用于led摩托車前照燈光學透鏡自由曲面的形成方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及LED摩托車燈照明技術領域，特別涉及一種用于LED摩托車前照燈用光學透鏡自由曲面的形成方法。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術的不斷發展和整車配置需求，車燈照明行業內對GB5948-1998《摩托車白熾絲光源前照燈配光性能》要求予以修訂的呼聲強烈。經過專家組的討論決定，將制定強制性國家標準，標準名稱暫定為“發射對稱近光和/或遠光的機動車前照燈配光性能”，標準批準發布后，將設置實施過渡期，并逐步替代現行的摩托車前照燈標準GB5948-1998《摩托車白熾絲光源前照燈配光性能》。
[0003]摩托車前照燈新國家標準中的光型及照度要求不同于GB5948-1998，新國家標準的即將發布意味著依據GB5948-1998設計的摩托車前照燈將會被淘汰，其使用的光學設計也不再適用于新的國家標準。尤其對于使用LED光源的摩托車前照燈，由于LED芯片的發光模型近似為余弦輻射體，光學特性不同于傳統摩托車的白熾絲光源，使LED光源應用于摩托車前照燈時要面臨更加復雜的光學設計問題。而現有的摩托車透鏡前照燈存在厚度過高或者光學效率不高的問題。
【發明內容】
[0004]本發明針對上述存在的問題，提供了摩托車用的LED前照燈，該LED摩托車前照燈包括遠光燈和近光燈，能滿足新的國家標準對摩托車用LED前照燈的配光要求，解決了使用LED光源的光學設計問題。
[0005]本發明采用如下技術方案:
[0006]用于LED摩托車前照燈用光學透鏡自由曲面的形成方法，包括同一所述前照燈里的遠光燈用光學透鏡的多段式自由曲面的形成方法和近光燈用光學透鏡的多段式自由曲面的形成方法，所述光學透鏡為類平凸透鏡，光學透鏡的平面為光入射面、其多段式自由曲面為光出射面，光學透鏡處于光反射器的前面，
[0007]所述遠光燈用光學透鏡的多段式自由曲面的形成方法為:將光學透鏡的平面與LED芯片發光面平行設置，以LED芯片發光面的中心點為坐標原點O1建立直角坐標系，LED芯片發光面所在平面為X1O1Y1平面，過原點O i并與X AY^面垂直的軸為Z淑，其中X W1Y1平面為水平面，在坐標原點(^前方距離25米處、與Z 交點為ο 1且平行于X W1Y1平面的平面設為照明面，點O1為照明面中心，將照明面上的照明區域設定為以照明面中心點O1為中心的橢圓形區域，然后對該橢圓形區域進行多環帶劃分，然后將各環帶進行網格劃分，運用能量守恒定律建立環帶能量對應立體角能量關系，然后將光源立體角按照明要求進行相等數量的多份劃分，之后計算任一段自由曲線時先設定初始點，然后運用折射定律通過迭代數值計算得出該段曲線，然后通過簡單的線段連接各段曲線形成一條多段式自由曲線，然后由得出的這些多段式自由曲線繞Z1軸旋轉360°組成自由曲面模型；
[0008]所述近光燈用光學透鏡的多段式自由曲面的形成方法為:將光學透鏡的平面與LED芯片發光面垂直設置，光反射器米用部分橢球面形的光反射器，以光反射器的外側焦點為坐標原點O2建立直角坐標系，以過點O2并平行于光學透鏡的平面平行的平面為X2O2Y2平面，過原點O2并與X 202Y2平面垂直的軸為Z 2軸，其中X 202Υ2平面為水平面，在坐標原點O 2前方距離25米處、與厶軸交點為ο 2且平行于X2O2Y2平面的平面設為照明面，點ο 2為照明面的中心點，把照明區域設為以照明面的中心點O2為圓心的半圓形區域，對該半圓形區域進行多環帶劃分，運用能量守恒定律建立環帶能量對應立體角能量關系，然后將光源立體角按照明要求進行相等數量的多份劃分，計算任一段自由曲線時先設定初始點，然后運用折射定律通過迭代數值計算得出該段曲線，然后通過簡單的線段連接各段曲線形成一條多段式自由曲線，然后由得出的這些多段式自由曲線繞Z2軸旋轉360°組成自由曲面模型。
[0009]進一步地，所述對該橢圓形區域進行多環帶劃分的步驟具體包括:按橢圓區域的長半軸a分成η份，然后將短半軸b按長半軸劃分的相同比例分成η份，以a]，1^表示劃分后長軸a的第j份，然后以照明面中心點O1為中心，分別以ai+a；；+...+aj u b1+b2+...+bj:為長短軸做橢圓，然后以aja；；+...+aj, b1+b2+...+bj為長短軸作橢圓，兩橢圓中心區域為該環帶區域。
[0010]進一步地，所述將各環帶區域進行網格劃分的步驟具體包括:首先把某一環帶區域的長半軸a和短半軸b分別等分為η份，以&1和b i表示等分后長半軸a的第i份和短半軸的第i份，以照明面中心點O1為中心，將環帶區域劃等分成m份橢圓形環帶區域，然后將環帶上任意一點和點(^的連線與X軸的夾角α等分成m份，以a 表示等分后α的第j份，以點O1為端點，與X軸的夾角為α ,的射線束將每一份橢圓形環帶區域再細分為m份，這樣將環帶區域劃分從mxn個小格子。
[0011]進一步地，所述對該半圓形區域進行多環帶劃分的步驟具體包括:首先把半圓形區域的圓半徑r等分成η份，以r,表示等分后半徑的第j份，然后以照明面中心點ο 2為圓心，分別以n+r+...+rs丨和r丨+r+...+rj為半徑畫圓，將該半圓形區域劃分為半圓形環帶區域。
[0012]進一步地，所述運用能量守恒定律建立環帶能量對應立體角能量關系，然后將光源立體角按照明要求進行相等數量的多份劃分的步驟具體包括:把出射光線11與21軸正方向的夾角Φ分成η份，有c^j表示Φ的第j份，Φ.j與所述環帶劃分的a.j和b j--對應，
Φ ] !與Φ 夾角的光通量等于a , ^bj 一彥示環帶的能量，把出射光線L ^X1O1Yf面上的投影與&軸的夾角Θ分成m份，用Θ ,表示Θ的第j份，Θ ,與所述網格劃分的α ,一一對應，將Φ#Ρ Θ ,帶入光通量公式，再將每一角度內光通量等于每一小網格區域的能量，算出對應的Φ#Ρ Θ j數值。
[0013]進一步地，所述運用能量守恒定律建立環帶能量對應立體角能量關系，然后將光源立體角按照明要求進行相等數量的多份劃分的步驟具體包括:把出射光線12與22軸正方向的夾角Φ'分成η份，用Φ',表示Φ'的第j份，Φ'與所述環帶劃分的r ,一一對應，c^j:與φ.j夾角的光通量等于r.j:與r.j表示環帶的能量.將Φ'.j帶入光通量公式，再將每一角度內光通量等于所述每一份圓形環帶區域的能量，算出對應的Φ ^ 數值。
[0014]進一步地，所述計算任一段自由曲線時先設定初始點，然后運用折射定律通過迭代數值計算得出該段曲線，然后通過簡單的線段連接各段曲線形成一條多段式自由曲線，然后由得出的這些多段式自由曲線組成自由曲面模型的步驟具體包括:先分別設各線段初始點夾角Φ為O'、φρφ2...φη，然后分別設定遠光燈用光學透鏡的平面與LED芯片發光面之間的距離，即確定了光入射面的位置，然后再根據這個距離選取合適的透鏡厚度h，確定這個值為每段曲線的距離底面的初始距離，根據迭代便可分別進行計算得到各段曲線，最后用簡單的線段填充分裂部分即可得出多段式自由曲線。
[0015]進一步地，所述計算任一段自由曲線時先設定初始點，然后運用折射定律通過迭代數值計算得出該段曲線，然后通過簡單的線段連接各段曲線形成一條多段式自由曲線，然后由得出的這些多段式自由曲線組成自由曲面模型的步驟具體包括:先分別設各線段初始點夾角Φ為O'、Φ'2...Φ / η，然后設定近光燈用光學透鏡的平面與LED芯片發光面之間的距離，即確定了光入射面的位置，然后再根據這個距離選取合適的透鏡厚度h，確定這個值為每段曲線的距離底面的初始距離，根據迭代便可分別進行計算得到各段曲線，最后用簡單的線段填充分裂部分即可得出多段式自由曲線。
[0016]相比現有技術，本發明所提供的技術方案適用于使用LED光源的摩托車前照燈新國家標準，克服了當前LED光源應用于摩托車前照燈時要面臨更加復雜光學設計的問題、解決了現有的摩托車透