用于led摩托车前照灯光学透镜自由曲面的形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及LED摩托车灯照明技术领域，特别涉及一种用于LED摩托车前照灯用光学透镜自由曲面的形成方法。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的不断发展和整车配置需求，车灯照明行业内对GB5948-1998《摩托车白炽丝光源前照灯配光性能》要求予以修订的呼声强烈。经过专家组的讨论决定，将制定强制性国家标准，标准名称暂定为“发射对称近光和/或远光的机动车前照灯配光性能”，标准批准发布后，将设置实施过渡期，并逐步替代现行的摩托车前照灯标准GB5948-1998《摩托车白炽丝光源前照灯配光性能》。
[0003]摩托车前照灯新国家标准中的光型及照度要求不同于GB5948-1998，新国家标准的即将发布意味着依据GB5948-1998设计的摩托车前照灯将会被淘汰，其使用的光学设计也不再适用于新的国家标准。尤其对于使用LED光源的摩托车前照灯，由于LED芯片的发光模型近似为余弦辐射体，光学特性不同于传统摩托车的白炽丝光源，使LED光源应用于摩托车前照灯时要面临更加复杂的光学设计问题。而现有的摩托车透镜前照灯存在厚度过高或者光学效率不高的问题。
【发明内容】
[0004]本发明针对上述存在的问题，提供了摩托车用的LED前照灯，该LED摩托车前照灯包括远光灯和近光灯，能满足新的国家标准对摩托车用LED前照灯的配光要求，解决了使用LED光源的光学设计问题。
[0005]本发明采用如下技术方案:
[0006]用于LED摩托车前照灯用光学透镜自由曲面的形成方法，包括同一所述前照灯里的远光灯用光学透镜的多段式自由曲面的形成方法和近光灯用光学透镜的多段式自由曲面的形成方法，所述光学透镜为类平凸透镜，光学透镜的平面为光入射面、其多段式自由曲面为光出射面，光学透镜处于光反射器的前面，
[0007]所述远光灯用光学透镜的多段式自由曲面的形成方法为:将光学透镜的平面与LED芯片发光面平行设置，以LED芯片发光面的中心点为坐标原点O1建立直角坐标系，LED芯片发光面所在平面为X1O1Y1平面，过原点O i并与X AY^面垂直的轴为Z淑，其中X W1Y1平面为水平面，在坐标原点(^前方距离25米处、与Z 交点为ο 1且平行于X W1Y1平面的平面设为照明面，点O1为照明面中心，将照明面上的照明区域设定为以照明面中心点O1为中心的椭圆形区域，然后对该椭圆形区域进行多环带划分，然后将各环带进行网格划分，运用能量守恒定律建立环带能量对应立体角能量关系，然后将光源立体角按照明要求进行相等数量的多份划分，之后计算任一段自由曲线时先设定初始点，然后运用折射定律通过迭代数值计算得出该段曲线，然后通过简单的线段连接各段曲线形成一条多段式自由曲线，然后由得出的这些多段式自由曲线绕Z1轴旋转360°组成自由曲面模型；
[0008]所述近光灯用光学透镜的多段式自由曲面的形成方法为:将光学透镜的平面与LED芯片发光面垂直设置，光反射器米用部分椭球面形的光反射器，以光反射器的外侧焦点为坐标原点O2建立直角坐标系，以过点O2并平行于光学透镜的平面平行的平面为X2O2Y2平面，过原点O2并与X 202Y2平面垂直的轴为Z 2轴，其中X 202Υ2平面为水平面，在坐标原点O 2前方距离25米处、与厶轴交点为ο 2且平行于X2O2Y2平面的平面设为照明面，点ο 2为照明面的中心点，把照明区域设为以照明面的中心点O2为圆心的半圆形区域，对该半圆形区域进行多环带划分，运用能量守恒定律建立环带能量对应立体角能量关系，然后将光源立体角按照明要求进行相等数量的多份划分，计算任一段自由曲线时先设定初始点，然后运用折射定律通过迭代数值计算得出该段曲线，然后通过简单的线段连接各段曲线形成一条多段式自由曲线，然后由得出的这些多段式自由曲线绕Z2轴旋转360°组成自由曲面模型。
[0009]进一步地，所述对该椭圆形区域进行多环带划分的步骤具体包括:按椭圆区域的长半轴a分成η份，然后将短半轴b按长半轴划分的相同比例分成η份，以a]，1^表示划分后长轴a的第j份，然后以照明面中心点O1为中心，分别以ai+a；；+...+aj u b1+b2+...+bj:为长短轴做椭圆，然后以aja；；+...+aj, b1+b2+...+bj为长短轴作椭圆，两椭圆中心区域为该环带区域。
[0010]进一步地，所述将各环带区域进行网格划分的步骤具体包括:首先把某一环带区域的长半轴a和短半轴b分别等分为η份，以&1和b i表示等分后长半轴a的第i份和短半轴的第i份，以照明面中心点O1为中心，将环带区域划等分成m份椭圆形环带区域，然后将环带上任意一点和点(^的连线与X轴的夹角α等分成m份，以a 表示等分后α的第j份，以点O1为端点，与X轴的夹角为α ,的射线束将每一份椭圆形环带区域再细分为m份，这样将环带区域划分从mxn个小格子。
[0011]进一步地，所述对该半圆形区域进行多环带划分的步骤具体包括:首先把半圆形区域的圆半径r等分成η份，以r,表示等分后半径的第j份，然后以照明面中心点ο 2为圆心，分别以n+r+...+rs丨和r丨+r+...+rj为半径画圆，将该半圆形区域划分为半圆形环带区域。
[0012]进一步地，所述运用能量守恒定律建立环带能量对应立体角能量关系，然后将光源立体角按照明要求进行相等数量的多份划分的步骤具体包括:把出射光线11与21轴正方向的夹角Φ分成η份，有c^j表示Φ的第j份，Φ.j与所述环带划分的a.j和b j--对应，
Φ ] !与Φ 夹角的光通量等于a , ^bj 一彦示环带的能量，把出射光线L ^X1O1Yf面上的投影与&轴的夹角Θ分成m份，用Θ ,表示Θ的第j份，Θ ,与所述网格划分的α ,一一对应，将Φ#Ρ Θ ,带入光通量公式，再将每一角度内光通量等于每一小网格区域的能量，算出对应的Φ#Ρ Θ j数值。
[0013]进一步地，所述运用能量守恒定律建立环带能量对应立体角能量关系，然后将光源立体角按照明要求进行相等数量的多份划分的步骤具体包括:把出射光线12与22轴正方向的夹角Φ'分成η份，用Φ',表示Φ'的第j份，Φ'与所述环带划分的r ,一一对应，c^j:与φ.j夹角的光通量等于r.j:与r.j表示环带的能量.将Φ'.j带入光通量公式，再将每一角度内光通量等于所述每一份圆形环带区域的能量，算出对应的Φ ^ 数值。
[0014]进一步地，所述计算任一段自由曲线时先设定初始点，然后运用折射定律通过迭代数值计算得出该段曲线，然后通过简单的线段连接各段曲线形成一条多段式自由曲线，然后由得出的这些多段式自由曲线组成自由曲面模型的步骤具体包括:先分别设各线段初始点夹角Φ为O'、φρφ2...φη，然后分别设定远光灯用光学透镜的平面与LED芯片发光面之间的距离，即确定了光入射面的位置，然后再根据这个距离选取合适的透镜厚度h，确定这个值为每段曲线的距离底面的初始距离，根据迭代便可分别进行计算得到各段曲线，最后用简单的线段填充分裂部分即可得出多段式自由曲线。
[0015]进一步地，所述计算任一段自由曲线时先设定初始点，然后运用折射定律通过迭代数值计算得出该段曲线，然后通过简单的线段连接各段曲线形成一条多段式自由曲线，然后由得出的这些多段式自由曲线组成自由曲面模型的步骤具体包括:先分别设各线段初始点夹角Φ为O'、Φ'2...Φ / η，然后设定近光灯用光学透镜的平面与LED芯片发光面之间的距离，即确定了光入射面的位置，然后再根据这个距离选取合适的透镜厚度h，确定这个值为每段曲线的距离底面的初始距离，根据迭代便可分别进行计算得到各段曲线，最后用简单的线段填充分裂部分即可得出多段式自由曲线。
[0016]相比现有技术，本发明所提供的技术方案适用于使用LED光源的摩托车前照灯新国家标准，克服了当前LED光源应用于摩托车前照灯时要面临更加复杂光学设计的问题、解决了现有的摩托车透