CN110007460B - 透镜制作方法、计算机设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明的透镜制作方法、计算机设备及存储介质，透镜制作方法包括：设定来自光源的n条光线的入射角度序列，n条光线将光强的空间分布均分，根据预设的像面上的照度分布要求，得到该像面上对应n条光线的n个目标落点的位置；设定尝试平面作为透镜最后一透镜面，以从取自其上的各尝试折射点分别与各目标落点的连线得到尝试出射角度序列，与入射角度序列比较得到总偏折角度序列，将总偏折角度按各透镜面偏折光线能力的权重分配给每个透镜面，再结合折射定律得到初步透镜面平面轮廓，根据其上光线在目标落点与目标落点的偏差，进行逼近修正得到修正后透镜面平面轮廓；通过逼近法避开复杂计算，光线方向计算转为落点计算，适于远、近场下透镜设计。

Description

透镜制作方法、计算机设备及存储介质

技术领域

本发明涉及照明技术领域，特别是涉及透镜制作方法、计算机设备及存储介质。

背景技术

在透镜设计中，有采用光通量法(LFR)来进行透镜中每个面的计算，但是，现有的光通量法设计透镜中，一般是假定了远场条件，也就是光源尺度相比于像方的尺度来说很小，因此透镜上折射点的位置的不同对像方光分布基本无影响，我们只需关心光通量线的方向即可；但是在近场的情况下，光源的尺度不能忽略，因此当按照度要求给定像面光线的落点后，还必须考虑到达此点的光线是从透镜的哪一位置出发的，不同的出发位置将会有不同的光线方向，但是透镜的形状又是未知的，这就对透镜各面的计算造成了困难。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供透镜制作方法、计算机设备及存储介质，解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种透镜制作方法，包括：在一透镜光轴经过的预设平面上，计算来自光源的n条光线的n个入射角度以构成n维的入射角度序列，其中，所述n条光线的入射角度满足其将光强的空间分布分为能量相等的n-1份的要求；根据预设的像面上的照度分布要求，得到该像面上对应所述n条光线的n个目标落点的位置；设定一尝试平面作为透镜的最后透镜面，并设定所述尝试平面上一一对应于所述n条光线的n个尝试折射点；并根据各尝试折射点至各自对应目标落点的连线以得到n个尝试出射光线及对应的n个尝试出射角度，所述n个尝试出射角度构成n维的尝试出射角度序列，且比较所述入射角度序列和出射角度序列得到n维的尝试总偏折角度序列；按预先设定的透镜内各透镜面偏折光线能力的权重，将所述总偏折角序列中的每个总偏折角按所述权重分配到各所述透镜面，得到各所述光线经过每个透镜面前及后的光线角度，再执行透镜面确定步骤，包括：利用折射定律分别求得每个透镜面上各所述光线的折射点，其中，每个透镜面上的各所述折射点相连构成初步透镜面平面轮廓；根据最后透镜面对应的初步透镜面平面轮廓的出射光线的落点与所述目标落点的偏差，对每个所述初步透镜面平面轮廓执行一次或循环执行多次逼近修正步骤，用于形成各个修正后透镜面平面轮廓，以供形成对应的各个透镜面。

于本发明的一实施例中，所述逼近修正步骤，包括：将最后透镜面上得到的各个折射点与对应目标落点的连线作为修正后出射光线，并将之替代所述尝试出射光线并再次执行所述透镜面确定步骤，以得到各个修正后透镜面平面轮廓。

于本发明的一实施例中，所述像面的类型包括：曲面或平面。

于本发明的一实施例中，所述尝试平面为供所述光轴垂直穿过的平面。

于本发明的一实施例中，所述利用折射定律分别求得每个透镜面上各所述光线的折射点，包括：在所述n条光线中的第一光线上取落在第一透镜面上的第一折射点；通过偏折角计算步骤得到第一光线经过第一透镜面后的出射方向，所述偏折角计算步骤包括：获得所述第一光线与其对应目标落点的第一连接线，将所述第一连接线与第一光线间夹角按照第一透镜面与其相邻后一个的第二透镜面间偏折光线能力的权重比分割，将所述分割线作为第一光线经第一透镜面后的出射方向；通过下一折射点确定步骤得到与第一光线相邻的第二光线在所述第一透镜面上的第二折射点，所述下一折射点确认步骤包括：结合折射定律计算确定第一折射点处的法线；将经过第一折射点的垂直所述法线的线段与相邻于所述第一光线的第二光线的交点作为第二折射点；在所述第二折射点之后，以所计算的上一折射点为基础，通过所述偏折角计算步骤及下一折射点确定步骤依次计算得到n条所述光线中的剩余光线在所述第一透镜面上的折射点。

于本发明的一实施例中，每个透镜面上的折射点间采用直线或平滑曲线相连。

于本发明的一实施例中，所述透镜面的制作方式包括：将修正后透镜面平面轮廓绕光轴旋转，以旋转形成的立体曲面或平面作为透镜面。

于本发明的一实施例中，所述光源为LED光源。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种计算机设备，包括：处理器、及存储器；所述存储器，用于存储计算机程序；所述处理器，用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述信号处理装置执行所述的透镜制作方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述的透镜制作方法。

如上所述，本发明提供透镜制作方法、计算机设备及存储介质，所述透镜制作方法包括：设定来自光源的n条光线的入射角度序列，所述n条光线将光强的空间分布均分，根据预设的像面上的照度分布要求，得到该像面上对应所述n条光线的n个目标落点的位置；设定尝试平面作为透镜最后一透镜面，以从取自其上的各尝试折射点分别与各目标落点的连线得到尝试出射角度序列，与入射角度序列比较得到总偏折角度序列，将总偏折角度按各透镜面偏折光线能力的权重分配给每个透镜面，再结合折射定律得到初步透镜面平面轮廓，根据其上光线在目标落点与目标落点的偏差，进行逼近修正得到修正后透镜面平面轮廓，用于制作各个透镜面以完成透镜制作；本发明通过逼近法避开复杂计算，将光线方向计算转化为落点计算，普适于远、近场情况下的透镜设计。

附图说明

图1显示为本发明一实施例中的透镜制作方法的流程示意图。

图2显示为本发明一实施例中光源的LFR及光线目标落点关系的示意图。

图3显示为本发明一实施例中入射和出射角度序列的示意图。

图4显示为本发明一实施例中第一次透镜面计算的计算结果以及需修正角度的示意图。

图5显示为本发明一实施例中经逼近修正的第二次透镜面计算的计算结果示意图。

图6显示为本发明一实施例中最终透镜面计算结果的示意图。

图7显示为本发明一实施例中推广到n＝200时得到的透镜面计算结果的示意图。

图8显示为本发明一实施例中设定像面照度按正弦函数分布的示意图。

图9显示为本发明一实施例中按图8设定的照度分布的透镜面计算结果的示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

在许多领域的实际工作中，求解的方程十分复杂或者是无法得到求解的方程时往往可以使用逐次逼近的方法，此法在大量实际问题中都得到了广泛的应用。由此，本发明的设计是把逼近法的思想用在一般的LED透镜的计算中，这一方法将LFR方法从只能计算远场扩展到可以用于近场或远场，而且还可以用于像面的形状为平面或弧面的情况。同时保留了原方法可以用于事先给定像面照度分布的计算和用于同步计算一个或多个透镜的形状的特点。

如图1所示，展示本发明实施例中的透镜制作方法，包括：

步骤S101：在一透镜光轴经过的预设平面上，计算来自光源的n条光线的n个入射角度以构成n维的入射角度序列，其中，所述n条光线的入射角度满足其将光强的空间分布分为能量相等的n-1份的要求。

于本发明的一实施例中，所述光源可以是LED光源，当然，也可以是其它光源，并非以此为限；在LFR方法中，把LED光强的空间分布分为n-1份，条件是各份的能量相等，则分割线的方向就是透镜的n条入射光线的方向，所以直接以n条光线的角度来表示其方向。

于本发明的一实施例中，所述光轴是设为待制作透镜的中心轴线，所述预设平面经过该中心轴线，则所述透镜的剖面位于该预设平面上，通过设计透镜剖面上代表其每个透镜面的直线或曲线，将该直线或曲线旋转即可得到每个透镜面，也就完成透镜制作。

若以所述光轴为一坐标轴在所述预设平面建立光学平面坐标系，则可设光源所在位置为坐标系的原点。

本发明的设计中，所述像面的类型包括：曲面或平面，故本发明并不限定像面的形状。

步骤S102：根据预设的像面上的照度分布要求，得到该像面上对应所述n条光线的n个目标落点的位置。

于本发明的一实施例中，根据照度分布要求，如照度均匀等，在所述曲面或平面的像面上取n个目标落点。

步骤S103：设定一尝试平面作为透镜的最后透镜面，并设定所述尝试平面上一一对应于所述n条光线的n个尝试折射点；并根据各尝试折射点至各自对应目标落点的连线以得到n个尝试出射光线及对应的n个尝试出射角度，所述n个尝试出射角度构成n维的尝试出射角度序列，且比较所述入射角度序列和出射角度序列得到n维的尝试总偏折角度序列。

于本发明的一实施例中，所述尝试平面为供所述光轴垂直穿过的平面，在所述预设平面上，n个尝试折射点显示为在垂直于该光轴的一直线上。

步骤S104：按预先设定的透镜内各透镜面偏折光线能力的权重，将所述总偏折角序列中的每个总偏折角按所述权重分配到各所述透镜面，得到各所述光线经过每个透镜面前及后的光线角度，再执行透镜面确定步骤，包括：利用折射定律分别求得每个透镜面上各所述光线的折射点，其中，每个透镜面上的各所述折射点相连构成初步透镜面平面轮廓。

于本发明的一实施例中，每条光线入射后经一或多个透镜面折射并出射，也就是说，每条光线入射并出射透镜面时呈现多段的折线形，入射时的第一段与出射时的最后一段之间的角度差即为一总偏折角，则n条光线就对应有n个总偏折角。

将每个总偏折角分配到每个透镜面，也就是将总偏折角分配到该条光线在入射和出射每个透镜面的光线段之间所偏折的角度，例如，一条光线的总偏折角是30度，透镜有两个偏折光线能力相同的透镜面，则两个透镜面间的权重比是1：1，各分得15度，也就是说光线入射后在出射第一个透镜面时相对入射光线段偏折了15度，再出射第二个透镜面时再偏折了15度。

在求取每条光线经过在每个透镜面上的折射点时，可以采用LFR的计算方法，例如中国专利申请号201010121936.1的发明专利，“一种具有圆形均匀照射光斑的透镜设计方法”中记载的求取特征点(即本申请所称的折射点)的方法。

具体来讲，所述利用折射定律分别求得每个透镜面上各所述光线的折射点，包括：在所述n条光线中的第一光线上取落在第一透镜面上的第一折射点；通过偏折角计算步骤得到第一光线经过第一透镜面后的出射方向，所述偏折角计算步骤包括：获得所述第一光线与其对应目标落点的第一连接线，将所述第一连接线与第一光线间夹角按照第一透镜面与其相邻后一个的第二透镜面间偏折光线能力的权重比分割，将所述分割线作为第一光线经第一透镜面后的出射方向；通过下一折射点确定步骤得到与第一光线相邻的第二光线在所述第一透镜面上的第二折射点，所述下一折射点确认步骤包括：结合折射定律计算确定第一折射点处的法线；将经过第一折射点的垂直所述法线的线段与相邻于所述第一光线的第二光线的交点作为第二折射点；在所述第二折射点之后，以所计算的上一折射点为基础，通过所述偏折角计算步骤及下一折射点确定步骤依次计算得到n条所述光线中的剩余光线在所述第一透镜面上的折射点。

于本发明的一实施例中，每个透镜面上的折射点间可以采用直线或平滑曲线相连，从而形成对应的透镜面平面轮廓。

步骤S105：根据最后透镜面对应的初步透镜面平面轮廓的出射光线的落点与所述目标落点的偏差，对每个所述初步透镜面平面轮廓执行一次或循环执行多次逼近修正步骤，用于形成各个修正后透镜面平面轮廓，以供形成对应的各个透镜面。

于本发明的一实施例中，所述逼近修正步骤，包括：将最后透镜面上得到的各个折射点与对应目标落点的连线作为修正后出射光线，并将之替代所述尝试出射光线并再次执行所述透镜面确定步骤，以得到各个修正后透镜面平面轮廓。

本发明所提供方法中的要点之一在于先给定一个尝试平面作为透镜的最后一面，并给定该面上各光线的尝试折射点，再按照度分布要求给定LFR在像面的落点后，可以得到出射光线的尝试方向，这就可以用LFR方法计算了；第一次计算的结果不一定符合给定“落点”这一要求，但可以再逐步修正透镜使之逐渐满足“落点”的要求。

重要问题是如何修正下一次计算的方向，尝试计算得到的新的折射点到目标落点的方向作为下一次计算的方向。第二个问题是这种逼近能否收敛，在实践中证明此法可以收敛而且收敛速度很快。

另外，在近距离照明中有时会遇到像面不是平面的情况，用平面代替弧面必然会带来误差，而用逼近方法计算却可以容易地处理非平面像面的问题。原因是本发明方法的计算最终是光线落到了一个个落点上，并没有要求这些落点必须在一个平面上。当被照明的面是一个曲面时，给我们的计算并没有带来任何困难。只要在数学上描述这个曲面，然后在这个曲面上按照照度分布的要求得到一个个光线的落点的坐标就可以进行曲面像面的计算了。

以下通过一具体实施例来直观讲述本发明的方法的原理：

如图2所示，以单透镜为例，光源可以为LED，设LED位于坐标原点，透镜前表面中心在a点(x＝10mm)，后表面在b点(x＝30mm)，弧形像面中心在c点(x＝70mm)。

由于照度正比于单位面积上的光通量，而光通量正比于光强与立体角的乘积，因此光强分布曲线对总光束角的积分的值将正比于总光通量。根据这一规律，可以把LED发出的光按等光通量分成相等的8份，即将上述积分值分成8等份(n＝8)。它们的角度间隔就是9条具有相同能量的LFR的方向，构成第一个序列，即透镜入射角度序列。示意性的结果见图2左部原点出发的9条光线簇，大致可以看到是大光强处光线密度大，小光强处光线密度小。LFR计算的具体方法以上已描述，不在此详述。

假设像面是一曲面，对应呈现为坐标系中的圆弧，一个圆弧可以用下列参数方程表示：

其中圆心的坐标为(x0,y0)，半径为R，t为辐角，t的范围是从起始角t1到结束角t2。

由于LFR是带有相同能量的光线，因此像面的光线落点的密度分布决定了像面的照度分布，因此我们不难根据事先给定的照度分布求得LFR的落点沿像面的分布，只是在弧形像面的情况下其分布点的位置由t的取值得到。

在希望照度沿弧面均匀分布的情况下，只要将弧形的幅角t在t1到t2的范围内均匀分成n份即可得到n+1个落点。在希望非均匀分布照度的情况下，可以事先给定照度分布函数，再把t按照这个函数关系分布。

在本例中，弧形像面中心在c点(x＝70mm)，像面是半径130mm的凸表面，圆心在x＝200mm。这个例子中，设像面的照度是均匀分布的，将此弧面均分8份，得到图2所示的9个分割点，就是9个光线落点。

然后，在透镜的后表面位置x＝30处给定一个任意长度例如70mm的垂线，代表尝试平面直径，在这个垂线上给定n+1个试探光线折射点(图中的小方块形)。

像面光线的目标落点为图中弧面上的9个小圆形。把9个小方块和9个小圆形一一相连，连线(图3中的点划线)代表光线从LED最后一个表面出发方向，构成另一个序列为尝试出射角度序列，这样就得到了透镜的入射光线段和出射光线段一一对应的两个角度序列。

有了这两个角度序列，就可以用LFR的方法进行计算求得透镜的形状了。对于计划计算的单透镜的情况，设两面的折射能力相等，则直接把以上两个角度求平均，就得到第三个序列，那就是在透镜内部的光线角度序列，图3中没有画出这一个序列。这样，我们就可以用折射定律计算得到透镜前后表面共8×2个小面的形状和位置结果自动得到了一个弯月形的透镜见图4的粗实线。

具体的，根据折射定律，

入射角和折射角,以θ1和θ2表示，n₂₁为第二介质对第一介质的相对折射率，而每条光线对一透镜面的入射线段和出射线段之间的偏折角即θ1和θ2的差值，据此，可以计算确定法线位置，并逐个确定每个折射点位置。

根据图4，可以看到计算结果，透镜的后表面由尝试平面变成了曲面，从其上的折射点发出的光线(实线)的确和试探方向(点划线)一一精确平行，但是却没有射向希望的落点。实际落点与目标落点之差最大达13.6mm，之后采用逼近法可以迅速缩小这一偏差，但如何选择下一次计算的修正量是逼近法成功与否的关键。

如图4所示，本实施例中，所采用的逼近修正步骤是较为简单地用第一次计算得到的透镜后表面的光线落点(图4中小十字)和希望的目标落点(图中小圆形)的连线(图中虚线)作为第二次计算的像方光线的方向，进行第2次计算，结果见图5所示。这时实际的光线落点和希望落点之差maxΔ＝0.14mm，比第一次的结果缩小了约100倍。

继续上述计算，在本实施例中经过4次逼近修正计算后就得到了理想的结果，如图6所示，此时，最大误差仅maxΔ＝0.003mm。

令LFR数目增加10倍，即n＝80，5次逼近修正计算后的结果见图7所示。这时maxΔ＝0.005mm。实际设计中一般n的值为200左右就可以得到相当平滑的表面。

上面用直观的图形描述较清晰地给出了本方法的内容，方法中完全不涉及复杂的微分方程等计算，由此也不难编写计算程序。

并且，从上述实践表明，尝试平面的形状、大小和其上的落点的位置分布的宽容度很大，即使初始给出的是一个非平面的尝试表面和非均匀的尝试点分布，用逼近修正方法都可以最后趋向于同一个结果。

在其它实施例中，如果是非均匀照度分布，只要给出沿像面的照度分布函数，则对于非均匀照度分布也可以进行计算；例如，中心照度小而边缘照度大，其照度分布函数设为一个正弦函数：a+b·sin(x+c),(a＝31,b＝30,c＝-900)，如图8所示。

对应计算得到的透镜形状和LFR分布如图9所示，其光线落点的密度沿弧面的分布是按图8的正弦分布由中心向边缘变大。

综上，本发明利用逼近法计算LED自由曲面透镜，从建立一个虚拟的尝试平面并给定尝试点出发，给出了修正计算的方法，进行多次循环计算，完全避开了求解方程等复杂的问题，不但可以得到很高的计算精度，和快速的收敛速度。

从计算的角度看，本发明的技术方案实际上是解决了一个从“方向”转为计算“落点”的问题，以前是由计算光线方向来求透镜形状，而现在近场问题则是要由计算光线落点而求透镜形状，这也一方法适用于远场情况的计算。

本方法无需复杂的计算就可以解决LED透镜计算的较为广泛的问题，这些问题包括：平面像面、非平面像面、远场照明、近场照明、单透镜、多透镜、均匀照度分布、非均匀照度分布等多种情况。本方法的强大功能在我们的实际应用中发挥了很大的作用。给LED二次光学设计带来了极大的方便。

需特别说明的是，在上述实施例中虽然仅以圆弧形像面为例，对其他类型的表面也是可以计算的。对于二次曲线，用其参数方程表示可以直接用本方法进行计算。其他类型的表面，也可以按照落点密度正比于照度的原则从照度分布求得希望落点位置。而对于常用的平面像面的情况则可以用大曲率半径的弧面来代替。如半径为1000m的园实际上完全可以看成平面。

并且，虽然本发明的技术方案是为了解决近场照明环境的透镜设计的计算问题所提出，但在非近场的情况也同样适用，只要令像面位置足够远即可。例如，1000m远处位置误差为1mm时其角度误差大概是0.0001度，可以让程序使用12位有效数字，则即使多次运算也不会带来有影响的误差。

还有，虽然本发明的上述实施例中没有对逼近的收敛条件和速度作严格的数学分析，但是从实际计算的结果来看，收敛的条件很宽松。对绝大多数的情况，10次以下的循环就可以完成最大误差在0.001mm的计算，并且，还可以将逐步逼近的方法推广到其它难以一次性直接计算的问题中去，如一个面既有反射又有透射的LED照明系统，此时无法解得面的形状同时满足两个要求，但逼近法却可以解决。

于本发明的一实施例中，本发明提供一种计算机设备，例如台式电脑、笔记本电脑、智能手机或平板电脑等，其包括：处理器、及存储器；所述存储器，用于存储计算机程序；所述处理器，用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述信号处理装置执行所述的透镜制作方法。

所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述计算机系统的控制中心，利用各种接口和线路连接计算机系统的各个部分。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述计算机系统的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据计算机设备使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

于本发明的一实施例中，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述的透镜制作方法。

需说明的是，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

综上所述，本发明提供透镜制作方法、计算机设备及存储介质，所述透镜制作方法包括：设定来自光源的n条光线的入射角度序列，所述n条光线将光强的空间分布均分，根据预设的像面上的照度分布要求，得到该像面上对应所述n条光线的n个目标落点的位置；设定尝试平面作为透镜最后一透镜面，以从取自其上的各尝试折射点分别与各目标落点的连线得到尝试出射角度序列，与入射角度序列比较得到总偏折角度序列，将总偏折角度按各透镜面偏折光线能力的权重分配给每个透镜面，再结合折射定律得到初步透镜面平面轮廓，根据其上光线在目标落点与目标落点的偏差，进行逼近修正得到修正后透镜面平面轮廓，用于制作各个透镜面以完成透镜制作；本发明通过逼近法避开复杂计算，将光线方向计算转化为落点计算，普适于远、近场情况下的透镜设计。

本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种透镜制作方法，其特征在于，包括：

在一透镜光轴经过的预设平面上，计算来自光源的n条光线的n个入射角度以构成n维的入射角度序列，其中，所述n条光线的入射角度满足其将光强的空间分布分为能量相等的n-1份的要求；

根据预设的像面上的照度分布要求，得到该像面上对应所述n条光线的n个目标落点的位置；

设定一尝试平面作为透镜的最后透镜面，并设定所述尝试平面上一一对应于所述n条光线的n个尝试折射点；并根据各尝试折射点至各自对应目标落点的连线以得到n个尝试出射光线及对应的n个尝试出射角度，所述n个尝试出射角度构成n维的尝试出射角度序列，且比较所述入射角度序列和出射角度序列得到n维的尝试总偏折角度序列；

按预先设定的透镜内各透镜面偏折光线能力的权重，将所述总偏折角序列中的每个总偏折角按所述权重分配到各所述透镜面，得到各所述光线经过每个透镜面前及后的光线角度，再执行透镜面确定步骤，包括：利用折射定律分别求得每个透镜面上各所述光线的折射点，其中，每个透镜面上的各所述折射点相连构成初步透镜面平面轮廓；

根据最后透镜面对应的初步透镜面平面轮廓的出射光线的落点与所述目标落点的偏差，对每个所述初步透镜面平面轮廓执行一次或循环执行多次逼近修正步骤，用于形成各个修正后透镜面平面轮廓，以供形成对应的各个透镜面；其中，所述逼近修正步骤包括：将最后透镜面上得到的各个折射点与对应目标落点的连线作为修正后出射光线，并将之替代所述尝试出射光线并再次执行所述透镜面确定步骤，以得到各个修正后透镜面平面轮廓。

2.根据权利要求1所述的透镜制作方法，其特征在于，所述像面的类型包括：曲面或平面。

3.根据权利要求1所述的透镜制作方法，其特征在于，所述尝试平面为供所述光轴垂直穿过的平面。

4.根据权利要求1所述的透镜制作方法，其特征在于，所述利用折射定律分别求得每个透镜面上各所述光线的折射点，包括：

在所述n条光线中的第一光线上取落在第一透镜面上的第一折射点；

通过偏折角计算步骤得到第一光线经过第一透镜面后的出射方向，所述偏折角计算步骤包括：获得所述第一光线与其对应目标落点的第一连接线，将所述第一连接线与第一光线间夹角按照第一透镜面与其相邻后一个的第二透镜面间偏折光线能力的权重比分割，将所述分割线作为第一光线经第一透镜面后的出射方向；

通过下一折射点确定步骤得到与第一光线相邻的第二光线在所述第一透镜面上的第二折射点，所述下一折射点确认步骤包括：结合折射定律计算确定第一折射点处的法线；将经过第一折射点的垂直所述法线的线段与相邻于所述第一光线的第二光线的交点作为第二折射点；

在所述第二折射点之后，以所计算的上一折射点为基础，通过所述偏折角计算步骤及下一折射点确定步骤依次计算得到n条所述光线中的剩余光线在所述第一透镜面上的折射点。

5.根据权利要求1所述的透镜制作方法，其特征在于，每个透镜面上的折射点间采用直线或平滑曲线相连。

6.根据权利要求1所述的透镜制作方法，其特征在于，所述透镜面的制作方式包括：

将修正后透镜面平面轮廓绕光轴旋转，以旋转形成的立体曲面或平面作为透镜面。

7.根据权利要求1所述的透镜制作方法，其特征在于，所述光源为LED光源。

8.一种计算机设备，其特征在于，包括：处理器、及存储器；

所述存储器，用于存储计算机程序；

所述处理器，用于执行所述存储器存储的计算机程序，以实现如权利要求1至7中任一项所述的透镜制作方法。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的透镜制作方法。

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