[發明專利]LED汽車照明用反射器及組合式前照燈

有效

• 申請號: 201110255957.7
• 申請日: 2011-08-31
• 公開（公告）號: CN102330948A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發明（設計）人: 王洪;吳衡;葉菲菲;王麗君;黃華茂;楊潔
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: F21V7/04
• 分類號: F21V7/04;F21V19/00;F21V29/00;F21S8/10;F21W101/10;F21Y101/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

1.LED汽車照明用反射器，所述反射器內表面平滑，反射器的內表面是自由曲面，構成光學反射面；其特征在于反射器自由曲面的形狀由如下方法確定：

針對近光燈，以LED光源為坐標原點建立坐標系，而對于遠光燈，LED光源與坐標原點的距離D，遠、近光燈LED光源呈平行放置；以LED底面所在平面為XOZ平面，過原點并與平面垂直XOZ的軸為y軸；首先對光源立體角進行劃分，然后根據汽車前照燈在照明面上照度分布特征，運用能量守恒定律，把照明面上的照明區域進行網格劃分，然后運用折反射定律通過數值計算即得到最后的LED汽車照明的反射器自由曲面；

所述自由曲面的確定如下：

(1)確定初始條件并對光源立體角均勻劃分

首先目標照明面與LED的距離為d，對于近光燈，目標照明區域左半部分是長為a，寬為b的矩形區域，右半部分是高為a，上底為b下底為c的梯形區域；對于遠光燈，目標照明區域是長為2a，寬為b的矩形區域，LED光源的總光通量為Q，目標區域的平均照度為E_v，E_v為總光通量除以目標區域面積，LED中心光強為I₀＝Q/π；坐標系中θ為光線與Y軸組成的平面與YOZ平面的夾角，為出射光線與Y軸負方向的夾角；對光源的立體角進行離散化，在θ方向按角度ρ等分成m份，對于每一個θ，都將方向按角度ρ等分成n份，這樣就得到了θ(m)和的數組，m，n取值的大小根據精度要求確定；

以每一份θ角內的每一份角內光源的能量為研究對象，每一小份立體角內的光通量為：

(2)利用能量守恒定律將目標照明區域進行網格劃分

(2.1)近光目標照明區域網格劃分

對應于光源立體角的劃分，照明面的直角坐標也相應的在x方向上分成m份，對于每一個x，都將y方向分成n份，在照明面直角坐標系中得到與光源立體角中θ(m)和數組一一對應的x(m)和y(m，n)數組；

在目標照明區域左半部分上，每一份θ角所對應的是一個長為y(m，n+1)-y(m，n)，寬為x(m+1)-x(m)的矩形區域，該矩形區域的總能量為：

Etotal＝[x(m+1)-x(m)]·[y(m，n+1)-y(m，n)]·E_c

式中，E_c表示照度值；由于國標GB4599近光燈的照明面上照度分布圖中ZONE?I、II、III、IV區域的照度值各不相同，故預設照度E，照度控制因子γ，對于不同區域有

E_c＝E·γ(i)?i＝1，2，3，4，

其中0≤γ(i)≤1，i的取值與I、II、III、IV區域一一對應，且γ(i)值各不相同；

在目標照明區域右半部分上，在劃分時存在矩形區域和一部分三角形區域，矩形區域的劃分與左半部分相同，對于三角形區域，其高為y(m，n+1)-y(m，n)，底邊為x(m+1)-x(m)，該區域的總能量為：

Etotal=12[x(m+1)-x(m)]·[y(m,n+1)-y(m,n)]·Ec]]>

(2.2)遠光目標照明區域網格劃分

本遠光目標照明區域為一個矩形區域，它是由近光反射器和遠光反射器共同作用而形成；遠光反射器作用的主要是在水平線上方形成一個矩形區域，其照明區域網格劃分與近光目標照明區域左半部分的劃分相同，不同之處在于照度分布，遠光照明區域中規定區域照度值大小是由中間向兩邊遞減，這里控制因子γ為一個遞減的序列：

γ(m)=t·m-jm·E]]>

式中0≤t≤5，j＝1，2，L，m，網格區域與光源立體角間由能量守恒定律：

Energy＝Etotal

從而可以得到對應的x(m)和y(m，n)數組；

(3)由折反射定律求出所述曲面上點的法向量，利用這個法向量求得切平面，通過求切平面與入射光線的交點得到曲線上點的坐標，折反射定律的矢量形式可表示為：

其中μ為折射率，為入射光線單位向量，為出射光線單位向量，為單位法向量；

在計算中，首先需要確定一個自由曲面反射器邊界曲線的初始點(0，S，0)，為了便于安裝，遠近光自由曲面邊界曲線的初始點設為同一點，該初始點的位置決定整個反射器的尺寸；由這個初始點算出一條邊界曲線，再由邊界曲線的上的每一個點為初始點算出整個自由曲面；計算方法：由(1)中所確定的θ和可以求出入射光線的單位向量，通過初始點的坐標和與其對應的反射光線的單位向量，得到初始點的法向向量，從而確定該點的切平面，該切平面與第二點的入射光線相交從而確定第二點，由前一點的切平面與下一點的法向量所在的直線相交可得出下一點，通過計算機迭代可得出所有點的坐標；由此確定了近光、遠光反射器自由曲面的坐標；

(4)利用機械仿真軟件將得到的點擬合為曲面

得到的離散點的坐標依次導入到機械建模軟件，進行放樣擬合，可以得到最終的近光、遠光反射器曲面形狀。