反射式不同魚眼形式性能對比分析

摘要：不同的魚眼形式兼顧到的光學(xué)性能側(cè)重點會有差異，其差異點表現(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，本文予以詳盡對比分析并給出參考建議。

關(guān)鍵詞：反射式;魚眼;性能

引言

對于車燈光學(xué)設(shè)計，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)，由于其對造型限制要求不高、同一個光源可以實現(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，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)計中應(yīng)用更廣更全面，信號功能如位置燈、制動燈、轉(zhuǎn)向燈、倒車燈、后霧燈、日間行車燈等，甚至照明功能遠近光、角燈等也可以通過反射式光學(xué)系統(tǒng)來實現(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)則不具備這個能力，正因為如此，對于反射式光學(xué)系統(tǒng)的深入研究，則顯得非常有必要。

對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，但總的來說，可以將對反射式魚眼的設(shè)計分為兩個類別來討論。對于反射式魚眼，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)計時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，主要有兩部分內(nèi)容，一為配光設(shè)計，即滿足法規(guī)測試點和視認角等強制性要求，每個功能的光學(xué)性能都有其嚴格的法規(guī)定義;二為點燈效果模擬，主要關(guān)注點燈均勻性等，往往其點亮效果是主機廠重點關(guān)注的，因為法規(guī)是客觀要求滿足的，點燈效果才是可以不斷調(diào)整進而持續(xù)優(yōu)化的。那么，這就要求光學(xué)設(shè)計時，既要考慮法規(guī)，又要兼顧點燈效果，對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)搭配來進行光學(xué)設(shè)計。

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，魚眼的擴散角度通過Diffuse參數(shù)來調(diào)整，其中有水平和豎直兩個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)計通過Step參數(shù)來調(diào)整，其中有水平和豎直兩個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，對比分析兩種控制形式的反射式魚眼在配光和點燈效果方面的差異，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個反射腔;

Focus=8.

根據(jù)車燈光學(xué)常規(guī)設(shè)計經(jīng)驗，以信號燈某一功能為例，基于以上模型的邊界條件，反射式魚眼設(shè)計基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置為如下圖4所示，擴散角度Diffuse根據(jù)該功能測試點分布對水平和豎直角度分別設(shè)置一個初始經(jīng)驗擴散角;鑒于模型造型比較規(guī)則，變焦距設(shè)計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)驗值。后續(xù)反射式魚眼兩種控制方式的對比分析其具體參數(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比分析

在分析模型確定后，那么就可以對不同魚眼形式進行對比分析了，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)置對光學(xué)性能的影響需進一步詳盡對比分析。

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見下圖6所示，點燈模擬正視圖和±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，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點燈模擬結(jié)果可看出，HV方向點燈效果良好，±20°方向視圖點燈效果其反射腔下方偏暗，光能量很少，這說明到達該區(qū)域的光線偏少。

3.1.2 by center-Optimize后光學(xué)性能

通過對Optimize的設(shè)置后，該范例的配光模擬請見下圖9所示，對于點燈模擬結(jié)果，同種魚眼形式點燈效果亮暗分布相當，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，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)性能對比分析

從以上對Optimize不同設(shè)置對應(yīng)分析可看出，同一魚眼控制形式其點燈效果相當，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散即基礎(chǔ)技術(shù)參數(shù)一致時，Optimize前光效為49.3%，Optimize后光效則可達到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)置前配光模擬請見下圖10所示，點燈模擬正視圖和±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，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點燈模擬結(jié)果可看出， HV方向和±20°方向視圖其點燈效果都很好。

3.2.2 by each-Optimize后光學(xué)性能

by each-Optimize設(shè)置后配光模擬請見圖13，點燈模擬同種魚眼形式點燈效果亮暗分布相當，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，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)性能對比分析

對于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)置對配光性能的影響。同一邊界條件同一擴散即基礎(chǔ)技術(shù)參數(shù)一致時， Optimize前光效為49.38%，Optimize后光效可達到52.54%，光效提升了3.16%，同時，不但光效增高了，甚至其最大光強值增大都超過了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)性能對比，分析如下：

1 同等條件下，兩種魚眼的配光效率相當，但Controlled by center pillow的能量相對集中，從最大光強值即可看出;點燈效果Controlled by each pillow相對來說會更好，會兼顧多角度，主要由于該種魚眼形式是將能量盡量外擴，照顧到了點燈，但最大光強降下來了。

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

以上結(jié)論會因為造型的變化具體值可能會有差異，但方向是一致的。我們可根據(jù)光通量、主機廠重光效還是重點燈效果或二者平衡等光學(xué)輸入有準備地選擇魚眼形式及Optimize選項。

參考文獻

[1]N/A

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。