03-25
• 公開（公告）號: CN102141229A
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發明（設計）人: 周士康;陳春根;成鑫
• 申請（專利權）人: 上海三思電子工程有限公司;上海三思科技發展有限公司;嘉善晶輝光電技術有限公司
• 主分類號: F21V5/04
• 分類號: F21V5/04;F21Y101/02
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

1.一種透鏡的設計方法，該透鏡由結構上相互配合的上下兩部分組成，其中上半部分為光束角在水平方向20°～140°范圍內，垂直方向為平行光的多面體形狀，下半部分由第一折射面和第二折射面組成，透鏡上半部分的底面與下半部分的頂面重合，下半部分設計步驟如下：

a)、以過光源光軸的一平面為入射面，將該入射面與被照面的交線段等分成多個小段；

b)、在該入射面上，以光軸為一角邊，將位于光軸單側90°范圍的夾角等分成與所述小段數量相等的多個小角，每一小角對應一個小段；

c)、以所述多個小段的邊緣小段作為起始被照小段，以邊緣點為起始被照點，以透鏡上半部分在該入射面上的邊緣入射點作為下半部分第一折射面上的起始特征點；

d)、在該特征點處，平行于光源與該被照點連線的直線同入射光線形成一光線偏折角，根據預定的比例，將所述光線偏折角分成第一偏折角和第二偏折角，角分線作為入射光線經過下半部分第一折射面后的折射光線和射向下半部分第二折射面的入射光線，通過折射定律和所述對應小角，求出與該特征點相鄰的下一個特征點，該下一個特征點對應與該被照點相鄰的下一個被照點；

e)、同上一步驟，依次求出各個被照點所對應的下半部分第一折射面上的各特征點的位置；

f)、過上半部分在該入射面上的邊緣出射點向被照面做一射線，該射線與經過下半部分第一折射面上起始特征點后的折射光線相交于一點，以該交點作為下半部分第二折射面上的起始特征點，在該起始特征點處，平行于光源與起始被照點連線的直線為折射光線，其入射光線為上述d)步驟中確定的角分線，通過折射定律，求出與該起始特征點相鄰的下一個特征點，該下一個特征點對應與該被照點相鄰的下一個被照點，采用與上述相同的方法，求出下半部分第二折射面上的各特征點的位置；

g)、將上述求得的下半部分第一折射面和第二折射面上的各特征點分別依次連接起來，形成兩條連續曲線，即為下半部分第一、二折射面的截面形狀；

將上述求得的下半部分第一、二折射面的截面繞過LED光源且垂直于光軸的直線旋轉180°，即可得到透鏡下半部分的立體形狀。

2.根據權利要求1所述的一種透鏡的設計方法，其特征在于：所述透鏡上半部分的設計步驟如下：

i)、在所述入射面上，以光軸為一角邊，將位于光軸單側90°范圍內的發光角劃分成多個小角，將該范圍內的小角按一定比例分成A、B兩個角區；

ii)、在上述入射面上，令光源通過透鏡上半部分后的出射光線為平行光線；在所述B角區，根據透鏡尺寸要求，在邊緣入射光線上取一點即為上半部分第一折射面上的起始特征點，在該起始特征點處，入射光線與平行出射光線形成一夾角，為起始光線偏折角，根據預定的權重，將所述偏折角分成第一偏折角和第二偏折角，角分線作為入射光線經過上半部分第一折射面后的折射光線方向以及射向上半部分第二折射面的入射光線方向，通過折射定律以及所述的小角，求出與起始特征點相鄰的下一個特征點；同前述步驟，依次求出上半部分第一折射面上的各特征點的位置；

iii)、在經過所述上半部分第一折射面上的起始特征點后的折射光線上，根據透鏡尺寸要求取一點，作為上半部分第二折射面上的起始特征點，根據ii)步驟中得到的該點射向透鏡上半部分第二折射面的入射光線方向和平行出射光線，通過折射定律求出上半部分第二折射面上與起始特征點相鄰的下一個特征點，按照同樣方法依次求出上半部分第二折射面上的各特征點的位置；

iv)、分別將所述的上半部分第一折射面和第二折射面上的各特征點依次分別連接起來，形成兩條連續曲線即為上半部分第一折射面和第二折射面在所述入射面上的截面；

v)、在所述A角區，給定兩條邊緣入射光線經過上半部分第三折射面后的折射光線方向，將該兩條折射光線的夾角等分成多個與所述A角區內的小角一一對應的角，角邊作為入射光線經過上半部分第三折射面后的折射光線方向，也即射向上半部分第四反射面的入射光線方向，根據折射定律以及所述的小角，求出上半部分第三折射面上的各個特征點的位置，將各特征點依次連接，形成一條連續曲線即為上半部分第三折射面在所述入射面上的截面；

vi)、根據透鏡形狀要求在過光源且垂直于光軸的直線上取一點作為上半部分第四反射面上的起始特征點，令該起始特征點的入射光線經上半部分第四反射面后的反射光線經過上半部分第二折射面上遠離光軸的一個邊緣特征點，且該入射光線和反射光線之間的夾角γ≥2arcsin(1/n)，其中n是透鏡的折射率；再給定經上半部分第四反射面反射后的另一條邊緣反射光線方向，將該兩條反射光線的夾角等分成多個與所述A角區內的小角一一對應的角，角邊作為光線經過上半部分第四反射面后的反射光線方向，也即射向上半部分第五折射面的入射光線方向，根據所述反射光線與v)步驟中確定的射向上半部分第四反射面的入射光線，通過反射定律求出上半部分第四反射面上的各個特征點的位置，將各特征點依次連接，形成一條連續曲線即為上半部分第四反射面在所述入射面上的截面；

vii)、根據所述射向上半部分第五折射面的入射光線以及所述的平行出射光線，以上半部分第二折射面上遠離光軸的一個邊緣特征點作為上半部分第五折射面上的起始特征點，通過折射定律求出上半部分第五折射面上的各個特征點的位置，將各特征點依次連接，形成一條連續曲線即為上半部分第五折射面在所述入射面上的截面；

viii)、將上述求得的上半部分第一、二、三、四、五面在所述入射面上的截面繞過光源且垂直于光軸的直線旋轉180°，即可得到透鏡上半部分的立體形狀。