一種矩形照射光斑的透鏡設(shè)計方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開一種矩形照射光斑的透鏡設(shè)計方法，首先將矩形光斑等分成多個長條小矩形區(qū)域，分別取每一小矩形的同一方向的一長邊,以過該長邊和光源的平面為入射面，在該入射面上，將光源位于光軸的一側(cè)的發(fā)光區(qū)域按照發(fā)光強度隨發(fā)光角度的分布規(guī)律劃分成多個小角，并使分布在每個小角內(nèi)的光線的光通量相等；再將每一入射面上的長邊劃分成與小角一一對應的多個小段，根據(jù)折射定律，依次求得透鏡在每一入射面上的第一面和第二面的各特征點，分別將該特征點連成兩個網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，再分別將連個網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)用兩個平滑的曲面連接起來，形成透鏡形狀。本發(fā)明專利技術(shù)設(shè)計方法簡單，直觀，可根據(jù)實際精度要求靈活設(shè)計。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種矩形照射光斑的透鏡設(shè)計方法
本專利技術(shù)涉及一種光學元件的設(shè)計方法，更具體地說，涉及一種被照面為矩形光斑的透鏡設(shè)計方法。
技術(shù)介紹
LED用于工程照明時，往往根據(jù)不同的使用場合或客戶要求，設(shè)計不同的透鏡來進行配光。在一些使用場合，比如地下車庫，廣場以及道路照明中，通常不希望使用太多的燈具。如果采用被照面為圓形、橢圓形等光斑形狀時，在不增加燈具數(shù)量的情況下，在相鄰燈具的銜接處，勢必會出現(xiàn)暗區(qū)和照射盲點，從而對使用造成很大的不便，也很難達到客戶的使用要求。因此，在很多使用場合，適宜采用矩形照射光斑。而如何實現(xiàn)照射光斑呈矩形，則是目前需要解決的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供一種矩形照射光斑的透鏡設(shè)計方法，該方法簡單、直觀，且對光源的安裝位置不做限制。為達到上述目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下：一種矩形照射光斑的透鏡設(shè)計方法，光源光軸垂直于光斑所在平面，設(shè)計步驟如下：a)、將矩形光斑沿長邊或?qū)掃叺确殖啥鄠€長條小矩形，分別取每一小矩形的同一方向的一長邊,并分別以光源和所取的每一長邊的平面為入射面，在每一入射面上，將光源位于光軸的一側(cè)的發(fā)光區(qū)域按照發(fā)光強度隨發(fā)光角度的分布規(guī)律劃分成多個小角，并使分布在每個小角內(nèi)的光線的光通量相等；b)、將所述每一入射面上的小矩形的長邊劃分成多個小段，將所述小段與所述小角一一對應，調(diào)整各小段的長度使其與光源到該小段上被照點的距離平方成反比，與照度成正比；以所述小段中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(jù)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(jù)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(jīng)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，按照上述相同的步驟，依次求出各個被照點所對應的第一面上的各特征點的位置；在經(jīng)過所述第一面上的起始特征點后的折射線上，根據(jù)透鏡厚度要求取一點作為透鏡第二面上的起始特征點，采用與求得第一面上的特征點類似的方法，求得第二面上的各特征點的位置；c)、將上述依次求得的所有入射面上的第一面的各特征點和第二面的各特征點分別連成兩個網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，再將所述的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)分別用兩個平滑的曲面連接起來，即構(gòu)成透鏡的第一面和第二面，而透鏡的第一面和第二面之間的連接面為非通光面，其形狀可根據(jù)透鏡的具體安裝要求進行設(shè)計，從而構(gòu)成透鏡的整體形狀。所述光軸經(jīng)過矩形光斑的中心。所述光軸偏離矩形光斑的中心。本專利技術(shù)技術(shù)方案適用于點光源發(fā)光系統(tǒng)，點光源的光軸可以垂直于被照面，也可以與被照面形成一任意夾角。將被照面上的矩形照射光斑等分成多個長條小矩形，通過求得每一個小矩形所對應的入射面上的透鏡各特征點的位置，將各特征點連成網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，再將所述兩個網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)分別用兩個平滑的曲面連接起來，構(gòu)成透鏡的通光面形狀。劃分的小矩形的數(shù)量以及每一入射面上劃分的小角的數(shù)量大小，會影響透鏡的精度以及光斑接近于標準矩形的精度。當所劃分的小矩形和小角的數(shù)量足夠多，從而確定的特征點的數(shù)量足夠大時，將各特征點連接而成的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)就更接近于平滑的曲面，這時，構(gòu)成的透鏡形狀以及照射的矩形光斑的精度則更高。當光源光軸經(jīng)過光斑中心時，得到的透鏡為對稱透鏡；當光源光軸偏離矩形光斑中心時，得到的透鏡為不對稱的偏光式透鏡，該透鏡適合道路照明的使用場合。附圖說明以下通過附圖對本專利技術(shù)設(shè)計方法做詳細的描述：圖1是對矩形光斑劃分區(qū)域的設(shè)計方法示意圖；圖2是在一個小矩形區(qū)域所對應的入射面上劃分小角的方法示意圖；圖3是在小矩形的邊長上劃分小段的方法示意圖；圖4是確定透鏡在入射面上的各特征點的設(shè)計方法示意圖；圖5是將各特征點連接成網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)的示意圖一；圖6是將各特征點連接成網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)的示意圖二；圖7是用本專利技術(shù)方法得到的一透鏡結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式如圖1所示，首先，將矩形光斑沿寬邊等分成多個小矩形區(qū)域，分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ……，其長邊分別為11和22，22和33，33和44,……。如圖2所示，以小矩形Ⅰ為起始，過其一個長邊11與光源3的平面為第一入射面。在該入射面上，將光源3位于光軸L的一側(cè)的發(fā)光區(qū)域按照發(fā)光強度隨發(fā)光角度的分布規(guī)律劃分成四個小角α1、α2、α3，α4，并使分布在每個小角內(nèi)的光線的光通量相等。圖3所示，將位于第一入射面上的長邊11分成四個小段ab，bc，cd，de。分別與α1，α2，α3，α4一一對應。調(diào)整各小段的長度，使其與光源3到該小段上被照點的距離r的平方成反比，并且與所要求的被照點的照度E成正比。如圖4所示，以ab段作為起始被照小段，以a點為起始被照點，則該ab段對應的小角為α1。根據(jù)透鏡第一面1離開光源3的距離要求，在與a點對應的入射光線上取一點1a，作為透鏡第一面1上的起始特征點，在該特征點處，平行于光源3與被照點a的連線的直線同入射光線形成一夾角β1，該夾角即為透鏡的起始光線偏折角。根據(jù)預先設(shè)定的比例，將該偏折角β1分成兩個部分，第一偏折角β11和第二偏折角β12，本實施例取β11：β12=1：1，角分線作為入射光線經(jīng)過第一面1的起始特征點1a后的折射線，通過折射定律，確定1a點的法線n1，垂直于法線n1的直線與所述的光線入射面形成一交線，該交線與小角α1的角邊的交點分別為1a和1b，1b點即作為第二特征點。在第二被照小段bc上，取b點為第二被照點，則b點對應了該第二特征點1b。依照上述的確定第二特征點1b的方法，依次求得被照點c、d、e所對應的第一面1上的特征點1c、1d、1e。根據(jù)透鏡厚度的要求，在經(jīng)過第一面1上的起始特征點1a后的折射線上取一點2a作為第二面2上的起始特征點，以該折射線作為透鏡第二面2的入射線，以在該2a點平行于被照點a與光源的連線的直線為透鏡第二面2的折射線，該入射線和折射線方向即為圖示的第二偏折角β12的兩個角邊方向，通過折射定律，確定2a點的法線，垂直于法線的直線與所述的光線入射面形成一交線，該交線與第一面1上的第二特征點1b處的折射光線相交與2b點，2b點即作為第第二面2上的第二特征點。依照上述方法，依次求得第二面2上的特征點2c、2d、2e的位置。前述實施例均是取邊緣點a為起始被照點，逐次確定各特征點的位置。當然，也可以另一邊緣點e為起始被照點，該e所對應的入射光線即為沿光軸方向的光線，則從對應的起始特征點1e開始，逐次確定各特征點位置。再以通過小矩形Ⅱ的長邊22和光源3的平面為第二入射面，采用與前述相同的方法將光源3位于光軸L的一側(cè)的發(fā)光區(qū)域按照發(fā)光強度隨發(fā)光角度的分布規(guī)律劃分成四個小角，并使分布在每個小角內(nèi)的光線的光通量相等。將位于第二入射面上的長邊22分成與四個小角一一對應的四個小段。采用與前述相同的方法，求得透鏡在第二入射面上的第一面的各特征點和第二面的各特征點。以此類推，以通過小矩形Ⅲ的長邊33和光源3的平面為第三入射面，采用與前述相同的方法將光源3位于光軸L的一側(cè)的發(fā)光區(qū)域按照發(fā)光強度隨發(fā)光角度的分布規(guī)律劃分成四個小角，并使分布在每個小角內(nèi)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種矩形照射光斑的透鏡設(shè)計方法，設(shè)計步驟如下：a)、將矩形光斑沿長邊或?qū)掃叺确殖啥鄠€長條小矩形，分別取每一小矩形的同一方向的一長邊,并分別以光源和所取的每一邊所在的平面為入射面，在每一入射面內(nèi)，將光源位于光軸的一側(cè)的發(fā)光區(qū)域按照發(fā)光強度隨發(fā)光角度的分布規(guī)律劃分成多個小角，并使分布在每個小角內(nèi)的光線的光通量相等；b)、將所述每一入射面上的小矩形的長邊劃分成多個小段，將所述小段與所述小角依次一一對應，調(diào)整各小段的長度使其與光源到該小段上的被照點的距離平方成反比，與該被照點的照度成正比；以所述小段中邊緣小段作為起始被照小段，以邊緣點為起始被照點，即對應了一個所述小角，根據(jù)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(jù)預定的比例，將所述起始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(jīng)過透鏡第一面后的折射線，通過折射定律以及對應的所述小角，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，按照上述相同的步驟，依次求出各個被照點所對應的第一面上的各特征點的位置；在經(jīng)過所述第一面上的起始特征點后的折射線上，根據(jù)透鏡厚度要求取一點作為透鏡第二面上的起始特征點，采用與求得第一面上的特征點類似的方法，求得第二面上的各特征點的位置；c)、將上述依次求得的所有入射面上的第一面的各特征點和第二面的各特征點分別連成兩個網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，再將所述的兩個網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)分別用兩個平滑的曲面連接起來，即構(gòu)成透鏡的第一面和第二面，連接透鏡第一面邊緣和第二面邊緣的連接面為非通光面，其形狀可根據(jù)透鏡的具體安裝要求進行設(shè)計，從而構(gòu)成透鏡的整體形狀。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種矩形照射光斑的透鏡設(shè)計方法，設(shè)計步驟如下：a)、將矩形光斑沿長邊或?qū)掃叺确殖啥鄠€長條小矩形，分別取每一小矩形的同一方向的一長邊,并分別以光源和所取的每一邊所在的平面為入射面，在每一入射面內(nèi)，將光源位于光軸的一側(cè)的發(fā)光區(qū)域按照發(fā)光強度隨發(fā)光角度的分布規(guī)律劃分成多個小角，并使分布在每個小角內(nèi)的光線的光通量相等；b)、將所述每一入射面上的小矩形的長邊劃分成多個小段，將所述小段與所述小角依次一一對應，調(diào)整各小段的長度使其與光源到該小段上的被照點的距離平方成反比，與該被照點的照度成正比；以所述小段中邊緣小段作為起始被照小段，以邊緣點為起始被照點，即對應了一個所述小角，根據(jù)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(jù)預定的比例，將所述起始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(jīng)過透...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：周士康，韓紅梅，許禮，夏仰軍，
申請(專利權(quán))人：上海三思電子工程有限公司，上海三思科技發(fā)展有限公司，嘉善三思光電技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：