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基于新型迎宾灯的原理分析与设计研究
来源:汽车维修  作者:佚名  2016-02-17 09:10:17

    迎宾灯又称为照地灯,起初安装于车门底部。当打开车门时,位于车门底部的迎宾灯自动点亮,照亮车门旁边的区域。这种设计使驾驶员在光线不足的情况下,上下车时更加方便。然而,因车门底部容易进水,这往往会影响车门迎宾灯的正常使用,缩短其使用寿命。据此,一些车辆直接将车门迎宾灯安装于后视镜底部。由于离地距离的增大,避免了其浸在水中工作,迎宾灯的使用寿命明显变长。但车门迎宾灯设计的投影距离一般为65cm,且离地面40cm时效果最佳,而后视镜距地面一般大于lm,因此,无法保证照明亮度,照明效果并不理想。为了改善这一状况,国内外研究人员又设计出专门安装于后视镜底部的迎宾灯,如,GOLF 7高配车型后视镜便配备有迎宾灯。通过LED芯片上的两颗LED灯发光,光线经过与其配套的LED透镜会聚后均匀投射到地面上。然而,LED灯虽然有节能、环保、亮度强等优点,但不适合远距离照射。因此,就照明亮度而言,并不能达到所预期的效果。
    本文针对现有迎宾灯的缺陷,提出了带有LOGO的新型迎宾灯方案。通过透镜组会聚光源发出的光线,在保证照明范围和照明亮度的基础上,又增加了投影LOGO的功能。当打开车门时,车门旁边地面被带有LOGO或个性图案的光圈照亮,解决了乘员看不清地面的问题,同时提高了用车档次。
    一、原理分析及仿真
      由于迎宾灯对照明亮度有很高的要求,因此可借助凸透镜对光线的会聚作用,达到高亮度的目的。现选用2个透镜组成新型迎宾灯的聚光透镜组,其作为新型迎宾灯的重要组成部分,设计制造的好坏直接影响最终的实际效果。因平凸透镜相较于薄透镜,聚光效果更好,故考虑选用透镜I、II为2个完全一样的平凸透镜。以平凸(透镜I)、平凸(透镜II)的方式从左往右依次放置,光源位于透镜I的左边。
    透镜组及光源的相对位置设计应满足:将光源发出的光会聚成平行光;提升光源的出光效率,使得只需功率较小的光源就能获得理想的光照亮度。
    然而,要获得理想的光学效果,透镜组的设计及其与光源的相对位置,都应遵循一定的规则。现运用理想光学系统的成像规律将其等效,并用光学仿真软件TracePro进行仿真,模拟其光线的传播路径。
      1.透镜等效的理论公式
    光源和透镜尺寸应相对较小,且应距光轴很近,故可近似看成近轴成像系统,其成像可以用近轴成像系统的成像关系和等效的光学系统来分析。
    (1)复合光具组的等效
    如图1所示为双光组的等效图[2]0其中H1、H1'、F1、F1'和H2、H2'、F2、F2'以及H、H1',F1、F1'分别为透镜I、II及2者等效透镜的主点和焦点,f1、f1'和f2、f2'及f、f'分别为透镜I、II及等效透镜的焦距,d为系统的主面间隔,△为系统的光学间隔。

    主面间隔为d=f1' +△ -f2     ( 1 )
    以物方主点H和像方主点H‘为基础的焦距公式:

    (2)平凸透镜的基点和基面
    平凸透镜r1>0,r2=∞

    其基点示意图,如图2所示。由图可知,平凸透镜像方主平面位于透镜内部,像方主平面和球面顶点总相切。

    2.模拟仿真
    在下面特殊情况下,将上述的理论公式具体化,并用TracePro软件进行光路模拟。
    设透镜I、II的折射率n=1.5,R1=∞,r2=-4mm,透镜厚度D=4mm,2透镜间距离为1mm。
      由公式(引有
    F1=f2=-f2'=-4/(1.5-1)=-8mm,
      由公式(3)有P=4/1.5=8/3mm,P' =0,则主面间隔d=1+P=1+8/3=11/3mm。由公式(1)有等效透镜的光学间△=f2-f1'+d=-8-8+11/3=(-37/3)由公式(4)有等效透镜的焦距

    根据理论计算得出双透镜组的组合焦点距透镜I左侧边缘约0.2mm处,如图3所示。

    仿真效果如图4所示。

    事实上,若将光源放置在由上式计算出的焦点上,经透镜I和透镜II出来光线未必绝对平行。因为本文所计算的焦点是基于理想光组且忽略了相差影响的情况下,而计算得出的。因此在迎宾灯的设计中只需将光源紧挨透镜I放置,即可得到尽可能平行的光。
    同时,理论分析和仿真结果还验证了,选用透镜组而不是单个透镜,在保证了将光源发出的光会聚成平行光的基础上,又由于透镜组的组合焦点紧挨透镜,能使光源的利用率达到最大。

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