引言

　　LED是新一代具有競爭力的新型固體光源，具有效率高、光色純、能耗低、壽命長、可靠耐用、無污染、控制靈活、響應快、尺寸小、抗沖擊等優點[1]。由于LED芯片輸出的光符合朗伯分布，如果不經過適當的配光處理而直接應用于實際的汽車照明系統將無法達到所需標準。所以需對以LED為光源的照明系統進行二次光學設計，設計結果直接影響到照明系統的發光效率、能耗、以及汽車的安全性能[2-4]。

　　目前汽車照明技術的發展非常迅猛。隨著汽車產業的高速發展和市場的激烈競爭，現代汽車照明系統對發光效率、安全性能、以及美觀的要求也越來越高。汽車照明中的自由曲面反射鏡及LED照明系統的設計和加工是至關重要的。有別于傳統光學系統的設計。汽車照明系統的非成像光學的設計是個多學科、復雜的過程[5]。和傳統的拋物面反射鏡加配光透鏡的組合相比，采用自由曲面和菲涅爾原理結合透鏡可以同時實現會聚和配光的功能，這樣一來后霧燈就既節省使用空間又降低安裝成本。自由曲面的設計使得后霧燈變得更加靈活性和緊湊。

　　至今為止，LED主要應用在例如剎車燈、駐車燈、轉向燈、倒車燈等汽車信號系統中。目前LED前照燈之所以還沒大規模應用的一個重要因素就是散熱，而汽車LED前霧燈因為所需要的能量相對前照燈的要少，所用的LED也相應較少，并且隨著單顆LED的光效不斷提高，產生的廢熱減少，這個約束汽車LED前照燈的技術瓶頸在汽車LED后霧燈中可以輕易地解決，因此汽車LED后霧燈的研究具有很大的使用價值。

　　后霧燈的設計

　　LED光源的選擇

　　汽車后霧燈指的是在霧、雪、雨或塵埃彌漫等有礙可見度的情況下，為使后方其他道路使用者易于發現，安裝在車輛尾部，光度比后位燈更強的紅色信號燈[6]，在汽車的安全性中起著至關重要的作用。國內外關于機動車后霧燈均有著嚴格的標準，但是還沒有關于半導體照明的標準[7-8]。此文中設計的LED后霧燈以傳統鎢絲燈及鹵素燈的常規要求作為標準GB-11554中規定后霧燈的光源為紅色。在配光方面最大的難度是：要保證菱形區域內光照強度處于一定區間的要求。為了能夠得到很好的設計效果，本設計選用OSRAM(歐司朗)公司的一款小功率紅光LED，其發光效率高且非常小巧，發光角為120°，在700 mA工作電流下，光通量典型值為10 lm，其光強分布如圖1[9]。

　　設計原理

　　菲涅爾透鏡連續表面部分“坍陷”到一個平面上。從剖面看，其表面由一系列鋸齒型凹槽組成，中心部分是橢圓型弧線。每個凹槽都與相鄰凹槽之間角度不同，但都將光線集中一處，形成中心焦點，也就是透鏡的焦點。每個凹槽都可以看做一個獨立的小透鏡，把光線調整成平行光或聚光。而本文中采用的是將LED發出的光線轉化成平行光線。

　　如圖2左和右，將一LED光源在透鏡軸線上F點處，由它發出的光束到達菲涅爾透鏡的曲折面。在此我們選取o、n兩光束為研究對象，它們分別經O、A折射后透過透鏡O'、B以平行光的形式射出[10]。

　　根據折射定律：

　　(1)

　　式(1)中N1為空氣的折射率近似等于1，N2為透鏡材料的折射率， θ1、θ2分別是透鏡斜面的入射角和折射角。由圖2可得：

　　θ1=θ2 + ，θ2 = αn (2)