專利名稱：非成像光學(xué)元件的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件的設(shè)計(jì)方法，更具體地說，涉及一種非成像光學(xué)元件的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
功率型LED的光學(xué)透鏡設(shè)計(jì)已經(jīng)越來(lái)越成為半導(dǎo)體光源設(shè)計(jì)制造中的重要問題， 從首次提出非成像光學(xué)的名詞以來(lái)，非成像光學(xué)得到較快的發(fā)展。而LED照明的發(fā)展使得非成像光學(xué)從只解決有效收集太陽(yáng)能問題擴(kuò)展到更大范圍的解決光能量的分布問題，但運(yùn)用現(xiàn)有的非成像光學(xué)方法進(jìn)行自由曲面的光學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，由于涉及較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題，方法的普及面不大，而且其中的一些方法也存在一些不足之處。比如1)需求解非線性微分方程，難度較大；幻多數(shù)方法只能解得一個(gè)面，這對(duì)具有兩個(gè)面的透鏡來(lái)說并不是理想的方法；幻不夠直觀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提供一種非成像光學(xué)元件的設(shè)計(jì)方法，該方法提出一種基于非成像光學(xué)和幾何光學(xué)的簡(jiǎn)便、直觀、實(shí)用的光學(xué)設(shè)計(jì)概念、方法和程序，適用性很強(qiáng)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種非成像光學(xué)元件的設(shè)計(jì)方法，包括作為光源一方的物方和作為被照面一方的像方，其特征在于引入光通量線的概念，所述光通量線是指具有確定能量的光線矢量；以下為本發(fā)明的設(shè)計(jì)步驟1)、根據(jù)物方的光強(qiáng)分布，按照光強(qiáng)與立體角的乘積與能量成正比的規(guī)律，將物方的光強(qiáng)分布轉(zhuǎn)換為光通量線分布；2)、根據(jù)像方的照度分布要求，先轉(zhuǎn)換為像方的光強(qiáng)分布，再按照與前述相同的規(guī)律，轉(zhuǎn)換為光通量線分布，遵循能量守恒定律，本發(fā)明中即為光通量線守恒定律，表現(xiàn)為物方與像方的光通量線總數(shù)相等且一一對(duì)應(yīng)；3)、對(duì)單面通光的光學(xué)元件，分別對(duì)所述各對(duì)光通量線逐個(gè)使用折射定律或反射定律，將求得的各個(gè)折射小面或反射小面依次連接起來(lái)，得到光學(xué)元件的形狀；4)、對(duì)雙面通光的光學(xué)元件，先規(guī)定第一個(gè)面在整個(gè)系統(tǒng)中對(duì)光線折射或反射的能力比重，確定光通量線經(jīng)過第一面后的分布，將其作為光學(xué)元件方的光通量線分布，在物方光通量線與光學(xué)元件方光通量線以及光學(xué)元件方光通量線與像方光通量線之間建立起一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，分別對(duì)各對(duì)光通量線逐個(gè)使用折射定律或反射定律，將求得的各個(gè)折射面或反射面連接起來(lái)，得到光學(xué)元件第一面和第二面的形狀；所述光源是LED。所述物方的光強(qiáng)分布轉(zhuǎn)換為光通量線分布的設(shè)計(jì)步驟如下依物方實(shí)際測(cè)量的光強(qiáng)分布曲線，經(jīng)過分段擬合得到極坐標(biāo)下物方的二維光強(qiáng)分布函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)iob(e)；總能量Sob正比于光強(qiáng)按立體角的積分
權(quán)利要求
1.一種非成像光學(xué)元件的設(shè)計(jì)方法，包括作為光源一方的物方和作為被照面一方的像方，其特征在于引入光通量線的概念，所述光通量線是指具有確定能量的光線矢量；以下為本發(fā)明的設(shè)計(jì)步驟1)、根據(jù)物方的光強(qiáng)分布，按照光強(qiáng)與立體角的乘積與能量成正比的規(guī)律，將物方的光強(qiáng)分布轉(zhuǎn)換為光通量線分布；2)、根據(jù)像方的照度分布要求，先轉(zhuǎn)換為像方的光強(qiáng)分布，再按照與前述相同的規(guī)律， 轉(zhuǎn)換為光通量線分布，遵循能量守恒定律，本發(fā)明中即為光通量線守恒定律，表現(xiàn)為物方與像方的光通量線總數(shù)相等且一一對(duì)應(yīng)；3)、對(duì)單面通光的光學(xué)元件，分別對(duì)所述各對(duì)光通量線逐個(gè)使用折射定律或反射定律， 將求得的各個(gè)折射小面或反射小面依次連接起來(lái)，得到光學(xué)元件的形狀；4)、對(duì)雙面通光的光學(xué)元件，先規(guī)定第一個(gè)面在整個(gè)系統(tǒng)中對(duì)光線折射或反射的能力比重，確定光通量線經(jīng)過第一面后的分布，將其作為光學(xué)元件方的光通量線分布，在物方光通量線與光學(xué)元件方光通量線以及光學(xué)元件方光通量線與像方光通量線之間建立起一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，分別對(duì)各對(duì)光通量線逐個(gè)使用折射定律或反射定律，將求得的各個(gè)折射面或反射面連接起來(lái)，得到光學(xué)元件第一面和第二面的形狀；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非成像光學(xué)元件的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述光源是LED。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非成像光學(xué)元件的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述物方的光強(qiáng)分布轉(zhuǎn)換為光通量線分布的設(shè)計(jì)步驟如下依物方實(shí)際測(cè)量的光強(qiáng)分布曲線，經(jīng)過分段擬合得到極坐標(biāo)下物方的二維光強(qiáng)分布函Ob數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)Iob(e)；總能量Sob正比于光強(qiáng)按立體角的積分
全文摘要
本發(fā)明公開一種非成像光學(xué)元件的設(shè)計(jì)方法，包括作為光源一方的物方和作為被照面一方的像方，本發(fā)明引入光通量線的概念，所述光通量線是指具有確定能量的光線矢量；根據(jù)物方的光強(qiáng)分布，按照光強(qiáng)與立體角的乘積與能量成正比的規(guī)律，將物方的光強(qiáng)分布轉(zhuǎn)換為光通量線分布；根據(jù)像方的照度分布要求，先轉(zhuǎn)換為像方的光強(qiáng)分布，再按照與前述相同的規(guī)律，轉(zhuǎn)換為光通量線分布，遵循能量守恒定律，本發(fā)明中即為光通量線守恒定律，表現(xiàn)為物方與像方的光通量線總數(shù)相等且一一對(duì)應(yīng)；分別對(duì)所述各對(duì)光通量線逐個(gè)使用折射定律或反射定律，將求得的各個(gè)折射小面或反射小面依次連接起來(lái)，得到光學(xué)元件的形狀。該方法采用一種新的光學(xué)設(shè)計(jì)理念，簡(jiǎn)便、直觀、適用性很強(qiáng)。
文檔編號(hào)G02B27/00GK102200636SQ20101013271
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者周士康, 李素, 章千 申請(qǐng)人:上海三思電子工程有限公司, 上海三思科技發(fā)展有限公司, 嘉善晶輝光電技術(shù)有限公司