一種led汽車遠(yuǎn)光燈的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種LED汽車遠(yuǎn)光燈，其包括多個(gè)LED光源、多個(gè)自由曲面光學(xué)透鏡、透鏡支架和底板，透鏡支架和多個(gè)LED光源固定在底板上，且透鏡支架上相應(yīng)的開有多個(gè)供LED光源出射光通過的洞口，透鏡支架上的每個(gè)洞口處均安裝有一個(gè)自由曲面光學(xué)透鏡，LED光源發(fā)光面與自由曲面光學(xué)透鏡入射面之間的距離通過透鏡支架的高度來固定的。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，光能利用率高、結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定、便于裝配、成本低、壽命長、配光性能好，滿足GB25991-2010的配光要求。本實(shí)用新型中的遠(yuǎn)光燈透鏡出射面為自由曲面，使整個(gè)汽車燈的外觀造型更具靈活性，符合現(xiàn)代車燈設(shè)計(jì)的美觀化和流線型的要求。
【專利說明】—種LED汽車遠(yuǎn)光燈
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及LED汽車燈照明【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及用于LED汽車遠(yuǎn)光燈的自由曲面光學(xué)透鏡。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著發(fā)光二極管(LED)技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用上的普及，LED在車用照明中的應(yīng)用也越來越普遍。傳統(tǒng)汽車前照燈的光源存在效率低、壽命短、不環(huán)保等缺點(diǎn)，而LED光源具有節(jié)能、高效及環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，使用LED光源替代傳統(tǒng)光源將是汽車用前照燈的一個(gè)發(fā)展趨勢。近年來，隨著LED技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用上的普及，LED在車用照明中的應(yīng)用也越來越普遍。但是，使LED應(yīng)用于汽車前照燈時(shí)還要面臨復(fù)雜的光學(xué)設(shè)計(jì)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型提供了汽車用的LED遠(yuǎn)光燈，該LED汽車遠(yuǎn)光燈能量利用率高，眩光效應(yīng)低，制作安裝方便，能滿足國標(biāo)25991-2010對汽車用LED前照燈的配光要求。
[0004]本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0005]LED汽車遠(yuǎn)光燈，其包括多個(gè)LED光源、多個(gè)自由曲面光學(xué)透鏡、透鏡支架和底板，透鏡支架和多個(gè)LED光源固定在底板上，且透鏡支架上相應(yīng)的開有多個(gè)供LED光源出射光通過的洞口，透鏡支架上的每個(gè)洞口處均安裝有一個(gè)自由曲面光學(xué)透鏡，LED光源發(fā)光面與自由曲面光學(xué)透鏡入射面之間的距離通過透鏡支架的高度來固定的。
[0006]進(jìn)一步地，所述LED光源、自由曲面光學(xué)透鏡的個(gè)數(shù)均為4個(gè)。
[0007]進(jìn)一步地，透鏡支架上的每個(gè)洞口內(nèi)均設(shè)有將LED光源出射的無法直接進(jìn)入自由曲面光學(xué)透鏡入射面的光進(jìn)行反射后進(jìn)入所述入射面的反射器。
[0008]所述自由曲面光學(xué)透鏡順次包括相互之間平滑過渡的圓形入射平面、圓柱側(cè)面和出射面，出射面為自由曲面，自由曲面光學(xué)透鏡的作用是將LED光源發(fā)出的光進(jìn)行配光，使該LED汽車遠(yuǎn)光燈能滿足國標(biāo)25991-2010的配光要求。本實(shí)用新型中4個(gè)自由曲面光學(xué)透鏡的設(shè)計(jì)原理是一樣的，下面以I個(gè)自由曲面光學(xué)透鏡對應(yīng)I個(gè)LED光源為例進(jìn)行講述。
[0009]自由曲面光學(xué)透鏡由透明材料制成，透明材料可為PC或PMMA或光學(xué)玻璃。所述透鏡底部的圓形平面是入射面，透鏡頂部的自由曲面是出射面透鏡，透鏡側(cè)面是用于連接透鏡和透鏡支架的圓柱面。LED光源與自由曲面光學(xué)透鏡的位置關(guān)系如下:透鏡的入射面位于LED光源的發(fā)光面之前，并且透鏡的入射面平行于LED光源的發(fā)光面，LED光源發(fā)光面的中心與透鏡底部圓形平面圓心的連線垂直于透鏡底部圓形平面。LED光源發(fā)出的光經(jīng)過透鏡時(shí)，在透鏡底部的圓形平面入射面和透鏡頂部的自由曲面出射面分別發(fā)生折射，最后出射到照明面上。
[0010]自由曲面光學(xué)透鏡的形狀確定如下:
[0011]以LED光源發(fā)光面的中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O建立直角坐標(biāo)系，LED發(fā)光面所在平面為XOY平面，過原點(diǎn)并與XOY平面垂直的軸為Z軸，其中XOZ平面為水平面，與Z軸交點(diǎn)為O且平行于XOY平面的平面為照明面xoy平面，點(diǎn)O為照明面的中心點(diǎn)；照明面上的光能分布是由多個(gè)LED光源發(fā)光的疊加來實(shí)現(xiàn)的，由于LED光源間的間距相對光源到照明面的距離非常小，能通過一個(gè)LED光源來計(jì)算光能分布，采用倍數(shù)關(guān)系來直接得到總的光能分布；首先根據(jù)汽車遠(yuǎn)光燈在照明面上照度分布特征，把照明面上的照明區(qū)域設(shè)定為以照明面中心點(diǎn)為中心的橢圓形區(qū)域，然后對該橢圓形區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，再運(yùn)用能量守恒定律對光源立體角進(jìn)行劃分，最后運(yùn)用折射定律通過數(shù)值計(jì)算即得到透鏡的自由曲面，自由曲面形狀具體確定如下。
[0012]首先目標(biāo)照明面距LED的距離為d = 25m, LED光源的總光通量為Q，中心光強(qiáng)為IQ = Q/n。其中爐為出射光線與Z軸正方向的夾角，Θ為出射光線在XOY平面上的投影與X軸的夾角，α為照明面xoy平面上任意一點(diǎn)和點(diǎn)ο的連線與X軸的夾角。
[0013]對于遠(yuǎn)光燈，設(shè)定其目標(biāo)照明區(qū)域是橢圓形，橢圓長半軸為a，短半軸為b。對照明面的坐標(biāo)進(jìn)行離散化，首先把橢圓長半軸a和短半軸b分別等分成η份，a,和h分別表示等分后長半軸a的第i份和短半軸b的第i份，其中O < i ≤ η ;然后以照明面中心點(diǎn)為中心，分別以％為長半軸、匕為短半軸畫橢圓，則將照明區(qū)域劃分為η份橢圓形環(huán)帶區(qū)域。再將角α (O≤α≤360° )等分成m份，α」表示等分后α的第j份。在照明面上，以點(diǎn)ο為端點(diǎn)，與X軸的夾角為的射線束將每一份橢圓形環(huán)帶區(qū)域再細(xì)分為m份。這樣，目標(biāo)照明區(qū)域被劃分成mXn個(gè)小格子，每一個(gè)小格子內(nèi)的能量為:
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種LED汽車遠(yuǎn)光燈，其特征在于包括多個(gè)LED光源、多個(gè)自由曲面光學(xué)透鏡、透鏡支架和底板，透鏡支架和多個(gè)LED光源固定在底板上，且透鏡支架上相應(yīng)的開有多個(gè)供LED光源出射光通過的洞口，透鏡支架上的每個(gè)洞口處均安裝有一個(gè)自由曲面光學(xué)透鏡，LED光源發(fā)光面與自由曲面光學(xué)透鏡入射面之間的距離通過透鏡支架的高度來固定的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED汽車遠(yuǎn)光燈，其特征在于所述LED光源、自由曲面光學(xué)透鏡的個(gè)數(shù)均為4個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED汽車遠(yuǎn)光燈，其特征在于透鏡支架上的每個(gè)洞口內(nèi)均設(shè)有將LED光源出射的無法直接進(jìn)入自由曲面光學(xué)透鏡入射面的光進(jìn)行反射后進(jìn)入所述入射面的反射器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED汽車遠(yuǎn)光燈，其特征在于所述自由曲面光學(xué)透鏡順次包括相互之間平滑過渡的圓形入射平面、圓柱側(cè)面和出射面，出射面為自由曲面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED汽車遠(yuǎn)光燈，其特征在于自由曲面的形狀確定如下: 以LED光源發(fā)光面的中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O建立直角坐標(biāo)系，LED發(fā)光面所在平面為XOY平面，過原點(diǎn)并與XOY平面垂直的軸為Z軸，其中XOZ平面為水平面，與Z軸交點(diǎn)為ο且平行于XOY平面的平面為照明面xoy平面，點(diǎn)ο為照明面的中心點(diǎn)；照明面上的光能分布是由多個(gè)LED光源發(fā)光的疊加來實(shí)現(xiàn)的，由于LED光源間的間距相對光源到照明面的距離非常小，能通過一個(gè)LED光源來計(jì)算光能分布，采用倍數(shù)關(guān)系來直接得到總的光能分布；首先根據(jù)汽車遠(yuǎn)光燈在照明面上照度分布特征，把照明面上的照明區(qū)域設(shè)定為以照明面中心點(diǎn)為中心的橢圓形區(qū)域，然后對該橢圓形區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，再運(yùn)用能量守恒定律對光源立體角進(jìn)行劃分，最后運(yùn)用折射定律通過數(shù)值計(jì)算即得到透鏡的自由曲面，自由曲面形狀具體確定如下: 首先目標(biāo)照明面距LED的距離為d，LED光源的總光通量為Q，中心光強(qiáng)為Itl = Q/ π ；其中P為出射光線與Z軸正方向的夾角，Θ為出射光線在XOY平面上的投影與X軸的夾角，α為照明面上任意一點(diǎn)和點(diǎn)ο的連線與X軸的夾角； 對于遠(yuǎn)光燈，設(shè)定其目標(biāo)照明區(qū)域是橢圓形，橢圓長半軸為a，短半軸為b ;對照明面的坐標(biāo)進(jìn)行離散化，首先把橢圓長半軸a和短半軸b分別等分成η份，a,和h分別表示等分后長半軸a的第i份和短半軸b的第i份，其中O < i < η ;然后以照明面中心點(diǎn)為中心，分別以％為長半軸、h為短半軸畫橢圓，則將照明區(qū)域劃分為η份橢圓形環(huán)帶區(qū)域；再將角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，以點(diǎn)ο為端點(diǎn)，與X軸的夾角為的射線束將每一份橢圓形環(huán)帶區(qū)域再細(xì)分為m份；這樣，目標(biāo)照明區(qū)域被劃分成mXn個(gè)小格子,每一個(gè)小格子內(nèi)的能量為:
【文檔編號】F21Y101/02GK203744072SQ201320700904
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】王洪, 陳贊吉, 葛鵬 申請人:華南理工大學(xué)