本發明專利技術涉及一種獲得LED前照燈近光配光透鏡的設計方法。對近光光斑進行區域劃分，將前照燈測試屏上的近光光斑劃分為多個個區域，把劃分的三角區域和四邊形還原成矩形區域，并確定矩形區域的尺寸和轉過的角度。根據LED光源外圍球表面的能量輻射分布和矩形光斑的區域對應及斯涅耳折射定律列寫偏微分方程。根據前照燈近光光斑的區域劃分參數設置微分方程的初始條件，利用MATLAB解出自由曲面的解集，將得到的點云導入Rhino和Imageware中進行處理，得到完整的曲面。再將得到的完整曲面導入Tracepro中進行延伸、切割、旋轉和組合，得到方形透鏡，然后加上全反射外圍。利用本發明專利技術方法組合的透鏡的光斑基本聚焦于同一位置，能夠彌補單個LED功率過小的缺陷，滿足不同功率的要求。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于光學透鏡領域，具體涉及一種獲得LED前照燈近光光斑的自由曲面透鏡設計方法。
技術介紹
半導體照明被公認為新一代的綠色照明光源。2007年起，美國、歐盟、日本及中國臺灣等國家和地區已陸續宣布將逐步淘汰白熾燈，發展LED照明成為全球產業的焦點。LED有許多優點，首先是潛在高光效。根據LED的光譜，可以計算出LED的輻射光效理論上可以達到為350— 370Lm / W左右。另外，LED還具有體積小、壽命長、無汞害、高節能、光譜窄、開關時間短等優點。LED的這些優點，使其得到了廣泛的運用。在視覺領域，LED已被大量運用于顯示屏、建筑照明、裝飾照明、信號照明和汽車照明等。在非視覺領域，LED已開始被 用于農作物補光研究、創傷治療的研究等。大功率LED已經被大量運用于汽車照明中。汽車前照燈是汽車車燈中結構和功能最為復雜的燈具，無論設計、制造等方面，都可以代表整臺汽車的照明技術。LED的綜合性能在這里得到了充分體現LED的色溫高，更接近于日光水平；LED約十萬小時的壽命，降低了維修維護費用并提高安全性；LED的小尺寸可以為設計提供便利，更容易增加個性造型。目前，LED已經在汽車照明的多個方面取得了廣泛應用，被汽車行業和照明行業公認為車燈光源市場的發展趨勢。目前出現的前照燈多采反射式曲面進行配光。本專利技術提供了一種配合LED前照燈獲得近光光斑的自由曲面透鏡的設計方法。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種獲得LED前照燈近光光斑的自由曲面透鏡的設計方法。實現本專利技術的技術基礎是自由曲面加工檢測技術和透鏡注塑成型技術。汽車前照燈近光光斑一般有兩種類型。在輪廓如圖8所示的配光測試屏上，要求光源產生明顯的明暗截止線。第一種光斑其水平部分在V-V線的左側，右側為與水平線成15°的斜線。第二種光斑明暗截止線水平部分也在V-V線左側，右側為向上成45 °的斜線至水平線垂直距離25cm轉向水平的折現。本專利技術提出的獲得LED前照燈近光光斑的自由曲面透鏡設計方法，所述近光光斑的水平部分位于V-V線的左側，右側為與水平線成15°的斜線，具體設計步驟如下 (1)對近光光斑進行區域劃分，將近光光斑劃分為多個區域。劃分時以光斑測試屏中心為起點，以V-V線上半部為起始線沿逆時針旋轉，將起始線轉過270°所轄的區域劃分為一個區域，該區域為矩形區域的四分之三部分，接下來把剩下的90°區域劃分為多個三角形區域和四邊形區域，并把劃分得到的三角區域和四邊形區域還原成矩形區域，然后確定還原矩形區域的尺寸和轉過的角度； (2)根據LED光源外圍球表面的能量輻射分布和矩形光斑的區域對應及斯涅耳折射定律列寫偏微分方程，對于該單自由曲面，其過程如下設一束光從空間點光源發出的光入射到某光學表面的g點上，后折射或反射到目標面f上。設人射光單位矢量I；權利要求1. 一種獲得LED前照燈近光光斑的自由曲面透鏡設計方法，所述近光光斑的水平部分位于V-V線的左側，右側為與水平線成15°的斜線，其特征在于具體設計步驟如下 (1)對近光光斑進行區域劃分，將近光光斑劃分為多個區域；劃分時以光斑測試屏中心為起點，以V-V線上半部為起始線沿逆時針旋轉，將起始線轉過270°所轄的區域劃分為一個區域，該區域為矩形區域的四分之三部分，接下來把剩下的90°區域劃分為多個三角形區域和四邊形區域，并把劃分得到的三角區域和四邊形區域還原成矩形區域，然后確定還原矩形區域的尺寸和轉過的角度； (2)根據LED光源外圍球表面的能量輻射分布和矩形光斑的區域對應及斯涅耳折射定律列寫偏微分方程，對于該單自由曲面，其過程如下 設一束光從空間點光源-發出的光入射到某光學表面的;點上，后折射或反射到目標面-上；設入射光單位矢量I1 = Unit(^s)，出射光單位矢量Sui = Umt(J-P)及法向矢量M，當光經過的介質的折射率為η時，則三者滿足斯涅耳折射定律 [l + n2 - 2n{Out ·η! )^ - Oui-nln( !) 光學面一點到原點的距離認為控制在毫米級別，認為透鏡的大小忽略不計，即I-P^t ,這樣，任意一條照射到受照面上的光線都認為由原點直接出發的，所以有cZi = Unit (I- ) = Unit (l(x,y,z))(2 ) 由上式可知，出射光線由受照面上的點唯一確定；當光源置于原點時則有 In = Unii (p- s.) = Unit (ρ (θ, φ)) 光源空間光能量空間分布與照度面上的照度對應關系的如下所示 ff Ι(Ιη(θ,φ)') Ω= ff _E(t(x,y,z))ds(4) JJnJJy(o) 其中1為光強，E為照度，ds為面積微元， ζ 為立體角微元；將光源球表面劃分為經線和緯線方向，利用上述方程分別建立對應關系；假設直角坐標系(U，2)與球坐標(P，u，v )的關系為 X = ρ sin ^ sm V ^ y= pcosu(5)Z= ρ smu cos V 設入射光線、折射光線、出射光線分別為 和爲；令出射光線爲照在受照面點I (x,yjt)上，則有:全文摘要本專利技術涉及一種獲得LED前照燈近光配光透鏡的設計方法。對近光光斑進行區域劃分，將前照燈測試屏上的近光光斑劃分為多個個區域，把劃分的三角區域和四邊形還原成矩形區域，并確定矩形區域的尺寸和轉過的角度。根據LED光源外圍球表面的能量輻射分布和矩形光斑的區域對應及斯涅耳折射定律列寫偏微分方程。根據前照燈近光光斑的區域劃分參數設置微分方程的初始條件，利用MATLAB解出自由曲面的解集，將得到的點云導入Rhino和Imageware中進行處理，得到完整的曲面。再將得到的完整曲面導入Tracepro中進行延伸、切割、旋轉和組合，得到方形透鏡，然后加上全反射外圍。利用本專利技術方法組合的透鏡的光斑基本聚焦于同一位置，能夠彌補單個LED功率過小的缺陷，滿足不同功率的要求。文檔編號F21W101/10GK102901044SQ20121035903公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月25日 優先權日2012年9月25日專利技術者龍天光, 劉木清 申請人:復旦大學本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種獲得LED前照燈近光光斑的自由曲面透鏡設計方法，所述近光光斑的水平部分位于V？V線的左側，右側為與水平線成15°的斜線，其特征在于具體設計步驟如下：(1)對近光光斑進行區域劃分，將近光光斑劃分為多個區域；劃分時以光斑測試屏中心為起點，以V？V線上半部為起始線沿逆時針旋轉，將起始線轉過270°所轄的區域劃分為一個區域，該區域為矩形區域的四分之三部分，接下來把剩下的90°區域劃分為多個三角形區域和四邊形區域，并把劃分得到的三角區域和四邊形區域還原成矩形區域，然后確定還原矩形區域的尺寸和轉過的角度；(2)？根據LED光源外圍球表面的能量輻射分布和矩形光斑的區域對應及斯涅耳折射定律列寫偏微分方程，對于該單自由曲面，其過程如下：設一束光從空間點光源？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？發出的光入射到某光學表面的點上，后折射或反射到目標面上；設入射光單位矢量，出射光單位矢量及法向矢量,當光經過的介質的折射率為n時，則三者滿足斯涅耳折射定律：？？？？？？？？？？？（1）光學面一點到原點的距離認為控制在毫米級別，認為透鏡的大小忽略不計，即，這樣，任意一條照射到受照面上的光線都認為由原點直接出發的，所以有：？？？？？？？？？？？（2）由上式可知，出射光線由受照面上的點唯一確定；當光源置于原點時則有：？？？？？？？？？？？（3）光源空間光能量空間分布與照度面上的照度對應關系的如下所示：？？？？？？？？？？？（4）其中：I為光強，E為照度，ds為面積微元，為立體角微元；將光源球表面劃分為經線和緯線方向，利用上述方程分別建立對應關系；假設直角坐標系（）與球坐標()的關系為：？？？？？？？？？？？？（5）設入射光線、折射光線、出射光線分別為：；令出射光線照在受照面點上，則有：？？？？？？？（6）設所求自由曲面為z=z(x,y)，令F（x,y,z）=z(x,y)？z，求出入射光線、折射光線和出射光線發生折射處的法矢分別為N1、N2，根據矢量形式的折射定律有：？？？？？？？？？？（7）則N1中：？？？？？？（8）N2為（0，0，1），結合前面的式子（7），得到入射光線矢量和出射光線的矢量關系；接下來以（4）式為基礎，通過經緯網格能量映射，得出射點的坐標可由入射光線唯一確定，然后綜合前面的式子可得到z=z(x,y)函數的數值解；(3)根據劃分光斑的尺寸設置偏微分方程的初始條件，再利用MATLAB解方程組；(4)將得到的點云解集導入Rhino和Imageware中進行處理，得到完整的曲面；然后再將得到的完整曲面導入Tracepro中進行延伸、切割、旋轉和組合，得到方形透鏡，然后加上全反射外圍；全反射外圍為拋物面或橢球面，根據設計經驗進行合理選擇；(5)將所使用的LED模型導入Tracepro中，設置透鏡的參數和追跡的條件以進行光線追跡，對追跡的結果進行分析并修正透鏡中心和LED光源之間的距離。2012103590340100001dest_path_image001.jpg,481445dest_path_image002.jpg,2012103590340100001dest_path_image003.jpg,344359dest_path_image004.jpg,2012103590340100001dest_path_image005.jpg,438173dest_path_image006.jpg,2012103590340100001dest_path_image007.jpg,375036dest_path_image008.jpg,2012103590340100001dest_path_image009.jpg,534753dest_path_image010.jpg,2012103590340100001dest_path_image011.jpg,884963dest_path_image012.jpg,2012103590340100001dest_path_image013.jpg,788328dest_path_image014.jpg,dest_path_image015.jpg,845277dest_path_image016.jpg,dest_path_image017.jpg,910316dest_path_image018.jpg,2012103590340100001dest_path_image019.jpg,747822dest_path_image020....
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：龍天光，劉木清，
申請(專利權)人：復旦大學，
類型：發明
國別省市：
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