LED汽车前照灯用的自由曲面微透镜阵列

摘要

本发明公开了LED汽车前照灯用的自由曲面微透镜阵列，LED汽车前照灯中LED光源发出的光经过准直后以平行光束射出，所述自由曲面微透镜阵列由若干个自由曲面微透镜紧凑排列布满整个所述平行光束的截面构成；所有自由曲面微透镜为一体形成；所述自由曲面微透镜的入射面为平面，出射面为自由曲面。本发明不需要挡光板进行配光，减少了配光系统对光能的损耗，提高了光能利用率；采用自由曲面光学设计，可以有效控制光线走向，抑制眩光效应，同时又能达到国家标准GB25991-2010对汽车用LED前照灯的配光要求。

主权项

LED汽车前照灯用的自由曲面微透镜阵列，LED汽车前照灯中LED光源发出的光经过准直后以平行光束射出，其特征在于，所述自由曲面微透镜阵列由若干个自由曲面微透镜紧凑排列布满整个所述平行光束的截面构成；所有自由曲面微透镜为一体形成；所述自由曲面微透镜的入射面为平面，出射面为自由曲面；所述自由曲面微透镜的入射面为矩形平面；所述自由曲面微透镜的出射面即自由曲面确定如下：LED光源发出的光经过准直后以平行光束射出，在该光束的截面内选取一个微小矩形区域，该微小矩形区域长为a，宽为b，该微小矩形区域内的照度视为等照度，该微小矩形区内的光经过透镜在照明面上形成一个等照度的光斑，根据能量守恒定律有：E_o·S_o＝E_v·S_v，E_o表示出射平行光束在微小矩形区内的照度值，S_o表示该微小矩形区的面积；E_v表示照明面上光斑的照度值，S_v表示该光斑的面积，则E_v表示为：E_v＝E_o·t，式中t为微小矩形区域的面积S_o与光斑的面积S_v的比值；然后，依据对LED汽车前照灯的配光要求，照明面上要形成一个非等照度的光斑，令整个LED汽车前照灯的光轴为z轴，那么xoy平面为照明面，对照明区域进行网格划分，即在x轴的方向上均匀划分成m列，在y轴的方向上均匀划分成n行，对每一小格进行编号，其中第i列第j行小格的编号为G_(i,j)，则照明面上第i列的能量为：$Q_{(i,0)}=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{E}_v·k_{(i,j)}·S_{(i,j)},$同时，上述等式要满足：$E_v·S_v=\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{Q}_{(i,0)},$上面两式中，S_(i,j)表示照明面上G_(i,j)的面积；根据LED汽车前照灯的配光要求设置照度控制因子k_(i,j)来控制照明面上指定区域的照度值大小，用以形成满足要求的照度分布，则E_v·k_(i,j)表示照明面上G_(i,j)的照度值，k_(i,j)的取值大小根据照明面上照度要求进行设定，对于照度越大的区域k_(i,j)的取值越大，对于照度越小的区域k_(i,j)的取值越小；照明面上第j行的能量为：$Q_{(0,j)}=\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{E}_v·k_{(i,j)}·S_{(i,j)},$同时，上述等式要满足：$E_v·S_v=\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{Q}_{(0,j)},$然后对应于照明面上的网格划分，通过能量守恒定律对出射平行光束的微小矩形区域进行网格划分，首先对该微小矩形区域进行列划分，对应于照明面上第i列的能量分布，根据能量守恒定律，该微小矩形区域第i列的能量为：E_o·b·p_i＝Q_(i,0)，式中，p_i为该微小矩形区域第i列的宽度，联合上述几式可求解出p_i；同理，对该微小矩形区域进行行划分，根据能量守恒定律，该矩形小区域第j行的能量为：E_o·a·q_j＝Q_(0,j)，式中，q_j为该微小矩形区域第j行的宽度，联合上述几式可求解出q_j；由这两个等式计算得到的p_i和q_j完成该微小矩形区域的网格划分，同样的，对每一小格进行编号，第i列第j行小格的编号为g_(i,j)；最后，根据照明区域和光束截面微小矩形区域的网格划分，利用折射定律计算微透镜的自由曲面。