專利名稱：一種用于led汽車前照燈照明的遠(yuǎn)光燈光學(xué)透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及LED車燈照明技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及用于LED汽車前照燈照明的遠(yuǎn)光燈光學(xué)透鏡。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)是繼白熾燈、鹵鎢燈和高強(qiáng)度氣體放電燈(HID)之后的第四代車用光源。LED具有體積小、能耗低、響應(yīng)快、壽命長等諸多優(yōu)點(diǎn)，順應(yīng)了未來汽車向緊湊、節(jié)能、安全、時(shí)尚等方向發(fā)展的趨勢。近年來，隨著LED在汽車照明系統(tǒng)中的應(yīng)用不斷擴(kuò)展，越來越多的難題被攻克。但是LED應(yīng)用于汽車前照燈仍然具有挑戰(zhàn)性，即LED不同于傳統(tǒng)汽車光源的光學(xué)特性，使LED應(yīng)用于前照燈時(shí)要面臨復(fù)雜的光學(xué)設(shè)計(jì)。為了滿足汽車前照燈的配光標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)利用LED體積小的優(yōu)勢，采用自由曲面透鏡設(shè)計(jì)方法能提高LED光通利用率，有效抑制眩光效應(yīng)，且能夠達(dá)到遠(yuǎn)、近光的照度要求。在汽車前照燈的設(shè)計(jì)上，國家標(biāo)準(zhǔn)GB25991-2010對(duì)汽車前照燈的配光要求做了規(guī)定，目的是防止汽車前照燈干擾對(duì)面駛來車輛而造成交通事故。對(duì)于近光燈，國標(biāo)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，且照明面上不同區(qū)域的照度值大小也做了相應(yīng)的規(guī)定。對(duì)于遠(yuǎn)光燈，則要求在車燈前25m遠(yuǎn)的照明面上的規(guī)定區(qū)域照度達(dá)標(biāo)。LED汽車前照燈的光學(xué)設(shè)計(jì)形式有折射式、反射式和混合式3種。折射式LED前照燈模塊通常由光源、配光透鏡構(gòu)成，從光源發(fā)出的光線經(jīng)過配光透鏡后，在接收屏上形成預(yù)定的光型，通過透鏡的配光，可以有效的減小眩光效應(yīng)，壓縮光學(xué)系統(tǒng)體積，而且光學(xué)系統(tǒng)也具有較高的能量利用率；反射式LED前照燈一般由光源與反射器構(gòu)成，用單一的反射器完成所有的配光任務(wù)，這種前照燈雖然光能利用率高，但眩光效應(yīng)較難控制，對(duì)設(shè)計(jì)、力口工過程要求極高；混合式LED前照燈融折射式、反射式優(yōu)點(diǎn)于一體，可以形成很好的光型效果，但整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)復(fù)雜，光能利用率較低(余桂英，金驥，LED汽車前照燈高效拋物反射器的研究·紅外技術(shù)，2009，31 (6) :367-370)。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)LED前照燈設(shè)計(jì)面臨的主要問題，本實(shí)用新型提供了用于LED汽車前照燈照明的遠(yuǎn)光燈光學(xué)透鏡，該透鏡體積小，眩光效應(yīng)低，光能利用率高，制作安裝方便，并能產(chǎn)生滿足國標(biāo)GB25991-2010的配光要求的照度分布。本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案。一種用于LED汽車前照燈照明的遠(yuǎn)光燈光學(xué)透鏡由透明材料制成，透明材料為PC或PMMA或光學(xué)玻璃，透鏡包括入射面及出射面，所述透鏡的底面中心設(shè)有一供LED安裝于其內(nèi)的空腔，空腔的一部分腔壁是柱面，所述的入射面由所述柱面和位于柱面頂部的自由曲面構(gòu)成；透鏡的外側(cè)面為另一自由曲面，透鏡的頂面是平面即所述的出射面。上述的用于LED汽車前照燈照明的遠(yuǎn)光燈光學(xué)透鏡，其自由曲面形狀確定如下以LED光源為坐標(biāo)原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，LED底面所在平面為XOY平面，過原點(diǎn)并與平面垂直XOY的軸為Z軸，對(duì)光源立體角進(jìn)行劃分，根據(jù)汽車前照燈遠(yuǎn)光燈在照明面上照度分布特征，運(yùn)用能量守恒定律，把照明面上的照明區(qū)域進(jìn)行橢圓形環(huán)帶劃分，然后運(yùn)用折反射定律通過數(shù)值計(jì)算限定最后的自由曲面透鏡。上述的用于LED汽車前照燈照明的遠(yuǎn)光燈光學(xué)透鏡中，位于透鏡外側(cè)的自由曲面和位于內(nèi)腔的自由曲面的形狀確定如下設(shè)定初始條件并對(duì)光源立體角均勻劃分，目標(biāo)照明面距LED的距離為d，對(duì)于遠(yuǎn)光燈，設(shè)定其目標(biāo)照明區(qū)域是橢圓形，其長半軸為a,短半軸為b ;LED光源的總光通量為Q,中心光強(qiáng)為Itl = Q/;坐標(biāo)系中Θ為出射光線在XOY平面上的投影與X軸的夾角，爐為出射光線與Z軸正方向的夾角；對(duì)光源的立體角進(jìn)行離散化，把^等分成i份，對(duì)于每一個(gè)P，都將Θ等分成j份，形成一系列角度環(huán)帶區(qū)域，這樣就得到了MO和Θ (i，j)的數(shù)組；每一份爐角內(nèi)的每一份Θ角內(nèi)光源的光通量為
權(quán)利要求1.一種用于LED汽車前照燈照明的遠(yuǎn)光燈光學(xué)透鏡，其特征在于包括入射面及出射面，所述透鏡的底面中心設(shè)有ー供LED安裝于其內(nèi)的空腔，空腔的一部分腔壁是柱面，所述的入射面由所述柱面和位于柱面頂部的自由曲面構(gòu)成；透鏡的外側(cè)面為另ー自由曲面，透鏡的頂面是平面即所述的出射面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于LED汽車前照燈照明的遠(yuǎn)光燈光學(xué)透鏡，其特征在于位于透鏡外側(cè)的自由曲面和位于內(nèi)腔的自由曲面的形狀限定如下 限定初始條件并對(duì)光源立體角均勻劃分， 目標(biāo)照明面距LED的距離為d，對(duì)于遠(yuǎn)光燈，限定其目標(biāo)照明區(qū)域是橢圓形，其長半軸為a，短半軸為b;LED光源的總光通量為Q，中心光強(qiáng)為Itl=Q/;坐標(biāo)系中0為出射光線在XOY平面上的投影與X軸的夾角，P為出射光線與Z軸正方向的夾角；對(duì)光源的立體角進(jìn)行離散化，把W等分成i份，對(duì)于每ー個(gè)P，都將9等分成j份，形成一系列角度環(huán)帶區(qū)域，這樣就得到了 0(0和0 (i, j)的數(shù)組； 每ー份P角內(nèi)的每ー份9角內(nèi)光源的光通量為
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于LED汽車前照燈照明的遠(yuǎn)光燈光學(xué)透鏡，其特征在于所對(duì)應(yīng)的部分橢圓的參數(shù)a的取值范圍為 2 ，透鏡頂部的自由曲面所對(duì)應(yīng)的光源立體角P的取值范圍為O 《，橢圓長半軸取值范圍為1. 5m，短半軸取值范圍為O≤b≤1. 125m ;透鏡外側(cè)面的自由曲面與內(nèi)腔的自由曲面的限定一祥，不同之處在于透鏡外側(cè)面的自由曲面所對(duì)應(yīng)的光源立體角的取值范圍為 ω~π/2，橢圓長半軸取值范圍為 O≤a≤4m，短半軸取值范圍為O≤b≤3m，其中《的值限定透鏡底部口徑的大小。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于LED汽車前照燈照明的遠(yuǎn)光燈光學(xué)透鏡，由透明材料制成，透明材料為PC或PMMA或光學(xué)玻璃，透鏡包括入射面及出射面。所述透鏡的底面中心設(shè)有一供LED安裝于其內(nèi)的空腔，空腔的一部分腔壁是柱面，所述的入射面由所述柱面和位于柱面頂部的自由曲面構(gòu)成；透鏡的外側(cè)面是自由曲面，透鏡的頂面是平面即所述的出射面。由于LED光源發(fā)光效率高及采用自由曲面透鏡，從光源射出的光線幾乎可以全部被收集利用，故能量利用率很高，同時(shí)，LED光源光型，發(fā)光方向都可以控制。透鏡的底面中部設(shè)有一供LED安裝于其內(nèi)的空腔，使LED光源易于安裝，透鏡的體積小，留出大量的空間有利于散熱裝置的安裝。點(diǎn)亮LED光源，光線經(jīng)過透鏡后出射，可以得到橢圓形光型和滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB25991-2010的照度分布。
文檔編號(hào)F21W101/10GK202868571SQ20122013411
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者王洪, 吳衡, 黃華茂, 陳贊吉, 楊潔 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)