反射式不同魚眼形式性能對(duì)比分析

摘要：不同的魚眼形式兼顧到的光學(xué)性能側(cè)重點(diǎn)會(huì)有差異，其差異點(diǎn)表現(xiàn)在哪里，差異有多大，如何根據(jù)現(xiàn)有光學(xué)輸入選擇Controlled by center pillow還是Controlled by each pillow，選定魚眼形式后是否需要采用Optimize，本文予以詳盡對(duì)比分析并給出參考建議。

關(guān)鍵詞：反射式;魚眼;性能

引言

對(duì)于車燈光學(xué)設(shè)計(jì)，有很多光學(xué)系統(tǒng)可采用，如LED直射、光導(dǎo)、聚光器、反射式等。其中，反射式光學(xué)系統(tǒng)，由于其對(duì)造型限制要求不高、同一個(gè)光源可以實(shí)現(xiàn)較大的發(fā)光區(qū)域、系統(tǒng)可以適用于車燈很多功能等特點(diǎn)，相比于其他光學(xué)系統(tǒng)，反射式光學(xué)系統(tǒng)在車燈光學(xué)設(shè)計(jì)中應(yīng)用更廣更全面，信號(hào)功能如位置燈、制動(dòng)燈、轉(zhuǎn)向燈、倒車燈、后霧燈、日間行車燈等，甚至照明功能遠(yuǎn)近光、角燈等也可以通過反射式光學(xué)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)其光學(xué)性能。而除了反射式光學(xué)系統(tǒng)，其他光學(xué)系統(tǒng)則不具備這個(gè)能力，正因?yàn)槿绱耍瑢?duì)于反射式光學(xué)系統(tǒng)的深入研究，則顯得非常有必要。

對(duì)于不同車燈不同功能的具體性能要求，反射式魚眼涉及到的參數(shù)調(diào)整很多很細(xì)，但總的來說，可以將對(duì)反射式魚眼的設(shè)計(jì)分為兩個(gè)類別來討論。對(duì)于反射式魚眼，主要將其分為兩種控制形式來具體調(diào)整：方案一為按中心控制，方案二為按每片魚眼面控制。對(duì)于這兩種不同的反射式魚眼控制，其控制形式在光學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)主要通過下列方式來選擇，具體表現(xiàn)為下圖1所示：Controlled by center pillow和Controlled by each pillow.

車燈具體功能的光學(xué)設(shè)計(jì)，主要有兩部分內(nèi)容，一為配光設(shè)計(jì)，即滿足法規(guī)測試點(diǎn)和視認(rèn)角等強(qiáng)制性要求，每個(gè)功能的光學(xué)性能都有其嚴(yán)格的法規(guī)定義;二為點(diǎn)燈效果模擬，主要關(guān)注點(diǎn)燈均勻性等，往往其點(diǎn)亮效果是主機(jī)廠重點(diǎn)關(guān)注的，因?yàn)榉ㄒ?guī)是客觀要求滿足的，點(diǎn)燈效果才是可以不斷調(diào)整進(jìn)而持續(xù)優(yōu)化的。那么，這就要求光學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，既要考慮法規(guī)，又要兼顧點(diǎn)燈效果，對(duì)于不同的光通量輸入，就要選擇合適的魚眼形式最佳的參數(shù)搭配來進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)。

1 反射面魚眼主要技術(shù)參數(shù)

不管哪種形式的反射面魚眼，其主要涉及到的相關(guān)技術(shù)參數(shù)都是一致的，具體如下圖2所示的反射式魚眼主要技術(shù)參數(shù)，具體表現(xiàn)為，魚眼的擴(kuò)散角度通過Diffuse參數(shù)來調(diào)整，其中有水平和豎直兩個(gè)方向來分別或同步調(diào)整，視功能和造型需求具體問題具體分析;魚眼大小通過Wide參數(shù)來調(diào)整，其中有水平和豎直兩個(gè)方向來分別或同步調(diào)整，一般建議同步同尺寸調(diào)整;是否需要變焦距設(shè)計(jì)通過Step參數(shù)來調(diào)整，其中有水平和豎直兩個(gè)方向來分別或同步調(diào)整，具體視造型而定;焦距大小則通過Base Focus參數(shù)來調(diào)整，具體視造型和車燈的空間而定。其他如Gap、Plus Count、Minus Count等這些技術(shù)參數(shù)都可以依據(jù)造型面選擇匹配造型的參數(shù)來調(diào)整，具體值的選擇取決于具體功能的造型走勢和光學(xué)輸入。

2 分析模型建立

為了在同等邊界條件下，對(duì)比分析兩種控制形式的反射式魚眼在配光和點(diǎn)燈效果方面的差異，我們建立待分析的模型如下圖3所示，其中：

發(fā)光邊界尺寸Y*Z=100mm*20mm;

LED×5;

反射鏡均分5個(gè)反射腔;

Focus=8.

根據(jù)車燈光學(xué)常規(guī)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，以信號(hào)燈某一功能為例，基于以上模型的邊界條件，反射式魚眼設(shè)計(jì)基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置為如下圖4所示，擴(kuò)散角度Diffuse根據(jù)該功能測試點(diǎn)分布對(duì)水平和豎直角度分別設(shè)置一個(gè)初始經(jīng)驗(yàn)擴(kuò)散角;鑒于模型造型比較規(guī)則，變焦距設(shè)計(jì)Step和兩兩魚眼之間的GAP值設(shè)為0.1，以體現(xiàn)該功能即可;魚眼大小Wide則按常規(guī)的水平和豎直方向尺寸一致即方形魚眼來設(shè)置，其中2mm是兼顧外觀和效率的經(jīng)驗(yàn)值。后續(xù)反射式魚眼兩種控制方式的對(duì)比分析其具體參數(shù)設(shè)置在此一致參數(shù)前提下展開。

3 不同形式魚眼性能對(duì)比分析

在分析模型確定后，那么就可以對(duì)不同魚眼形式進(jìn)行對(duì)比分析了，我們假定光通量輸入為每顆LED10lm，共有5顆LED，那么該功能光學(xué)系統(tǒng)的總光通量輸入即為50lm。

3.1 Controlled by center pillow魚眼光學(xué)性能

對(duì)于同一形式的魚眼，在基礎(chǔ)光學(xué)參數(shù)設(shè)置一致的前提下，我們可分是否Optimize 來對(duì)比其光學(xué)性能，基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置如下圖5所示，其中Optimize的有無設(shè)置對(duì)光學(xué)性能的影響需進(jìn)一步詳盡對(duì)比分析。

3.1.1 by center-Optimize前光學(xué)性能

Optimize設(shè)置前該范例的配光模擬請(qǐng)見下圖6所示，點(diǎn)燈模擬正視圖和±20°方向視圖分別見圖7和圖8所示，以上視圖角度為判斷點(diǎn)燈效果的經(jīng)典角度。

從圖6配光模擬結(jié)果圖可分析看出：總光通量輸入為50lm時(shí)，經(jīng)過反射式魚眼光學(xué)系統(tǒng)，其光學(xué)輸出為24.65lm，那么可算出其系統(tǒng)光效為，光效=24.65/50=49.3%;屏幕最大值為99.67cd。

從圖7和圖8點(diǎn)燈模擬結(jié)果可看出，HV方向點(diǎn)燈效果良好，±20°方向視圖點(diǎn)燈效果其反射腔下方偏暗，光能量很少，這說明到達(dá)該區(qū)域的光線偏少。

3.1.2 by center-Optimize后光學(xué)性能

通過對(duì)Optimize的設(shè)置后，該范例的配光模擬請(qǐng)見下圖9所示，對(duì)于點(diǎn)燈模擬結(jié)果，同種魚眼形式點(diǎn)燈效果亮暗分布相當(dāng)，在此不再重復(fù)贅述。從圖9配光模擬結(jié)果可分析看出：總光通量輸入為50lm時(shí)，經(jīng)過反射式魚眼光學(xué)系統(tǒng)，其光學(xué)輸出為26.41lm，那么可算出其系統(tǒng)光效為，光效=26.41/50=52.82%;屏幕最大值為124.62cd。

3.1.3 by center-Optimize前后光學(xué)性能對(duì)比分析

從以上對(duì)Optimize不同設(shè)置對(duì)應(yīng)分析可看出，同一魚眼控制形式其點(diǎn)燈效果相當(dāng)，但配光性能明顯得到優(yōu)化，即Optimize主要是用于優(yōu)化配光性能的。所以，同一邊界條件同一擴(kuò)散即基礎(chǔ)技術(shù)參數(shù)一致時(shí)，Optimize前光效為49.3%，Optimize后光效則可達(dá)到52.82%，光效提升了3.52%。

3.2 Controlled by each pillow魚眼光學(xué)性能

參考3.1的具體分析形式，也按是否Optimize 來對(duì)比，具體技術(shù)參數(shù)設(shè)置參考上文圖5所示。

3.2.1 by each-Optimize前光學(xué)性能

by each-Optimize設(shè)置前配光模擬請(qǐng)見下圖10所示，點(diǎn)燈模擬正視圖和±20°方向視圖分別見下圖11和圖12所示。

從圖10配光模擬結(jié)果圖可分析看出：總光通量輸入為50lm時(shí)，經(jīng)過反射式魚眼光學(xué)系統(tǒng)，其光學(xué)輸出為24.69lm，那么可算出其系統(tǒng)光效為，光效=24.69/50=49.38%;屏幕最大值為92.37cd。

從圖11和圖12點(diǎn)燈模擬結(jié)果可看出， HV方向和±20°方向視圖其點(diǎn)燈效果都很好。

3.2.2 by each-Optimize后光學(xué)性能

by each-Optimize設(shè)置后配光模擬請(qǐng)見圖13，點(diǎn)燈模擬同種魚眼形式點(diǎn)燈效果亮暗分布相當(dāng)，同理by center，不再重復(fù)。從圖13配光模擬結(jié)果可分析看出：總光通量輸入為50lm時(shí)，經(jīng)過反射式魚眼光學(xué)系統(tǒng)，其光學(xué)輸出為26.27lm，那么可算出其系統(tǒng)光效為，光效=26.27/50=52.54%;屏幕最大值為111.55cd。

3.2.3 by each-Optimize前后光學(xué)性能對(duì)比分析

對(duì)于by each控制形式，其Optimize設(shè)置前后的配光模擬結(jié)果，同樣印證了Optimize有無設(shè)置對(duì)配光性能的影響。同一邊界條件同一擴(kuò)散即基礎(chǔ)技術(shù)參數(shù)一致時(shí)， Optimize前光效為49.38%，Optimize后光效可達(dá)到52.54%，光效提升了3.16%，同時(shí)，不但光效增高了，甚至其最大光強(qiáng)值增大都超過了20.7%至多。

3.3 不同形式魚眼性能分析結(jié)果

通過Controlled by center pillow和Controlled by each pillow兩種形式魚眼的光學(xué)性能對(duì)比，分析如下：

1 同等條件下，兩種魚眼的配光效率相當(dāng)，但Controlled by center pillow的能量相對(duì)集中，從最大光強(qiáng)值即可看出;點(diǎn)燈效果Controlled by each pillow相對(duì)來說會(huì)更好，會(huì)兼顧多角度，主要由于該種魚眼形式是將能量盡量外擴(kuò)，照顧到了點(diǎn)燈，但最大光強(qiáng)降下來了。

2 同一種魚眼形式，Optimize前后屏幕光通量可提升超過3%，最大光強(qiáng)值甚至可超過20%。

以上結(jié)論會(huì)因?yàn)樵煨偷淖兓唧w值可能會(huì)有差異，但方向是一致的。我們可根據(jù)光通量、主機(jī)廠重光效還是重點(diǎn)燈效果或二者平衡等光學(xué)輸入有準(zhǔn)備地選擇魚眼形式及Optimize選項(xiàng)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：劉春霞（1982-12）女，籍貫：江蘇鹽都，學(xué)歷：碩士研究生，汽車內(nèi)外飾照明。