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申请/专利权人：大连工业大学

摘要：本发明公开了一种非对称拉伸型的低位照明光学系统设计方法，该方法确定非对称拉伸型镜体的尺寸，包括拉伸长度及透镜安装的倾斜角度参数，将目标接收面分为三个区域，对应的也将非对称自由曲面镜体分为三个部分，道路的三个区域根据距离灯具安装位置的不同分别为靠近灯具区域，中间区域和远离灯具区域，通过对入射到不同照明区域的光源光线进行光学设计，计算出不同部分的面型，结合成母线，通过拉伸一定的宽度，得到非对称拉伸型自由曲面镜体，满足低位道路照明远距离，高亮度均匀性和高照度均匀性的要求，具有结构简单和易于安装的特点。

主权项：1.一种非对称拉伸型的低位照明光学系统设计方法，其特征在于，包括LED器件1和非对称拉伸型镜体，所述镜体非对称的母线拉伸产生,所述镜体包括内表面和外表面，内表面由上内球面2，内自由曲面3和下内球面4组成，外表面由上全内反射面5，外自由曲面7和下全内反射面6组成，LED器件1发出光线分为三个部分，经过镜体内不同路径作用照射到道路的三个区域，道路的三个区域根据距离灯具的安装位置分为靠近灯具区域，中间区域和远离灯具区域；S1：设计远离灯具区域的灯具面型,LED器件1发出的光线经过内自由曲面3折射的光线入射到外自由曲面7，经过外自由曲面7折射后入射到远离灯具区域；S1-1：计算光源发出光线的入射方向矢量具体公式如下： 式中，θi表示给定的光源发出光线的入射角度，表示竖直方向矢量0,1，η表示给定的光源倾斜角度，表示光源发出光线的入射方向矢量；S1-2：道路路面设置为目标面，基于灯具与目标面所构成的三角形，可推出β'i，H，L'i之间的关系公式： 式中，β'i表示竖直线与经过内自由曲面3折射出的光线夹角，H表示光源与目标面之间的高度，L'i表示光源与目标面之间的距离；S1-3：计算到达目标面光线方向矢量与竖直方向矢量的偏折角度εi，具体公式如下：εi＝90°-β′i式中，εi表示目标面光线方向矢量与竖直方向矢量的偏折角度；S1-4:计算光源出射的光线方向矢量与到达目标表面的光线方向矢量之间的偏折角度δi,具体公式如下：δi＝θi-εi式中，δi表示光源出射的光线方向矢量与到达目标表面的光线方向矢量之间的偏折角度；S1-5:内自由曲面3与外自由曲面7分别对入射到其表面的光线偏折角度进行折射，与之间的偏折角度为与之间的偏折角度为代入下方折射公式计算得出两次折射面的法线矢量与具体公式如下： 式中，n表示光线传播介质的折射率，n'表示光线传播介质的出射折射率，表示光线出射内自由曲面3的方向矢量，表示内自由曲面3的法线矢量，表示外自由曲面7的法线矢量；S1-6:设法线失量法线失量的切线矢量可得切线的斜率ki: S1-7:设定折射面初始的x、y坐标，推导迭代公式计算下一个迭代步骤的x和y坐标值，具体公式如下； 式中，xi和yi表示第i次迭代的坐标值,ki表示第i次迭代的斜率值；S1-8：将迭代公式输入EXCEL软件或者MATLAB计算软件，计算迭代坐标值，设置Z坐标为0，将坐标值X,Y,Z导出为txt格式；S2:设计中间区域的面型,LED器件1发出的光线通过上内球面2进行折射，上内球面2是球面，经过表面的光线不改变方向，继续向前折射，折射后光线经过上全内反射面5被反射到外自由曲面7，外自由曲面7上每个微元切线矢量与入射光线矢量完全一致，光线在外自由曲面7上不发生方向变化，入射到中间区域；S2-1:将应用道路路面设置为目标面，基于灯具与目标面所构成的三角形，可推出β‘’i，H，L‘’i之间的关系公式，具体公式如下： 式中，L‘’i表示光源与目标面之间的距离，β‘’i表示竖直线与经过上全内反射面5反射出的光线夹角；S2-2:设ε'i表示光线入射到反射面微元上的反射角，γi表示反射面微元切线与水平线夹角，η表示光源倾斜角度，可得：ε'i+γi+β‘’i＝90°γi＝90°-β‘’i-ε′iθi’-η+2ε′i+β‘’i＝180°可得出自由曲面的各点斜率，具体公式如下： 式中，θi’表示光源发出光线的入射角度；S2-3：设定反射面初始的x、y坐标，通过迭代公式，计算下一个迭代步骤的x和y坐标值，具体公式如下； S2-4：将迭代公式输入EXCEL软件或者MATLAB计算软件，计算迭代坐标值，设置Z坐标为0，将坐标值X,Y,Z导出为txt格式；S3：设计靠近灯具区域的面型,LED器件1发出的光线经过下内球面4折射，下内球面4为球面，通过表面的光线不改变出射方向，大角度光线经过下内球面4折射，入射到下全内反射面6反射后通过外自由曲面7入射到目标面，小角度光线直接通过外自由曲面7入射到靠近灯具区域；S3-1：基于灯具与目标面所构成的三角形，利用三角函数关系，推出β″′i，H，L″′i之间的关系公式，具体公式如下： 式中，L″′i表示光源与接受面之间的距离，β″′i表示竖直线与下全内反射面6反射出光线的夹角,同所述步骤S2-2，可得出自由曲面的各点斜率，具体公式如下： 式中，θi”表示光源发出光线的入射角度；S3-2：设定反射面初始的x、y坐标，通过迭代公式计算下一个迭代步骤的x和y坐标值，具体公式如下: S3-3：将迭代公式输入EXCEL软件或者MATLAB计算软件，计算迭代坐标值，设置Z坐标为0，将坐标值X,Y,Z导出为txt格式；S4：在SOLIDWORKS建模软件中，导入各部分的txt格式，每部分坐标点都与其相邻部分有公共连接点，SOLIDWORKS建模软件将其组合为非对称拉伸型镜体的封闭实体母线，使用SOLIDWORKS建模软件选择拉伸建模，输出为非对称拉伸型镜体。

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