透鏡的設計方法
2023-05-14 07:15:11
透鏡的設計方法
【專利摘要】本發明提供一種透鏡的設計方法，包括以下步驟：第一步：給定初始值，該初始值為透鏡上的第一點坐標值；第二步：給定第一條件值，該第一條件值為第一點與第二點兩點之間的斜率和第二點其中一坐標值；第三步：根據第一點與第二點兩點之間的斜率求該第二點的另一坐標值；第四步：以第二點為初始值，給定第二條件值，該第二條件值為第二點與第三點之間的斜率和第三點其中一坐標值；第五步：根據第二點與第三點之間的斜率求第三點的另一坐標值；第六步：根據第一步至第五步求得N個點坐標；第七步：連接N個點得到透鏡初始曲線；第八步：對初始曲線進行修改，修改第N點與第N-1點之間的斜率更新第N點的坐標值，重新連線得到最終曲線。
【專利說明】透鏡的設計方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光學元件的設計方法，尤其涉及一種透鏡的設計方法。
【背景技術】
[0002]相比於傳統的發光源，發光二極體(Light Emitting D1de, LED)具有重量輕、體積小、汙染低、壽命長等優點，其作為一種新型的發光源，已經被越來越多地應用到各領域當中，如路燈、交通燈、信號燈、射燈及裝飾燈等。
[0003]現有的發光二極體通常正向光強大於側向光強，從而使發出的光線並不均勻，為了使發光二極體發出均勻的光線，通常需要在發光二極體上設置透鏡。透鏡的設置目的即是為了將發光二極體入射至透鏡內的光線經過透鏡曲面的折射形成較為混合的光線。然而如何簡便、快捷地設計透鏡曲面使其達到出射均勻光線的效果一直是業界努力探求的課題。
【發明內容】
[0004]有鑑於此，有必要提供一種簡便地設計透鏡的方法。
[0005]第一步:給定初始值，該初始值為透鏡上的第一點坐標值；
第二步:給定第一條件值，該第一條件值為第一點與第二點兩點之間的斜率和第二點其中一坐標值；
第三步:根據第一點與第二點兩點之間的斜率求該第二點的另一坐標值；
第四步:以第二點為初始值，給定第二條件值，該第二條件值為第二點與第三點之間的斜率和第三點其中一坐標值；
第五步:根據第二點與第三點之間的斜率求第三點的另一坐標值；
第六步:根據第一步至第五步求得N個點坐標；
第七步:連接N個點得到透鏡初始曲線；
第八步:對初始曲線進行修改，修改第N點與第N-1點之間的斜率更新第N點的坐標值，重新連線得到最終曲線。
[0006]本發明實施方式提供的透鏡的設計方法在坐標上設計透鏡曲面上的點，通過預設初始值、條件值得到下一點的坐標，以此類推得到N個點的坐標,連接這些坐標點得到透鏡的初始曲線，再經過光學分析，修改若干點相鄰兩點之間的斜率從而更新這些點的坐標值，進而連接形成逐漸趨向完善的透鏡的曲線。採用該方法能夠簡便的得出透鏡的曲線，並通過不斷的修改使得到的曲線逐漸完善，從而使透鏡達到使出射光線均勻的效果。
[0007]下面參照附圖，結合【具體實施方式】對本發明作進一步的描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1為本發明實施方式的透鏡的設計方法的步驟示意圖。
[0009]圖2為本發明實施方式的透鏡的設計方法的透鏡上的三點在坐標軸上的坐標圖。
[0010]主要元件符號說明初始曲線T
曲線 Ib
如下【具體實施方式】將結合上述附圖進一步說明本發明。
【具體實施方式】
[0011]請參閱圖1，本發明實施方式提供的透鏡的設計方法包括以下步驟:
第一步:給定初始值，該初始值為透鏡上的第一點坐標值；
第二步:給定第一條件值，該第一條件值為第一點與第二點兩點之間的斜率和第二點其中一坐標值；
第三步:根據第一點與第二點兩點之間的斜率求該第二點的另一坐標值；
第四步:以第二點為初始值，給定第二條件值，該第二條件值為第二點與第三點之間的斜率和第三點其中一坐標值；
第五步:根據第二點與第三點之間的斜率求第三點的另一坐標值；
第六步:根據第一步至第五步求得N (N 3 3)個點坐標；
第七步:連接N個點得到透鏡初始曲線A ；
第八步:對初始曲線A進行修改，修改第N點與第N-1點之間的斜率更新第N點的坐標值，重新連線得到最終曲線B。
[0012]請同時參閱圖2，在上述方法中，選取透鏡的中心軸為Y坐標軸，透鏡的底面所在平面在縱向截面方向上的投影所在的直線為X軸，初始值坐標選取透鏡的曲面的中心點的坐標值，因此其坐標為(0，yl)。
[0013]在第二步中，第一條件值為設計時給定的初始測試數值，該條件值在後續設計過程中會根據所設計出的透鏡曲面折射光線的角度需求而進行修改。條件值中還包括第二點的其中一坐標值，即，該第二點的X軸坐標或Y軸坐標，在本實施方式中，該其中一坐標為Y坐標。
[0014]在第三步中，已知第一點坐標、第二點的Y坐標以及第一點至第二點之間的斜率，採用公式:
Yn=YnJmnX (Xn-Xlri)
此處η取值為2，即可計算得出第二點的X軸坐標。
[0015]在第四和第五步中，將已計算出X軸坐標的第二點坐標作為初始值，給定第二條件值，從而得出第三點的具體坐標。
[0016]在第六步中，採用第一至五步相同的方法設計出多個點坐標，該數量為N，N的取值大於或等於3。每設計第N點時，將已設計得出坐標值的第N-1點作為初始值，並根據該第N-1點的具體坐標以及與第Ν-2點之間的連線得出的透鏡的該段曲線的折射角度預估該第N-1點與第N點之間的斜率，同時給定第N點的Y坐標，利用上述公式計算出第N點的X坐標。給定第N條件值時，可根據第N-1點的具體坐標的位置選擇第N點的Y坐標，第N點的Y坐標與第N-1點的Y坐標之差可以與第N-1點的Y坐標與第Ν-2點的Y坐標之差相等，以使所選取的點相鄰兩點之間在Y軸上的間距相等。當然，在設計其他點時，可根據設計出的透鏡曲面的折射角度變化的需要控制相鄰兩點之間Y坐標的差值的大小。
[0017]在第七步中，根據已經得出的N個點坐標連線得出透鏡的初始曲線Α。
[0018]在第八步中，對該初始曲線A進行光線折射角度分析，對得到不均勻的光線的曲面段所組成的點進行修改，以對初始曲線A進行修改。該修改採用修改相鄰兩點之間的斜率以更新其中一點的X軸坐標實現。修改第N點與第N-1點之間的斜率更新第N點的坐標值，N的取值可以為多個。修改若干個點後，重新連接這些點得到透鏡的最終曲線B。當然，本步驟可反覆操作，即，可對各點連接形成的曲線進行多次修改和分析，直到達到最終出射光線均勻的曲線。
[0019]本發明實施方式提供的透鏡的設計方法在坐標上設計透鏡曲面上的點，通過預設初始值、條件值得到下一點的坐標，以此類推得到N個點的坐標,連接這些坐標點得到透鏡的初始曲線，再經過光學分析，修改若干點相鄰兩點之間的斜率從而更新這些點的坐標值，進而連接形成逐漸趨向完善的透鏡的曲線。採用該方法能夠簡便的得出透鏡的曲線，並通過不斷的修改使得到的曲線逐漸完善，從而使透鏡達到使出射光線均勻的效果。
[0020]可以理解的是，對於本領域的普通技術人員來說，可以根據本發明的技術構思做出其它各種相應的改變與變形，而所有這些改變與變形都應屬於本發明權利要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種透鏡的設計方法，包括以下步驟: 第一步:給定初始值，該初始值為透鏡上的第一點坐標值； 第二步:給定第一條件值，該第一條件值為第一點與第二點兩點之間的斜率和第二點其中一坐標值； 第三步:根據第一點與第二點兩點之間的斜率求該第二點的另一坐標值； 第四步:以第二點為初始值，給定第二條件值，該第二條件值為第二點與第三點之間的斜率和第三點其中一坐標值； 第五步:根據第二點與第三點之間的斜率求第三點的另一坐標值； 第六步:根據第一步至第五步求得N個點坐標； 第七步:連接N個點得到透鏡初始曲線； 第八步:對初始曲線進行修改，修改第N點與第N-1點之間的斜率更新第N點的坐標值，重新連線得到最終曲線。
2.如權利要求1所述的透鏡的設計方法，其特徵在於:所述第一點為透鏡曲面上的中心點，該中心點包括X坐標和Y坐標,該X坐標值為O。
3.如權利要求1所述的透鏡的設計方法，其特徵在於:所述第一條件值中第二點其中一坐標值為第二點的Y坐標。
4.如權利要求3所述的透鏡的設計方法，其特徵在於:所述第二條件值中第三點其中一坐標值為第三點的Y坐標。
5.如權利要求1所述的透鏡的設計方法，其特徵在於:第三步中，計算出第二點的另一坐標的公式為Yn=Y1^mnX (Xn-Xlri), η的值為2。
6.如權利要求1所述的透鏡的設計方法，其特徵在於:第六步中N的取值大於或等於3。
7.如權利要求6所述的透鏡的設計方法，其特徵在於:所述第N點的Y坐標與第N-1點的Y坐標的差值與第N-1點的Y坐標與第Ν-2點的Y坐標的差值相等。
8.如權利要求1所述的透鏡的設計方法，其特徵在於:第八步中修改第N點與第N-1點之間的斜率更新第N點的坐標值的步驟重複操作若干次。
【文檔編號】F21Y101/02GK104132302SQ201310158461
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年5月2日 優先權日:2013年5月2日
【發明者】王何立穎 申請人:鴻富錦精密工業（深圳）有限公司, 鴻海精密工業股份有限公司