激光光源汽车前照灯自由曲面反射器设计

文中针对激光前照灯的光学结构设计困难和能量利用率低的问题,以球面最优传输理论为基础,提出了一种新的自由曲面反射器设计方法。该方法基于支撑曲面的结构,针对扩展光源进行了优化,有效抑制了目标照明区外的照度,实现了清晰的明暗截止线。文中根据GB 25991—2010标准,设计了适用于激光前照灯(含近光灯和远光灯)的自由曲面反射器,并使用扩展朗伯光源进行模拟仿真。仿真结果表明,配光屏幕上各测试点和测试区域的照度均符合法规要求,反射面连续光滑,能量利用率分别为96.96%和97.80%。通过实现高能量利用率的结构,减少了汽车前照灯的功耗,利于汽车前照灯的散热设计,延长了激光光源使用寿命,并为设备的生产加工带来便利。

多曲面反射体的计算机辅助设计及优化

研究了自由曲面反射式照明系统的设计理论和方法 根据反射器的尺寸、位置以及配光要求按点光源设计得到曲面型值点初始坐标后 ,将双三次B样条曲面引入照明系统的设计 ,反算出控制顶点 给出了空间任意一条入射光线与反射器区块的交点及其曲面法线向量的求法 ,为了提高光路追迹的效率 ,针对多曲面反射体给出了一种快速判断相交区块的算法 探讨了用阻尼最小二乘法对B样条曲面反射器进行优化设计的方法 ,通过优化运算修正控制顶点Z轴坐标 。

一种实现均匀照明的LED反射器设计

LED被越来越广泛的应用于各种照明领域,对其配光的要求越来越高。本文根据非成像光学理论,提出了一种实现LED矩形均匀照明的反射面设计方案。根据LED光源的发光属性和照明面的光强分布建立偏微分方程,利用数值求解法求出自由反射曲面。通过光学软件进行模拟,模拟结果显示照明区域照度均匀度达到85%以上,证明方案是可行的。反射面对光线能量的利用率高,生产加工更加容易,有利于降低生产成本。

FFR汽车前照灯的光学设计

由于汽车的造型很大程度上取决于前照灯，自由曲面反射器成为反射器的发展趋势。本文给出了用于近光灯的自由曲面反射器的一种设计方案。我们把反射器表面分成１５个区域，每个区域包含若干小面元。

折反式眼底相机光学系统设计

为控制传统眼底相机的杂光和鬼像,设计了一款40°视场、48mm工作距离的折反式眼底相机光学系统。设计了离轴反射式网膜物镜,引入了自由曲面以校正其离轴像差,成像物镜中采用两个自由曲面对网膜物镜的剩余像差进行校正。建立了一种离焦眼模型,用于优化成像光路,消除人眼像差对成像的影响,同时得到不同视度缺陷眼的成像光路。照明光路中使用3个相邻的环形光阑,减少了眼球光学系统反射的杂光。成像光学系统可在-10～+10m-1调焦,物方各视场分辨率为33lp/mm,系统畸变小于8.5%;照明光学系统在不产生鬼像的前提下,可均匀照明眼底,照度非均匀性在15%以内。实验表明,引入自由曲面的折反式眼底相机,有效地消除了杂光和鬼像,满足大视场和大工作距离的要求。

自由曲面前照灯的近光配光设计

汽车设计上的新变化使自由曲面前照灯成为车灯设计的主流,自由曲面前照灯的配光设计是一个具有挑战性的研究课题。可以通过特定的自由反射曲面实现预期的照明效果。该文介绍了自由曲面前照灯的设计思想和步骤,基于光线追踪原理对自由曲面反射镜的近光配光设计进行了理论分析,利用Tracepro软件对H7光源进行了自由曲面反射镜设计,并给出了设计实例,最终仿真出该设计在25 m配光屏的实际配光效果。根据ECE法规对前照灯近光配光的要求进行了分析讨论。

自由反射面设计中的椭流面光滑化研究

基于配焦椭流面的光学自由曲面设计具有几何意义明确、设计灵活和优化思路清楚等优点,但也存在表面不光滑的弊端。为了将每个椭流面片尽可能地光滑拼接,从边缘一点为起始位置开始构建自由反射面,先在θ方向构建光滑的椭流面,然后通过调整能量分配的方法,减小曲面在φ方向的不连续性。通过仿真验证,此方法可在2min内完成对40 000个椭球面片的计算处理,构建的曲面保证能量在目标面上均匀分配的同时在连续光滑性上也有很大提高。

多曲面汽车前照灯反射器的设计

多曲面汽车前照灯在现代汽车中获得了广泛的应用,其反射器的设计一直是一个难点。文章详细介绍了多曲面汽车前照灯的设计步骤和技巧,有助于提高多曲面前照灯的设计效率。

均匀照明反射面设计中的系数计算

很多照明场合都需要均匀照明,为了达到均匀照明的要求,在光源附近增加一个反射面,使反射光与直接照射光叠加在一起达到均匀照明的效果。根据光源的发光特性,建立起关于反射面空间坐标的微分方程,并求解了反射面的曲面方程。给出了部分系数的表达式。利用这些系数,针对LED光源设计了反射面,光线追迹表明,该结果是正确的,方法是可行的。本文解决了均匀照明中反射面设计的系数计算问题,文中的结果可用于各种灯具设计。

基于非成像光学环带法的反射器设计

应用非成像光学的原理,介绍一种简单、实用的旋转对称反射器的自由曲面设计方法——环带法。提出环带法的设计思路,将光源的出光分布和灯具光学组件的出光分布分别按一定的角度间隔平均划分为不同的环带区间,根据不同环带区的光通量值差异进行一系列的对比分析,从而确定光源出射光线与灯具出射光源的对应关系,最终确定反射面的斜率,求解由斜率构成的二元一次方程组便可得到反射曲线的线形。描述了环带法的详细设计步骤和细节,并通过针对LED光源的具体应用实例加以验证,最终实现对光源的精确配光,设计吻合程度可达98.4%。

B样条曲面在汽车前照灯设计中的应用

B样条曲面的特点决定了其在汽车灯具设计方面能够被广泛应用。本文首先简介了 B样条曲面的数学原理及其特点 ,然后结合作者开发的应用于自由曲面反射器 FFR (Free Form Reflector)前照灯设计的程序 ,介绍了程序内容和验证方法 ,最后总结了 FFR的设计方法及步骤。

基于均匀照明的LED反射器的设计

为了创造良好的视觉环境,并提高光能利用率,设计了一种基于均匀照明的LED反射器。之所以选用球面环形阵列LED光源,第一是为扩大照明范围,其次是为了避免面光源垂直照射产生光强过强而导致的眩晕。设计的反射器是运用划分网格的方法获得自由曲面面型,运用机械建模软件拟合曲面的实体模型,进行了照明仿真模拟及分析。结果表明,与传统的反光器相比,自由曲面的反射器能较大程度地利用光源发出的能量,而且均匀性也有很大的提高。

自由曲面反射器的计算机辅助设计

多曲面反射体车灯是目前高档轿车前照灯普遍采用形式。这种车灯具有很多优点 ,但其设计难度很大 ,必须依赖计算机辅助设计的手段 ,目前我国车灯企业不具备自主开发设计能力。为此研究了自由曲面反射式照明系统的设计理论和算法 ,采用多块均匀B样条曲面拼和构成的多曲面反射体 ,根据使用者提出的测试屏上不同位置的光型分布要求 ,从几何光学出发通过光路追迹确定曲面型值点的坐标 ,然后反算出控制顶点 ,得到满足复杂配光要求的自由曲面的结构参量 ,通过设置边界条件解决了分块式自由曲面反射器设计中棘手的区块间光滑连接的问题。研制的软件已能够从点光源出发自动设计出满足照明光型的多曲面反射体面型。

基于配焦椭流线法和梯度优化的自由反射面设计

结合配焦椭流线法和梯度算子,提出了一种针对LED扩展光源的自由反射曲面优化设计方法,其中配焦椭流线法负责生成自由反射曲面,梯度算子实现逐代优化。以线度为5 mm的LED扩展光源的轴对称均匀投光为例,完成了单个光滑连续自由反射面的设计和优化。光学仿真结果表明,优化前初级照度均匀度约为0.77,而优化后达到0.98,效果良好,并具有向非轴对称自由反射曲面设计拓展的可能性。

基于B样条曲面的LED汽车近光灯光学设计

近光灯是汽车的重要安全部件,LED近光灯已成为汽车近光灯发展的一个重要方向。从抛物面型B样条曲面出发,结合光线追迹原理及近光灯的配光标准,推算曲面的法向矢量组,进而构建满足要求的自由曲面反射器。实验模拟的结果满足近光灯的国家配光标准。

产生多向准直光束的自由曲面反光镜设计

在大地测量领域中,经常会遇到需要产生360°环形准直光束的情况,目前采用的方案是将半导体激光器光束准直,准直后激光束垂直入射到45°圆锥面,经圆锥面反射后形成环绕圆锥面的360°环形出射光束。为了解决当前方案结构复杂、装调不便等问题,研究设计了一种自由曲面反光镜,使得整个光学系统仅由半导体激光器和反光镜组成。先将光源当成理想点光源,通过微分几何分析得到自由曲面离散点坐标,继而拟合成自由曲面面型,最后利用软件根据实际光源尺寸大小进行优化设计。仿真结果表明,在半导体激光器发散角为20°、发光面半径为50 mm、焦距为30 mm的情况下,在10 m位置能得到亮度均匀、谱线宽度仅为30 mm的准直光束。