[發明專利]一種雙自由曲面的LED準直透鏡設計方法

有效

• 申請號: 201510081535.0
• 申請日: 2015-02-15
• 公開（公告）號: CN104696884B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 張志清;陳志濤;許毅欽;張康;劉曉燕;劉寧煬;趙維
• 申請（專利權）人: 廣東省半導體產業技術研究院
• 主分類號: F21V5/04
• 分類號: F21V5/04;F21Y115/10
• 代理公司: 廣東世紀專利事務所44216
• 代理人: 劉卉

1.一種雙自由曲面的LED準直透鏡設計方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一：完成雙自由曲線離散點坐標迭代關系的推導；

步驟二：通過Matlab計算軟件求出自由曲線的軌跡離散坐標；

步驟三：將軌跡離散坐標導入proe 3D建模軟件建立實體透鏡模型；

步驟四：通過TracePro光學仿真軟件對實體透鏡模型進行光線追跡；

其中，步驟一所述的迭代關系，是基于非成像光學理論，利用能量守恒定理和菲涅耳定律推導而成的，為了獲得其迭代關系，建立直角坐標系，選取自由曲線任意兩相鄰的兩點分別定義為A_n、A_n+1、B_n、B_n+1，其坐標分別為(xa_n,ya_n)、(xa_n+1,ya_n+1)，(xb_n,yb_n)、(xb_n+1,yb_n+1)，O點為LED光源位置，并定義直線OA_n與直線OA_n+1夾角為θ，直線OA_n與x軸夾角為θ_n，其迭代關系為：

xan+1=kan·xan-yankan-tan(θ+θn)---(1)]]>

yan+1=tan(θ+θn)·kan·xan-yankan-tan(θ+θn)---(2)]]>

xbn+1=xbn+ybnkbn(1-cos2(θn+θ)1-cos2θn-1)---(3)]]>

ybn+1=ybn·1-cos2(θn+θ)1-cos2θn---(4)]]>

其中：

kan=-n·(xbn-xan)(xbn-xan)2+(ybn-yan)2-n0·xanxan2+yan2/n·(ybn-yan)(xbn-xan)2+(ybn-yan)2-n0·yanxan2+yan2---(5)]]>

kbn=n0-n·(xbn-xan)(xbn-xan)2+(ybn-yan)2/n·(ybn-yan)(xbn-xan)2+(ybn-yan)2---(6)]]>

n為透鏡材料的折射率，n₀為空氣的折射率，透鏡材料為聚碳酸酯(Pc)或聚甲基丙烯酸甲酯(Pmma)或玻璃(SiO₂)；

步驟二所述的軌跡離散坐標，是通過引入初始值A₁坐標，B₁坐標，以及步長θ值代入步驟一中的迭代關系，求出的軌跡離散坐標，其中A₁縱坐標ya₁≥10mm，B₁縱坐標yb₁≤40mm，且ya₁＜yb₁；

步驟三所述的實體透鏡模型，是首先將步驟二中所求的軌跡離散坐標值導入proe 3D建模軟件，然后將上述坐標點陣擬合成曲線，旋轉成實體透鏡模型；

步驟四所述的光線追跡，是將proe 3D建模軟件所建的實體透鏡模型導入到TracePro光學仿真軟件中進行光線追跡模擬，驗證并分析所建模型，其中光源是通過以1mmX1mm平面朗伯光源經周圍吸收板吸收大角度光源的方式制備而成，總光通量為0.31858W，進入透鏡的光線約30萬條，接收面分別為離光源10米、100米、1000米的正方形屏。