[发明专利]一种LED汽车后雾灯用的自由曲面反射镜的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及LED照明光学系统设计领域，特别涉及LED汽车后雾灯光学系 统的自由曲面反射镜的设计方法。

背景技术

LED光源相比于传统光源，具有体积小、热耗低、节能环保、均匀性好等优 点，使用冷发光技术，显色性好，无频闪。近年来，随着LED制造成本的减低 和应用技术的不断完善，LED在车用照明中的应用越来越广泛，LED车灯将是 今后车辆照明应用的发展趋势。

根据国家标准GB11554-2008对汽车用LED后雾灯的配光要求，在目标照 明面上的一个菱形范围内需满足特定的照度要求。目前LED后雾灯的设计方法 使用比较广泛的是直射式和透过式。直射式光能利用率较高，结构简答，易于设 计，但光源可直接被看到，所以点灯效果不佳，光源直射容易对车后方人造成影 响。透过式又称为折射式，透过式的光能利用率较低，而且要求控制精确度很高， 具有相对复并实现LED汽车后雾灯的配光仍然具有较大的挑战性。

发明内容

针对LED汽车后雾灯直射式和透过式的光学系统设计问题，本发明提供了 一种LED汽车后雾灯用的自由曲面光学反射镜的设计方法，该自由曲面发射镜 体积小，光源的发光面垂直向上安装，眩光效应低，同时能满足国家标准GB 11554-2008对汽车用LED后雾灯的配光要求。

本发明采用如下技术方案。

LED光源的发光面垂直于光轴方向向上发光，在该自由曲面反射镜上发生反 射，最后出射到照明面上。

自由曲面反射镜的构建过程如下：

1.设定初始条件并对目标照明区域进行均匀划分

以LED光源发光面的中心为原点O，发光面所在平面为XOY平面，过原点 O与XOY平面垂直的轴为z轴建立空间立体坐标系。LED光源的发光方向沿z 轴正方向。与Y轴交点为o且平行于平面XOZ的平面为目标照明面，点o为目 标照明面的中心点。

设目标照明面与原点的距离为H，为了满足菱形范围内的照明要求，我们可 以在目标照明面上实现长为L宽为W的矩形光斑。针对后雾灯的国家标准配光 性能，最终所要得到的光斑形状具有对称性，因此设计时取沿x轴正方向的矩形 作为研究对象，则其为面积为L/2×W/2的矩形。建立了正半轴的模型后，通过作 对称可得到完整反射镜模型。

对正半轴矩形进行区域均匀划分。首先，沿x轴方向将L/2等分成m份，沿 z轴将W/2等分为n份，从而得到目标平面上的离散点坐标数组，分别为x(m)和 z(n)。由此便将目标照明面矩形划分成为m×n份网格。

2.划分光源立体角，根据能量守恒定律建立映射关系

将LED光源发光立体角进行角度划分，其中α为出射光线与X轴组成的平面与XOZ平面的夹角，β为出射光线与X轴的夹角。则通过α和β可以确定光源发出的每条光线的方向矢量，即为了建立光源立体角与目标照明面的映射关系，在α角上划分为m份，在β角上划分为n份。

设LED光源总光通量为Φ，则光源中心光强为I₀＝Φ/π，其他方向光线强 度与中心光强的关系为I(i,j)＝I₀cosαsinβ。

基于立体角元划分方式，相邻两个α角内的总能量为：