用于led摩托車(chē)前照燈的自由曲面光學(xué)透鏡的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及LED摩托車(chē)燈照明技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于LED摩托車(chē)前照燈用光學(xué)透鏡。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和整車(chē)配置需求，車(chē)燈照明行業(yè)內(nèi)對(duì)GB5948-1998《摩托車(chē)白熾絲光源前照燈配光性能》要求予以修訂的呼聲強(qiáng)烈。經(jīng)過(guò)專(zhuān)家組的討論決定，將制定強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)暫定為“發(fā)射對(duì)稱(chēng)近光和/或遠(yuǎn)光的機(jī)動(dòng)車(chē)前照燈配光性能”，標(biāo)準(zhǔn)批準(zhǔn)發(fā)布后，將設(shè)置實(shí)施過(guò)渡期，并逐步替代現(xiàn)行的摩托車(chē)前照燈標(biāo)準(zhǔn)GB5948-1998《摩托車(chē)白熾絲光源前照燈配光性能》。
[0003]摩托車(chē)前照燈新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的光型及照度要求不同于GB5948-1998，新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的即將發(fā)布意味著依據(jù)GB5948-1998設(shè)計(jì)的摩托車(chē)前照燈將會(huì)被淘汰，其使用的光學(xué)設(shè)計(jì)也不再適用于新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。尤其對(duì)于使用LED光源的摩托車(chē)前照燈，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(chē)的白熾絲光源，使LED光源應(yīng)用于摩托車(chē)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(chē)透鏡前照燈存在厚度過(guò)高或者光學(xué)效率不高的問(wèn)題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供了摩托車(chē)用的LED前照燈，該LED摩托車(chē)前照燈包括遠(yuǎn)光燈和近光燈，能滿(mǎn)足新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)摩托車(chē)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。
[0005]本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0006]用于LED摩托車(chē)前照燈的自由曲面光學(xué)透鏡，包括同一所述前照燈里的遠(yuǎn)光燈用光學(xué)透鏡和近光燈用光學(xué)透鏡，所述遠(yuǎn)光燈用光學(xué)透鏡和近光燈用光學(xué)透鏡均由平面和多段式自由曲面構(gòu)成，所述平面為光入射面、所述多段式自由曲面為光出射面，
[0007]所述遠(yuǎn)光燈用光學(xué)透鏡的多段式自由曲面的形狀確定如下:
[0008]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)O1建立直角坐標(biāo)系，LED芯片發(fā)光面所在平面為X AY1平面，過(guò)原點(diǎn)O:并與X W1Y1平面垂直的軸為Zji，其中X AY1平面為水平面，在坐標(biāo)原點(diǎn)O 1前方距離25米處、與Z 4由交點(diǎn)為01且平行于X W1Y1平面的平面設(shè)為照明面，點(diǎn)ο i為照明面中心，將照明面上的照明區(qū)域設(shè)定為以照明面中心點(diǎn)O1為中心的橢圓形區(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，然后將光源立體角按照明要求進(jìn)行相等數(shù)量的多份劃分，之后計(jì)算任一段自由曲線(xiàn)時(shí)先設(shè)定初始點(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(xiàn)，然后通過(guò)簡(jiǎn)單的線(xiàn)段連接各段曲線(xiàn)形成一條多段式自由曲線(xiàn)，然后由得出的這些多段式自由曲線(xiàn)繞Z1軸旋轉(zhuǎn)360°組成自由曲面模型；
[0009]所述近光燈用光學(xué)透鏡的多段式自由曲面的形狀確定如下:
[0010]將光學(xué)透鏡的平面與LED芯片發(fā)光面垂直設(shè)置，光反射器采用部分橢球面形的光反射器，以光反射器的外側(cè)焦點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O2建立直角坐標(biāo)系，以過(guò)點(diǎn)O2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)O 2并與X 202Y2平面垂直的軸為Z 2軸，其中X 202Υ2平面為水平面，在坐標(biāo)原點(diǎn)02前方距離25米處、與Z 2軸交點(diǎn)為O 2且平行于X 202Υ2平面的平面設(shè)為照明面，點(diǎn)O2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)O2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，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，計(jì)算任一段自由曲線(xiàn)時(shí)先設(shè)定初始點(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(xiàn)，然后通過(guò)簡(jiǎn)單的線(xiàn)段連接各段曲線(xiàn)形成一條多段式自由曲線(xiàn)，然后由得出的這些多段式自由曲線(xiàn)繞Z2軸旋轉(zhuǎn)360°組成自由曲面模型。
[0011]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，以a.j，bj表不劃分后長(zhǎng)軸a的第j份，然后以照明面中心點(diǎn)O1為中心，分別Waja2+...+a, 1; b^b^...+b, i為長(zhǎng)短軸做橢圓，然后以aja；；+...+a.j, b1+b2+...+bj為長(zhǎng)短軸作橢圓，兩橢圓中心區(qū)域?yàn)樵摥h(huán)帶區(qū)域。
[0012]進(jìn)一步地，所述將各環(huán)帶區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分具體包括:首先把某一環(huán)帶區(qū)域的長(zhǎng)半軸a和短半軸b分別等分為η份，以&1和b i表示等分后長(zhǎng)半軸a的第i份和短半軸的第i份，以照明面中心點(diǎn)O1為中心，將環(huán)帶區(qū)域劃等分成m份橢圓形環(huán)帶區(qū)域，然后將環(huán)帶上任意一點(diǎn)和點(diǎn)(^的連線(xiàn)與X軸的夾角α等分成m份，以a 表示等分后α的第j份，以點(diǎn)O1為端點(diǎn)，與X軸的夾角為α ,的射線(xiàn)束將每一份橢圓形環(huán)帶區(qū)域再細(xì)分為m份，這樣將環(huán)帶區(qū)域劃分從mxn個(gè)小格子。
[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r]表示等分后半徑的第j份，然后以照明面中心點(diǎn)O2為圓心，分別以n+r+...+rs丨和r丨+r+...+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。
[0014]進(jìn)一步地，所述運(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)量的多份劃分具體包括:把出射光線(xiàn)1^與Z i軸正方向的夾角Φ分成η份，有表示Φ的第j份，Φ j與所述環(huán)帶劃分的a和b j—一對(duì)應(yīng)，Φ j !與Φ ^夾角的光通量等于a j n bj 1&Ρ 4表示環(huán)帶的能量，把出射光線(xiàn)L^X W1Y1平面上的投影與乂丨軸的夾角Θ分成m份，用Θ.j表不Θ的第j份，Θ.j與所述網(wǎng)格劃分的a j對(duì)應(yīng)，將Φ#Ρ Θ ,帶入光通量公式，再將每一角度內(nèi)光通量等于每一小網(wǎng)格區(qū)域的能量，算出對(duì)應(yīng)的Φ Θ j數(shù)值。
[0015]進(jìn)一步地，所述運(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)量的多份劃分具體包括:把出射光線(xiàn)12與22軸正方向的夾角Φ'分成η份，用Φ',表示Φ'的第j份，Φ'與所述環(huán)帶劃分的r,一一對(duì)應(yīng)，Ou與Φ,夾角的光通量等于^^與。表示環(huán)帶的能量.將Φ'.,帶入光通量公式，再將每一角度內(nèi)光通量等于所述每一份圓形環(huán)帶區(qū)域的能量，算出對(duì)應(yīng)的Φ ^ 數(shù)值。
[0016]進(jìn)一步地，所述計(jì)算任一段自由曲線(xiàn)時(shí)先設(shè)定初始點(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(xiàn)，然后通過(guò)簡(jiǎn)單的線(xiàn)段連接各段曲線(xiàn)形成一條多段式自由曲線(xiàn)，然后由得出的這些多段式自由曲線(xiàn)組成自由曲面模型具體包括:先分別設(shè)各線(xiàn)段初始點(diǎn)夾角Φ為O'、Φι、Φ2...Φη，然后分別設(shè)定遠(yuǎn)光燈用光學(xué)透鏡的平面與LED芯片發(fā)光面之間的距離，即確定了光入射面的位置，然后再根據(jù)這個(gè)距離選取合適的透鏡厚度h，確定這個(gè)值為每段曲線(xiàn)的距離底面的初始距離，根據(jù)迭代便可分別進(jìn)行計(jì)算得到各段曲線(xiàn)，最后用簡(jiǎn)單的線(xiàn)段填充分裂部分即可得出多段式自由曲線(xiàn)。
[0017]進(jìn)一步地，所述計(jì)算任一段自由曲線(xiàn)時(shí)先設(shè)定初始點(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(xiàn)，然后通過(guò)簡(jiǎn)單的線(xiàn)段連接各段曲線(xiàn)形成一條多段式自由曲線(xiàn)，然后由得出的這些多段式自由曲線(xiàn)組成自由曲面模型具體包括:先分別設(shè)各線(xiàn)段初始點(diǎn)夾角φ為O'、φ' ^φ' 2...φ' η，然后設(shè)定近光燈用光學(xué)透鏡的平面與LED芯片發(fā)光面之間的距離，即確定了光入射面的位置，然后再根據(jù)這個(gè)距離選取合適的透鏡厚度h，確定這個(gè)值為每段曲線(xiàn)的距離底面的初始距離，根據(jù)迭代便可分別進(jìn)行計(jì)算得到各段曲線(xiàn)，最后用簡(jiǎn)單的線(xiàn)段填充分裂部分即可得出多段式自由曲線(xiàn)。
[0018]相比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型所提供的技術(shù)方案適用于使用LED光源的摩托車(chē)前照燈新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，克服了當(dāng)前LED光源應(yīng)用于摩