CN104133284A - 一种用于照明系统消黄圈与黄斑小角度配光透镜组及配光方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于照明系统消黄圈与黄斑小角度配光透镜组及配光方法，包括透镜Ⅰ和透镜Ⅱ，所述透镜Ⅰ和透镜Ⅱ入射面均为平面，且出射面均为曲面，即皆为平凸透镜；透镜Ⅰ的平面与透镜Ⅱ的曲面相对，所述透镜Ⅰ和透镜Ⅱ同光轴放置；H₁和H′₁是透镜Ⅰ物方主点和像方主点，H₂和H′₂是透镜Ⅱ物方主点和像方主点；其中，透镜Ⅰ像方主点H′₁与透镜Ⅱ物方主点H₂之间的距离为透镜Ⅰ的像方焦距与透镜Ⅱ的物方焦距之和的一半，光源所发出光线经两透镜出射后在照射面混合，从而消除由单透镜等形式配光引起的照射面有黄圈与黄斑的问题，实现所照射面灯光色温的一致性。

Description

一种用于照明系统消黄圈与黄斑小角度配光透镜组及配光方法

技术领域

本发明属于光学技术领域，尤其涉及一种用于照明系统消黄圈与黄斑小角度配光透镜组及配光方法。

背景技术

现有技术，应用单一光学材料的单透镜不能消除光场周边的黄圈与黄斑，或者单一透镜内表面或外表面做微结构处理等不能很好的消除黄圈与黄斑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于照明系统消黄圈与黄斑小角度配光透镜组及配光方法，旨在解决单一光学材料的单透镜不能消除光场周边的黄圈与黄斑的问题。

本发明是这样实现的，一种用于照明系统消黄圈与黄斑小角度配光透镜组，包括透镜Ⅰ和透镜Ⅱ，所述透镜Ⅰ和透镜Ⅱ入射面均为平面，且出射面均为曲面；透镜Ⅰ的平面与透镜Ⅱ的曲面相对，所述透镜Ⅰ和透镜Ⅱ同光轴放置；H₁和H′₁是透镜Ⅰ物方主点和像方主点，H₂和H′₂是透镜Ⅱ物方主点和像方主点；其中，透镜Ⅰ像方主点H′₁与透镜Ⅱ物方主点H₂之间的距离为透镜Ⅰ的像方焦距与透镜Ⅱ的物方焦距之和的一半。

本发明进一步提供了一种用于照明系统消黄圈与黄斑小角度配光方法，包括以下步骤：

S1、将透镜Ⅰ和透镜Ⅱ同轴放置，透镜Ⅰ和透镜Ⅱ入射面均为平面，且出射面均为曲面，透镜Ⅰ的平面与透镜Ⅱ的曲面相对；

S2、根据透镜折射率、入射面曲率半径、出射面曲率半径以及透镜厚度，分别计算透镜Ⅰ和透镜Ⅱ的像方焦距；

S3、根据所述像方焦距确定透镜Ⅰ和透镜Ⅱ像方主点和物方主点之间的距离；

S4、根据所述主点之间的距离放置透镜Ⅰ和透镜Ⅱ消除照明系统中的黄圈与黄斑。

优选地，在步骤S2中，所述像方焦距的计算方法用函数定义为：

$f^{\′}=\frac{r}{n-1}---\left(1\right)$

式(1)中，f′—像方焦距，n—透镜折射率，r—透镜右侧曲面的曲率半径。设透镜Ⅰ和透镜Ⅱ的厚度分别为d₁和d₂，则透镜Ⅰ物方主点的位置在距曲面顶点o₁点处，像方主点的位置在曲面顶点o′₁点；透镜Ⅱ物方主点的位置在距曲面顶点o₂点处，像方主点的位置在曲面顶点o′₂点。

优选地，在步骤S3中，所述透镜Ⅰ和透镜Ⅱ像方主点和物方主点之间的距离计算方法用函数定义为：

$l=\frac{f_1^{\′}+f_2^{\′}}{2}---\left(2\right)$

式(2)中，l为透镜Ⅰ和透镜Ⅱ像方主点和物方主点之间的距离，f′₁为透镜Ⅰ的像方焦距，f′₂为透镜Ⅱ的像方焦距。

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：本发明由前后两个透镜组成，两个透镜尺寸及距离须满足计算公式要求，光源所发出光线经两透镜作用后在照射面混合，从而消除由单透镜等形式配光引起的照射面有黄圈与黄斑的问题，实现所照射面灯光色温的一致性。

附图说明

图1是本发明用于照明系统消黄圈与黄斑小角度配光透镜组的结构、位置示意图；

图2是本发明实施例中的配光照射光场图；

图3是本发明实施例中的CIE色彩空间色度图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种用于照明系统消黄圈与黄斑小角度配光透镜组，如图1所示，包括透镜Ⅰ和透镜Ⅱ，所述透镜Ⅰ和透镜Ⅱ入射面均为平面，且出射面均为曲面；透镜Ⅰ的平面与透镜Ⅱ的曲面相对，所述透镜Ⅰ和透镜Ⅱ同光轴放置；H₁和H′₁是透镜Ⅰ物方主点和像方主点，H₂和H′₂是透镜Ⅱ物方主点和像方主点；其中，透镜Ⅰ像方主点H′₁与透镜Ⅱ物方主点H₂之间的距离为透镜Ⅰ的像方焦距与透镜Ⅱ的物方焦距之和的一半。

本发明进一步提供了一种用于照明系统消黄圈与黄斑的小角度配光方法，包括以下步骤：

S1、将透镜Ⅰ和透镜Ⅱ同光轴放置，透镜Ⅰ和透镜Ⅱ入射面均为平面，且出射面均为曲面，透镜Ⅰ的平面与透镜Ⅱ的曲面相对。

在步骤S1中，透镜Ⅰ和透镜Ⅱ之间的位置关系如图1所示，其中，o₁、o′₁和o₂、o′₂分别为透镜Ⅰ和透镜Ⅱ的左右曲面的顶点；l为透镜Ⅰ像方主点和透镜Ⅱ物方主点间的距离；透镜Ⅰ和透镜Ⅱ左侧曲面(入射面)均为曲率半径r＝∞的平面，右侧曲面(出射面)分别为曲率半径为r₁、r₂的曲面。

S2、根据透镜折射率、入射面曲率半径、出射面曲率半径以及透镜厚度，分别计算透镜Ⅰ和透镜Ⅱ的像方焦距。

在步骤S2中，据厚透镜的几何光学原理，像方焦距公式为：

$f^{\′}=\frac{1}{(n-1)\×[\frac{1}{r_1}+\frac{1}{r_2}+\frac{d\×(n-1)}{r_1\×r_2}]}$

当r₁＝r，r₂＝∞，则公式可变为因此，(1)透镜Ⅰ像方焦距公式：(2)透镜Ⅱ像方焦距公式：

S3、根据所述像方焦距确定透镜Ⅰ和透镜Ⅱ的像方主点和物方主点之间的距离

在步骤S3中，透镜Ⅰ和透镜Ⅱ像方主点和物方主点之间的距离此式即为成像光学的消色差条件，亦即非成像配光消除黄圈与黄斑的必备条件。

S4、根据所述主点之间的距离放置透镜Ⅰ和透镜Ⅱ消除照明系统中的黄圈与黄斑。

在步骤S4中，通过上述步骤S1～S3步骤进行消黄圈与黄斑色度模拟，首先设置两个透镜的曲率半径r₁和r₂，然后根据透镜的像方焦距公式计算出两个透镜的焦距f′₁和f′₂并按如上所述两透镜主点位置，然后根据消色差原理计算出两个透镜的间距在光线追迹软件TracePro里，根据透镜曲率半径、焦距和间距分别设置两透镜，然后加入三基色(白光)光源追光模拟，经TracePro光线追迹软件的模拟结果如图2和图3所示，图2中的圆形区域为配光照射光场，图3为CIE色彩空间色度图(X轴、Y轴表示颜色的色度特征，CCT为光源相关色温)，光源经过消黄圈与黄斑的透镜组投射到接收光屏后形成如图2的光斑，经图3的色度图表示，形成的光斑色温CCT＝5306K，圆形光斑里边及周边没有黄圈与黄斑，说明光源经透镜组形成了小角度并且消除了因单透镜配光形成的黄圈与黄斑。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进、三透镜组和四透镜组等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于照明系统消黄圈与黄斑小角度配光透镜组，其特征在于，包括透镜Ⅰ和透镜Ⅱ，所述透镜Ⅰ和透镜Ⅱ入射面均为平面，且出射面均为曲面，即皆为平凸透镜；透镜Ⅰ的平面与透镜Ⅱ的曲面相对，所述透镜Ⅰ和透镜Ⅱ同光轴放置；H₁和H′₁是透镜Ⅰ物方主点和像方主点，H₂和H′₂是透镜Ⅱ物方主点和像方主点；其中，透镜Ⅰ像方主点H′₁与透镜Ⅱ物方主点H₂之间的距离为透镜Ⅰ的像方焦距与透镜Ⅱ的物方焦距之和的一半。

2.一种用于照明系统消黄圈与黄斑小角度配光方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将透镜Ⅰ和透镜Ⅱ同光轴放置，透镜Ⅰ和透镜Ⅱ入射面均为平面，且出射面均为曲面，透镜Ⅰ的平面与透镜Ⅱ的曲面相对；

S2、根据透镜折射率、入射面曲率半径、出射面曲率半径以及透镜厚度，分别计算透镜Ⅰ和透镜Ⅱ的像方焦距；

S3、根据所述像方焦距确定透镜Ⅰ和透镜Ⅱ之间的像方主和物方主点之间的距离；

S4、根据所述主点之间的距离放置透镜Ⅰ和透镜Ⅱ消除照明系统中的黄圈与黄斑。

3.如权利要求2所述的用于照明系统消黄圈与黄斑小角度配光方法，其特征在于，在步骤S2中，所述像方焦距的计算方法用函数定义为：

$f^{\′}=\frac{r}{n-1}---\left(1\right)$

式(1)中，f′—像方焦距，n—透镜折射率，r—透镜左侧曲面的曲率半径。

4.如权利要求3所述的用于照明系统消黄圈与黄斑小角度配光方法，其特征在于，在步骤S3中，所述透镜Ⅰ和透镜Ⅱ之间的主点之间的距离计算方法用函数定义为：

$l=\frac{f_1^{\′}+f_2^{\′}}{2}---\left(2\right)$

式(2)中，l为透镜Ⅰ和透镜Ⅱ像方主点和物方主点之间的距离，f′₁为透镜Ⅰ的像方焦距，f′₂为透镜Ⅱ的像方焦距。