Led汽车远光灯的制作方法
【专利摘要】本发明公开LED汽车远光灯，其包括多个LED光源、多个自由曲面光学透镜、透镜支架和底板，透镜支架和多个LED光源固定在底板上，且透镜支架上相应的开有多个供LED光源出射光通过的洞口，透镜支架上的每个洞口处均安装有一个自由曲面光学透镜，LED光源发光面与自由曲面光学透镜入射面之间的距离通过透镜支架的高度来固定的。本发明结构简单，光能利用率高、结构简单稳定、便于装配、成本低、寿命长、配光性能好，满足GB25991-2010的配光要求。本发明中的远光灯透镜出射面为自由曲面，使整个汽车灯的外观造型更具灵活性，符合现代车灯设计的美观化和流线型的要求。
【专利说明】LED汽车远光灯
【技术领域】
[0001]本发明涉及LED汽车灯照明【技术领域】，特别涉及用于LED汽车远光灯的自由曲面光学透镜。
【背景技术】
[0002]近年来，随着发光二极管(LED)技术的不断进步和应用上的普及，LED在车用照明中的应用也越来越普遍。传统汽车前照灯的光源存在效率低、寿命短、不环保等缺点，而LED光源具有节能、高效及环保等诸多优点，使用LED光源替代传统光源将是汽车用前照灯的一个发展趋势。近年来，随着LED技术的不断进步和应用上的普及，LED在车用照明中的应用也越来越普遍。但是，使LED应用于汽车前照灯时还要面临复杂的光学设计。
【发明内容】
[0003]本发明提供了汽车用的LED远光灯，该LED汽车远光灯能量利用率高，眩光效应低，制作安装方便，能满足国标25991-2010对汽车用LED前照灯的配光要求。
[0004]本发明采用如下技术方案:
[0005]LED汽车远光灯，其包括多个LED光源、多个自由曲面光学透镜、透镜支架和底板，透镜支架和多个LED光源固定在底板上，且透镜支架上相应的开有多个供LED光源出射光通过的洞口，透镜支架上的每个洞口处均安装有一个自由曲面光学透镜，LED光源发光面与自由曲面光学透镜入射面之间的距离通过透镜支架的高度来固定的。
[0006]进一步地，所述LED光源、自由曲面光学透镜的个数均为4个。
[0007]进一步地，透镜支架上的每个洞口内均设有将LED光源出射的无法直接进入自由曲面光学透镜入射面的光进行反射后进入所述入射面的反射器。
[0008]所述自由曲面光学透镜顺次包括相互之间平滑过渡的圆形入射平面、圆柱侧面和出射面，出射面为自由曲面，自由曲面光学透镜的作用是将LED光源发出的光进行配光，使该LED汽车远光灯能满足国标25991-2010的配光要求。本发明中4个自由曲面光学透镜的设计原理是一样的，下面以I个自由曲面光学透镜对应I个LED光源为例进行讲述。
[0009]自由曲面光学透镜由透明材料制成，透明材料可为PC或PMMA或光学玻璃。所述透镜底部的圆形平面是入射面，透镜顶部的自由曲面是出射面透镜，透镜侧面是用于连接透镜和透镜支架的圆柱面。LED光源与自由曲面光学透镜的位置关系如下:透镜的入射面位于LED光源的发光面之前，并且透镜的入射面平行于LED光源的发光面，LED光源发光面的中心与透镜底部圆形平面圆心的连线垂直于透镜底部圆形平面。LED光源发出的光经过透镜时，在透镜底部的圆形平面入射面和透镜顶部的自由曲面出射面分别发生折射，最后出射到照明面上。
[0010]自由曲面光学透镜的形状确定如下:
[0011]以LED光源发光面的中心点为坐标原点O建立直角坐标系，LED发光面所在平面为XOY平面，过原点并与XOY平面垂直的轴为Z轴，其中XOZ平面为水平面，与Z轴交点为O且平行于XOY平面的平面为照明面xoy平面，点O为照明面的中心点；照明面上的光能分布是由多个LED光源发光的叠加来实现的，由于LED光源间的间距相对光源到照明面的距离非常小，能通过一个LED光源来计算光能分布，采用倍数关系来直接得到总的光能分布；首先根据汽车远光灯在照明面上照度分布特征，把照明面上的照明区域设定为以照明面中心点为中心的椭圆形区域，然后对该椭圆形区域进行网格划分，再运用能量守恒定律对光源立体角进行划分，最后运用折射定律通过数值计算即得到透镜的自由曲面，自由曲面形状具体确定如下。
[0012]首先目标照明面距LED的距离为d = 25m, LED光源的总光通量为Q，中心光强为Io) = Q/π。其中为出射光线与z轴正方向的夹角，θ为出射光线在xoy平面上的投影与X轴的夹角，α为照明面xoy平面上任意一点和点ο的连线与X轴的夹角。
[0013]对于远光灯，设定其目标照明区域是椭圆形，椭圆长半轴为a，短半轴为b。对照明面的坐标进行离散化，首先把椭圆长半轴a和短半轴b分别等分成η份，a,和h分别表示等分后长半轴a的第i份和短半轴b的第i份，其中O < i ≤ η ;然后以照明面中心点为中心，分别以％为长半轴、匕为短半轴画椭圆，则将照明区域划分为η份椭圆形环带区域。再将角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，以点ο为端点，与X轴的夹角为αj的射线束将每一份椭圆形环带区域再细分为m份。这样，目标照明区域被划分成mXn个小格子，每一个小格子内的能量为:
【权利要求】
1.LED汽车远光灯，其特征在于包括多个LED光源、多个自由曲面光学透镜、透镜支架和底板，透镜支架和多个LED光源固定在底板上，且透镜支架上相应的开有多个供LED光源出射光通过的洞口，透镜支架上的每个洞口处均安装有一个自由曲面光学透镜，LED光源发光面与自由曲面光学透镜入射面之间的距离通过透镜支架的高度来固定的。
2.根据权利要求1所述的LED汽车远光灯，其特征在于所述LED光源、自由曲面光学透镜的个数均为4个。
3.根据权利要求1所述的LED汽车远光灯，其特征在于透镜支架上的每个洞口内均设有将LED光源出射的无法直接进入自由曲面光学透镜入射面的光进行反射后进入所述入射面的反射器。
4.根据权利要求1所述的LED汽车远光灯，其特征在于所述自由曲面光学透镜顺次包括相互之间平滑过渡的圆形入射平面、圆柱侧面和出射面，出射面为自由曲面，自由曲面的形状确定如下: 以LED光源发光面的中心点为坐标原点O建立直角坐标系，LED发光面所在平面为XOY平面，过原点并与XOY平面垂直的轴为Z轴，其中XOZ平面为水平面，与Z轴交点为ο且平行于XOY平面的平面为照明面xoy平面，点ο为照明面的中心点；照明面上的光能分布是由多个LED光源发光的叠加来实现的，由于LED光源间的间距相对光源到照明面的距离非常小，能通过一个LED光源来计算光能分布，采用倍数关系来直接得到总的光能分布；首先根据汽车远光灯在照明面上照度分布特征，把照明面上的照明区域设定为以照明面中心点为中心的椭圆形区域，然后对该椭圆形区域进行网格划分，再运用能量守恒定律对光源立体角进行划分，最后运用折射定律通过数值计算即得到透镜的自由曲面，自由曲面形状具体确定如下: 首先目标照明面距LED的距离为d，LED光源的总光通量为Q，中心光强为Itl = Q/ π ；其中P为出射光线与Z轴正方向的夹角，Θ为出射光线在XOY平面上的投影与X轴的夹角，α为照明面上任意一点和点ο的连线与X轴的夹角； 对于远光灯，设定其目标照明区域是椭圆形，椭圆长半轴为a，短半轴为b ;对照明面的坐标进行离散化，首先把椭圆长半轴a和短半轴b分别等分成η份，a,和h分别表示等分后长半轴a的第i份和短半轴b的第i份，其中O < i < η ;然后以照明面中心点为中心，分别以％为长半轴、h为短半轴画椭圆，则将照明区域划分为η份椭圆形环带区域；再将角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，以点ο为端点，与X轴的夹角为的射线束将每一份椭圆形环带区域再细分为m份；这样，目标照明区域被划分成mXn个小格子,每一个小格子内的能量为:
【文档编号】F21S8/10GK103629614SQ201310549473
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月6日 优先权日:2013年11月6日
【发明者】王洪, 陈赞吉, 葛鹏 申请人:华南理工大学