CN203980080U - 一种高光效模块化透镜式汽车afs前照灯照明结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高光效模块化透镜式汽车AFS前照灯照明结构，包括前照灯支架和由左至右依次设置在前照灯支架上的用于实现具有明暗截止线的基础近光光型的截止线光型模组、用于实现整体矩形照明加宽光型模组、用于实现车辆右前方强光照明的加强光型模组、用于实现前方车辆上方标识牌的照明的标识牌照明光型模组。本实用新型的每个光型模组都能单独控制，且都减少了光型挡板，减小了光型透镜的尺寸同时保证较高的光型均匀度，使得汽车照明***装置体积减小，节省空间，光能利用率较高，同时能在较高能量利用率、较小体积、较低成本下实现各级光型间的互相转换。

Description

一种高光效模块化透镜式汽车AFS前照灯照明结构

技术领域

本实用新型涉及一种高光效模块化透镜式汽车AFS前照灯照明结构，属于汽车照明技术领域。

背景技术

汽车AFS前照灯***是以ECE R123法规为基础，在不同的道路限速、路面、行人密度、天气条件下，需要根据周边环境的改变而调整自身配光方式、实现不同照明模式(C级、V级、E级、W级)的***。传统的AFS***采用机械调节方式，通过功率控制实现自适应照明，但是由于机械调节装置的精度、磨损问题容易导致配光的不稳定。现有的AFS照明***也有针对***配光进行区域划分，运用不同的透镜投影模块实现不同区域的配光，这些结构需要通过光学透镜上配有花纹进行光能量重新分配，光型挡板实现明暗截止线，都普遍存在灯具体积庞大，不利于LED散热，光型均匀度不高，光能利用率不高的现象。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述现象，本实用新型提供了一种高光效模块化透镜式汽车AFS前照灯照明结构，该装置不仅使得现有的用于形成汽车AFS前照灯不同照明模式的结构体积减小，解决散热不好问题，而且使得AFS光型均匀度更高，提高光能利用率。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:

一种高光效模块化透镜式汽车AFS前照灯照明结构,包括前照灯支架和由左至右依次设置在前照灯支架上的截止线光型模组、加宽光型模组、加强光型模组、标识牌照明光型模组，

所述截止线光型模组包括近光透镜、第一支架、透镜支撑架、透镜盖板、半包围反射器、散热器、LED，所述的LED设置在近光透镜后端的半球面内表面的球面中心处，LED底部与散热器相连接，所述半包围反射器和散热器固定在第一支架上，所述的近光透镜前端凸出地设置有两相邻的自由曲面外表面，所述透镜支撑架固定在第一支架上，所述近光透镜后端通过透镜盖板固定在透镜支撑架上，两相邻的自由曲面外表面交界线的夹角为165°；

所述加宽光型模组包括加宽光型透镜、第二支架、透镜支撑架、透镜盖板、散热器、LED，所述散热器与第二支架固定连接，所述的LED设置在第二支架的安装面中间且位于加宽光型透镜的对称旋转轴处，LED底部与散热器相连接，所述加宽光型透镜通过透镜盖板固定在透镜支撑架上，所述透镜支撑架固定在第二支架安装面四周，所述加宽光型透镜包括圆锥台部及内凹地设置在圆锥台部大端的第一自由曲面部，所述圆锥台部旋转中心设置有圆柱腔，所述圆柱腔的右端设置有内凹的准直曲线部，所述圆锥台部的锥面内侧设置有用于反射光线的透镜全内反射面，所述LED位于圆柱腔开口处且距离准直曲线部为12mm，所述第一自由曲面部包括第一曲面部、第二曲面部、第三曲面部、第四曲面部，所述第一曲面部和第四曲面部对称设置，第二曲面部和第三曲面部对称设置，所述第二曲面部与第一曲面部和第四曲面部交界处、第三曲面部与第一曲面部和第四曲面部交界处均设置有沿自由曲面部中心向边缘高度递增的阶梯部，所述第二支架的安装面向前倾斜2°；

所述加强光型模组包括加强光型透镜、第三支架、透镜支撑架、透镜盖板、散热器、LED，所述散热器与第三支架固定连接，所述的LED设置在第三支架的安装面中间且位于加强光型透镜的对称旋转轴处，LED底部与散热器相连接，所述加强光型透镜通过透镜盖板固定在透镜支撑架上，所述透镜支撑架固定在第三支架安装面四周，所述加强光型透镜包括圆锥台部及内凹地设置在圆锥台部大端的第二自由曲面部，所述圆锥台部旋转中心设置有圆柱腔，所述圆柱腔的右端设置有内凹的准直曲线部，所述圆锥台部的锥面内侧设置有用于反射光线的透镜全内反射面，所述LED位于圆柱腔开口处且距离准直曲线部为12mm，所述第三支架的安装面向前倾斜1°；

所述标识牌照明光型模组包括标识牌照明透镜、第四支架、透镜支撑架、透镜盖板、散热器、LED，所述散热器与第四支架固定连接，所述的LED设置在第四支架的安装面中间且位于标识牌照明透镜的对称旋转轴处，LED底部与散热器相连接，所述标识牌照明透镜通过透镜盖板固定在透镜支撑架上，所述透镜支撑架固定在第四支架安装面四周，所述标识牌照明透镜包括圆锥台部及内凹地设置在圆锥台部大端的第三自由曲面部，所述圆锥台部旋转中心设置有圆柱腔，所述圆柱腔的右端设置有内凹的准直曲线部，所述圆锥台部的锥面内侧设置有用于反射光线的透镜全内反射面，所述LED位于圆柱腔开口处且距离准直曲线部为12mm，所述第四支架的安装面向后倾斜4°。

所述的截止线光型模组、加宽光型模组、加强光型模组、标识牌照明光型模组均为以LED为光源的光学***，从左往右依次排列，所述的截止线光型模组是一种直接投射式汽车LED近光灯结构，用于实现具有明暗截止线的基础近光光型，所述的加宽光型模组是一种利用非成像光学及球面迭代方法研究的单透镜式照明结构，用于实现明暗截止线下方至线段20上方部分的整体矩形照明，所述的加强光型模组是一种利用非成像光学及球面迭代方法研究的单透镜式照明结构，用于实现车辆右前方强光照明，所述的标识牌照明光型模组是一种利用非成像光学及球面迭代方法研究的单透镜式照明结构，用于实现前方车辆上方标识牌的照明，通过各组模块的亮灭、功率调整，使光型叠加后达到法规要求的各级光型，并在较高能量利用率、较小体积、较低成本下实现各级光型间的互相转换，其中V级光型由截止线光型、加宽光型与标识牌照明光型叠加完成；在V级光型上通过增加功率提高LED照明亮度的方式实现C级光型；C级光型上叠加不同功率的加宽光型即实现各种E级高速公路光型；在E级光型上降低线段20和线段10及以下部的光照度，并加强光型，且增加加宽光型的功率，可实现W级光型。

本实用新型优点在于：

1、每个光型模组都能单独控制，且都减少了光型挡板，减小了光型透镜的尺寸同时保证较高的光型均匀度，使得汽车照明***装置体积减小，节省空间，光能利用率较高。

2、能在较高能量利用率、较小体积、较低成本下实现各级光型间的互相转换。

附图说明

图1是本实用新型实施例的主视示意图。

图2是本实用新型实施例的俯视示意图。

图3是本实用新型实施例的立体示意图。

图4是本实用新型实施例的截止线光型模组结构示意图。

图5是截止线光型模组的散热器和第一支架的装配结构示意图。

图6是本实用新型实施例的加宽光型模组结构示意图。

图7是本实用新型实施例的加宽光型透镜剖视示意图。

图8是本实用新型实施例的加宽光型透镜立体示意图。

图9是加宽光型模组的散热器和第二支架的装配结构示意图。

图10是本实用新型实施例的加强光型模组机构示意图。

图11是加强光型模组的散热器和第三支架的装配结构示意图。

图12是本实用新型实施例的标识牌照明光型模组机构示意图。

图13是标识牌照明光型模组的散热器和第四支架装配结构示意图。

图14是本实用新型实施例的光源在加宽光型透镜中的光迹图。

图15是实施例中各光型模组在配光屏幕上的光型分布图。

图中1-截止线光型模组，11-近光透镜，12-半包围反射器，13-第一支架，2-加宽光型模组，21-加宽光型透镜，22-第二支架，3-加强光型模组，31-加强光型透镜，32-第三支架，4-标识牌照明光型模组，41-标识牌照明透镜，42-第四支架，5-前照灯支架，6-散热器，7-透镜支撑架，8-透镜盖板，9-LED，101-截至线光型，102-加宽光型，103-加强光型，104-标识牌照明光型，210-透镜全内反射面，211-准直曲线部，212-空腔围壁，213-圆锥台部，214-第一曲面部，215-第二曲面部，216-第三曲面部，217-第四曲面部。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的实用新型目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本实用新型的实施方式并不因此限定于以下实施例。

如图1至图3所示，一种高光效模块化透镜式汽车AFS前照灯照明结构,包括前照灯支架5和由左至右依次设置在前照灯支架5上的截止线光型模组1、加宽光型模组2、加强光型模组3、标识牌照明光型模组4，

如图4至图5所示，所述截止线光型模组1包括近光透镜11、第一支架13、透镜支撑架7、透镜盖板8、半包围反射器12、散热器6、LED9，所述的LED9设置在近光透镜11后端的半球面内表面的球面中心处，LED9底部与散热器6相连接，所述半包围反射器12和散热器6固定在第一支架13上，所述的近光透镜11前端凸出地设置有两相邻的自由曲面外表面，所述透镜支撑架7固定在第一支架13上，所述近光透镜11后端通过透镜盖板8固定在透镜支撑架7上,两相邻的自由曲面外表面交界线的夹角为165°；

如图6至图9所示，所述加宽光型模组2包括加宽光型透镜21、第二支架22、透镜支撑架7、透镜盖板8、散热器6、LED9，所述散热器6与第二支架22固定连接，所述的LED9设置在第二支架22的安装面中间且位于加宽光型透镜21的对称旋转轴处，LED9底部与散热器6相连接，所述加宽光型透镜21通过透镜盖板8固定在透镜支撑架7上，所述透镜支撑架7固定在第二支架22安装面四周，所述加宽光型透镜21包括圆锥台部213及内凹地设置在圆锥台部213大端的第一自由曲面部，所述圆锥台部213旋转中心设置有圆柱腔，所述圆柱腔的右端设置有内凹的准直曲线部211，所述圆锥台部213的锥面内侧设置有用于反射光线的透镜全内反射面210，所述LED9位于圆柱腔开口处且距离准直曲线部为12mm，所述第一自由曲面部包括第一曲面部214、第二曲面部215、第三曲面部216、第四曲面部217，所述第一曲面部214和第四曲面部217对称设置，第二曲面部215和第三曲面部216对称设置，所述第二曲面部215与第一曲面部214和第四曲面部217交界处、第三曲面部216与第一曲面部214和第四曲面部217交界处均设置有沿自由曲面部中心向边缘高度递增的阶梯部，所述第二支架22的安装面向前倾斜2°；

如图10至图11所示，所述加强光型模组3包括加强光型透镜31、第三支架32、透镜支撑架7、透镜盖板8、散热器6、LED9，所述散热器6与第三支架32固定连接，所述的LED9设置在第三支架32的安装面中间且位于加强光型透镜31的对称旋转轴处，LED9底部与散热器6相连接，所述加强光型透镜31通过透镜盖板8固定在透镜支撑架7上，所述透镜支撑架7固定在第三支架32安装面四周，所述加强光型透镜31包括圆锥台部213及内凹地设置在圆锥台部213大端的第二自由曲面部，所述圆锥台部213旋转中心设置有圆柱腔，所述圆柱腔的右端设置有内凹的准直曲线部211，所述圆锥台部213的锥面内侧设置有用于反射光线的透镜全内反射面210，所述LED9位于圆柱腔开口处且距离准直曲线部为12mm，所述第三支架32的安装面向前倾斜1°；

如图12至图13所示，所述标识牌照明光型模组4包括标识牌照明透镜41、第四支架42、透镜支撑架7、透镜盖板8、散热器6、LED9，所述散热器6与第四支架42固定连接，所述的LED9设置在第四支架42的安装面中间且位于标识牌照明透镜41的对称旋转轴处，LED9底部与散热器6相连接，所述标识牌照明透镜41通过透镜盖板8固定在透镜支撑架7上，所述透镜支撑架7固定在第四支架42安装面四周，所述标识牌照明透镜41包括圆锥台部213及内凹地设置在圆锥台部213大端的第三自由曲面部，所述圆锥台部213旋转中心设置有圆柱腔，所述圆柱腔的右端设置有内凹的准直曲线部211，所述圆锥台部213的锥面内侧设置有用于反射光线的透镜全内反射面210，所述LED9位于圆柱腔开口处且距离准直曲线部211为12mm，所述第四支架42的安装面向后倾斜4°。

具体地，所述LED9发射至所述加宽光型透镜21的圆锥台部213小端边缘处的光线与加宽光型透镜21的对称旋转轴线的夹角为60°。

进一步地，所述LED9发射至所述加强光型透镜31的圆锥台部213小端边缘处的光线与加强光型透镜31的对称旋转轴线的夹角为60°。

进一步地，所述LED9发射至所述标识牌照明透镜41的圆锥台部213小端边缘处的光线与标识牌照明透镜41的对称旋转轴线的夹角为60°。

所述准直曲线部211由费马原理获得，作用是将点光源发出的光线折射为平行光,其公式为：

$r_a\left(\mathrm{\β}\right)=r_{0a}\frac{1-1/n}{\cos \left(\mathrm{\β}\right)-1/n}$

式中：r_a为计算准直曲线距离原点(即LED)距离；β为计算中一个参量，表示入射光线角，范围为(0～30°)，用于计算准直曲线a；r_oa为初始计算时距离原点(即LED)距离，这里r_oa＝d；n为透镜材料的折射率。

如图14所示，所述圆锥台部213的锥面内侧设置有用于反射光线的透镜全内反射面210将空腔围壁212的折射光线全反射为平行光。所述LED9位于圆柱腔开口处与准直曲线部211的距离h为12mm。

由于大功率的LED9发热量较大，为保证加宽光型透镜21不出现热变形，加宽光型透镜21与LED6的距离应越远越好，另外，全包裹沉浸式的全内反射内表面不利于散热，而加宽光型透镜21太大也不便于汽车车灯使用。考虑到实际情况，加宽光型透镜21的准直曲线部211与LED9的距离为h，为使加宽光型透镜21的光学特性不受LED9发热量的影响，h>10mm，本实施例取h＝12mm。因此，透镜将只对δ角度以内的光能进行收集，类似地，所述加强光型透镜31、标识牌照明透镜41的准直曲线部211的h值也为12mm。

第一自由曲面部采用了球面迭代构型LED能量分配机理，迭代时方向为同时两方向进行迭代，故而形成沿第一自由曲面部中心向边缘高度递增的阶梯部。这种迭代方法使得投射的光型照度更加均匀，否则的话投射光型出现中心地区比较暗，对角线位置的照度比较强的现象。

所述圆柱腔的空腔围壁212的拔模斜度为3°，作用是在注塑成型时给磨具提供一定的磨具拔出角度λ，为拔模方便，λ通常取3°。

所述LED9发射至圆锥台部213小端边缘处的光线与各个透镜对称旋转轴线的夹角δ为60°，用于更好地收集光源出射光线以及使得各透镜结构不至于过大，节省空间，δ取为60°，可使得尺寸设计更小，更薄，更有利于安装在汽车前照灯。

图15为本实施例中各光型模组在配光屏幕上的光型分布图，图中显示了截至线光型101，加宽光型102，加强光型103，标识牌照明光型104在屏幕上的分布情况，通过各组模块的亮灭、功率调整，使光型叠加后达到法规要求的各级光型，并在较高能量利用率、较小体积、较低成本下实现各级光型间的互相转换，其中V级光型由截止线光型、加宽光型与标识牌照明光型叠加完成；在V级光型上通过增加功率提高LED照明亮度的方式实现C级光型；C级光型上叠加不同功率的加宽光型即实现各种E级高速公路光型；在E级光型上降低线段20和线段10及以下部的光照度，并加强光型，且增加加宽光型的功率，可实现W级光型。

本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高光效模块化透镜式汽车AFS前照灯照明结构,其特征在于：包括前照灯支架(5)和由左至右依次设置在前照灯支架(5)上的截止线光型模组(1)、加宽光型模组(2)、加强光型模组(3)、标识牌照明光型模组(4)，

所述截止线光型模组(1)包括近光透镜(11)、第一支架(13)、透镜支撑架(7)、透镜盖板(8)、半包围反射器(12)、散热器(6)、LED(9)，所述的LED(9)设置在近光透镜(11)后端的半球面内表面的球面中心处，LED(9)底部与散热器(6)相连接，所述半包围反射器(12)和散热器(6)固定在第一支架(13)上，所述的近光透镜(11)前端凸出地设置有两相邻的自由曲面外表面，所述透镜支撑架(7)固定在第一支架(13)上，所述近光透镜(11)后端通过透镜盖板(8)固定在透镜支撑架(7)上,两相邻的自由曲面外表面交界线的夹角为165°；

所述加宽光型模组(2)包括加宽光型透镜(21)、第二支架(22)、透镜支撑架(7)、透镜盖板(8)、散热器(6)、LED(9)，所述散热器(6)与第二支架(22)固定连接，所述的LED(9)设置在第二支架(22)的安装面中间且位于加宽光型透镜(21)的对称旋转轴处，LED(9)底部与散热器(6)相连接，所述加宽光型透镜(21)通过透镜盖板(8)固定在透镜支撑架(7)上，所述透镜支撑架(7)固定在第二支架(22)安装面四周，所述加宽光型透镜(21)包括圆锥台部(213)及内凹地设置在圆锥台部(213)大端的第一自由曲面部，所述圆锥台部(213)旋转中心设置有圆柱腔，所述圆柱腔的右端设置有内凹的准直曲线部(211)，所述圆锥台部(213)的锥面内侧设置有用于反射光线的透镜全内反射面(210)，所述LED(9)位于圆柱腔开口处且距离准直曲线部为12mm，所述第一自由曲面部包括第一曲面部(214)、第二曲面部(215)、第三曲面部(216)、第四曲面部(217)，所述第一曲面部(214)和第四曲面部(217)对称设置，第二曲面部(215)和第三曲面部(216)对称设置，所述第二曲面部(215)与第一曲面部(214)和第四曲面部(217)交界处、第三曲面部(216)与第一曲面部(214)和第四曲面部(217)交界处均设置有沿自由曲面部中心向边缘高度递增的阶梯部，所述第二支架(22)的安装面向前倾斜2°；

所述加强光型模组(3)包括加强光型透镜(31)、第三支架(32)、透镜支撑架(7)、透镜盖板(8)、散热器(6)、LED(9)，所述散热器(6)与第三支架(32)固定连接，所述的LED(9)设置在第三支架(32)的安装面中间且位于加强光型透镜(31)的对称旋转轴处，LED(9)底部与散热器(6)相连接，所述加强光型透镜(31)通过透镜盖板(8)固定在透镜支撑架(7)上，所述透镜支撑架(7)固定在第三支架(32)安装面四周，所述加强光型透镜(31)包括圆锥台部(213)及内凹地设置在圆锥台部(213)大端的第二自由曲面部，所述圆锥台部(213)旋转中心设置有圆柱腔，所述圆柱腔的右端设置有内凹的准直曲线部(211)，所述圆锥台部(213)的锥面内侧设置有用于反射光线的透镜全内反射面(210)，所述LED(9)位于圆柱腔开口处且距离准直曲线部为12mm，所述第三支架(32)的安装面向前倾斜1°；

所述标识牌照明光型模组4包括标识牌照明透镜(41)、第四支架(42)、透镜支撑架(7)、透镜盖板(8)、散热器(6)、LED(9)，所述散热器(6)与第四支架(42)固定连接，所述的LED(9)设置在第四支架(42)的安装面中间且位于标识牌照明透镜(41)的对称旋转轴处，LED(9)底部与散热器(6)相连接，所述标识牌照明透镜(41)通过透镜盖板(8)固定在透镜支撑架(7)上，所述透镜支撑架(7)固定在第四支架(42)安装面四周，所述标识牌照明透镜(41)包括圆锥台部(213)及内凹地设置在圆锥台部(213)大端的第三自由曲面部，所述圆锥台部(213)旋转中心设置有圆柱腔，所述圆柱腔的右端设置有内凹的准直曲线部(211)，所述圆锥台部(213)的锥面内侧设置有用于反射光线的透镜全内反射面(210)，所述LED(9)位于圆柱腔开口处且距离准直曲线部为12mm，所述第四支架(42)的安装面向后倾斜4°。

2.根据权利要求1所述的高光效模块化透镜式汽车AFS前照灯照明结构，其特征在于：所述LED(9)发射至所述加宽光型透镜(21)的圆锥台部(213)小端边缘处的光线与加宽光型透镜(21)的对称旋转轴线的夹角为60°。

3.根据权利要求1所述的高光效模块化透镜式汽车AFS前照灯照明结构，其特征在于：所述LED(9)发射至所述加强光型透镜(31)的圆锥台部(213)小端边缘处的光线与加强光型透镜(31)的对称旋转轴线的夹角为60°。

4.根据权利要求1所述的高光效模块化透镜式汽车AFS前照灯照明结构，其特征在于：所述LED(9)发射至所述标识牌照明透镜(41)的圆锥台部(213)小端边缘处的光线与标识牌照明透镜(41)的对称旋转轴线的夹角为60°。

5.根据权利要求1至4任一项所述的高光效模块化透镜式汽车AFS前照灯照明结构，其特征在于：所述圆柱腔的空腔围壁(212)的拔模斜度为3°。