Led汽車遠光燈的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開LED汽車遠光燈，其包括多個LED光源、多個自由曲面光學透鏡、透鏡支架和底板，透鏡支架和多個LED光源固定在底板上，且透鏡支架上相應的開有多個供LED光源出射光通過的洞口，透鏡支架上的每個洞口處均安裝有一個自由曲面光學透鏡，LED光源發(fā)光面與自由曲面光學透鏡入射面之間的距離通過透鏡支架的高度來固定的。本發(fā)明結構簡單，光能利用率高、結構簡單穩(wěn)定、便于裝配、成本低、壽命長、配光性能好，滿足GB25991-2010的配光要求。本發(fā)明中的遠光燈透鏡出射面為自由曲面，使整個汽車燈的外觀造型更具靈活性，符合現(xiàn)代車燈設計的美觀化和流線型的要求。
【專利說明】LED汽車遠光燈
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及LED汽車燈照明【技術領域】，特別涉及用于LED汽車遠光燈的自由曲面光學透鏡。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著發(fā)光二極管(LED)技術的不斷進步和應用上的普及，LED在車用照明中的應用也越來越普遍。傳統(tǒng)汽車前照燈的光源存在效率低、壽命短、不環(huán)保等缺點，而LED光源具有節(jié)能、高效及環(huán)保等諸多優(yōu)點，使用LED光源替代傳統(tǒng)光源將是汽車用前照燈的一個發(fā)展趨勢。近年來，隨著LED技術的不斷進步和應用上的普及，LED在車用照明中的應用也越來越普遍。但是，使LED應用于汽車前照燈時還要面臨復雜的光學設計。
【發(fā)明內容】
[0003]本發(fā)明提供了汽車用的LED遠光燈，該LED汽車遠光燈能量利用率高，眩光效應低，制作安裝方便，能滿足國標25991-2010對汽車用LED前照燈的配光要求。
[0004]本發(fā)明采用如下技術方案:
[0005]LED汽車遠光燈，其包括多個LED光源、多個自由曲面光學透鏡、透鏡支架和底板，透鏡支架和多個LED光源固定在底板上，且透鏡支架上相應的開有多個供LED光源出射光通過的洞口，透鏡支架上的每個洞口處均安裝有一個自由曲面光學透鏡，LED光源發(fā)光面與自由曲面光學透鏡入射面之間的距離通過透鏡支架的高度來固定的。
[0006]進一步地，所述LED光源、自由曲面光學透鏡的個數(shù)均為4個。
[0007]進一步地，透鏡支架上的每個洞口內均設有將LED光源出射的無法直接進入自由曲面光學透鏡入射面的光進行反射后進入所述入射面的反射器。
[0008]所述自由曲面光學透鏡順次包括相互之間平滑過渡的圓形入射平面、圓柱側面和出射面，出射面為自由曲面，自由曲面光學透鏡的作用是將LED光源發(fā)出的光進行配光，使該LED汽車遠光燈能滿足國標25991-2010的配光要求。本發(fā)明中4個自由曲面光學透鏡的設計原理是一樣的，下面以I個自由曲面光學透鏡對應I個LED光源為例進行講述。
[0009]自由曲面光學透鏡由透明材料制成，透明材料可為PC或PMMA或光學玻璃。所述透鏡底部的圓形平面是入射面，透鏡頂部的自由曲面是出射面透鏡，透鏡側面是用于連接透鏡和透鏡支架的圓柱面。LED光源與自由曲面光學透鏡的位置關系如下:透鏡的入射面位于LED光源的發(fā)光面之前，并且透鏡的入射面平行于LED光源的發(fā)光面，LED光源發(fā)光面的中心與透鏡底部圓形平面圓心的連線垂直于透鏡底部圓形平面。LED光源發(fā)出的光經過透鏡時，在透鏡底部的圓形平面入射面和透鏡頂部的自由曲面出射面分別發(fā)生折射，最后出射到照明面上。
[0010]自由曲面光學透鏡的形狀確定如下:
[0011]以LED光源發(fā)光面的中心點為坐標原點O建立直角坐標系，LED發(fā)光面所在平面為XOY平面，過原點并與XOY平面垂直的軸為Z軸，其中XOZ平面為水平面，與Z軸交點為O且平行于XOY平面的平面為照明面xoy平面，點O為照明面的中心點；照明面上的光能分布是由多個LED光源發(fā)光的疊加來實現(xiàn)的，由于LED光源間的間距相對光源到照明面的距離非常小，能通過一個LED光源來計算光能分布，采用倍數(shù)關系來直接得到總的光能分布；首先根據(jù)汽車遠光燈在照明面上照度分布特征，把照明面上的照明區(qū)域設定為以照明面中心點為中心的橢圓形區(qū)域，然后對該橢圓形區(qū)域進行網格劃分，再運用能量守恒定律對光源立體角進行劃分，最后運用折射定律通過數(shù)值計算即得到透鏡的自由曲面，自由曲面形狀具體確定如下。
[0012]首先目標照明面距LED的距離為d = 25m, LED光源的總光通量為Q，中心光強為Io) = Q/π。其中為出射光線與z軸正方向的夾角，θ為出射光線在xoy平面上的投影與X軸的夾角，α為照明面xoy平面上任意一點和點ο的連線與X軸的夾角。
[0013]對于遠光燈，設定其目標照明區(qū)域是橢圓形，橢圓長半軸為a，短半軸為b。對照明面的坐標進行離散化，首先把橢圓長半軸a和短半軸b分別等分成η份，a,和h分別表示等分后長半軸a的第i份和短半軸b的第i份，其中O < i ≤ η ;然后以照明面中心點為中心，分別以％為長半軸、匕為短半軸畫橢圓，則將照明區(qū)域劃分為η份橢圓形環(huán)帶區(qū)域。再將角α (O≤α≤360° )等分成m份，αj表示等分后α的第j份。在照明面上，以點ο為端點，與X軸的夾角為αj的射線束將每一份橢圓形環(huán)帶區(qū)域再細分為m份。這樣，目標照明區(qū)域被劃分成mXn個小格子，每一個小格子內的能量為:
【權利要求】
1.LED汽車遠光燈，其特征在于包括多個LED光源、多個自由曲面光學透鏡、透鏡支架和底板，透鏡支架和多個LED光源固定在底板上，且透鏡支架上相應的開有多個供LED光源出射光通過的洞口，透鏡支架上的每個洞口處均安裝有一個自由曲面光學透鏡，LED光源發(fā)光面與自由曲面光學透鏡入射面之間的距離通過透鏡支架的高度來固定的。
2.根據(jù)權利要求1所述的LED汽車遠光燈，其特征在于所述LED光源、自由曲面光學透鏡的個數(shù)均為4個。
3.根據(jù)權利要求1所述的LED汽車遠光燈，其特征在于透鏡支架上的每個洞口內均設有將LED光源出射的無法直接進入自由曲面光學透鏡入射面的光進行反射后進入所述入射面的反射器。
4.根據(jù)權利要求1所述的LED汽車遠光燈，其特征在于所述自由曲面光學透鏡順次包括相互之間平滑過渡的圓形入射平面、圓柱側面和出射面，出射面為自由曲面，自由曲面的形狀確定如下: 以LED光源發(fā)光面的中心點為坐標原點O建立直角坐標系，LED發(fā)光面所在平面為XOY平面，過原點并與XOY平面垂直的軸為Z軸，其中XOZ平面為水平面，與Z軸交點為ο且平行于XOY平面的平面為照明面xoy平面，點ο為照明面的中心點；照明面上的光能分布是由多個LED光源發(fā)光的疊加來實現(xiàn)的，由于LED光源間的間距相對光源到照明面的距離非常小，能通過一個LED光源來計算光能分布，采用倍數(shù)關系來直接得到總的光能分布；首先根據(jù)汽車遠光燈在照明面上照度分布特征，把照明面上的照明區(qū)域設定為以照明面中心點為中心的橢圓形區(qū)域，然后對該橢圓形區(qū)域進行網格劃分，再運用能量守恒定律對光源立體角進行劃分，最后運用折射定律通過數(shù)值計算即得到透鏡的自由曲面，自由曲面形狀具體確定如下: 首先目標照明面距LED的距離為d，LED光源的總光通量為Q，中心光強為Itl = Q/ π ；其中P為出射光線與Z軸正方向的夾角，Θ為出射光線在XOY平面上的投影與X軸的夾角，α為照明面上任意一點和點ο的連線與X軸的夾角； 對于遠光燈，設定其目標照明區(qū)域是橢圓形，橢圓長半軸為a，短半軸為b ;對照明面的坐標進行離散化，首先把橢圓長半軸a和短半軸b分別等分成η份，a,和h分別表示等分后長半軸a的第i份和短半軸b的第i份，其中O < i < η ;然后以照明面中心點為中心，分別以％為長半軸、h為短半軸畫橢圓，則將照明區(qū)域劃分為η份橢圓形環(huán)帶區(qū)域；再將角α等分成m份，O≤α≤360°，α」表示等分后α的第j份；在照明面上，以點ο為端點，與X軸的夾角為的射線束將每一份橢圓形環(huán)帶區(qū)域再細分為m份；這樣，目標照明區(qū)域被劃分成mXn個小格子,每一個小格子內的能量為:
【文檔編號】F21S8/10GK103629614SQ201310549473
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權日:2013年11月6日
【發(fā)明者】王洪, 陳贊吉, 葛鵬 申請人:華南理工大學