一种采用椭圆形出光面实现弓形光斑的透镜的制造方法技术

一种采用椭圆形出光面实现弓形光斑的透镜的制造方法，所述透镜的入射面为圆形平面，出射面为自由曲面；包括以下步骤(1)通过Matlab软件对透镜的建模计算公式进行程序输入，然后通过Matlab软件的计算得出透镜曲面的数据点文件；(2)然后把数据点文件导入到机械软件进行点的缝合并生产文件；(3)将缝合好的文件导入到光学软件LucidShape进行光学法规模拟并调整。本发明专利技术透镜能够形成弓形光斑，且透镜的入射面为圆形平面，入射面积大，对于灯珠的光利用率高。

Method for producing lens with bow light spot by using elliptical smooth surface

A method of manufacturing the smooth implementation of the elliptical lens bow beam incident surface of the lens, the circular plane, the exit surface is free surface; includes the following steps (1) formula of program input through the modeling software of Matlab lens calculation, data file and then through the calculation of Matlab software draw lenses (2); then the data file into the software to the suture and production documents; (3) will be sewed up the file into the optical software LucidShape to simulate and adjust optical regulations. The invention relates to a lens capable of forming a bow flare, and the incident surface of lens for circular plane, the incident area is large, the high utilization rate of the light bulb.

【技术实现步骤摘要】
一种采用椭圆形出光面实现弓形光斑的透镜的制造方法
本专利技术涉及透镜，尤其是一种采用椭圆形出光面实现弓形光斑的透镜的制造方法。
技术介绍
不同功能的车灯的光斑有所不同，如近光灯、远光灯、雾灯、近光补光灯等；经研究，弓形的光斑可应用于近光灯光斑、近光补光光斑和雾灯光斑，所以需要设计一款能打出弓形光斑的透镜以使车灯的功能更丰富。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种采用椭圆形出光面实现弓形光斑的透镜的制造方法。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种采用椭圆形出光面实现弓形光斑的透镜的制造方法，所述透镜的入射面为圆形平面，出射面为自由曲面；包括以下步骤：(1)通过Matlab软件对透镜的建模计算公式进行程序输入，然后通过Matlab软件的计算得出透镜曲面的数据点文件；所需的建模计算公式包括：I(φ)＝Icosφ(1)；(2)然后把数据点文件导入到机械软件进行点的缝合并生产文件；(3)将缝合好的文件导入到光学软件LucidShape进行光学法规模拟并调整。作为改进，把LED当成点光源进行计算，同时符合光学一些性质，于是满足以下原理公式：LED发光方式需要满足朗伯分布：I(φ)＝Icosφ；矢量形式斯涅耳方程：根据光源和目标面的特点，对于自由曲面选取空间球坐标系；对于目标面，选取直角坐标系；当目标面为正方形或矩形等轴对称区域时，目标面为垂直于X轴的平面，LED位于原点且主光轴取X轴,对该面进行经纬方向的均匀划分，即对LED光线与Z轴的夹角φ和LED光线在XY平面的投影与X轴的夹角θ均分后,则面上任意一点坐标(ρijsinφjcosθi，ρijsinφjsinθi，ρijsinφj)即表示该点处入射光矢量Iin_ij，(i＝0,1,2,...,M)，M为经线方向上网格节点的个数；(j＝0，1，2，..，N)，N为纬线方向上网格节点的个数。设该节点对应于目标面上一点(x0，yi，zj)，则出射光矢量Iout_ij为(x0-ρijsinφjcosθi，yi-ρijsinφjsinθi，zj-ρijsinφj)；对应关系确定后，为求得每个自由曲面网格节点的坐标，需根据照度要求和能量关系精确求得与各节点对应的目标面节点的坐标；当光源特性和目标面照度要求确定后，系统无能耗时，光线的传播遵守能量守恒定律，即光源辐射的总能量应等于目标面内的总能量：式中E(y,z)为目标面上(y,z)点的照度,S为目标面面积；对所求自由曲面沿经纬均匀划分M乘N个网格，则目标面的网格大小由自由曲面每一个网格与光源所成立体角内的能量确定，对目标面某一微元面积dydz有：式中θi，φj分别为经纬方向上第i个和第j个节点对应的角度；且θi+1＝θi+dθ，φj+1＝φj+dφ；则自由曲面各节点处入射光矢量方向由(θi，φj)确定；为确定自由曲面各节点处出射光矢量,需求解对应的目标面节点坐标(x0,yi,zj),由于目标面垂直于X轴,只需求解(yi,zj)即可。对与经向或纬向各条网格线上节点对应的目标节点分别求解时，只需考虑一个方向上的角度变化，因此采用分离变量法对公式(4)进行简化，自由曲面上一个经向微带内的能量全部投射到目标面上一个平行于Z轴的微带上，故式中dyi为沿Y轴方向第i个目标面微带，zm为目标面沿Z轴的宽度，化简得同理，对于纬向带有式中dzj为沿Z轴方向第j个目标面微带，ym为目标面沿Y轴的宽度，化简得在公式(6)和(8)中的I/E可由公式(3)得出，则目标面各节点坐标由yi+1＝yi+dyi，zj+1＝zj+dzj求得，由自由曲面各节点处入射光矢量Iin_ij和出射光矢量Iout_ij的表示形式知，当各网格节点处径向长度ρij确定后，各节点坐标及该点入射与出射光矢量即完全确定，进而该点法矢量确定，下面通过切面迭代法确定各节点径向长度；在对所求光滑自由曲面进行经纬的网格划分后，初始选取自由曲面一个网格节点S0,其坐标确定入射光矢量为Iin_0,由其在目标面对应的节点T0可确定出射光矢量Iout_0，将以上两矢量单位化，由公式(2)可求得该网格节点处切面元法矢量N0，同时确定该切面元方程；当网格划分足够细时，与该网格节点相邻的经线与纬线方向上的节点处的入射光线必与该点切面元相交，对经线方向而言,相邻节点坐标由该交点S1确定，其入射光矢量Iin_1也即确定，出射光矢量Iout_1由点S1与目标面相应节点T1的坐标确定，则同理可得该网格节点处的法矢量N1，进而确定该点切面元方程；按以上方法沿该经线方向一直迭代下去，即可求得该经线方向每个网格节点的坐标：(ρisinφcosθi,ρisinφcosqi,ρisinφ)；且该经线方向上各节点是连续的，对纬线方向上每条网格线，选择求得的经线方向相应网格节点为初始点，依照上述方法，沿该方向迭代可得到每条纬线上各节点的坐标：(ρijsinφjcosθi,ρijsinφjsinθi,ρijsinφj)；对于以相邻的两个经向节点为初始点的纬线，其形成纬向微带且表面连续,光学系统表面可由沿纬向的微小带状面元构成，由于建模时对各节点控制的曲面进行非均匀有理B样条曲面处理，且划分的网格足够细，则以各经纬节点即可拟合成一个表面平滑的自由曲面。本专利技术与现有技术相比所带来的有益效果是：能够形成弓形光斑，且透镜的入射面为圆形平面，入射面积大，对于灯珠的光利用率高。附图说明图1为透镜结构示意图。图2为自由曲面与目标面网格的对应坐标关系图。图3为自由曲面网格节点坐标的迭代形成的曲面示意图。图4为本专利技术透镜制造流程图。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术作进一步说明。如图1所示，一种采用椭圆形出光面实现弓形光斑的透镜，所述透镜的入射面1为圆形平面，该入射面1可以根据结构和透镜大小先确定好；出射面2为自由曲面，出射面2需要根据光型要求来计算。本专利技术透镜适用于汽车灯和摩托车灯，可以做汽车灯的近光补光透镜，也可以做汽车灯雾灯透镜，同时可以做摩托车灯的近光透镜。如图4所示，透镜的制造方法包括以下步骤：(1)通过Matlab软件对透镜的建模计算公式进行程序输入，然后通过Matlab软件的计算得出透镜曲面的数据点文件；所需的建模计算公式包括：I(φ)＝Icosφ(1)；(2)然后把数据点文件导入到机械软件进行点的缝合并生产文件；(3)将缝合好的文件导入到光学软件LucidShape进行光学法规模拟并调整。以上公式(1)～(8)通过编程以迭代方式计算形成Matlab软件能够识别的语言，Matlab软件运行这些公式后即可自动生透镜的曲面的数据点文件。需要指出的是，上述Matlab软件、solidworks软件和LucidShape光学软件的具体操作均是本领域技术人员惯用技术手段，本实施例演示具体的操作方法。以上公式的推导方法为：一、基于非成像光学求解原理把LED当成点光源进行计算，同时符合光学一些性质，于是满足以下原理公式：LED发光方式需要满足朗伯分布：I(φ)＝Icosφ(1)；矢量形式斯涅耳方程：二、自由曲面与目标面网格的对应关系在划分网格前,选取适当的坐标系可大为简化各节点入射与出射光矢量的表示。根据光源和目标面的特点，对于自由曲面选取空间球坐标系；对于目标面，选取直角坐标系；当目标面为正方形或矩形等轴对称区域时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用椭圆形出光面实现弓形光斑的透镜的制造方法，所述透镜的入射面为圆形平面，出射面为自由曲面；其特征在于，包括以下步骤：(1)通过Matlab软件对透镜的建模计算公式进行程序输入，然后通过Matlab软件的计算得出透镜曲面的数据点文件；所需的建模计算公式包括：I(φ)＝Icosφ  (1)；

【技术特征摘要】
1.一种采用椭圆形出光面实现弓形光斑的透镜的制造方法，所述透镜的入射面为圆形平面，出射面为自由曲面；其特征在于，包括以下步骤：(1)通过Matlab软件对透镜的建模计算公式进行程序输入，然后通过Matlab软件的计算得出透镜曲面的数据点文件；所需的建模计算公式包括：I(φ)＝Icosφ(1)；(2)然后把数据点文件导入到机械软件进行点的缝合并生产文件；(3)将缝合好的文件导入到光学软件LucidShape进行光学法规模拟并调整。2.根据权利要求1所述的一种采用椭圆形出光面实现弓形光斑的透镜的制造方法，其特征在于：把LED当成点光源进行计算，同时符合光学一些性质，于是满足以下原理公式：LED发光方式需要满足朗伯分布：I(φ)＝Icosφ；矢量形式斯涅耳方程：根据光源和目标面的特点，对于自由曲面选取空间球坐标系；对于目标面，选取直角坐标系；当目标面为正方形或矩形等轴对称区域时，目标面为垂直于X轴的平面，LED位于原点且主光轴取X轴,对该面进行经纬方向的均匀划分，即对LED光线与Z轴的夹角φ和LED光线在XY平面的投影与X轴的夹角θ均分后,则面上任意一点坐标(ρijsinφjcosθi，ρijsinφjsinθi，ρijsinφj)即表示该点处入射光矢量Iin_ij，(i＝0,1,2,...,M)，M为经线方向上网格节点的个数；(j＝0，1，2，..，N)，N为纬线方向上网格节点的个数。设该节点对应于目标面上一点(x0，yi，zj)，则出射光矢量Iout_ij为(x0-ρijsinφjcosθi，yi-ρijsinφjsinθi，zj-ρijsinφj)；对应关系确定后，为求得每个自由...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈焕杰，丁振杰，秦德斌，
申请(专利权)人：广东雷腾智能光电有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44