[实用新型]一种用于LED汽车前照灯照明的远光灯光学透镜

说明书

技术领域

本实用新型涉及LED车灯照明技术领域，特别涉及用于LED汽车前照灯照明的远光灯光学透镜。

背景技术

发光二极管(LED)是继白炽灯、卤钨灯和高强度气体放电灯(HID)之后的第四代车用光源。LED具有体积小、能耗低、响应快、寿命长等诸多优点，顺应了未来汽车向紧凑、节能、安全、时尚等方向发展的趋势。近年来，随着LED在汽车照明系统中的应用不断扩展，越来越多的难题被攻克。但是LED应用于汽车前照灯仍然具有挑战性，即LED不同于传统汽车光源的光学特性，使LED应用于前照灯时要面临复杂的光学设计。为了满足汽车前照灯的配光标准，同时利用LED体积小的优势，采用自由曲面透镜设计方法能提高LED光通利用率，有效抑制眩光效应，且能够达到远、近光的照度要求。

在汽车前照灯的设计上，国家标准GB25991-2010对汽车前照灯的配光要求做了规定，目的是防止汽车前照灯干扰对面驶来车辆而造成交通事故。对于近光灯，国标要求在车灯前25m远的照明面上产生一水平线和水平线右侧向上15°的明暗截止线，且照明面上不同区域的照度值大小也做了相应的规定。对于远光灯，则要求在车灯前25m远的照明面上的规定区域照度达标。

LED汽车前照灯的光学设计形式有折射式、反射式和混合式3种。折射式LED前照灯模块通常由光源、配光透镜构成，从光源发出的光线经过配光透镜后，在接收屏上形成预定的光型，通过透镜的配光，可以有效的减小眩光效应，压缩光学系统体积，而且光学系统也具有较高的能量利用率；反射式LED前照灯一般由光源与反射器构成，用单一的反射器完成所有的配光任务，这种前照灯虽然光能利用率高，但眩光效应较难控制，对设计、加工过程要求极高；混合式LED前照灯融折射式、反射式优点于一体，可以形成很好的光型效果，但整个光学系统复杂，光能利用率较低(余桂英，金骥，LED汽车前照灯高效抛物反射器的研究.红外技术，2009，31(6)：367-370)。

实用新型内容

针对LED前照灯设计面临的主要问题，本实用新型提供了用于LED汽车前照灯照明的远光灯光学透镜，该透镜体积小，眩光效应低，光能利用率高，制作安装方便，并能产生满足国标GB25991-2010的配光要求的照度分布。本实用新型采用如下技术方案。

一种用于LED汽车前照灯照明的远光灯光学透镜由透明材料制成，透明材料为PC或PMMA或光学玻璃，透镜包括入射面及出射面，所述透镜的底面中心设有一供LED安装于其内的空腔，空腔的一部分腔壁是柱面，所述的入射面由所述柱面和位于柱面顶部的自由曲面构成；透镜的外侧面为另一自由曲面，透镜的顶面是平面即所述的出射面。

上述的用于LED汽车前照灯照明的远光灯光学透镜，其自由曲面形状确定如下：

以LED光源为坐标原点建立坐标系，LED底面所在平面为XOY平面，过原点并与平面垂直XOY的轴为z轴，对光源立体角进行划分，根据汽车前照灯远光灯在照明面上照度分布特征，运用能量守恒定律，把照明面上的照明区域进行椭圆形环带划分，然后运用折反射定律通过数值计算限定最后的自由曲面透镜。

上述的用于LED汽车前照灯照明的远光灯光学透镜中，位于透镜外侧的自由曲面和位于内腔的自由曲面的形状确定如下：

设定初始条件并对光源立体角均匀划分，

目标照明面距LED的距离为d，对于远光灯，设定其目标照明区域是椭圆形，其长半轴为a，短半轴为b；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；对光源的立体角进行离散化，把等分成i份，对于每一个都将θ等分成j份，形成一系列角度环带区域，这样就得到了和θ(i，j)的数组；

每一份角内的每一份θ角内光源的光通量为：

确定柱面顶部的自由曲面、透镜的外侧面的自由曲面时对应的的取值范围分别为0～ω，其中ω的值限定透镜底部口径的大小；

利用能量守恒定律将目标照明区域进行环带划分，

对应于光源立体角的环带划分方式，照明面的直角坐标也相应的划分为椭圆形环带区域，椭圆长半轴a，短半轴b分别在x，y方向上分成i份，形成的椭圆可以表示为：