反射式不同鱼眼形式性能对比分析

摘要：不同的鱼眼形式兼顾到的光学性能侧重点会有差异，其差异点表现在哪里，差异有多大，如何根据现有光学输入选择Controlled by center pillow还是Controlled by each pillow，选定鱼眼形式后是否需要采用Optimize，本文予以详尽对比分析并给出参考建议。

关键词：反射式;鱼眼;性能

引言

对于车灯光学设计，有很多光学系统可采用，如LED直射、光导、聚光器、反射式等。其中，反射式光学系统，由于其对造型限制要求不高、同一个光源可以实现较大的发光区域、系统可以适用于车灯很多功能等特点，相比于其他光学系统，反射式光学系统在车灯光学设计中应用更广更全面，信号功能如位置灯、制动灯、转向灯、倒车灯、后雾灯、日间行车灯等，甚至照明功能远近光、角灯等也可以通过反射式光学系统来实现其光学性能。而除了反射式光学系统，其他光学系统则不具备这个能力，正因为如此，对于反射式光学系统的深入研究，则显得非常有必要。

对于不同车灯不同功能的具体性能要求，反射式鱼眼涉及到的参数调整很多很细，但总的来说，可以将对反射式鱼眼的设计分为两个类别来讨论。对于反射式鱼眼，主要将其分为两种控制形式来具体调整：方案一为按中心控制，方案二为按每片鱼眼面控制。对于这两种不同的反射式鱼眼控制，其控制形式在光学设计时主要通过下列方式来选择，具体表现为下图1所示：Controlled by center pillow和Controlled by each pillow.

車灯具体功能的光学设计，主要有两部分内容，一为配光设计，即满足法规测试点和视认角等强制性要求，每个功能的光学性能都有其严格的法规定义;二为点灯效果模拟，主要关注点灯均匀性等，往往其点亮效果是主机厂重点关注的，因为法规是客观要求满足的，点灯效果才是可以不断调整进而持续优化的。那么，这就要求光学设计时，既要考虑法规，又要兼顾点灯效果，对于不同的光通量输入，就要选择合适的鱼眼形式最佳的参数搭配来进行光学设计。

1 反射面鱼眼主要技术参数

不管哪种形式的反射面鱼眼，其主要涉及到的相关技术参数都是一致的，具体如下图2所示的反射式鱼眼主要技术参数，具体表现为，鱼眼的扩散角度通过Diffuse参数来调整，其中有水平和竖直两个方向来分别或同步调整，视功能和造型需求具体问题具体分析;鱼眼大小通过Wide参数来调整，其中有水平和竖直两个方向来分别或同步调整，一般建议同步同尺寸调整;是否需要变焦距设计通过Step参数来调整，其中有水平和竖直两个方向来分别或同步调整，具体视造型而定;焦距大小则通过Base Focus参数来调整，具体视造型和车灯的空间而定。其他如Gap、Plus Count、Minus Count等这些技术参数都可以依据造型面选择匹配造型的参数来调整，具体值的选择取决于具体功能的造型走势和光学输入。

2 分析模型建立

为了在同等边界条件下，对比分析两种控制形式的反射式鱼眼在配光和点灯效果方面的差异，我们建立待分析的模型如下图3所示，其中：

发光边界尺寸Y*Z=100mm*20mm;

LED×5;

反射镜均分5个反射腔;

Focus=8.

根据车灯光学常规设计经验，以信号灯某一功能为例，基于以上模型的边界条件，反射式鱼眼设计基础参数设置为如下图4所示，扩散角度Diffuse根据该功能测试点分布对水平和竖直角度分别设置一个初始经验扩散角;鉴于模型造型比较规则，变焦距设计Step和两两鱼眼之间的GAP值设为0.1，以体现该功能即可;鱼眼大小Wide则按常规的水平和竖直方向尺寸一致即方形鱼眼来设置，其中2mm是兼顾外观和效率的经验值。后续反射式鱼眼两种控制方式的对比分析其具体参数设置在此一致参数前提下展开。

3 不同形式鱼眼性能对比分析

在分析模型确定后，那么就可以对不同鱼眼形式进行对比分析了，我们假定光通量输入为每颗LED10lm，共有5颗LED，那么该功能光学系统的总光通量输入即为50lm。

3.1 Controlled by center pillow鱼眼光学性能

对于同一形式的鱼眼，在基础光学参数设置一致的前提下，我们可分是否Optimize 来对比其光学性能，基础参数设置如下图5所示，其中Optimize的有无设置对光学性能的影响需进一步详尽对比分析。

3.1.1 by center-Optimize前光学性能

Optimize设置前该范例的配光模拟请见下图6所示，点灯模拟正视图和±20°方向视图分别见图7和图8所示，以上视图角度为判断点灯效果的经典角度。

从图6配光模拟结果图可分析看出：总光通量输入为50lm时，经过反射式鱼眼光学系统，其光学输出为24.65lm，那么可算出其系统光效为，光效=24.65/50=49.3%;屏幕最大值为99.67cd。

从图7和图8点灯模拟结果可看出，HV方向点灯效果良好，±20°方向视图点灯效果其反射腔下方偏暗，光能量很少，这说明到达该区域的光线偏少。

3.1.2 by center-Optimize后光学性能

通过对Optimize的设置后，该范例的配光模拟请见下图9所示，对于点灯模拟结果，同种鱼眼形式点灯效果亮暗分布相当，在此不再重复赘述。从图9配光模拟结果可分析看出：总光通量输入为50lm时，经过反射式鱼眼光学系统，其光学输出为26.41lm，那么可算出其系统光效为，光效=26.41/50=52.82%;屏幕最大值为124.62cd。

3.1.3 by center-Optimize前后光学性能对比分析

从以上对Optimize不同设置对应分析可看出，同一鱼眼控制形式其点灯效果相当，但配光性能明显得到优化，即Optimize主要是用于优化配光性能的。所以，同一边界条件同一扩散即基础技术参数一致时，Optimize前光效为49.3%，Optimize后光效则可达到52.82%，光效提升了3.52%。

3.2 Controlled by each pillow鱼眼光学性能

参考3.1的具体分析形式，也按是否Optimize 来对比，具体技术参数设置参考上文圖5所示。

3.2.1 by each-Optimize前光学性能

by each-Optimize设置前配光模拟请见下图10所示，点灯模拟正视图和±20°方向视图分别见下图11和图12所示。

从图10配光模拟结果图可分析看出：总光通量输入为50lm时，经过反射式鱼眼光学系统，其光学输出为24.69lm，那么可算出其系统光效为，光效=24.69/50=49.38%;屏幕最大值为92.37cd。

从图11和图12点灯模拟结果可看出， HV方向和±20°方向视图其点灯效果都很好。

3.2.2 by each-Optimize后光学性能

by each-Optimize设置后配光模拟请见图13，点灯模拟同种鱼眼形式点灯效果亮暗分布相当，同理by center，不再重复。从图13配光模拟结果可分析看出：总光通量输入为50lm时，经过反射式鱼眼光学系统，其光学输出为26.27lm，那么可算出其系统光效为，光效=26.27/50=52.54%;屏幕最大值为111.55cd。

3.2.3 by each-Optimize前后光学性能对比分析

对于by each控制形式，其Optimize设置前后的配光模拟结果，同样印证了Optimize有无设置对配光性能的影响。同一边界条件同一扩散即基础技术参数一致时， Optimize前光效为49.38%，Optimize后光效可达到52.54%，光效提升了3.16%，同时，不但光效增高了，甚至其最大光强值增大都超过了20.7%至多。

3.3 不同形式鱼眼性能分析结果

通过Controlled by center pillow和Controlled by each pillow两种形式鱼眼的光学性能对比，分析如下：

1 同等条件下，两种鱼眼的配光效率相当，但Controlled by center pillow的能量相对集中，从最大光强值即可看出;点灯效果Controlled by each pillow相对来说会更好，会兼顾多角度，主要由于该种鱼眼形式是将能量尽量外扩，照顾到了点灯，但最大光强降下来了。

2 同一种鱼眼形式，Optimize前后屏幕光通量可提升超过3%，最大光强值甚至可超过20%。

以上结论会因为造型的变化具体值可能会有差异，但方向是一致的。我们可根据光通量、主机厂重光效还是重点灯效果或二者平衡等光学输入有准备地选择鱼眼形式及Optimize选项。

参考文献

[1]N/A

作者简介：刘春霞（1982-12）女，籍贯：江苏盐都，学历：硕士研究生，汽车内外饰照明。