Led摩托車前照燈組合式透鏡的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)LED摩托車前照燈組合式透鏡。該組合式透鏡包括遠(yuǎn)光燈和近光燈光組合式透鏡自由曲面，每個(gè)組合式透鏡由雙自由曲面和單自由曲面組合而成，遠(yuǎn)光燈的光學(xué)透鏡放置于芯片前面，近光燈的光學(xué)透鏡放置于反射杯前面。曲面的確定過(guò)程包括建立直角坐標(biāo)系，分別確定照明面中心點(diǎn)為中心的橢圓形區(qū)域和半圓形區(qū)域，對(duì)橢圓形區(qū)域和半圓形區(qū)域進(jìn)行能量劃分，得出單自由曲面和雙自由曲面各自所占能量比，分別計(jì)算出芯片的出光角度和目標(biāo)平面的映射關(guān)系，然后可得出雙自由曲面和單自由曲面上點(diǎn)的坐標(biāo)值，將得到的點(diǎn)進(jìn)行組合然后進(jìn)行建模即可得到模型實(shí)體。本發(fā)明解決了現(xiàn)有摩托車透鏡照明技術(shù)中存在的色散嚴(yán)重、色溫偏高及光效利用率低等缺陷。
【專利說(shuō)明】
LED摩托車前照燈組合式透鏡
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及LED摩托車燈照明技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及用于LED摩托車近光燈和遠(yuǎn)光燈 組合式透鏡。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于LED芯片技術(shù)的不斷突破和封裝技術(shù)的改進(jìn)，LED的發(fā)光效率得到不斷提升， LED芯片所具有的體積小，重量輕，高穩(wěn)定性和高發(fā)光效率越來(lái)越得到各行各業(yè)的認(rèn)可和喜 愛(ài)，近年來(lái)，LED應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車照明領(lǐng)域也越來(lái)越受到重視，尤其是使用LED光源的摩托車前 照燈領(lǐng)域，由于LED芯片的發(fā)光模型近似為余弦輻射體，光學(xué)特性不同于傳統(tǒng)摩托車的白熾 絲光源，使LED光源應(yīng)用于摩托車前照燈時(shí)要面臨更加復(fù)雜的光學(xué)設(shè)計(jì)問(wèn)題，而現(xiàn)有的摩托 車透鏡前照燈存在色溫偏高和光學(xué)效率不高的問(wèn)題，給行車途中的舒適性和安全性帶來(lái)很 大困擾，為了使LED更好地應(yīng)用于摩托車照明領(lǐng)域，這一問(wèn)題亟需解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供了摩托車用的LED前照燈，該LED摩托車前照燈 包括遠(yuǎn)光燈和近光燈，能滿足新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)摩托車用LED前照燈的配光要求，解決了使用 LED光源的光學(xué)設(shè)計(jì)問(wèn)題，用雙自由曲面加單自由曲面的組合式透鏡，既解決色溫偏高問(wèn)題 又解決光斑照度問(wèn)題。
[0004] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的技術(shù)方案如下。
[0005] LED摩托車前照燈組合式透鏡，包括位于同一所述前照燈里的遠(yuǎn)光燈光學(xué)透鏡和 近光燈光學(xué)透鏡，所述遠(yuǎn)光燈光學(xué)透鏡和近光燈光學(xué)透鏡均由雙自由曲面和單自由曲面組 合而成，摩托車近光燈和遠(yuǎn)光燈的光斑均由兩種自由曲面的光斑疊加而成;根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 中對(duì)摩托車前照燈照度的分布要求，確定單自由曲面和雙自由曲面各自所占的能量比，進(jìn) 而確定單自由曲面和雙自由曲面所利用的芯片的光能即雙自由曲面利用從芯片發(fā)出的〇° 到0:°的光線，單自由曲面利用到θ°(θ可以設(shè)定，通常為60左右）的光線，由于組合式透鏡 采用的是兩種自由曲面相疊加的方式達(dá)到所要求的光效，為了解決現(xiàn)行的透鏡式摩托車前 照燈所存在的色溫偏高的問(wèn)題，組合式透鏡用雙自由曲面對(duì)能量相對(duì)集中的光線打在整個(gè) 照明區(qū)域內(nèi)，作為照明區(qū)域的基底，穩(wěn)定光斑色溫，再用單自由曲面將余下的光線進(jìn)行利 用，對(duì)主要的照明區(qū)域進(jìn)行加強(qiáng)，以達(dá)到國(guó)標(biāo)中對(duì)照明區(qū)域照度值的要求;組合式透鏡中雙 自由曲面主要由兩部份組成，前一個(gè)自由曲面作為入射面，主要對(duì)入射的光線進(jìn)行準(zhǔn)直，后 一個(gè)自由曲面作為出射面對(duì)準(zhǔn)直后的光線進(jìn)行能量分布;組合式透鏡中單自由曲面為平凸 結(jié)構(gòu)，包括作為入射面的平面和位于入射面后方的作為出射面的自由曲面，作為出射面的 自由曲面對(duì)光線進(jìn)行能量分布;組合式透鏡的底部為凸型曲面即雙自由曲面的入射面，LED 芯片放置在凸型曲面的焦點(diǎn)處，將從LED芯片發(fā)出的光進(jìn)行準(zhǔn)直，平行射出，凸型曲面的起 點(diǎn)由初始給定，終點(diǎn)由雙自由曲面利用的角度0:° (可以設(shè)定，如32°左右)決定;組合式透鏡 的單自由曲面中，為入射面的平面的高度由雙自由曲面的入射面的終點(diǎn)確定，作為入射面 的平面的高度與雙自由曲面的終點(diǎn)等高。
[0006] 進(jìn)一步地，遠(yuǎn)光燈組合式透鏡中雙自由曲面出射面確定如下：將光學(xué)透鏡的所述 平面與LED芯片發(fā)光面平行放置，以LED芯片發(fā)光面的中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)(h建立直角坐標(biāo) 系，LED芯片發(fā)光面所在平面為ΧΛΥ!平面，過(guò)原點(diǎn)(h并與ΧΛΥ!平面垂直的軸為，其中 XiOiYi平面為豎直平面，在坐標(biāo)原點(diǎn)0!前方距離25米處平行于ΧχΟΛ平面的平面設(shè)為照明 面，點(diǎn)0為照明面中心，將照明面上的照明區(qū)域設(shè)定為以照明面中心0的橢圓形區(qū)域，對(duì)該橢 圓形區(qū)域進(jìn)行多環(huán)帶劃分，然后將各環(huán)帶進(jìn)行網(wǎng)格劃分，運(yùn)用能量守恒定律建立環(huán)帶網(wǎng)格 能量對(duì)應(yīng)立體角能量關(guān)系，然后將經(jīng)過(guò)雙自由曲面的光源立體角按照明要求進(jìn)行相等數(shù)量 的多份劃分，經(jīng)雙自由曲面的入射面后準(zhǔn)直為平行光線，將入射角度轉(zhuǎn)化為距中心點(diǎn)距離， 設(shè)定出射面的起始點(diǎn)，在對(duì)應(yīng)的XiOiYi平面直角坐標(biāo)系中，把第一象限內(nèi)按等角度將曲面劃 分為90份，取XiOiZi為第一條曲線所在的平面，然后運(yùn)用折射定律和所給定的起始點(diǎn)反向?qū)?應(yīng)照射區(qū)域通過(guò)迭代數(shù)值計(jì)算得出該曲線，以此類推計(jì)算出第一象限內(nèi)其他89份立體角內(nèi) 的曲線，最后將這些曲線組合放樣即得到所要的遠(yuǎn)光燈組合式透鏡中雙自由曲面出射面。
[0007] 進(jìn)一步地，遠(yuǎn)光燈組合式透鏡中雙自由曲面入射面確定如下：將光學(xué)透鏡的所述 平面與LED芯片發(fā)光面平行放置，以LED芯片發(fā)光面的中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)(h建立直角坐標(biāo) 系，LED芯片發(fā)光面所在平面為ΧΛΥ!平面，過(guò)原點(diǎn)(h并與ΧΛΥ!平面垂直的軸為，其中 XiOiYi平面為豎直平面，給定一個(gè)初始點(diǎn)，由已知的入射光線的方向和出射后的平行光線， 用折反射定律迭代出其他點(diǎn)的坐標(biāo)，雙自由曲面入射面的終點(diǎn)由雙自由曲面利用的角度確 定。
[0008] 進(jìn)一步地，近光燈組合式透鏡中雙自由曲面出射面確定如下：將光學(xué)透鏡平行放 置于反射器的前方，與芯片的發(fā)光面垂直，反射器采用部分橢球面作為內(nèi)表面，以反射器的 外側(cè)焦點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)〇 2建立直角坐標(biāo)系，以過(guò)點(diǎn)〇2并平行于光學(xué)透鏡的所述平面平行的平 面為X2O2Y2平面，過(guò)原點(diǎn)〇2并與X2O2Y2平面垂直的軸為Z 2軸，其中X2〇2Y2平面為水平面，在坐標(biāo) 原點(diǎn)〇2前方距離25米處、與2 2軸交點(diǎn)為0且平行于Χ2〇2Υ2平面的平面設(shè)為照明面，點(diǎn)0為照明 面的中心點(diǎn)，把照明區(qū)域設(shè)為以照明面的中心點(diǎn)0為圓心的半圓形區(qū)域，對(duì)該半圓形區(qū)域進(jìn) 行多環(huán)帶劃分，且各能帶內(nèi)的光強(qiáng)設(shè)為相同，運(yùn)用能量守恒定律建立環(huán)帶能量對(duì)應(yīng)立體角 能量關(guān)系，然后將光源立體角按照明要求進(jìn)行相等數(shù)量的多份劃分，光線經(jīng)雙自由曲面的 入射面后準(zhǔn)直為平行光線，將入射角度轉(zhuǎn)化為距中心點(diǎn)距離，給曲面設(shè)定一初始點(diǎn)，然后運(yùn) 用折射定律和給定的初始點(diǎn)反向?qū)?yīng)照射區(qū)域通過(guò)迭代數(shù)值計(jì)算得出該曲線，然后由得出 的自由曲線繞Ζ 2軸旋轉(zhuǎn)360°組成近光燈組合式透鏡中雙自由曲面出射面。
[0009] 進(jìn)一步地，近光燈組合式透鏡中雙自由曲面入射面確定如下：將光學(xué)透鏡平行放 置于反射器的前方，反射器采用部分橢球面作為內(nèi)表面，以反射器的外側(cè)焦點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn) 〇 2建立直角坐標(biāo)系，以過(guò)點(diǎn)〇2并平行于光學(xué)透鏡的平面平行的平面為Χ2〇2Υ 2平面，給定一個(gè) 初始點(diǎn)，由已知的入射光線的方向和出射后的平行光線，用折反射定律迭代出其他點(diǎn)的坐 標(biāo)，雙自由曲面入射面的終點(diǎn)由雙自由曲面利用的角度確定。
[0010] 進(jìn)一步地，遠(yuǎn)光燈組合式透鏡單自由曲面確定如下:將光學(xué)透鏡的所述平面與LED 芯片發(fā)光面平行設(shè)置，以LED芯片發(fā)光面的中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)(h建立直角坐標(biāo)系，LED芯片 發(fā)光面所在平面為ΧιΟιΥι平面，過(guò)原點(diǎn)〇ι并與ΧιΟιΥι平面垂直的軸為Zdil，其中ΧχΟΛ平面為 豎直面，在坐標(biāo)原點(diǎn)⑴前方距離25米處、與交點(diǎn)為0且平行與XiOih平面的平面設(shè)為照明 面，點(diǎn)0為照明面中心，將照明面上的照明區(qū)域設(shè)定為以照明面為中心點(diǎn)0的橢圓環(huán)形區(qū)域， 所形成的橢圓光斑與通過(guò)雙自由曲面形成的橢圓光斑相似，且橢圓環(huán)形區(qū)域的內(nèi)環(huán)與雙自 由曲面形成的橢圓重合，然后對(duì)該橢圓環(huán)形區(qū)域進(jìn)行多環(huán)帶劃分，然后將各環(huán)帶進(jìn)行網(wǎng)格 劃分，運(yùn)用能量守恒定律建立環(huán)帶能量對(duì)應(yīng)立體角能量關(guān)系，然后將光源立體角按照明要 求進(jìn)行相等數(shù)量的多份劃分，給定一個(gè)初始點(diǎn)，然后運(yùn)用折射定律通過(guò)迭代數(shù)值計(jì)算得出 該段曲線，以此類推計(jì)算出其他曲線，然后由得出的這些自由曲線組成自由曲面模型。
[0011] 進(jìn)一步地，近光燈組合式透鏡單自由曲面確定如下：將光學(xué)透鏡平行放置于反射 器的前方，反射器采用部分橢球面作為內(nèi)表面，以反射器的外側(cè)焦點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)0 2建立直 角坐標(biāo)系，以過(guò)點(diǎn)〇2并平行于光學(xué)透鏡的平面平行的平面為χ2〇 2γ2平面，過(guò)原點(diǎn)〇2并與χ2〇2γ 2 平面垂直的軸為22軸，其中Χ2〇2Υ2平面為水平面，在坐標(biāo)原點(diǎn)0 2前方距離25米處、與Ζ2軸交點(diǎn) 為0且平行于Χ2〇2Υ 2平面的平面設(shè)為照明面，點(diǎn)0為照明面的中心點(diǎn)，把照明區(qū)域設(shè)為以照明 面的中心點(diǎn)0為圓心的半圓形區(qū)域，對(duì)該半圓形區(qū)域進(jìn)行兩個(gè)環(huán)帶劃分，兩個(gè)環(huán)帶的尺寸為 將由雙自由曲面所形成的光斑半徑等分為兩份，且兩個(gè)環(huán)帶照度坡度較大，第一個(gè)環(huán)帶照 度值較大，這樣用來(lái)加強(qiáng)截止線附近的照度值，使截止線更加清晰，運(yùn)用能量守恒定律建立 環(huán)帶能量對(duì)應(yīng)立體角能量關(guān)系，然后將光源立體角按照明要求進(jìn)行相等數(shù)量的劃分，經(jīng)雙 自由曲面的入射面后準(zhǔn)直為平行光線，將入射角度轉(zhuǎn)化為距中心點(diǎn)距離，給單自由曲面設(shè) 定一初始點(diǎn)，然后運(yùn)用折射定律和給定的初始點(diǎn)反向?qū)?yīng)照射區(qū)域通過(guò)迭代數(shù)值計(jì)算得出 該曲線，然后由得出的自由曲線繞ζ 2軸旋轉(zhuǎn)360°組成自由曲面模型；
[0012] 進(jìn)一步地，所述對(duì)該橢圓形區(qū)域進(jìn)行多環(huán)帶劃分具體包括:按橢圓區(qū)域的長(zhǎng)半軸a 分成η份，然后將短半軸b按長(zhǎng)半軸劃分的相同比例分成η份，ai，bi分別表不劃分后第i份長(zhǎng) 短軸的長(zhǎng)度，然后以照明面中心點(diǎn)〇為中心，分別為長(zhǎng)短軸做橢圓，然后以 ai，b^ 長(zhǎng)短軸作橢圓，兩橢圓之間的區(qū)域?yàn)樵摥h(huán)帶區(qū)。
[0013] 進(jìn)一步地，所述對(duì)該半圓形區(qū)域進(jìn)行多環(huán)帶劃分具體包括:首先把半圓形區(qū)域的 圓半徑r等分成η份，以^表示等分后第j份的半徑，然后以照明面中心點(diǎn)0為圓心，分別以和 ^為半徑畫(huà)圓，將該半圓形區(qū)域劃分為半圓形環(huán)帶區(qū)域。
[0014] 進(jìn)一步地，單自由曲面和雙自由曲面為獨(dú)立的光學(xué)系統(tǒng)，各自對(duì)光源的光能進(jìn)行 能量分布，雙自由曲面利用〇°到θ:°的能量，為設(shè)定值，單自由曲面利用余下能量，兩者形 成的光斑進(jìn)行疊加，即為所需的照明效果。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果:本發(fā)明解決了現(xiàn)有摩托車透 鏡照明技術(shù)中存在的色散嚴(yán)重、色溫偏高及光效利用率低等缺陷。該LED摩托車前照燈包括 遠(yuǎn)光燈和近光燈，能滿足新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)摩托車用LED前照燈的配光要求，解決了使用LED 光源的光學(xué)設(shè)計(jì)問(wèn)題，用雙自由曲面加單自由曲面的組合式透鏡，既解決色溫偏高問(wèn)題又 解決光斑照度問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為遠(yuǎn)光燈組合式透鏡的剖視圖。
[0017] 圖2為遠(yuǎn)光燈組合式透鏡的俯視圖。
[0018] 圖3為近光燈組合式透鏡的剖視圖。
[0019] 圖4為近光燈組合式透鏡的俯視圖。
[0020]圖5為遠(yuǎn)光燈組合式透鏡光線蹤跡示意圖。
[0021 ]圖6為近光燈組合式透鏡光線蹤跡示意圖。
[0022]圖中1-照明面，2-遠(yuǎn)光燈出光面，3-近光燈出光面，4-近光燈反射杯，5-擋光板； 11 -遠(yuǎn)光燈雙自由曲面入射面起始點(diǎn)，12-遠(yuǎn)光燈雙自由曲面入射面，13-遠(yuǎn)光燈雙自由曲面 終點(diǎn)，14-遠(yuǎn)光燈單自由曲面入射面，15-遠(yuǎn)光燈單自由曲面，16-遠(yuǎn)光燈單自由曲面起始點(diǎn)， 17-遠(yuǎn)光燈雙自由曲面出射面起始點(diǎn)，18-遠(yuǎn)光燈雙自由曲面出射面;21-近光燈雙自由曲面 入射面起始點(diǎn)，22-近光燈雙自由曲面入射面，23-近光燈雙自由曲面終點(diǎn)，24-近光燈單自 由曲面入射面，25-近光燈單自由曲面，26-近光燈單自由曲面起始點(diǎn)，27-近光燈雙自由曲 面出射面起始點(diǎn)，28 -近光燈雙自由曲面出射面。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施和保護(hù)不 限于此。
[0024]本實(shí)例的LED摩托車前照燈組合式透鏡，組合式透鏡中雙自由曲面主要由兩部份 組成，前一個(gè)自由曲面主要對(duì)入射的光線進(jìn)行準(zhǔn)直，后一個(gè)自由曲面對(duì)準(zhǔn)直后的光線進(jìn)行 能量分布，組合式透鏡中單自由曲面為平凸結(jié)構(gòu)，前一個(gè)入射面為平面，出射面為自由曲面 對(duì)光線進(jìn)行能量分布。
[0025]遠(yuǎn)光燈組合式透鏡的確定如下。
[0026] 如圖1所示，遠(yuǎn)光燈組合式透鏡中雙自由曲面入射面12確定如下:將光學(xué)透鏡的平 面與LED芯片發(fā)光面平行放置，以LED芯片發(fā)光面的中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)(h建立直角坐標(biāo)系， LED芯片發(fā)光面所在平面為XiOiZi平面2,過(guò)原點(diǎn)(h并與XiOiZi平面垂直的軸為，其中 XiOiZi平面為水平面，給定一個(gè)初始點(diǎn)11，由已知的入射光線的方向和出射后的平行光線， 用折反射定律迭代出其他點(diǎn)的坐標(biāo)，曲面的終點(diǎn)13由雙自由曲面利用的角度決定。
[0027] 如圖1、圖2所示，遠(yuǎn)光燈組合式透鏡中雙自由曲面出射面18確定如下:將光學(xué)透鏡 的平面與LED芯片發(fā)光面平行放置(如圖5)，以LED芯片發(fā)光面的中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)(h建立 直角坐標(biāo)系，LED芯片發(fā)光面所在平面為XiOiZi平面2,過(guò)原點(diǎn)&并與XiOiZi平面垂直的軸SZi 軸，其中XiOiZi平面為水平面，在坐標(biāo)原點(diǎn)(^前方距離25米處平行于XiOiZi平面的平面設(shè)為 照明面1，點(diǎn)0為照明面中心，將照明面上的照明區(qū)域設(shè)定為以照明面中心0的橢圓形區(qū)域， 然后對(duì)該橢圓形區(qū)域進(jìn)行多環(huán)帶劃分，然后將各環(huán)帶進(jìn)行網(wǎng)格劃分，運(yùn)用能量守恒定律建 立環(huán)帶能量對(duì)應(yīng)立體角能量關(guān)系，然后將經(jīng)過(guò)雙自由曲面的光源立體角按照明要求進(jìn)行相 等數(shù)量的多份劃分，經(jīng)雙自由曲面的入射面后準(zhǔn)直為平行光線，將入射角度轉(zhuǎn)化為距中心 點(diǎn)距離，設(shè)定一個(gè)曲面的起始點(diǎn)17,在第一象限內(nèi)按角度將曲面劃分為90份，取ΧΛΖ!為第 一條曲線所在的平面，然后運(yùn)用折射定律和所給定的初始點(diǎn)反向?qū)?yīng)照射區(qū)域通過(guò)迭代數(shù) 值計(jì)算得出該曲線，以此類推計(jì)算出其他角度內(nèi)的曲線，最后將這些曲線組合放樣即可得 到所要的曲面模型。
[0028] 遠(yuǎn)光燈組合式透鏡單自由曲面15確定如下：將光學(xué)透鏡的平面與LED芯片發(fā)光面 平行設(shè)置，以LED芯片發(fā)光面的中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)(h建立直角坐標(biāo)系，LED芯片發(fā)光面所在 平面為ΧιΟιΖ!平面2，過(guò)原點(diǎn)(h并與ΧχΟ?平面垂直的軸為，其中ΧχΟ?平面為水平面，在 坐標(biāo)原點(diǎn)〇!前方距離25米處、與交點(diǎn)為0且平行與ΧΑ?平面的平面設(shè)為照明面1，點(diǎn)0為 照明面中心，將照明面上的照明區(qū)域設(shè)定為以照明面為中心點(diǎn)0的橢圓環(huán)形區(qū)域，所形成的 橢圓光斑與通過(guò)雙自由曲面形成的橢圓光斑相似，且橢圓環(huán)形區(qū)域的內(nèi)環(huán)與雙自由曲面形 成的橢圓重合，然后對(duì)該橢圓環(huán)形區(qū)域進(jìn)行多環(huán)帶劃分，然后將各環(huán)帶進(jìn)行網(wǎng)格劃分，運(yùn)用 能量守恒定律建立環(huán)帶能量對(duì)應(yīng)立體角能量關(guān)系，然后將光源立體角按照明要求進(jìn)行相等 數(shù)量的多份劃分，給定一個(gè)初始點(diǎn)16,然后運(yùn)用折射定律通過(guò)迭代數(shù)值計(jì)算得出該段曲線， 以此類推計(jì)算出其他曲線，然后由得出的這些自由曲線組成自由曲面模型。
[0029]近光燈組合式透鏡的確定如下。
[0030] 近光燈組合式透鏡中雙自由曲面入射面22確定如下:將光學(xué)透鏡平行放置于反射 器4的前方，反射器4采用部分橢球面作為內(nèi)表面，以反射器的外側(cè)焦點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)0 2建立 直角坐標(biāo)系，以過(guò)點(diǎn)〇2并平行于光學(xué)透鏡的平面平行的平面為Χ2〇 2Υ2平面3，給定一個(gè)初始 點(diǎn)21，由已知的入射光線的方向和出射后的平行光線，用折反射定律迭代出其他點(diǎn)的坐標(biāo)， 曲面的終點(diǎn)23由雙自由曲面利用的角度決定。
[0031] 如圖3、圖4所示，近光燈組合式透鏡中雙自由曲面出射面28確定如下:將光學(xué)透鏡 平行放置于反射器4的前方(如圖6)，反射器4采用部分橢球面作為內(nèi)表面，以反射器的外側(cè) 焦點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)〇 2建立直角坐標(biāo)系，以過(guò)點(diǎn)〇2并平行于光學(xué)透鏡的平面平行的平面為χ2〇2γ 2 平面3,過(guò)原點(diǎn)02并與Χ2〇2Υ2平面垂直的軸為Ζ 2軸，其中Χ2〇2Υ2平面為水平面3,在坐標(biāo)原點(diǎn)0 2 前方距離25米處、與22軸交點(diǎn)為0且平行于Χ2〇2Υ2平面的平面設(shè)為照明面1，點(diǎn)0為照明面的 中心點(diǎn)，把照明區(qū)域設(shè)為以照明面的中心點(diǎn)0為圓心的半圓形區(qū)域，對(duì)該半圓形區(qū)域進(jìn)行多 環(huán)帶劃分，且各能帶內(nèi)的光強(qiáng)設(shè)為相同，運(yùn)用能量守恒定律建立環(huán)帶能量對(duì)應(yīng)立體角能量 關(guān)系，然后將光源立體角按照明要求進(jìn)行相等數(shù)量的多份劃分，光線經(jīng)雙自由曲面的入射 面后準(zhǔn)直為平行光線，將入射角度轉(zhuǎn)化為距中心點(diǎn)距離，給曲面設(shè)定一初始點(diǎn)27,然后運(yùn)用 折射定律和給定的初始點(diǎn)反向?qū)?yīng)照射區(qū)域通過(guò)迭代數(shù)值計(jì)算得出該曲線，然后由得出的 自由曲線繞Ζ 2軸旋轉(zhuǎn)360°組成自由曲面模型。
[0032] 近光燈組合式透鏡單自由曲面25確定如下：將光學(xué)透鏡平行放置于反射器4的前 方，反射器4采用部分橢球面作為內(nèi)表面，以反射器的外側(cè)焦點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)0 2建立直角坐標(biāo) 系，以過(guò)點(diǎn)〇2并平行于光學(xué)透鏡的平面平行的平面為Χ2〇 2Υ2平面3，過(guò)原點(diǎn)02并與Χ2〇2Υ 2平面 垂直的軸為22軸，其中Χ2〇2Υ 2平面為水平面，在坐標(biāo)原點(diǎn)02前方距離25米處、與22軸交點(diǎn)為0 且平行于Χ 2〇2Υ2平面的平面設(shè)為照明面1，點(diǎn)〇為照明面的中心點(diǎn)，把照明區(qū)域設(shè)為以照明面 的中心點(diǎn)0為圓心的半圓形區(qū)域，對(duì)該半圓形區(qū)域進(jìn)行兩個(gè)環(huán)帶劃分，且兩個(gè)環(huán)帶照度坡度 較大，這樣用來(lái)加強(qiáng)截止線附近的照度值，使截止線更加清晰，運(yùn)用能量守恒定律建立環(huán)帶 能量對(duì)應(yīng)立體角能量關(guān)系，然后將光源立體角按照明要求進(jìn)行相等數(shù)量的劃分，經(jīng)雙自由 曲面的入射面后準(zhǔn)直為平行光線，將入射角度轉(zhuǎn)化為距中心點(diǎn)距離，給曲面設(shè)定一初始點(diǎn) 26,然后運(yùn)用折射定律和給定的初始點(diǎn)反向?qū)?yīng)照射區(qū)域通過(guò)迭代數(shù)值計(jì)算得出該曲線， 然后由得出的自由曲線繞Ζ 2軸旋360°組成自由曲面模型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1丄抓摩托車前照燈組合式透鏡，其特征在于:包括位于同一所述前照燈里的遠(yuǎn)光燈光 學(xué)透鏡和近光燈光學(xué)透鏡，所述遠(yuǎn)光燈光學(xué)透鏡和近光燈光學(xué)透鏡均由雙自由曲面和單自 由曲面組合而成，摩托車近光燈和遠(yuǎn)光燈的光斑均由兩種自由曲面的光斑疊加而成;根據(jù) 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)摩托車前照燈照度的分布要求，確定單自由曲面和雙自由曲面各自所占的能 量比，進(jìn)而確定單自由曲面和雙自由曲面所利用的忍片的光能即雙自由曲面利用從忍片發(fā) 出的0°到聳°的光線，單自由曲面利用邱°到貧°的光線，由于組合式透鏡采用的是兩種自 由曲面相疊加的方式達(dá)到所要求的光效;組合式透鏡用雙自由曲面對(duì)能量相對(duì)集中的光線 打在整個(gè)照明區(qū)域內(nèi)，作為照明區(qū)域的基底，穩(wěn)定光斑色溫，再用單自由曲面將余下的光線 進(jìn)行利用，對(duì)主要的照明區(qū)域進(jìn)行加強(qiáng)，W達(dá)到國(guó)標(biāo)中對(duì)照明區(qū)域照度值的要求;組合式透 鏡中雙自由曲面主要由兩部份組成，前一個(gè)自由曲面作為入射面，主要對(duì)入射的光線進(jìn)行 準(zhǔn)直，后一個(gè)自由曲面作為出射面對(duì)準(zhǔn)直后的光線進(jìn)行能量分布;組合式透鏡中單自由曲 面為平凸結(jié)構(gòu)，包括作為入射面的平面和位于入射面后方的作為出射面的自由曲面，作為 出射面的自由曲面對(duì)光線進(jìn)行能量分布;組合式透鏡的底部為凸型曲面即雙自由曲面的入 射面，L抓忍片放置在凸型曲面的焦點(diǎn)處，將從L抓忍片發(fā)出的光進(jìn)行準(zhǔn)直，平行射出，凸型 曲面的起點(diǎn)由初始給定，終點(diǎn)由雙自由曲面利用的角度好1°決定;組合式透鏡的單自由曲面 中，為入射面的平面的高度由雙自由曲面的入射面的終點(diǎn)確定，作為入射面的平面的高度 與雙自由曲面的終點(diǎn)等高。2. 如權(quán)利要求1所述Lm)摩托車前照燈組合式透鏡，其特征是，遠(yuǎn)光燈組合式透鏡中雙 自由曲面出射面確定如下：將光學(xué)透鏡的所述平面與L抓忍片發(fā)光面平行放置，WL抓忍片 發(fā)光面的中屯、點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)化建立直角坐標(biāo)系，L抓忍片發(fā)光面所在平面為Xi化Yi平面，過(guò) 原點(diǎn)化并與XiOiY評(píng)面垂直的軸為Zi軸，其中Xi化Yi平面為豎直平面，在坐標(biāo)原點(diǎn)化前方距離 25米處平行于Xi化Yi平面的平面設(shè)為照明面，點(diǎn)0為照明面中屯、，將照明面上的照明區(qū)域設(shè) 定為W照明面中屯、0的楠圓形區(qū)域，對(duì)該楠圓形區(qū)域進(jìn)行多環(huán)帶劃分，然后將各環(huán)帶進(jìn)行網(wǎng) 格劃分，運(yùn)用能量守恒定律建立環(huán)帶網(wǎng)格能量對(duì)應(yīng)立體角能量關(guān)系，然后將經(jīng)過(guò)雙自由曲 面的光源立體角按照明要求進(jìn)行相等數(shù)量的多份劃分，經(jīng)雙自由曲面的入射面后準(zhǔn)直為平 行光線，將入射角度轉(zhuǎn)化為距中屯、點(diǎn)距離，設(shè)定出射面的起始點(diǎn)，在對(duì)應(yīng)的Xi化Yi平面直角 坐標(biāo)系中，把第一象限內(nèi)按等角度將曲面劃分為90份，取XiOiZ功第一條曲線所在的平面， 然后運(yùn)用折射定律和所給定的起始點(diǎn)反向?qū)?yīng)照射區(qū)域通過(guò)迭代數(shù)值計(jì)算得出該曲線，W 此類推計(jì)算出第一象限內(nèi)其他89份立體角內(nèi)的曲線，最后將運(yùn)些曲線組合放樣即得到所要 的遠(yuǎn)光燈組合式透鏡中雙自由曲面出射面。3. 如權(quán)利要求1所述Lm)摩托車前照燈組合式透鏡，其特征是，遠(yuǎn)光燈組合式透鏡中雙 自由曲面入射面確定如下:將光學(xué)透鏡的所述平面與Lm)忍片發(fā)光面平行放置，WLm)忍片 發(fā)光面的中屯、點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)化建立直角坐標(biāo)系，L抓忍片發(fā)光面所在平面為Xi化Yi平面，過(guò) 原點(diǎn)化并與Xi化Yi平面垂直的軸為Zi軸，其中Xi化Yi平面為豎直平面，給定一個(gè)初始點(diǎn)，由已 知的入射光線的方向和出射后的平行光線，用折反射定律迭代出其他點(diǎn)的坐標(biāo)，雙自由曲 面入射面的終點(diǎn)由雙自由曲面利用的角度確定。4. 如權(quán)利要求1所述Lm)摩托車前照燈組合式透鏡，其特征是，近光燈組合式透鏡中雙 自由曲面出射面確定如下:將光學(xué)透鏡平行放置于反射器的前方，與忍片的發(fā)光面垂直，反 射器采用部分楠球面作為內(nèi)表面，w反射器的外側(cè)焦點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)化建立直角坐標(biāo)系，w 過(guò)點(diǎn)化并平行于光學(xué)透鏡的所述平面平行的平面為X2化Y2平面，過(guò)原點(diǎn)化并與X2化Y2平面垂 直的軸為Z2軸，其中X2化Y2平面為水平面，在坐標(biāo)原點(diǎn)化前方距離25米處、與Z2軸交點(diǎn)為0且 平行于X2化Y2平面的平面設(shè)為照明面，點(diǎn)0為照明面的中屯、點(diǎn)，把照明區(qū)域設(shè)為W照明面的 中屯、點(diǎn)0為圓屯、的半圓形區(qū)域，對(duì)該半圓形區(qū)域進(jìn)行多環(huán)帶劃分，且各能帶內(nèi)的光強(qiáng)設(shè)為相 同，運(yùn)用能量守恒定律建立環(huán)帶能量對(duì)應(yīng)立體角能量關(guān)系，然后將光源立體角按照明要求 進(jìn)行相等數(shù)量的多份劃分，光線經(jīng)雙自由曲面的入射面后準(zhǔn)直為平行光線，將入射角度轉(zhuǎn) 化為距中屯、點(diǎn)距離，給曲面設(shè)定一初始點(diǎn)，然后運(yùn)用折射定律和給定的初始點(diǎn)反向?qū)?yīng)照 射區(qū)域通過(guò)迭代數(shù)值計(jì)算得出該曲線，然后由得出的自由曲線繞Z2軸旋轉(zhuǎn)360°組成近光燈 組合式透鏡中雙自由曲面出射面。5. 如權(quán)利要求1所述Lm)摩托車前照燈組合式透鏡，其特征是，近光燈組合式透鏡中雙 自由曲面入射面確定如下：將光學(xué)透鏡平行放置于反射器的前方，反射器采用部分楠球面 作為內(nèi)表面，W反射器的外側(cè)焦點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)化建立直角坐標(biāo)系，W過(guò)點(diǎn)化并平行于光學(xué)透 鏡的平面平行的平面為X2化Y2平面，給定一個(gè)初始點(diǎn)，由已知的入射光線的方向和出射后的 平行光線，用折反射定律迭代出其他點(diǎn)的坐標(biāo)，雙自由曲面入射面的終點(diǎn)由雙自由曲面利 用的角度確定。6. 如權(quán)利要求1所述Lm)摩托車前照燈組合式透鏡，其特征是，遠(yuǎn)光燈組合式透鏡單自 由曲面確定如下:將光學(xué)透鏡的所述平面與Lm)忍片發(fā)光面平行設(shè)置，WLm)忍片發(fā)光面的 中屯、點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)化建立直角坐標(biāo)系，L邸忍片發(fā)光面所在平面為Xi化Yi平面，過(guò)原點(diǎn)化并與 XiOiY評(píng)面垂直的軸為Zi軸，其中Xi化Yi平面為豎直面，在坐標(biāo)原點(diǎn)化前方距離25米處、與Zi 軸交點(diǎn)為0且平行與XiOiY評(píng)面的平面設(shè)為照明面，點(diǎn)0為照明面中屯、，將照明面上的照明區(qū) 域設(shè)定為W照明面為中屯、點(diǎn)0的楠圓環(huán)形區(qū)域，所形成的楠圓光斑與通過(guò)雙自由曲面形成 的楠圓光斑相似，且楠圓環(huán)形區(qū)域的內(nèi)環(huán)與雙自由曲面形成的楠圓重合，然后對(duì)該楠圓環(huán) 形區(qū)域進(jìn)行多環(huán)帶劃分，然后將各環(huán)帶進(jìn)行網(wǎng)格劃分，運(yùn)用能量守恒定律建立環(huán)帶能量對(duì) 應(yīng)立體角能量關(guān)系，然后將光源立體角按照明要求進(jìn)行相等數(shù)量的多份劃分，給定一個(gè)初 始點(diǎn)，然后運(yùn)用折射定律通過(guò)迭代數(shù)值計(jì)算得出該段曲線，W此類推計(jì)算出其他曲線，然后 由得出的運(yùn)些自由曲線組成自由曲面模型。7. 如權(quán)利要求1所述Lm)摩托車前照燈組合式透鏡，其特征是，近光燈組合式透鏡單自 由曲面確定如下：將光學(xué)透鏡平行放置于反射器的前方，反射器采用部分楠球面作為內(nèi)表 面，W反射器的外側(cè)焦點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)化建立直角坐標(biāo)系，W過(guò)點(diǎn)化并平行于光學(xué)透鏡的平面 平行的平面為X2O2Y2平面，過(guò)原點(diǎn)〇2并與X2O2Y2平面垂直的軸為Z2軸，其中X2O2Y2平面為水平 面，在坐標(biāo)原點(diǎn)化前方距離25米處、與Z2軸交點(diǎn)為0且平行于拉化Y2平面的平面設(shè)為照明面， 點(diǎn)0為照明面的中屯、點(diǎn)，把照明區(qū)域設(shè)為W照明面的中屯、點(diǎn)0為圓屯、的半圓形區(qū)域，對(duì)該半 圓形區(qū)域進(jìn)行兩個(gè)環(huán)帶劃分，兩個(gè)環(huán)帶的尺寸為將由雙自由曲面所形成的光斑半徑等分為 兩份，且兩個(gè)環(huán)帶照度坡度較大，第一個(gè)環(huán)帶照度值較大，運(yùn)樣用來(lái)加強(qiáng)截止線附近的照度 值，使截止線更加清晰，運(yùn)用能量守恒定律建立環(huán)帶能量對(duì)應(yīng)立體角能量關(guān)系，然后將光源 立體角按照明要求進(jìn)行相等數(shù)量的劃分，經(jīng)雙自由曲面的入射面后準(zhǔn)直為平行光線，將入 射角度轉(zhuǎn)化為距中屯、點(diǎn)距離，給單自由曲面設(shè)定一初始點(diǎn)，然后運(yùn)用折射定律和給定的初 始點(diǎn)反向?qū)?yīng)照射區(qū)域通過(guò)迭代數(shù)值計(jì)算得出該曲線，然后由得出的自由曲線繞Z2軸旋轉(zhuǎn) 360°組成自由曲面模型。8. 如權(quán)利要求2所述的Lm)摩托車前照燈組合式透鏡，其特征是，所述對(duì)該楠圓形區(qū)域 進(jìn)行多環(huán)帶劃分具體包括:按楠圓區(qū)域的長(zhǎng)半軸a分成η份，然后將短半軸b按長(zhǎng)半軸劃分的 相同比例分成η份，曰1，bi分別表示劃分后第i份長(zhǎng)短軸的長(zhǎng)度，然后W照明面中屯、點(diǎn)0為中 屯、，分別為長(zhǎng)短軸做楠圓，然后Wai, bi為長(zhǎng)短軸作楠圓，兩楠圓之間的區(qū)域?yàn)樵?環(huán)帶區(qū)。9. 如權(quán)利要求4所述的Lm)摩托車前照燈組合式透鏡，其特征是，所述對(duì)該半圓形區(qū)域 進(jìn)行多環(huán)帶劃分具體包括:首先把半圓形區(qū)域的圓半徑r等分成η份，Wn表示等分后第j份 的半徑，然后W照明面中屯、點(diǎn)0為圓屯、，分別W和rj為半徑畫(huà)圓，將該半圓形區(qū)域劃分為半 圓形環(huán)帶區(qū)域。10. 如權(quán)利要求1所述Lm)摩托車前照燈組合式透鏡，其特征是，單自由曲面和雙自由曲 面為獨(dú)立的光學(xué)系統(tǒng)，各自對(duì)光源的光能進(jìn)行能量分布，雙自由曲面利用0°到巧°的能量， 卑°為設(shè)定值，單自由曲面利用余下能量，兩者形成的光斑進(jìn)行疊加，即為所需的照明效果。
【文檔編號(hào)】F21Y115/10GK105972538SQ201610515300
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月30日
【發(fā)明人】王洪, 羅蝶, 葛鵬
【申請(qǐng)人】中山市華南理工大學(xué)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院