一種滿足半光強(qiáng)角度在8度圓形光斑的光學(xué)設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及L邸照明領(lǐng)域，尤其是一種滿足半光強(qiáng)角度在8度圓形光斑的光學(xué)設(shè) 計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] L邸照明被泛光應(yīng)用在汽車燈上，而目前最常用的L邸車燈包括汽車前照燈、汽車 信號燈燈常規(guī)的車燈。對于越野車的照明燈具，其光效要求比較嚴(yán)格，射出的光線滿足半光 強(qiáng)角度在8度圓形光斑。目前普通的光學(xué)配件如反光杯、透鏡等均不能滿足要求，因此需要 專口設(shè)計出一款光學(xué)配件才能滿足越野車的該個光學(xué)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種滿足半光強(qiáng)角度在8度圓形光斑的光學(xué) 設(shè)計方法，能夠設(shè)計出滿足半光強(qiáng)角度在8度圓形光斑的光學(xué)配件。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種滿足半光強(qiáng)角度在8度圓形光 斑的光學(xué)設(shè)計方法，包括W下步驟：
[0005] (1)設(shè)計一個反光杯和一個導(dǎo)光柱，所述導(dǎo)光柱置于所述反光杯的中屯、；所述反 光杯的反射面為第二自由曲面，所述導(dǎo)光柱的一端為平面形成入射面，導(dǎo)光柱的另一端呈 凹陷形成出射面，該出射面為第一自由曲面，導(dǎo)光柱的側(cè)面為反射面；
[0006] (2)光線從導(dǎo)光柱的入射面進(jìn)入經(jīng)過折射到導(dǎo)光柱側(cè)面的反射面，然后經(jīng)過反射 到導(dǎo)光柱的第一自由曲面，然后經(jīng)過折射到反光杯的第二自由曲面，最后出射光線與光軸 平行射出；
[0007] (3)根據(jù)能量守恒定律建立經(jīng)過導(dǎo)光柱和反光杯后的能量與照射到配光屏幕的能 量的關(guān)系，調(diào)整反光杯的第二自由曲面和導(dǎo)光柱的第一自由曲面，在配光屏幕得到光強(qiáng)角 度在8度圓形光斑。
[000引作為改進(jìn)，所述反光杯的第二自由曲面的設(shè)計方法：
[0009] 光線通過第二自由曲面后準(zhǔn)直出射，所W準(zhǔn)直光線與中屯、軸平行，0為第二自由 曲面任一點處法線與準(zhǔn)直光線的夾角，W為光線從第一自由曲面射出的折射角，因此自由曲 線上的點滿足的方程為：
[0010]
【主權(quán)項】
1. 一種滿足半光強(qiáng)角度在8度圓形光斑的光學(xué)設(shè)計方法，其特征在于， 包括以下步驟： (1) 設(shè)id個反光杯和一個導(dǎo)光柱，所述導(dǎo)光柱置于所述反光杯的中心；所述反光杯 的反射面為第二自由曲面，所述導(dǎo)光柱的一端為平面形成入射面，導(dǎo)光柱的另一端呈凹陷 形成出射面，該出射面為第一自由曲面，導(dǎo)光柱的側(cè)面為反射面； (2) 光線從導(dǎo)光柱的入射面進(jìn)入經(jīng)過折射到導(dǎo)光柱側(cè)面的反射面，然后經(jīng)過反射到導(dǎo) 光柱的第一自由曲面，然后經(jīng)過折射到反光杯的第二自由曲面，最后出射光線與光軸平行 射出； (3) 根據(jù)能量守恒定律建立經(jīng)過導(dǎo)光柱和反光杯后的能量與照射到配光屏幕的能量的 關(guān)系，調(diào)整反光杯的第二自由曲面和導(dǎo)光柱的第一自由曲面，在配光屏幕得到光強(qiáng)角度在8 度圓形光斑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種滿足半光強(qiáng)角度在8度圓形光斑的光學(xué)設(shè)計方法，其特 征在于：所述反光杯的第二自由曲面的設(shè)計方法：光線通過第二自由曲面后準(zhǔn)直出射，所 以準(zhǔn)直光線與中心軸平行，Θ為第二自由曲面任一點處法線與準(zhǔn)直光線的夾角，φ為光線 從第一自由曲面射出的折射角，因此自由曲線上的點滿足的方程為：
N(x〇，y〇)為（xn，yn)的初始值，該初始值為第一自由曲面得到的值，每次算出的x，y值 帶入到下一個（xn，yn)中，通過這種方法獲取第二自由曲面上離散點。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種滿足半光強(qiáng)角度在8度圓形光斑的光學(xué)設(shè)計方法，其特 征在于：所述步驟（3)的具體步驟為： 在配光屏幕上劃分區(qū)域，根據(jù)能量守恒定律建立經(jīng)過導(dǎo)光柱和反反光杯后的能量與照 射到配光屏幕的能量的關(guān)系等式； 設(shè)給定光分布為Ptl，光源的中心光強(qiáng)為Itl，考慮方向為Θ i的光入射到的配光屏幕的位 置為A，與軸線夾角小于Q1的光入射的位置坐標(biāo)也小于ri，將第一部分光線Q1等分成i 份，對應(yīng)每一個Q1在半徑ri上都分成了 i份，這樣就得到了數(shù)組Θ "。和巧"），那么第 一區(qū)域出射光和屏幕上的照度的能量守恒表達(dá)式為：
角度為G1- Θ 2之間的光線入射到配光屏幕的位置，將這部分光線等分成 j份，對應(yīng)每一個角度在半徑上都分成了 j份，則第二區(qū)域出射光和屏幕上的照度的能量守 恒表達(dá)式為：
同理，可得第三區(qū)域能量守恒表達(dá)式為：
通過這三個表達(dá)式，可以分別得到各區(qū)域半徑與出射光角度之間的關(guān)系式如下：
導(dǎo)光柱的入射面和第一自由曲面應(yīng)用折射定律：
光線從空氣入射到導(dǎo)光柱的入射面中，空氣的折射率為η = 1，而導(dǎo)光柱使用材 料PC制成，折射率η = 1. 591，光線折射到導(dǎo)光柱的第一自由曲面A點坐標(biāo)值可求得為 (f · tan ( Θ )，f)，光線經(jīng)折射到反光杯的第二自由曲面B點，且折射光線AB的斜率值為 cot ( Θ '），利用點斜式即可得到AB的直線方程； Θ標(biāo)示入射角：Θ '表示折射角； 光線在經(jīng)過導(dǎo)光柱的反射面和反光杯的第二自由曲面時發(fā)生反射，折反射定律的矢量 形式可表示為：
(11) 其中：η為第一自由曲面介質(zhì)折射率，$為入射光線單位向量為出射光線單位向 量，元為自由曲面在光線入射點的單位法向量； 在計算第一自由曲面時，首先確定一個計算的初始點，設(shè)光線經(jīng)過導(dǎo)光柱的入射面折 射和導(dǎo)光柱的反射面反射后入射到第一自由曲面上的點B坐標(biāo)為（X，ζ)，光線經(jīng)過導(dǎo)光柱 的第一自由曲面折射后通過反光杯的第二自由曲面準(zhǔn)直反射投射到屏幕上的點D坐標(biāo)為 (r，Η)，其中H = 25m，r根據(jù)能量守恒定律由式（7)、（8)、（9)決定；于是，入射光線AB與第 一自由曲面中的出射光線BC的單位向量（出射光線BC由最終出射光線CD根據(jù)公式（11)) 均可求得，再利用折射定律式（11))即可得到B點的法向向量，利用準(zhǔn)直以及反射定律求得 C點的法向量，從而確定該點的切平面，該切平面與下一點的經(jīng)過導(dǎo)光柱的入射面折射后入 射到第一自由曲面上的光線相交從而確定第一自由曲面的下一點；由前一點的切平面與下 一點的法向量所在的直線相交得到下一點，通過計算機(jī)迭代即可得到各點的坐標(biāo)，從而確 定了第一自由曲面上的每個點的坐標(biāo)。
【專利摘要】一種滿足半光強(qiáng)角度在8度圓形光斑的光學(xué)設(shè)計方法，包括以下步驟：(1)設(shè)計一個反光杯和一個導(dǎo)光柱，所述導(dǎo)光柱置于所述反光杯的中心；所述反光杯的反射面為第二自由曲面，所述導(dǎo)光柱的一端為平面形成入射面，導(dǎo)光柱的另一端呈凹陷形成出射面，該出射面為第一自由曲面，導(dǎo)光柱的側(cè)面為反射面；(2)光線從導(dǎo)光柱的入射面進(jìn)入經(jīng)過折射到導(dǎo)光柱側(cè)面的反射面，然后經(jīng)過反射到導(dǎo)光柱的第一自由曲面，然后經(jīng)過折射到反光杯的第二自由曲面，最后出射光線與光軸平行射出；(3)根據(jù)能量守恒定律建立經(jīng)過導(dǎo)光柱和反光杯后的能量與照射到配光屏幕的能量的關(guān)系，調(diào)整反光杯的第二自由曲面和導(dǎo)光柱的第一自由曲面，在配光屏幕得到光強(qiáng)角度在8度圓形光斑。
【IPC分類】F21W101-02, F21Y101-02, F21V8-00, F21V7-04
【公開號】CN104534407
【申請?zhí)枴緾N201410849031
【發(fā)明人】周盛華, 陳煥杰, 石智偉
【申請人】廣州市雷騰照明科技有限公司
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月30日