專利名稱：用于投射式led汽車近光燈的自由曲面透鏡的制作方法
用于投射式LED汽車近光燈的自由曲面透鏡技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于LED照明技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種投射式LED汽車近光燈的自由曲面 透鏡。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的前照燈光源有白熾燈、鹵素?zé)艏案邚?qiáng)度氣體放電燈(HID)，白熾燈和鹵素?zé)?使用壽命短，HID雖然使用壽命較長(zhǎng)，但是能耗極大。而LED光源具有壽命長(zhǎng)、體積小、節(jié)能 環(huán)保、響應(yīng)時(shí)間短、設(shè)計(jì)自由度大等傳統(tǒng)光源無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此成為汽車前照燈的第四 代光源。
前照燈是汽車在夜間行駛時(shí)照明前方道路的燈具，它的配光設(shè)計(jì)是影響汽車照明 質(zhì)量和效果的關(guān)鍵因素。在汽車前照燈的設(shè)計(jì)上，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB25991-2010對(duì)汽車前照燈 的配光圖形做了規(guī)定，目的是防止汽車前照燈干擾對(duì)面駛來(lái)車輛而造成交通事故。對(duì)近光 燈來(lái)說(shuō)，要求在車燈前25m遠(yuǎn)的照明面上產(chǎn)生一水平線和水平線右側(cè)向上15°的明暗截止 線。近光照明面可分為四個(gè)區(qū)域:Ζ0ΝΕ I (I區(qū))為具有較大擴(kuò)散、均勻度良好的基底配光， 滿足整個(gè)路面范圍內(nèi)的最低照明需求；Z0NE I1、II1、IV為具有光能量較為集中、射程較遠(yuǎn)的 中心配光，滿足本車道和右邊路面(以車輛右行標(biāo)準(zhǔn)為例)較遠(yuǎn)處的照明需求。在I，II，III 和IV區(qū)內(nèi)，應(yīng)無(wú)影響良好可見(jiàn)度的橫向照度變化。
早期的LED投射式系統(tǒng)都是采用多個(gè)LED光源，每個(gè)LED光源都有獨(dú)立的光學(xué)系 統(tǒng)，這種光學(xué)系統(tǒng)占用體積大，不利于散熱，能量損失嚴(yán)重，而且配光鏡一般采用消球差的 非球面透鏡，無(wú)法將光線均勻發(fā)散，使邊緣區(qū)域光能分配較少。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對(duì)傳統(tǒng)LED汽車近光燈以非球面透鏡作為配光鏡時(shí)，光線分布及其走 向控制不夠合理的弊端，提出一種可以合理分配光線及光能的用于投射式LED汽車近光燈 的自由曲面透鏡，提高了光能利用率，增大了視野范圍，并符合汽車近光燈的配光要求。
本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
投射式LED汽車近光燈自由曲面透鏡，由透明材料制成，透明材料為ΡΜΜΑ。自由曲 面透鏡包括兩個(gè)面，第一面為平面(入射面)，第二面為自由曲面(出射面)。該自由曲面的形 狀由如下方法確定:
用于投射式LED汽車近光燈的自由曲面透鏡，其特征在于該自由曲面透鏡由透明 材料制成，自由曲面透鏡由兩個(gè)面構(gòu)成，即入射面和出射面，其中入射面為圓形平面，出射 面為自由曲面。
進(jìn)一步的，所述自由曲面的形狀確定如下:
以投射式LED汽車近光燈的橢球反射器的第二焦點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系， 以過(guò)原點(diǎn)并平行于自由曲面透鏡入射面的平面為XOY平面，以所述自由曲面透鏡厚度方向 (即垂直于入射面)所在直線為Z軸，在XOY平面選取一條過(guò)原點(diǎn)的直線為X軸，由于該自由曲面透鏡是以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱的，所以為了描述的簡(jiǎn)潔性，以下的計(jì)算選擇在XOZ平面內(nèi)進(jìn)行；
目標(biāo)照明面與所述坐標(biāo)原點(diǎn)距離為H，且目標(biāo)照明面根據(jù)汽車用LED前照燈的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB25991-2010)分為I區(qū)、II區(qū)、III區(qū)和IV區(qū)，每個(gè)區(qū)域都有對(duì)應(yīng)的照度要求值，III 區(qū)為眩光區(qū)，其最大照度不能超過(guò)0.71x，將橢球反射器的第二焦點(diǎn)發(fā)出的光線按照角度 Θ 1、Θ 2、Θ 3分為3個(gè)部分分別投射到照明面上的除III區(qū)以外的其他3個(gè)區(qū)域；
根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求給定整個(gè)照明面的光分布為Ptl，光源的中心光強(qiáng)為Itl，從橢球反射器第二焦點(diǎn)發(fā)出的光與Z軸方向夾角為Θ i的那部分光線入射到透鏡后照射在離照明面中心距離為A的位置，與Z軸線夾角小于Θ i的那部分光線經(jīng)透鏡后照射在照明面的位置與照明面中心距離小于，將第一部分光線對(duì)應(yīng)的角度Q1等分成i份，每一個(gè)01在半徑A上也相應(yīng)的分成i份，這樣相應(yīng)的得到了數(shù)組G1Q)和數(shù)組ri(i)，那么第一區(qū)域出射光和照明面上的照度的能量守恒表達(dá)式為:m(i)
權(quán)利要求
1.用于投射式LED汽車近光燈的自由曲面透鏡，其特征在于該自由曲面透鏡由透明材料制成，自由曲面透鏡由兩個(gè)面構(gòu)成，即入射面和出射面，其中入射面為圓形平面，出射面為自由曲面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于投射式LED汽車近光燈的自由曲面透鏡，其特征在于，所述自由曲面的形狀確定如下:以投射式LED汽車近光燈的橢球反射器的第二焦點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，以過(guò)原點(diǎn)并平行于自由曲面透鏡入射面的平面為XOY平面，以所述自由曲面透鏡厚度方向所在直線為Z軸，在XOY平面選取一條過(guò)原點(diǎn)的直線為X軸，由于該自由曲面透鏡是以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱的，所以為了描述的簡(jiǎn)潔性，以下的計(jì)算選擇在XOZ平面內(nèi)進(jìn)行；目標(biāo)照明面與所述坐標(biāo)原點(diǎn)距離為H，且目標(biāo)照明面根據(jù)汽車用LED前照燈的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB25991-2010分為I區(qū)、II區(qū)、III區(qū)和IV區(qū)，每個(gè)區(qū)域都有對(duì)應(yīng)的照度要求值，III區(qū)為眩光區(qū)，其最大照度不能超過(guò)0.71x，將橢球反射器的第二焦點(diǎn)發(fā)出的光線按照角度θρ θ2、 Θ 3分為3個(gè)部分分別投射到照明面上的除III區(qū)以外的其他3個(gè)區(qū)域；根據(jù)所述國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求給定整個(gè)照明面的光分布為Po，光源的中心光強(qiáng)為Ιο，從橢球反射器第二焦點(diǎn)發(fā)出的光與Z軸方向夾角為Θ i的那部分光線入射到透鏡后照射在離照明面中心距離為F1的位置，與Z軸線夾角小于Θ i的那部分光線經(jīng)透鏡后照射在照明面的位置與照明面中心距離小于^，將第一部分光線對(duì)應(yīng)的角度Q1等分成i份，每一個(gè)01在半徑A上也相應(yīng)的分成i份，這樣相應(yīng)的得到了數(shù)組G1Q)和數(shù)組ri(i)，那么第一區(qū)域出射光和照明面上的照度的能量守恒表達(dá)式為:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于投射式LED汽車近光燈的自由曲面透鏡，其特征在于， 設(shè)置自由曲面透鏡入射面與橢球反射器第二焦點(diǎn)的距離f=10mm，則自由曲面透鏡入射面根據(jù)折射定律有:
全文摘要
本發(fā)明提供了用于投射式LED汽車近光燈的自由曲面透鏡，該自由曲面透鏡由兩個(gè)面構(gòu)成，其中第一面為圓形平面，第二面為自由曲面，由折射定律得出自由曲面上點(diǎn)的法向量，利用這個(gè)法向量得切平面，通過(guò)確定切平面與下一點(diǎn)的經(jīng)過(guò)透鏡第一面折射后入射到自由曲面上的光線的交點(diǎn)得到自由曲面上點(diǎn)的坐標(biāo)，由前一點(diǎn)的切平面與下一點(diǎn)的法向量所在的直線相交得到下一點(diǎn)，通過(guò)迭代得到自由曲面在坐標(biāo)平面上的曲線各點(diǎn)的坐標(biāo)，將得到的點(diǎn)坐標(biāo)擬合成曲線后，繞Z軸旋轉(zhuǎn)360°即得到最終的透鏡自由曲面。本發(fā)明通過(guò)透鏡的自由曲面來(lái)控制光線的走向及分配，使其照明區(qū)域符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)汽車近光燈的光分布與照度要求。
文檔編號(hào)F21W101/10GK103206668SQ20131002174
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月21日
發(fā)明者王洪, 王麗君, 陳贊吉, 葛鵬 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)