[发明专利]一种面光源矩形光斑透镜设计方法及一种车灯

摘要

一种面光源矩形光斑透镜设计方法及一种车灯，车灯包括长条形的散热器、与散热器配合的面罩、若干光源和与所述光源对应的透镜；应用4阶Runge‑Kutta方法迭代计算自由曲面透镜点坐标，将自由曲面透镜点坐标文件导入结构软件中拟合自由曲面转换成实体，得到自由曲面透镜模型。本发明通过合理的透镜自由曲面的设计，照度最大值分布于中心，整体呈正态分布，目标照明面内光通量利用率93％。

主权项

1.一种面光源矩形光斑透镜设计方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)空间直角坐标系下，设定面光源的中心位于坐标的原点，目标照明面为T，垂直于Z轴，距离光源面25米；(2)设定系统能守恒，即光线入射到自由曲面透镜发生折射时没有能损失，也就是光源的输出等于目标照明面接收到能；设光源被半径为r的球面包围，其中光源外围的球表面上一面积元的立体角是设光源的光通量为Q，LED光源为朗伯光源，中心光强为I₀的余弦分布，因面光源与单纯点光源有区别，设面光源修正因子为kl，其中k为修正因子，l为长度，E为目标照明面的照度，为出射光线与光源中心轴的夹角；目标照明面上照度由中心向边缘递减，其中E₀为中心最大照度，a为照度衰减因子；(3)因为系统能量守恒，光源与目标照明面之间存在一定的拓扑关系，即光源外围的球表面上一面积元所对应的光线与目标照明面的某一面积元的映射关系；光源球面和矩形照明面均匀离散化，其中等分为i份，θ等分为j份；矩形照明面x等分为i份，y等分为j份，假定光源球面与矩形照明面之间的映射关系一一对应，则与光源中心轴夹角到的出射光通量为：目标照明面上区域(x₁‑x₂,y₁‑y₂)的入射光通量为：Q_1‑2＝E*(x₂y₂‑x₁y₁)；由能量守恒定律可以推导出目标照明面点坐标与出射光线角坐标之间的关系；(4)设定透镜下表面为一长方形平面，光线到达自由曲面前经过平面的折射，然后经过自由曲面的折射，最终到达目标照明面，应用两次Snell定律可得到自由曲面透镜点坐标与出射光线，入射光线之间的关系；Snell定律矢量形式如下：其中，n₀为出射率，n_i为入射率，O为出射光线失量，I为入射光线失量，N为折射面的法向失量；(5)应用4阶Runge‑Kutta方法迭代计算自由曲面透镜点坐标，其中，n＝0,1,2…，N‑1，ρ_n为自由曲面透镜第n个点坐标；其中是步骤4得到的在处自由曲面透镜点坐标与目标照明面出射光线、入射光线的关系式；(6)将自由曲面透镜点坐标文件导入结构软件中拟合自由曲面转换成实体，得到自由曲面透镜模型。