一种用于车灯的双曲面准直透镜设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114263891A(43)申请公布日2022.04.01(21)申请号202010972703.6(22)申请日2020.09.16(71)申请人常州星宇车灯股份有限公司地址213022江苏省常州市汉江路398号(72)发明人于存胜吕万育黄立敏(74)专利代理机构常州佰业腾飞专利代理事务所(普通合伙)32231代理人顾翰林(51)Int.Cl.F21S41/255(2018.01)F21S43/20(2018.01)G06F17/15(2006.01)F21W107/10(2018.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种用于车灯的双曲面准直透镜设计方法(57)摘要本发明涉及汽车照明技术领域，具体为一种用于车灯的双曲面准直透镜设计方法，可解决现有透镜设计方法的繁琐和复杂性问题；包括如下步骤：步骤一、以光源作为原点建立二维平面坐标系，包括建立入射光线、出射光线和法线矢量；步骤二、建立光源发出的入射光线经过球面A后出射光线的出射向量方程；步骤三、结合经外部自由曲面后的出射光线为平行光束，由折射定律求出外部自由曲面上点的法向量，利用这个法向量求得过该点的切向方程，通过求过该点的切向方程与经过球面A后的出射光线方程交点得到外部自由曲面上点的坐标；透镜前后表面以双曲面设计来约束光源光线的出射方向，光束准确可控，准直效果好，在目标面光斑均匀性高。CN114263891ACN114263891A权利要求书1/2页1.一种用于车灯的双曲面准直透镜设计方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、以光源作为原点建立二维平面坐标系，包括建立入射光线、出射光线和法线矢量；步骤二、建立光源发出的入射光线经过球面A后出射光线的出射向量方程；步骤三、结合经外部自由曲面后的出射光线为平行光束，由折射定律求出外部自由曲面上点的法向量，利用这个法向量求得过该点的切向方程，通过求过该点的切向方程与经过球面A后的出射光线方程交点得到外部自由曲面上点的坐标。2.根据权利要求1所述的用于车灯的双曲面准直透镜设计方法，其特征在于：所述步骤一具体是指：建立坐标系，设光源位于坐标系原点o处，θi是圆A上一点与圆心P点连线和Z轴的夹角，αi是光源发出的光线与Z轴的夹角，βi是经过球面折射后出射光线与Z轴的夹角；由折射定律：n1·sinγ1＝n2·sinγ2式中n1是透镜外部介质的折射率，n2是透镜内部介质的折射率；可得：得到光源发出的一条光线与Z轴的夹角αi，以及该条光线和球面交点与球心连线与Z轴的夹角θi两者与经过球面折射后的出射光线与Z轴的夹角βi的对应关系。3.根据权利要求1所述的用于车灯的双曲面准直透镜设计方法，其特征在于：所述步骤二具体是指：光源发出的入射光线经过球面A上一点出射后到达自由曲面B上一点，由入射光线经过球面A后的出射向量方程；具体为联立所述(1)内的方程得：得到经过球面A上一点和自由曲面B上一点的出射光线方程与光源发出的一条光线与Z轴的夹角αi，以及该条光线和球面交点与球心连线与Z轴的夹角θi两者的对应关系。4.根据权利要求1所述的用于车灯的双曲面准直透镜设计方法，其特征在于：所述步骤三具体是指：由折射定律求出所述外部自由曲面上点的法向量，利用这个法向量求得过该点的切向方程，通过求过该点的切向方程与经过球面后的出射光线方程交点得到外部自由曲面上点的坐标，所述的折射定律的矢量形式如下：式中，n2为透镜内部折射率，为入射光线单位向量，为出射光线单位向量，自2CN114263891A权利要求书2/2页由曲面在某一点的单位法向量，由法向量和切向量的关系得：自由曲面B上的切线向量表达式为：联立和以及得：其中通过此迭代计算公式，可由计算机迭代得出所有点的坐标，由此可得到一条完整的自由曲线，将所述自由曲线和给定的球面曲线绕轴旋转形成双曲面透镜。5.根据权利要求1所述的用于车灯的双曲面准直透镜设计方法，其特征在于：所述车灯可以为近光灯、远光灯、前雾灯、角灯或制动灯。6.根据权利要求1所述的用于车灯的双曲面准直透镜设计方法，其特征在于：所述光源为冷阴极荧光灯、LED光源中的一种。7.根据权利要求1所述的用于车灯的双曲面准直透镜设计方法，其特征在于：所述光源具有朗伯型或其他任意可测的发光强度分布。3CN114263891A说明书1/5页一种用于车灯的双曲面准直透镜设计方法技术领域[0001]本发明涉及汽车照明技术领域，具体为一种用于车灯的双曲面准直透镜设计方法。背景技术[0002]车灯透镜在设计时往往会根据造型及光学性能的要求设计相应的光学结构，例如通过透镜对光源发出的光进行折射，以实现所需的光型。现阶段光学透镜的设计方法一般是试错法和在光学软件自动生成的基础上调试生成透镜，这些设