Рисуем светом фар: что такое цифровая адаптивная оптика
Адаптивную оптику Digital Light HD представили еще в 2016 году, а на Женевском автосалоне в 2018-м можно было увидеть уже серийный Mercedes—Maybach с этой опцией. Но подробностей об устройстве новаторского головного освещения до сих пор крайне мало. Почему? Мы решили разобраться с этим вопросом.
Матричная светодиодная оптика понемногу отвоевывает себе место под солнцем. Адаптивное освещение благодаря компании Hella и ее технологии светодиодного матричного источника света в 2013 году сделало рывок вперед: отныне стало возможно регулировать не только ближний/дальний свет, а также силу и угол свечения, но и отдельно обрабатывать несколько десятков зон в секторе освещения каждой фары. Об этой технологии мы уже писали, однако кратко напомним, в чем ее суть.
В фаре расположено несколько десятков светодиодов: в последней версии их 84 штуки, три ряда на плате с системой охлаждения и управления. Оптическая система представляет собой сложную линзу с индивидуальными участками для каждого светодиода. Управление системой осуществляет мощный компьютер, который на основании данных лидаров, камер и навигации определяет наличие на дороге других машин, пешеходов, разметки, поворотов, участков повышенного внимания и позволяет творить настоящие чудеса.
Встречные машины не ослепляются, как и попутные, подсвечиваются знаки, вблизи система не дает их световозвращающему слою слепить водителя, освещаются пешеходы и животные, препятствия, пешеходные переходы и другие важные объекты. В туман и в дождь система старается не слепить водителя, обеспечивая наиболее комфортную форму светового потока. Ну и разумеется, осуществляется подсветка поворотов благодаря форме светового пучка, зависящего от режима движения. Такая система уже позволяет ехать ночью как днем, а водитель не устает даже на сложной неосвещенной трассе.
Технология недолго оставалась эксклюзивной — почивать на лаврах немцам не дали. Компания Magneti Marelli в 2017 году представила серийную систему Partial High Beam 84 (она же — PHB 84), не уступающую топовой матричной системе Hella и даже превосходящую ее по возможностям системы управления. Именно ее применили на новом S-Class после рестайлинга 2017 года и выбрали для нового поколения Porsche 911.
От фары к проектору
Было решено, что можно увеличить количество секторов освещения в самой востребованной зоне до современного ТВ-стандарта, то есть до HD-картинки. По всей зоне освещения это и не требуется, но в ближнем диапазоне можно подсветить особо важные элементы, буквально «нарисовать» на дороге любые подсказки для водителя, а также для водителей соседних автомобилей и пешеходов. А на скоростной трассе — обеспечить усиленное освещение дороги в узкой зоне на максимальное расстояние.
Головной свет на Mercedes-Maybach: мировая премьера фар с функциями освещения в высоком разрешении
— DMD-модуль h-Digi разрешением 1,3 мегапикселей
— 84-пиксельный матричный модуль
— источники основного света
К сожалению, светодиодная матричная технология пока не готова к таким испытаниям. Мощность светодиодов основной матрицы и так ограничена. Им помогают крупные «силовые» элементы формирования базового светового потока — городского «широкого», «ближнего» и «дальнего», а сделать больше светодиодов при сохранении нужной степени освещенности пока не получается. Значит, надо менять технологию.
DLP-модуль h-Digi, встраиваемый в головные фары Mercedes-Maybach
Компания Magneti Marelli первой применила DLP-разработку для обеспечения светового потока с высоким разрешением. Не слышали о такой? Раньше она не использовалась в автомобилях, однако вы наверняка сталкивались с ней в обычной жизни. DLP расшифровывается как Digital Light Processing, а появилась эта технологи в далеком 1987 году и получила широкое распространение.
.. в проекторах.
Основа системы DLP — специальная матрица Digital Micromirror Device, микросхема с поверхностью из микрозеркал, которые ведут себя как модуль памяти SRAM в компьютерах. На них можно записать информацию и после считать ее лучом света. Каждое зеркало может отклоняться на угол до 20°, так что отраженный свет можно направить или в объектив, или мимо.
Наложение световых проекций и дополнительная генерация световых функций для полного распределения света через три модуля: h-Digi, матричного света и основных источников
DMD-матрица чрезвычайно компактная: каждое зеркало имеет микронные размеры и работает с очень высокой частотой, до сотен герц, обеспечивая очень высокое разрешение — на данный момент это 1.3Mpx, и есть потенциал для развития. В сочетании с мощными быстродействующими импульсными светодиодами получается экономичное и надежное решение. Матрица не любит сильного нагрева, но светодиоды гораздо холоднее галогенных ламп и позволяют отказаться от механических прерывателей-светофильтров для формирования цветного изображения.
Впрочем, для освещения дороги нужен просто свет, цветное изображение не требуется. Такой проектор с разрешением 1.3Mpx и светодиодным источником освещения из трех диодов и образует модуль h-Digi производства Magneti Marelli. Он отвечает за формирование ближней зоны освещения, а также дальний свет в узкой центральной зоне фары Mercedes-Maybach. А вот за остальную часть светового пятна — модуль PHB 84 и три дополнительных больших светодиода с базовыми зонами освещения. Дополняет все это продвинутая электронная система управления, которая позволяет не только заниматься непосредственно освещением, но и коммуницировать с окружающими.
Результат можно увидеть на видео, которое представлено на сайте компании. Такие эффекты увидишь не в каждом фантастическом фильме: сценаристы просто не предполагали, что такое возможно!
В каждой фаре головного освещения Maybach сочетаются обе технологии Magneti Marelli.
DLP-система дополняет матричную оптику, расширяя функционал и позволяя претендовать на лавры самой прогрессивной серийной технологии головного света.
Каков итог?
У итальянской компании давно есть свои интересы на рынке осветительных приборов для автомобилей. Принадлежащая ей с 1998 года торговая марка Carello хорошо известна в Европе. В портфолио компании много передовых вариантов матричных технологий и лазерного дальнего света. Так, она поставляет матричную оптику для Audi, а также матричную оптику с «лазерным» дальним светом для нового BMW i8.
Почему такая таинственность? Есть подозрение, что Magneti Marelli нарушает давнюю монополию Hella на поставку оптики для Mercedes-Benz, а немецкая компания старается лишний раз не подчеркивать этот факт, никак не афишируя нового технологического партнера. Тем более что у Hella вряд ли закончились перспективные идеи.
Что будет дальше?
Специалисты компаний Automotive Lighting и Texas Instruments уже разработали для Mercedes-Benz фары с миллионом (!) световых точек.
Сильноточные светодиоды посылают свет на миллион крошечных зеркал. Каждое из них можно отрегулировать на плюс-минус 10 градусов. Из этих микрозеркал направленный свет попадает на модуль с так называемыми световыми пикселями, отражается через большую линзу и попадает на дорогу. Казалось бы, очень сложно и хрупко, но в Mercedes уверяют, что вибрации от автомобиля или плохой дороги не влияют на зеркала, так как их масса настолько мала, что у них попросту нет собственного момента инерции. Фактически из фары выходит миллион отдельно управляемых лучей.
какой будет автомобильная оптика :: Autonews
Всегда с «дальним». Во что превратятся фары
Свет рождается в полной темноте.
Например, на минус третьем этаже Audi Center в Игнольштадте. «Там дальше у нас 120-метровый тоннель для испытаний светотехники», — главный дизайнер Audi Марк Лихте ведет нас по подземному лабиринту к месту, где создается автомобильная оптика. В бесконечных коридорах подземелья то и дело встречаются модели Audi разных поколений. Но наша цель – тот самый темный тоннель.Светодиодная оптика и ксеноновый свет уже в прошлом — в ближайшем будущем такие фары вытеснят лазерно-матричные. Модуль оптики состоит из нескольких тысяч микрозеркал, каждое из которых регулируется отдельно. Блок управления делит лучи на крохотные пиксели. Таким образом, лазерно-матричная технология позволяет на любой поверхности создавать идеальный световой рисунок. В теории фары можно будет использовать в качестве видеопроектора и выводит на асфальт заданное изображение. Например, подсказки навигации.
«Более 10 лет назад Audi превратила автомобильную светотехнику в элемент дизайна, который безошибочно идентифицируется, — говорит член совета директоров по техническому развитию Audi проф. Д-р Ульрих Хаккенберг. – Уже тогда мы прекрасно понимали, насколько важны светотехнические системы для активной безопасности».
В будущем органические светодиоды интегрируют в кузов. По мере того, как владелец машины будет к ней приближаться, система подсветит отдельные части кузова.
В 2004 году на Audi A8 дебютировали светодиодные ходовые огни. Это был первый в мире автомобиль с подобной оптикой. Уже через 4 года немцы разработали полностью светодиодные фары, которыми оснастили Audi R8. В начавшейся эре лазерно-матричного света нет ничего удивительного, хотя еще недавно такое техническое решение было сложно себе представить, говорит глава департамента светотехнических функций и инноваций Штефан Берлитц: «Лазерный свет и матричные светодиоды в фарах автомобилей всего 10 лет назад были чем-то из области научной фантастики. В ближайшие 10-15 лет мы узнаем об инновационных решениях, которые на сегодняшний момент трудно себе представить».
Представители Audi хоть и говорят преимущественно о дизайне оптики, но базовое предназначение фар остается прежним – они должны просто эффективно освещать дорогу. По умолчанию ближний свет лазерных фар ничем не отличается от ксенонового – такое же ярко-белое пятно со строгими границами. Главная особенность оптики нового поколения – в механизме работы дальнего света. Здесь «дальний» освещает дорогу вперед на 500 метров. Такое расстояние даже избыточно для водителя, потому как препятствия на дороге чаще всего не имеют собственной подсветки, из-за чего распознать их на таком расстоянии практически невозможно.
В каждом модуле фары установлено четыре лазерных диода диаметром 0,3 миллиметра. Они формируют единый монохромный синий луч света, который при помощи фосфорного конвертера преобразуется в белый. Прожектор дальнего света активируется на скорости выше 60 километров в час. Система при помощи камер и датчиков определяет встречные автомобили и автоматически приглушает свет. Нечто подобное только без лазеров применяется и на многих массовых моделях. Опция, получившая название «Автоматическое управление дальним светом», часто вызывает нарекания – система переключается на «ближний», даже если увидит вдалеке уличный фонарь. Поэтому в Audi решили доработать оптику таким образом, чтобы водителю не пришлось отвлекаться на постоянные переключения.
В результате лазерные фары для большей эффективности совместили с матричным светом. В подземелье Ингольштадта создали систему под названием Digital micromirror device (DMD). Она работает на основе матрицы, состоящей из 4 тысяч микрозеркал. Сам луч дальнего света формируется небольшими светодиодами, расположенными по группам. Например, у Audi A8 пять групп по 5 светодиодов, у TT – 3 группы по 4 светодиода.
Динамические указатели поворотов дебютировали на серийной Audi еще два года назад. По признаю представителей бренда, им пришлось сначала доказать законодателям эффективность этого решения, прежде чем мерцающие «поворотники» разрешили отправить в производство.
DMC сама активирует дальний свет за пределами населенных пунктов на скорости выше 30 километров в час. Система работает на основе данных, полученных от камеры и навигации. Если электроника «увидит», что к автомобилю приближается встречный транспорт, контроллер моментально выключит отдельные светодиоды или приглушит их, чтобы не ослепить встречного водителя. Иными словами, окружающие автомобили попадают в световой вакуум, при этом водителю не приходится переходить на ближний свет – он может всегда ездить на «дальнем».
Одна из проблем лазерно-матричной оптики заключается в том, что защитное стекло фары греется не так сильно, как у обычных ксеноновых или галогенных. При отрицательных температурах на стекле могла образоваться наледь, влияющая на эффективность оптики. Чтобы этого избежать, инженеры встроили в фару отдельный блок, регулирующий воздушные потоки таким образом, чтобы направить теплый воздух как раз в сторону стекла.
Благодаря тому, что DMC работает в паре с навигационной системой, матрично-светодиодные фары способны еще подсвечивать повороты. Оптика заранее меняет фокусировку до того, как водитель повернет руль и войдет в поворот.
«Хотите узнать, каким мы видим головной свет в 2030 году?», — спрашивает в конце технического семинара глава департамента светотехнических функций и инноваций Audi Штефан Берлитц.
На огромном экране появляется пока еще несуществующая модель Audi, над которой летит дрон с мощным лазерным проектором. «Если серьезно, то матрично-лазерные технологии сохраняют немалый потенциал. Мы будем использовать системы, получающие сигнал от видеокамер, для максимально точного управления светом. Там, где заканчивается наше собственное поле зрения, мы можем использовать технологии Car-to-X, то есть существует обмен информацией с другими автомобилями и объектами инфраструктуры», — рассказал Берлитц.
В Ингольштадте работают не только над совершенствованием головной оптики. Например, уже известно, что в ближайшем будущем фонари автомобилей будет светить не обычными диодами, а органическими. В световом модуле несколько органических светодиодных поверхностей расположены друг за другом. Такой модуль может создавать трехмерные эффекты.
Органические материалы представляют собой пасту, которую наносят на идеально ровную поверхность тонким слоем. Например, на отполированное стекло. При подаче электричества молекулы пасты излучают фотоны, а поверхность материала начинает светиться. В зависимости от того, как распределить электрический сигнал, свечение может быть либо равномерным, либо чередующимся.
Инженеры Audi рассказали еще об одной разработке – лазерных противотуманных фонарях. Благодаря лазерному диоду, свет которого направлен под углом к дороге, на асфальте проецируется красная полоса. При этом ширина полосы зависит от дистанции до следующего автомобиля. Например, на расстоянии 30 метров полоса примерно соответствует габаритам машины. Несмотря на готовность проекта, отправить изобретение в серию пока невозможно – существуют определенные проблемы с законодательством.
«В серию лазерные противотуманные фонари можно отправить хоть завтра, если бы не законодательство. Это не фонарь в привычном виде и не противотуманка, поэтому нам нужно сначала доказать преимущества этого изобретения, прежде чем нам дадут зеленый свет», — досадует глава департамента дизайна светотехнических приборов Мунтада Роуда.
Роман Фарботко
Врезная светодиодная оптика | Dually Flush Mount-серия, 4 светодиода, дальний янтарный свет
Описание оптики
Комплект светодиодной оптики с 4 светодиодами врезной установки, предназначенными для дальнего света янтарного цвета. Небьющиеся линзы, система выравнивания давления, прочное покрытие, алюминиевый штампованный корпус.
Особенности оптики
- Система выравнивания давления GORE
- Небьющиеся линзы из поликарбоната
- Алюминиевый штампованный корпус
- Прочное покрытие UV 3800 напылением полиэстера
- Электропроводка типа Plug & Play с герметичным разъемом Deutsch
- Входное напряжение 9-36 В
- Срок службы более 50 000 часов
- Степень защиты IP68
- Вибрация: сертифицированы по стандарту MIL810-STDG
- Защита от обратного напряжения
- Запатентованная гибридная оптика
- Рабочая температура: -40…+63 °C
- Защита электрооборудования от РЧ/ЭМ помех
- Интегрированная система теплового управления
- Повышенная светоотдача
- Общая площадь охлаждения больше, чем у любой другой фары такого же размера
- Сверхдальний свет с пиковой интенсивностью луча 93000 кд
Характеристики оптики
| Вес | 0,57 kg |
| Цвет корпуса | Черный |
| Цвет свечения | Янтарный |
| Кол-во светодиодов, шт | 4 |
| Оптическая система | Дальний свет (10°) |
| Общая светоотдача, лм | 1568 |
| Освещенность на расстоянии 10 м, люкс | 646 |
| Пиковая интенсивность луча, кд | 64600 |
| Мощность, Вт | 16 |
Особенности D-серии
Линейка светодиодных фар Rigid Industries D-серии представлена несколькими моделями:
— Dually (4 светодиода).
LED фары с гибридной оптикой: рабочий свет, дальний свет, ближний свет. Могут быть представлены в серии HD – с усиленным крепежом и дополнительными виброизоляторами.
— Dually D2 (6 светодиодов).
LED фары со спектральной оптикой: водительский свет, рабочий свет, широкий луч и фары сверхдальнего света (4 светодиода) со сверхузким концентрированным точечным лучом. Могут быть представлены в серии HD – с усиленным крепежом и дополнительными виброизоляторами.
— Dually XL (9 светодиодов).
LED фары с гибридной оптикой: рабочий свет, дальний свет, ближний свет.
— Dually D2 XL (12 светодиодов).
LED фары со спектральной оптикой: водительский свет, рабочий свет и фары сверхдальнего света (9 светодиода) со сверхузким (5º) концентрированным точечным лучом.
Светодиодные фары моделей Dually D2 имеют компактный прочный алюминиевый корпус, покрытый напылением из полиэстера, небьющиеся линзы из поликарбоната и малый вес. Малое энергопотребление и высокие технические характеристики позволяют использовать эти LED фары в различных сферах: фары для квадроциклов, фары для мотоциклов, фары для снегохода, фары для лодок и яхт (Marine версия), в качестве противотуманных фар на автомобили, как дополнительный свет на внедорожники, как фары заднего хода, освещение грузовой платформы пикапов.
Метод расчёта вторичной оптики светодиодов для автомобильных фар дальнего света Текст научной статьи по специальности «Физика»
МЕТОД РАСЧЕТА ВТОРИЧНОИ ОПТИКИ СВЕТОДИОДОВ ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ФАР ДАЛЬНЕГО СВЕТА
Бызов Е.В., Моисеев М.А., Досколович Л.Л.
Институт систем обработки изображений РАН, Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королёва (национальный исследовательский университет) (СГАУ)
Аннотация
В данной работе представлен аналитический метод расчёта оптического элемента, формирующего диаграмму направленности, удовлетворяющую требованиям для автомобильных фар дальнего света.
Оптический элемент состоит из коллиматора, работающего по принципу полного внутреннего отражения, и микролинзового массива, расфокусирующего световой пучок в горизонтальном направлении и создающего требуемое распределение интенсивности. В качестве примера был рассчитан и промоделирован с различными светодиодами оптический элемент, позволяющий формировать пучок дальнего света классов В, С, Б. Результаты моделирования показывают, что при размерах оптического элемента 33 * 23 мм достаточно 2 модулей для формирования пучка света классов В, С и 3 модулей — для пучка класса Б.
Ключевые слова: неизображающая оптика, геометрический расчёт оптики, оптический элемент, расчёт преломляющей поверхности, дальний свет, светодиод, поверхность свободной формы, Т1Я-оптика.
Введение
В последние годы в автомобильной промышленности чётко обозначился тренд перехода на светодиодные источники освещения. Светодиодными светотехническими устройствами комплектуется, как правило, премиальный сегмент автомобилей, что связано, в частности, с высокой сложностью разработки вторичной оптики светодиодов, отвечающей за перенаправление светового потока и формирование необходимого светового распределения.
Вторичная оптика светодиодов представляет собой оптические элементы с преломляющими или отражающими поверхностями, устанавливаемые непосредственно над источником излучения. Задача расчёта такого оптического элемента из условия формирования заданного светового распределения является крайне сложной. Даже в случае точечного источника и единственной рабочей преломляющей поверхности данная задача сводится к решению нелинейного дифференциального уравнения второго порядка в частных производных эллиптического типа (Монже-Ам-пера) [1-4]. Аналитические решения данного уравнения известны только для некоторых тривиальных случаев с осевой или цилиндрической симметрией [5-7].
Для создания сложных несимметричных свето-
вых распределений используются поверхности свободной формы, требующие использования при расчёте итерационных процедур [8-11].
В данной работе представлен аналитический метод расчёта оптического элемента, формирующего диаграмму направленности для автомобильных фар дальнего света. Оптический элемент состоит из коллиматора, работающего по принципу полного внутреннего отражения, и микролинзового массива, расфокусирующего световой пучок в горизонтальном направлении и создающего требуемое распределение интенсивности.
1. Расчёт оптического элемента
Согласно требованиям ООН ЕЭК Я113, проверка распределения интенсивности, формируемого фарой дальнего света, проводится путём измерения силы света в ряде направлений и последующего сравнения полученных значений с эталонными. В табл. 1 приведены контрольные направления и диапазоны допустимых значений интенсивности. Угловые координаты в табл. 1 указаны в соответствии с установкой гониометра, при которой горизонтальная ось («подъёма») фиксируется по уровню грунта, а вторая, подвижная, ось («поворота») перпендикулярна зафиксированной горизонтальной оси.
Таблица 1. Контрольные направления и диапазоны допустимых значений интенсивности
Номер испытательной точки Угловые координаты испытательных точек Требуемая сила света, кд
Класс В Класс С Класс В
МИН. МАКС. МИН. МАКС. МИН. МАКС.
1 Ы-У 16 000 — 20 000 — 30 000 —
2 Ы-2,5°Я и 2,5°Ь 9 000 — 10 000 — 20 000 —
3 Ы-5°Я и 5°Ь 2 500 — 3 500 — 5 000 —
4 Ы-9°Я и 9°Ь — — 2 000 — 3 400 —
5 Ы-12°Я и 12°Ь — — 600 — 1 000 —
6 2°и-У — — 1 000 — 1 700 —
Минимальная пиковая интенсивность 20 000 — 25 000 — 40 000 —
Максимальная пиковая интенсивность — 215 000 — 215 000 — 215 000
Анализ требований, представленных в табл.
1, показывает, что удовлетворительным считается распределение интенсивности, близкое к сколлимированно-му и немного вытянутое в горизонтальном направлении. Распределение интенсивности такого рода может быть сформировано оптическим элементом, состоящим из коллиматора и микрорельефа, корректирующего плоский пучок (рис. 1). В данной работе для эффективного коллимирования светового пучка предлагается использовать оптический элемент, работающий по принципу полного внутреннего отражения (так называемую Т1Я-оптику).
С D
Рис. 1. Профиль оптического элемента, состоящего из коллиматора и микрорельефа, корректирующего плоский пучок
Рассмотрим подробнее конструкцию элемента, приведённого на рис. 1. Часть AB внутренней преломляющей поверхности работает по принципу преломления, её профиль является гиперболой и определяется следующим выражением [6]: n _ 1
Гав (y) = Ro—, (1)
n cos y_ 1
где n — показатель преломления оптического элемента, а R0 — расстояние от источника до внутренней поверхности вдоль оси Oz.
Поверхность BC является частью конуса, профиль которого описывается в полярных координатах как cos (jB — a)
•(фН
(2)
cos (j_a)
где rB — расстояние от источника до точки B, фв — угол между отрезком OB и осью Ox, a — угол наклона конической поверхности, а ф — угол между радиус-вектором гвс(ф) и осью Ox. Преломляясь на этой поверхности, лучи отклоняются от оси Oz, что позволяет уменьшить размер оптического элемента.
После преломления на поверхности BC лучи испытывают полное внутреннее отражение на части профиля EF, которая также рассчитывается аналитически [12] с помощью следующего выражения:
Гс _ rBC (1 _ n sin j) + lcEn (1 _ sin go )
i (j) = :
n (1 — sin g)
(3)
где l (j) — расстояние, которое проходит преломлённый на поверхности BC луч до поверхности EF, rC = rBC (0) — расстояние от источника до точки C, lCE — расстояние между точками C и E, определяющее
размер части профиля EF, g = a + arcsinj—a — угол
n
между преломлённым лучом и осью Ox, g0 = g(0) —
угловая координата луча, вышедшего из источника в горизонтальном направлении, после преломления.
Выражения (1)-(3) в явном виде описывают профиль линзы, работающей по принципу полного внутреннего отражения и формирующей плоский световой пучок при точечном источнике излучения. Отметим, что данный световой пучок имеет неравномерное распределение освещённости вдоль оси Ox. Для небольшой расфокусировки такого пучка вдоль оси Ox можно использовать массив микролинз с профилем z(x) (рис. 1), экструдированным в направлении оси Oy.
Профиль микролинзы может быть рассчитан интегрированием следующего дифференциального уравнения, разрешённого относительно производной [13]: dz sin В( x)
— =- v ‘ , (4)
dx n — cos b( x)
где b( x) — так называемая функция лучевого соответствия, определяющая связь между координатой x падающего на преломляющую поверхность луча и угловой координатой b преломлённого луча (рис.
ln
v ‘ k
n — cos kx
n -1
+ z„
(7)
где z0 — высота профиля при x = 0.
Выражение (7) в явном виде представляет профиль микролинзового массива, формирующего изотропное по оси Ox распределение интенсивности с заданным угловым размером при падающем световом пучке с равномерным распределением освещённости.
2. Результаты моделирования
С помощью выражений (1)-(3), (7) был рассчитан оптический элемент, трёхмерный вид которого приведён на рис. 2. Его высота составляет 23 мм, диаметр — 33 мм. При расчёте использовались следующие параметры: R0 -5 мм, n — 1,493 (соответствует показателю преломления полиметилметакрилата), фв — 63°, а — 2°, lCE — 1 мм. Параметр R0 был выбран достаточно большим, так как размер оптического элемента напрямую влияет на степень кол-лимирования светового пучка. Микролинзовый массив рассчитан из условия расфокусирования коллимирован-ного светового пучка в линейную диаграмму направленности с угловым размером 10°.
На рис. 3-6 в порядке возрастания размера излучающего тела приведены результаты моделирования рассчитанного оптического элемента со светодиода-ми Cree® XP-C, XP-E, XP-G2, XM-L2. Все результаты получены при стандартном световом потоке в 100 лм от источника.
Рис. 2. Изображение трёхмерной модели оптического элемента, позволяющего формировать пучок дальнего света автомобиля
Необходимо отметить, что при небольшом размере чипа светодиода формируемая диаграмма направленности наиболее близка к линейной, а значения силы света в контрольных точках максимальны.
Рис. 3. Результаты моделирования оптического элемента, изображённого на рис. 2, со светодиодом Cree® XP-C: а) полутоновое распределение освещённости, б) профили распределения освещённости
Увеличение размера чипа ведёт к «размытию» диаграммы направленности и уменьшению значений силы света в контрольных точках. При этом модели свето-диодов с большим размером чипа позволяют извлечь больший световой поток, таким образом позволяя скомпенсировать невысокие значения силы света для данного приложения. Например, максимальный световой поток светодиода Cree® XP-C составляет всего лишь 138 лм, в то время как Cree® XM-L2 позволяет извлечь до 1052 лм. Тем не менее выбор между компактным чипом с высокой эффективностью формирования линейной диаграммы направленности и большим чипом с высоким световым потоком остаётся неочевидным.
В табл. 2 приведено сравнение силы света в контрольных точках для различных светодиодов, а также количества светодиодных модулей, необходимых для удовлетворения требованиям ООН ЕЭК Я113 в классах В, С, Б.
Стоит отметить, что световой пучок, вышедший из светодиодного модуля, попадает на плоскопараллельное стекло фары автомобиля, которое может быть расположено под углом к горизонту.
При расчёте количества модулей, используемых в фаре автомобиля, необходимо учесть, что это стекло может поглощать порядка 9-10 % светового потока.
7,0011 20
0,75В ЮУ
0,50 В 0
0,25 —
a)
0,75
0,50
0,25
О1—1
I/ ч\
h Л
i г
i i
б)
О — -20
-10
0
10
Рис.
max Класс B Класс C Класс D
XP-C 6 500/ 8 970 6 000 / 8 280 3 050 / 4 209 50 / 69 0 / 0 4 000 / 5 520 6 500 / 8 970 3 — —
XP-E 4 900 / 14 259 4 100 / 11 931 2 050 / 5 965 200 / 582 50 / 145 3 800 / 11 058 4 900 / 14 259 2 5 7
XP-G2 3 350 / 16 348 2 800 / 13 664 1 750 / 8 540 400 / 1 952 70 / 341 2 750 / 13 420 3 350 / 16 348 2 2 3
XM-L2 1 800 / 18 936 1 700 / 17 884 1 200 / 12 624 450 / 4 734 150 / 1 578 1 650 / 17 358 1 800 / 18 936 2 2 3
Результаты сравнения в табл. 2 показывают, что при проектировании фары дальнего света класса B наиболее приемлемым является использование светодиода Cree® XP-E, в этом случае для формирования требуемой диаграммы направленности достаточно двух светодиодных модулей. При создании фар более высокого класса оптимальным является использование светодиодов XP-G2 или XM-L2 ввиду необходимости широкой засветки в области 12° на горизонтальной оси.
Заключение
В данной работе приведены полученные аналитические выражения для расчёта оптических элементов светодиодов, формирующих диаграммы направленности, удовлетворяющие требованиям для автомобильных фар дальнего света (ООН ЕЭК R113). В качестве примера был рассчитан и промоделирован с различными светодиодами оптический элемент, позволяющий формировать пучок дальнего света классов B, C, D. Результаты моделирования показывают, что при размерах оптического элемента 33*23 мм достаточно 2 модулей для формирования пучка классов B, C и 3 модулей — для пучка класса D.
Благодарности
Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ 13-07-97001-р_поволжье_а, 14-07-31135-мол_а, 14-07-00339-а.
Литература
1. Guan, P. On a Monge-Ampere equation arising in geometric optics / P. Guan, X.-J. Wang // Journal of Differential Geometry. — 1998. — Vol. 48(2). — P. 205-223.
2. Oliker, V.I. Geometric and variational methods in optical design of reflecting surfaces with prescribed irradiance properties / V.I. Oliker // SPIE Proceedings. — 2005. -Vol. 5942. — P. 594207.
3. Parkyn, W.A Illumination lenses designed by extrinsic differential geometry / W.A. Parkyn // SPIE Proceedings. -1998. — Vol. 3482. — P. 389-396.
4. Kirkilionis, M. Trends in Nonlinear Analysis / M. Kirkili-onis, S. Kromker, R. Rannacher, F. Tomi. — Berlin: Springer, 2003. — P. 193-224.
5. Kusch, O. Computer-aided optical design of illumination and irradiating devices / O. Kusch — Moscow: «ASLAN» Publishing House, 1993. — 192 p.
6. Досколович, Л.Л. Расчёт радиально-симметричных преломляющих поверхностей с учётом френелевских потерь / Л.Л. Досколович, М.А. Моисеев // Компьютерная оптика. — 2008. — Т. 32, № 2. — С. 201-203.
7. Досколович, Л.Л. Расчёт преломляющих оптических элементов для формирования диаграммы направленности в виде прямоугольника / Л.Л. Досколович, М.А. Моисеев // Оптический журнал. — 2009. — Т. 76, № 7. — С. 70-76.
8. Zhenrong, Zh. Freeform surface lens for LED uniform illumination / Zh. Zhenrong, H. Xiang, L. Xu // Applied Optics. — 2009. — Vol. 48(35). — P. 6627-6634.
9. Jiang, J. Optical design of a freeform TIR lens for LED streetlight / J. Jiang, S. To, W.
B. Lee, B. Cheung // Optik. -2010. — Vol. 121. — P. 1761-1765.
10. Vazquez-Molini, D. High-efficiency light-emitting diode collimator / D. Vazquez-Molini, M. Gonzalez-Montez, A. Alvarez, E. Bernabeu // Optical Engineering. — 2010. -Vol. 49(12). — P. 123001.
11. Parkyn, B. Free-form illumination lens designed by a pseudo-rectangular lawnmower algorithm / B. Parkyn, D. Pelka // SPIE Proceedings. — 2006. — Vol. 6338. — P. 633808.
12. Elmer, W.B. Optical design of reflectors / W.B. Elmer // Applied Optics. — 1978. — Vol. 17(7). — P. 977-979.
13. Moiseev, M.A. Design of TIR optics generating the prescribed irradiance distribution in the circle region / M.A. Moiseev, L.L. Doskolovich // Journal of the Optical Society of America A. — 2012. — Vol. 29(9). — P. 1758-1763.
References
1. Guan, P. On a Monge-Ampere equation arising in geometric optics / P. Guan, X.-J. Wang // Journal of Differential Geometry. — 1998. — Vol. 48(2). — P. 205-223.
2. Oliker, V.I. Geometric and variational methods in optical design of reflecting surfaces with prescribed irradiance properties / V.I. Oliker // SPIE Proceedings. — 2005. -Vol. 5942. — P. 594207.
3. Parkyn, W.A Illumination lenses designed by extrinsic differential geometry / W.A. Parkyn // SPIE Proceedings. -1998. — Vol. 3482. — P. 389 396.
4. Kirkilionis, M. Trends in Nonlinear Analysis / M. Kirkili-onis, S. Kromker, R. Rannacher, F. Tomi. — Berlin: Springer, 2003. — P. 193-224.
5. Kusch, O. Computer-aided optical design of illumination and irradiating devices / O.
Kusch — Moscow: «ASLAN» Publishing House, 1993. — 192 p.
6. Doskolovich, L.L. Design of radially-symmetrical refractive surface taking into account Fresnel loss / L.L. Doskolovich, M.A. Moiseev // Computer Optics. — 2008. — Vol. 32(2). -P. 201-203. — (In Russian).
7. Doskolovich, L.L. Calculations for refracting optical elements for forming directional patterns in the form of a rectangle / L.L. Doskolovich, M.A. Moiseev // Journal of Optical Technology. — 2009. — Vol. 76(7). — P. 70-76. -(In Russian).
8. Zhenrong, Zh. Freeform surface lens for LED uniform illumination / Zh. Zhenrong, H. Xiang, L. Xu // Applied Optics. — 2009. — Vol. 48(35). — P. 6627-6634.
9. Jiang, J. Optical design of a freeform TIR lens for LED streetlight] / J. Jiang, S. To, W.B. Lee, B. Cheung // Optik. -2010. — Vol. 121. — P. 1761-1765.
10. Vazquez-Molini, D. High-efficiency light-emitting diode collimator / D. Vazquez-Molini, M. Gonzalez-Montez, A. Alvarez, E. Bernabeu // Optical Engineering. — 2010. -Vol. 49(12). — P. 123001.
11. Parkyn, B. Free-form illumination lens designed by a pseudo-rectangular lawnmower algorithm / B. Parkyn, D. Pelka // SPIE Proceedings. — 2006. — Vol. 6338. — P. 633808.
12. Elmer, W.B. Optical design of reflectors / W.B. Elmer // Applied Optics. — 1978. — Vol. 17(7). — P. 977-979.
13. Moiseev, M.A. Design of TIR optics generating the prescribed irradiance distribution in the circle region / M.A. Moiseev, L.L. Doskolovich // Journal of the Optical Society of America A. — 2012. — Vol. 29(9). -P. 1758-1763.
METHOD FOR COMPUTATION OF LED SECONDARY OPTICS FOR AUTOMOTIVE HEADLIGHT
E.
V. Byzov, M.A. Moiseev, L.L. Doskolovich Image Processing Systems Institute, Russian Academy of Science, Samara State Aerospace University
Abstract
We propose a new analytical method for the calculation of an optical element that forms the intensity distribution in compliance with the requirements for automotive-beam headlamps. The optical element consists of a collimator, operating on the principle of total internal reflection (TIR), and a microlens array, creating the required intensity distribution. As an example, an optical element producing the headlight beam of classes B, C, D is presented. With an optical element of size 33 x 23 mm, it is enough to use two modules to generate a headlight beam of classes B, C and three modules for a headlight beam of class D.
Key words: geometric optical design, nonimaging optics, light-emitting diodes, optical element, refractive surface design, headlight, free-form surface, TIR-optics.
Сведения об авторах
Бызов Егор Владимирович, 1988 года рождения. В 2014 году с отличием окончил магистратуру Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королёва (СГАУ) по направлению «Прикладные математика и физика». В списке научных работ Е.В. Бызова 9 публикаций и 1 авторское свидетельство.
E-mail: [email protected] .
Egor Vladimirovich Byzov (b. 1988) graduated with honors (2014) from Samara State Aerospace University named after S.P. Korolyov (SSAU), majoring in Applied Mathematics and Physics. He is co-author of 9 scientific papers and 1 patent.
Моисеев Михаил Александрович, 1986 года рождения, в 2008 году с отличием окончил Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.
П. Королёва (СГАУ) по специальности 010600 «Прикладные математика и физика». Кандидат физико-математических наук (2011 год), работает научным сотрудником в лаборатории дифракционной оптики Института систем обработки изображений РАН (ИСОИ РАН). Является членом международного научного общества SPIE. М.А. Моисеев — специалист в области решения обратных задач геометрической оптики. В списке научных работ М.А. Моисеева 23 статьи и 7 авторских свидетельств. Homepage: http://www.ipsi.smr.ru/staff/MoiseevM.htm . E-mail: [email protected] .
Mikhail Alexandrovich Moiseev (b. 1986) graduated with honors (2008) from Samara State Aerospace University named after S.P. Korolyov (SSAU), majoring in Applied Mathematics and Physics. He received his Philosophy Degree in Physics and Mathematics (2011) from Samara State Aerospace University. He is a researcher in Diffraction Optics laboratory of the Image Processing Systems Institute of the RAS (IPSI RAS). He is a SPIE-member. He is co-author of 23 scientific papers and 7 inventions and patents. His current research interests include nonimaging optics.
Сведения об авторе Досколович Леонид Леонидович — см. стр. 597 этого номера.
Поступила в редакцию 17 сентября 2014 г.
Светодиодная оптика: устройство, принцип работы, характерные отличия
Светодиодная оптика набирает популярность с каждым днем. Попрощаться с привычными лампочками уже успели всемирно известные производители авто, такие как Audi, Mercedes,Volkswagen, BMW, Corvette, Lexus. Новые модели этих марок представлены со светодиодной оптикой, которая может работать во всех известных режимах: дальний и ближний свет, габаритные огни, дневные ходовые огни.
Как это работает?
Светодиодная фара устроена из нескольких секций:
1. Статичный ближний свет.
Диоды в этой секции освещают отрезок дороги непосредственно перед авто, выполняя функцию противотуманной оптики.
2. Дальний свет. Секции дальнего света содержат около 20 диодов, которые могут менять интенсивность света.
3. Активный ближний свет. Предусмотрено несколько диодов, может функционировать как переход от статичного ближнего света к активному дальнему.
4. Фокусирующая линза, которая преломляет свет диодов в один пучок.
5. Отражатели, исполняющие функцию рационального распределителя светового потока.
Сама фара работает в зависимости от режима. В определенной секции включаются светодиоды и благодаря линзе, свет преломляют в определенный пучок.
Высокая цена на LED фары: стоит ли игра свеч?
За установку LED оптики, производители могут потребовать от нескольких сотен долларов. Многие водители задаются вопросом, стоит ли менять привычные ксеноновые или галогенные фары, на светодиодные и не окажется молва о их качестве слишком раздутой. Ответить на этот вопрос можно лишь опытным путём, ведь для каждого свои критерии оценки качества.
Почему стоит обратить внимание на светодиодные фары:
- Создатели LED оптики обещают 10 000 часов использования, в то время как галогенные фары проработают всего 850 часов.
- Экономичность потребления скажется и на расходе топлива: сберечь можно до 25%.
- Вероятность поломки светодиодной оптики ничтожно мала и производители дают всевозможные гарантии в случае поломки или деформации деталей.
- Система программного оснащения, которая позволяет обезопасить водителя, встречные авто и пешеходов.
- Каждый светодиод потребляет 0.1 А. В итоге, имеются следующие цифры: LED фары потребляют около 15 Вт, в то время как ксеноновые требуют 25 Вт.
Умные фары
Разработанные Audi светодиодные фары признаны новым этапом в технологиях автомобильной оптики. Данный тип оптики оснащен «интуитивным» программным оснащением, основной задачей которого является регулирование пучка света в зависимости от обстоятельств.
Обзор обеспечивается благодаря камере, навигационным системам и прочим датчикам в автомобиле.
Если по встречной полосе едет авто, система может изменить интенсивность света или создать «темную зону», что происходит за счет включения/отключения определенных диодов.
В конечном итоге, разработчики Audi получили систему, которая самостоятельно распознаёт автомобили и пешеходов на дороге, меняя интенсивность и площадь освещения.
Следовать за новейшими технологиями или нет — выбор каждого, но быть в курсе новейших разработок обязаны все.
Источник: farainfo.ru
Дополнительная оптика HELLA в Москве, цена, отзывы
Настоящим я выражаю свое согласие ООО «Автоапгрейд» (ОГРН 5117746042090, ИНН 7725743662) при оформлении Заказа товара/услуги на сайте www.autobam.ru в целях заключения и исполнения договора купли-продажи обрабатывать — собирать, записывать, систематизировать, накапливать, хранить, уточнять (обновлять, изменять), извлекать, использовать, передавать (в том числе поручать обработку другим лицам), обезличивать, блокировать, удалять, уничтожать — мои персональные данные: фамилию, имя, номера домашнего и мобильного телефонов, адрес электронной почты.
Также я разрешаю ООО «Автоапгрейд» направлять мне сообщения информационного характера о товарах и услугах ООО «Автоапгрейд», а также о партнерах.
Согласие может быть отозвано мной в любой момент путем направления ООО «Автоапгрейд» письменного уведомления по адресу: 115191, г. Москва, ул. Большая Тульская, д. 10.
Конфиденциальность персональной информации
1. Предоставление информации Клиентом:
1.1. При оформлении Заказ товара/услуги на сайте www.autobam.ru (далее — «Сайт») Клиент предоставляет следующую информацию:
— Фамилию, Имя, Отчество получателя Заказа товара/услуги ;
— адрес электронной почты;
— номер контактного телефон;
— адрес доставки Заказа (по желанию Клиента).
1.
2. Предоставляя свои персональные данные, Клиент соглашается на их обработку (вплоть до отзыва Клиентом своего согласия на обработку его персональных данных) компанией ООО «Автоапгрейд» (далее – «Продавец»), в целях исполнения Продавцом и/или его партнерами своих обязательств перед Клиентом, продажи товаров и предоставления услуг, предоставления справочной информации, а также в целях продвижения товаров, работ и услуг, а также соглашается на получение информационных сообщений. При обработке персональных данных Клиента Продавец руководствуется Федеральным законом «О персональных данных» и локальными нормативными документами.
1.2.1. Если Клиент желает уничтожения его персональных данных в случае, если персональные данные являются неполными, устаревшими, неточными, либо в случае желания Клиента отозвать свое согласие на обработку персональных данных или устранения неправомерных действий ООО «Автоапгрейд» в отношении его персональных данных то он должен направить официальный запрос Продавцу по адресу: 115191, г. Москва, ул. Большая Тульская, д. 10.
1.3. Использование информации предоставленной Клиентом и получаемой Продавцом.
1.3.1 Продавец использует предоставленные Клиентом данные в целях:
-
обработки Заказов Клиента и для выполнения своих обязательств перед Клиентом;
-
для осуществления деятельности по продвижению товаров и услуг;
-
оценки и анализа работы Сайта;
-
определения победителя в акциях, проводимых Продавцом;
-
анализа покупательских особенностей Клиента и предоставления персональных рекомендаций;
-
информирования клиента об акциях, скидках и специальных предложениях посредством электронных и СМС-рассылок.
1.3.2. Продавец вправе направлять Клиенту сообщения информационного характера. Информационными сообщениями являются направляемые на адрес электронной почты, указанный при Заказе на Сайте, а также посредством смс-сообщений и/или push-уведомлений и через Службу по работе с клиентами на номер телефона, указанный оформлении Заказа, о состоянии Заказа, товарах в корзине Клиента.
2. Предоставление и передача информации, полученной Продавцом:
2.1. Продавец обязуется не передавать полученную от Клиента информацию третьим лицам. Не считается нарушением предоставление Продавцом информации агентам и третьим лицам, действующим на основании договора с Продавцом, для исполнения обязательств перед Клиентом и только в рамках договоров. Не считается нарушением настоящего пункта передача Продавцом третьим лицам данных о Клиенте в обезличенной форме в целях оценки и анализа работы Сайта, анализа покупательских особенностей Клиента и предоставления персональных рекомендаций.
2.2. Не считается нарушением обязательств передача информации в соответствии с обоснованными и применимыми требованиями законодательства Российской Федерации.
2.3. Продавец получает информацию об ip-адресе посетителя Сайта www. autobam.ru и сведения о том, по ссылке с какого интернет-сайта посетитель пришел. Данная информация не используется для установления личности посетителя.
2.4. Продавец не несет ответственности за сведения, предоставленные Клиентом на Сайте в общедоступной форме.
2.5. Продавец при обработке персональных данных принимает необходимые и достаточные организационные и технические меры для защиты персональных данных от неправомерного доступа к ним, а также от иных неправомерных действий в отношении персональных данных.
|
| |||||||||||||||||||
Дизайн световозвращающей оптики для светодиодной фары дальнего света мотоциклов
Мы предлагаем дизайн световозвращающей оптики для светодиодной лампы дальнего света мотоцикла. Мы устанавливаем измерительный экран как эллиптическую зону и разделяем его на множество маленьких решеток, а также делим пространственный угол источника светодиода на множество частей и устанавливаем взаимосвязи между ними. Согласно закону сохранения энергии и закону Снеллиуса, отражатель создается методом проектирования оптики произвольной формы. Затем оптическая система моделируется методом Монте-Карло с использованием программного обеспечения ASAP.Световой рисунок моделирования может соответствовать стандарту. Фара дальнего света наконец изготовлена и собрана в физический объект. Результаты экспериментов могут полностью соответствовать правилам Европейской экономической комиссии Организации Объединенных Наций (ЕЭК) по транспортным средствам R113, редакция 2 (класс C).
1. Введение
С развитием светодиодной технологии ее оптическая эффективность становится все выше и выше. Сообщается, что недавно компания Cree объявила, что экспериментальная оптическая эффективность их белых светодиодов достигла 300 лм / Вт.А с развитием материалов его теплопроводность больше не будет серьезной проблемой. Преимущества светодиодов в продолжительности жизни, высокой оптической эффективности, экономии энергии, хорошей надежности, быстрой реакции, небольшом размере, хорошем термическом сопротивлении и снижении затрат будут способствовать широкому применению светодиодов во всех отраслях промышленности.
В некоторых литературных источниках сообщается об исследованиях светодиодных автомобильных фар [1–13]. Однако большинство из них представляли только результаты моделирования. И, насколько нам известно, мы не нашли литературы о применении светодиодов в фарах мотоциклов.В данной статье мы предлагаем дизайн светодиодной фары дальнего света на основе световозвращающей оптики. Мы используем метод создания сетки для разделения диаграммы направленности на измерительном экране в соответствии с правилами Европейской экономической комиссии Организации Объединенных Наций (ECE) R113, редакция 2 (класс C) [14]. Затем мы делим пространственный угол светодиодного источника согласно принципу сохранения энергии. Наконец, мы используем закон Снеллиуса, чтобы получить поверхность отражателя произвольной формы. Лучи, излучаемые светодиодным источником, будут перераспределяться отражателем произвольной формы.Путем регулировки параметров коэффициента световая диаграмма фары дальнего света будет соответствовать стандарту ECE R113, редакция 2.
2. Методология
В соответствии со стандартом ECE R113, редакция 2 (класс C) распределение света фар дальнего света должно быть достаточно освещения в контрольных точках [14]. Центральная точка плоскости освещения должна находиться в зонах максимальной освещенности. Длинная эллиптическая диаграмма направленности будет сформирована оптикой фары дальнего света, как показано на рисунке 1.Источник светодиода расположен в центре отражателя. Излучающая поверхность светодиода параллельна измерительной плоскости. Большая часть лучей, излучаемых светодиодным источником, отражается от внутренней поверхности в направлении измерительного экрана. Другая часть лучей попадает прямо в измерительную плоскость.
Расстояние между светодиодным источником и измерительным экраном устанавливается в метрах. Общий световой поток составляет. Центр интенсивности равен. Мы выбираем центр светодиодного чипа в качестве исходной точки декартовых координат, как показано на рисунке 2.Излучающая поверхность светодиодного чипа выполнена плоской. — ось вертикальна плоскости и проходит через исходную точку. Самолет горизонтальный. Плоскость, параллельная плоскости и пересекающая ось в точке, называется плоскостью измерения. Расстояние между точкой и точкой — 25 метров. Точка — это центр экрана измерения. Угол — это угол между излучающими лучами и положительной осью. — угол между осью -осью и проекцией излучающих лучей на плоскость. — это угол между осью-осью и линией, соединяющей любые точки на плоскости измерения и точке.
Затем задаем зоны измерения в виде эллипса. Большая полуось равна, а малая полуось. Дискретизируем координаты измерительного экрана. Большая полуось и малая полуось разделены на части. и представляют собой ту часть деления, в которой. Мы рисуем эллипс с центром плоскости освещения в качестве центра эллипса, а также в качестве большой полуоси и малой полуоси. Таким образом, плоскость освещения разделяется на эллиптические ленты.Затем () делится на сегменты и представляет собой часть деления. На измерительном экране лучи, исходящие из и образующие угол с осью, делят каждую эллиптическую ленту на сегменты, как показано на рисунке 3. Таким образом, плоскость освещения делится на маленькие решетки.
Рассматривая уравнение эллипса в полярных координатах, как показано на рисунке 4, эллипс может быть выражен как расстояние между эллипсом и начальной точкой.Так можно выразить как Площадь в полярных координатах можно выразить как Так площадь некоторой ленты на рисунке 4 выражается как Энергия каждой решетки выражается как в которой представляет значение освещенности. Мы устанавливаем предварительно определенное значение в соответствии с Регламентом ECE R113, редакция 2. Используется для управления значением определенных зон в плоскости освещения, чтобы сформировать заданное распределение света, в котором. Значение должно определяться исходя из требований интенсивности освещения.Для самых ярких областей следует выбирать от 0,9 до 1, а для самых темных — от 0 до 0,1.
Соответственно дискретизируется пространственный угол той части светодиодного источника, которая участвует в распределении дальнего света. Делим на части. представляет собой часть и соответствует и. Аналогично делим на части. представляет собой часть и соответствует и. Перед отражением световой поток каждого угла составляет
. Поскольку расстояние между источником светодиода и целевой плоскостью слишком велико, то есть 25 метров, освещение, вызванное прямым излучением от источника, на самом деле очень мало.Поэтому мы опускаем эту часть. Принцип сохранения энергии выражается как
Комбинируя с приведенным выше уравнением (1) — (3), мы можем решить и.
Затем мы можем решить векторы нормалей точек на вышеуказанных поверхностях кривых. Касательные линии можно рассчитать по нормальным векторам. Наконец, координаты на кривых могут быть решены путем вычисления касательных линий, пересекающихся с падающими линиями. Векторная форма закона преломления представлена как единичный вектор падающих линий, единичный вектор исходящих лучей, нормальный вектор.Показатель преломления в рефлексивной системе составляет.
На рисунке 5 (a), это угол между осью-осью и линией, которая пересекает центр источника светодиода и край отражателя. Рассмотрим в качестве примера лучи с углом. Поскольку рефлектор симметричен относительно оси -оси, мы только рассматриваем. представляет собой угол между осью -м и -м лучом, падающим на отражатель, в котором. означает расстояние между центром светодиодного источника и точкой на отражателе, когда координата равна нулю.на рисунке 5 (б) означает расстояние между центром плоскости мишени и краевой точкой, соответствующей лучам с углом и. Полученное нами В процессе расчета мы должны инициализировать параметры, такие как апертура нижнего поля трапеции. Устанавливаем большую полуось, малую полуось,,,, и. И мы устанавливаем как конечное условие итерационного процесса. Граничные кривые отражателя могут быть зафиксированы в соответствии с начальными точками, как показано на Рисунке 6 (а). Затем вся поверхность произвольной формы может быть рассчитана по точкам на граничных кривых.Поверхность отражателя может быть создана путем подъема дискретных точек, введенных в программное обеспечение для механического моделирования, как показано на рисунке 6 (b). Путем зеркального отображения мы получаем весь отражатель, как показано на рисунке 6 (c). На рисунке 6 (d) показаны полные кривые произвольной формы на отражателе. Наконец, объект и размер отражателя такие, как показано на рисунке 7. Высота отражателя составляет 43,5 мм, а апертура отражателя — 38,62 мм.
3. Моделирование
Рефлектор вводится в программу оптического моделирования, которая отслеживает лучи с помощью метода Монте-Карло.Мы выбрали LUW Q9WP производства Osram Corporation в качестве источника светодиода и установили общий поток одного светодиодного чипа равным 300 лм. Чтобы получить необходимое полное освещение, мы используем три одинаковых светодиодных чипа в качестве источника и три таких же отражателя в качестве оптики. Таким образом, общий поток при моделировании составляет 900 лм. Распределение освещенности измеряется на плоскости в 25 метрах перед светодиодным источником. Общая освещенность измерительного экрана составляет 792,9 лм. Таким образом, оптическая эффективность составляет около 88%. Настраиваем, чтобы получить идеальные световые пятна.Оптическая схема для моделирования показана на рис. 8. Результат моделирования показан на рис. 9. Световые диаграммы соответствуют норме ECE R113, редакция 2 (класс C).
4. Эксперименты
Наконец, спроектированный объект был обработан и изготовлен в форму для экспериментальных испытаний, как показано на рисунке 10. Путем гальваники и сборки мы собрали оптическую систему мотоцикла, как показано на рисунке 11. Итого мощность дальнего света составляет 9 Вт, включая три модели светодиодных чипов.Затем он был измерен системой LMT-400 в авторитетной испытательной организации, расположенной в городе Гуанчжоу. Конфигурация теста показана на рисунке 12 (а). Распределение света показано на рисунке 12 (б). Результаты измерений показаны в таблице 1. Все контрольные точки соответствуют требованиям стандарта ECE R113, редакция 2 (класс C).
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
5. Заключение
В заключение, мы разработали светодиодную фару дальнего света для мотоциклов на основе отражателя произвольной формы. Результаты моделирования и экспериментов показывают, что наша фара соответствует требованиям стандарта ECE R113, редакция 2 (класс C).Оптическая система проста в изготовлении. Его можно широко использовать в фарах мотоциклов для светодиодных источников.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.
Выражение признательности
Эта работа была поддержана Программой исследований и разработок ключевых технологий провинции Гуандун (№№ 2009A080301013, 2010A080402009), Специальными фондами стратегических развивающихся отраслей провинции Гуандун (№ 2012A080304015), Программой исследований и разработок ключевых технологий города Гуанчжоу ( №2010U1-D00221, 2011Y5-00006) и Национального фонда естественных наук Китая (№ 61404050), Фонды фундаментальных исследований для центральных университетов (№ 2014ZM0036).
(PDF) Дизайн отражающей оптики для светодиодных фар дальнего света мотоциклов
e Scientic World Journal
Re fl ector
LED
𝛼
𝜑i
h
r
r 9000 𝜃𝑗
L𝜃𝑗
r𝜃𝑗
(a)
x
y
𝜃j
r (i) 𝜃𝑗
r (i) 𝜃0
(b)
F : Эскиз рефлектора.
Энергия каждой решетки выражается как
𝑄 = ⋅𝑖𝑗
⋅𝜔𝑗
𝜔𝑗 − 1
1
2⋅ 𝑖2⋅𝑖2
cos2⋅𝑖2 + sin2 ⋅𝑖2
−𝑖 − 12⋅𝑖 − 12
cos2⋅𝑖 − 12 + sin2⋅𝑖 − 12,
()
, в котором ⋅
𝑖𝑗 представляет значение освещенности. Мы устанавливаем
предустановленное значение в соответствии с Регламентом ECE R
, редакция . 𝑖𝑗 используется для управления значением конкретных зон
в плоскости освещения для формирования заданного распределения света
, в котором 0≤
𝑖𝑗 ≤1.Evalueof 9 должно быть
определяется в зависимости от требований интенсивности освещения.
Для самых ярких областей следует выбрать 𝑖𝑗 между . и
, а для самых темных областей следует выбрать 𝑖𝑗 между
и ..
Соответственно, мы дискретизируем пространственный угол части
светодиодного источника, которая участвует в распределении дальнего света
. Мы делим на части. Представляет собой -ю часть
и соответствует 𝑖и.Аналогично делим 000
на части. Представляет-ю часть и соответствует
𝑗и. Перед отражением световой поток каждого угла равен
𝑞 = 𝜃𝑗
𝜃𝑗 − 1 𝜙𝑖
𝜙𝑖 − 1 0⋅cos ⋅sin . ()
Поскольку расстояние между источником светодиода
и целевой плоскостью
слишком велико, то есть метра, освещение
, вызванное прямым излучением от источника, на самом деле очень мало. Поэтому мы опускаем эту часть.Принцип сохранения энергии
выражается как
𝑄 = 𝑞. ()
Комбинируя с приведенным выше уравнением () — (we), мы можем вычислить
𝑖 и 𝑗.
Мы можем вычислить нормальные векторы точек на
над кривыми поверхностями. Касательные линии можно вычислить в соответствии с нормальными векторами. Наконец, координаты на кривых
могут быть решены путем вычисления касательных линий, пересекающих
с падающими линиями. Векторная форма закона преломления:
, представленная как
1 + 2−2⋅⋅ →
Out ⋅ →
In1 / 2 ⋅ →
= →
Out −⋅ →
In ()
, где →
In — единичный вектор падающих линий, →
Out — единичный вектор
исходящих лучей, →
— нормальный вектор.Показатель преломления в
отражающей системе = 1.
На рисунке (a) — это угол между осью и линией
, пересекающей центр источника светодиода и край отражателя
. Рассмотрим лучи с углом в качестве примера
. Поскольку отражатель симметричен с осью , мы рассматриваем
только ∈ [0, / 2]. Angle представляет собой угол между
осью и -м лучом, падающим на отражатель. , в котором
𝑖∈ [, / 2].Означает расстояние между центром
источника светодиода и точкой на отражателе, когда координата
равна нулю. () 𝜃𝑗 на рисунке (b) означает расстояние
между центром целевой плоскости и точкой края
, соответствующей лучам с углом 𝑖 и. Мы
получили
() 𝜃0 =
𝑖,
() 𝜃𝑗 =
𝑖𝑖2
𝑖cos2𝑗 + 2
𝑖sin2𝑗. ()
В процессе расчета мы должны инициализировать параметр
, например, апертура нижнего поля трапеции
.Мы устанавливаем большую полуось = 6, малую полуось
= 2, = 25, 𝜃𝑗 = 0,0048, 0 = / 2 и =
0,4189.
итерационный процесс. Граничные кривые отражателя могут быть зафиксированы в соответствии с начальными точками, как показано на рисунке (а).
«Вся поверхность произвольной формы может быть рассчитана по
по точкам на граничных кривых. Поверхность на этом участке
может быть создана путем добавления отдельных точек, введенных в программное обеспечение для механического моделирования
(b), как показано на рисунке b.
Путем зеркального отображения мы получаем весь отражатель, как показано на рисунке
c (c). На рисунке (d) показаны полные кривые произвольной формы на этом элементе
. . Высота отражателя составляет . мм,
, а апертура отражателя . мм.
Светодиодные проекторы дальнего светаProfile Performance LED Hi-Lens 2.0
Описание продукта
Profile Performance: Лучшее имя на рынке автозапчастей в области светодиодного освещения; и нет ничего лучше, чем крутые светодиодные фары дальнего света.Хотя в ваших галогенных лампах дальнего света или наборе биксеноновых / би-светодиодных проекторов нет ничего плохого, излишки недооценены, и поэтому мы даем два больших пальца первому проектору дальнего света второго поколения от Profile. Представление.
Well-Done: Проектор Profile Hi-Lens достаточно яркий… это в основном миниатюрная светодиодная полоса / точечный светильник, который легко помещается в отражатель дальнего света. Благодаря передовой оптике, мощным светодиодам и мультиобъективному проектору они выглядят так же хорошо, как и работают!
Gen II: Хотя никто не жаловался на внешний вид или производительность оригинальной версии, пластиковая конструкция оставляла желать лучшего.Компания Profile повысила ставки благодаря корпусу, который теперь полностью изготовлен из литого алюминия для большей прочности, оптимизировал светоотдачу и добавил в семейство версию RGBW!
Простая установка: Hi-Lens имеет крепление в виде вала с резьбой на задней панели, которое позволяет фиксировать проекторы с помощью прилагаемого оборудования и минимизировать модификацию фары. Лучше всего то, что стержень с резьбой примерно в два раза длиннее, чем обычно на чем-то вроде проектора Mini h2, что еще больше упрощает установку по всем направлениям.Это выигрыш!
Кожухи: Удобно, что светодиодный проектор Profile Hi-Lens совместим с большинством существующих кожухов на рынке, за исключением серии «Mini». Если у них есть фланец внутри, чтобы принять центрическое кольцо, вы сможете защелкнуть их прямо на лицевой панели на передней панели Hi-Lens. Любить это!
Доверенное лицо: На протяжении более десяти лет компания HID Kit Pros в Белвью, штат Вашингтон, предоставляет клиентам лучшее автомобильное освещение и аксессуары, обеспечивая при этом непревзойденное обслуживание клиентов.Каждый сотрудник HKP прошел обучение по нашему широкому выбору продуктов, чтобы удовлетворить потребности каждого клиента. Местный? Загляните в наш выставочный зал и в центр установки, лично протестируйте нашу продукцию с помощью нашего современного испытательного оборудования. Есть вопрос? Связаться с нами.
Что включено- Проекторы: 2x Profile Hi-Lens 2.0 LED High Beams
- Оборудование: Комплект для установки резьбового вала
- Гарантия: 2 года
- Применения: Универсал (легковые / грузовые автомобили / мотоциклы)
- Прямая установка: H7 Фары (требуются небольшие / без модификаций)
- Требуемые модификации: корпусов h2, h21, h23, 9005, 9006, 9007
- Кожухи: Все стили, кроме мини или квадратного
Profile Performance Hi-Lens 2.0 LED High Powered High Beam
Profile Performance: Лучшее имя на рынке автозапчастей в области светодиодного освещения; и нет ничего лучше, чем крутые светодиодные фары дальнего света. Хотя в ваших галогенных лампах дальнего света или в комплекте биксеноновых / би-светодиодных проекторов нет ничего плохого, излишек недооценен, и поэтому мы даем два больших пальца первому проектору дальнего света второго поколения от Profile. Представление.
Отличная работа: проектор Profile Hi-Lens очень яркий.По сути, это миниатюрная светодиодная линейка / прожектор, которая легко помещается в отражатель дальнего света. Благодаря передовой оптике, мощным светодиодам и мультиобъективному проектору они выглядят так же хорошо, как и работают!
Gen II: хотя никто не жаловался на внешний вид или характеристики оригинальной версии, пластиковая конструкция оставляла желать лучшего. Profile поднял ставку благодаря корпусу, который теперь полностью сделан из литого алюминия для большей прочности, оптимизировал светоотдачу и добавил в семейство версию RGBW!
Белый или RGBW: стандартная модель оснащена встроенным белым светодиодным глазом демона, который отлично работает как дневные ходовые огни.Если вам нужно больше, то выберите версию RGBW, которая без проблем работает со всеми другими аксессуарами Profile Performance RGB. Версия RGBW способна производить идеально белые ДХО, а также имеет встроенную функцию указателя поворота с обратным переключением желтого цвета. Слюни!
Простая установка: Hi-Lens имеет крепление в виде вала с резьбой на задней панели, которое позволяет фиксировать проекторы с помощью прилагаемого оборудования и минимизировать модификацию фары. Лучше всего то, что стержень с резьбой примерно в два раза длиннее, чем обычно на чем-то вроде проектора Mini h2, что еще больше упрощает установку по всем направлениям.Это победа!
Кожухи: удобно, что светодиодный проектор Profile Hi-Lens совместим с большинством существующих кожухов на рынке, за исключением серии «Mini». Если у них есть фланец внутри, чтобы принять центрическое кольцо, вы сможете защелкнуть их прямо на лицевой панели на передней стороне Hi-Lens. Любить это!
В центре внимания: наша ориентация на автомобильное дополнительное освещение и ни на что другое позволяет Profile концептуализировать, разрабатывать и производить лучшую в своем классе продукцию для вторичного рынка.Опыт означает, что мы знаем продукцию. Мы знаем технологию. Мы знаем своих конкурентов и, что наиболее важно, знаем, уважаем и любим взаимодействовать с нашими клиентами. Чтобы узнать больше о том, что Profile Performance готовит для вашего приложения, позвоните нам или воспользуйтесь интерактивным Руководством покупателя на нашей домашней странице!
Sealed7 2.0: Универсальные би-светодиодные фары Morimoto
Когда вы думаете: вы провели исследование и натолкнулись на все варианты на рынке 7-дюймовых круглых светодиодов, они должны привлечь ваше внимание.Хотя это правда, существует очень много способов упаковать комплект светодиодной оптики ближнего и дальнего света на 7-дюймовой круглой платформе; Sealed7 2.0 от Morimoto демонстрирует самую функциональную и привлекательную настройку, которую мы когда-либо видели.
Честно говоря: здесь, в TRS, мы их всех видели и считаем, что Sealed7 2.0 — лучшая новинка на рынке 7-дюймовых раундов по ряду причин, которые мы опишем ниже.
Собственность: Morimoto Sealed7 2.0 абсолютно новый, полностью оригинальный с нуля.До сих пор на рынке было три разных продукта. У вас есть настоящий J.W. Спикер, вверху тотема опроса. Тогда у вас есть дешевый J.W. Подделки динамиков, ребрендированные компаниями A, B и C, а затем у вас есть 7-дюймовые фары на основе рефлектора Truck-Lite … опять же, ребрендированные компанией X, Y и Z. Это в отличие от всего остального на рынке.
Выход: в режиме ближнего света светодиоды серии Nichia NCSW170C в паре с передовой линзой проектора Kuria Optic от Morimoto эффективно распределяют примерно 3000 люмен на дороге в правильно ступенчатой диаграмме направленности.Поскольку Sealed7 работает по схеме «двойное прожигание» в режиме дальнего света, выходная мощность усиливается до почти 4000 люменов, способствующих таянию комаров.
DRL / Switchback: Четырехоптическая система выполняет три функции: 1) Белый дневной ходовой свет высокой интенсивности. 2) Белые дневные ходовые огни низкой интенсивности (с включенным ближним светом) и 3) Желтые указатели поворота высокой интенсивности. Настройка обратного переключения указателя поворота автоматически прерывает белый DRL, мигает, а затем возвращается к белому после прекращения сигнала.Трехпроводной вход DRL / сигнала упрощает настройку.
Качество: При разработке Sealed7 не было сэкономлено средств. Начните с ингредиентов, лежащих в основе фар от Nichia-Japan и Philips-Lumileds. Во-первых, это не дешевые эмиттеры. Линзы из поликарбоната с УФ-покрытием устойчивы к ударам и не выцветают в течение многих лет. Вы можете почувствовать точность прочных литых корпусов, которые одновременно служат радиатором, не глубже, чем у большинства традиционных 7-дюймовых фар PAR56. Специальный драйвер светодиода PWM находится внутри фары, чтобы светодиоды работали на максимальной мощности. интенсивность даже при длительном использовании.
7-дюймовый стандарт: Разработанный для замены всех 7-дюймовых круглых фар / PAR56, Sealed7 предлагает полную функциональность ближнего и дальнего света. Стандартно они поставляются с входными штырями h23 / 9008, адаптированными для использования на новых Jeep Wrangler, но могут легко использовать h5 адаптер пойти старую школу
Доверенные. на протяжении более десяти лет, мы упорно трудились, чтобы заработать нашу убийцы репутации ребята автомобилей во всем мире знают, что ТРС несет лучший выбор Интернета высокопроизводительных автомобильные и powersport осветительных приборов в. лучшие цены, и у нас есть лучшая, самая знающая команда настоящих энтузиастов, которая поможет это поддержать.Если мы продадим его, то можете поспорить, что мы испытали его на наших собственных автомобилях, грузовиках и мотоциклах. Нужна рекомендация по запчастям для вашего проекта? Есть технический вопрос? Оптовый запрос? Свяжитесь с нами
Panasonic разрабатывает мощный синий луч, объединяющий
30 января 2020 г.
Новая конструкция позволяет использовать мощный лазер с более короткой длиной волны для микротехнологий с высоким качеством луча.
Компания Panasonic заявляет, что ей удалось продемонстрировать то, что она называет «синим лазером с самой высокой яркостью в мире».Это было достигнуто за счет использования технологии объединения лучей по длине волны на прямом диодном лазере для получения высококачественного выходного луча.Эта технология позволяет масштабировать мощность при сохранении качества луча за счет простого увеличения количества лазерных источников. Эта демонстрация открывает путь к лазерной интенсивности, которая может быть на два порядка выше, чем у обычных систем синих лазеров.
Эта технология внесет свой вклад в развивающиеся процессы микрообработки, спрос на которые, как ожидается, будет расти в промышленных приложениях, например, в автомобильной промышленности.
Согласно Panasonic, автомобильная промышленность «движется к электрификации и миниатюризации, требуя высокой жесткости, гибкости конструкции и производительности». На этом фоне ожидается появление лазеров для микротехнологий, которые могут обрабатывать различные виды материалов, такие как медь, золото и пластик. накапливается.
В заявлении компании о запуске приводится следующий пример применения: «Голубые лазеры, особенно с высокой эффективностью оптического поглощения, будут иметь большой спрос в области производства меди для автомобильных двигателей и аккумуляторов.Для высокопроизводительной обработки требуется источник лазерного луча, который имеет как высокую выходную мощность, так и высокое качество луча.
Сотрудничество в области разработки лазеров
Для разработки такого источника луча Panasonic начала сотрудничество с TeraDiode (TDI), американской компанией из Массачусетса, в 2013 году, и с тех пор разрабатывает технологию WBC, которая может объединять несколько разных длин волн в один комбинированный луч.
В 2014 году компания Panasonic выпустила LAPRISS; первая в мире роботизированная система для лазерной сварки, оснащенная инфракрасным DDL с использованием технологии WBC.Затем в 2017 году компания приобрела TDI в качестве 100-процентной дочерней компании и начала разработку оптимизации выходной мощности на WBC, а также сокращения длины волны.
Как это работает
Оптимизация выходной мощности синего лазера высокого качества (диапазон длин волн от 400 до 450 нм) была реализована путем объединения более 100 излучателей из нескольких диодных стержней с технологией WBC.
Эта технология WBC объединяет лучи от нескольких излучателей на разных длинах волн, которые падают на дифракционную решетку под углами, соответствующими каждой длине волны.Затем между общим частично прозрачным зеркалом и каждой торцевой поверхностью эмиттеров формируется резонатор. В результате выходной луч достиг выходной мощности 135 Вт с высоким качеством луча BPP 1,5 мм мрад.
Компания Panasonic сообщила, что планирует разработать систему обработки, оснащенную этим источником лазерного луча, а также оптимизацию процесса лазерной обработки. Panasonic проведет выставки и лекции на Photonics West в Сан-Франциско с 1 по 6 февраля 2020 года.
Нужно ли устанавливать оптическую линзу для дальнего света?
04 марта 2021 г.
Обязательно ли устанавливать линзу дальнего света? Почему это необходимо установить оптическую линзу для дальнего света? Какая функция? я считаю, что многие люди не понимают этой проблемы. Функция оптического линзы можно увеличивать или уменьшать. Основная цель установки оптических линз в автомобильных светодиодных фарах для предотвращения рассеивания источника света и улучшить освещение автомобильных фар.Далее, Купольная линза Производитель хочет узнать больше о плюсах и минусах линзы дальнего света.
Линза из оптического стекла
Требуется ли установка линзы для дальнего света? Какие выгоды?
Преимущества установки оптических линз для светодиодных фонарей
Светодиодные автомобильные фары должны быть оснащены оптическими линзами для достижения эффект конденсирующего света. Яркость светового потока не падает во время использовать.Линейная звезда автомобильного света с линзой не вызовет источник света фар для рассеивания и достижения хорошего эффекта конденсации.