[发明专利]一种矩形照射光斑的透镜设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学元件的设计方法，更具体地说，涉及一种被照面为矩形光斑的透镜设计方法。

背景技术

LED用于工程照明时，往往根据不同的使用场合或客户要求，设计不同的透镜来进行配光。在一些使用场合，比如地下车库，广场以及道路照明中，通常不希望使用太多的灯具。如果采用被照面为圆形、椭圆形等光斑形状时，在不增加灯具数量的情况下，在相邻灯具的衔接处，势必会出现暗区和照射盲点，从而对使用造成很大的不便，也很难达到客户的使用要求。因此，在很多使用场合，适宜采用矩形照射光斑。而如何实现照射光斑呈矩形，则是目前需要解决的问题。

发明内容

本发明为解决上述现有技术中存在的技术问题，提供一种矩形照射光斑的透镜设计方法，该方法简单、直观，且对光源的安装位置不做限制。

     为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

    一种矩形照射光斑的透镜设计方法，光源光轴垂直于光斑所在平面，设计步骤如下：

a)、将矩形光斑沿长边或宽边等分成多个长条小矩形，分别取每一小矩形的同一方向的一长边,并分别以光源和所取的每一长边的平面为入射面，在每一入射面上，将光源位于光轴的一侧的发光区域按照发光强度随发光角度的分布规律划分成多个小角，并使分布在每个小角内的光线的光通量相等；

b)、将所述每一入射面上的小矩形的长边划分成多个小段，将所述小段与所述小角一一对应，调整各小段的长度使其与光源到该小段上被照点的距离平方成反比，与照度成正比；以所述小段中边缘小段作为起始被照小段，以边缘点为起始被照点，即对应了所述的一个小角，根据透镜第一面离开光源的距离要求，在与起始被照点对应的入射光线上取一点作为透镜第一面上的起始特征点，在该点处，平行于光源与起始被照点连线的直线同入射光线形成一夹角，为透镜的起始光线偏折角，根据预定的比例，将所述偏折角分成第一偏折角和第二偏折角，角分线作为入射光线经过透镜第一面后的折射线，通过折射定律以及所述的对应小角，求出与起始特征点相邻的第二特征点，该第二特征点对应与起始被照点相邻的第二被照点，按照上述相同的步骤，依次求出各个被照点所对应的第一面上的各特征点的位置；在经过所述第一面上的起始特征点后的折射线上，根据透镜厚度要求取一点作为透镜第二面上的起始特征点，采用与求得第一面上的特征点类似的方法，求得第二面上的各特征点的位置；

c)、将上述依次求得的所有入射面上的第一面的各特征点和第二面的各特征点分别连成两个网格状结构，再将所述的网格状结构分别用两个平滑的曲面连接起来，即构成透镜的第一面和第二面，而透镜的第一面和第二面之间的连接面为非通光面，其形状可根据透镜的具体安装要求进行设计，从而构成透镜的整体形状。

所述光轴经过矩形光斑的中心。

所述光轴偏离矩形光斑的中心。

本发明技术方案适用于点光源发光系统，点光源的光轴可以垂直于被照面，也可以与被照面形成一任意夹角。将被照面上的矩形照射光斑等分成多个长条小矩形，通过求得每一个小矩形所对应的入射面上的透镜各特征点的位置，将各特征点连成网格状结构，再将所述两个网格状结构分别用两个平滑的曲面连接起来，构成透镜的通光面形状。划分的小矩形的数量以及每一入射面上划分的小角的数量大小，会影响透镜的精度以及光斑接近于标准矩形的精度。当所划分的小矩形和小角的数量足够多，从而确定的特征点的数量足够大时，将各特征点连接而成的网格状结构就更接近于平滑的曲面，这时，构成的透镜形状以及照射的矩形光斑的精度则更高。当光源光轴经过光斑中心时，得到的透镜为对称透镜；当光源光轴偏离矩形光斑中心时，得到的透镜为不对称的偏光式透镜，该透镜适合道路照明的使用场合。

附图说明

以下通过附图对本发明设计方法做详细的描述：

图1是对矩形光斑划分区域的设计方法示意图；

图2是在一个小矩形区域所对应的入射面上划分小角的方法示意图；

图3是在小矩形的边长上划分小段的方法示意图；

图4是确定透镜在入射面上的各特征点的设计方法示意图；

图5是将各特征点连接成网格状结构的示意图一；

图6是将各特征点连接成网格状结构的示意图二；

图7是用本发明方法得到的一透镜结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，首先，将矩形光斑沿宽边等分成多个小矩形区域，分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ……，其长边分别为11和22，22和33，33和44,……。