專利名稱：一種led照明用透鏡的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種光學(xué)元件的設(shè)計(jì)方法，更具體地說(shuō)，涉及一種給定雙通光面透鏡的任一面的表面曲率分布、求透鏡另一面形狀的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
非成像光學(xué)透鏡的設(shè)計(jì)在LED照明領(lǐng)域是ー個(gè)非常關(guān)鍵的步驟。LED燈具所用的透鏡結(jié)構(gòu)是為滿足不同的照明要求和照明場(chǎng)合進(jìn)行設(shè)計(jì)的，比如，道路用照明、景觀用照明等。目前，很多LED照明用透鏡的設(shè)計(jì)方法僅限于將透鏡的入射面固定為不影響光線走向的球面，然后對(duì)透鏡的出射面進(jìn)行設(shè)計(jì)。這種結(jié)構(gòu)的透鏡，只有其出射面對(duì)配光的要求做了 貢獻(xiàn)，而入射面對(duì)光線的走向并不產(chǎn)生任何影響，因此沒有做出任何貢獻(xiàn)。這種只依賴出射面來(lái)配光的設(shè)計(jì)方法得到的透鏡在實(shí)際使用時(shí)勢(shì)必會(huì)受到很大的局限性，對(duì)ー些配光的要求也無(wú)法滿足。還有，在對(duì)透鏡的安裝以及外觀有比較嚴(yán)格要求的場(chǎng)合下，現(xiàn)有透鏡的設(shè)計(jì)方法也很難達(dá)到實(shí)際使用的要求，而且也無(wú)法做到透鏡的模塊化，不能提高透鏡的生產(chǎn)和安裝效率。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，提供ー種LED照明用透鏡的設(shè)計(jì)方法，采用該方法，可以在給定透鏡任一面的任意表面曲率分布時(shí)，進(jìn)行透鏡另一面的形狀設(shè)計(jì)，不僅滿足透鏡的各種配光需要，而且滿足對(duì)透鏡形狀的特殊要求。該方法靈活、簡(jiǎn)單，適用于各種類型的LED。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
ー種LED照明用透鏡的設(shè)計(jì)方法，所述透鏡由入射面和出射面組成，其中任一面的表面曲率分布為預(yù)先給定，求另一面形狀的設(shè)計(jì)步驟如下
a)、以過(guò)LED光軸的ー個(gè)平面為計(jì)算面，在該計(jì)算面上，將LED光軸任ー側(cè)的半光束角按照光源的發(fā)光強(qiáng)度隨發(fā)光角度的分布規(guī)律劃分成多個(gè)小角，使得各個(gè)小角內(nèi)的光通量相等;
b)、在所述半光束角范圍內(nèi)，將所述計(jì)算面與被照區(qū)域的交線段分成與所述小角數(shù)量相等的多個(gè)小段，每ー小角對(duì)應(yīng)ー個(gè)小段；調(diào)整各小段的長(zhǎng)度使其與LED到該小段上任一被照點(diǎn)的距離的平方成反比，并且與預(yù)先給定的照度隨被照點(diǎn)離開被照區(qū)域中心的距離而變化的函數(shù)值成反比；
C)、若所述入射面的表面曲率分布為預(yù)先給定，根據(jù)透鏡離開LED距離的要求以及透鏡厚度的要求在光軸上取一點(diǎn)作為出射面的起始特征點(diǎn)，從以光軸為角邊的第一小角開始，以該小角的另一角邊為入射光線，由折射定律，確定該條入射光線經(jīng)過(guò)入射面后的折射光線；在出射面的起始特征點(diǎn)處做ー垂直于光軸的垂線，所述垂線與所述折射光線相交于一點(diǎn)，該點(diǎn)即為出射面的第一特征點(diǎn)；以所述折射光線為出射面在第一特征點(diǎn)處的入射光線，以在該第一特征點(diǎn)處，平行于LED與對(duì)應(yīng)第一被照小段上任意被照點(diǎn)連線的直線為出射光線，由折射定律，求得出射面的第二特征點(diǎn)的位置；依照此方法，依次求得出射面的各個(gè)特征點(diǎn)的位置，將各特征點(diǎn)依次連接，即可得到出射面在所述計(jì)算面上的截面形狀；
d)、若所述出射面的表面曲率分布為預(yù)先給定，從以光軸為角邊的第一小角開始，在與該第一小角對(duì)應(yīng)的第一被照小段上，平行于LED與該第一被照小段上的任意被照點(diǎn)連線的直線為出射光線方向，由折射定律，求得出射面上相應(yīng)于第一被照小段的入射光線方向，依照此方法，求得出射面上相應(yīng)于各被照小段的各入射光線方向，并將它們作為入射面上各折射光線的方向；根據(jù)透鏡離開LED距離的要求以及透鏡厚度的要求在光軸上取一點(diǎn)作為入射面的起始特征點(diǎn)，在該起始特征點(diǎn)處做ー垂線與第一小角的角邊相交，交點(diǎn)即作為入射面的第一特征點(diǎn)；由折射定律，求得入射面的第二特征點(diǎn)的位置；依照此方法，依次求得入射面的各個(gè)特征點(diǎn)的位置，將各特征點(diǎn)依次連接形成一條曲線，即可得到入射面在所述計(jì)算面上的截面形狀；
e)、重復(fù)上述步驟a) d)，確定透鏡另一面在多個(gè)均勻分布的計(jì)算面上的多個(gè)截面形
狀；
f)、將上述求得的多個(gè)截面形狀依次連接起來(lái)，即可得到所求的透鏡另一面的形狀。所述透鏡關(guān)于ー個(gè)平面呈對(duì)稱分布，所述e)步驟中，在對(duì)稱面ー側(cè)的兩個(gè)象限內(nèi)多次重復(fù)所述步驟a) d)，確定透鏡另一面在該兩個(gè)象限內(nèi)的多個(gè)均勻分布的計(jì)算面上的多個(gè)截面形狀，將求得的多個(gè)截面形狀依次連接起來(lái)，得到所求的透鏡另一面在該兩個(gè)象限內(nèi)的形狀，再通過(guò)該平面對(duì)稱，求得所求的透鏡另一面的全部形狀。所述透鏡關(guān)于兩個(gè)平面呈對(duì)稱分布，所述e)步驟中，在由該兩個(gè)對(duì)稱面限定的一個(gè)象限內(nèi)多次重復(fù)所述步驟a) d)，確定所求的透鏡另一面在該象限內(nèi)的多個(gè)均勻分布的計(jì)算面上的多個(gè)截面形狀，將求得的多個(gè)截面形狀依次連接起來(lái)，得到所求的透鏡另ー面在該象限內(nèi)的形狀，再通過(guò)兩次平面對(duì)稱，求得所求的透鏡另一面的全部形狀。所述透鏡關(guān)于N個(gè)平面呈對(duì)稱分布，所述e)步驟中，在180° /N范圍內(nèi)多次重復(fù)所述步驟a) d)，確定所求的透鏡另一面在180° /N范圍內(nèi)的多個(gè)均勻分布的計(jì)算面上的多個(gè)截面形狀，將求得的多個(gè)截面形狀依次連接起來(lái)，得到所求的透鏡另一面在該180° /N范圍內(nèi)的形狀，再通過(guò)N次平面對(duì)稱，求得所求的透鏡另一面的全部形狀，其中N> 3。ー種LED照明用旋轉(zhuǎn)對(duì)稱透鏡的設(shè)計(jì)方法，所述透鏡由入射面和出射面組成，所述任一面的表面曲率分布為預(yù)先給定，求另一面形狀的設(shè)計(jì)步驟同上述的LED照明用透鏡的設(shè)計(jì)方法中的步驟a) d)，然后，將所求得的透鏡另一面在所述計(jì)算面上的截面形狀繞光軸旋轉(zhuǎn)360°，即可得到所求的透鏡另一面的全部形狀。所述預(yù)先給定的任一面可以是平面、平面拼接面、曲面以及平面和曲面的結(jié)合。所述C)、d)步驟中，各特征點(diǎn)依次用直線或者平滑的曲線連接起來(lái)。所述多個(gè)截面形狀依次用平滑的曲面連接起來(lái)。所述透鏡的側(cè)周向外順勢(shì)延伸。所述透鏡采用折射率為I. 3 4. 2的透明材料。所述c)步驟中，以所述折射光線為出射面的第一特征點(diǎn)的入射光線，以在該第一 特征點(diǎn)處，平行于LED與對(duì)應(yīng)第一被照小段上的邊緣被照點(diǎn)連線的直線為出射光線，由折射定律，確定該第一特征點(diǎn)的法線；以第二小角的角邊為入射光線，由折射定律，求得該入射光線經(jīng)過(guò)入射面后的折射光線，在所述計(jì)算面上，垂直于所述法線的直線與該折射光線相交，交點(diǎn)即作為出射面的第二特征點(diǎn)。所述d)步驟中，由折射定律，確定入射面的第一特征點(diǎn)的法線，在所述計(jì)算面上，垂直于所述法線的直線與第二小角的角邊相交于一點(diǎn)，交點(diǎn)即作為入射面的第二特征點(diǎn)。本發(fā)明所公開的LED照明用透鏡的設(shè)計(jì)方法，對(duì)透鏡的任一面根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定任意的表面曲率分布規(guī)律，可以為平面的、曲面的或平面和曲面的結(jié)合，同時(shí)，照射的光斑也可根據(jù)實(shí)際使用場(chǎng)合和照明要求進(jìn)行具體的形狀設(shè)定。在LED與被照區(qū)域之間建立起一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，再對(duì)透鏡的入射面和出射面根據(jù)折射定律，確定出若干個(gè)特征點(diǎn)，連接各個(gè)特征點(diǎn)形成所求透鏡的一面的一個(gè)截面形狀，重復(fù)該步驟多次，求得所求透鏡的一面的多個(gè)截面形狀，連接該多個(gè)截面形狀即可形成所求透鏡的一面的全部形狀。當(dāng)所取得的特征點(diǎn)以及所形成的截面的數(shù)量足夠多時(shí)，就能形成表面比較平滑的透鏡形狀。
以下通過(guò)附圖對(duì)本發(fā)明透鏡設(shè)計(jì)方法做進(jìn)ー步詳細(xì)的描述
圖I是給定透鏡的被照區(qū)域形狀為橢圓形的示意圖2是給定圖I所示透鏡的出射面為平面的形狀示意圖3是在ー個(gè)計(jì)算面上LED光軸單側(cè)光束角內(nèi)劃分小角的方法示意圖4是在圖I所示的被照區(qū)域上劃分小段的方法示意圖5是確定圖I所示透鏡的入射面的各特征點(diǎn)的位置并依次連接形成一個(gè)截面形狀的方法一示意圖6是將圖5所示各特征點(diǎn)依次連接形成一個(gè)截面形狀的方法ニ示意圖7是圖I所示透鏡在另一計(jì)算面上的截面形狀示意圖8是圖I所示透鏡在ー個(gè)象限內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖9是本發(fā)明設(shè)計(jì)方法得到的圖I所示透鏡的立體圖10是給定透鏡的被照區(qū)域形狀為圓形的示意圖11是給定圖10所示透鏡的出射面為平面的形狀示意圖12是在ー個(gè)計(jì)算面上LED光軸單側(cè)光束角內(nèi)劃分小角的方法示意圖13是圖10所示的被照區(qū)域上劃分小段的方法示意圖14是確定圖10所示透鏡的入射面的各特征點(diǎn)的位置并依次連接形成一個(gè)截面形狀的方法一示意圖15是將圖14所示各特征點(diǎn)依次連接形成一個(gè)截面形狀的方法ニ示意圖16是本發(fā)明設(shè)計(jì)方法得到的圖10所示透鏡的立體圖17是給定透鏡的被照區(qū)域形狀為圓形的示意圖18是給定圖17所示透鏡的入射面為平面的形狀示意圖19是在ー個(gè)計(jì)算面上LED光軸單側(cè)光束角內(nèi)劃分小角的方法示意圖20是圖17所示的被照區(qū)域上劃分小段的方法示意圖21是確定圖17所示透鏡的出射面的各特征點(diǎn)的位置并依次連接形成一個(gè)截面 形狀的方法一示意圖22是將圖21所示各特征點(diǎn)依次連接形成一個(gè)截面形狀的方法ニ示意圖；圖23是本發(fā)明設(shè)計(jì)方法得到的圖17所示透鏡的立體圖。
具體實(shí)施例方式 圖I 圖9所示是本發(fā)明設(shè)計(jì)方法的第一實(shí)施例，給定透鏡的被照區(qū)域形狀為如圖2所示的橢圓形，給定該透鏡出射面I為如圖I所示的平面。該橢圓的長(zhǎng)軸為X，短軸為y。該透鏡關(guān)于過(guò)光軸L和長(zhǎng)軸X所在的平面以及與該平面垂直的平面均呈對(duì)稱分布，求透鏡入射面I的形狀。因?yàn)楸緦?shí)施例的透鏡關(guān)于過(guò)光軸L和長(zhǎng)軸X所在的平面以及與該平面垂直的平面均呈對(duì)稱分布，因此只需求出透鏡在由該兩個(gè)對(duì)稱面所限定的ー個(gè)象限內(nèi)的立體形狀，然后通過(guò)兩次平面對(duì)稱，即可得到整個(gè)透鏡的立體形狀。圖3所示，以過(guò)LED光源O的光軸L和橢圓的長(zhǎng)軸x所在的平面為ー個(gè)計(jì)算面，在該計(jì)算面上，以光軸L為一角邊，將位于光軸單側(cè)的半光束角按照LED光源O的發(fā)光強(qiáng)度隨發(fā)光角度的分布規(guī)律劃分成多個(gè)小角，并使得各個(gè)小角內(nèi)的光通量相等。為了圖示和描
述清晰起見，本實(shí)施例僅劃分成了四個(gè)小角，分別為第一小角α I,第二小角a 2,第三小角 CL 3 ,第四小角CM。圖4所示，將該計(jì)算面與該被照橢圓形區(qū)域的長(zhǎng)軸X的交線段也分成4個(gè)小段，分別為第一被照小段ab、第二被照小段be、第三被照小段Cd、第四被照小段de，并分別與小角
α I, αこ，α彡，α 4一一對(duì)應(yīng)。調(diào)整各被照小段的長(zhǎng)度，使其與LED光源O到該被照小段上
任意一個(gè)被照點(diǎn)的距離的平方成反比(因?yàn)楸徽招《蔚拈L(zhǎng)度與LED光源O到該被照小段上各被照點(diǎn)的距離相比較而言非常小，所以，各被照小段上任一被照點(diǎn)均可代表該被照小段的特性)，并且與該被照點(diǎn)的照度隨被照點(diǎn)離開被照區(qū)域中心點(diǎn)的距離而變化的函數(shù)值成反比。本實(shí)施例為描述簡(jiǎn)單起見，設(shè)定被照區(qū)域的照度為均勻照度，即該函數(shù)為一定值。圖5所示，首先，在該計(jì)算面上，從以光軸L為角邊的第一小角α I開始設(shè)計(jì)，在與
該第一小角CL I對(duì)應(yīng)的第一被照小段ab上，平行于LED光源O與該第一被照小段ab上的
被照點(diǎn)b連線的直線為出射光線方向，由折射定律，求得出射面2上相應(yīng)于第一被照小段ab的入射光線方向。依照此方法，求得出射面2上相應(yīng)于第二、第三、第四被照小段的各入射光線方向，并將它們作為入射面I上的各折射光線的方向。根據(jù)透鏡離開LED光源O距離的要求以及透鏡厚度的要求在光軸L上取一點(diǎn)作為入射面I的起始特征點(diǎn)0a，在該起始特征
點(diǎn)Oa處做ー垂直于光軸L的垂線，該垂線與第一小角α I的另一角邊相交，交點(diǎn)即作為入
射面I的第一特征點(diǎn)Ia,由折射定律,確定該第一特征點(diǎn)Ia處的法線nl。在該計(jì)算面上，
垂直于該法線nl的直線與第二小角α2的角邊相交于一點(diǎn)，交點(diǎn)即為入射面I的第二特征
點(diǎn)2a。依照此方法，依次求得入射面I的第三特征點(diǎn)3a和第四特征點(diǎn)4a的位置，將各特征點(diǎn)依次連接形成一條曲線，
圖5是將各特征點(diǎn)用直線依次連接，圖6是將各特征點(diǎn)用平滑的曲線依次連接，即可得到入射面I在所述計(jì)算面上的截面形狀；
在由該透鏡的兩個(gè)對(duì)稱面所限定的ー個(gè)象限內(nèi)，均勻選取過(guò)LED光源O的光軸L的多個(gè)平面分別作為計(jì)算面，按照同前述完全相同的方法，得到入射面I在該多個(gè)計(jì)算面上的多個(gè)截面形狀。本實(shí)施例為描述清楚起見，僅圖示了兩個(gè)具有代表性的計(jì)算面上的截面形狀，分別為圖5和圖6所示的過(guò)橢圓形被照區(qū)域的長(zhǎng)軸X的計(jì)算面上的截面形狀以及圖7所示的過(guò)橢圓形被照區(qū)域的短軸y的計(jì)算面上的截面形狀。將圖6和圖7所示的截面形狀用平滑的曲面連接起來(lái)，形成透鏡入射面I在所述象限內(nèi)的立體形狀，該形狀如圖8所示。然后，通過(guò)兩次平面對(duì)稱，即可得到本實(shí)施例透鏡入射面I的全部立體形狀，從而得到如圖9所示的整個(gè)透鏡的立體形狀。圖10 圖16所示是本發(fā)明設(shè)計(jì)方法的第二實(shí)施例，給定透鏡的被照區(qū)域?yàn)槿鐖D11所示的圓形，并且給定該透鏡出射面2的形狀為如圖10所示的平面。該透鏡是以光軸L為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀，求透鏡入射面I的形狀。因?yàn)楸緦?shí)施例的透鏡是以光軸L為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀，因此只需求出透鏡入射面I的過(guò)光軸L的一個(gè)截面形狀，然后以光軸L為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)360°，即可得到入射面I的立體形狀，也即得到整個(gè)透鏡的形狀。圖12 圖15所示，在LED光源O處劃分小角以及在被照區(qū)域上劃分小段的方法與上述實(shí)施例所描述的步驟完全相同。將所求得的如圖15所示的截面形狀繞光軸L旋轉(zhuǎn)360°，即可得到透鏡入射面I的立體形狀，也即得到如圖16所示的整個(gè)透鏡的立體形狀。
圖17 圖23所示是本發(fā)明設(shè)計(jì)方法的第三實(shí)施例，給定透鏡的被照區(qū)域?yàn)閳D18所示的圓形，并且給定該透鏡入射面I的形狀為圖17所示的平面。該透鏡是以光軸L為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀，求透鏡出射面2的形狀。因?yàn)楸緦?shí)施例的透鏡是以光軸L為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀，因此只需求出透鏡出射面2的過(guò)光軸L的一個(gè)截面形狀，然后以光軸L為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)360°，即可得到出射面2的立體形狀，也即得到整個(gè)透鏡的形狀。圖19 圖20所示，在LED光源O處劃分小角以及在被照區(qū)域上劃分小段的方法與上述兩個(gè)實(shí)施例所描述的步驟完全相同。圖21所示，首先，在所取的計(jì)算面上，根據(jù)透鏡離開LED光源O距離的要求以及透鏡厚度的要求在光軸L上取一點(diǎn)作為出射面2的起始特征點(diǎn)Ob。從第一小角Cl I開始設(shè)計(jì)，
以該第一小角α I的角邊為入射光線，由折射定律，求得該條入射光線經(jīng)過(guò)入射面I后的折
射光線，該折射光線也即射向出射面2上的入射光線。在出射面2的起始特征點(diǎn)Ob處做ー垂直于光軸L的垂線，該垂線與該折射光線相交于一點(diǎn)，該點(diǎn)即作為出射面2的第一特征點(diǎn)lb。以經(jīng)過(guò)出射面2的第一特征點(diǎn)Ib且平行于LED光源O與第一被照小段ab上的被照點(diǎn)b連線的直線為折射光線，由折射定律，確定出射面2的第一特征點(diǎn)Ib處的法線nl。以第
ニ小角O· 2的另一角邊為入射光線，由折射定律，求得該入射光線經(jīng)過(guò)入射面I后的折射光
線。在該計(jì)算面上，垂直于法線nl的直線與該折射光線相交，交點(diǎn)即為出射面2的第二特征點(diǎn)2b。依照此方法，依次求得出射面2的第三特征點(diǎn)3b和第四特征點(diǎn)4b的位置，將各特征點(diǎn)依次連接形成一條曲線。圖21是將各特征點(diǎn)用直線依次連接，圖22是將各特征點(diǎn)用平滑的曲線依次連接，即可形成出射面2在該計(jì)算面上的截面形狀。將該截面形狀繞光軸L旋轉(zhuǎn)360°，即可得到透鏡出射面2的立體形狀，也即得到如圖23所示的整個(gè)透鏡的立體形狀。上述三個(gè)實(shí)施例所得到的透鏡，其側(cè)周均可向外順勢(shì)延伸，増大透鏡的通光面，將LED光源O在光束角之外發(fā)出的光線也能充分利用到，從而進(jìn)一步提高光線的利用率。以上實(shí)施例僅作為對(duì)本發(fā)明設(shè)計(jì)方法的ー個(gè)說(shuō)明，本發(fā)明設(shè)計(jì)方法所涵蓋的范圍應(yīng)該包括在給定透鏡ー個(gè)面的曲率分布規(guī)律以及被照區(qū)域形狀時(shí)，求透鏡另一面形狀的所有情況。
權(quán)利要求
1.ー種LED照明用透鏡的設(shè)計(jì)方法，所述透鏡由入射面和出射面組成，其中任一面的表面曲率分布為預(yù)先給定，求另一面形狀的設(shè)計(jì)步驟如下 a)、以過(guò)LED光軸的ー個(gè)平面為計(jì)算面，在該計(jì)算面上，將LED光軸任ー側(cè)的半光束角按照光源的發(fā)光強(qiáng)度隨發(fā)光角度的分布規(guī)律劃分成多個(gè)小角，使得各個(gè)小角內(nèi)的光通量相等; b)、在所述半光束角范圍內(nèi)，將所述計(jì)算面與被照區(qū)域的交線段分成與所述小角數(shù)量相等的多個(gè)小段，每ー小角對(duì)應(yīng)ー個(gè)小段；調(diào)整各小段的長(zhǎng)度使其與LED到該小段上任一被照點(diǎn)的距離的平方成反比，并且與預(yù)先給定的照度隨被照點(diǎn)離開被照區(qū)域中心的距離而變化的函數(shù)值成反比； C)、若所述入射面的表面曲率分布為預(yù)先給定，根據(jù)透鏡離開LED距離的要求以及透鏡厚度的要求在光軸上取一點(diǎn)作為出射面的起始特征點(diǎn)，從以光軸為角邊的第一小角開始，以該小角的另一角邊為入射光線，由折射定律，確定該條入射光線經(jīng)過(guò)入射面后的折射光線；在出射面的起始特征點(diǎn)處做ー垂直于光軸的垂線，所述垂線與所述折射光線相交于一點(diǎn)，該點(diǎn)即為出射面的第一特征點(diǎn)；以所述折射光線為出射面在第一特征點(diǎn)處的入射光線，以在該第一特征點(diǎn)處，平行于LED與對(duì)應(yīng)第一被照小段上任意被照點(diǎn)連線的直線為出射光線，由折射定律，求得出射面的第二特征點(diǎn)的位置；依照此方法，依次求得出射面的各個(gè)特征點(diǎn)的位置，將各特征點(diǎn)依次連接，即可得到出射面在所述計(jì)算面上的截面形狀； d)、若所述出射面的表面曲率分布為預(yù)先給定，從以光軸為角邊的第一小角開始，在與該第一小角對(duì)應(yīng)的第一被照小段上，平行于LED與該第一被照小段上的任意被照點(diǎn)連線的直線為出射光線方向，由折射定律，求得出射面上相應(yīng)于第一被照小段的入射光線方向，依照此方法，求得出射面上相應(yīng)于各被照小段的各入射光線方向，并將它們作為入射面上各折射光線的方向；根據(jù)透鏡離開LED距離的要求以及透鏡厚度的要求在光軸上取一點(diǎn)作為入射面的起始特征點(diǎn)，在該起始特征點(diǎn)處做ー垂線與第一小角的角邊相交，交點(diǎn)即作為入射面的第一特征點(diǎn)；由折射定律，求得入射面的第二特征點(diǎn)的位置；依照此方法，依次求得入射面的各個(gè)特征點(diǎn)的位置，將各特征點(diǎn)依次連接形成一條曲線，即可得到入射面在所述計(jì)算面上的截面形狀； e)、重復(fù)上述步驟a) d)，確定透鏡另一面在多個(gè)均勻分布的計(jì)算面上的多個(gè)截面形狀； f)、將上述求得的多個(gè)截面形狀依次連接起來(lái)，即可得到所求透鏡另一面的形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED照明用透鏡的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述透鏡關(guān)于ー個(gè)平面呈對(duì)稱分布，所述e)步驟中，在對(duì)稱面ー側(cè)的兩個(gè)象限內(nèi)多次重復(fù)所述步驟a) d)，確定透鏡另一面在該兩個(gè)象限內(nèi)的多個(gè)均勻分布的計(jì)算面上的多個(gè)截面形狀，將求得的多個(gè)截面形狀依次連接起來(lái)，得到所求的透鏡另一面在該兩個(gè)象限內(nèi)的形狀，再通過(guò)該平面對(duì)稱，求得所求的透鏡另一面的全部形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED照明用透鏡的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述透鏡關(guān)于兩個(gè)平面呈對(duì)稱分布，所述e)步驟中，在由該兩個(gè)對(duì)稱面限定的ー個(gè)象限內(nèi)多次重復(fù)所述步驟a) d)，確定所求的透鏡另一面在該象限內(nèi)的多個(gè)均勻分布的計(jì)算面上的多個(gè)截面形狀，將求得的多個(gè)截面形狀依次連接起來(lái)，得到所求的透鏡另一面在該象限內(nèi)的形狀，再通過(guò)兩次平面對(duì)稱，求得所求的透鏡另一面的全部形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LED照明用透鏡的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述透鏡關(guān)于N個(gè)平面呈對(duì)稱分布，所述e)步驟中，在180° /N范圍內(nèi)多次重復(fù)所述步驟a) d)，確定所求的透鏡另一面在180° /N范圍內(nèi)的多個(gè)均勻分布的計(jì)算面上的多個(gè)截面形狀，將求得的多個(gè)截面形狀依次連接起來(lái) ，得到所求的透鏡另一面在該180° /N范圍內(nèi)的形狀，再通過(guò)N次平面對(duì)稱，求得所求的透鏡另一面的全部形狀，其中N > 3。
5.ー種LED照明用旋轉(zhuǎn)對(duì)稱透鏡的設(shè)計(jì)方法，所述透鏡由入射面和出射面組成，所述任一面的表面曲率分布為預(yù)先給定，其特征在于求另一面形狀的設(shè)計(jì)步驟同權(quán)利要求I所述的LED照明用透鏡的設(shè)計(jì)方法中的步驟a) d)，然后，將所求得的透鏡另一面在所述計(jì)算面上的截面形狀繞光軸旋轉(zhuǎn)360°，即可得到所求的透鏡另一面的全部形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求I 5中任一所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述預(yù)先給定的任一面可以是平面、平面拼接面、曲面以及平面和曲面的結(jié)合。
7.根據(jù)權(quán)利要求I 5中任一所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述c)、d)步驟中，各特征點(diǎn)依次用直線或者平滑的曲線連接起來(lái)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I 5中任一所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述多個(gè)截面形狀依次用平滑的曲面連接起來(lái)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I 5中任一所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述透鏡的側(cè)周向外順勢(shì)延伸。
10.根據(jù)權(quán)利要求I 5中任一所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述透鏡采用折射率為I.3 4. 2的透明材料。
全文摘要
一種LED照明用透鏡的設(shè)計(jì)方法，該透鏡由兩個(gè)通光面組成，其中任一面的表面曲率分布為預(yù)先給定，求另一面形狀的方法是將光軸單側(cè)的半光束角分成等光通量的多個(gè)小角，將被照區(qū)域分成相應(yīng)的多個(gè)被照小段，以平行于LED到被照小段上的被照點(diǎn)連線的直線為透鏡的出射光線方向，由折射定律，確定所求面的各個(gè)特征點(diǎn)位置，將各個(gè)特征點(diǎn)依次連接形成所求面的一個(gè)截面形狀，依此方法，確定透鏡的多個(gè)截面形狀，再將其用平滑的曲面依次連接，即形成透鏡的整體形狀。該方法適用于給定透鏡任一面的表面曲率分布，求另一面形狀的所有情況。不僅滿足透鏡的各種配光需要，而且滿足對(duì)透鏡形狀的特殊要求。該方法靈活、簡(jiǎn)單，適用于各種類型的LED。
文檔編號(hào)F21Y101/02GK102644899SQ20111004035
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2011年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月18日
發(fā)明者周士康, 胡建紅, 許禮, 韓紅梅 申請(qǐng)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, 嘉善晶輝光電技術(shù)有限公司