[发明专利]LED摩托车前照灯用自由曲面集成光学透镜的设计方法

说明书

本发明公开了LED摩托车前照灯用自由曲面集成光学透镜的设计方法，透镜包括同一所述前照灯里的远光灯用光学透镜和近光灯用光学透镜，所述远光灯用光学透镜和近光灯用光学透镜均由入射面(凸型面与圆柱面)、侧面(侧反射面)及出射面(凹形自由曲面)构成。本发明所提供的技术方案适用于使用LED光源的摩托车前照灯新国家标准，克服了当前LED光源应用于摩托车前照灯时要面临更加复杂光学设计的问题、解决了现有的摩托车透镜前照灯存在色温偏高或者光学效率不高的缺陷、简便可靠、成熟可行。

技术领域

本发明涉及LED摩托车灯照明技术领域，特别涉及LED摩托车前照灯用自由曲面集成光学透镜的设计方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展和整车配置需求，车灯照明行业内对GB5948-1998《摩托车白炽丝光源前照灯配光性能》要求予以修订的呼声强烈。经过专家组的讨论决定，将制定强制性国家标准，标准名称暂定为“发射对称近光和/或远光的机动车前照灯配光性能”，标准批准发布后，将设置实施过渡期，并逐步替代现行的摩托车前照灯标准GB5948-1998《摩托车白炽丝光源前照灯配光性能》。

摩托车前照灯新国家标准中的光型及照度要求不同于GB5948-1998，新国家标准的即将发布意味着依据GB5948-1998设计的摩托车前照灯将会被淘汰，其使用的光学设计也不再适用于新的国家标准。尤其对于使用LED光源的摩托车前照灯，由于LED芯片的发光模型近似为余弦辐射体，光学特性不同于传统摩托车的白炽丝光源，使LED光源应用于摩托车前照灯时要面临更加复杂的光学设计问题。而现有的摩托车透镜前照灯存在色温偏高或者光学效率不高的问题。

发明内容

本发明针对上述存在的问题，提供了摩托车用的LED前照灯，该LED摩托车前照灯包括远光灯和近光灯，能满足新的国家标准对摩托车用LED前照灯的配光要求，解决了使用LED光源的光学设计问题。

本发明采用如下技术方案。

LED摩托车前照灯用自由曲面集成光学透镜的设计方法，所述自由曲面集成光学透镜集包括位于同一前照灯中的远光灯用光学透镜和近光灯用光学透镜，所述远光灯用光学透镜和近光灯用光学透镜均各自由入射面、侧反射面及出射面构成；所述入射面由凸型面与圆柱面构成；所述出射面为凹形自由曲面，把朝向照明面一侧的面即出射面称为光学透镜的顶部；

所述远光灯用光学透镜的凹形自由曲面的形状确定如下：

将光学透镜的底部平面与LED芯片发光面平行设置，以LED芯片发光面的中心点为坐标原点O₁建立直角坐标系，LED芯片发光面所在平面为X₁O₁Y₁平面,过原点O₁并与X₁O₁Y₁平面垂直的轴为Z₁轴，其中X₁O₁Y₁平面为水平面，在坐标原点O₁前方距离25米处、与Z₁轴交点为o₁且平行于X₁O₁Y₁平面的平面设为照明面，点o₁为照明面中心，将照明面上的照明区域设定为以照明面中心点o₁为中心的椭圆形区域，对该椭圆形区域进行多环带划分，然后将各环带进行网格划分，运用能量守恒定律建立环带能量对应立体角能量关系，然后将光源立体角按照明要求相应地进行与网格相等数量的划分，LED芯片发光经所述入射面及侧反射面转化后为平行光线，将在曲面的入射角度转化为距中心点距离，之后计算任一段自由曲线时先设定初始点，然后运用折射定律反向对应照射区域通过迭代数值计算得出该曲线，然后由得出的这些自由曲线绕Z₁轴旋转360°组成凹形自由曲面形状；

所述近光灯用光学透镜的凹形自由曲面的形状确定如下：