[发明专利]一种用于车灯的双曲面准直透镜设计方法

权利要求书

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；

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，θ_i是圆A上一点与圆心P点连线和Z轴的夹角，α_i是光源发出的光线与Z轴的夹角，β_i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α_i，以及该条光线和球面交点与球心连线与Z轴的夹角θ_i两者与经过球面折射后的出射光线与Z轴的夹角β_i的对应关系；

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α_i，以及该条光线和球面交点与球心连线与Z轴的夹角θ_i两者的对应关系；

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。

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：所述车灯可以为近光灯、远光灯、前雾灯、角灯或制动灯。

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：所述光源为冷阴极荧光灯、LED光源中的一种。