S，P是曲線AB上選取的一個起始點，則由光源發(fā)出的光線SP入射至曲線AB上的P 點，在該點處折射后入射至曲線GH的Q點，再次折射后射出透鏡至目標面的M點，如圖4所示。 由于出射面為平面，因些GH為一條直線段。
[0044] 令P點處入射光線的單位矢量為In,對應的出射光線的單位矢量為Out,則矢量形 式的折反定律可表示為：
[004引[ni2+n22-2nin2(In? 0ut)]i/2 ?N=ni? 0ut-n2 ?In(I)
[0046] 由此可得自由曲面任意一點處法向矢量為：
[0047] N=(ni? 0ut-n2 ?In)/P(2)
[0048] 其中，=^n,-i-n：--2n,n.,(In-Out) 和ns分別為空氣和透鏡材料的折射率。
[0049] 由上述公式（1)和(2)可計算得出曲線AB在點P處的法向向量，進而得到切線方向 向量，根據(jù)建立好的光源風格劃分規(guī)則，下一條光線與P點處切線的交點可近似認為是曲線 AB上的一下坐標點，如些循環(huán)迭代，即可求解得到曲線AB的數(shù)值解。
[0050] 假設照射在目標面上點(x，y)的某條光線在CTl上的點坐標為(x，z)，該光線從光源 至Ij(X，Z)經(jīng)過曲線AB上的點為(XO，ZO)，則根據(jù)矢量形式的折反定律即可求解得出點（XO，ZO) 的坐標值。然后依據(jù)建立好的對應關系及建立的微分方程，可迭代求解得到曲線AB的數(shù)值 解。
[0051 ]曲線BC，DE的構造方法為：曲線BC、DE與CTl構成二維透鏡，通過巧由旋轉360度，將光 源所發(fā)出的從a角到90角度內的光能進行空間網(wǎng)格劃分，同時將目標照明面按照適當?shù)恼?度分布進行相對應的網(wǎng)格劃分，建立光源網(wǎng)格與目標面網(wǎng)格的一一對應關系;假設光源為 點光源，位于坐標原點S，P是曲線BC上選取的一個起始點，Q是曲線DE上選取的一個起始點， 則由光源發(fā)出的光線SP入射至曲線BC上的P點，在該點處折射后入射至曲線DE的Q點，在該 點處全反射后入射到曲線GH的R點，再次折射后射出透鏡至目標面的M點，如圖5所示。
[0052] 假設照射在目標面上點(x，y)的某條光線在CTl上的點坐標為(x，z)，該光線從光源 至Ij(X，Z)經(jīng)過曲線BC與曲線DE上的點分別為(XO，ZO)，（Xi，Zi)，則根據(jù)矢量形式的折反定律 即可求解得出點（xo，zo)，（xi，zi)的坐標值。然后依據(jù)建立好的對應關系及建立的微分方 程，可迭代求解得到曲線BC與曲線DE的數(shù)值解。
[0053] 由上述公式（1)和（2)及與曲線AB相同的求解方法，即可求解得到曲線BC，DE的數(shù) 值解。
[0054] 曲線EF的構造方法為:此曲面主要用于處理經(jīng)出射面全反射回來的部分光線，使 其發(fā)生全反射后再次從出射面射出，由于此部分光線是由于光源具有一定尺寸引起的，直 接進行計算需要較大的工作量，因而本設計采用試錯法進行設計，通過對所設計透鏡進行 光學設計模擬，分析光線走向，對樣條曲線進行反復修正得出該曲線。
[0055] 曲線EF的構造方法為:此曲面主要用于處理經(jīng)出射面全反射回來的部分光線，使 其發(fā)生全反射后再次從出射面射出，由于此部分光線是由于光源具有一定尺寸引起的，直 接進行計算需要較大的工作量，因而本設計采用試錯法進行設計，通過對所設計透鏡進行 光學設計模擬，分析光線走向，對樣條曲線進行反復修正得出該曲線。
[0056] 作為上述技術方案的進一步改進，所述入射面與透明鏡體橫向中屯、截面相交形 成的自由曲線為非對稱設置。
[0057] 如圖3所示，橫向截面的正半截面輪廓的線段包含入射面輪廓曲線ab，曲線be,底 面輪廓曲線Cd,全反射面輪廓曲線de，全反射輪廓曲線ef，過渡曲面輪廓fg，W及出射面輪 廓曲線曲，其中，曲線cd，fg，曲為直線段，曲線曰6加，(16向為自由曲線。
[0058] 由于采用非對稱設計，在橫向方向上，正半截面輪廓與負截面輪廓也是非對稱的， 需分別進行求解設計，過程與上述縱向截面的正半截面輪廓曲線求解方法相同。
[0059] 光源所發(fā)出的光線包括小角度光線與大角度光線，所述小角度光線是指從光源發(fā) 出，經(jīng)過入射面折射到達出射面，然后再經(jīng)過折射，從出射面射出，在一定距離的水平面內 形成矩形光斑的所有光線組合;所述大角度光線是指從光源發(fā)出，經(jīng)過入射面折射到達全 反射面，經(jīng)過全反射到達出射面，然后再經(jīng)過折射，從出射面射出，在一定距離的水平面內 形成矩形光斑或對中屯、區(qū)域進行增強的所有光線組合。
[0060] 作為上述技術方案的進一步改進，所述透明鏡體的材料為聚甲基丙締酸甲醋、聚 碳酸醋、或玻璃。
[0061] -種照明透鏡裝置，所述照明透鏡裝置包括一個或多個上述的平面透鏡。
[0062] 實施例2,參照圖9-15。
[0063] 本實施例與實施例1基本相同，其不同點在于本實施例沒有實施例1中的第二全 反射面。
[0064]W上是對本發(fā)明的較佳實施進行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實施 例，熟悉本領域的技術人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做出種種的等同變形或替 換，運些等同的變形或替換均包含在本申請權利要求所限定的范圍內。
【主權項】
1. 一種平面透鏡，其特征在于:包括一透明鏡體，所述透明鏡體具有底面、全反射面、和 出射面，所述底面向著透明鏡體內部方向設置有用于容納光源的入射凹槽，所述入射凹槽 的側壁為入射面。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種平面透鏡，其特征在于:所述入射面包括小角度入射面和 大角度入射面。3. 根據(jù)權利要求2所述的一種平面透鏡，其特征在于:所述全反射面與出射面之間設置 有過渡曲面。4. 根據(jù)權利要求3所述的一種平面透鏡，其特征在于:所述全反射面包括第一全反射面 和第二全反射面。5. 根據(jù)權利要求4所述的一種平面透鏡，其特征在于:所述底面和出射面為平面，所述 入射面和全反射面為自由曲面，所述過渡曲面為圓弧面。6. 根據(jù)權利要求5所述的一種平面透鏡，其特征在于:所述入射面與透透明鏡體縱向中 心截面相交形成的自由曲線為對稱設置。7. 根據(jù)權利要求5所述的一種平面透鏡，其特征在于:所述入射面與透明鏡體橫向中心 截面相交形成的自由曲線為非對稱設置。8. 根據(jù)權利要求1所述的一種平面透鏡，其特征在于:所述透明鏡體的材料為聚甲基丙 烯酸甲酯、聚碳酸酯、或玻璃。9. 一種照明透鏡裝置，其特征在于:所述照明透鏡裝置包括一個或多個權利要求1-9任 一項所述的平面透鏡。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種平面透鏡和基于該平面透鏡的照明透鏡裝置，所述平面透鏡包括一透明鏡體，所述透明鏡體具有底面、全反射面、和出射面，所述底面向著透明鏡體內部方向設置有用于容納光源的入射凹槽，所述入射凹槽的側壁為入射面，所述作為上述技術方案的改進，所述入射面包括小角度入射面和大角度入射面，所述全反射面與出射面之間設置有過渡曲面，所述全反射面包括第一全反射面和第二全反射面。所述透明透鏡裝置包括一個或多個上述的平面透鏡。該種平面透鏡和基于該平面透鏡的照明透鏡裝置具有表面平整度好、便于清理、透光效率高等現(xiàn)有產(chǎn)品所不具備的優(yōu)點。
【IPC分類】F21Y115/10, F21V5/04
【公開號】CN105423235
【申請?zhí)枴緾N201510734658
【發(fā)明人】吳陳易, 李燊, 閆國棟
【申請人】江西天同光電有限公司
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年10月30日