[發明專利]用于LED摩托車遠光燈的自由曲面光學透鏡

無效

• 申請號: 201210237905.1
• 申請日: 2012-07-10
• 公開（公告）號: CN102777856A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 黃華茂;陳贊吉;鐘炯生;王洪
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: F21V5/04
• 分類號: F21V5/04;F21W101/027;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

技術領域

本發明涉及LED摩托車燈照明技術領域，特別涉及用于LED摩托車遠光燈的自由曲面光學透鏡。

背景技術

發光二極管（LED）具有節能、高效及環保等諸多優點，是繼白熾燈、鹵鎢燈和高強度氣體放電燈之后的第四代車用光源。近年來，?隨著LED技術的不斷進步和應用上的普及，LED在車用照明中的應用也越來越普遍。但是，使LED應用于前照燈時還要面臨復雜的光學設計。

在摩托車前照燈的設計上，國家標準GB5948-1998對摩托車前照燈的配光要求做了規定，對于遠光燈，國標要求在車燈前25m遠的照明面上規定區域的照度值達標，該照度值是由中間向兩邊近似逐步減小。

發明內容

本發明提供了用于LED摩托車遠光燈的自由曲面光學透鏡，該透鏡體積小，能量利用率高，眩光效應低，制作安裝方便，并能產生滿足國標GB5948-1998的配光要求的照度分布。本發明運用旋轉軸對稱LED照明系統的設計方法，既有效地提高了工作效率，同時也很好地減小了自由曲面仿真建模時產生的誤差，使透鏡具有更高的光學精度。

本發明采用如下技術方案：

用于LED摩托車遠光燈的自由曲面光學透鏡，所述透鏡的內側是一圓柱狀空腔，圓柱狀空腔底部為開口，開口供LED進入并安裝于該空腔內；透鏡包括入射面及出射面，透鏡的內側是入射面，入射面由空腔頂部的平面和腔壁的柱面構成；透鏡外側頂部的自由曲面和圓環平面構成所述出射面，透鏡外側的側面為全反射自由曲面；LED光源中心部分的光經過透鏡時，在透鏡內側腔頂的平面和透鏡外側頂部的自由曲面發生兩次折射，再出射到照明面上；LED光源外圍部分的光經過透鏡時，先在透鏡內側腔壁的柱面入射面進行折射，再在透鏡外側的側面的全反射自由曲面上發生全反射，接著又在透鏡外側頂部的圓環平面出射面產生折射，最后出射到照明面上。

進一步的，透鏡的自由曲面形狀確定如下：

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；根據摩托車前照燈遠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以照明面中心點為圓心的圓形區域，然后對該圓形區域進行環帶劃分成n等份，根據能量守恒定律對光源立體角劃分成n等份，最后運用折反射定律通過數值計算即得到反射器的自由曲面。

進一步的，透鏡的形狀確定如下：

（1）目標照明面距LED的距離為d，對于遠光燈，目標照明區域是圓形，其半徑為r；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；該光學透鏡關于Z軸旋轉軸對稱，以XOZ所在平面來確定，對照明面的坐標進行離散化，首先把圓半徑r等分成n份，r_i表示等分后半徑r的第i份，其中，0≤i≤n；然后同樣以照明面中心點為圓心，分別以r_i為半徑畫圓，將照明區域劃分為圓形環帶區域；在目標照明區域上，每一份圓形環帶區域的能量為：

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