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4. 设计案例
在本文中,我们用上述的方法设计了一个近光灯和一个远光灯。为了验证我们的设计，用OSRAM OSTAR的LED前照灯进行数值模拟。根据LED的数据表，当LED由特定的700毫安电流驱动，其光通量能达到224 lm[13]。我们假设在模拟中每个LED的光通量是200 lm。设计中使用的近光灯和远光灯的材料是PMMA,折射率为1.493。
4.1 近光灯的设计
由于在规定中近光灯模式需要有一个15°斜截止线，折射光分为两个部分。第一部分是水平方向，第二部分是用来生成的一个15°斜角的方向，因此光线总共由这两部分组成。在我们的设计第一部分由一个大型自由曲面,第二部分是由6个相同自由表面。这个两部分的夹角是15°。尽管第二部分是在中心地区和边缘地区，这一部分的光线仍然可以被重叠的6个自由表面所折射。近光灯镜面的直径为78.9毫米，厚度为26.52毫米。图9显示了近光灯的镜头。
通过以蒙特卡罗光线追踪方法模拟数值为基础。我们可以模拟平面测量下的光照强度分布。图10显示了模拟棱镜模式测量平面和截面垂直曲线。
在这个模拟中,光源的光通量是400 lm。因此，近光灯用了2个LED和2个近光灯镜头，如图11中显示。仿真结果显示了近光灯的光学效率是88%(包括菲涅耳损失)和最大的G值是0.35。在本研究中的光学效率定义为LED在20×10平方米测量平面上的光通量。
模拟照明和所需的光照与ECE R112规定的对比如表1所示，它表示近光灯的光学性能，可以完全符合ECE规定。
由于规定中对近光灯有严格的限制,我们考虑过了通过在上述的air-PMMA光学跟踪模拟中使用菲涅耳公式，与仿真相比,分散的灯光是不考虑到，光学效率随从94%降到88%。截止线的是模糊的，在75R点处，光照强度从35.23减少到26.11lm。
我们另一个必须考虑的问题是圆角边缘的小面镜头会影响透镜的光学性能。引用14已经讨论了倒圆的径半影响菲涅尔透镜的光学效率[14]。因此,我们也应该模拟了圆角倒圆。在这个仿真,半径的边缘或角落的折射光线是0.3毫米,倒圆半径的菲涅尔透镜的都被设置为0.05毫米,分散的光线被认为是在光线追踪。图12显示的近光灯的镜头倒圆角。
图13显示的出现在平面上无序灯光的测量和最大光照强度下降了7.4%。近光灯镜头模拟和ECE R112照明对考虑圆边的规定的对比如表2所示。从模拟,l有圆角的近光灯的光学效率为79%,低于测量近光灯平面边缘不圆的案例。 然而,近光灯显示圆角在图12日显示能符合规定。
4.2远光灯镜头的设计
由于ECE的R112的规定对远光灯的镜头的大小要小于近光灯的限制
比较松。 在这个设计中,折射光学也分为两个部分。该中心区域的折射光线是一个自由曲面的和它的外表面是平的。远光灯的直径和厚度分别是25毫米和6.9毫米。图14显示了远光灯对测量平面上相应的值。远光灯的光学效率更是高达92%(菲涅耳损失也包括在内)。
测量平面的模拟光照强度如表3所示,假设不断变化的光源光照强度是600 lm。 因此,在远光灯模式下3 个led都需要。
仿真结果表明远光灯的光学特性也可以完全符合规定。
5.结论
在这项研究中,源^自#优尔?文,论.文'网[www.youerw.com，提出了一个高效LED前照灯的设计方法。测量平面光照强度分布有丰富的参数优化。使用这种方法,近光灯和远光灯都可以设计出来。通过模拟的数值,前照灯不需要其它镜面或者反射器，可以完全符合ECE规定。仿真结果显示这两个模式下光学效率超过88%。然而,来优化所有这些参数还需要很长时间，我们希望解决这个问题在未来的工作中来缩短优化计算机所做的自动设计的周期。