专利名称：用于投射式led汽车近光灯的自由曲面透镜的制作方法
技术领域：
本实用新型属于LED照明技术领域，具体涉及一种投射式LED汽车近光灯的自由曲面透镜。
背景技术：
传统的前照灯光源有白炽灯、卤素灯及高强度气体放电灯(HID)，白炽灯和卤素灯使用寿命短，HID虽然使用寿命较长，但是能耗极大。而LED光源具有寿命长、体积小、节能环保、响应时间短、设计自由度大等传统光源无法比拟的优点，因此成为汽车前照灯的第四代光源。前照灯是汽车在夜间行驶时照明前方道路的灯具，它的配光设计是影响汽车照明质量和效果的关键因素。在汽车前照灯的设计上，国家标准GB25991-2010对汽车前照灯的配光图形做了规定，目的是防止汽车前照灯干扰对面驶来车辆而造成交通事故。对近光灯来说，要求在车灯前25m远的照明面上产生一水平线和水平线右侧向上15°的明暗截止线。近光照明面可分为四个区域:Ζ0ΝΕ I (I区)为具有较大扩散、均匀度良好的基底配光，满足整个路面范围内的最低照明需求；Z0NE I1、II1、IV为具有光能量较为集中、射程较远的中心配光，满足本车道和右边路面(以车辆右行标准为例)较远处的照明需求。在I，II，III和IV区内，应无影响良好可见度的横向照度变化。早期的LED投射式系统都是采用多个LED光源，每个LED光源都有独立的光学系统，这种光学系统占用体积大，不利于散热，能量损失严重，而且配光镜一般采用消球差的非球面透镜，无法将光线均匀发散，使边缘区域光能分配较少
实用新型内容
本实用新型是针对传统LED汽车近光灯以非球面透镜作为配光镜时，光线分布及其走向控制不够合理的弊端，提出一种可以合理分配光线及光能的用于投射式LED汽车近光灯的自由曲面透镜，提高了光能利用率，增大了视野范围，并符合汽车近光灯的配光要求。本实用新型通过如下技术方案实现:投射式LED汽车近光灯自由曲面透镜，由透明材料制成，透明材料为ΡΜΜΑ。自由曲面透镜包括两个面，第一面为平面(入射面)，第二面为自由曲面(出射面)。该自由曲面的形状由如下方法确定:用于投射式LED汽车近光灯的自由曲面透镜，其特征在于该自由曲面透镜由透明材料制成，自由曲面透镜由两个面构成，即入射面和出射面，其中入射面为圆形平面，出射面为自由曲面。进一步的，所述自由曲面的形状确定如下:以投射式LED汽车近光灯的椭球反射器的第二焦点为坐标原点建立直角坐标系，以过原点并平行于自由曲面透镜入射面的平面为XOY平面，以所述自由曲面透镜厚度方向(即垂直于入射面)所在直线为Z轴，在XOY平面选取一条过原点的直线为X轴，由于该自由曲面透镜是以Z轴为旋转轴对称的，所以为了描述的简洁性，以下的计算选择在XOZ平面内进行；目标照明面与所述坐标原点距离为H，且目标照明面根据汽车用LED前照灯的国家标准(GB25991-2010)分为I区、II区、III区和IV区，每个区域都有对应的照度要求值，III区为眩光区，其最大照度不能超过0.71x，将椭球反射器的第二焦点发出的光线按照角度Θ 1、Θ 2、Θ 3分为3个部分分别投射到照明面上的除III区以外的其他3个区域；根据国家标准的要求给定整个照明面的光分布为Ptl，光源的中心光强为Itl，从椭球反射器第二焦点发出的光与Z轴方向夹角为Θ i的那部分光线入射到透镜后照射在离照明面中心距离为A的位置，与Z轴线夹角小于Θ i的那部分光线经透镜后照射在照明面的位置与照明面中心距离小于，将第一部分光线对应的角度Q1等分成i份，每一个01在半径A上也相应的分成i份，这样相应的得到了数组G1Q)和数组ri(i)，那么第一区域出射光和照明面上的照度的能量守恒表达式为:
权利要求1.用于投射式LED汽车近光灯的自由曲面透镜，其特征在于该自由曲面透镜由透明材料制成，自由曲面透镜由两个面构成，即入射面和出射面，其中入射面为圆形平面，出射面为自由曲面。
2.根据权利要求1所述的用于投射式LED汽车近光灯的自由曲面透镜，其特征在于，所述自由曲面的形状确定如下: 以投射式LED汽车近光灯的椭球反射器的第二焦点为坐标原点建立直角坐标系，以过原点并平行于自由曲面透镜入射面的平面为XOY平面，以所述自由曲面透镜厚度方向所在直线为Z轴，在XOY平面选取一条过原点的直线为X轴，由于该自由曲面透镜是以Z轴为旋转轴对称的，所以为了描述的简洁性，以下的计算选择在XOZ平面内进行； 目标照明面与所述坐标原点距离为H，且目标照明面根据汽车用LED前照灯的国家标准GB25991-2010分为I区、II区、III区和IV区，每个区域都有对应的照度要求值，III区为眩光区，其最大照度不能超过0.71x，将椭球反射器的第二焦点发出的光线按照角度θρ θ2、Θ 3分为3个部分分别投射到照明面上的除III区以外的其他3个区域； 根据所述国家标准的要求给定整个照明面的光分布为Po，光源的中心光强为Ιο，从椭球反射器第二焦点发出的光与Z轴方向夹角为Θ i的那部分光线入射到透镜后照射在离照明面中心距离为F1的位置，与Z轴线夹角小于Θ i的那部分光线经透镜后照射在照明面的位置与照明面中心距离小于^，将第一部分光线对应的角度Q1等分成i份，每一个01在半径A上也相应的分成i份，这样相应的得到了数组G1Q)和数组ri(i)，那么第一区域出射光和照明面上的照度的能量守恒表达式为:
3.根据权利要求2所述的用于投射式LED汽车近光灯的自由曲面透镜，其特征在于，设置自由曲面透镜入射面与椭球反射器第二焦点的距离f = IOmm,则自由曲面透镜入射面根据折射定律有:
专利摘要本实用新型提供了用于投射式LED汽车近光灯的自由曲面透镜，该自由曲面透镜由两个面构成，其中第一面为圆形平面，第二面为自由曲面，由折射定律得出自由曲面上点的法向量，利用这个法向量得切平面，通过确定切平面与下一点的经过透镜第一面折射后入射到自由曲面上的光线的交点得到自由曲面上点的坐标，由前一点的切平面与下一点的法向量所在的直线相交得到下一点，通过迭代得到自由曲面在坐标平面上的曲线各点的坐标，将得到的点坐标拟合成曲线后，绕Z轴旋转360°即得到最终的透镜自由曲面。本实用新型通过透镜的自由曲面来控制光线的走向及分配，使其照明区域符合国家标准对汽车近光灯的光分布与照度要求。
文档编号F21Y101/02GK203082793SQ20132003104
公开日2013年7月24日 申请日期2013年1月21日 优先权日2013年1月21日
发明者王洪, 王丽君, 陈赞吉, 葛鹏 申请人:华南理工大学