[发明专利]一种前照灯

摘要

一种前照灯，包括光源、反光杯、透镜和挡光板，所述光源为环形光源，所述光源位于反光杯的焦点f₁处，所述挡光板位于反光杯另一焦点f₁'处，所述透镜的焦点f₂与反光杯焦点f₁'重合；反光杯的反射面为自由曲面，根据透镜的位置和曲面，设计反光杯的自由曲面，使反光杯反射的光线更多的进入透镜，提高光利用率。

主权项

1.一种前照灯，包括光源、反光杯、透镜和挡光板，其特征在于：所述光源为环形光源，所述光源位于反光杯的焦点f1处，所述挡光板位于反光杯另一焦点f1'处，所述透镜的焦点f2与反光杯焦点f1'重合；反光杯的反射面为自由曲面，其设计方法包括以下步骤：(1)空间直角坐标系下，设定环形光源的中心位于坐标的原点，目标照明面为T，垂直于Z轴，距离光源面25米；(2)设定系统能量守恒，光线入射到自由曲面反光杯，再入射到自由曲面透镜发生折射时没有能量损失，也就是光源的输出能量等于目标照明面接收到能量；设环形光源被半径为r的球面包围，其中光源外围的球表面上一面积元的立体角是设环形光源的光通量为Q，为朗伯光源，中心光强为I₀的余弦分布，设环形光源修正因子为kl，其中k为修正因子，l为长度，E为目标照明面的照度，为出射光线与光源中心轴的夹角；目标照明面上照度由中心向边缘递减，其中E0为中心最大照度，a为照度衰减因子；(3)因为系统能量守恒，光源与目标照明面之间存在一定的拓扑关系，即光源外围的球表面上一面积元所对应的光线与目标照明面的某一面积元的映射关系；光源球面和椭圆形照明面均匀离散化，其中等分为i份，θ等分为j份；椭圆照明面径向等分为i份，方位角等分为j份，假定光源球面与椭圆形照明面之间的映射关系一一对应，则与光源中心轴夹角到的出射光通量为：目标照明面上区域(r1‑r2)的入射光通量为：由能量守恒定律可以推导出目标照明面点坐标与出射光线角坐标之间的关系；(4)设定光线经过反光杯反射后，经过透镜折射，最终到达目标照明面，其中透镜下表面为一圆形平面，忽略平面的折射作用，经过自由曲面透镜的折射，最终到达目标照明面；自由曲面透镜设为一旋转非球面透镜，其焦点位于自由曲面反光杯的焦点上，自由曲面透镜应用一次snell定律矢量形式得到自由曲面透镜点坐标与目标照明面入射光线，透镜入射光线之间的关系；自由曲面反光杯应用一次n0＝‑ni的Snell定律矢量形式得到自由曲面反光杯点坐标与目标照明面入射光线，光源入射光线之间的关系；自由曲面透镜方程：去掉高阶项得：其中r为基圆半径，k为圆锥系数k≠0，z0是透镜下表面的z坐标，r和k确定后，自由曲面透镜即确定；Snell定律矢量形式如下：其中，n0为出射率，ni为入射率，O为出射光线矢量，I为入射光线矢量，N为折射面的法向矢量；(5)应用4阶Runge‐Kutta方法迭代计算自由曲面反光杯的点坐标：其中，n＝0,1,2…，N‑1，ρn为自由曲面反光杯第n个点坐标；其中是步骤4得到的在处自由曲面反光杯点坐标与目标照明面入射光线的关系式；(6)将自由曲面反光杯点坐标文件导入结构软件中拟合自由曲面转换成实体，得到自由曲面反光杯模型。