[发明专利]一种正方形均匀光斑的透镜设计方法

摘要

本发明公开一种正方形均匀光斑的透镜设计方法，首先将正方形光斑沿其对称轴分成八个中心对称区域，将其中一个区域划分为n(n≥2)个角区，每个角区的两个角边长度差值相等；分别以过每一角区的一个角边和光轴的平面为入射面，将该入射面上光源位于光轴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，再将每一入射面上的角边划分成与小角一一对应的多个小段，根据折射定律，依次求得透镜在每一入射面上的第一面和第二面的截面形状，将该透镜截面绕光轴分别在其所在的角区内旋转，且旋转角度与该角区的角度相等，求得透镜的八分之一形状；根据中心对称规律，求得透镜整体形状。本方法简单、直观、灵活。

主权项

一种正方形均匀光斑的透镜设计方法，光轴经过光斑中心且垂直于光斑所在平面，设计步骤如下：a)、将正方形光斑沿其对称轴分成八个角度均为45度的中心对称的区域，取其中一个区域作为本设计的对象，将该区域划分为n(n≥2)个角区，且使每个角区的两个角边的长度差值相等。b)、分别取每一角区的同一方向的一个角边，以过该角边和光轴的平面为入射面，在该入射面上，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通量相等；c)、将所述每一入射面上的角边划分成多个小段，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相同的方法，求得第二面上的各特征点的位置；将所述的第一面和第二面上的各特征点依次连接，分别形成透镜在每一入射面上的第一面截面形状和第二面截面形状；d)、将上述依次求得的每一入射面上的透镜截面绕光轴分别在该角区内旋转，其旋转角度与该角区的角度相等，由此求得透镜的八分之一形状；根据中心对称规律，进而求得透镜的整体形状。