CN106838826B - 一种照明透镜的设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明系提供一种照明透镜的设计方法，包括以下步骤：在透镜座上设置透镜，在透镜的内部设置内空腔，内空腔同时穿过透镜座和透镜，透镜外表面设为外腔面，内空腔与透镜、透镜座的相交面组成内腔面；设置空间直角坐标系xyz，其中xy面与水平面平行，取透镜上的一z值，得到对应的xiyi平面,xiyi平面截取外腔面或内腔面形成的轮廓曲线都满足一下方程：
Figure DDA0001247294410000011
本发明能够从三个维度设计透镜的尺寸，能够有效提高透镜配光的自由度，内外腔面都能够从三个维度进行设计，使透镜配光的自由度倍增，能够实现多维度非对称的配光，具有良好的配光控制能力，能够适应不同的应用需求。

Description

一种照明透镜的设计方法
技术领域
本发明涉及透镜的设计，具体公开了一种照明透镜的设计方法。
背景技术
LED的发光效率高、耗电量小、使用寿命长、安全，是一种环保可靠的光源，广泛应用于各个显示照明领域，一般的LED芯片都要使用透镜进行配光照明。
现有的LED透镜多为圆形的旋转对称透镜，从而呈现出来的是圆形光斑，因此只有一个维度的自由配光，还有部分生产商通过对圆形透镜内外腔在水平x、y两个方向实施不等比例的拉伸和压缩，得到椭圆类透镜，本质就是水平面上两个维度轮廓的简单变化，控光能力有限，控光的自由度不够高，形成的光斑设计受限。
发明内容
基于此，有必要针对现有技术问题，提供一种照明透镜的设计方法，形成的透镜能够从三个维度控制透镜的尺寸，具有良好的光线控制能力。
为解决现有技术问题，本发明公开一种照明透镜的设计方法，包括以下步骤：
在透镜座上设置透镜，在透镜的内部设置内空腔，内空腔同时穿过透镜座和透镜，透镜外表面设为外腔面，内空腔与透镜、透镜座的相交面组成内腔面；设置空间直角坐标系xyz，其中xy面与水平面平行，取透镜上的一z值，得到对应的xiyi平面,xiyi平面截取外腔面或内腔面形成的轮廓曲线都满足以下方程：
Figure BDA0001247294390000011
其中ai＞0，bi＞0，ni＞1，且ai、bi、ni均为实数，ai为xz面与轮廓曲线上的外腔面或内腔面的交线在xiyi平面上投影的长度，bi为yz面与轮廓曲线上的外腔面或内腔面的交线在xiyi平面上投影的长度，(xi，yi)为轮廓曲线上的坐标点。
进一步的，nimax-nimin≤6。
进一步的，ai＞0.6且bi＞0.6时，
Figure BDA0001247294390000012
进一步的，透镜中心的最高点在xy平面上的投影与空间直角坐标系xyz的原点重合。
进一步的，透镜座底部设有若干透镜脚。
进一步的，透镜脚具体设有四个。
本发明的有益效果为：本发明公开一种照明透镜的设计方法，设计透镜有三个参变量ai、bi、ni，能够有效从三个维度设计透镜的尺寸，能够有效提高透镜配光的自由度，设置内外腔面，同时内外腔面都能够从三个维度进行设计，使透镜配光的自由度倍增，能够实现多维度非对称的配光，具有良好的配光控制能力，能够适应不同的应用需求。
附图说明
图1为本发明制成透镜的结构示意图。
图2为本发明制成透镜的仰视结构示意图。
图3为本发明显示轮廓曲线的外腔面或内腔面结构示意图。
图4为本发明轮廓曲线的方程曲线示意图。
图5为本发明形成单个照明透镜的等照度分布图。
图6为本发明制成的透镜应用于电视背光的示意图。
附图标记为：透镜座10、透镜脚11、透镜20、外腔面201、内空腔21、内腔面211、轮廓曲线30。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
参考图1至图6。
本发明公开一种照明透镜的设计方法，包括以下步骤：
在透镜座10上设置透镜20，在透镜20的内部设置内空腔21，内空腔21同时穿过透镜座10和透镜20，透镜20外表面设为外腔面201，内空腔21与透镜20、透镜座10的相交面组成内腔面211；设置空间直角坐标系xyz，透镜20中心的最高点在xy平面上的投影与空间直角坐标系xyz的原点重合，其中xy面与水平面平行，取透镜20上的一z值，得到对应的xiyi平面，xiyi平面截取外腔面201或内腔面211形成的轮廓曲线30都满足以下方程：
Figure BDA0001247294390000021
(xi，yi)为轮廓曲线30上的坐标点，通过上式计算出某一z值下的轮廓曲线30，通过计算不同的z值下的轮廓曲线30，将所有轮廓曲线30组合形成外腔面201，同理再形成内腔面211；
其中ai＞0，bi＞0，ni＞1，ai、bi、ni均为实数，且nimax-nimin≤6，当ai＞0.6且bi＞0.6时，
Figure BDA0001247294390000031
ai为xz面与轮廓曲线30上的外腔面201或内腔面211的交线在xiyi平面上投影的长度，bi为yz面与轮廓曲线30上的外腔面201或内腔面211的交线在xiyi平面上投影的长度。
通过上述方法设计出需要的透镜20，将LED芯片放置于内空腔21的底部，LED芯片发出的光通过内腔面211实现折射配光，形成的光再通过外腔面201出射，外腔面201对光进行二次配光，进一步加强控制配光，能够有效控制配光达到要求。
为加强透镜20设置的稳定性，透镜座10底部设有若干透镜脚11，优选地，透镜脚11设有四个且均匀分布。
图4为
Figure BDA0001247294390000032
的曲线图，为ai与bi的比值为常数的情况，在一定范围内ni的值越大，形成的轮廓曲线30越饱满，当轮廓曲线30在外腔面201时，配光形成的光斑就越饱满，当轮廓曲线30在内腔面211时，恰好相反，配光形成的光斑就越不饱满，从而能够通过控制ni值来控制光斑的饱满程度。
图5为单个透镜形成的等照度分布图，通过本发明方法制成的照明透镜能够形成不规则的光斑，能够控制透过本照明透镜形成的光在三个维度上的分布，透镜配光的自由度明显提高。
图6为通过本发明方法形成的照明透镜配合LED芯片组成的五十寸电视背光示意图，单个照明透镜配合LED芯片形成y轴方向跨度为250mm、x轴方向跨度为100mm的类矩形光斑，照明透镜按x轴方向间距100mm、y轴方向间距250mm排列设置。
实施例一，根据
Figure BDA0001247294390000033
对内腔面211，取ai＝bi，设置不同的ni值，在不同z值下形成不同的轮廓曲线30，以同样的方式形成外腔面201。外腔面201形成的轮廓曲线30呈旋转对称，内腔面211形成的轮廓曲线30也呈旋转对称。LED芯片发出的光通过内腔面211之后，由于设置了不同的ni值，因而能够调节形成光斑的饱满程度，同理LED芯片发出的光通过外腔面201形成光斑的饱满程度同样被调控，使整体形成的照明透镜能够针对光斑的饱满程度进行配光。
实施例二，根据
Figure BDA0001247294390000034
对内腔面211，取ai＞bi，设置不同的ni值，形成不同z值下内腔面211的轮廓曲线30，能够控制形成内腔面211三个维度上的尺寸，增强配光的自由度；对外腔面201取ai＜bi，设置不同的ni值，形成不同z值下外腔面201的轮廓曲线30，能够控制形成内腔面201三个维度上的尺寸，增强配光的自由度。外腔面201形成的轮廓曲线30呈非旋转对称，内腔面211形成的轮廓曲线30也呈非旋转对称。LED芯片发出的光经过内腔面211之后，形成的光斑在x维度上拉伸，之后再经过外腔面201，光斑接着在y方向上拉伸，最后形成的光斑呈类矩形。
实施例三，对内腔面211，取ai＞bi，设置不同的ni值，形成不同z值下内腔面211的轮廓曲线30，能够控制形成内腔面211三个维度上的尺寸，增强配光的自由度；对外腔面201，取ai＝bi，设置不同的ni值，在不同z值下形成不同的轮廓曲线30。外腔面201形成的轮廓曲线30呈旋转对称，内腔面211形成的轮廓曲线30呈非旋转对称。LED芯片经过内腔面之后，形成的光斑在x维度上拉伸，之后再经过外腔面201，光斑只会发生饱满程度的改变，最后形成的光斑呈类矩形。
实施例四，对内腔面211，取ai＝bi，设置不同的ni值，在不同z值下形成不同的轮廓曲线30；对外腔面201，取取ai＞bi，设置不同的ni值，形成不同z值下外腔面201的轮廓曲线30，能够控制形成外腔面201三个维度上的尺寸，增强配光的自由度。外腔面201形成的轮廓曲线30呈非旋转对称，内腔面211形成的轮廓曲线30呈旋转对称。LED芯片发出的光经过内腔面211之后，形成的光斑只会发生饱满程度的改变，之后再经过外腔面201，光斑在x维度上拉伸，最后形成的光斑呈类矩形。
通过本发明一种照明透镜的设计方法制作透镜，能够有效控制照明透镜的配光能力，能够显著提高配光的自由度，使LED芯片发出的光能够通过本方法制作的照明透镜控制在三个维度上进行配光，设计光斑的形状几乎不受限制。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种照明透镜的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
在透镜座上设置透镜，在透镜的内部设置内空腔，内空腔同时穿过透镜座和透镜，透镜外表面设为外腔面，内空腔与透镜、透镜座的相交面组成内腔面；设置空间直角坐标系xyz，其中xy面与水平面平行，取透镜上的一z值，得到对应的xiyi平面,xiyi平面截取外腔面或内腔面形成的轮廓曲线都满足以下方程：
Figure FDA0003963670030000011
其中ai＞0，bi＞0，ni＞1，且ai、bi、ni均为实数，ai为xz面与轮廓曲线上的外腔面或内腔面的交线在xiyi平面上投影的长度，bi为yz面与轮廓曲线上的外腔面或内腔面的交线在xiyi平面上投影的长度，(xi，yi)为轮廓曲线上的坐标点；
其中设置不同的ni值，在不同z值下形成不同的轮廓曲线。
2.根据权利要求1所述的一种照明透镜的设计方法，其特征在于，nimax-nimin≤6。
3.根据权利要求1所述的一种照明透镜的设计方法，其特征在于，ai＞0.6且bi＞0.6时，
Figure FDA0003963670030000012
4.根据权利要求1所述的一种照明透镜的设计方法，其特征在于，透镜中心的最高点在xy平面上的投影与空间直角坐标系xyz的原点重合。
5.根据权利要求1所述的一种照明透镜的设计方法，其特征在于，透镜座底部设有若干透镜脚。
6.根据权利要求5所述的一种照明透镜的设计方法，其特征在于，透镜脚具体设有四个。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102568854B1 (ko) * 2018-01-08 2023-08-22 삼성디스플레이 주식회사 유기 전계 발광 소자 및 유기 전계 발광 소자용 다환 화합물
CN110596892A (zh) * 2019-09-19 2019-12-20 杭州昌松光学有限公司 一种方形透镜、发光结构及其灯具
CN113378289B (zh) * 2021-04-14 2022-10-21 马瑞利汽车零部件(芜湖)有限公司 一种可视角花纹的设计方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101660706A (zh) * 2008-12-31 2010-03-03 广东昭信光电科技有限公司 一种实现光束控制的led透镜
CN201764417U (zh) * 2010-09-19 2011-03-16 重庆四联光电科技有限公司 Led光学透镜
CN203215590U (zh) * 2013-04-02 2013-09-25 上海毓记实业有限公司 一种大广角led模组
CN104676463A (zh) * 2013-11-29 2015-06-03 苏州欧普照明有限公司 一种透镜和包括该透镜的照明装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101660706A (zh) * 2008-12-31 2010-03-03 广东昭信光电科技有限公司 一种实现光束控制的led透镜
CN201764417U (zh) * 2010-09-19 2011-03-16 重庆四联光电科技有限公司 Led光学透镜
CN203215590U (zh) * 2013-04-02 2013-09-25 上海毓记实业有限公司 一种大广角led模组
CN104676463A (zh) * 2013-11-29 2015-06-03 苏州欧普照明有限公司 一种透镜和包括该透镜的照明装置

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