基于LED光强分布的摩托车信号灯配光设计

　　基于LED光强分布的摩托车信号灯配光设计

　　目前通用的摩托车制动灯光源仍然是白炽灯占主导地位,加上红色的配光透镜实现配光要求,其缺点是白炽灯易损坏,功耗大,寿命短,可靠性差,给道路交通带来安全隐患等。LED(发光二极管)具备体积小、寿命长、低能耗等优势被逐步应用于机动车车灯光源。目前通用的LED摩托车信号灯的配光设计方案主要有三种-种是直接将多个食人鱼型LED排布成平面状密封在灯罩内,其缺点是相当一部分光处在国标配光屏幕要求的范围外,造成光能的浪费;第二种是采用多个球帽型LED排布成平面状密封于灯罩内再加上配光透镜配光,其缺点是一部分光经配光透镜折射、散射和吸收,造成灯具光效比较低;第三种是将多个食人鱼型LED排布成平面,经抛物型聚光器和配光透镜联合配光。其缺点是聚光器设计成本高,配光透镜光能损失较大。三种配光设计方案设计的LED摩托车信号灯光效低,光能损失大,设计成本高。

　　如果能够从理论上建立LED光强分布的数学模型,研究一种LED阵列的光强分布且无需聚光器和配光镜,使其满足国家标准,从而为LED摩托车信号灯设计提供一种新的快捷、实用的方法,具有重要的理论与实际指导意义。

　　1　曲面LED阵列的光强分布的数学模型

　　1.1　单个LED光强分布的数学模型

　　首先建立单个LED光强的分布模型,如图1所示。其中,探测球面为(0,0,0),半径为r,α表示LED光源的水平方向角;β表示LED光源的垂直方向角;θ表示单个LED光线OM与光轴OL的夹角;φ表示LED光轴OL与其在xy平面投影的夹角;γ表示LED光轴OL在xy平面投影与Y轴的夹角。

　　则LED光轴对应的单位坐标为(cosφsinγ,cosφsinγ,sinφ),探测球面上M点的坐标(rcosβsinα,rcosβcosα,rsinβ)。

　　由此,LED光源的光强分布可以表示为I=I(θ)或者I=I(α,β)。

　　单个LED的光强分布与LED在空间的倾斜角的垂直分量角φ和水平分量角γ有关,改变φ和γ可以改变单个LED光强的分布。

　　但是,由于单灯光强小,达不到摩托车信号灯的光强的国标要求,往往需要多个LED组合,而改变单个LED的倾斜角可以改变光强分布,因此可以进一步研究一种LED的曲面阵列排布的光强分布,进而用它来完成对LED摩托车信号灯的配光设计。

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