[發明專利]雙光斑透鏡的設計方法

有效

• 申請號: 201110306131.9
• 申請日: 2011-10-11
• 公開（公告）號: CN102322611A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 周士康;李晟;許禮;陳月霞
• 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;嘉善三思光電技術有限公司
• 主分類號: F21V5/04
• 分類號: F21V5/04;F21Y101/02
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 林煒

技術領域

本發明涉及一種光學元件的設計方法，更具體地說，涉及一種同心圓形雙光斑透鏡的設計方法。

背景技術

LED作為光源應用于照明領域已日趨普遍，而且隨著LED照明燈應用的范圍和適用的場合越來越多、越來越廣，對LED燈具的照明需求也越來越高，包括對被照區域的照度均勻性要求以及被照區域的光斑形狀要求。比如圓形光斑、矩形光斑、環形光斑、多光斑等。如何能設計出符合要求的LED燈具，也即能設計出對LED光源的光線進行配光的透鏡的形狀，對光學設計人員來說是及其重要的問題。

發明內容

本發明為解決上述技術問題，提供一種雙光斑透鏡的設計方法，該方法得到的照射光斑呈照度均勻分布的同心圓形雙光斑，滿足LED燈具對被照區域特殊的使用要求，簡單、方便，適用各種LED光源，且光源利用率高。

?????為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

???一種雙光斑透鏡的設計方法，所述雙光斑為同心圓形，每個光斑的照度分布均勻，分別為E1和E2，其設計步驟如下：

a)、以任一過光源光軸的平面作為入射面，在所述入射面上，將光軸一側的發光角按照發光強度隨發光角度的分布規律劃分成N個小角，并使分布在每個小角內的光線的光通量相等，其中N≥4；

b)、兩個光斑分別與所述入射面在上述光軸一側相交成被照線段R1和R2，將該被照線段R1和R2分別以長度為L1和L2等分成N1個小段和N2個小段，并且使N1+?N2=N，N1L1=R1,N2L2=R2,L1/L2=E2/E1；

c）、將所述光源的N個小角分成兩個部分，靠近光軸的部分為N1個小角，與所述

N1個小段一一對應，遠離光軸的部分為N2個小角，與所述N2個小段一一對應；

d)、以所述N1個小段中的邊緣小段作為起始被照小段，以邊緣點為起始被照點，即對應了所述的一個小角，根據透鏡第一面離開光源的距離要求，在與起始被照點對應的入射光線上取一點作為透鏡第一面上的起始特征點，在該點處，平行于光源與起始被照點連線的直線同入射光線形成一夾角，為透鏡的起始光線偏折角，根據預定的比例，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透鏡第一面后的折射線，通過折射定律以及所述的對應小角，求出與起始特征點相鄰的第二特征點，該第二特征點對應與起始被照點相鄰的第二被照點；

e)、同上一步驟，依次求出N1個小段中的各個被照點所對應的透鏡第一面上的各特征點的位置；

f）、以與求得N1個小段中的各個被照點所對應的透鏡第一面上的各特征點的位置相同的方法，求得N2個小段中的各個被照點所對應的透鏡第一面上的各特征點的位置；

g)、在經過所述第一面上的起始特征點后的折射線上，根據透鏡厚度要求取一點，作為透鏡第二面上的起始特征點，采用與得到第一面上的特征點類似的方法，求出第二面上的各特征點的位置；

h）、將所述的第一面和第二面上的各特征點依次連接，分別形成兩條連續曲線；

i)、將所述兩條曲線繞光源光軸旋轉，形成透鏡的立體形狀。

????所述各特征點依次用直線或平滑曲線連接起來。

????所述透鏡采用折射率為1.3_~4.2之間的透明材料。

?????本發明技術方案適用于點光源系統，即：LED可以看作點光源，其尺寸遠小于其到被照面的距離。這時光源到被照點的距離和方向就相當于經過透鏡后的折射光線到被照點的距離和方向。讓LED靠近光軸范圍負責中心圓光斑的照明、遠離LED光軸范圍負責周圍圓形光斑的照明，且該兩個范圍的大小根據兩個光斑的半徑和照度以及劃分的被照小段的長度來決定。根據折射定律確定下來透鏡兩個面上的各特征點的位置，依次連接并旋轉構成透鏡的形狀，光線經該透鏡折射后即可得到均勻照度的同心圓雙光斑形狀。本設計方案中很少有光線照射到光斑以外區域成為無效光，因此，很少有光源浪費的現象，光線利用率很高，能夠適用于多種LED光源。

????

附圖說明

以下通過附圖對本發明透鏡設計方法做進一步詳細的描述：

圖1是在入射面上劃分小角的方法示意圖；

????圖2是在入射面與同心圓雙光斑的交線段上劃分小段的方法示意圖；

????圖3是確定透鏡表面上各特征點并依次連接的方法一示意圖；

????圖4是將圖3各特征點依次連接的方法二示意圖；

????圖5是在圖4基礎上得到的透鏡一實施例剖視圖；