独立自由曲面LED汽车前雾灯的光学设计
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ｆａｃｅｓ ｗｅｒｅ ｄｉｖｉｄｅｄ ｌｅｇｉｔｉｍａｔｅｌｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｐｒｅａｄ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅｓ ｗｅｒｅ ａｄｊｕｓｔｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｒａｃｉｎｇ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ
ｗｉｔｈ Ｍ ｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｉｎａｌ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｄｉｓｔｒｉｂｕ— ｔｉｏｎ ｆｕｌｌｙ ｆｕｌｆｉｌｌｓ ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｍｅｔｒｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｐｏｗｅｒ－ｄｒｉｖｅｎ ｖｅｈｉｃｌｅ ｆｒｏｎｔ ｆｏｇ ｌａｍ ｐｓ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ （ＧＩＭ６６０—２０１６），ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ａ ｃｌｅａｒ ｃｕｔ－ｏｆ ｌｉｎｅ，ｔｈｅ ｖｏｌｕｍｅ ｉｓ ｓｍａｌｌ，ｔｈｅ ｅｄｇｅ ａｒｅａ ａｌｓｏ ｈａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｌｉｇｈｔ ｅｎｅｒｇｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｒｅａｃｈｅｓ ５ ２．７ ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＬＥＤ ；ｆｒｅｅｆｏｒｍ ｓｕｒｆａｃｅ；ｆｒｏｎｔ ｆｏｇ ｌａｍ ｐ；ｌｉｇｈｔ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ
第 ３９卷 第 ３期 ２０１８年 ５月
文 章 编 号 ：１００２—２０８２（２０１８）０３—０４２３—０６
应 用 光 学 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ
Ｖｏ１．３９ Ｎ ｏ．３ Ｍ ａｙ ２０１８
独立 自由 曲面 ＬＥＤ 汽 车 前 雾 灯 的光 学 设 计
姚 红 兵 ，丁 勇 ，辛 忠 华 ，刘 敏
引 言
汽 车前 雾灯 作 为汽 车照 明功 能灯 具 ，主要 用于 改善在雾 、雪 、雨或尘 埃等能见 度低 的恶劣气 象条 件 下道路 的照 明。前 雾灯 不 仅可 以警 示 行 人 ，也 可 以 起 到 照 明作用 ，对 于提 高汽 车 主动安 全 性具 有 至关 重 要 的作 用 ，因此汽 车前 雾 灯设计 是 汽 车灯具 设计
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍ ａｋｅ ｓｕｒｅ ｏｆ ａｄｅｑｕａｔｅ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｒｉｖｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｇ，ｓｎｏｗ ， ｒａｉｎ ｏｒ ｄｕｓｔ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｔｅｒｒｉｂｌｅ ｗ ｅａｔｈｅｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｎｄ ｐｒｅｖｅｎｔ ｔｈｅ ｏｐｐｏｓｉｔｅ ｄｒｉｖｅｒ ｆｒｏｍ ｇｌａｒｉｎｇ，ａ ｆｒｏｎｔ ｆｏｇ ｌａｍ ｐ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ａ ｃｕｔ－ｏｆｆ ｌｉｎｅ ｗ ａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｎｏｎ－ｉｍ ａｇｉｎｇ ｏｐｔｉｃｓ，ａｎ ｏｐｔｉｍ ａｌ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｄｅ— ｓｉｇｎ ｍ ｅｔｈｏｄ ｗａｓ ａｄｏｐｔｅｄ ａｎｄ ｎｕｍ ｅｒｉｃａ１ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ ｏｆ ｅａｃｈ ｐｏｉｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｆｒｅｅ－ｆｏｒｍ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｉｒｒｏｒ （ＦＦＲ）． Ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｌｉｇｈｔ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｓｕｒ—
重要 研发领域 。传统前 雾灯一般 采用 Ｈ１灯 泡或 者 Ｈ３灯 泡作为光 源 ，由于光 源辐射高 ，效率低 ，造成 了 大量 的能量 消耗 和环 境污 染 ，已不 能满 足 汽车 对 照 明系统节能环保 的要求 。ＬＥＤ具 有体 积 小 、高 功率 等优 点 ，使车灯 的造型 更加 自由多 变 ，因此 ，目前 在 汽车照 明 系 统 中 ，不 管 是 内部 照 明 还 是外 部 照 明 ，
照度 优化 设计 法 ，运 用数值 计 算 求解 出 自由曲面反射 镜 （ＦＦＲ）各 个 点 坐标 的 坐标值 。合 理 划分 基
础 面 ，并调 整 各子 块 的扩散 角度 ，实现 配光 要 求。通 过 蒙特 卡 洛模 拟 法进 行 追 迹 光 线 ，测 试 结 果
表 明 ：配 光效 果 满足机 动 车前 雾 灯 配光 性 能 （ＧＢ４６６０—２ห้องสมุดไป่ตู้１６）对 各 测 试 点 的 照度 要 求 ，且 明暗 截 止
收 稿 日期 ：２０１７—１０—２３； 修 回 日期 ：２０１７—１ｌ一１２ 基 金 项 目 ：江 苏 常 州 市 应 用 技 术 研 究 计 划 （２０１４２９７）资 助 项 目 作者 简 介 ：姚 红 兵 （１９７６一），男 ，江 苏 泰 兴 人 ，博 士 ，教 授 ，主 要 从 事 现 代 光 电 测 试 、系 统 设 计 等 方 面 的 研 究 。 Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｏｙｅ＠ ｕｊｓ．ｅｄｕ．ｃｎ
Ｙａｏ Ｈｏｎｇｂｉｎｇ ，Ｄｉｎｇ Ｙｏｎｇ ，Ｘｉｎ Ｚｈｏｎｇｈｕａ ，Ｌｉｕ Ｍ ｉｎ。 （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍ ｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｖ ａｒｒｏｃ ＴＹ Ｃ Ａ ｕｔｏ Ｌａｍ ｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ ２１３０２２，Ｃｈｉｎａ
（１．江 苏 大 学 机 械 工 程 学 院 ，江 苏 镇 江 ２１２０１３；２．大茂 伟瑞 柯 车灯 有 限公 司 ，江 苏 常 州 ２１３０２２）
摘 要 ：为 了使 车辆 驾驶 员在 雾 、雪 、雨或 者 尘埃 等 不 同的 恶 劣 气 象条 件 下 能够 得 到 充 分照 明 ，且
避免 造成 对 方会 车 司机 炫 目，设计 了具 有 明暗截 止 线 的前 雾灯 系统 。基 于 非成 像 光 学理 论 ，采 用
线 清晰 ，体 积 小 ，边缘 区域 也有 较 高光 能 ，光 线利 用 率达到 ５２．７ 。
关键 词 ：ＬＥＤ；自由 曲面 ；前 雾 灯 ；配光标 准
中 图分 类 号 ：ＴＮ２０２；Ｕ４６３．６５
文 献 标 志 码 ：Ａ
ＤＯＩ：１０．５７６８／ＪＡＯ２０１８３９．０３０５００４
Ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｆｒｅｅｆｏｒｍ ｓｕｒｆａｃｅ ＬＥＤ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｆｒｏｎｔ ｆｏｇ ｌａｍ ｐ
ｗｉｔｈ Ｍ ｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｉｎａｌ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｌｉｇｈｔ ｄｉｓｔｒｉｂｕ— ｔｉｏｎ ｆｕｌｌｙ ｆｕｌｆｉｌｌｓ ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｍｅｔｒｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｐｏｗｅｒ－ｄｒｉｖｅｎ ｖｅｈｉｃｌｅ ｆｒｏｎｔ ｆｏｇ ｌａｍ ｐｓ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ （ＧＩＭ６６０—２０１６），ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ａ ｃｌｅａｒ ｃｕｔ－ｏｆ ｌｉｎｅ，ｔｈｅ ｖｏｌｕｍｅ ｉｓ ｓｍａｌｌ，ｔｈｅ ｅｄｇｅ ａｒｅａ ａｌｓｏ ｈａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｌｉｇｈｔ ｅｎｅｒｇｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｒｅａｃｈｅｓ ５ ２．７ ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＬＥＤ ；ｆｒｅｅｆｏｒｍ ｓｕｒｆａｃｅ；ｆｒｏｎｔ ｆｏｇ ｌａｍ ｐ；ｌｉｇｈｔ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ
第 ３９卷 第 ３期 ２０１８年 ５月
文 章 编 号 ：１００２—２０８２（２０１８）０３—０４２３—０６
应 用 光 学 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ
Ｖｏ１．３９ Ｎ ｏ．３ Ｍ ａｙ ２０１８
独立 自由 曲面 ＬＥＤ 汽 车 前 雾 灯 的光 学 设 计
姚 红 兵 ，丁 勇 ，辛 忠 华 ，刘 敏
引 言
汽 车前 雾灯 作 为汽 车照 明功 能灯 具 ，主要 用于 改善在雾 、雪 、雨或尘 埃等能见 度低 的恶劣气 象条 件 下道路 的照 明。前 雾灯 不 仅可 以警 示 行 人 ，也 可 以 起 到 照 明作用 ，对 于提 高汽 车 主动安 全 性具 有 至关 重 要 的作 用 ，因此汽 车前 雾 灯设计 是 汽 车灯具 设计
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍ ａｋｅ ｓｕｒｅ ｏｆ ａｄｅｑｕａｔｅ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｒｉｖｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｇ，ｓｎｏｗ ， ｒａｉｎ ｏｒ ｄｕｓｔ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｔｅｒｒｉｂｌｅ ｗ ｅａｔｈｅｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｎｄ ｐｒｅｖｅｎｔ ｔｈｅ ｏｐｐｏｓｉｔｅ ｄｒｉｖｅｒ ｆｒｏｍ ｇｌａｒｉｎｇ，ａ ｆｒｏｎｔ ｆｏｇ ｌａｍ ｐ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ａ ｃｕｔ－ｏｆｆ ｌｉｎｅ ｗ ａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｎｏｎ－ｉｍ ａｇｉｎｇ ｏｐｔｉｃｓ，ａｎ ｏｐｔｉｍ ａｌ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｄｅ— ｓｉｇｎ ｍ ｅｔｈｏｄ ｗａｓ ａｄｏｐｔｅｄ ａｎｄ ｎｕｍ ｅｒｉｃａ１ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ ｏｆ ｅａｃｈ ｐｏｉｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｆｒｅｅ－ｆｏｒｍ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｉｒｒｏｒ （ＦＦＲ）． Ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｌｉｇｈｔ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｓｕｒ—
重要 研发领域 。传统前 雾灯一般 采用 Ｈ１灯 泡或 者 Ｈ３灯 泡作为光 源 ，由于光 源辐射高 ，效率低 ，造成 了 大量 的能量 消耗 和环 境污 染 ，已不 能满 足 汽车 对 照 明系统节能环保 的要求 。ＬＥＤ具 有体 积 小 、高 功率 等优 点 ，使车灯 的造型 更加 自由多 变 ，因此 ，目前 在 汽车照 明 系 统 中 ，不 管 是 内部 照 明 还 是外 部 照 明 ，
照度 优化 设计 法 ，运 用数值 计 算 求解 出 自由曲面反射 镜 （ＦＦＲ）各 个 点 坐标 的 坐标值 。合 理 划分 基
础 面 ，并调 整 各子 块 的扩散 角度 ，实现 配光 要 求。通 过 蒙特 卡 洛模 拟 法进 行 追 迹 光 线 ，测 试 结 果
表 明 ：配 光效 果 满足机 动 车前 雾 灯 配光 性 能 （ＧＢ４６６０—２ห้องสมุดไป่ตู้１６）对 各 测 试 点 的 照度 要 求 ，且 明暗 截 止
收 稿 日期 ：２０１７—１０—２３； 修 回 日期 ：２０１７—１ｌ一１２ 基 金 项 目 ：江 苏 常 州 市 应 用 技 术 研 究 计 划 （２０１４２９７）资 助 项 目 作者 简 介 ：姚 红 兵 （１９７６一），男 ，江 苏 泰 兴 人 ，博 士 ，教 授 ，主 要 从 事 现 代 光 电 测 试 、系 统 设 计 等 方 面 的 研 究 。 Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｏｙｅ＠ ｕｊｓ．ｅｄｕ．ｃｎ
Ｙａｏ Ｈｏｎｇｂｉｎｇ ，Ｄｉｎｇ Ｙｏｎｇ ，Ｘｉｎ Ｚｈｏｎｇｈｕａ ，Ｌｉｕ Ｍ ｉｎ。 （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍ ｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｖ ａｒｒｏｃ ＴＹ Ｃ Ａ ｕｔｏ Ｌａｍ ｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ ２１３０２２，Ｃｈｉｎａ
（１．江 苏 大 学 机 械 工 程 学 院 ，江 苏 镇 江 ２１２０１３；２．大茂 伟瑞 柯 车灯 有 限公 司 ，江 苏 常 州 ２１３０２２）
摘 要 ：为 了使 车辆 驾驶 员在 雾 、雪 、雨或 者 尘埃 等 不 同的 恶 劣 气 象条 件 下 能够 得 到 充 分照 明 ，且
避免 造成 对 方会 车 司机 炫 目，设计 了具 有 明暗截 止 线 的前 雾灯 系统 。基 于 非成 像 光 学理 论 ，采 用
线 清晰 ，体 积 小 ，边缘 区域 也有 较 高光 能 ，光 线利 用 率达到 ５２．７ 。
关键 词 ：ＬＥＤ；自由 曲面 ；前 雾 灯 ；配光标 准
中 图分 类 号 ：ＴＮ２０２；Ｕ４６３．６５
文 献 标 志 码 ：Ａ
ＤＯＩ：１０．５７６８／ＪＡＯ２０１８３９．０３０５００４
Ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｆｒｅｅｆｏｒｍ ｓｕｒｆａｃｅ ＬＥＤ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｆｒｏｎｔ ｆｏｇ ｌａｍ ｐ