雙模組光斑疊加式汽車led前照燈的近光光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】雙模組光斑疊加式汽車LED前照燈的近光光學(xué)系統(tǒng)，包括形成15度斜線或臺階式截止線模組和形成水平截止線模組兩個部分，其特征在于：所述白光LED模組Ⅰ（1）發(fā)出的光經(jīng)過多曲面橢球面反射器（2）的第一焦點處匯聚到第二焦點處；所述白光LED模組Ⅱ（6）發(fā)出的光經(jīng)過多橢球面聚焦反射器（7）的第一焦點處匯聚到第二焦點處，形成水平展寬帶有水平截止線的較寬的光束，兩部分光線合成形成LED汽車前照燈組合式近光燈照明系統(tǒng)。本實用新型，能夠發(fā)出完全滿足國內(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于異側(cè)車道車輛駕駛員的影響，以及時看清前方的路面狀況。
【專利說明】雙模組光斑疊加式汽車LED前照燈的近光光學(xué)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種給機(jī)動車駕駛員提供道路照明的雙模組光斑疊加式汽車LED前照燈的近光光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前機(jī)動車使用的前照燈近光系統(tǒng)能夠為機(jī)動車駕駛員提供道路照明。根據(jù)國內(nèi)外前照燈標(biāo)準(zhǔn)，近光系統(tǒng)應(yīng)在避免對道路對面來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，并同時能照明車道遠(yuǎn)處，給駕駛員判斷路面情況提供方便。
[0003]我國所采用的車燈標(biāo)準(zhǔn)GB4599-2007《汽車前照燈配性能》是參考?xì)W洲經(jīng)濟(jì)委員會的相關(guān)法規(guī)《E/ECE/324 Addendum 1: Regulations N0.1 and N0.2》。針對汽車用 LED 前照燈，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局和中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會于2011年01月10日發(fā)布，2012年01月01日實施新的汽車用LED前照燈國標(biāo)GB25991-2010，根據(jù)國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)動車前照燈近光系統(tǒng)需要在車燈前方25米處形成一個水平擴(kuò)展達(dá)到7920mm，垂直擴(kuò)展達(dá)到1250mm的矩形光斑；同時，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。整個光斑的上沿要在測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，截止線的轉(zhuǎn)折處下方應(yīng)有一塊合適的亮區(qū)特殊點照明。
[0004]現(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)的運行成本很高；2.前照燈系統(tǒng)需要在夜晚長時間運行，鹵鎢燈的壽命相對較短，因而需要機(jī)場頻繁更換燈泡，維護(hù)成本也較高；3.無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】

[0005]針對上述缺陷，本實用新型的目的在于提供一種基于LED光源的汽車前照燈的近光光學(xué)系統(tǒng)，是使用若干顆LED芯片COB封裝的高功率白光LED作為光源，兩模組組合分別形成15度斜或者臺階式截止線以及水平截止線，實現(xiàn)汽車前照燈近光燈的照明。
[0006]本實用新型提出的雙模組光斑疊加式汽車LED前照燈的近光光學(xué)系統(tǒng)，包括形成15度斜線或臺階式截止線模組和形成水平截止線模組兩個部分，15度斜線或臺階式截止線模組由白光LED模組1、多曲面橢球面反射器、光闌板和投光透鏡組成，形成水平截止線模組由多曲面兩維非球面拋物面式反射器、白光LED模組II和多橢球面聚焦反射器組成，白光LED模組I的光源幾何中心置于多曲面橢球面反射器的第一焦點處，光闌板置于多曲面橢球面反射器的第二焦點附近，同時光闌板的位于投光透鏡的前焦點附近，白光LED模組II的光源幾何中心置于多橢球面聚焦反射器的第一焦點處，兩維非球面拋物面式反射器的焦點位于多橢球面聚焦反射器的第二焦點處，其特征在于:所述白光LED模組I發(fā)出的光經(jīng)過多曲面橢球面反射器的第一焦點處匯聚到第二焦點處，經(jīng)過光闌板，讓大部分的光進(jìn)入投光透鏡投射出去照明，并且形成15°斜線或者臺階式的截止線；所述白光LED模組II發(fā)出的光經(jīng)過多橢球面聚焦反射器的第一焦點處匯聚到第二焦點處，再經(jīng)過多曲面兩維非球面拋物面式反射器反射后投射出去，形成水平展寬帶有水平截止線的較寬的光束，兩部分光線合成形成LED汽車前照燈組合式近光燈照明系統(tǒng)。
[0007]所述的白光LED模組I和白光LED模組II為若干顆大功率LED芯片COB封裝的有設(shè)定陣列分布的白光LED光源模組，光源功率大小5-20W，白光LED光源模組I的發(fā)光面法向根據(jù)多曲面橢球面反射器的特征可以平行于或者垂直于多曲面橢球面反射器對稱軸，白光LED光源模組II的發(fā)光面法線垂直于多橢球面聚焦反射器對稱軸。
[0008]所述的橢球面反射器的長度為20-100 mm，口徑為30_150mm的，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。
[0009]所述的光闌板是15度斜刀口光闌板，或者15度斜線過度的臺階式刀口光闌板，刀口中心位于與主光線光軸相交，而且主光線光軸垂直于刀口面。
[0010]所述的投光透鏡的前焦點在多曲面橢球面反射器的第二焦點附近并向前離焦l-8mm，投光透鏡的相對孔徑等于或大于多曲面橢球面反射器出射光束的相對孔徑。
[0011]所述的多橢球面聚焦反射器由兩個橢球面反射器組成，每個橢球面反射器第一焦點為 10-50 mm，第二焦點為 15_100mm，口徑為 25mm-141mm 的半 口徑，長度為 12.5mm-100mm,內(nèi)表面采用高反射率鏡面鍍膜，反射率高達(dá)95%以上，兩個橢球面反射器第一焦點連線的中點與白光LED模組II的幾何中心重合。
[0012]所述的多曲面兩維非球面拋物面式反射器的焦點位于多橢球面聚焦反射器的第二焦點處，多曲面兩維非球面拋物面式反射器的焦點為5-50mm，長度為5-50 mm, 口徑為(10-100) X (10-100) mm的方形或者矩形的半口徑，內(nèi)表面采用高反射率鏡面鍍膜，反射率達(dá)到95%以上。
[0013]本實用新型，能夠發(fā)出完全滿足國內(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)動車駕駛者及時看清前方的(或前面的)路面狀況。降低了系統(tǒng)的能耗，通過光學(xué)設(shè)計使系統(tǒng)發(fā)出滿足要求的光斑，并且提高其對光能的利用率。僅以能耗8-15W的LED光源(組)實現(xiàn)對于基于傳統(tǒng)55W及以上光源鹵鎢燈和氙燈的近光系統(tǒng)的替代，并且所實現(xiàn)照明效果更優(yōu)于傳統(tǒng)前大燈近光光學(xué)系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型形成15度斜線或帶有15度過度斜線的臺階式的截止線模組和水平拓展截止線模組組合成的雙模組光斑疊加式汽車LED前照燈的近光光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是本實用新型15度斜線或者臺階式截止線模組結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3是本實用新型形成水平截止線模組結(jié)構(gòu)示意圖。[0017]圖4是本實用新型經(jīng)白光LED模組I的截止線模組的光路圖。
[0018]圖5是本實用新型白光LED模組II的水平拓展截止線模組的光路圖。
[0019]圖6是近光系統(tǒng)的25m遠(yuǎn)處光學(xué)測試屏示意圖。
[0020]圖7是雙模組光斑疊加后在測試屏上形成的照度平面分布梯度圖。
[0021]圖中:1白光LED模組1、2多曲面橢球面反射器、3光闌板、4投光透鏡、5多曲面兩維非球面拋物面式反射器、6白光LED模組I1、7多橢球面聚焦反射器。
【具體實施方式】
[0022]LED光源的汽車前照燈的雙模組光斑疊加式汽車LED前照燈的近光光學(xué)系統(tǒng)，包括15度斜線或帶有15度斜線過度的截止線模組和水平拓展截止線模組兩個部分，15度斜線或帶有15度斜線過度的截止線模組由白光LED模組I 1、多曲面橢球面反射器2、光闌板3和投光透鏡4組成，水平拓展截止線模組由多曲面兩維非球面拋物面式反射器5、白光LED模組II 6和多橢球面聚焦反射器7組成，白光LED模組I I的光源幾何中心置于橢球面反射器2的第一焦點處，光闌板3置于多曲面橢球面反射器2的第二焦點附近，同時光闌板的3位于投光透鏡4的前焦點附近，白光LED模組II 6的光源幾何中心置于多橢球面聚焦反射器7的第一焦點連線的中點處，多曲面兩維非球面拋物面式反射器5的焦點位于多橢球面聚焦反射器7的第二焦點連線的中點處，白光LED模組I I發(fā)出的光經(jīng)過多曲面橢球面反射器2的第一焦點處匯聚到第二焦點處，經(jīng)過光闌板3的擋光，大部分光進(jìn)入投光透鏡4投射出去照明，并且形成15°截止線或者帶有15度斜線的臺階式截止線，白光LED模組II 6發(fā)出的光經(jīng)過多橢球面聚焦反射器7的第一焦點處匯聚到第二焦點處，再經(jīng)過多曲面兩維非球面拋物面式反射器5反射后投射出去，形成展寬較大的帶有水平截止線的光束，兩部分光線合成形成雙模組光斑疊加式汽車LED前照燈的近光光學(xué)系統(tǒng)。
[0023]實施例1:
[0024]如圖1所示，是本實用新型15度斜線或者帶有15度過度臺階式的截止線模組和水平拓展截止線模組組成的組合式近光光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]如圖2所示，是本實用新型白光LED模組I經(jīng)多曲面橢球面反射器會聚，再經(jīng)光闌板和投光透鏡投射的近光光學(xué)系統(tǒng)的截止線模組的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]如圖3所示，是本實用新型形成水平截止線模組結(jié)構(gòu)示意圖。白光LED模組6經(jīng)多橢球面聚焦反射器7會聚，再經(jīng)兩維非球面拋物面反射5的近光光學(xué)系統(tǒng)的水平拓展截止線模組的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]如圖4、圖5所示，分別是本實用新型15度斜線或者帶有15度斜線過度的截止線模組和水平拓展截止線模組的光路圖；采用大功率多芯片COB封裝的6W白光LED I I和多芯片COB封裝的6W白光LED II 6作為光源，LED芯片采用型號CREE XML,多曲面橢球面反射器2的長度為40 mm, 口徑為60mm,第一焦距為IOmm,第二焦距為50mm,第一焦點位置與白光LED模組I I的幾何中心重合，光闌板3是15度斜刀口光闌板，或者15度斜線過度的臺階式刀口光闌板，刀口中心位于與主光線光軸相交，而且主光線光軸垂直于刀口面，位于多曲面橢球面反射器2的第二焦點附近，投光透鏡4的前焦點在多曲面橢球面反射器2的第二焦點附近并向前離焦1-8 mm,投光透鏡4的口徑為60mm，前焦距為33mm，多橢球面聚焦反射器7由兩個橢球面反射器組成，每個橢球面反射器長度為30_，口徑為34_的半口徑，第一焦距為12mm，第二焦距為30mm，兩個橢球面反射器第一焦點連線的中點與白光LED模組
II6的幾何中心重合，多曲面兩維非球面拋物面式反射器5的焦點位于多橢球面聚焦反射器7的第二焦點處附近，長度為12 mm，口徑為24X48 mm的矩形口徑，焦距為12 mm。
[0028]由圖6所示，是國標(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)測試屏示意圖；將實施例組合好的汽車LED前照燈的近光光學(xué)系統(tǒng)光源LED點亮，在25m遠(yuǎn)測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681x，其它關(guān)鍵點也滿足要求。
[0029]由圖7知，對應(yīng)于圖1基于LED光源的汽車前照燈的近光光學(xué)系統(tǒng)的15度斜線或者帶有15度斜線過渡臺階式的截止線模組和水平拓展截止線的模組組成的雙模組光斑疊加式汽車LED前照燈的近光光學(xué)系統(tǒng)在測試屏上形成的照度平面分布梯度圖。
[0030]本實用新型有以下特點:1.用LED作為光源，功率小，系統(tǒng)能耗小，壽命長；2.如圖1所示結(jié)構(gòu)利用橢球面反射器將LED光源的光會聚到第二焦點后經(jīng)過光闌和投光透鏡形成清晰的截止線，結(jié)構(gòu)簡單易于調(diào)試且效果好；3.如圖2所示結(jié)構(gòu)利用橢球面與拋物面反射的組合，位于橢球面第一焦點處的LED光源會聚到第二焦點處形成適當(dāng)光束口徑的光束，經(jīng)過兩維非球面拋物面式反射器的反射，形成水平拓展截止線的矩形光斑，光通量利用率高，整燈能耗??；4、雙模組汽車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，僅僅兩模組6 W的LED就可以在目標(biāo)照明面上實現(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.雙模組光斑疊加式汽車LED前照燈的近光光學(xué)系統(tǒng)，包括形成15度斜線或臺階式截止線模組和形成水平截止線模組兩個部分，15度斜線或臺階式截止線模組由白光LED模組I(I)、多曲面橢球面反射器(2)、光闌板(3)和投光透鏡(4)組成，形成水平截止線模組由多曲面兩維非球面拋物面式反射器(5)、白光LED模組II (6)和多橢球面聚焦反射器(7)組成，白光LED模組I (I)的光源幾何中心置于多曲面橢球面反射器(2)的第一焦點處，光闌板(3)置于多曲面橢球面反射器(2)的第二焦點附近，同時光闌板的(3)位于投光透鏡(4)的前焦點附近，白光LED模組II (6)的光源幾何中心置于多橢球面聚焦反射器(7)的第一焦點處，兩維非球面拋物面式反射器(5)的焦點位于多橢球面聚焦反射器(7)的第二焦點處，其特征在于:所述白光LED模組I (I)發(fā)出的光經(jīng)過多曲面橢球面反射器(2)的第一焦點處匯聚到第二焦點處，經(jīng)過光闌板(3)，讓大部分的光進(jìn)入投光透鏡(4)投射出去照明，并且形成15°斜線或者臺階式的截止線；所述白光LED模組II (6)發(fā)出的光經(jīng)過多橢球面聚焦反射器(7)的第一焦點處匯聚到第二焦點處，再經(jīng)過多曲面兩維非球面拋物面式反射器(5 )反射后投射出去，形成水平展寬帶有水平截止線的較寬的光束，兩部分光線合成形成LED汽車前照燈組合式近光燈照明系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙模組光斑疊加式汽車LED前照燈的近光光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述的白光LED模組I (I)和白光LED模組II (6)為若干顆大功率LED芯片COB封裝的有設(shè)定陣列分布的白光LED光源模組，光源功率大小5-20W，白光LED光源模組I(I)的發(fā)光面法向根據(jù)多曲面橢球面反射器(2)的特征可以平行于或者垂直于多曲面橢球面反射器(2)對稱軸，白光LED光源模 組II (6)的發(fā)光面法線垂直于多橢球面聚焦反射器(7)對稱軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙模組光斑疊加式汽車LED前照燈的近光光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述的橢球面反射器(2)的長度為20-100 mm, 口徑為30_150mm的，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所述的雙模組光斑疊加式汽車LED前照燈的近光光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述的光闌板(3)是15度斜刀口光闌板，或者15度斜線過度的臺階式刀口光闌板，刀口中心位于與主光線光軸相交,而且主光線光軸垂直于刀口面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙模組光斑疊加式汽車LED前照燈的近光光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述的投光透鏡(4)的前焦點在多曲面橢球面反射器(2)的第二焦點附近并向前離焦l-8mm，投光透鏡(4)的相對孔徑等于或大于多曲面橢球面反射器(2)出射光束的相對孔徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙模組光斑疊加式汽車LED前照燈的近光光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述的多橢球面聚焦反射器(7)由兩個橢球面反射器組成，每個橢球面反射器第一焦點為10-50 mm，第二焦點為15_100mm，口徑為25mm-141mm的半口徑，長度為12.5mm-100mm,內(nèi)表面采用高反射率鏡面鍍膜，反射率高達(dá)95%以上，兩個橢球面反射器第一焦點連線的中點與白光LED模組II (6)的幾何中心重合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙模組光斑疊加式汽車LED前照燈的近光光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于:所述的多曲面兩維非球面拋物面式反射器(5)的焦點位于多橢球面聚焦反射器(7)的第二焦點處，多曲面兩維非球面拋物面式反射器(5)的焦點為5-50mm，長度為5-50 mm，口徑為(IO-1OO)X (lO-lOO)mm的方形或者矩形的半口徑，內(nèi)表面采用高反射率鏡面鍍膜，反射率達(dá) 到95%以上。
【文檔編號】F21V13/14GK203810244SQ201420207477
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】葛愛明, 杜正清 申請人:江蘇洪昌科技股份有限公司