Led汽车后雾灯用的自由曲面反射镜的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及L邸照明光学系统设计领域，特别设及Lm)汽车后雾灯光学系统的 自由曲面反射镜。
【背景技术】
[0002] L抓光源相比于传统光源，具有体积小、热耗低、节能环保、均匀性好等优点，使用 冷发光技术，显色性好，无频闪。近年来，随着Lm)制造成本的减低和应用技术的不断完善， L邸在车用照明中的应用越来越广泛，L邸车灯将是今后车辆照明应用的发展趋势。
[0003] 根据国家标准GB 11554-2008对汽车用L抓后雾灯的配光要求，在目标照明面上的 一个菱形范围内需满足特定的照度要求。目前Lm)后雾灯的结构设计使用比较广泛的是直 射式和透过式。直射式光能利用率较高，结构简答，易于设计，但光源可直接被看到，所W点 灯效果不佳，光源直射容易对车后方人造成影响。透过式又称为折射式，透过式的光能利用 率较低，而且要求控制精确度很高，具有相对复并实现LED汽车后雾灯的配光仍然具有较大 的挑战性。 【实用新型内容】
[0004] 针对L邸汽车后雾灯直射式和透过式的光学系统问题，本实用新型提供了一种LED 汽车后雾灯用的自由曲面光学反射镜，该自由曲面发射镜结构简单，体积小，光源的发光面 垂直向上安装，眩光效应低，同时能满足国家标准GB11554-2008对汽车用L邸后雾灯的配光 要求。
[0005] 本实用新型采用如下技术方案。
[0006] -种LED汽车后雾灯用的自由曲面反射镜，自由曲面反射镜的结构限定如下：
[0007] WLm)光源发光面的中屯、为原点0，发光面所在平面为X0Y平面，过原点0与X0Y平面 垂直的轴为Z轴建立空间立体坐标系;L邸光源的发光方向沿Z轴正方向；与Y轴交点为0且平 行于平面X0Z的平面为目标照明面，点0为目标照明面的中屯、点；
[000引设目标照明面与原点的距离为H，为了满足菱形范围内的照明要求，在目标照明面 上实现长为L宽为W的矩形光斑;最终所要得到的光斑形状具有对称性，因此取目标照明面 位于X轴正方向的矩形，其为面积为L/2 XW/2的矩形，建立正半轴的模型后，通过作对称得 到完整自由曲面反射镜形状。
[0009] 进一步地，对所述X轴正方向的矩形进行区域均匀划分，首先，沿X轴方向将L/2等 分成m份，沿Z轴将W/2等分为η份，从而得到目标平面上的离散点坐标数组，分别为x(m)和Z (η);由此便将目标照明面矩形划分成为mXn份网格；
[0010] 将LED光源发光立体角进行角度划分，其中α为出射光线与X轴组成的平面与X0Z平 面的夹角，β为出射光线与X轴的夹角；则通过α和β可W确定光源发出的每条光线的方向矢 量，即哀二(说3房，8扣公8扣取础1為008均^建立光源立体角与目标照明面的映射关系，在〇角 上划分为m份，在β角上划分为η份；
[00川设LED光源总光通量为φ，则光源中屯、光强为Ι0=Φ A,其他方向光线强度与中屯、 光强的关系为I(i, j) = Iocosasi址；
[0012] 基于立体角元划分方式，相邻两个α角内的总能量为：
[0013]
[0014] 对应在目标照明面上的矩形内，设目标照明面的平均照度为Εν,并设对应的照明 区域为沿X轴方向的条状矩形区域，则根据能量守恒定律有：
[0015]
[0016] 而每一小份立体角内的光通量为：
[0017]
[001引则由能量守恒定律有：
[0019]
[0020] 其中，Ax = xt(j + l)-xt(j)是目标照明面上左右相邻两个点X轴坐标的差值，Αζ = zt(i+l)-zt(i)是上下相邻两点间Ζ轴坐标的差值，两者相乘即每一个小格的面积，
[0021] 由上面关系式得至Ija角、β角与目标照明面点坐标(xt，H，zt)的关系式；
[0022] 当 n = l，则有：
[0023]
[0024] η为光源周围介质的折射率，扁为入射光线单位向量，而?为出射光线单位向量， 京为自由曲面在某一点上的单位法向量；
[0025] 确定的α和β后，得到入射光线的单位向量和与之对应的出射光线的方向向量;应 用折反射公式，通过初始点的坐标和与其对应的出射光线的单位向量，得到初始点的法向 向量，从而确定该点的切平面，该切平面与第二点的入射光线相交从而确定第二点，由前一 点的切平面与下一点的法向量所在的直线相交得出下一点，通过迭代可得出自由曲面上离 散点；通过离散点能得到自由曲面反射镜模型，最后通过镜像获得完整的对称自由曲面反 射镜形状。
[00%]与现有技术相比，本实用新型的优点有:L抓光源垂直向上发光，光源不会直接照 射到车后方人眼睛，减低了眩光效应，同时又能达到国家标准GB11554-2008对汽车用L抓后 雾灯的配光要求。该反射镜只在Ζ轴的上方，相对于直射式的结构设计，体积减小一半，而且 安装方便，散热空间较大。本实用新型中的自由曲面反射镜具有对称性，设计简单，工作效 率高。
【附图说明】
[0027] 图1为实施方式中的后雾灯光学系统坐标示意图。
[0028] 图2为实施方式中L邸光源发光立体角表示示意图。
[0029] 图3为实施方式中光学系统原理的二维示意图。
[0030] 图4为实施方式中光源立体角与目标照明面能量对应关系图。
[0031] 图5为实施方式中自由曲面反射镜Ξ维立体示意图。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型进行详细的描述，需指出的是，W下 若无未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现的。
[0033] W下具体说明本实用新型的自由曲面反射镜的结构限定过程。
[0034] 1.建立坐标系并设定初始条件
[0035] 如图1所示，WLm)发光面101的中屯、为坐标原点0,发光面所在平面为X0Y平面，LED 光源的发光方向为Z轴正半轴建立Ξ维空间立体坐标系。与Y轴交点为0且平行于平面X0Z的 平面为目标照明面200，点0为目标照明面的中屯、点。如图2所示，α为L邸光源出射光线102与 X轴组成的平面与Χ0Ζ平面的夹角，β为出射光线与X轴的夹角，则通过α和β可W确定光源发 出的每条光线的方向矢量，即
[0036] /"=似)S ./?,sin α，sin 片 cos α)
[0037] 如图3中光学系统原理的二维示意图所示，L邸光源100垂直于光轴方向向上发光， 在自由曲面反射镜300上发生反射，最后出射到照明面200上。
[003引2.对目标照明区域和L邸光源发光立体角进行划分
[0039] 设目标照明面201的中屯、0与原点0的距离为Η，针对后雾灯的国家标准配光性能， 最终所要得到的光斑形状具有对称性，因此设计时取沿X轴