透鏡的設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種透鏡的設(shè)計(jì)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(diǎn)坐標(biāo)值；第二步：給定第一條件值，該第一條件值為第一點(diǎn)與第二點(diǎn)兩點(diǎn)之間的斜率和第二點(diǎn)其中一坐標(biāo)值；第三步：根據(jù)第一點(diǎn)與第二點(diǎn)兩點(diǎn)之間的斜率求該第二點(diǎn)的另一坐標(biāo)值；第四步：以第二點(diǎn)為初始值，給定第二條件值，該第二條件值為第二點(diǎn)與第三點(diǎn)之間的斜率和第三點(diǎn)其中一坐標(biāo)值；第五步：根據(jù)第二點(diǎn)與第三點(diǎn)之間的斜率求第三點(diǎn)的另一坐標(biāo)值；第六步：根據(jù)第一步至第五步求得N個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)；第七步：連接N個(gè)點(diǎn)得到透鏡初始曲線；第八步：對(duì)初始曲線進(jìn)行修改，修改第N點(diǎn)與第N-1點(diǎn)之間的斜率更新第N點(diǎn)的坐標(biāo)值，重新連線得到最終曲線。
【專利說(shuō)明】透鏡的設(shè)計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件的設(shè)計(jì)方法，尤其涉及一種透鏡的設(shè)計(jì)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]相比于傳統(tǒng)的發(fā)光源，發(fā)光二極管(Light Emitting D1de, LED)具有重量輕、體積小、污染低、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，其作為一種新型的發(fā)光源，已經(jīng)被越來(lái)越多地應(yīng)用到各領(lǐng)域當(dāng)中，如路燈、交通燈、信號(hào)燈、射燈及裝飾燈等。
[0003]現(xiàn)有的發(fā)光二極管通常正向光強(qiáng)大于側(cè)向光強(qiáng)，從而使發(fā)出的光線并不均勻，為了使發(fā)光二極管發(fā)出均勻的光線，通常需要在發(fā)光二極管上設(shè)置透鏡。透鏡的設(shè)置目的即是為了將發(fā)光二極管入射至透鏡內(nèi)的光線經(jīng)過(guò)透鏡曲面的折射形成較為混合的光線。然而如何簡(jiǎn)便、快捷地設(shè)計(jì)透鏡曲面使其達(dá)到出射均勻光線的效果一直是業(yè)界努力探求的課題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，有必要提供一種簡(jiǎn)便地設(shè)計(jì)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(diǎn)坐標(biāo)值；
第二步:給定第一條件值，該第一條件值為第一點(diǎn)與第二點(diǎn)兩點(diǎn)之間的斜率和第二點(diǎn)其中一坐標(biāo)值；
第三步:根據(jù)第一點(diǎn)與第二點(diǎn)兩點(diǎn)之間的斜率求該第二點(diǎn)的另一坐標(biāo)值；
第四步:以第二點(diǎn)為初始值，給定第二條件值，該第二條件值為第二點(diǎn)與第三點(diǎn)之間的斜率和第三點(diǎn)其中一坐標(biāo)值；
第五步:根據(jù)第二點(diǎn)與第三點(diǎn)之間的斜率求第三點(diǎn)的另一坐標(biāo)值；
第六步:根據(jù)第一步至第五步求得N個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)；
第七步:連接N個(gè)點(diǎn)得到透鏡初始曲線；
第八步:對(duì)初始曲線進(jìn)行修改，修改第N點(diǎn)與第N-1點(diǎn)之間的斜率更新第N點(diǎn)的坐標(biāo)值，重新連線得到最終曲線。
[0006]本發(fā)明實(shí)施方式提供的透鏡的設(shè)計(jì)方法在坐標(biāo)上設(shè)計(jì)透鏡曲面上的點(diǎn)，通過(guò)預(yù)設(shè)初始值、條件值得到下一點(diǎn)的坐標(biāo)，以此類推得到N個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo),連接這些坐標(biāo)點(diǎn)得到透鏡的初始曲線，再經(jīng)過(guò)光學(xué)分析，修改若干點(diǎn)相鄰兩點(diǎn)之間的斜率從而更新這些點(diǎn)的坐標(biāo)值，進(jìn)而連接形成逐漸趨向完善的透鏡的曲線。采用該方法能夠簡(jiǎn)便的得出透鏡的曲線，并通過(guò)不斷的修改使得到的曲線逐漸完善，從而使透鏡達(dá)到使出射光線均勻的效果。
[0007]下面參照附圖，結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本發(fā)明實(shí)施方式的透鏡的設(shè)計(jì)方法的步驟示意圖。
[0009]圖2為本發(fā)明實(shí)施方式的透鏡的設(shè)計(jì)方法的透鏡上的三點(diǎn)在坐標(biāo)軸上的坐標(biāo)圖。
[0010]主要元件符號(hào)說(shuō)明初始曲線T
曲線 Ib
如下【具體實(shí)施方式】將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。

【具體實(shí)施方式】
[0011]請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施方式提供的透鏡的設(shè)計(jì)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(diǎn)坐標(biāo)值；
第二步:給定第一條件值，該第一條件值為第一點(diǎn)與第二點(diǎn)兩點(diǎn)之間的斜率和第二點(diǎn)其中一坐標(biāo)值；
第三步:根據(jù)第一點(diǎn)與第二點(diǎn)兩點(diǎn)之間的斜率求該第二點(diǎn)的另一坐標(biāo)值；
第四步:以第二點(diǎn)為初始值，給定第二條件值，該第二條件值為第二點(diǎn)與第三點(diǎn)之間的斜率和第三點(diǎn)其中一坐標(biāo)值；
第五步:根據(jù)第二點(diǎn)與第三點(diǎn)之間的斜率求第三點(diǎn)的另一坐標(biāo)值；
第六步:根據(jù)第一步至第五步求得N (N 3 3)個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)；
第七步:連接N個(gè)點(diǎn)得到透鏡初始曲線A ；
第八步:對(duì)初始曲線A進(jìn)行修改，修改第N點(diǎn)與第N-1點(diǎn)之間的斜率更新第N點(diǎn)的坐標(biāo)值，重新連線得到最終曲線B。
[0012]請(qǐng)同時(shí)參閱圖2，在上述方法中，選取透鏡的中心軸為Y坐標(biāo)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(biāo)選取透鏡的曲面的中心點(diǎn)的坐標(biāo)值，因此其坐標(biāo)為(0，yl)。
[0013]在第二步中，第一條件值為設(shè)計(jì)時(shí)給定的初始測(cè)試數(shù)值，該條件值在后續(xù)設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)根據(jù)所設(shè)計(jì)出的透鏡曲面折射光線的角度需求而進(jìn)行修改。條件值中還包括第二點(diǎn)的其中一坐標(biāo)值，即，該第二點(diǎn)的X軸坐標(biāo)或Y軸坐標(biāo)，在本實(shí)施方式中，該其中一坐標(biāo)為Y坐標(biāo)。
[0014]在第三步中，已知第一點(diǎn)坐標(biāo)、第二點(diǎn)的Y坐標(biāo)以及第一點(diǎn)至第二點(diǎn)之間的斜率，采用公式:
Yn=YnJmnX (Xn-Xlri)
此處η取值為2，即可計(jì)算得出第二點(diǎn)的X軸坐標(biāo)。
[0015]在第四和第五步中，將已計(jì)算出X軸坐標(biāo)的第二點(diǎn)坐標(biāo)作為初始值，給定第二條件值，從而得出第三點(diǎn)的具體坐標(biāo)。
[0016]在第六步中，采用第一至五步相同的方法設(shè)計(jì)出多個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)，該數(shù)量為N，N的取值大于或等于3。每設(shè)計(jì)第N點(diǎn)時(shí)，將已設(shè)計(jì)得出坐標(biāo)值的第N-1點(diǎn)作為初始值，并根據(jù)該第N-1點(diǎn)的具體坐標(biāo)以及與第Ν-2點(diǎn)之間的連線得出的透鏡的該段曲線的折射角度預(yù)估該第N-1點(diǎn)與第N點(diǎn)之間的斜率，同時(shí)給定第N點(diǎn)的Y坐標(biāo)，利用上述公式計(jì)算出第N點(diǎn)的X坐標(biāo)。給定第N條件值時(shí)，可根據(jù)第N-1點(diǎn)的具體坐標(biāo)的位置選擇第N點(diǎn)的Y坐標(biāo)，第N點(diǎn)的Y坐標(biāo)與第N-1點(diǎn)的Y坐標(biāo)之差可以與第N-1點(diǎn)的Y坐標(biāo)與第Ν-2點(diǎn)的Y坐標(biāo)之差相等，以使所選取的點(diǎn)相鄰兩點(diǎn)之間在Y軸上的間距相等。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)其他點(diǎn)時(shí)，可根據(jù)設(shè)計(jì)出的透鏡曲面的折射角度變化的需要控制相鄰兩點(diǎn)之間Y坐標(biāo)的差值的大小。
[0017]在第七步中，根據(jù)已經(jīng)得出的N個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)連線得出透鏡的初始曲線Α。
[0018]在第八步中，對(duì)該初始曲線A進(jìn)行光線折射角度分析，對(duì)得到不均勻的光線的曲面段所組成的點(diǎn)進(jìn)行修改，以對(duì)初始曲線A進(jìn)行修改。該修改采用修改相鄰兩點(diǎn)之間的斜率以更新其中一點(diǎn)的X軸坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)。修改第N點(diǎn)與第N-1點(diǎn)之間的斜率更新第N點(diǎn)的坐標(biāo)值，N的取值可以為多個(gè)。修改若干個(gè)點(diǎn)后，重新連接這些點(diǎn)得到透鏡的最終曲線B。當(dāng)然，本步驟可反復(fù)操作，即，可對(duì)各點(diǎn)連接形成的曲線進(jìn)行多次修改和分析，直到達(dá)到最終出射光線均勻的曲線。
[0019]本發(fā)明實(shí)施方式提供的透鏡的設(shè)計(jì)方法在坐標(biāo)上設(shè)計(jì)透鏡曲面上的點(diǎn)，通過(guò)預(yù)設(shè)初始值、條件值得到下一點(diǎn)的坐標(biāo)，以此類推得到N個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo),連接這些坐標(biāo)點(diǎn)得到透鏡的初始曲線，再經(jīng)過(guò)光學(xué)分析，修改若干點(diǎn)相鄰兩點(diǎn)之間的斜率從而更新這些點(diǎn)的坐標(biāo)值，進(jìn)而連接形成逐漸趨向完善的透鏡的曲線。采用該方法能夠簡(jiǎn)便的得出透鏡的曲線，并通過(guò)不斷的修改使得到的曲線逐漸完善，從而使透鏡達(dá)到使出射光線均勻的效果。
[0020]可以理解的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思做出其它各種相應(yīng)的改變與變形，而所有這些改變與變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種透鏡的設(shè)計(jì)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(diǎn)坐標(biāo)值； 第二步:給定第一條件值，該第一條件值為第一點(diǎn)與第二點(diǎn)兩點(diǎn)之間的斜率和第二點(diǎn)其中一坐標(biāo)值； 第三步:根據(jù)第一點(diǎn)與第二點(diǎn)兩點(diǎn)之間的斜率求該第二點(diǎn)的另一坐標(biāo)值； 第四步:以第二點(diǎn)為初始值，給定第二條件值，該第二條件值為第二點(diǎn)與第三點(diǎn)之間的斜率和第三點(diǎn)其中一坐標(biāo)值； 第五步:根據(jù)第二點(diǎn)與第三點(diǎn)之間的斜率求第三點(diǎn)的另一坐標(biāo)值； 第六步:根據(jù)第一步至第五步求得N個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)； 第七步:連接N個(gè)點(diǎn)得到透鏡初始曲線； 第八步:對(duì)初始曲線進(jìn)行修改，修改第N點(diǎn)與第N-1點(diǎn)之間的斜率更新第N點(diǎn)的坐標(biāo)值，重新連線得到最終曲線。
2.如權(quán)利要求1所述的透鏡的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述第一點(diǎn)為透鏡曲面上的中心點(diǎn)，該中心點(diǎn)包括X坐標(biāo)和Y坐標(biāo),該X坐標(biāo)值為O。
3.如權(quán)利要求1所述的透鏡的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述第一條件值中第二點(diǎn)其中一坐標(biāo)值為第二點(diǎn)的Y坐標(biāo)。
4.如權(quán)利要求3所述的透鏡的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述第二條件值中第三點(diǎn)其中一坐標(biāo)值為第三點(diǎn)的Y坐標(biāo)。
5.如權(quán)利要求1所述的透鏡的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:第三步中，計(jì)算出第二點(diǎn)的另一坐標(biāo)的公式為Yn=Y1^mnX (Xn-Xlri), η的值為2。
6.如權(quán)利要求1所述的透鏡的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:第六步中N的取值大于或等于3。
7.如權(quán)利要求6所述的透鏡的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述第N點(diǎn)的Y坐標(biāo)與第N-1點(diǎn)的Y坐標(biāo)的差值與第N-1點(diǎn)的Y坐標(biāo)與第Ν-2點(diǎn)的Y坐標(biāo)的差值相等。
8.如權(quán)利要求1所述的透鏡的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:第八步中修改第N點(diǎn)與第N-1點(diǎn)之間的斜率更新第N點(diǎn)的坐標(biāo)值的步驟重復(fù)操作若干次。
【文檔編號(hào)】F21Y101/02GK104132302SQ201310158461
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2013年5月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月2日
【發(fā)明者】王何立穎 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)（深圳）有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司