[发明专利]用于LED摩托车远光灯的自由曲面光学透镜

说明书

技术领域

本发明涉及LED摩托车灯照明技术领域，特别涉及用于LED摩托车远光灯的自由曲面光学透镜。

背景技术

发光二极管（LED）具有节能、高效及环保等诸多优点，是继白炽灯、卤钨灯和高强度气体放电灯之后的第四代车用光源。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应用于前照灯时还要面临复杂的光学设计。

在摩托车前照灯的设计上，国家标准GB5948-1998对摩托车前照灯的配光要求做了规定，对于远光灯，国标要求在车灯前25m远的照明面上规定区域的照度值达标，该照度值是由中间向两边近似逐步减小。

发明内容

本发明提供了用于LED摩托车远光灯的自由曲面光学透镜，该透镜体积小，能量利用率高，眩光效应低，制作安装方便，并能产生满足国标GB5948-1998的配光要求的照度分布。本发明运用旋转轴对称LED照明系统的设计方法，既有效地提高了工作效率，同时也很好地减小了自由曲面仿真建模时产生的误差，使透镜具有更高的光学精度。

本发明采用如下技术方案：

用于LED摩托车远光灯的自由曲面光学透镜，所述透镜的内侧是一圆柱状空腔，圆柱状空腔底部为开口，开口供LED进入并安装于该空腔内；透镜包括入射面及出射面，透镜的内侧是入射面，入射面由空腔顶部的平面和腔壁的柱面构成；透镜外侧顶部的自由曲面和圆环平面构成所述出射面，透镜外侧的侧面为全反射自由曲面；LED光源中心部分的光经过透镜时，在透镜内侧腔顶的平面和透镜外侧顶部的自由曲面发生两次折射，再出射到照明面上；LED光源外围部分的光经过透镜时，先在透镜内侧腔壁的柱面入射面进行折射，再在透镜外侧的侧面的全反射自由曲面上发生全反射，接着又在透镜外侧顶部的圆环平面出射面产生折射，最后出射到照明面上。

进一步的，透镜的自由曲面形状确定如下：

以LED光源为坐标原点O建立坐标系，LED底面所在平面为XOY平面，过原点并与平面XOY垂直的轴为Z轴，其中平面XOZ为水平面，与Z轴交点为o，且平行于平面XOY的平面为照明面，点o为照明面的中心点；根据摩托车前照灯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圆心的圆形区域，然后对该圆形区域进行环带划分成n等份，根据能量守恒定律对光源立体角划分成n等份，最后运用折反射定律通过数值计算即得到反射器的自由曲面。

进一步的，透镜的形状确定如下：

（1）目标照明面距LED的距离为d，对于远光灯，目标照明区域是圆形，其半径为r；LED光源的总光通量为Q，中心光强为I₀＝Q/π，坐标系中θ为出射光线在XOY平面上的投影与X轴的夹角，为出射光线与Z轴正方向的夹角；该光学透镜关于Z轴旋转轴对称，以XOZ所在平面来确定，对照明面的坐标进行离散化，首先把圆半径r等分成n份，r_i表示等分后半径r的第i份，其中，0≤i≤n；然后同样以照明面中心点为圆心，分别以r_i为半径画圆，将照明区域划分为圆形环带区域；在目标照明区域上，每一份圆形环带区域的能量为：

EQ=E·ki·2·π·∫ri-1rirdr]]>