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基于双自由曲面透镜的汽车前照灯光学系统设计
| 论文题名： | 基于双自由曲面透镜的汽车前照灯光学系统设计 |
| 关键词： | 汽车前照灯;光学系统;双自由曲面透镜;优化设计;色散抑制 |
| 摘要： | 随着时代发展变迁，汽车技术也随着市场需求变得愈加成熟，汽车也成为人们生活的一部分，因此汽车的安全性、功能性便成为了人们的迫切需要。汽车首先要保证照明强度充足，还要为驾驶员的夜间行驶的安全性考虑。虽然LED具有功率高及色温稳定等优点，但还是存在弊端。白光LED的发光光谱主要集中在蓝光和黄光波段。当不同波长的光经过光学透镜时，光线会出现分离，产生色散，导致光斑色温不稳定，而人眼对蓝光与黄光比较敏感，长时间的注视会使人产生视觉疲劳，驾车时存在极大的安全隐患。 针对这一弊端，本文设计一个双自由曲面透镜光学系统，来针对色散问题进行有效的改进。 首先，对投射式双自由曲面透镜光学系统进行设计。本文对可以实现均匀照明的双自由曲面进行重新优化，计算LED光源发出的光线和接收面的映射关系，建立方程，求解离散点，用三维软件建模，构建自由曲面，仿真结果表明其可以对光线重新分配，能准确地分配光强和控制发光角度，可以实现光斑色温稳定、目标区域照度过度平滑，能解决车灯系统中的色散问题，提高汽车行驶的安全性。 其次，针对传统投射式模组光效利用率不高的问题，进行新型光学系统设计。对光学系统设计中的椭球反射镜进行优化，使用高效汇聚光线并准直的Collimator单元结构替换掉椭球反射镜。经仿真结果验证，Collimator可以有效地收集光束并将光束准直，光线利用率达80%以上，大大提高了光线利用率。 最后，对光学系统进行仿真模拟和法规检查。查看光型分布是否及色温要求是否满足国标要求，并得到符合相应法规要求的测试结果。将光学系统的检测报告进行对比分析可知：本次设计传统光学系统远近光最大照度值分别为86lx、25lx，光学系统效率为56.7%；而新型光学系统远近光最大照度值分别为132lx、33.5lx，光学系统效率为72.2%。由结果表明本次新型光学设计既满足抑制色散的目的，同时又能提高系统光效利用率约15%，验证本次设计的合理性与可行性。 |
| 作者： | 赵健 |
| 专业： | 光学工程 |
| 导师： | 姚红兵 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
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