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：建立坐标轴X-Y；在X轴上建立第一组X等差数列及第二组X等差数列；将上述两组等差数列的取值分别代入公式Y=a5X5+a4X4+a3X3+a2X2+a1X1+a0X0中，a5、a4、a3、a2、a1、a0的取值也有两组数值，将第一组X的等差数列代入当系数取第一组数值时的公式中得到第一组Y数值，将第二组X的等差数列代入当系数取第二组数值时的公式中得到第二组Y数值；最后将第一组X的等差数列与第一组Y数值对应的点平滑连接得到第一曲线，将第二组X的等差数列与第二组Y数值对应的点平滑连接得到第二曲线。
【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，当其用作直下式背光模组的光源时通常会使发出的光线不均匀，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，从而使用较少数量的发光二极管达到均匀面光源的效果。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:建立坐标轴X-Y ；
第二步:在X轴上建立第一组X等差数列X1、2X1、SX1-HX1及第二组X等差数列X2、2X2、3XfnX2,其中IiX1等于透镜第一光学面的直径，nX2等于透镜第二光学面的直径；
第二步:将上述两组等差数列的取值分别代入公式Y=a5X5+ SL4Xi+ a3X3+ a2X2+ B1X1+a0X°中，a5、a4、a3、a2、a” a0的取值也有两组数值,将第一组X的等差数列代入当a5、a4、a3、B2^a1,a0取第一组数值时的公式中得到第一组Y数值，将第二组X的等差数列代入当a5、a4、a3、a2、B1^a0取第二组数值时的公式中得到第二组Y数值；
第四步:将第一组X的等差数列与第一组Y数值对应的点平滑连接得到第一曲线，将第二组X的等差数列与第二组Y数值对应的点平滑连接得到第二曲线。
[0006]本发明实施方式提供的透镜的设计方法利用公式Y=a5X5+ a4X4+ a3X3+ a2X2+ B1X1+a/1，其中系数a5?a0取值为不同的两组时，选取第一组X数值得到第一组Y数值，进而得到透镜的第一曲面，选取第二组X数值得到第二组Y数值，进而得到透镜的第二曲面，采用该方法利用公式和两组系数取值即能够简便的得出透镜的曲线，从而使光线经透镜后均匀出光，在背光模组中，可采用较少数量的发光二极管得到均匀发光的面光源。
[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
F曲线 |a
E曲线 |b
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:建立坐标轴X-Y ；
第二步:在X轴上建立第一组X等差数列X1、、SX1-HX1及第二组X等差数列X2、2X2、3XfnX2,其中IiX1等于透镜第一光学面的直径，nX2等于透镜第二光学面的直径；
第二步:将上述两组等差数列的取值分别代入公式Y=a5X5+ a4X4+ a3X3+ a2X2+ B1X1+a0X°中，a5、a4、a3、a2、a” a0的取值也有两组数值,将第一组X的等差数列代入当a5、a4、a3、B2^a1,a0取第一组数值时的公式中得到第一组Y数值，将第二组X的等差数列代入当a5、a4、a3、a2、B1^a0取第二组数值时的公式中得到第二组Y数值；
第四步:将第一组X的等差数列与第一组Y数值对应的点平滑连接得到第一曲线，将第二组X的等差数列与第二组Y数值对应的点平滑连接得到第二曲线。
[0012]请同时参阅图2，在第一步中，选取透镜的中心轴为Y坐标轴，与透镜的底面所在平面在纵向截面方向上的投影平行的直线为X轴。
[0013]在第二步和第三步中，根据所需设计的透镜的大小选择在X轴上的数值范围以及取值，从坐标原点开始向X轴正向方向依次取若干等间距数值作为X取值。优选地，X取值的整数倍等于透镜底面的直径。在本实施方式中，所需设计的透镜的底面的直径为15毫米(mm),因此X取值在X轴正向方向的最大值不大于7.5_。
[0014]根据所设计的透镜的曲线选取一个X数值作为第一组X数值的初始值，然后根据透镜的直径进行均分而计算出第一组X数值的其他取值，进而得到如1X、2X、3X、4X…nX的等差数列(比如当透镜的底面直径为15mm时，可选择Imm作为X的初始取值，从而得到1、
2、3、…15的等差数列)，并将第一组X数值带入公式
Y=B5X5+ a4X4+ a3X3+ a2X2+ B1X1+ B0X0
当系数 a5、a4、a3、a2、a” aQ 取值为第一组数值，即，a5=0.000954886275244729,a4=0.0148913229095743, a3=-0.0890847442543703, a2=0.186933025172157,B1=-0.00907732217820396, a0=-0.00894782117990517 则得到与第一组 X 数值对应的第一组Y数值；同理，选取一个X数值作为第二组X的初始数值得到第二组X数值的等差数列，并将第二组X数值带入上述公式中，当a5、a4、a3、a2、B1, a0设取值为第二组数值，即，a5=-l.24619103245084，a4=5.03769795257253，a3=-7.92370477400477，a2=5.27001084268116, &1=-2.02290743519007, a0=-l.45775675991550 则得到与第二组 X数值对应的第二组Y数值。在本实施方式中，第一组X数值的取值范围大于第二组X数值的取值范围，具体地，IiX1等于透镜第一光学面的直径，第一组X数值的取值范围在X坐标轴的(Γ7.5的范围内，nX2等于透镜第二光学面的直径，第二组X数值的取值范围在X坐标轴的0?2的范围内。
[0015]在第四步中，在第一组X数值中，一个X数值代入上述公式中得到一个对应的Y数值，每一个X数值和与其对应的Y数值所对应的坐标在X-Y坐标中确定一点，将第一组X数值和与其对应的Y数值在坐标轴中确定的点采用平滑的曲线连接即得到透镜的第一曲线A ;同理，平滑连接第二组X数值和与其对应的Y数值在坐标轴中确定的点用平滑的曲线连接即得到透镜的第二曲线B。在本实施方式中，第一曲线A为透镜的出光面曲线，第二曲线B为透镜的入光面曲线，即光源发出的光线经过入光面入射到透镜内部，然后经过出光面的折射射向透镜外部。
[0016]本发明实施方式提供的透镜的设计方法利用公式Y=a5X5+ a4X4+ a3X3+ a2X2+ B1X1+a/1，其中系数a5、取值为不同的两组时，选取第一组X数值得到第一组Y数值，进而得到透镜的第一曲面，选取第二组X数值得到第二组Y数值，进而得到透镜的第二曲面，采用该方法利用公式和两组系数取值即能够简便的得出透镜的曲线，从而使光线经透镜后均匀出光，在背光模组中，可采用较少数量的发光二极管得到均匀发光的面光源。
[0017]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:建立坐标轴X-Y ； 第二步:在X轴上建立第一组X等差数列X1、、SX1-HX1及第二组X等差数列X2、2X2、3XfnX2,其中IiX1等于透镜第一光学面的直径，nX2等于透镜第二光学面的直径； 第二步:将上述两组等差数列的取值分别代入公式Y=a5X5+ SL4Xi+ a3X3+ a2X2+ B1X1+a0X°中，a5、a4、a3、a2、a” a0的取值也有两组数值,将第一组X的等差数列代入当a5、a4、a3、B2^a1,a0取第一组数值时的公式中得到第一组Y数值，将第二组X的等差数列代入当a5、a4、a3、a2、B1^a0取第二组数值时的公式中得到第二组Y数值； 第四步:将第一组X的等差数列与第一组Y数值对应的点平滑连接得到第一曲线，将第二组X的等差数列与第二组Y数值对应的点平滑连接得到第二曲线。
2.如权利要求1所述的透镜的设计方法，其特征在于:所述坐标轴X-Y以透镜的中心轴为Y坐标轴，与透镜的底面所在平面在纵向截面方向上的投影平行的直线为X轴。
3.如权利要求1所述的透镜的设计方法，其特征在于:所述第一组X数值的取值范围大于第二组X数值的取值范围。
4.如权利要求3所述的透镜的设计方法，其特征在于:所述第一组X数值的取值范围在X坐标轴的(Γ7.5的范围内，所述第二组X数值的取值范围在X坐标轴的(Γ2的范围内。
5.如权利要求3所述的透镜的设计方法，其特征在于:所述第一曲线为透镜的出光面曲线，第二曲线为透镜的入光面曲线。
6.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，系数a5、a4、a3、a2、B1, aQ 的第一组取值为 a5=0.000954886275244729, a4=0.0148913229095743,a3=-0.0890847442543703, a2=0.186933025172157, B1=-0.00907732217820396,a0=-0.00894782117990517。
7.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，系数a5、a4、a3、a2、a1、a。的第二组取值为 a5=-l.24619103245084, a4=5.03769795257253，a3=_7.92370477400477,a2=5.27001084268116，a,=-2.02290743519007, a0=-l.45775675991550。
【文档编号】F21V5/04GK104165328SQ201310181610
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年5月16日 优先权日:2013年5月16日
【发明者】陈柏洲 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