[实用新型]一种LED汽车远光灯

权利要求书

1.一种LED汽车远光灯，其特征在于包括多个LED光源、多个自由曲面光学透镜、透镜支架和底板，透镜支架和多个LED光源固定在底板上，且透镜支架上相应的开有多个供LED光源出射光通过的洞口，透镜支架上的每个洞口处均安装有一个自由曲面光学透镜，LED光源发光面与自由曲面光学透镜入射面之间的距离通过透镜支架的高度来固定的。

2.根据权利要求1所述的LED汽车远光灯，其特征在于所述LED光源、自由曲面光学透镜的个数均为4个。

3.根据权利要求1所述的LED汽车远光灯，其特征在于透镜支架上的每个洞口内均设有将LED光源出射的无法直接进入自由曲面光学透镜入射面的光进行反射后进入所述入射面的反射器。

4.根据权利要求1所述的LED汽车远光灯，其特征在于所述自由曲面光学透镜顺次包括相互之间平滑过渡的圆形入射平面、圆柱侧面和出射面，出射面为自由曲面。

5.根据权利要求4所述的LED汽车远光灯，其特征在于自由曲面的形状确定如下：

以LED光源发光面的中心点为坐标原点O建立直角坐标系，LED发光面所在平面为XOY平面，过原点并与XOY平面垂直的轴为Z轴，其中XOZ平面为水平面，与Z轴交点为o且平行于XOY平面的平面为照明面xoy平面，点o为照明面的中心点；照明面上的光能分布是由多个LED光源发光的叠加来实现的，由于LED光源间的间距相对光源到照明面的距离非常小，能通过一个LED光源来计算光能分布，采用倍数关系来直接得到总的光能分布；首先根据汽车远光灯在照明面上照度分布特征，把照明面上的照明区域设定为以照明面中心点为中心的椭圆形区域，然后对该椭圆形区域进行网格划分，再运用能量守恒定律对光源立体角进行划分，最后运用折射定律通过数值计算即得到透镜的自由曲面，自由曲面形状具体确定如下：

首先目标照明面距LED的距离为d，LED光源的总光通量为Q，中心光强为I₀＝Q/π；其中为出射光线与Z轴正方向的夹角，θ为出射光线在XOY平面上的投影与X轴的夹角，α为照明面上任意一点和点o的连线与x轴的夹角；

对于远光灯，设定其目标照明区域是椭圆形，椭圆长半轴为a，短半轴为b；对照明面的坐标进行离散化，首先把椭圆长半轴a和短半轴b分别等分成n份，a_i和b_i分别表示等分后长半轴a的第i份和短半轴b的第i份，其中0＜i≤n；然后以照明面中心点为中心，分别以a_i为长半轴、b_i为短半轴画椭圆，则将照明区域划分为n份椭圆形环带区域；再将角α等分成m份，0≤α≤360°，α_j表示等分后α的第j份；在照明面上，以点o为端点，与X轴的夹角为α_j的射线束将每一份椭圆形环带区域再细分为m份；这样，目标照明区域被划分成m×n个小格子，每一个小格子内的能量为：

EQ=E·ki·∫αj-1αj12·(ai2·bi2cos2α·bi2+sin2α·αi2-αi-12·bi-12cos2α·bi-12+sin2α·ai-12)dα]]>

式中，E·k_i表示照度值，根据国标GB25991-2010要求，设置常量E为预设照度值，结合变量k_i用来控制照明面上指定区域的照度值大小，用以形成预定的照度分布，其中，0≤k(i)≤1；k_i的取值大小需根据照明面上照度要求设定，如对于最亮区域k_i的取值范围为0.9-1，对于边缘区域k_i的取值范围为0-0.1；

对应于目标照明区域的环带划分，将参与反射的光源立体角进行离散化，即把角分成n份，表示的第i份，与a_i和b_i对应；把角θ分成m份，θ_j表示θ的第j份，θ_j与α_j对应；在反射前，每一份角度内光源的光通量为：

根据能量守恒有：

E_Q＝E_t

联合上述各式，得到对应的和θ_j；

由折射定律求出所述曲面上点的法向量，利用这个法向量求得切线，通过求切线与入射光线的交点得到曲线上点的坐标，折射定律的矢量形式可表示为：

[1+n2-2·n·(Out→·In→)]12·N→=Out→-n·In→]]>

其中，为入射光线单位向量，为出射光线单位向量，为单位法向量，n为透镜折射率；在上述计算中，首先需要确定的是透镜的计算初始点，初始点的确定如下：先设初始点的值为0°，然后设定透镜底部圆形平面与LED光源发光面的距离，即确定透镜入射面的位置，接着再根据这个距离选取合适的透镜厚度；固定角θ的值，通过改变角的值，由以上确定的初始值进行计算得到自由曲面出射面上的一条自由曲线；通过分别固定不同的角θ的值，并改变角的值，便得到自由曲面出射面上的一系列自由曲线；最后由这些自由曲线组成透镜的自由曲面出射面。