[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

摘要

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。

主权项

1.LED摩托车前照灯用自由曲面集成光学透镜的设计方法，其特征在于：所述自由曲面集成光学透镜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：将光学透镜的底部平面与LED芯片发光面垂直设置，近光灯的光反射器采用部分椭球面形的光反射器，以光反射器的外侧焦点为坐标原点O₂建立直角坐标系，以过点O₂并平行于光学透镜的底部平面平行的平面为X₂O₂Y₂平面，过原点O₂并与X₂O₂Y₂平面垂直的轴为Z₂轴，其中X₂O₂Y₂平面为水平面，在坐标原点O₂前方距离25米处、与Z₂轴交点为o₂且平行于X₂O₂Y₂平面的平面设为照明面，点o₂为照明面的中心点，把照明区域设为以照明面的中心点o₂为圆心的半圆形区域，对该半圆形区域进行多环带划分，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进行相等数量的多份划分，光反射器反射的光线经入射面及侧反射面转化为平行光线，将入射角度转化为距中心点距离，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，然后由得出的自由曲线绕Z₂轴旋转360°组成近光灯用光学透镜自由曲面形状；所述对该椭圆形区域进行多环带划分具体包括：按椭圆区域的长半轴a分成n份，然后将短半轴b按长半轴划分的相同比例分成n份，以a_j，b_j表示划分后长轴a的第j份，j＝1～n，然后以照明面中心点o₁为中心，分别以a₁+a₂+...+a_j‑1,b₁+b₂+...+b_j‑1为长短轴做椭圆，然后以a₁+a₂+...+a_j,b₁+b₂+...+b_j为长短轴作椭圆，两椭圆中心区域为该环带区域；所述对该半圆形区域进行多环带划分具体包括：首先把半圆形区域的圆半径r等分成n份，以r_j表示等分后半径的第j份，j＝1～n，然后以照明面中心点o₂为圆心，分别以r₁+r₂+...+r_j‑1和r₁+r₂+...+r_j为半径画圆，将该半圆形区域划分为半圆形环带区域。