[发明专利]一种用于车灯的双曲面准直透镜设计方法

说明书

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。

技术领域

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

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，这些设计方法操作繁琐，方案复杂，现在的透镜也存在色温偏高和光学效率不高的问题，给行车途中的舒适性和安全性带来很大的困扰。

传统的透镜设计方案已无法满足这些需求，因此需要一种全新的用于车灯的双曲面准直透镜设计方法，能够实现相应的光学性能要求且造型美观。

发明内容

本发明针对现有的技术问题，提供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。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：一种用于车灯的双曲面准直透镜设计方法，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。

作为优选；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。

作为优选；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。