[发明专利]LED显示屏透镜设计方法、计算机设备及存储介质

权利要求书

1.一种LED显示屏透镜设计方法，其特征在于，包括：

在透镜具有供接收出光方向横置的LED光源所发出光线的第一底面、第一底面以外的第二底面及供所述光线出射的外表面的情况下，计算令预设倾角范围内的外部光线从所述外表面进入透镜并在所述第二底面出射且偏离所述LED光源的第一透镜模型参数；其中，所述外表面为一扩散面，以令其朝向LED光源的背面为一聚焦面；

计算令所述来自LED光源的光线在所述外表面的出射方向相对其在所述外表面的入射方向向所需配光角度偏转的第二透镜模型参数；

综合所述第一透镜模型参数及第二透镜模型参数，以完成透镜设计。

2.根据权利要求1所述的LED显示屏透镜设计方法，其特征在于，所述第一透镜模型参数包括：所述第二底面的位置及尺寸；所述计算令预设倾角范围内的外部光线从所述外表面进入透镜并在所述第二底面出射且偏离所述LED光源的第一透镜模型参数，包括：

设定所述第二底面在该聚焦面的光轴上的所在位置，其中，所述第二底面在光轴上的所在位置由该第二底面在光轴上相对于所述聚焦面的焦平面的偏移量决定；

利用由折射定律及三角函数所计算的所述偏移量、同各所述外部光线在所述第二底面所在的透镜截面上投射的光斑的尺寸间的数学关系，以根据所设定的第二底面所在位置的偏移量计算对应光斑的尺寸；

设置所述第二底面的尺寸大于所述光斑的尺寸，以令形成该光斑的外部光线落入该第二底面。

3.根据权利要求1所述的LED显示屏透镜设计方法，其特征在于，所述利用由折射定律及三角函数所计算的所述偏移量、同各所述外部光线在所述第二底面所在的透镜截面上投射的光斑的尺寸间的数学关系，以根据所设定的第二底面所在位置的偏移量计算对应光斑的尺寸，包括：

当第一外部光线平行于光轴入射时，焦点位于光轴而令光斑为圆形；根据显示屏的点间距需求得到透镜的所述聚焦面上的通光口径D，并根据透镜从聚焦面至LED光源间所需设置的各透镜部分的厚度要求，确定透镜长度并进而确定焦距f，根据焦距及透镜材料的折射率计算确定聚焦面所在球面的半径R，根据球面半径R和通光口径D根据三角函数计算第一外部光线的入射角θ1，并根据θ1及折射率计算出射角θ2，进而得到θ1和θ2之间的ω的三角函数作为光斑直径d与所述偏移量L之间的相关系数；

当第二外部光线偏离第一外部光线α角度入射时，焦点偏离光轴α角度而令所述光斑为椭圆形，所述椭圆形的长轴长度为d/cosα；

所述根据所设定的第二底面所在位置的偏移量计算对应光斑的尺寸，包括：设置第二底面长度a大于d/cosα。

4.根据权利要求3所述的LED显示屏透镜设计方法，其特征在于，所述聚焦面的半径R的计算公式为：R＝nf(n-1)，n是材料的折射率，f是聚焦面的焦距。

5.根据权利要求3所述的LED显示屏透镜设计方法，其特征在于，以所述透镜从聚焦面至LED光源的为第一方向，所述所需设置的各透镜部分，包括：沿所述第一方向依次设置的由所述聚焦面沿第一方向深入第一厚度形成的聚光部、深入第二厚度形成的平台部、以及沿第一方向的径向排列设置的具有所述第一底面的第一导光部和具有所述第二底面的第二导光部；所述第二透镜参数还包括：包含所述聚焦面所在球面的半径R、及第一厚度的聚光部尺寸参数、及包含第二厚度的平台部尺寸参数。

6.根据权利要求1或5所述的LED显示屏透镜设计方法，其特征在于，所述综合所述第一透镜模型参数及第二透镜模型参数指的是通过第二透镜模型参数来调整第一透镜模型参数。

7.根据权利要求6所述的LED显示屏透镜设计方法，其特征在于，所述通过第二透镜模型参数来调整第一透镜模型参数，包括：通过对应第一透镜参数建立的透镜模型进行光学模拟并调整第一模型透镜参数，直至达成令所述来自LED光源的光线在所述外表面的出射方向相对其在所述外表面的入射方向向所需配光角度偏转并获得最佳光学效果。

8.根据权利要求1所述的LED显示屏透镜设计方法，其特征在于，所述第一底面设计为相对LED光源内凹或外凸的曲面。