CN110748851A - 一种汽车前照灯光学*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车前照灯光学***，包括近光灯单元及远光灯单元，所述近光灯单元由多个近光灯模块构成，所述近光灯模块包括LED光源、椭球形反射器、抛物面形反射器、遮光板及平凸透镜；所述LED光源设置在椭球形反射器的第一焦点上，遮光板设置椭球形反射器的第二焦点位置，且位于椭球形反射器及平凸透镜之间；所述远光灯单元由多个远光灯模块构成，所述远光灯模块包括N个LED光源、N个结构相同的反射器及矩形平凸透镜，本发明使得整个远光灯***具有分域配光能力。之后通过远光灯的自由排列，进一步实现了远近光灯的一体化。灯具结构紧凑，光效高，近光灯满足法规要求，远光灯实现矩形光斑像素级照明。

Description

一种汽车前照灯光学***
技术领域
本发明涉及光学设计领域，具体涉及一种汽车前照灯光学***。
背景技术
LED将会是未来主流的汽车前照灯光源，LED具有发光效率高、寿命长、节能环保、体积小、抗震性好、响应速度快等许多优点。
在夜间，汽车前照灯的配光效果对驾驶者的行车安全有巨大的影响，前照灯良好的配光光形可以有效降低夜间交通事故的发生几率。针对以普通LED(近似面光源，发光场为180°的朗伯光)为光源的汽车前照灯，GB25991-2010《汽车用LED前照灯》有详尽的规定。在满足此规定的前提下，不断提高前照灯的配光效果，同时尽可能地提高照明的效率，包括近几年出现的十分实用的分域配光照明(矩阵式照明)，是一项十分值得研究的课题。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种汽车前照灯光学***。
本发明采用如下技术方案：
一种汽车前照灯光学***，包括近光灯单元及远光灯单元，
所述近光灯单元由多个近光灯模块构成，所述近光灯模块包括LED光源、椭球形反射器、抛物面形反射器、遮光板及平凸透镜；所述LED光源设置在椭球形反射器的第一焦点上，LED光源发出的光被椭球形反射器及抛物面形反射器反射，遮光板设置椭球形反射器的第二焦点位置，且位于椭球形反射器及平凸透镜之间；
所述远光灯单元由多个远光灯模块构成，所述远光灯模块包括LED光源、N个结构相同的反射器及矩形平凸透镜，所述N个结构相同的反射器间隔相同距离平行设置，每个结构的光轴可三维微调，N为自然数，按照光路方向，N个反射器的截面积逐渐增大，所述LED光源的发光面中心位于第一个反射器的焦点处，N个结构相同的反射器均是由四个抛物面正交围合构成。
所述近光灯单元由六个近光灯模块构成，所述远光灯单元由十个远光灯模块构成，，所述十个远光灯模块设置在近光灯单元周围。
本发明中每个近光灯模块的两侧均设置垂直遮光板。
所述四个抛物面的长度相同，每一个抛物面有五节，各节的焦距分别为0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm及0.7mm，每一个抛物面的每一分段理想顶点相同。
所述矩形平凸透镜长宽均为20mm，与第N个反射腔有1mm的间隔。
所述矩形平凸透镜外形为矩形，面型为球面，第一面为平面，第二面的曲率半径为78mm，透镜的厚度为6mm。
所述平凸透镜的一面为平面，距离LED光源115毫米，其中心向下偏移2.1毫米，另一面为球面，曲率半径为36.1mm，透镜的厚度为13mm。
本发明的有益效果：
(1)本发明包括近光灯单元及远光灯单元，近光灯的照明效率达到84.90％，远光灯的照明效率达到91.73％；
(2)本发明的远光灯实现矩形的配光光形，且照度分布相对均匀，使得整个远光灯单元具有一定的分域配光能力；
(3)本发明近光灯结构采用椭球形反射腔，用于形成15°截止线的照明，
附图说明
图1是本发明的一种汽车前照灯光学***的主视图；
图2是图1的普通视图；
图3是图1中的远光灯模块的主视图；
图4是远光灯模块的结构视图；
图5是图1中近光灯模块的侧视图；
图6是近光灯单元的排列结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
本实施例中所述的位置坐标遵循左手三维坐标系，以z轴方向为车灯的光线照射方向(正方向)，x轴为水平方向，y轴向上。
如图1-图6所示，一种汽车前照灯光学***，包括近光灯单元及远光灯单元。
如图5所示，所述近光灯单元13由多个近光灯模块构成，所述近光灯模块包括近光灯LED光源1、椭球形反射器2、抛物面形反射器3、遮光板4及平凸透镜5,LED光源发出的光被分为两部分，椭球形反射器用于形成15°截止线的照明；抛物面形反射器用于提高照明的效率，同时具有一定的控制照度分布的能力。两种反射腔的连接方式可以按需设计，只要不影响光路即可，本实施例中抛物面型反射器位于椭球形反射器的右侧，两个反射器分别装配在灯具的固定机械结构上。
本实施例中，所述LED光源，设置在椭球形反射器的第一焦点上，其发光面大小为4.4×1mm，厚度为1mm，其中心位置为(0，0，15mm)，发出的光为180°的朗伯光。
椭球形反射器的椭球体方程为
Figure BDA0002228953530000031
以椭球体z0长轴原点一端的顶点为起点，长度为18mm。
抛物面形反射器的焦距为14.5mm，其顶点的位置为(0，-1.2mm，-0.6mm)，沿z轴方向的长度为55mm，沿x轴方向的宽度为80mm，位于y轴下方的深度为20mm；在侧视图中抛物面形反射器以顶点为中心，顺时针有0.9°的旋转，在俯视图中，以顶点为中心，顺时针有1.2°的旋转。
本实施例中的遮光板为裁去一角的矩形，大小为40mm×10mm×1mm，中心位置为(0.6mm，-7mm，69mm)，裁去的一角在xy平面内沿点(0，-2mm)开始，以x轴方向为基准向y轴负方向旋转15°的射线剪切，用于遮挡光线使照明处(配光屏幕)产生15°的截止线。
所述平凸透镜为圆形的，第一面为平面，距离LED光源115mm，中心沿y轴向下偏移2.1mm，第二面为球面，曲率半径为36.1mm，透镜的厚度为13mm；第一面的位置为(0，-2.1mm，130mm)。其中，遮光板与配光屏幕(距光源25m处)经平凸透镜成物像关系，所述向下偏移具体是以光轴位置作为中心，向下偏移的距离。
本实施例中LED光源的发光面具有逆时针49°的旋转，即发光面的法线水平方向(或者光轴)的夹角为41°。
如图6所示，本实施例近光灯单元包括六个近光灯模块，六个近光灯模块分成两行，交错排列，每个近光灯模块的两侧均设置垂直遮光板24，用于阻挡每个近光灯模块相互之间的杂散光，近光灯单元的大小在xy平面内为240×95mm，厚度在z轴方向为145mm。
如图3及图4所示，所述远光灯单元由多个远光灯模块构成，所述远光灯模块依次包括远光灯LED光源6、N个结构相同的反射器及矩形平凸透镜12，按照光路方向，N个反射器的截面积逐渐增大，所述LED光源的发光面中心位于第一反射器的焦点处。
所述远光灯的LED光源，大小为1×1mm，发光面面向正前方(图中右方)，N个结构相同的反射器，反射器为抛物面构成的反射器，本实施例N为5，分别为第一反射器7、第二反射器8、第三反射器9、第四反射器10及第五发射器11，LED光源其发光面中心位于第一反射器7的焦点处，即坐标原点；每个反射器都是由四个抛物面正交围合构成，四个抛物面的长度相同，每个抛物面有五节，各节的焦距分别为0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm及0.7mm，每一个抛物面的每一分段理想顶点相同。
所述矩形平凸透镜，长宽均为20mm，其第一面与第五反射器11的末端有1mm的间隔，第一面为平面，第二面的曲率半径为78mm，透镜的厚度为6mm。
每个远光灯模块的配光光形均为矩形光斑，控制不同模块的单个远光灯熄灭，可以实现分域配光功能。为了满足国标对于远光灯照明的要求，每个远光灯模块的LED功率不同。
必要情况下，远光灯和近光灯可以一起打开，以满足不同条件下的照明需求。
也可以调整矩形平凸透镜的焦距，使得透镜贴合第五反射器的末端。
本实施例中光学***的排列方式为，近光灯单元四周包围10个远光灯模块14～23每个远光灯模块与配光屏幕上的光斑一一对应。使用者可以自由安排每个远光灯的位置与旋转角度，投射至配光屏幕上的不同位置，并组合出需要的光形。
10个这样的光斑在前方照明区间组合成大的矩形形状光斑，构成10个可独立控制的“像素”的照明***。
表1为本实施例中近光灯单元在配光屏幕上的照度值与LED近光灯国家标准的对比表。
表1
Figure BDA0002228953530000041
Figure BDA0002228953530000051
表2为本发明实施例远光灯的照度值与LED远光灯国家标准的对比表。
表2
Figure BDA0002228953530000052
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种汽车前照灯光学***，其特征在于，包括近光灯单元及远光灯单元，
所述近光灯单元由多个近光灯模块构成，所述近光灯模块包括LED光源、椭球形反射器、抛物面形反射器、遮光板及平凸透镜；所述LED光源设置在椭球形反射器的第一焦点上，LED光源发出的光被椭球形反射器及抛物面形反射器反射，遮光板设置椭球形反射器的第二焦点位置，且位于椭球形反射器及平凸透镜之间；
所述远光灯单元由多个远光灯模块构成，所述远光灯模块包括LED光源、N个结构相同的反射器及矩形平凸透镜，所述N个结构相同的反射器间隔相同距离平行设置，N为自然数，按照光路方向，N个反射器的截面积逐渐增大，所述LED光源的发光面中心位于第一个反射器的焦点处，N个结构相同的反射器均是由四个抛物面正交围合构成。
2.根据权利要求1所述的一种汽车前照灯光学***，其特征在于，所述近光灯单元由六个近光灯模块构成，所述远光灯单元由十个远光灯模块构成，，所述十个远光灯模块设置在近光灯单元周围。
3.根据权利要求2所述的一种汽车前照灯光学***，其特征在于，每个近光灯模块的两侧均设置垂直遮光板。
4.根据权利要求1所述的一种汽车前照灯光学***，其特征在于，所述四个抛物面的长度相同，每一个抛物面有五节，各节的焦距分别为0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm及0.7mm，每一个抛物面的每一分段理想顶点相同。
5.根据权利要求1所述的一种汽车前照灯光学***，其特征在于，所述矩形平凸透镜长宽均为20mm，与第N个反射腔有1mm的间隔。
6.根据权利要求1所述的一种汽车前照灯光学***，其特征在于，所述矩形平凸透镜外形为矩形，面型为球面，第一面为平面，第二面的曲率半径为78mm，透镜的厚度为6mm。
7.根据权利要求6所述的一种汽车前照灯光学***，其特征在于，所述平凸透镜的一面为平面，距离LED光源115毫米，其中心向下偏移2.1毫米，另一面为球面，曲率半径为36.1mm，透镜的厚度为13mm。
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