[發明專利]用于LED摩托車近光燈的自由曲面光學反射器

有效

• 申請號: 201210237594.9
• 申請日: 2012-07-10
• 公開（公告）號: CN102777858A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 王洪;陳贊吉;游瑜婷;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;F21V7/09;F21Y101/02;F21W101/027;F21W101/10
• 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.用于LED摩托車近光燈的自由曲面光學反射器，其特征在于反射器的內表面是自由曲面，構成光學反射面；所述反射器的底面設有用于安裝LED的開口，LED置于開口的中心處，與底面正對的一端為所述反射器的光出射口，LED光源發射出的光大部分經過反射器內表面進行反射然后出射到照明面上，另一部分的光則直接出射到照明面上。

2.根據權利要求1所述的用于LED摩托車近光燈的自由曲面光學反射器，其特征在于所述反射器分為上下兩部分，反射器內表面上部分的自由曲面主要將射向水平面以上的光反射照向水平面以下的照明面上；反射器內表面下部分的自由曲面則主要將向水平面以下擴散的光反射會聚到水平面以下的照明面上。

3.根據權利要求2所述的用于LED摩托車近光燈的自由曲面光學反射器，其特征在于所述自由曲面的形狀確定如下：

以LED光源為坐標原點O建立坐標系，LED底面所在平面為XOY平面，過坐標原點并與平面XOY垂直的軸為Z軸，其中平面XOZ為水平面；與Z軸交點為o且平行于平面XOY的平面為照明面，點o為照明面的中心點，首先根據摩托車前照燈近光燈在照明面上照度分布特征，把照明面上的照明區域設定為部分圓形即195°的扇形，扇形以照明面的中心點為圓心、以圓心左側水平線為左側邊線、以圓心右側與水平線向上程15°的斜線為右側邊線，然后對該部分圓形進行環帶劃分成n份，再運用能量守恒定律對光源立體角劃分成n份，最后通過折反射定律計算即得到反射器的所述自由曲面。

4.根據權利要求3所述的用于LED摩托車近光燈的自由曲面光學反射器，其特征在于所述自由曲面的形狀具體確定如下：

（1）目標照明面距LED的距離為d，LED光源的總光通量為Q，中心光強為I₀＝Q/π；坐標系中θ為出射光線在XOY平面上的投影與X軸的夾角，為出射光線與Z軸正方向的夾角；自由曲面關于YOZ面對稱且由在YOZ面上的曲線繞Z軸旋轉形成；

對于反射器內表面上部分的自由曲面，照明面上部分圓形的半徑為r_up；對照明面的坐標進行離散化，把圓半徑r_up等分成n份，r_i表示等分后半徑r_up的第i份，其中0≤i≤n；同樣以照明面中心點為圓心，分別以r_i為半徑畫圓，將照明區域劃分為部分圓形環帶區域；在目標照明區域上，每一份部分圓形環帶區域的能量為：

Eup=Eu·ki·∫ri-1rirdr∫θ1θ2dθ]]>

式中，E_u·k_i表示照度值，根據國標要求，常量E_u為預設照度值，變量k_i用來控制照明面上指定區域的照度值大小，用以形成預定的照度分布，其中，0≤k_i≤1；k_i的取值大小需根據照明面上照度要求設定，對于最亮區域k_i的取值范圍為0.9?-?1，對于邊緣區域k_i的取值范圍為0?-?0.1；

同理，對于反射器內表面下部分的自由曲面，設照明面上的部分圓形半徑為r_down；對照明面的坐標進行離散化，即把圓半徑r_down等分成m份，r_j表示等分后半徑r_down的第j份，其中0≤j≤m，將照明區域劃分為部分圓形環帶區域；在目標照明區域上，每一份部分圓形環帶區域的能量為：

Edown=Ed·kj·∫rj-1rjrdr∫θ1θ2dθ]]>

式中，常量E_d為預設照度值，變量k_j為照度控制參數；E_d和k_j的取值與所述的E_u和k_i同理；

（2）對應于目標照明區域的環帶劃分，將光源的立體角進行離散化；

對于反射器內表面上部分的自由曲面，將參與反射的光源立體角進行離散化，即把分成n份，表示的第i份，與r_i一一對應；在反射前，每一份角度內光源的光通量為：

根據能量守恒有：

E_up＝E_ur，

聯合上述各式，得到對應的；

對于反射器內表面下部分的自由曲面，將參與反射的光源立體角進行離散化，即把分成m份，表示的第j份，與r_j一一對應；在反射前，每一份角度內光源的光通量為：

根據能量守恒有：

E_down＝E_dr

聯合上述各式，得到對應的；

（3）由折反射定律得到所述自由曲面上點的法向量，利用這個法向量獲得切線，通過獲得切線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表示為：

[1+n2-2·n·(Out→·In→)]12·N→=Out→-n·In→]]>

其中，為入射光線單位向量，為出射光線單位向量，為單位法向量，在反射光學系統中n＝1；

先分別確定反射器上、下兩部分的初始點，即反射器底面口徑；由這兩個初始點分別獲得兩條自由曲線，這兩條自由曲線均在YOZ平面上；這兩個初始點的位置決定整個反射器的尺寸；

（4）將得到的反射器上、下兩部分的離散點坐標分別導入到機械建模軟件，擬合成兩條位于YOZ平面上的自由曲線；然后使反射器內表面上部分的曲線繞Z軸正方向旋轉86°，再繞Z軸負方向旋轉102°，得到反射器內表面上部分的自由曲面形狀；同理，使反射器下部分的曲線繞Z軸正方向旋轉78°，再繞Z軸負方向旋轉94°，即可得到反射器內表面下部分的自由曲面形狀。