TWI476096B - 鏡片設計系統及其方法 - Google Patents

Description

鏡片設計系統及其方法

本發明是有關於一種鏡片設計系統及其方法，特別是有關於一種設計自由曲面鏡片使光經過鏡片具有準直性之一種鏡片設計系統及其方法。

一般而言，鏡片封裝在發光二極體上之優點是讓光源聚焦，且由於發光二極體晶片較小，以鏡片封裝在晶片上可藉由改變鏡片外形調整光源之集散程度，具有修改光路或將光線聚焦等功能，使發光角度由大角度的散射至小角度的聚焦都可以達成。因此，依不同需求生產不同特性之鏡片則成為市場所需之要件。

然而，鏡片設計的計算公式繁雜，不易藉由人為精確的計算。因此，鏡片設計上常因人為疏失造成設計錯誤，而鏡片製程中也常因機器的精度與條件參數的變易造成鏡片之誤差。

另外，在鏡片設計上最重要的就是配光曲線之資料數據，配光曲線是用以表示燈具在各方向的光度大小，根據配光曲線圖可以得知照明燈具光度分佈的情形。同時，可以透過配光曲線計算燈具的配置方式與數量、空間垂直與水平的照度以及視覺舒適度等。藉由配光曲線的數據亦可計算燈具照明率、亮度、距高比、燈具效率以及眩光等級等。

一般鏡片製造是利用公模母模以射出成型或埋入射出方式製造，在生產出成品後再檢測其配光曲線，若發現品質不穩定則需要再次計算後再開模。如此反覆的確認生產品質，所花費的人力成本以及模具生產成本相當大，亦有品質不穩定之憂慮。

因此，以需求來說，設計一個鏡片設計的系統及方法來解決人為計算的疏失及製造模具之成本浪費，以達成精確計算及可針對不同需求設計鏡片之功效，已成市場應用上之一個刻不容緩的議題。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之目的就是在提供一種鏡片設計系統及其方法，以解決目前鏡片設計需生產模具造成多種成本耗費及品質不穩定之問題。

根據本發明之目的，提出一種鏡片設計系統，其包含一輸入模組以及一處理模組。輸入模組輸入複數個條件參數。處理模組根據複數個條件參數計算複數個斜率以及複數個座標，且處理模組根據臨界角度計算複數個反射面斜率及複數個折射面斜率，並根據複數個反射面斜率及複數個折射面斜率計算複數個三維座標點。

其中，鏡片設計系統更包含顯示模組，顯示模組顯示複數個三維座標點。

其中，複數個條件參數更包含鏡片折射率、發光二極體之光源座標點、自由曲面與發光二極體之起始距離以及入射角。

其中，處理模組更根據入射角計算複數個反射面斜率，以及根據入射角及複數個反射面斜率計算複數個反射點座標。

其中，處理模組更根據臨界角度及入射角計算複數個折射面斜率，以及根據臨界角度、入射角以及複數個折射面斜率計算複數個折射點座標。

根據本發明之目的，再提出一種鏡片設計方法，其包含下列步驟：提供輸入模組輸入複數個條件參數；藉由處理模組根據複數個條件參數計算複數個斜率以及複數個座標；使用處理模組根據臨界角度計算複數個反射面斜率及複數個折射面斜率；以及藉由處理模組根據複數個反射面斜率及複數個折射面斜率計算複數個三維座標點。

其中，此方法更包含透過顯示模組顯示複數個三維座標點。

其中，此方法中的複數個條件參數更包含鏡片折射率、發光二極體光源座標點、自由曲面與發光二極體之起始距離以及入射角。

其中，此方法更包含當處理模組得到複數個條件參數後，透過處理模組根據入射角計算複數個反射面斜率。

其中，此方法更包含當處理模組得到複數個條件參數及複數個反射面斜率後，藉由處理模組根據入射角及複數個反射面斜率計算複數個反射點座標。

其中，此方法更包含藉由處理模組根據臨界角度及入射角計算複數個折射面斜率，並藉由處理模組根據臨界角度、入射角以及 複數個折射面斜率計算複數個折射點座標。

綜上所述，本發明之鏡片設計系統及其方法，提供輸入模組根據不同需求輸入複數個條件參數，再利用處理模組根據複數個條件參數以計算複數個斜率、複數個座標以及反射與折射之鏡片臨界角度。並且，可透過處理模組根據複數個反射面斜率及複數個折射面斜率計算複數個三維座標點，並使用顯示模組顯示複數個三維座標點。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

1‧‧‧鏡片設計系統

11‧‧‧輸入模組

12‧‧‧處理模組

13‧‧‧顯示模組

i‧‧‧入射角度

ic‧‧‧臨界角度

N‧‧‧自由曲面鏡片之法線

Tp‧‧‧自由曲面鏡片之切線

S11~S15、S21~S28‧‧‧步驟

第1圖 係為本發明之鏡片設計系統第一實施例之方塊圖；第2圖 係為本發明之鏡片設計方法第一實施例之流程圖；第3圖 係為本發明之鏡片設計方法第二實施例之流程圖；第4圖 係為本發明之自由曲面鏡片之第二實施例示意圖；第5圖 係為本發明之自由曲面鏡片之第二實施例二維剖面示意圖；第6圖 係為本發明之光線經由自由曲面鏡片反射後平行光射出之示意圖；以及第7圖 係為本發明之光線經由自由曲面鏡片折射後平行光射出之示意圖。

以下將參照相關圖式，說明依本發明之鏡片設計系統及其方法之實施例，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。

第1圖為本發明之鏡片設計系統第一實施例之方塊圖。請參閱第1圖，其鏡片設計系統1包含一輸入模組11、一處理模組12以及一顯示模組13。此鏡片設計系統1是用以設計自由曲面鏡片以符合不同的配光特性需求。輸入模組11用以輸入複數個條件參數，其中複數個條件參數可為鏡片折射率、發光二極體光源的座標點、自由曲面與發光二極體之的起始距離以及入射角度等參數。其中，複數個條件參數更可根據各種不同的需求輸入所需的參數。輸入模組11連結處理模組12，處理模組12依據輸入模組11所輸入的複數個條件參數計算出複數個斜率、複數個座標、臨界角度、複數個反射面斜率、複數個折射面斜率以及複數個三維座標點等內容。

承接上述，處理模組12根據複數個條件參數計算複數個斜率以及複數個座標。因此，處理模組12更可根據入射角計算複數個反射面斜率，以及根據入射角及複數個反射面斜率計算複數個反射點座標。當入射角越來越大時，反射點座標的垂直位置點會快速增加，在實際應用上不符合生產要件之節省材料成本與精巧的原則。所以，根據複數個條件參數使用處理模組12計算出臨界角度。

如此一來，根據臨界角度處理模組12可計算複數個反射面斜率以及複數個折射面斜率，以及根據複數個反射面斜率及複數個折射面斜率計算複數個三維座標點。其中，處理模組12更可根據臨界角度及入射角計算複數個折射面斜率，以及根據臨界角度、入射角以及複數個折射面斜率計算複數個折射點座標。

處理模組12計算出複數個三維座標點後，顯示模組13顯示複數 個三維座標點。因此，使用鏡片設計系統1可設計一種自由曲面鏡片使光經過鏡片後具有準直性，藉此可設計出各種符合配光特性需求的自由曲面鏡片。

第2圖為本發明之鏡片設計方法第一實施例之流程圖。請參閱第2圖，首先如步驟S11及步驟S12所示，S11：提供輸入模組輸入複數個條件參數；以及S12：藉由處理模組根據複數個條件參數計算複數個斜率以及複數個座標。在步驟S11中，複數個條件參數可為鏡片折射率、發光二極體光源的座標點、自由曲面與發光二極體之的起始距離以及入射角度等參數。其中，透過處理模組根據輸入模組輸入的複數個條件參數計算複數個斜率、複數個座標、臨界角度、複數個反射面斜率、複數個折射面斜率以及複數個三維座標點等內容。

其中，步驟S12更包含下列步驟：S121：透過處理模組根據入射角計算複數個反射面斜率；以及S122：藉由處理模組根據入射角及複數個反射面斜率計算複數個反射點座標。

值得注意的是，在步驟S121及步驟S122中，當入射角度越來越大時，反射點座標的垂直位置點會快速增加，此現象在實際應用上並不符合生產要件之節省材料成本與精巧的原則。換句話說，處理模組12可根據複數個條件參數計算出臨界角度，而臨界角度是光反射與光折射的分界角度。

接著如步驟S13和步驟S14所述，S13：使用處理模組根據臨界角度計算反射面的複數個反射面斜率及折射面的複數個折射面斜率 ；以及S14：藉由處理模組根據複數個反射面斜率及複數個折射面斜率計算複數個三維座標點。

其中，步驟S13更包含下列步驟：S131：藉由處理模組根據臨界角度及入射角計算複數個折射面斜率；以及S132：藉由處理模組根據臨界角度、入射角以及複數個折射面斜率計算複數個折射點座標。

最後，如步驟S15所示，透過顯示模組顯示複數個三維座標點。

依據第一實施例，本發明更提出第二實施例作更進一步之舉例說明。

請參閱第3圖，其係為本發明之鏡片設計方法第二實施例之流程圖。請一併參閱第1圖之鏡片設計系統方塊圖，首先如步驟S21所示，S21：提供輸入模組輸入發光二極體光源的座標點設為原點(0,0)、自由曲面與發光二極體之的距離為10mm、發光二極體光源為1mm2以及入射角為0°至臨界角度。

接著如步驟S22及步驟S24所示，S22：透過處理模組根據入射角為0°至臨界角度計算複數個反射面斜率；S23：藉由處理模組根據入射角為0°至臨界角度及複數個反射面斜率計算複數個反射點座標；以及S24：利用處理模組計算出臨界角度為42.0390625°。

再接著步驟S25，藉由處理模組根據臨界角度為42.0390625°以及入射角為臨界角度至90°計算複數個折射面斜率；以及步驟S26，藉由處理模組根據臨界角度為42.0390625°、入射角為臨界角 度至90°以及複數個折射面斜率計算複數個折射點座標。

最後，更包含下列步驟：S27：藉由處理模組根據複數個反射面斜率及複數個折射面斜率計算複數個三維座標點；以及S28：透過顯示模組顯示複數個三維座標點。

其中，步驟S28請一併搭配參閱第4圖，其係為本發明之自由曲面鏡片之第二實施例示意圖。請參閱第4圖，此示意圖是本發明之鏡片設計系統利用步驟S21至步驟S27得到複數個三維座標點，再使用顯示模組顯示複數個三維座標點所完成之自由曲面鏡片三維立體圖。而且，發光二極體光源通過此自由曲面鏡片，光會準直射出具有準直性。

請一併參閱第5圖、第6圖及第7圖，其係為本發明之自由曲面鏡片之第二實施例之光線示意圖。在第5圖中，自由曲面鏡片以二維剖面圖表示，且可於鏡片底部中心處設置發光二極體晶片，作為發光源。實線為入射光及光折射後以平行光射出之光線，虛線為入射光及光反射後以平行光射出之光。其中，ic係為臨界角度，其臨界角度是光反射與光折射的分界角度。

第6圖為光線經由自由曲面鏡片反射後平行光射出之示意圖。其中，發光二極體光源的座標點設為原點(0,0)，i係為入射角度，虛線N為自由曲面鏡片之法線以及虛線Tp為自由曲面鏡片之切線，實線為光的入射線、點狀虛線為光的反射線，而粗實線為光反射部分的自由曲面鏡片。

請參閱第7圖，其係為光線經由自由曲面鏡片折射後平行光射出之示意圖。其中，發光二極體光源的座標點設為原點(0,0)，i係為入射角度，虛線N為自由曲面鏡片之法線以及虛線Tp為自由曲面鏡片之切線，實線為光的入射線、點狀虛線為光的折射線，而粗實線為光反射部分的自由曲面鏡片。

綜上所述，因依本發明之鏡片設計系統及其方法，其可具有一或多個下述優點：

(1)此發明克服先前技藝之人為計算疏失及製造模具之成本浪費等問題。

(2)此發明之鏡片設計系統可藉由輸入模組根據不同需求輸入複數個條件參數，並可提早於生產前就調整參數，以達成需求之配光特性。

(3)此發明之鏡片設計系統及其方法可藉由處理模組根據複數個條件參數以計算複數個斜率、複數個座標以及反射與折射之鏡片臨界角度。

(4)此發明之鏡片設計系統及其方法可藉由處理模組根據複數個反射面斜率及複數個折射面斜率計算複數個三維座標點，再使用顯示模組顯示複數個三維座標點。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

S11~S15‧‧‧步驟

Claims (12)

1. 一種鏡片設計系統，其包含：一輸入模組，係輸入複數個條件參數；以及一處理模組，係根據該複數個條件參數計算複數個斜率以及複數個座標，且該處理模組根據一臨界角度計算一複數個反射面斜率及一複數個折射面斜率，並根據該複數個反射面斜率及該複數個折射面斜率計算複數個三維座標點，其中該複數個條件參數更包含一鏡片折射率、一發光二極體之光源座標點、一自由曲面與該發光二極體之起始距離、一入射角或其組合。
2. 如申請專利範圍第1項所述之鏡片設計系統，更包含一顯示模組，該顯示模組顯示該複數個三維座標點。
3. 如申請專利範圍第1項所述之鏡片設計系統，其中該處理模組係根據該入射角計算該複數個反射面斜率。
4. 如申請專利範圍第1項所述之鏡片設計系統，其中該處理模組係根據該入射角及該複數個反射面斜率計算複數個反射點座標。
5. 如申請專利範圍第1項所述之鏡片設計系統，其中該處理模組係根據該臨界角度及該入射角計算該複數個折射面斜率。
6. 如申請專利範圍第1項所述之鏡片設計系統，其中該處理模組係根據該臨界角度、該入射角以及該複數個折射面斜率計算複數個折射點座標。
7. 一種鏡片設計方法，適用於一鏡片設計系統，其包含下列步驟： 提供一輸入模組輸入複數個條件參數；藉由一處理模組根據該複數個條件參數計算複數個斜率以及複數個座標；使用該處理模組根據一臨界角度計算一複數個反射面斜率及一複數個折射面斜率；以及藉由該處理模組根據該複數個反射面斜率及該複數個折射面斜率計算複數個三維座標點，其中該複數個條件參數更包含一鏡片折射率、一發光二極體光源座標點、一自由曲面與該發光二極體之起始距離、一入射角或其組合。
8. 如申請專利範圍第7項所述之鏡片設計方法，更包含下列步驟：透過一顯示模組顯示該複數個三維座標點。
9. 如申請專利範圍第7項所述之鏡片設計方法，其中當該處理模組得到該複數個條件參數後，更包含下列步驟：透過該處理模組根據該入射角計算該複數個反射面斜率。
10. 如申請專利範圍第7項所述之鏡片設計方法，其中當該處理模組得到該複數個條件參數及該複數個反射面斜率後，更包含下列步驟：藉由該處理模組根據該入射角及該複數個反射面斜率計算複數個反射點座標。
11. 如申請專利範圍第7項所述之鏡片設計方法，更包含下列步驟：藉由該處理模組根據該臨界角度及該入射角計算複數個折射面斜率。
12. 如申請專利範圍第7項所述之鏡片設計方法，更包含下列步驟：藉由該處理模組根據該臨界角度、該入射角以及該複數個折射面 斜率計算複數個折射點座標。