[發明專利]一種具有非平滑曲線的直下式背光透鏡

在審

• 申請號: 201710852912.5
• 申請日: 2017-09-20
• 公開（公告）號: CN107816701A
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 羅滔;王鋼
• 申請（專利權）人: 佛山市中山大學研究院;中山大學
• 主分類號: F21V5/04
• 分類號: F21V5/04;G02B3/00;G06F17/17;F21Y115/10
• 代理公司: 廣州圣理華知識產權代理有限公司44302
• 代理人: 李唐明,頓海舟

技術領域

本發明屬于光學器件領域，具體涉及一種具有非平滑曲線的直下式背光透鏡。

背景技術

目前，在背光照明當中，為了均勻光線，通常會搭配擴散透鏡使用，使光源發出的光線能以較大角度出射，從而達到大面積照明的效果。然而，在實際使用中，光源發出的光線經過透鏡的擴散之后，由于光線在光源的光軸附近比較集中，有時并不能完全消除中央亮點的現象，不利于背光照明。

直下式背光模塊是在通過透鏡將LED器件發出的光線擴散均勻地擴散在盡量大的范圍內，并通過這些光斑的相互交疊在被照面上形成均勻亮度出射。現有技術中，一種方式是通過折射的方式將光線擴散，或者通過將光線壓縮在透鏡側面出射的形式并憑借反射紙的作用，將光線在很小的混光距離的情況下分布在較大的范圍。

然而，已經有很多實際應用發現，當混光距離和LED器件間距的比值小于1:3的情況下，容易在被照明面上出現局部色空間分布不均勻的情況，通常是偏黃或偏藍的色斑。通常情況下，在其他照明應用中，可以通過調節表面微結構來進行混光，也可以通過將出光面進行磨砂處理來實現混光。然而，由于直下式背光的混光距離很短而器件間距很大，需要在一個很大出射角范圍內形成均勻照明，光學曲面的冗余度很低；如果是通過磨砂的方式，會破壞原有的光學面對光線的控制，使得光斑嚴重縮小；而通過微結構的方式在很短混光距離的情況下會形成近場效應，將微結構的形態“成像”在很近的接受屏上面，使得光斑斑斑點點，無法形成均勻亮度分布的照明效果。

發明內容

為解決現有技術的缺點和不足，本發明的首要目的在于提供一種具有非平滑曲線的直下式背光透鏡。

本發明的方案為：一種具有非平滑曲線的直下式背光透鏡，該透鏡為旋轉對稱體，該透鏡包括底面、入射面和出射面，光線自入射面射入透鏡內，自出射面射出透明外；該旋轉對稱體的對稱軸為光軸Z，穿過Z軸的截面沿Z軸的一側與入射面的相交線為入射曲線 C1，與出射面的相交線為出射曲線C2；以Z軸為Y軸建立直角坐標系，X軸位于截面上，則C1和C2中至少有一條曲線是按以下方式生成：

1)給定一平滑曲線C,該曲線C滿足函數y＝C(x)，且其二階導數為連續函數；

2)在曲線C上等間隔取N個點，這些點的坐標為：

y_i＝C(x_i)，(i＝1,2,…，N)，

其中x＝0時的點為第一個點，最后一個點為第N個點；

3)將第奇數個點向上移動一個偏移量du，這些奇數點的坐標為：

y_{i_1}＝C(x)+du₁；

將第偶數個點向下移動相同的偏移量du，這些偶數點的坐標為：

y_{i_2}＝C(x)-du₂；

經過位移的這些點的新坐標函數為y_i＝Cj(x)，其中y_i為第i個點的縱坐標；

4)用平滑連接方式逐段連接各點，形成新曲線y＝Cj(x)，即C1或/和C2。

優先的，所述步驟4)中，一種平滑連接的方式為，任意一個點的前段連接的曲線導數與后段連接的曲線導數相等。

優先的，所述曲線y＝Cj(x)的二階導數在xi處不連續。

優先的，當C1為y＝Cj(x)時，C1上任意點與坐標原點的直線，與Y軸的夾角為α1，與原點的距離為R1，則，在α1＜π/3的范圍內，R1隨α1單調遞減。

優先的，當C2為y＝Cj(x)時，C2上任意點與坐標原點的直線，與Y軸的夾角為α2，與原點的距離為R2，則，在α2＜π/3的范圍內，R2隨α2單調遞減。

優先的，若透鏡折射率為n，則相對于α2的增量Δα2的R2的增量ΔR₂，有如下關系：

優先的，所述步驟4)中，所述平滑連接方式，為余弦擬合連接、多項式擬合連接或 B-spline擬合連接。

優先的，du₁和du₂的絕對值與C2最后一個點的橫坐標x_N的比值，均不大于0.001。

優先的，du₁＝du₂＞0。

優先的，du₁＝du₂＜0。

優選的，N大于10。

本發明的原理為：