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自由曲面LED汽车前照灯光学透镜设计方法

王洪,  陈赞吉,  吴衡,  葛鹏

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王洪, 陈赞吉, 吴衡, 葛鹏. 自由曲面LED汽车前照灯光学透镜设计方法[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1529-1534.
引用本文: 王洪, 陈赞吉, 吴衡, 葛鹏. 自由曲面LED汽车前照灯光学透镜设计方法[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1529-1534.
shu
Wang Hong, Chen Zanji, Wu Heng, Ge Peng. Design method of LED headlamp freeform optical lens[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(5): 1529-1534.
Citation: Wang Hong, Chen Zanji, Wu Heng, Ge Peng. Design method of LED headlamp freeform optical lens[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(5): 1529-1534.
shu

自由曲面LED汽车前照灯光学透镜设计方法

  • 1.

    华南理工大学理学院广东省光电工程技术研究中心,广东 广州 510640

基金项目: 

广东省重大科技专项计划（2009A080301013，2010A080402009）;广东省战略性新型产业专项资金LED 产业项目（2011A081301004，2012A080302003，2012A080304015）;广州市重大科技专项计划（2010U1-D00221， 2011Y5-00006）

详细信息
    作者简介:

    王洪（1964-），男，教授，博士生导师，主要从事光学系统设计，微纳光电材料与器件，光通信网络与器件方面的研究。Email：phhwang@scut.edu.cn

  • 中图分类号: O434.19

Design method of LED headlamp freeform optical lens

  • 1.

    Engineering Research Center for Optoelectronics of Guangdong Province,School of Science,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China

  • 摘要: 由于LED配光特性不同于传统光源，为了将LED 应用于汽车照明中需对LED 进行二次光学设计。文中根据LED 汽车前照灯的配光特性，提出了一种自由曲面LED 汽车前照灯光学透镜的设计方法。首先由能量守恒原理，在接收屏上的坐标和透镜自由曲面上的坐标之间建立能量的一一对应关系，基于非成像光学理论，采用照度优化设计法，运用数值计算求解出光学透镜曲面各个点坐标的坐标值，并使用三维模型软件制作出透镜光学模型。通过蒙特卡洛模拟法来追迹光线仿真，最后的配光效果完全满足《汽车用LED前照灯》（GB25991-2010）标准，系统的光学效率得到显著提高，可达到91%。
    Abstract: Different from the light distribution characteristics of the traditional light source, LED light characteristics are more complex, the second optical design for LED used in automotive lighting needs to be done. According to the light distribution characteristics of LED automobile headlamp, a freeform optical lens design method for LED headlamp was presented in this paper. By establishing one-to-one relationship between the coordinates of point on the receiving surface and the coordinates of point on the freeform surface of lens according to energy conservation principle, determining the mapping relationship between the energy and the lens, and applying the illumination optimization method, the coordinates of point on the freeform surface of lens was solved out with numerical methods based on non-imaging optics theory, then modeling software was used to establish an optical model for the freeform optical lens. Through tracing the light with Monte Carlo simulation method, the final effect of light distribution fully meets the Automotive headlamps with LED light sources and/or LED modules (GB25991-2010) standards. The simulation results show that the optical efficiency is improved greatly and can be up to 91%.
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-09-10
  • 修回日期:  2013-10-22
  • 刊出日期:  2014-05-25

自由曲面LED汽车前照灯光学透镜设计方法

  • 1. 华南理工大学理学院广东省光电工程技术研究中心,广东 广州 510640
    • 作者简介:

    王洪（1964-），男，教授，博士生导师，主要从事光学系统设计，微纳光电材料与器件，光通信网络与器件方面的研究。Email：phhwang@scut.edu.cn

  • 收稿日期: 2013-09-10
  • 修回日期: 2013-10-22
  • 刊出日期: 2014-05-25
基金项目:

广东省重大科技专项计划（2009A080301013，2010A080402009）;广东省战略性新型产业专项资金LED 产业项目（2011A081301004，2012A080302003，2012A080304015）;广州市重大科技专项计划（2010U1-D00221， 2011Y5-00006）

  • 中图分类号: O434.19

摘要: 由于LED配光特性不同于传统光源，为了将LED 应用于汽车照明中需对LED 进行二次光学设计。文中根据LED 汽车前照灯的配光特性，提出了一种自由曲面LED 汽车前照灯光学透镜的设计方法。首先由能量守恒原理，在接收屏上的坐标和透镜自由曲面上的坐标之间建立能量的一一对应关系，基于非成像光学理论，采用照度优化设计法，运用数值计算求解出光学透镜曲面各个点坐标的坐标值，并使用三维模型软件制作出透镜光学模型。通过蒙特卡洛模拟法来追迹光线仿真，最后的配光效果完全满足《汽车用LED前照灯》（GB25991-2010）标准，系统的光学效率得到显著提高，可达到91%。

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