CN105650565B - 汽车前照灯及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种汽车前照灯及制造方法，该汽车前照灯包括近光LED光源、远光LED光源、会聚透镜组、衍射光学元件、远近光隔离模块，所述会聚透镜组对所述近光LED光源和所述远光LED光源出射的光进行会聚，所述衍射光学元件设有近光区和远光区，所述近光区对应所述近光LED光源出射光束，所述远光区对应所述远光LED光源出射光束；所述远近光隔离模块用于隔离远光束与近光束，使远光LED光源出射的会聚后的远光束照射于衍射光学元件的远光区，近光LED光源出射的会聚后的近光束照射于衍射光学元件的近光区。本发明的有益效果是：本发明的汽车前照灯体积小、轻便、结构设计简单、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及汽车照明技术领域，尤其涉及汽车前照灯及制造方法。
背景技术
LED光源因其高效节能、体积小、寿命长、光谱窄、色温可调以及抗震性强等优点，已经被广泛应用于汽车的照明中。当前，LED前照灯的设计主要采用LED灯和其他光学组件组成反射式曲面配光***或者是透射式配光***，通过对光学组件的调节，实现达到特定要求的光照度分布，以满足对于LED前照灯国家标准的要求。以上两类设计良好的汽车LED前照灯配光***一般能满足国家标准的要求：在距离前照灯基准中心25m的垂直平面配光屏幕，满足特定区域各点、区的照度要求。然而，以上两类设计也存在诸多不足之处：其一，设计的前照灯体积庞大、不轻便；其二，设计结构复杂，一般存在多个非球面的光学元件甚至自由曲面光学元件；其三，设计成本高。
发明内容
本发明提供了一种汽车前照灯，包括近光LED光源、远光LED光源、会聚透镜组、衍射光学元件、远近光隔离模块，所述会聚透镜组对所述近光LED光源和所述远光LED光源出射的光进行会聚，所述衍射光学元件设有近光区和远光区，所述近光区对应所述近光LED光源出射光束，所述远光区对应所述远光LED光源出射光束；所述远近光隔离模块用于隔离远光束与近光束，使远光LED光源出射的会聚后的远光束照射于衍射光学元件的远光区，近光LED光源出射的会聚后的近光束照射于衍射光学元件的近光区。
作为本发明的进一步改进，所述近光LED光源和所述远光LED光源上下排列。
作为本发明的进一步改进，所述会聚透镜组由非球面反射镜与折射透镜组组成。
本发明还提供了一种汽车前照灯的制造方法，所述衍射光学元件的母版转印到透明耐热基底材料上得到衍射光学元件。
作为本发明的进一步改进，所述衍射光学元件采用分步套刻的方法或者机械刻画加工的方法得到母版。
作为本发明的进一步改进，所述衍射光学元件的近光区的透光率函数计算：根据输入面复振幅函数INN，与近光输出函数ION，采用基于正向衍射变换的优化算法，优化计算得到衍射光学元件的近光区的离散的透过率函数TN；所述衍射光学元件的远光区的透过率函数计算：根据输入面复振幅函数INF，与振幅目标函数IOF，采用基于正向衍射变换的优化算法，优化计算得到衍射光学元件的远光区的离散的透过率函数TF。
作为本发明的进一步改进，将衍射光学元件的近光区的透过率函数TN与衍射光学元件的远光区的透过率函数TF进行离散化，并根据基底材料的折射率n，将位相函数转换为台阶高度函数，每2π位相对应高度为λ/(n-1)，其中λ为设计所用的光波长。
作为本发明的进一步改进，所述离散为4台阶或8台阶。
作为本发明的进一步改进，测试会聚透镜组的透过率为t1，衍射光学元件的衍射效率为t2，根据国标中目标平面上近光区的最大光强I1的要求，那么近光LED光源的中心出射光强为I1×a/t2/t1。
作为本发明的进一步改进，测试会聚透镜组的透过率为t1，衍射光学元件的衍射效率为t2，根据国标中目标平面上远光区的最大光强I2的要求，那么远光LED光源的中心出射光强为I2×b/t2/t1。
本发明的有益效果是：本发明用传统的折反射式光学元件承担***的光焦度，用设计灵活、加工方便的衍射光学元件对光束进行整形。与传统的自由曲面光学元件相比，衍射光学元件的设计方法、制造方法都比较成熟，难度也更低。衍射光学元件属于平面光学元件，整个汽车前照灯更轻薄。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的衍射光学元件示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明公开了一种汽车前照灯，包括近光LED光源101、远光LED光源102、会聚透镜组110、衍射光学元件120、远近光隔离模块130，所述会聚透镜组110对所述近光LED光源101和所述远光LED光源102出射的光进行会聚，所述衍射光学元件120设有近光区121和远光区122，所述近光区121对应所述近光LED光源101出射光束，所述远光区122对应所述远光LED光源102出射光束；所述远近光隔离模块130用于隔离远光束与近光束，使远光LED光源102出射的会聚后的远光束照射于衍射光学元件120的远光区122，近光LED光源101出射的会聚后的近光束照射于衍射光学元件120的近光区121。
所述近光LED光源101和所述远光LED光源102上下排列。
所述会聚透镜组110由非球面反射镜与折射透镜组组成。
根据国家标准GB25991-2010，在距前照灯中心25m的垂直平面(以下简称“目标平面”)，对宽为3960mm，高为3500mm的矩形区域内的照度分布有明确要求。那么经会聚透镜的光束发散角应至少为2×asin(2/25)＝9.2度，优选地，发散角度为9.5度，10度，或12度。
近光采样方案：在目标平面上，生成采样方案，此采样方案，包含国标要求中HV，B50L，75R，75L，50L，25L，50V，50R，25R，等几个点，与对配光有要求的VI区，并且需要满足采样条件。
近光输出函数：根据光束的发射角度，将国标要求中HV，B50L，75R，75L，50L，25L，50V，50R，25R，等几个点，与对配光有要求的I，II，III，VI区的照度要求换算成光强，采用插值法，包括但不限于线性插值、多项式插值、样条函数插值等，得到其它采样点的光强，从而生成目标平面上的光强输出函数，再对其开平方，得到离散的振幅输出函数，进一步归一化，得到归一化的离散的振幅输出函数ION。
近光输入函数：根据光束的发射角度，计算衍射光学元件120面上的复振幅函数，在满足采样条件的前提下对其进行采样，得到离散的输入面复振幅函数，进一步对其进行归一化，得到归一化的离散的输入面复振幅函数INN。
衍射光学元件120的近光区的121的透过率函数计算：根据输入面复振幅函数INN，与近光输出函数ION，采用基于正向衍射变换的优化算法，包括但不限于模拟退火算法、遗传算法、爬山法等方法，优化计算得到衍射光学元件120的近光区的121的的离散的透过率函数TN。注意其目标函数并不是近光振幅输出函数ION，而是ION的倍数a×ION，a为正实数，由计算过程决定。
远光采样方案：在目标平面上，生成采样方案，此采样方案，包含国标要求中HV，HV点至1125L和R，HV点至2250L和R等几个区域，并且需要满足采样条件。
远光输出函数：根据光束的发散角度，将国标要求中的HV点，HV点至1125L和R，HV点至2250L和R、最大照度的照度要求换算成光强，采用插值法，包括但不限于线性插值、多项式插值、样条函数插值等，得到其它采样点的光强，从而生成目标平面上的光强输出函数，再对其开平方，得到离散的振幅输出函数，进一步根据最大振幅要求归一化，得到归一化的离散的振幅输出函数IOF。
远光输入函数：根据光束的发射角度，计算衍射光学元件120面上的复振幅函数，在满足采样条件的前提下对其进行采样，得到离散的输入面复振幅函数，进一步对其进行归一化，得到归一化的离散的输入面复振幅函数INF。
衍射光学元件120的远光区122的透过率函数计算：根据输入面复振幅函数INF，与振幅目标函数IOF，采用基于正向衍射变换的优化算法，包括但不限于模拟退火算法、遗传算法、爬山法等方法，优化计算得到衍射光学元件120的远光区122的离散的透过率函数TF。注意其目标函数并不是远光振幅输出函数IOF，而是IOF的倍数b×ION，b为正实数，由计算过程决定。
本发明还公开了一种汽车前照灯的制造方法，具体为：
根据加工条件与衍射效率要求，将衍射光学元件120的近光区121的透过率函数TN与衍射光学元件120的远光区122的透过率函数TF进行离散化，优选地，离散为4台阶或8台阶。并根据基底材料的折射率n，将位相函数转换为台阶高度函数，每2π位相对应高度为λ/(n-1)，其中λ为设计所用的光波长。
衍射光学元件120的加工：优选地，采用分步套刻的方法或者机械刻画加工的方法得到母版，将母版转印到透明耐热基底材料上得到批量的衍射光学元件120。
确定近光LED光源101中心出射光强要求：测试会聚透镜组110的透过率为t1，衍射光学元件的衍射效率为t2，根据国标中目标平面上近光区的最大光强I1的要求，那么近光LED光源101的中心出射光强为I1×a/t2/t1。
确定远光LED光源102中心出射光强要求：测试会聚透镜组110的透过率为t1，衍射光学元件120的衍射效率为t2，根据国标中目标平面上远光区的最大光强I2的要求，那么远光LED光源102的中心出射光强为I2×b/t2/t1。
本发明的技术优势在于：用传统的折反射式光学元件承担***的光焦度，用设计灵活、加工方便的衍射光学元件120对光束进行整形。与传统的自由曲面光学元件相比，衍射光学元件120的设计方法、制造方法都比较成熟，难度也更低。衍射光学元件120属于平面光学元件，整个汽车前照灯更轻薄。
本发明采用折反射光学***承担***光焦度，用衍射光学元件120进行光强整形，达到符合国家标准和理想光照要求的方案。本发明的汽车前照灯中衍射光学元件120的设计方法根据目标平面光照度的要求，转化为光强，生成采样网格，进行位相恢复，这整套设计构思。其中的采样条件、优化算法是传统技术。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种汽车前照灯，其特征在于：包括近光LED光源、远光LED光源、会聚透镜组、衍射光学元件、远近光隔离模块，所述会聚透镜组对所述近光LED光源和所述远光LED光源出射的光进行会聚，所述衍射光学元件设有近光区和远光区，所述近光区对应所述近光LED光源出射光束，所述远光区对应所述远光LED光源出射光束；所述远近光隔离模块用于隔离远光束与近光束，使远光LED光源出射的会聚后的远光束照射于衍射光学元件的远光区，近光LED光源出射的会聚后的近光束照射于衍射光学元件的近光区。
2.根据权利要求1所述的汽车前照灯，其特征在于：所述近光LED光源和所述远光LED光源上下排列。
3.根据权利要求1所述的汽车前照灯，其特征在于：所述会聚透镜组由非球面反射镜与折射透镜组组成。
4.一种权利要求1至3任一项所述汽车前照灯的制造方法，其特征在于：所述衍射光学元件的母版转印到透明耐热基底材料上得到衍射光学元件。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：所述衍射光学元件采用分步套刻的方法或者机械刻画加工的方法得到母版。
6.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：所述衍射光学元件的近光区的透光率函数计算：根据输入面复振幅函数INN，与近光输出函数ION，采用基于正向衍射变换的优化算法，优化计算得到衍射光学元件的近光区的离散的透过率函数TN；所述衍射光学元件的远光区的透过率函数计算：根据输入面复振幅函数INF，与振幅目标函数IOF，采用基于正向衍射变换的优化算法，优化计算得到衍射光学元件的远光区的离散的透过率函数TF。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于：将衍射光学元件的近光区的透过率函数TN与衍射光学元件的远光区的透过率函数TF进行离散化，并根据基底材料的折射率n，将位相函数转换为台阶高度函数，每2π位相对应高度为λ/(n-1)，其中λ为设计所用的光波长。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于：所述离散为4台阶或8台阶。
9.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：测试会聚透镜组的透过率为t1，衍射光学元件的衍射效率为t2，根据国标中目标平面上近光区的最大光强I1的要求，那么近光LED光源的中心出射光强为I1×a/t2/t1，a为正实数。
10.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：测试会聚透镜组的透过率为t1，衍射光学元件的衍射效率为t2，根据国标中目标平面上远光区的最大光强I2的要求，那么远光LED光源的中心出射光强为I2×b/t2/t1，b为正实数。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20190201 Address after: 518000 Shenzhen Graduate School of Tsinghua University, Xili University City, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee after: GRADUATE SCHOOL AT SHENZHEN, TSINGHUA University Address before: 518055 F Building, Tsinghua Campus, Xili University City, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province Co-patentee before: SHENZHEN HUAYAO LIGHT TECHNOLOGY Co.,Ltd. Patentee before: Graduate School at Shenzhen, Tsinghua University |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 518000 Guangdong city in Shenzhen Province, Nanshan District City Xili street Shenzhen University Tsinghua Campus A building two floor Patentee after: Tsinghua Shenzhen International Graduate School Address before: 518000 Shenzhen Graduate School of Tsinghua University, Xili University City, Nanshan District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee before: GRADUATE SCHOOL AT SHENZHEN, TSINGHUA University |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200618 Address after: Room 2101-2108, 21 / F, Kerong Chuangye building, No. 666, Zhongkai Avenue (Huihuan section), Zhongkai high tech Zone, Huizhou City, Guangdong Province Patentee after: Huizhou Frant Photoelectric Technology Co.,Ltd. Address before: 518000 Guangdong city in Shenzhen Province, Nanshan District City Xili street Shenzhen University Tsinghua Campus A building two floor Patentee before: Tsinghua Shenzhen International Graduate School |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180828 |