透镜的设计方法
【专利摘要】本发明提供一种透镜的设计方法，包括以下步骤：第一步：给定初始值，该初始值为透镜上的第一点坐标值；第二步：给定第一条件值，该第一条件值为第一点与第二点两点之间的斜率和第二点其中一坐标值；第三步：根据第一点与第二点两点之间的斜率求该第二点的另一坐标值；第四步：以第二点为初始值，给定第二条件值，该第二条件值为第二点与第三点之间的斜率和第三点其中一坐标值；第五步：根据第二点与第三点之间的斜率求第三点的另一坐标值；第六步：根据第一步至第五步求得N个点坐标；第七步：连接N个点得到透镜初始曲线；第八步：对初始曲线进行修改，修改第N点与第N-1点之间的斜率更新第N点的坐标值，重新连线得到最终曲线。
【专利说明】透镜的设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光学元件的设计方法，尤其涉及一种透镜的设计方法。
【背景技术】
[0002]相比于传统的发光源，发光二极管(Light Emitting D1de, LED)具有重量轻、体积小、污染低、寿命长等优点，其作为一种新型的发光源，已经被越来越多地应用到各领域当中，如路灯、交通灯、信号灯、射灯及装饰灯等。
[0003]现有的发光二极管通常正向光强大于侧向光强，从而使发出的光线并不均匀，为了使发光二极管发出均匀的光线，通常需要在发光二极管上设置透镜。透镜的设置目的即是为了将发光二极管入射至透镜内的光线经过透镜曲面的折射形成较为混合的光线。然而如何简便、快捷地设计透镜曲面使其达到出射均匀光线的效果一直是业界努力探求的课题。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，有必要提供一种简便地设计透镜的方法。
[0005]第一步:给定初始值，该初始值为透镜上的第一点坐标值；
第二步:给定第一条件值，该第一条件值为第一点与第二点两点之间的斜率和第二点其中一坐标值；
第三步:根据第一点与第二点两点之间的斜率求该第二点的另一坐标值；
第四步:以第二点为初始值，给定第二条件值，该第二条件值为第二点与第三点之间的斜率和第三点其中一坐标值；
第五步:根据第二点与第三点之间的斜率求第三点的另一坐标值；
第六步:根据第一步至第五步求得N个点坐标；
第七步:连接N个点得到透镜初始曲线；
第八步:对初始曲线进行修改，修改第N点与第N-1点之间的斜率更新第N点的坐标值，重新连线得到最终曲线。
[0006]本发明实施方式提供的透镜的设计方法在坐标上设计透镜曲面上的点，通过预设初始值、条件值得到下一点的坐标，以此类推得到N个点的坐标,连接这些坐标点得到透镜的初始曲线，再经过光学分析，修改若干点相邻两点之间的斜率从而更新这些点的坐标值，进而连接形成逐渐趋向完善的透镜的曲线。采用该方法能够简便的得出透镜的曲线，并通过不断的修改使得到的曲线逐渐完善，从而使透镜达到使出射光线均匀的效果。
[0007]下面参照附图，结合【具体实施方式】对本发明作进一步的描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为本发明实施方式的透镜的设计方法的步骤示意图。
[0009]图2为本发明实施方式的透镜的设计方法的透镜上的三点在坐标轴上的坐标图。
[0010]主要元件符号说明初始曲线T
曲线 Ib
如下【具体实施方式】将结合上述附图进一步说明本发明。
【具体实施方式】
[0011]请参阅图1，本发明实施方式提供的透镜的设计方法包括以下步骤:
第一步:给定初始值，该初始值为透镜上的第一点坐标值；
第二步:给定第一条件值，该第一条件值为第一点与第二点两点之间的斜率和第二点其中一坐标值；
第三步:根据第一点与第二点两点之间的斜率求该第二点的另一坐标值；
第四步:以第二点为初始值，给定第二条件值，该第二条件值为第二点与第三点之间的斜率和第三点其中一坐标值；
第五步:根据第二点与第三点之间的斜率求第三点的另一坐标值；
第六步:根据第一步至第五步求得N (N 3 3)个点坐标；
第七步:连接N个点得到透镜初始曲线A ；
第八步:对初始曲线A进行修改，修改第N点与第N-1点之间的斜率更新第N点的坐标值，重新连线得到最终曲线B。
[0012]请同时参阅图2，在上述方法中，选取透镜的中心轴为Y坐标轴，透镜的底面所在平面在纵向截面方向上的投影所在的直线为X轴，初始值坐标选取透镜的曲面的中心点的坐标值，因此其坐标为(0，yl)。
[0013]在第二步中，第一条件值为设计时给定的初始测试数值，该条件值在后续设计过程中会根据所设计出的透镜曲面折射光线的角度需求而进行修改。条件值中还包括第二点的其中一坐标值，即，该第二点的X轴坐标或Y轴坐标，在本实施方式中，该其中一坐标为Y坐标。
[0014]在第三步中，已知第一点坐标、第二点的Y坐标以及第一点至第二点之间的斜率，采用公式:
Yn=YnJmnX (Xn-Xlri)
此处η取值为2，即可计算得出第二点的X轴坐标。
[0015]在第四和第五步中，将已计算出X轴坐标的第二点坐标作为初始值，给定第二条件值，从而得出第三点的具体坐标。
[0016]在第六步中，采用第一至五步相同的方法设计出多个点坐标，该数量为N，N的取值大于或等于3。每设计第N点时，将已设计得出坐标值的第N-1点作为初始值，并根据该第N-1点的具体坐标以及与第Ν-2点之间的连线得出的透镜的该段曲线的折射角度预估该第N-1点与第N点之间的斜率，同时给定第N点的Y坐标，利用上述公式计算出第N点的X坐标。给定第N条件值时，可根据第N-1点的具体坐标的位置选择第N点的Y坐标，第N点的Y坐标与第N-1点的Y坐标之差可以与第N-1点的Y坐标与第Ν-2点的Y坐标之差相等，以使所选取的点相邻两点之间在Y轴上的间距相等。当然，在设计其他点时，可根据设计出的透镜曲面的折射角度变化的需要控制相邻两点之间Y坐标的差值的大小。
[0017]在第七步中，根据已经得出的N个点坐标连线得出透镜的初始曲线Α。
[0018]在第八步中，对该初始曲线A进行光线折射角度分析，对得到不均匀的光线的曲面段所组成的点进行修改，以对初始曲线A进行修改。该修改采用修改相邻两点之间的斜率以更新其中一点的X轴坐标实现。修改第N点与第N-1点之间的斜率更新第N点的坐标值，N的取值可以为多个。修改若干个点后，重新连接这些点得到透镜的最终曲线B。当然，本步骤可反复操作，即，可对各点连接形成的曲线进行多次修改和分析，直到达到最终出射光线均匀的曲线。
[0019]本发明实施方式提供的透镜的设计方法在坐标上设计透镜曲面上的点，通过预设初始值、条件值得到下一点的坐标，以此类推得到N个点的坐标,连接这些坐标点得到透镜的初始曲线，再经过光学分析，修改若干点相邻两点之间的斜率从而更新这些点的坐标值，进而连接形成逐渐趋向完善的透镜的曲线。采用该方法能够简便的得出透镜的曲线，并通过不断的修改使得到的曲线逐渐完善，从而使透镜达到使出射光线均匀的效果。
[0020]可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种透镜的设计方法，包括以下步骤: 第一步:给定初始值，该初始值为透镜上的第一点坐标值； 第二步:给定第一条件值，该第一条件值为第一点与第二点两点之间的斜率和第二点其中一坐标值； 第三步:根据第一点与第二点两点之间的斜率求该第二点的另一坐标值； 第四步:以第二点为初始值，给定第二条件值，该第二条件值为第二点与第三点之间的斜率和第三点其中一坐标值； 第五步:根据第二点与第三点之间的斜率求第三点的另一坐标值； 第六步:根据第一步至第五步求得N个点坐标； 第七步:连接N个点得到透镜初始曲线； 第八步:对初始曲线进行修改，修改第N点与第N-1点之间的斜率更新第N点的坐标值，重新连线得到最终曲线。
2.如权利要求1所述的透镜的设计方法，其特征在于:所述第一点为透镜曲面上的中心点，该中心点包括X坐标和Y坐标,该X坐标值为O。
3.如权利要求1所述的透镜的设计方法，其特征在于:所述第一条件值中第二点其中一坐标值为第二点的Y坐标。
4.如权利要求3所述的透镜的设计方法，其特征在于:所述第二条件值中第三点其中一坐标值为第三点的Y坐标。
5.如权利要求1所述的透镜的设计方法，其特征在于:第三步中，计算出第二点的另一坐标的公式为Yn=Y1^mnX (Xn-Xlri), η的值为2。
6.如权利要求1所述的透镜的设计方法，其特征在于:第六步中N的取值大于或等于3。
7.如权利要求6所述的透镜的设计方法，其特征在于:所述第N点的Y坐标与第N-1点的Y坐标的差值与第N-1点的Y坐标与第Ν-2点的Y坐标的差值相等。
8.如权利要求1所述的透镜的设计方法，其特征在于:第八步中修改第N点与第N-1点之间的斜率更新第N点的坐标值的步骤重复操作若干次。
【文档编号】F21Y101/02GK104132302SQ201310158461
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年5月2日 优先权日:2013年5月2日
【发明者】王何立颖 申请人:鸿富锦精密工业（深圳）有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司