專利名稱：折轉(zhuǎn)式汽車led前照燈近光光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種給機(jī)動(dòng)車駕駛員提供道路照明的基于 LED為光源的汽車前照燈的近光光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前機(jī)動(dòng)車使用的前照燈近光系統(tǒng)能夠?yàn)闄C(jī)動(dòng)車駕駛員提供道路照明。根據(jù)國(guó)內(nèi)外前照燈標(biāo)準(zhǔn)，近光系統(tǒng)應(yīng)在避免對(duì)道路對(duì)面來(lái)車駕駛員造成眩光的情況下，提供足夠水平寬度的道路照明照亮相鄰車道，并同時(shí)能照明車道遠(yuǎn)處，給駕駛員判斷路面情況提供方便。我國(guó)所采用的車燈標(biāo)準(zhǔn)GB4599-2007《汽車前照燈配性能》是參考?xì)W洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)的相關(guān)法規(guī)《E/ECE/324 Addendum 1 Regulations No. 1 and No. 2》。根據(jù)國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)動(dòng)車前照燈近光系統(tǒng)需要在車燈前方25米處形成一個(gè)水平擴(kuò)展達(dá)到7920mm，垂直擴(kuò)展達(dá)到1250mm的矩形光斑；同時(shí)，在光斑的右半部分，在矩形光斑基礎(chǔ)上疊加了與水平方向成 15°的矩形光斑。整個(gè)光斑的上沿要在測(cè)試屏幕上形成一條清晰的截止線，即截止線的左半部分水平，右半部分與水平方向成15° ；同時(shí)，截止線的轉(zhuǎn)折處下方應(yīng)有一塊合適的亮區(qū)特殊點(diǎn)照明?，F(xiàn)行的汽車前照燈近光系統(tǒng)主要以鹵鎢燈和氙燈作為光源，采用的光學(xué)系統(tǒng)包括二次曲面反射器-擋板-透鏡系統(tǒng)和自由曲面反射器，存在如下問(wèn)題1.使用鹵鎢燈作為光源，要能夠產(chǎn)生滿足要求的照度，其功率要求非常高，并且車燈所使用的鹵鎢燈有嚴(yán)格的光源標(biāo)準(zhǔn)和分類，因而系統(tǒng)的運(yùn)行成本很高；2.前照燈系統(tǒng)需要在夜晚長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，鹵鎢燈的壽命相對(duì)較短，因而需要機(jī)場(chǎng)頻繁更換燈泡，維護(hù)成本也較高；3.無(wú)論是采用二次曲面反射器-擋板-透鏡系統(tǒng)還是采用自由曲面反射器，光源出射的光線都有相當(dāng)一部分被擋板或者鋁帽遮擋和吸收，使整體的光學(xué)系統(tǒng)效率受到很大限制；4.采用自由曲面反射器實(shí)現(xiàn)的光斑截止線通常不夠清晰，存在光斑毛刺。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種折轉(zhuǎn)式汽車LED前照燈近光光學(xué)系統(tǒng)，是使用單顆或多顆高功率白光LED模組作為光源，通過(guò)非球面拋物面準(zhǔn)直反射器、第二拋物面反射器，以光軸為中心水平刀口和15度斜刀口光闌板，投光透鏡，實(shí)現(xiàn)汽車前照燈近光燈的照明。本發(fā)明提供的折轉(zhuǎn)式汽車LED前照燈近光光學(xué)系統(tǒng)，包括白光LED模組、非球面拋物面準(zhǔn)直反射器、第二拋物面反射器、光闌板和投光透鏡組成，白光LED模組光源幾何中心置于非球面拋物面準(zhǔn)直反射器的第一焦點(diǎn)處，第二拋物面反射器位于非球面拋物面準(zhǔn)直反射器的下方，第二拋物面反射器的前方設(shè)有投光透鏡，光闌板位于投光透鏡的前焦點(diǎn)附近， 其特征在于所述LED模組光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)非球面拋物面準(zhǔn)直反射器的第一焦點(diǎn)處，再經(jīng)過(guò)第二拋物面反射器，將光束主光線折轉(zhuǎn)45度形成第二焦點(diǎn)，在第二焦處放置光闌板，投光透鏡的前焦點(diǎn)與第二拋物面反射器焦點(diǎn)重合或少許離焦，光束經(jīng)投光透鏡投射出去照明，形成LED汽車前照燈近光燈照明系統(tǒng)。所述的白光LED模組為大功率多芯片單顆封裝的IOW白光LED，或采用多顆白光 LED陣列的光源模組，光源功率大小5-15W，白光LED光源模組的發(fā)光面法線垂直于第一拋物面反射器對(duì)稱軸。所述的非球面拋物面準(zhǔn)直反射器的長(zhǎng)度為20-100 mm, 口徑為30_150mm的半口徑，第一焦距為5-50mm，內(nèi)表面采用高反射率鏡面鍍膜，反射率達(dá)到95%以上。所述的第二拋物面反射器是45度折轉(zhuǎn)離軸拋物面反射器或全反射棱鏡，其45度折轉(zhuǎn)離軸拋物面反射器對(duì)稱軸平行于非球面拋物面準(zhǔn)直反射器對(duì)稱軸，其長(zhǎng)度為20-100 mm, 口徑為 50-300 mm，焦距為 18-105 mm。所述的投光透鏡的前焦點(diǎn)在第二拋物面反射器焦點(diǎn)附近并向前離焦7mm，棱鏡的入射面與折轉(zhuǎn)點(diǎn)，以及投光透鏡的光軸重合，投光透鏡的相對(duì)口徑與第二拋物面反射器出射光束的相對(duì)口徑相當(dāng)。所述的光闌板是以光軸為中心的水平刀口和15度斜刀口的光闌板。本發(fā)明，能夠發(fā)出完全滿足國(guó)內(nèi)外相關(guān)前照燈近光標(biāo)準(zhǔn)的照明光束，并提供足夠的路面照度和較好地避免眩光對(duì)于異側(cè)車道車輛駕駛員的影響，以排除行車干擾和幫助機(jī)動(dòng)車駕駛者及時(shí)看清前方的(或前面的)路面狀況。降低了系統(tǒng)的能耗，通過(guò)光學(xué)設(shè)計(jì)使系統(tǒng)發(fā)出滿足要求的光斑，并且提高其對(duì)光能的利用率。僅以能耗5-15W的LED光源(組)實(shí)現(xiàn)對(duì)于基于傳統(tǒng)55W及以上光源鹵鎢燈和氙燈的近光系統(tǒng)的替代，并且所實(shí)現(xiàn)照明效果更優(yōu)于傳統(tǒng)前大燈近光光學(xué)系統(tǒng)。


圖1是本發(fā)明經(jīng)拋物面準(zhǔn)直，再經(jīng)離軸拋物面聚焦的近光光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明經(jīng)橢球面會(huì)聚，再經(jīng)平面折轉(zhuǎn)的近光光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明經(jīng)拋物面準(zhǔn)直，再經(jīng)離軸拋物面聚焦的近光光學(xué)系統(tǒng)的光路圖。圖4是本發(fā)明經(jīng)橢球面會(huì)聚，再經(jīng)平面折轉(zhuǎn)的近光光學(xué)系統(tǒng)的光路圖。圖5是國(guó)標(biāo)GB4599-2007《汽車前照燈配性能》規(guī)定的汽車前照燈的近光系統(tǒng)的 25m遠(yuǎn)處光學(xué)測(cè)試屏示意圖。圖6是分別對(duì)應(yīng)于圖1和圖2基于LED光源的汽車前照燈的近光光學(xué)系統(tǒng)在測(cè)試屏上形成的照度平面分布剃度圖。圖中1. LED光源、2.非球面拋物面準(zhǔn)直反射器、3.第二拋物面反射器、4.光闌板、5.投光透鏡。
具體實(shí)施例方式折轉(zhuǎn)式汽車LED前照燈近光光學(xué)系統(tǒng)，包括白光LED模組1、非球面拋物面準(zhǔn)直反射器2、第二拋物面反射器3、光闌板4和投光透鏡5組成，白光LED光源1幾何中心置于非球面拋物面準(zhǔn)直反射器2的第一焦點(diǎn)處，第二拋物面反射器3位于非球面拋物面準(zhǔn)直反射器2的下方，第二拋物面反射器3的前方設(shè)有投光透鏡5，光闌板4位于投光透鏡5的前焦點(diǎn)附近，白光LED模組1光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)非球面拋物面準(zhǔn)直反射器2的第一焦點(diǎn)處，再經(jīng)過(guò)第二拋物面反射器3，將光束主光線折轉(zhuǎn)45度形成第二焦點(diǎn)，在第二焦處放置光闌板4， 投光透鏡5的前焦點(diǎn)與第二拋物面反射器3焦點(diǎn)重合或少許離焦，光束經(jīng)投光透鏡投射出去照明，形成LED汽車前照燈近光燈照明系統(tǒng)。實(shí)施例1
如圖1、圖2所示的，是本發(fā)明經(jīng)拋物面準(zhǔn)直，再經(jīng)半拋物面聚焦的近光光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；采用大功率多芯片單顆封裝的IOW白光LEDl作為光源，型號(hào)CREE XML ；45度折轉(zhuǎn)離軸拋物面反射器2長(zhǎng)度為45mm，口徑為60mm的一半，焦距為5mm，光束進(jìn)入口徑為長(zhǎng)度為50mm，口徑為204mm，焦距為52mm的，第二拋物面反射器拋物面的一部份，即為45度折轉(zhuǎn)離軸拋物面反射器，在這離軸拋物面的焦點(diǎn)處放置光闌板4，投光透鏡5的口徑為80mm，曲率半徑為45mm，前焦點(diǎn)為67mm，投光透鏡5的前焦點(diǎn)在45度折轉(zhuǎn)離軸拋物面反射器2焦點(diǎn)附近并向前離焦5-10mm，45度折轉(zhuǎn)離軸拋物面反射器4 口徑方向與以光軸為中心水平刀口和15度斜刀口的光闌板4折轉(zhuǎn)點(diǎn)，以及與投光透鏡5的光軸重合。實(shí)施例2
如圖3、圖4所示，是本發(fā)明經(jīng)橢球面會(huì)聚，再經(jīng)平面折轉(zhuǎn)的近光光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；采用大功率多芯片單顆封裝的IOW白光LED作為光源，型號(hào)CREE XML ；非球面拋物面準(zhǔn)直反射器2采用橢球面反射器，其長(zhǎng)度為60mm，口徑為60mm的一半，第一焦距為8mm，第二焦距為112mm，光束進(jìn)入口徑為長(zhǎng)度為61. 8mm，邊長(zhǎng)為30. 9mm等腰直角的全反射棱鏡，45度全反射折轉(zhuǎn)光束，光束折轉(zhuǎn)后的第二焦點(diǎn)處放置光闌板4，投光透鏡的口徑為80mm，曲率半徑為50mm，前焦點(diǎn)為80mm，投光透鏡的前焦點(diǎn)在全反射棱鏡焦點(diǎn)附近并向前離焦7mm，棱鏡的入射面與以光軸為中心水平刀口和15度斜刀口的光闌板4折轉(zhuǎn)點(diǎn)，以及與投光透鏡5的光軸重合。由圖5所示，是國(guó)標(biāo)GB4599-2007《汽車前照燈配性能》規(guī)定的汽車前照燈的近光系統(tǒng)的25m遠(yuǎn)處光學(xué)測(cè)試屏示意圖；將實(shí)施例1或2組合好的汽車LED前照燈的近光光學(xué)系統(tǒng)光源LED點(diǎn)亮，在25m遠(yuǎn)測(cè)試屏觀察光照度分布，并做微調(diào)，以滿足汽車前照燈近光照明的要求，75R和50R的照度可以達(dá)到lx，其它關(guān)鍵點(diǎn)也滿足要求。由圖6知，是分別對(duì)應(yīng)于圖1和圖3的基于LED光源的汽車前照燈的近光光學(xué)系統(tǒng)在測(cè)試屏上形成的照度平面分布剃度圖。本發(fā)明有以下特點(diǎn)
1.用LED作為光源，功率小，系統(tǒng)能耗小，壽命長(zhǎng)；
2.如圖1所示結(jié)構(gòu)利用兩個(gè)拋物面的組合，通過(guò)LED光源的準(zhǔn)直與再會(huì)聚得到適當(dāng)光束口徑的光束，與投光投光透鏡的相對(duì)孔徑的匹配形成汽車LED近光燈照明光束，光通量利用率高，整燈能耗??；
3.如圖3所示結(jié)構(gòu)利用橢球面與平面反射的組合，位于橢球面第一焦點(diǎn)處的LED光源會(huì)聚到第二焦點(diǎn)處形成適當(dāng)光束口徑的光束，與投光投光透鏡的相對(duì)孔徑的匹配形成汽車 LED近光燈照明光束，光通量利用率高，整燈能耗??；
4.兩種類似結(jié)構(gòu)的汽車LED前照燈結(jié)構(gòu)緊湊，安裝和維護(hù)方便；
5.可采用大功率單顆多芯片封裝的LED光源，僅一顆IOW的LED就可以在目標(biāo)照明面上實(shí)現(xiàn)給定的照度分布和照度要求，從而可以替代高能耗的傳統(tǒng)光源鹵鎢燈和氙燈。
權(quán)利要求
1.折轉(zhuǎn)式汽車LED前照燈近光光學(xué)系統(tǒng)，包括白光LED模組(1)、非球面拋物面準(zhǔn)直反射器(2)、第二拋物面反射器(3)、光闌板(4)和投光透鏡(5)組成，白光LED模組(1)的光源幾何中心置于非球面拋物面準(zhǔn)直反射器(2)的第一焦點(diǎn)處，第二拋物面反射器(3)位于非球面拋物面準(zhǔn)直反射器(2)的下方，第二拋物面反射器(3)的前方設(shè)有投光透鏡(5)，光闌板(4)位于投光透鏡(5)的前焦點(diǎn)附近，其特征在于所述LED模組(1)光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)非球面拋物面準(zhǔn)直反射器(2)的第一焦點(diǎn)處，再經(jīng)過(guò)第二拋物面反射器(3)，將光束主光線折轉(zhuǎn)45度形成第二焦點(diǎn)，在第二焦處放置光闌板(4)，投光透鏡(5)的前焦點(diǎn)與第二拋物面反射器(3)焦點(diǎn)重合或少許離焦，光束經(jīng)投光透鏡(5)投射出去照明，形成LED汽車前照燈近光燈照明系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折轉(zhuǎn)式汽車LED前照燈近光光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的白光LED模組(1)為大功率多芯片單顆封裝的IOW白光LED，或采用多顆白光LED陣列的模組，光源功率大小5-15W，白光LED光源模組的發(fā)光面法線垂直于非球面拋物面準(zhǔn)直反射器 (2)對(duì)稱軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折轉(zhuǎn)式汽車LED前照燈近光光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的非球面拋物面反射器(2)的長(zhǎng)度為20-100 mm, 口徑為30_150mm的半口徑，第一焦距為 5-50mm,內(nèi)表面采用高反射率鏡面鍍膜，反射率達(dá)到95%以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折轉(zhuǎn)式汽車LED前照燈近光光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的第二拋物面反射器(3)是45度折轉(zhuǎn)離軸拋物面反射器或全反射棱鏡，其45度折轉(zhuǎn)離軸拋物面反射器對(duì)稱軸平行于非球面拋物面準(zhǔn)直反射器(2)對(duì)稱軸，其長(zhǎng)度為20-100 mm, 口徑為 50-300 mm，焦距為 18-105 mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折轉(zhuǎn)式汽車LED前照燈近光光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的投光透鏡(5)的前焦點(diǎn)在第二拋物面反射器(3)焦點(diǎn)附近并向前離焦7mm，棱鏡的入射面與折轉(zhuǎn)點(diǎn)，以及投光透鏡(5)的光軸重合，投光透鏡(5)的相對(duì)口徑與第二拋物面反射器(3) 出射光束的相對(duì)口徑相當(dāng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的折轉(zhuǎn)式汽車LED前照燈近光光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的光闌板(4)是以光軸為中心的水平刀口和15度斜刀口光闌板。
全文摘要
折轉(zhuǎn)式汽車LED前照燈近光光學(xué)系統(tǒng)，包括白光LED模組(1)、非球面拋物面準(zhǔn)直反射器(2)、第二拋物面反射器(3)、光闌板(4)和投光透鏡(5)組成，其特征在于所述LED模組(1)光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)非球面拋物面準(zhǔn)直反射器(2)的第一焦點(diǎn)處，再經(jīng)過(guò)第二拋物面反射器(3)，將光束主光線折轉(zhuǎn)45度形成第二焦點(diǎn)，在第二焦處放置光闌板(4)，投光透鏡(5)的前焦點(diǎn)與第二拋物面反射器(3)焦點(diǎn)重合或少許離焦，光束經(jīng)投光透鏡(5)投射出去照明，形成LED汽車前照燈近光燈照明系統(tǒng)。本發(fā)明能夠發(fā)出完全滿足國(guó)內(nèi)外相關(guān)前照燈近光標(biāo)準(zhǔn)的照明光束，并提供足夠的路面照度和較好地避免眩光對(duì)于異側(cè)車道車輛駕駛員的影響，僅以能耗5-15W的LED光源(組)實(shí)現(xiàn)對(duì)于基于傳統(tǒng)55W及以上光源鹵鎢燈和氙燈的近光系統(tǒng)的替代，并且所實(shí)現(xiàn)照明效果更優(yōu)于傳統(tǒng)前大燈近光光學(xué)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)F21W101/10GK102367939SQ20111040314
公開日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者杜正清, 王巍, 葛愛(ài)明 申請(qǐng)人:江蘇洪昌科技股份有限公司