CN112393136A - 60度光束角透镜结构的生成方法 - Google Patents

60度光束角透镜结构的生成方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112393136A
CN112393136A CN202011374768.7A CN202011374768A CN112393136A CN 112393136 A CN112393136 A CN 112393136A CN 202011374768 A CN202011374768 A CN 202011374768A CN 112393136 A CN112393136 A CN 112393136A
Authority
CN
China
Prior art keywords
point
lens structure
beam angle
light source
refraction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011374768.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112393136B (zh
Inventor
王园园
仇旻
樊军
周键斌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang Guangcone Technology Co ltd
Original Assignee
Zhejiang Guangcone Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang Guangcone Technology Co ltd filed Critical Zhejiang Guangcone Technology Co ltd
Priority to CN202011374768.7A priority Critical patent/CN112393136B/zh
Publication of CN112393136A publication Critical patent/CN112393136A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112393136B publication Critical patent/CN112393136B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S4/00—Lighting devices or systems using a string or strip of light sources
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V17/00—Fastening of component parts of lighting devices, e.g. shades, globes, refractors, reflectors, filters, screens, grids or protective cages
    • F21V17/10—Fastening of component parts of lighting devices, e.g. shades, globes, refractors, reflectors, filters, screens, grids or protective cages characterised by specific fastening means or way of fastening
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

本申请涉及一种60度光束角透镜结构的生成方法，通过设定满足60度光束角的折射场景，并将折射场景和平面直角坐标系耦合，通过求解常微分方程可以得到透镜结构曲面的母线。通过将透镜结构曲面的母线在平面直角坐标系中绕Y轴旋转360度形成曲面，以及将曲面与X轴所包围形成封闭几何体，使得60度光束角透镜结构最终得以生成，最终得到的60度光束角透镜结构的结构简单，组装简单，成本低。

Description

60度光束角透镜结构的生成方法
技术领域
本申请涉及透镜技术领域，特别是涉及一种60度光束角透镜结构的生成方法。
背景技术
线条灯是用于勾勒建筑轮廓的设备，通常具有较多的灯珠和较小的尺寸，并且对出光角度也有一定的要求，因此在线条灯中设置透镜能够有效满足线条灯的出光角度。传统能进行60度配光的线条灯透镜一般结构较为复杂，导致透镜设计成本和生产成本较高，投入使用时组装也比较困难。
发明内容
基于此，有必要针对传统60度光束角透镜结构较为复杂，导致透镜设计成本和生产成本较高，投入使用时组装也比较困难的问题，提供一种60度光束角透镜结构的生成方法。
本申请提供一种60度光束角透镜结构的生成方法，所述60度光束角透镜结构应用于线条灯，所述60度光束角透镜结构的生成方法包括：
设定一个折射场景；所述折射场景包括点光源、曲面和目标水平面，所述曲面的两侧分别为第一介质和第二介质，所述点光源处于所述第一介质中，所述目标水平面处于所述第二介质中，由所述点光源为端点出发的多条射线在所述曲面上发生折射，射向所述目标水平面并在所述目标水平面上形成圆形光斑；所述圆形光斑的半径L为577毫米，所述点光源与所述目标水平面的直线距离H为1000毫米；
以所述点光源为坐标原点构建平面直角坐标系，进而将所述折射场景与平面直角坐标系耦合；
设定每条以点光源为端点出发的射线与曲面相交的交点为折射点，设定折射点与点光源的直线距离为r，设定每条以点光源为端点出发的射线与Y轴的夹角为θ，依据公式1计算得到多个折射点数据组(θ，r)，每一个θ与一个r对应；
Figure BDA0002807890960000021
其中，r为折射点与点光源的直线距离，θ为以点光源为端点出发的射线与Y轴的夹角，H为点光源与所述目标水平面的直线距离，L为圆形光斑的半径，n1为第一介质的折射率，n2为第二介质的折射率；
将每一个折射点数据组(θ，r)转化为一个处于平面直角坐标系中的坐标点，得到多个折射点坐标点；
用平滑的曲线将所述多个折射点坐标点顺次连接，生成一条曲线，将该曲线设置为透镜结构的母线；
以Y轴为旋转轴，将所述透镜结构的母线绕Y轴旋转360度形成的曲面与X轴所包围构成的封闭几何体作为60度光束角透镜结构，所述60度光束角透镜结构包括一个透镜曲面和一个圆形的透镜底面。
进一步地，依据公式1计算得到多个折射点数据组(θ，r)，包括：
设定每条以点光源为端点出发的射线与曲面相交的交点为折射点，设定折射点与点光源的直线距离为r，设定每条以点光源为端点出发的射线与Y轴的夹角为θ，依据所述折射场景构建常微分方程，所述常微分方程表示为公式1；
Figure BDA0002807890960000031
其中，r为折射点与点光源的直线距离，θ为以点光源为端点出发的射线与Y轴的夹角，H为点光源与所述目标水平面的直线距离，L为圆形光斑的半径，n1为第一介质的折射率，n2为第二介质的折射率；
将H等于1000毫米，L等于577毫米带入公式1中的常微分方程，并采用龙格-库塔算法求解公式1中的常微分方程，得到多个折射点数据组(θ，r)，每一个θ与一个r对应。
进一步地，将每一个折射点数据组(θ，r)转化为一个处于平面直角坐标系中的坐标点，包括：
选取一个折射点数据组(θ，r)；
依据公式2将折射点数据组(θ，r)转化为折射点坐标点(x，y)；
Figure BDA0002807890960000032
其中，θ为以点光源为端点出发的射线与Y轴的夹角，r为折射点与点光源的直线距离，x为折射点坐标点的横坐标；y为折射点坐标点的纵坐标；
反复执行上述两个步骤，直至所有折射点数据组(θ，r)均转化为折射点坐标点(x，y)。
进一步地，在以Y轴为旋转轴，将所述透镜结构的母线绕Y轴旋转360度形成的曲面与X轴所包围构成的封闭几何体作为60度光束角透镜结构之后，所述60度光束角透镜结构的生成方法还包括：
将平凸镜阵列贴附于所述透镜底面的表面，以使所述平凸镜阵列与所述60度光束角透镜结构进行组合，形成具有平凸镜阵列的60度光束角透镜结构。
进一步地，以Y轴为旋转轴，将所述透镜结构的母线绕Y轴旋转360度形成的曲面与X轴所包围构成的封闭几何体作为60度光束角透镜结构，包括：
以Y轴为旋转轴，将所述透镜结构的母线绕Y轴旋转360度形成的曲面作为透镜曲面；
获取所述透镜结构的母线与X轴的交点的横坐标，以该横坐标为半径生成圆，将以该横坐标为半径生成的圆作为透镜底面；
将透镜曲面和透镜底面扣合，形成封闭的几何体，将该封闭几何体作为60度光束角透镜结构。
进一步地，在以Y轴为旋转轴，将所述透镜结构的母线绕Y轴旋转360度形成的曲面与X轴所在的水平面包围构成的封闭几何体作为60度光束角透镜结构之前，所述60度光束角透镜结构的生成方法还包括：
在所述透镜结构的母线中，选取横坐标数值最大的坐标点，作为分界点；
以所述分界点纵坐标为基准，对所述透镜结构的母线进行截取处理，将所述透镜结构的母线中纵坐标数值大于所述分界点纵坐标数值的所有坐标点去除，生成经截取处理后的母线。
进一步地，以Y轴为旋转轴，将所述透镜结构的母线绕Y轴旋转360度形成的曲面与X轴所包围构成的封闭几何体作为60度光束角透镜结构，包括：
以Y轴为旋转轴，将所述经截取处理后的母线绕Y轴旋转360度形成的曲面作为透镜曲面；
以分界点横坐标的数值为半径生成圆，将以所述分界点的横坐标的数值为半径生成的圆作为透镜底面；
将透镜曲面和透镜底面扣合，形成封闭的几何体，将该封闭几何体作为60度光束角透镜结构。
进一步地，在将平凸镜阵列贴附于所述透镜底面的表面，以使所述平凸镜阵列与所述60度光束角透镜结构进行组合，形成具有平凸镜阵列的60度光束角透镜结构之后，所述60度光束角透镜结构的生成方法还包括：
对点光源的放置位置进行补偿性调整，以使基于经截取处理后的母线生成的60度光束角透镜结构的光束角为60度。
进一步地，对点光源的放置位置进行补偿性调整包括：
在靠近所述透镜底面一侧放置点光源，并设置N个采样距离，所述采样距离为点光源与透镜底面的直线距离，N为正整数且N大于3；
以不同的采样距离设置点光源的放置位置，并在不同的采样距离下获取不同的60度光束角透镜结构的光束角，得到N个光束角，每一个采样距离对应一个光束角；
对N个光束角进行多项式函数拟合，生成光束角为60度时对应的采样距离并存储。
进一步地，在对点光源的放置位置进行补偿性调整之后，还包括：
利用光线追迹软件TracePro对具有平凸镜阵列的60度光束角透镜结构进行仿真，生成仿真结果并存储。
本申请涉及一种60度光束角透镜结构的生成方法，通过设定满足60度光束角的折射场景，并将折射场景和平面直角坐标系耦合，通过求解常微分方程可以得到透镜结构曲面的母线。通过将透镜结构曲面的母线在平面直角坐标系中绕Y轴旋转360度形成曲面，以及将曲面与X轴所包围形成封闭几何体，使得60度光束角透镜结构最终得以生成，最终得到的60度光束角透镜结构的结构简单，组装简单，成本低。
附图说明
图1为本申请一实施例提供的60度光束角透镜结构的生成方法的流程示意图；
图2为本申请一实施例提供的60度光束角透镜结构的生成方法中，折射场景的示意图；
图3为本申请一实施例提供的60度光束角透镜结构的生成方法中，透镜结构的母线的示意图；
图4为本申请一实施例提供的60度光束角透镜结构的生成方法中，透镜曲面的生成过程的示意图；
图5为本申请一实施例提供的60度光束角透镜结构的生成方法中，60度光束角透镜结构的结构示意图；
图6为本申请一实施例提供的60度光束角透镜结构的生成方法中，具有平凸镜阵列的60度光束角透镜结构的结构示意图；
图7为本申请一实施例提供的60度光束角透镜结构的生成方法中，60度光束角透镜结构在生成过程中的拔模示意图；
图8为本申请一实施例提供的60度光束角透镜结构的生成方法中，透镜结构的母线中取横坐标数值最大的坐标点的示意图；
图9为本申请一实施例提供的60度光束角透镜结构的生成方法中，经截取处理后的透镜结构的母线的示意图；
图10为本申请一实施例提供的60度光束角透镜结构的生成方法中，透镜曲面的生成过程的示意图；
图11为本申请一实施例提供的60度光束角透镜结构的生成方法中，点光源与透镜底面的位置关系图；
图12为本申请一实施例提供的60度光束角透镜结构的生成方法中的照度图a；
图13为本申请一实施例提供的60度光束角透镜结构的生成方法中的照度图b；
图14为本申请一实施例提供的60度光束角透镜结构的生成方法中的坎德拉图；
图15为本申请一实施例提供的60度光束角透镜结构的生成方法中的在平面直角坐标系下的配光曲线；
图16为本申请一实施例提供的60度光束角透镜结构的生成方法中的在极坐标系下的配光曲线。
附图标记：
110-60度光束角透镜结构；111-透镜曲面；112-透镜底面；
120-平凸镜阵列；121-平凸镜
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。
本申请提供一种60度光束角透镜结构的生成方法。需要说明的是，本申请提供的60度光束角透镜结构的生成方法可以生成一种60度光束角透镜结构110，所述60度光束角透镜结构110可以应用于线条灯。
此外，本申请提供的60度光束角透镜结构的生成方法不限制其执行主体。可选地，本申请提供的60度光束角透镜结构的生成方法的执行主体的可以为一种透镜结构处理终端。具体地，本申请提供的60度光束角透镜的生成方法的执行主体的可以为所述透镜结构处理终端中的一个或多个处理器。
如图1所示，在本申请的一实施例中，所述60度光束角透镜结构的生成方法包括如下步骤S100至步骤S700：
S100，设定一个折射场景。所述折射场景包括点光源、曲面和目标水平面。所述曲面的两侧分别为第一介质和第二介质。所述点光源处于所述第一介质中。所述目标水平面处于所述第二介质中。由所述点光源为端点出发的多条射线在所述曲面上发生折射，射向所述目标水平面并在所述目标水平面上形成圆形光斑。所述圆形光斑的半径L为577毫米。所述点光源与所述目标水平面的直线距离H为1000毫米。
具体地，所述第一介质可以理解为入射介质。所述第一介质可以为PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。所述第二介质可以理解为出射介质。所述第二介质可以为空气。如图2所示，建立这个折射场景的意义是，向1000毫米外投送半径为577毫米的圆形光斑，此时获得的光束角恰好约为60度。
可选地，可以在透镜结构处理终端中的虚拟建模平台中基于虚拟现实建模技术构建所述折射场景。
S200，以所述点光源为坐标原点构建平面直角坐标系，进而将所述折射场景与平面直角坐标系耦合。
具体地，通过将所述折射场景与平面直角坐标系耦合，这样可以将折射场景中的各个参数定量化，从而可以定量分析。
S300，如图2所示，设定每条以点光源为端点出发的射线与曲面相交的交点为折射点。设定折射点与点光源的直线距离为r。设定每条以点光源为端点出发的射线与Y轴的夹角为θ。依据公式1计算得到多个折射点数据组(θ，r)。
每一个θ与一个r对应。
Figure BDA0002807890960000091
其中，r为折射点与点光源的直线距离。θ为以点光源为端点出发的射线与Y轴的夹角。H为点光源与所述目标水平面的直线距离。L为圆形光斑的半径。n1为第一介质的折射率。n2为第二介质的折射率。
具体地，公式1是一个常微分方程，
Figure BDA0002807890960000092
为r对θ的导数，对该常微分方程求解，可以得到多对数据，每一对数据中均有1个θ与一个r。那么通过记录这些数据对，可以将数据对以数据组的形式展现，生成多个折射点数据组(θ，r)。
S400，将每一个折射点数据组(θ，r)转化为一个处于平面直角坐标系中的坐标点，得到多个折射点坐标点。
具体地，这里可以将每一个折射点数据组(θ，r)理解为极坐标下的坐标点，那么本步骤是将极坐标系下的坐标点，转化为平面直角坐标系中的坐标点。
S500，用平滑的曲线将所述多个折射点坐标点顺次连接，生成一条曲线，将该曲线设置为透镜结构的母线。
具体地，如图3所示，由于图2所示的这条曲线是由无数个折射点组成，那么刚好对应折射场景中的曲面的一半，是因为0°≤θ≤90°，而不是-90°≤θ≤90°，即图中第四象限的部分。
可选地，可以通过将多个折射坐标点基于NURBS(Non-Uniform Rational B-Splines，非均匀有理B样条)建模技术生成透镜结构的母线。
S700，以Y轴为旋转轴，将所述透镜结构的母线绕Y轴旋转360度形成的曲面与X轴所在的水平面所包围构成的封闭几何体作为60度光束角透镜结构110。所述60度光束角透镜结构110包括一个透镜曲面111和一个圆形的透镜底面112。
具体地，如图4所示，将透镜结构的母线绕Y轴旋转360度，会形成一个曲面。其与X轴所在的水平面能够包围构成一个封闭的几何体，即图5所示的结构。将该结构作为为60度光束角透镜结构110，其能够满足60度光束角的配光。可以看出，该60度光束角透镜结构110包括一个透镜曲面111和一个圆形的透镜底面112。
本实施例中，通过设定满足60度光束角的折射场景，并将折射场景和平面直角坐标系耦合，通过求解常微分方程可以得到透镜结构曲面的母线。通过将透镜结构曲面的母线在平面直角坐标系中绕Y轴旋转360度形成曲面，以及将曲面与X轴所包围形成封闭几何体，使得60度光束角透镜结构110最终得以生成，最终得到的60度光束角透镜结构110的结构简单，组装简单，成本低。
在本申请的一实施例中，所述步骤S300包括如下步骤S310至步骤S320：
S310，设定每条以点光源为端点出发的射线与曲面相交的交点为折射点。设定折射点与点光源的直线距离为r。设定每条以点光源为端点出发的射线与Y轴的夹角为θ。依据所述折射场景构建常微分方程。所述常微分方程表示为公
式1。
Figure BDA0002807890960000101
其中，r为折射点与点光源的直线距离。θ为以点光源为端点出发的射线与Y轴的夹角。H为点光源与所述目标水平面的直线距离。L为圆形光斑的半径。n1为第一介质的折射率。n2为第二介质的折射率。
具体地，
Figure BDA0002807890960000111
为r对θ的导数。
S320，将H等于1000毫米，L等于577毫米带入公式1中的常微分方程，并采用龙格-库塔算法求解公式1中的常微分方程，得到多个折射点数据组(θ，r)，每一个θ与一个r对应。
具体地，龙格-库塔算法是求解常微分方程的一种方式。可选地，可以采用MATLAB内置函数ode45求解公式1中的常微分方程。
本实施例中，通过采用龙格-库塔算法求解公式1中的常微分方程，可以快速且准确的得到多个折射点数据组(θ，r)。
在本申请的一实施例中，所述步骤S400包括如下步骤S410至步骤S430：
S410，选取一个折射点数据组(θ，r)。
S420，依据公式2将折射点数据组(θ，r)转化为折射点坐标点(x，y)。
Figure BDA0002807890960000112
其中，θ为以点光源为端点出发的射线与Y轴的夹角。r为折射点与点光源的直线距离。x为折射点坐标点的横坐标。y为折射点坐标点的纵坐标。
S430，反复执行所述步骤S410至步骤S420，直至所有折射点数据组(θ，r)均转化为折射点坐标点(x，y)。
具体地，本实施例是将极坐标下的坐标点转化为平面直角坐标系下坐标点的过程。
本实施例中，通过依据公式2，可以将极坐标下的坐标点转化为平面直角坐标系下坐标点，从而将所有折射点数据组(θ，r)均转化为折射点坐标点(x，y)，便于后续步骤的透镜轮廓线的确定。
在本申请的一实施例中，在所述步骤S700之后，所述60度光束角透镜结构的生成方法还包括如下步骤：
S800，将平凸镜阵列120贴附于所述透镜底面112的表面，以使所述平凸镜阵列120与所述60度光束角透镜结构110进行组合，形成具有平凸镜阵列120的60度光束角透镜结构110。
具体地，如图6所示，贴附有平凸镜阵列120的60度光束角透镜结构110可以有效解决60度光束角透镜的出射光斑的分色问题。，所述平凸镜阵列120由多个平凸镜121在一个平面上以矩阵式排布构成。
白光是复合光，是由多种单色光混光而成的。在相同环境条件下，不同颜色光的折射率、全反射角有所差异。白光经过60度光束角透镜结构110形成较小光束角的光斑时，由于上述差异，白光之中的单色光会形成大小，甚至位置不同的光斑。对于单色光光斑重叠的部分我们可以得到白光，对于不重叠的部分，这一部分会显示单色光的颜色，这就是光斑的分色问题，其实本质上就是由于光斑具有分色问题，会对光斑产生混色的影响。例如，60度光束角透镜结构110想要射出的光是黄色光，结果由于分色导致最终投射出来的光斑四周产生了绿色光，这会对线条灯整体的显示效果造成较大的影响，使得线条灯显示的光的颜色不纯。
为了解决光斑的分色问题，本实施例在透镜底面112的表面设置了平凸镜阵列120，这样使得混光更均匀，可以大大减弱光斑的分色问题。
本实施例中，通过在60度光束角透镜结构110底面的表面设置平凸镜阵列120，这样使得混光更均匀，可以大大减弱光斑的分色问题。
在本申请的一实施例中，所述步骤S700包括如下步骤S711至步骤S713：
S711，以Y轴为旋转轴，将所述透镜结构的母线绕Y轴旋转360度形成的曲面作为透镜曲面111。
S712，获取所述透镜结构的母线与X轴的交点的横坐标，以该横坐标为半径生成圆，将以该横坐标为半径生成的圆作为透镜底面112。
S713，将透镜曲面111和透镜底面112扣合，形成封闭的几何体，将该封闭几何体作为60度光束角透镜结构110。
具体地，步骤S711至步骤S713是60度光束角透镜结构110在平面直角坐标系中的生成过程。如图4所示，步骤S711中，先以Y轴为旋转轴，将所述透镜结构的母线绕Y轴旋转360度形成的曲面，将这个曲面作为透镜曲面111。步骤S712中，曲面与X轴所在的水平面所包围构成的封闭几何体，实际上是曲面与一个圆形底面包围形成的封闭几何体。该圆形底面的半径为母线与X轴的交点的横坐标。最终执行步骤S713，将曲面和底面进行紧密扣合。上述步骤均可以在虚拟建模平台中基于虚拟现实建模技术执行，以构建60度光束角透镜结构110的虚拟三维结构。
本实施例中，通过一系列旋转，扣合等操作，使得60度光束角透镜结构110可以快速形成，且与折射场景完全符合，形成的60度光束角透镜结构110可以实现60度光束角的配光，且60度光束角透镜结构110的结构非常简单。
在本申请的一实施例中，在所述步骤S700之前，所述60度光束角透镜结构的生成方法还包括如下步骤：
S610，在所述透镜结构的母线中，选取横坐标数值最大的坐标点，作为分界点。
S620，以所述分界点纵坐标为基准，对所述透镜结构的母线进行截取处理，将所述透镜结构的母线中纵坐标数值大于所述分界点纵坐标数值的所有坐标点去除，生成经截取处理后的母线。
具体地，由于在实际生产中60度光束角透镜结构110的模具存在拔模困难的情况，如果完全按照步骤S711至步骤S713中生成的60度光束角透镜结构110进行生产，加工成本过大。而为了避免拔模困难的问题，需要在60度光束角透镜结构110中削除一部分。因此，本实施例列举了消除拔模困难问题后的，60度光束角透镜结构110的具体生成方法。
本实施例中，需要对透镜结构的母线进行一部分的截取处理。如图8所示，首先需要选取横坐标数值最大的坐标点，作为分界点。进一步地，如图9所示，将所述透镜结构的母线中纵坐标数值大于所述分界点纵坐标数值的所有坐标点去除，保留其余部分。这样以经截取处理后的母线生成的60度光束角透镜结构110就不会产生拔模困难的问题。
本实施例中，通过对透镜结构的母线进行截取处理，截取了难以加工的部分，避免了拔模困难的问题的发生，节约了加工成本，从而大大降低了60度光束角透镜结构110的生产成本。
在本申请的一实施例中，所述步骤S700包括如下步骤S721至步骤S723：
S721，以Y轴为旋转轴，将所述经截取处理后的母线绕Y轴旋转360度形成的曲面作为透镜曲面111。
S722，以分界点横坐标的数值为半径生成圆，将以所述分界点的横坐标的数值为半径生成的圆作为透镜底面112。
S723，将透镜曲面111和透镜底面112扣合，形成封闭的几何体，将该封闭几何体作为60度光束角透镜结构110。
具体地，如图10所示，本实施例进行的步骤S721至步骤S723与前述实施例中的步骤S711至步骤S713类似，此处原理不再赘述。
本实施例生成了切除了难以加工的部分的60度光束角透镜结构110，避免了拔模困难的问题的发生，节约了加工成本，且不用后续再做额外的加工，在结构设计阶段就对拔模困难的问题进行了有效的规避。
在本申请的一实施例中，在所述步骤S800之后，所述60度光束角透镜结构110的生成方法还包括如下步骤：
S910，对点光源的放置位置进行补偿性调整，以使基于经截取处理后的母线生成的60度光束角透镜结构110的光束角为60度。
具体地，如图2和图3所示，原始点光源的位置是放置在平面直角坐标系的原点的，也就是在60度光束角透镜结构110的透镜底面112上。但是承接上述实施例，由于透镜结构的母线被切除了一部分，如果不调整点光源的放置位置，那么经60度光束角透镜结构110出射的光的光束角无法达到60度。如图11所示，应该调整点光源的放置位置，使得点光源到60度光束角透镜结构110的直线距离，满足基于经截取处理后的母线生成的60度光束角透镜结构110的光束角为60度。
本实施例中，通过对点光源的放置位置进行补偿性调整，使得基于经截取处理后的母线生成的60度光束角透镜结构110的光束角仍然为60度，排除了因切除了60度光束角透镜结构110的难以加工部分而导致的光束角的误差。
在本申请的一实施例中，所述步骤S910包括如下步骤：
S911，在靠近所述透镜底面112一侧放置点光源，并设置N个采样距离。所述采样距离为点光源与透镜底面112的直线距离。N为正整数且N大于3。
S912，以不同的采样距离设置点光源的放置位置，并在不同的采样距离下获取不同的60度光束角透镜结构110的光束角，得到N个光束角。每一个采样距离对应一个光束角；
S913，对N个光束角进行多项式函数拟合，生成光束角为60度时对应的采样距离并存储。
具体地，具体的调整点光源的放置位置的方式即步骤S911至步骤S913。通过取几个不同的采样距离，如0.2毫米、0.5毫米、0.8毫米、1.1毫米和1.5毫米，并获取这几个不同的采样距离下的光束角。可选地，可以通过光线追迹软件TracePro进行光学仿真，以读取几个不同的采样距离下的光束角。
例如，0.2毫米对应的光束角为38.07度，0.5毫米对应37.86度，0.8毫米对应32.92度，1.1毫米对应30.55度，1.5毫米对应28.28度。那么可以对这五个光束角进行进行多项式函数拟合，生成光束角为60度时对应的采样距离并存储。
可选地，可以使用MATLAB内置函数polyfit()和polyval()获得光束角为60度时对应的采样距离。
本实施例中，通过设置N个采样距离，并获取不同采样距离下的光束角，并通过对N个光束角进行多项式函数拟合，可以实现快速且准确的找寻光束角为60度时对应的采样距离。
在本申请的一实施例中，在所述步骤S910之后，所述步骤S900还包括如下步骤：
S920，利用光线追迹软件TracePro对具有平凸镜阵列1200的60度光束角透镜结构110进行仿真，生成仿真结果并存储。
具体地，步骤S920是对前述生成的60度光束角透镜结构110进行仿真的过程，仿真的作用是进一步排除误差。
可选地，可以设置一个半径为1500毫米的接收板实际接收面，在距离接收板1000毫米的地方放置点光源，将上述实施例得到的60度光束角透镜结构110直接导入光线追迹软件TracePro中，并设置为PMMA材质，仿真结果如图12至图16所示。
图12和图13为照度图。图14为坎德拉图。图15为在平面直角坐标系下的配光曲线。图16为在极坐标系下的配光曲线。
在图12和图13中可以看出本60度光束角透镜结构110的效率为80.663％。在图15和图15中可以看出配光曲线的半峰全宽(Full Width at Half Maximum，FWHM)为60度，即出光角度为60度，也即光束角为60度，经仿真验证结果表明60度光束角透镜结构110达到了设计预期。
具体地，请参见图12，经过纵坐标值440画一条平行于横坐标的直线，这条直线与图中曲线的交点有两个，这两个交点的纵坐标值显然是440，而其横坐标值分别为30度和-30度。可以看出，峰值一半处，曲线的宽度是60度，即FWHM为60度，此时我们认为光束角为60度，没有误差。
本实施例中，通过对具有平凸镜阵列120的60度光束角透镜结构110进行仿真，进一步排除60度光束角透镜结构110的误差，确保具有平凸镜阵列120的60度光束角透镜结构110的光束角为60度，避免在后续生产中生产出误差件。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，各方法步骤也并不做执行顺序的限制，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种60度光束角透镜结构的生成方法，其特征在于，所述60度光束角透镜结构应用于线条灯，所述60度光束角透镜结构的生成方法包括：
S100，设定一个折射场景；所述折射场景包括点光源、曲面和目标水平面，所述曲面的两侧分别为第一介质和第二介质，所述点光源处于所述第一介质中，所述目标水平面处于所述第二介质中，由所述点光源为端点出发的多条射线在所述曲面上发生折射，射向所述目标水平面并在所述目标水平面上形成圆形光斑；所述圆形光斑的半径L为577毫米，所述点光源与所述目标水平面的直线距离H为1000毫米；
S200，以所述点光源为坐标原点构建平面直角坐标系，进而将所述折射场景与平面直角坐标系耦合；
S300，设定每条以点光源为端点出发的射线与曲面相交的交点为折射点，设定折射点与点光源的直线距离为r，设定每条以点光源为端点出发的射线与Y轴的夹角为θ，依据公式1计算得到多个折射点数据组(θ，r)，每一个θ与一个r对应；
Figure FDA0002807890950000011
其中，r为折射点与点光源的直线距离，θ为以点光源为端点出发的射线与Y轴的夹角，H为点光源与所述目标水平面的直线距离，L为圆形光斑的半径，n1为第一介质的折射率，n2为第二介质的折射率；
S400，将每一个折射点数据组(θ，r)转化为一个处于平面直角坐标系中的坐标点，得到多个折射点坐标点；
S500，用平滑的曲线将所述多个折射点坐标点顺次连接，生成一条曲线，将该曲线设置为透镜结构的母线；
S700，以Y轴为旋转轴，将所述透镜结构的母线绕Y轴旋转360度形成的曲面与X轴所在的水平面包围构成的封闭几何体作为60度光束角透镜结构，所述60度光束角透镜结构包括一个透镜曲面和一个圆形的透镜底面。
2.根据权利要求1所述的60度光束角透镜结构的生成方法，其特征在于，所述步骤S300包括：
S310，设定每条以点光源为端点出发的射线与曲面相交的交点为折射点，设定折射点与点光源的直线距离为r，设定每条以点光源为端点出发的射线与Y轴的夹角为θ，依据所述折射场景构建常微分方程，所述常微分方程表示为公式1；
Figure FDA0002807890950000021
其中，r为折射点与点光源的直线距离，θ为以点光源为端点出发的射线与Y轴的夹角，H为点光源与所述目标水平面的直线距离，L为圆形光斑的半径，n1为第一介质的折射率，n2为第二介质的折射率；
S320，将H等于1000毫米，L等于577毫米带入公式1中的常微分方程，并采用龙格-库塔算法求解公式1中的常微分方程，得到多个折射点数据组(θ，r)，每一个θ与一个r对应。
3.根据权利要求2所述的60度光束角透镜结构的生成方法，其特征在于，所述步骤S400包括：
S410，选取一个折射点数据组(θ，r)；
S420，依据公式2将折射点数据组(θ，r)转化为折射点坐标点(x，y)；
Figure FDA0002807890950000031
其中，θ为以点光源为端点出发的射线与Y轴的夹角，r为折射点与点光源的直线距离，x为折射点坐标点的横坐标；y为折射点坐标点的纵坐标；
S430，反复执行所述步骤S410至步骤S420，直至所有折射点数据组(θ，r)均转化为折射点坐标点(x，y)。
4.根据权利要求3所述的60度光束角透镜结构的生成方法，其特征在于，在所述步骤S700之后，所述60度光束角透镜结构的生成方法还包括：
S800，将平凸镜阵列贴附于所述透镜底面的表面，以使所述平凸镜阵列与所述60度光束角透镜结构进行组合，形成具有平凸镜阵列的60度光束角透镜结构。
5.根据权利要求4所述的60度光束角透镜结构的生成方法，其特征在于，所述步骤S700包括：
S711，以Y轴为旋转轴，将所述透镜结构的母线绕Y轴旋转360度形成的曲面作为透镜曲面；
S712，获取所述透镜结构的母线与X轴的交点的横坐标，以该横坐标为半径生成圆，将以该横坐标为半径生成的圆作为透镜底面；
S713，将透镜曲面和透镜底面扣合，形成封闭的几何体，将该封闭几何体作为60度光束角透镜结构。
6.根据权利要求4所述的60度光束角透镜结构的生成方法，其特征在于，在所述步骤S700之前，所述60度光束角透镜结构的生成方法还包括：
S610，在所述透镜结构的母线中，选取横坐标数值最大的坐标点，作为分界点；
S620，以所述分界点纵坐标为基准，对所述透镜结构的母线进行截取处理，将所述透镜结构的母线中纵坐标数值大于所述分界点纵坐标数值的所有坐标点去除，生成经截取处理后的母线。
7.根据权利要求6所述的60度光束角透镜结构的生成方法，其特征在于，所述步骤S700包括：
S721，以Y轴为旋转轴，将所述经截取处理后的母线绕Y轴旋转360度形成的曲面作为透镜曲面；
S722，以分界点横坐标的数值为半径生成圆，将以所述分界点的横坐标的数值为半径生成的圆作为透镜底面；
S723，将透镜曲面和透镜底面扣合，形成封闭的几何体，将该封闭几何体作为60度光束角透镜结构。
8.根据权利要求7所述的60度光束角透镜结构的生成方法，其特征在于，在所述步骤S800之后，所述60度光束角透镜结构的生成方法还包括：
S910，对点光源的放置位置进行补偿性调整，以使基于经截取处理后的母线生成的60度光束角透镜结构的光束角为60度。
9.根据权利要求8所述的60度光束角透镜结构的生成方法，其特征在于，所述步骤S910包括：
S911，在靠近所述透镜底面一侧放置点光源，并设置N个采样距离，所述采样距离为点光源与透镜底面的直线距离，N为正整数且N大于3；
S912，以不同的采样距离设置点光源的放置位置，并在不同的采样距离下获取不同的60度光束角透镜结构的光束角，得到N个光束角，每一个采样距离对应一个光束角；
S913，对N个光束角进行多项式函数拟合，生成光束角为60度时对应的采样距离并存储。
10.根据权利要求5或9所述的60度光束角透镜结构的生成方法，其特征在于，在所述步骤S910之后，所述步骤S900还包括：
S920，利用光线追迹软件TracePro对具有平凸镜阵列的60度光束角透镜结构进行仿真，生成仿真结果并存储。
CN202011374768.7A 2020-11-30 2020-11-30 60度光束角透镜结构的生成方法 Active CN112393136B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011374768.7A CN112393136B (zh) 2020-11-30 2020-11-30 60度光束角透镜结构的生成方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011374768.7A CN112393136B (zh) 2020-11-30 2020-11-30 60度光束角透镜结构的生成方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112393136A true CN112393136A (zh) 2021-02-23
CN112393136B CN112393136B (zh) 2023-03-14

Family

ID=74605681

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011374768.7A Active CN112393136B (zh) 2020-11-30 2020-11-30 60度光束角透镜结构的生成方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112393136B (zh)

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060238881A1 (en) * 2005-04-22 2006-10-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical lens, optical package having the same, backlight assembly having the same and display device having the same
US20070273984A1 (en) * 2006-05-25 2007-11-29 Industrial Technology Research Institute Light Guide Lens and Light Emitting Diode Package Structure having the Light Guide Lens
US20090040769A1 (en) * 2007-08-11 2009-02-12 Inteled Corporation Free-Form Lenses for Rectangular Illumination Zones
CN101725894A (zh) * 2008-10-29 2010-06-09 叶荣南 一种led二次配光的方法
CN102563527A (zh) * 2012-01-10 2012-07-11 张勇 反射面透镜
CN102901044A (zh) * 2012-09-25 2013-01-30 复旦大学 一种获得led前照灯近光光斑的自由曲面透镜设计方法
CN102901043A (zh) * 2012-07-10 2013-01-30 华南理工大学 用于led摩托车近光灯的自由曲面光学透镜
CN103322513A (zh) * 2012-03-23 2013-09-25 大连工业大学 用于led产生环形光斑的混合式折反射器及其使用方法
CN104317053A (zh) * 2014-11-18 2015-01-28 重庆邮电大学 基于led台灯照明的自由曲面透镜构造方法
US20150233535A1 (en) * 2014-02-20 2015-08-20 Tsinghua University Led freeform surface illumination system
WO2016045176A1 (zh) * 2014-09-23 2016-03-31 上海三思电子工程有限公司 全周光配光透镜的设计方法及相应的配光透镜
US20190162389A1 (en) * 2016-05-18 2019-05-30 SMR Patents S.à.r.l. Lens and method of producing a lens

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060238881A1 (en) * 2005-04-22 2006-10-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Optical lens, optical package having the same, backlight assembly having the same and display device having the same
US20070273984A1 (en) * 2006-05-25 2007-11-29 Industrial Technology Research Institute Light Guide Lens and Light Emitting Diode Package Structure having the Light Guide Lens
US20090040769A1 (en) * 2007-08-11 2009-02-12 Inteled Corporation Free-Form Lenses for Rectangular Illumination Zones
CN101725894A (zh) * 2008-10-29 2010-06-09 叶荣南 一种led二次配光的方法
CN102563527A (zh) * 2012-01-10 2012-07-11 张勇 反射面透镜
CN103322513A (zh) * 2012-03-23 2013-09-25 大连工业大学 用于led产生环形光斑的混合式折反射器及其使用方法
CN102901043A (zh) * 2012-07-10 2013-01-30 华南理工大学 用于led摩托车近光灯的自由曲面光学透镜
CN102901044A (zh) * 2012-09-25 2013-01-30 复旦大学 一种获得led前照灯近光光斑的自由曲面透镜设计方法
US20150233535A1 (en) * 2014-02-20 2015-08-20 Tsinghua University Led freeform surface illumination system
WO2016045176A1 (zh) * 2014-09-23 2016-03-31 上海三思电子工程有限公司 全周光配光透镜的设计方法及相应的配光透镜
CN104317053A (zh) * 2014-11-18 2015-01-28 重庆邮电大学 基于led台灯照明的自由曲面透镜构造方法
US20190162389A1 (en) * 2016-05-18 2019-05-30 SMR Patents S.à.r.l. Lens and method of producing a lens

Also Published As

Publication number Publication date
CN112393136B (zh) 2023-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Benı´ tez et al. Simultaneous multiple surface optical design method in three dimensions
CN109427088B (zh) 一种模拟光照的渲染方法及终端
TWI539184B (zh) 自由曲面成像系統的設計方法
CN113012277B (zh) 一种基于dlp面结构光多相机重建方法
EP2963463A1 (en) Design of refractive surface
Romijn et al. An iterative least-squares method for generated Jacobian equations in freeform optical design
CN112393136B (zh) 60度光束角透镜结构的生成方法
CN102034234B (zh) 一种多视图结构光系统自标定方法
JP7142817B2 (ja) 非等厚光学レンズの設計方法
CN110007460B (zh) 透镜制作方法、计算机设备及存储介质
CN109283780B (zh) 光学透镜、光学系统及制作光学透镜的方法
WO2019217832A1 (en) Efficient optical system design and components
TWI642976B (zh) 自由曲面照明系統
CN115453749A (zh) 3d投射器及光学透镜的设计方法
CN111308702B (zh) 一种反射镜阵列优化设计方法
TW201947189A (zh) 曲面裝置的曲率半徑的評估方法
TW201923633A (zh) 一次光學自由曲面結構的製作方法
CN114332203A (zh) 一种虚拟光源的光源信息确定方法和装置
JPH0239377A (ja) 板ガラスの検査方法
Wang et al. B-spline freeform surface tailoring for prescribed irradiance based on differentiable ray-tracing
CN112503434B (zh) 可在48度内自由配光的透镜结构的生成方法与透镜结构
CN113758458B (zh) 一种复曲面镜的面形测量方法
Isaac et al. Optimization of freeform surfaces using intelligent deformation techniques for LED applications
Heemels et al. Optimizing freeform lenses for extended sources with algorithmic differentiable ray tracing and truncated hierarchical B-splines
CN112393203A (zh) Led全反射透镜表面形状计算方法、装置、设备和介质

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant