CN112377877B - 透镜的设计方法及系统、线条灯透镜 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种透镜的设计方法及系统、线条灯透镜，透镜的出射面为若干条并列设置的条纹所构成的条纹曲面，设计方法包括设计所述条纹的截面曲线的方法，包括以下步骤：配置配光角度和初始尺寸数据，初始尺寸数据包括透镜的高度数据和条纹的宽度数据；配置所述截面曲线上折射点的数量，基于宽度数据生成各折射点所对应的入射光线数据，并基于配光角度生成各折射点所对应的出射光线数据；将所述条纹的顶点或最低点作为初始折射点，基于所述高度数据确定初始折射点的坐标，并基于所述初始折射点的坐标、入射光线数据和出射光线数据，依次计算各折射点的折射点坐标；基于各折射点坐标生成条纹的截面曲线。本发明能够基于指定的配光角度设计出相应的条纹曲面。

Description

透镜的设计方法及系统、线条灯透镜

技术领域

本发明涉及照明技术领域，尤其涉及一种透镜的设计方法及系统、线条灯透镜。

背景技术

TIR，Total Internal Reflection，全内反射。

线条灯大量用于各种建筑物、室内外局部或轮廓照明，如建筑物轮廓勾画及广告牌的制作等场景，部分应用场景要求线条灯具有较小的尺寸同时还具有较大发散角。

常规TIR透镜的发散角为10°以内，公开号为CN206572440U的专利公开了一种基于全内反射的LED自由曲面透镜，该自由曲面透镜两侧运用全反射面对光线的发散作用，从而提高最后出光的发散角，但其该专利仅公开了出光发散角为60°的自由曲面透镜结构，且无法针对特定角度进行精确配光，适用范围窄。

发明内容

本发明针对现有技术中的缺点，提供了一种透镜的设计方法及系统、以及基于所述设计方法设计获得的线条灯透镜，通过该设计方法能够基于用户指定的配光角度对透镜的出射面进行精确配光。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种透镜的设计方法，所述透镜包括准直TIR结构和出射层，其中准直TIR结构和出射层位于内腔中，且出射层位于准直TIR结构的顶部；

所述出射层上表面为若干条并列设置的条纹所构成的条纹曲面，设计所述条纹的截面曲线的方法包括以下步骤：

配置配光角度和初始尺寸数据，其中，配光角度大于0且小于90°，初始尺寸数据包括所述透镜的高度数据和所述条纹的宽度数据；

配置所述截面曲线上折射点的数量，基于所述宽度数据生成各折射点所对应的入射光线数据，并基于所述配光角度生成各折射点所对应的出射光线数据；

将所述条纹的顶点或最低点作为初始折射点，基于所述高度数据确定初始折射点的坐标，并基于所述初始折射点的坐标、入射光线数据和出射光线数据，依次计算各折射点的折射点坐标；

基于各折射点坐标生成条纹的截面曲线。

作为一种可实施方式：

所述入射光线数据包括各入射光线的单位入射光线向量和起点坐标，所述出射光线数据包括各出射光线的单位出射光线向量和起点坐标，其中相对应的出射光线和入射光线的起点坐标相同；

所述单位出射光线向量的获取方法为：

获取预设的投射距离，基于所述配光角度和所述投射距离生成相应的发散距离；

基于所述折射点的数量对所述发散距离进行均分，获得各折射点对应的投射点坐标；

基于所述折射点的投射点坐标和起点坐标生成相应的单位出射光线向量。

作为一种可实施方式，所述起点坐标的获取方法为：

建立平面直角坐标系，将光源中心作为原点，将条纹阵列的方向作为x轴的方向，将准直后平行光的方向作为y轴的方向；

所述截面曲线为对称结构，从中取一半曲线作为待分析曲线；

配置所述待分析曲线上折射点的数量，基于所述折射点的数量和所述宽度数据生成各折射点对应入射光线的起点坐标。

作为一种可实施方式，当前折射点为第i个折射点，1＜i≤N，生成其对应的折射点坐标的方法为：

提取第i-1个折射点所对应的折射点坐标、单位入射光线向量和单位出射光线向量，计算获得相对应的单位切线向量；

提取当前折射点所对应的入射光线的单位入射光线向量和起点坐标，并结合第i-1个折射点所对应的折射点坐标及单位切线向量，生成相应的折射点坐标。

作为一种可实施方式：

基于所有折射点坐标生成非均匀有理B样条曲线，生成相应的待分析曲线；

基于y轴，对所述待分析曲线进行镜面处理，获得截面曲线。

本发明还提出一种透镜设计系统，包括：

配置模块，用于配置配光角度和初始尺寸数据，其中，配光角度大于0小于90°，初始尺寸数据包括所述透镜的高度数据和条纹的宽度数据；

设计模块，其包括配置单元、坐标计算单元和曲线生成单元；

所述配置单元，用于配置截面曲线上折射点的数量，基于所述宽度数据生成各折射点所对应的入射光线数据，并基于所述配光角度生成各折射点所对应的出射光线数据；

所述坐标计算单元，用于将所述条纹的顶点或最低点作为初始折射点，基于所述高度数据确定初始折射点的坐标，并基于所述初始折射点的坐标、入射光线数据和出射光线数据，依次计算各折射点的折射点坐标；

所述曲线生成单元，用于基于各折射点坐标生成条纹的截面曲线。

作为一种可实施方式，所述入射光线数据包括各入射光线的单位入射光线向量和起点坐标，所述出射光线数据包括各出射光线的单位出射光线向量和起点坐标，其中相对应的出射光线和入射光线的起点坐标相同；

所述配置单元包括数量配置子单元、起点坐标计算子单元和单位出射光线向量计算子单元；

所述单位出射光线向量计算子单元被配置为：

获取预设的投射距离，基于所述配光角度和所述投射距离生成相应的发散距离；

基于所述折射点的数量对所述发散距离进行均分，获得各折射点对应的投射点坐标；

基于所述折射点的投射点坐标和起点坐标生成相应的单位出射光线向量。

作为一种可实施方式：

所述起点坐标计算子单元，用于基于折射点的数量和所述宽度数据对所述截面曲线进行均分，基于均分结果生成各折射点对应入射光线的起点坐标。

作为一种可实施方式，坐标计算单元包括切线计算子单元和坐标计算子单元，在当前折射点为第i个折射点，1＜i≤N，N为折射点的数量时：

所述切线计算子单元，提取第i-1个折射点所对应的折射点坐标、单位入射光线向量和单位出射光线向量，计算获得相对应的单位切线向量；

所述坐标计算子单元，用于提取当前折射点所对应的入射光线的单位入射光线向量和起点坐标，并结合第i-1个折射点所对应的折射点坐标及单位切线向量，生成相应的折射点坐标。

本发明还提出一种线条灯透镜，所述线条灯透镜为基于上述任意一项方法所设计获得的透镜。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

本发明基于所指定的配光角度和折射定律设计一条曲线，准直进入的光通过该曲线后在所设定的配光角度的范围间均匀发散，将该曲线进行拉伸后获得条纹，将所得条纹阵列后获得相应的条纹曲面，本发明将该条纹曲面作为透镜的出射面，使所得透镜具有所指定的发散角度，且出射光线通过各条纹的折射于接收面混光，从而获得亮度均匀的方形光斑。

本发明所设计的透镜通过准直TIR结构将光源光线转换为准直的平行光，再通过出射层上表面的条纹曲面对各平行光进行折射，以提高最后出光的发散角度，发散角度最大可达到90°，适用于线条灯等对透镜尺寸和发散角度有特定要求的场景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所设计的透镜的第一结构示意图；

图2是图1所示透镜的第二结构示意图；

图3是图1所示透镜的光线出射示意图；

图4是图3中区域A的光线出射放大示意图；

图5是案例中标准样本透镜的尺寸示意图；

图6是案例中目标透镜的光通量分布图；

图7是案例中目标透镜的两个剖面的光强分布图；

图8是案例中目标透镜的第一配光曲线(直角坐标)；

图9是案例中目标透镜的第二配光曲线(极坐标)；

图10是案例中目标透镜的第三配光曲线(极坐标ISO)。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例1、一种透镜，如图1至4所示，所述透镜包括透镜主体和具有内腔的外壳3，其中透镜主体包括准直TIR结构1和出射层2，准直TIR结构1和出射层2位于内腔中，且出射层2位于准直TIR结构1的顶部。

如图3所示，光源发光面中心位于透镜底部正中间，准直TIR结构1用于将光源光线转换为准直的平行光出射至所述出射层2；所述出射层2上表面为由若干条并列设置的条纹所构成的条纹曲面21，该条纹曲面21即为透镜的出射面。

所述条纹曲面21为对称结构，且所述条纹曲面21的中心点为一条纹的最高点或最低点,本实施例中中心点为最低点，参照图4，所述条纹为对称结构，准直的平行光线通过条纹向条纹的两侧发散出射，由于所述条纹曲面21由条纹进行阵列获得，故将得到一个方向成θ度发散的方斑。

如图5所示，设计所述条纹的截面曲线的方法包括以下步骤：

S100、配置配光角度和初始尺寸数据，其中，配光角度大于0小于90°，初始尺寸数据包括所述透镜的高度数据和所述条纹的宽度数据；

S200、配置所述截面曲线上折射点的数量，基于所述宽度数据生成各折射点所对应的入射光线数据，并基于所述配光角度生成各折射点所对应的出射光线数据；

S300、将所述条纹的顶点或最低点作为初始折射点，基于所述高度数据确定初始折射点的坐标，并基于所述初始折射点的坐标、入射光线数据和出射光线数据，依次计算各折射点的折射点坐标；

S400、基于各折射点坐标生成条纹的截面曲线。

本实施例中所设计的透镜，其通过准直TIR结构1将光源光线转换为准直的平行光，再通过出射层2上表面的条纹曲面21对各平行光进行折射，以提高最后出光的发散角度，发散角度最大可达到90°，通过本实施例所公开的方法，可设计获得具有指定发散角度的透镜。

本实施例中通过设计条纹曲面21中单个条纹的截面曲线，即可由截面曲线生成相应的条纹曲面21，例如可将所述截面曲线进行拉伸后获得相应条纹，再将所述条纹进行阵列后获得条纹曲面21，本实施例中将截面曲线的拉伸方向作为透镜0°方向，将条纹阵列的方向作为透镜90°方向，通过指定透镜90°方向的发散角度(即，配光角度)设计相对应的条纹曲面21。

步骤S100中所述配光角度为条纹阵列的方向上用户所指定的发散角度；

在设计透镜的过程中，根据实际需要配置配光角度，令其大于0且小于90°；

当配光角度为0时，即出射层2上表面为平面，出射光为准直的平行光；

当配光角度大于90°时，准直的平行光线将会于条纹曲面21上发生全反射，无法实现发散出射。

本领域技术人员可根据实际需要自行配置条纹的宽度数据，本实施例中条纹的宽度为所述线条灯透镜的直径的10％～20％。

当条纹的宽度较小时，加工时所要求的精度较高，将提高制备成本，当条纹的宽度较大时，条纹的数量较少，导致透镜的混光效果差。

步骤S200中配置所述截面曲线上折射点的数量，基于所述宽度数据生成各折射点所对应的入射光线数据，并基于所述配光角度生成各折射点所对应的出射光线数据的具体步骤为：

S210、建立平面直角坐标系，将光源中心作为原点，将条纹阵列的方向(即，透镜90°方向)作为x轴的方向，将准直后平行光的方向作为y轴的方向。

S220、获取入射光线数据，所述入射光线数据包括各入射光线的单位入射光线向量和起点坐标；

S221、获取起点坐标：

由于截面曲线为对称曲线，本实施例中取从最低点到顶点的截面曲线作为待分析曲线；

配置所述待分析曲线上折射点的数量，基于所述折射点的数量和所述宽度数据生成各折射点对应入射光线的起点坐标；

由于条纹曲面21的中心点为条纹的顶点或最低点，故本领域技术人员预先确定条纹曲面21的中心点后，基于条纹的宽度L即可确定待分析曲线在x轴上的范围，本实施例中以条纹曲面21的中心点为最低点为例，取x轴上0至0.5L区间范围内的曲线作为待分析曲线。

本实施例中第i条入射光线的起点坐标为(x(i),0)，其中x(i)的计算公式为：

其中，i≤N，L表示条纹的宽度。

S222、获取单位入射光线向量：

入射光线即为准直TIR结构1准直后的平行光，故各入射光线的单位入射光线向量

均表示为(0,1)。

S230、获取出射光线数据，所述出射光线数据包括各出射光线的单位入射光线向量和起点坐标；

由于相对应的出射光线和入射光线的起点坐标相同，故第i条出射光线的起点坐标亦为(x(i),0)。

获取单位出射光线向量的方法为：

S231、获取预设的投射距离，基于所述配光角度和所述投射距离生成相应的发散距离；

上述投射距离即透镜至接收面的距离，接收面正对所述透镜，在所建立的平面直角坐标系中，各出射光线的在该接收面上的投射点因当分布在距离y轴0到R的范围内；

配光角度、投射距离与发散距离的关系如下式所示：

其中，θ表示配光角度，R表示发散距离，h表示投射距离，由于条纹左右对称，故基于

进行发散距离的计算。本领域技术人员可根据透镜的实际使用场景自行设定投射距离和发散角度，计算获得相应的投射距离；

S232、基于所述折射点的数量对所述发散距离进行均分，获得各折射点对应的投射点坐标；

本实施例中，第i条出射光线对应的投射点的投射点坐标为(r(i),h)，r(i)的计算公式为：

S233、基于所述折射点的投射点坐标和起点坐标生成相应的单位出射光线向量。

计算单位出射光线向量

的公式为：

步骤S300中将所述条纹的顶点或最低点作为初始折射点，基于所述高度数据确定初始折射点的坐标，并基于所述初始折射点的坐标、入射光线数据和出射光线数据，本实施例中依次计算各折射点的折射点坐标的具体步骤包括以下两种方式：

当前折射点为第1个折射点，折射点坐标为所述初始折射点的坐标，即(0，H)，H为透镜的高度，入射光线通过条纹的最低点准直出射。

当前折射点为第i个折射点，1＜i≤N，生成其对应的折射点坐标的方法为：

S311、提取第i-1个折射点所对应的折射点坐标、单位入射光线向量和单位出射光线向量，计算获得相对应的单位切线向量；

入射光线和出射光线满足折射定律，计算第i-1个折射点所对应的单位切线向量

的公式为：

其中，n₀表示出射光线对应的折射率，ni表示入射光线对应的折射率，n₀和ni由出射层2材质所决定；

表示第i条出射光线对应的单位出射光线向量，

表示第i条入射光线对应的单位入射光线向量。

S312、提取当前折射点所对应的入射光线的单位入射光线向量和起点坐标，并结合第i-1个折射点所对应的折射点坐标及单位切线向量，生成相应的折射点坐标。

已知起点和方向即可获得相应射线，将第i-1个折射点的坐标作为起点，单位切线向量确定方向，从而获得相应切线；

令所得切线与当前折射点的入射光线相交，将所得交点作为当前折射点的折射点坐标。

按照上述步骤，依次计算获得每一个折射点的折射点坐标。

由于折射点坐标为所在待分析曲线上的离散坐标，故可基于各折射点坐标生成相应的截面曲面，具体步骤为：

基于所有折射点坐标生成非均匀有理B样条曲线，生成相应的待分析曲线。

注、当初始折射点为顶点时，亦可参照上述步骤生成相应的非均匀有理B样条曲线，故不再本说明书中进行重复介绍。

两种方案的初始折射点的坐标的纵坐标均为H，即，当初始折射点为对应条纹的最低点时，所得非均匀有理B样条曲线为上升曲线，反之为下降曲线。

基于y轴，对所述待分析曲线进行镜面处理，获得截面曲线。

以下通过一个具体的案例，所本实施例所公开的设计方法进行详细介绍：

本案例中透镜高度为12mm、条纹宽度为2mm、配光角度为60°，由于所述条纹左右对称，待分析曲线的宽度为1mm，。

1、获取入射光线数据：

将所要设计的待分析曲线划分为N个折射点，此时N个折射点将1mm等分为N-1份，故第i个折射点的横坐标x(i)为

由于入射光线为准直，令入射光线起点坐标的横坐标为相应折射点的横坐标，纵坐标为0，即，起点坐标为(x(i)，0)，此时各入射光线的单位入射光线向量

均表示为(0,1)。

2、获取出射光线数据：

设接受面距离透镜的距离h＝1000mm，此时R＝tan(30°)*1000mm≈577.35mm；

由于出射光线与入射光线一一对应，N个投射点将投射面上将发散距离R等分为N-1份，从而计算获得每个投射点的横坐标

由于第i个出射光线的起点坐标亦为(x(i)，0)，故其单位出射光线向量

为norm(r(i)-x(i),h)。

3、将第i-1个折射点对应的切线与第i条入射光线的交点作为第i个折射点的折射点坐标：

基于透镜高度可知初始折射点的坐标为(0,12)，其对应的出射光线的起点坐标为原点，投射点坐标为(0，h)，计算获得其对应的单位切线向量

的方向为x轴正方向，以折射点坐标和单位切线向量

构建切线，计算上述切线和第二条入射光线交点，获得第二个折射点的折射点坐标，即(x(2)，12)。

以此类推，获得所有折射点的折射点坐标。

4、生成截面曲线：

基于所有折射点坐标生成非均匀有理B样条曲线，获得待分析曲线。

基于y轴，对所述待分析曲线进行镜面处理，获得截面曲线。

5、生成条纹曲面21：

将截面曲线进行拉伸，获得一条纹；

将所得条纹沿x轴方向进行阵列，其中各条纹依次衔接，获得相应的条纹曲面21。

6、调整透镜0度方向发散角度；

将透镜90°方向发散角度记为第一发散角，透镜0度方向发散角度记为第二发散角，在一定范围内，将整个透镜等比例缩放时，透镜尺寸大小与其第二发散角成线性，故可将标准透镜按照原点进行缩放，能够增大所得缩放透镜的第二发散角，以实现通过缩放的方式调整第二发散角。

具体步骤为：

基于步骤5所设计的条纹曲面21制备获得标准样本透镜，本案例中标准样本透镜的尺寸如图5所示；

将所述标准样本透镜按照不同缩放比例缩放后获得相应的缩放样本透镜；

采集所述标准样本透镜和各缩放样本透镜的第二发散角，建立缩放映射关系；

获取所指定的第二发散角，基于所述缩放映射关系获得相应的缩放比例，基于所述缩放比例生成相应的目标透镜。

本案例中缩放映射关系满足以下二次方程：

y＝p1*x²+p2*x+p3；

其中y表示第二发散角，x表示缩放比例，其中x介于0.7到1.3之间，p1、p2、p3为系数，本实施例中p1＝24.17、p2＝-72.94、p3＝63.16。

本案例中标准样本透镜的第二发散角为14°，用户指定的第二发散角20°时，对应的缩放系数约为0.8。

本案例中将标准样本透镜缩放0.8倍时获得目标透镜，其第一发散角保持60°，第二发散角增大为20°，最终得到的结果为20*60°的方形光斑。

基于光线追迹软件TracePro对本案例所得透镜进行验证，具体步骤为：

设置一半径为1500mm的接收板作为实际天花板的模型，在天花板下方1000mm的地方放置透镜，并采用2.8mm*3.5mm的光源进行仿真，结果如图6至10所示。

由图6所示的光通量分布图可知，中间的光斑呈长方形形状，即证明本案例中所设计的条纹曲面21所得到的光斑为方斑，由图7所示的光强分布图可知，即证明本案例中所设计的条纹曲面21在增加发散角度的同时，还能实现均匀混光。

参考图8至图10所示的配光曲线，可知所得透镜的第一发散角为60°，第二发散角为20°。

实施例2、当初始折射点为顶点时，基于截面曲线生成相应的条纹曲面21后，还包括尺寸优化步骤：

高度数据还包括出射层2的厚度；

基于各折射点坐标，计算获得所述条纹的高度；

当所述条纹的高度小于所述出射层2的厚度时，将所述条纹的高度作为出射层2的厚度。

当适用场景对尺寸有较严格的要求时，以初始折射点为顶点，参照实施例生成相应的条纹曲面21，此时条纹曲面21的最高点为预设的透镜高度，条纹曲面的最低点不低于准直TIR结构1的上表面。

由于准直的平行光于条纹曲面21处发生折射，故可基于条纹的高度调整出射层2的厚度，使得条纹曲面21的最低点与准直TIR结构1的上表面相接，从而进一步缩减所得透镜的高度。

实施例3、一种透镜设计系统，包括：

配置模块，用于配置配光角度和初始尺寸数据，其中，配光角度大于0小于90°，初始尺寸数据包括所述透镜的高度数据和所述条纹的宽度数据；

设计模块，其包括配置单元、坐标计算单元和曲线生成单元；

所述配置单元，用于配置所述截面曲线上折射点的数量，基于所述宽度数据生成各折射点所对应的入射光线数据，并基于所述配光角度生成各折射点所对应的出射光线数据；

所述坐标计算单元，用于将所述条纹的顶点或最低点作为初始折射点，基于所述高度数据确定初始折射点的坐标，并基于所述初始折射点的坐标、入射光线数据和出射光线数据，依次计算各折射点的折射点坐标；

所述曲线生成单元，用于基于各折射点坐标生成条纹的截面曲线。

所述配置单元包括数量配置子单元、起点坐标计算子单元和单位出射光线向量计算子单元；

所述单位出射光线向量计算子单元被配置为：

获取预设的投射距离，基于所述配光角度和所述投射距离生成相应的发散距离；

基于所述折射点的数量对所述发散距离进行均分，获得各折射点对应的投射点坐标；

基于所述折射点的投射点坐标和起点坐标生成相应的单位出射光线向量。

所述起点坐标计算子单元，用于基于折射点的数量和所述宽度数据对所述截面曲线进行均分，基于均分结果生成各折射点对应入射光线的起点坐标。

坐标计算单元包括切线计算子单元和坐标计算子单元，在当前折射点为第i个折射点，1＜i≤N，N为折射点的数量时：

所述切线计算子单元，提取第i-1个折射点所对应的折射点坐标、单位入射光线向量和单位出射光线向量，计算获得相对应的单位切线向量；

所述坐标计算子单元，用于提取当前折射点所对应的入射光线的单位入射光线向量和起点坐标，并结合第i-1个折射点所对应的折射点坐标及单位切线向量，生成相应的折射点坐标。

对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

实施例4、一种线条灯透镜，所述线条灯透镜为实施例1设计获得的透镜。

如图1至图5所示，所述透镜的透镜本体和外壳3例如可采用一体成型结构，透镜本体即准直TIR结构1和出射层2，所述外壳3用于支撑和保护透镜本体。

准直TIR结构1具有内表面和外表面13，其中内表面用于折射光源光线，外表面13用于反射光源光线；

所述内表面合围形成容纳腔，用于放置光源。

所述内表面包括相连的第一折射面11和第二折射面12，部分光源光线通过第一折射面12准直后射向出射层2，剩余光源光线通过第二折射面12折射后设向外表面13，由外表面13反射后形成射向出射层2的准直光线。

本实施例中外壳3为圆筒结构，准直TIR结构1、出射层2位于所述外壳3的内腔中，外壳3的顶端高于所述准直TIR结构1的上表面，且不超出所述出射层2的顶端。

实施例5、一种线条灯透镜，所述线条灯透镜为实施例2设计获得的透镜。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

需要说明的是：

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种透镜的设计方法，其特征在于，所述透镜包括准直TIR结构和出射层，其中准直TIR结构和出射层位于内腔中，且出射层位于准直TIR结构的顶部；

所述出射层上表面为若干条并列设置的条纹所构成的条纹曲面，设计所述条纹的截面曲线的方法包括以下步骤：

配置配光角度和初始尺寸数据，其中，配光角度大于0且小于90°，初始尺寸数据包括所述透镜的高度数据和所述条纹的宽度数据；

配置所述截面曲线上折射点的数量，基于所述宽度数据生成各折射点所对应的入射光线数据，并基于所述配光角度生成各折射点所对应的出射光线数据，所述入射光线数据包括各入射光线的单位入射光线向量和起点坐标，所述出射光线数据包括各出射光线的单位出射光线向量和起点坐标，其中相对应的出射光线和入射光线的起点坐标相同； 将所述条纹的顶点或最低点作为初始折射点，基于所述高度数据确定初始折射点的坐标，并基于所述初始折射点的坐标、入射光线数据和出射光线数据，依次计算各折射点的折射点坐标；

基于各折射点坐标生成条纹的截面曲线；

其中，所述单位出射光线向量的获取方法为：

获取预设的投射距离，基于所述配光角度和所述投射距离生成相应的发散距离；

基于所述折射点的数量对所述发散距离进行均分，获得各折射点对应的投射点坐标；

基于所述折射点的投射点坐标和起点坐标生成相应的单位出射光线向量。

2.根据权利要求1所述的透镜的设计方法，其特征在于，所述起点坐标的获取方法为：

建立平面直角坐标系，将光源中心作为原点，将条纹阵列的方向作为x轴的方向，将准直后平行光的方向作为y轴的方向；

所述截面曲线为对称结构，从中取一半曲线作为待分析曲线；

配置所述待分析曲线上折射点的数量，基于所述折射点的数量和所述宽度数据生成各折射点对应入射光线的起点坐标。

3.根据权利要求2所述的透镜的设计方法，其特征在于，当前折射点为第i个折射点，1＜i≤N，生成其对应的折射点坐标的方法为：

提取第i-1个折射点所对应的折射点坐标、单位入射光线向量和单位出射光线向量，计算获得相对应的单位切线向量；

提取当前折射点所对应的入射光线的单位入射光线向量和起点坐标，并结合第i-1个折射点所对应的折射点坐标及单位切线向量，生成相应的折射点坐标。

4.根据权利要求3所述的透镜的设计方法，其特征在于：

基于所有折射点坐标生成非均匀有理B样条曲线，生成相应的待分析曲线；

基于y轴，对所述待分析曲线进行镜面处理，获得截面曲线。

5.一种透镜设计系统，其特征在于，包括：

配置模块，用于配置配光角度和初始尺寸数据，其中，配光角度大于0小于90°，初始尺寸数据包括所述透镜的高度数据和条纹的宽度数据；

设计模块，其包括配置单元、坐标计算单元和曲线生成单元；

所述配置单元，用于配置截面曲线上折射点的数量，基于所述宽度数据生成各折射点所对应的入射光线数据，并基于所述配光角度生成各折射点所对应的出射光线数据，所述入射光线数据包括各入射光线的单位入射光线向量和起点坐标，所述出射光线数据包括各出射光线的单位出射光线向量和起点坐标，其中相对应的出射光线和入射光线的起点坐标相同；

所述坐标计算单元，用于将所述条纹的顶点或最低点作为初始折射点，基于所述高度数据确定初始折射点的坐标，并基于所述初始折射点的坐标、入射光线数据和出射光线数据，依次计算各折射点的折射点坐标；

所述曲线生成单元，用于基于各折射点坐标生成条纹的截面曲线；

所述配置单元包括数量配置子单元、起点坐标计算子单元和单位出射光线向量计算子单元；

所述单位出射光线向量计算子单元被配置为：

获取预设的投射距离，基于所述配光角度和所述投射距离生成相应的发散距离；

基于所述折射点的数量对所述发散距离进行均分，获得各折射点对应的投射点坐标；

基于所述折射点的投射点坐标和起点坐标生成相应的单位出射光线向量。

6.根据权利要求5所述的透镜设计系统，其特征在于：

所述起点坐标计算子单元，用于基于折射点的数量和所述宽度数据对所述截面曲线进行均分，基于均分结果生成各折射点对应入射光线的起点坐标。

7.根据权利要求6所述的透镜设计系统，其特征在于，坐标计算单元包括切线计算子单元和坐标计算子单元，在当前折射点为第i个折射点，1＜i≤N，N为折射点的数量时：

所述切线计算子单元，提取第i-1个折射点所对应的折射点坐标、单位入射光线向量和单位出射光线向量，计算获得相对应的单位切线向量；

所述坐标计算子单元，用于提取当前折射点所对应的入射光线的单位入射光线向量和起点坐标，并结合第i-1个折射点所对应的折射点坐标及单位切线向量，生成相应的折射点坐标。

8.一种线条灯透镜，其特征在于，所述线条灯透镜为基于权利要求1至4任意一项方法所设计获得的透镜。

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