本實用新型涉及一種帶有整體結(jié)構(gòu)光學透鏡的LED汽車前照燈。
背景技術(shù):
汽車前照燈是汽車安全的主要部件之一,目前廣泛應用的鹵素燈、氣體放電燈(HID),具有高發(fā)光強度,缺點是發(fā)光效率較低、壽命低、發(fā)熱大、色溫調(diào)整難和功率大等。LED光源技術(shù)不斷提升,發(fā)光效率提高明顯,較大功率型LED光源完全可以應用到汽車中,也可以應用在汽車前照燈中,例如汽車近光燈:由于傳統(tǒng)汽車前照燈采用圓柱形狀HID燈結(jié)構(gòu),形成光斑是以中心點最亮逐漸變暗,形成傳統(tǒng)近光燈光斑形狀,然而,LED光源為面光源或者接近點光源,與其對應成近光燈光斑時,具有比較大差異,也是制約LED光源應用于汽車近光燈的主要技術(shù)難點,同理,汽車遠光燈也有同樣難題。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種能有效控制目標光斑區(qū)的寬度范圍的帶有整體結(jié)構(gòu)光學透鏡的LED汽車前照燈。
為達到上述目的,本實用新型采用的技術(shù)方案是:本實用新型提供一種帶有整體結(jié)構(gòu)光學透鏡的LED汽車前照燈,包括光學透鏡及設(shè)于光學透鏡入光處的LED,所述光學透鏡包括底面及設(shè)于底面上的總曲面,其中,所述總曲面沿縱向、橫向分別劃分為多個縱向曲面、橫向曲面,由光源射出的光線經(jīng)縱向曲面射出的折射角α,角度α取值范圍分左側(cè)、右側(cè)兩個部分:從0~7.01度漸變;α≤0.17度漸變,光線經(jīng)縱向曲面射出的折射角β,角度β范圍從0~9.37度漸變。
所述底面為圓形結(jié)構(gòu),其直徑D1為20-40mm;所述總曲面的高度H1取值范圍30~50mm。
同時,本實用新型還提供了一種帶有整體結(jié)構(gòu)光學透鏡的LED汽車前照燈,其包括底面及設(shè)于底面上的總曲面,其中,所述總曲面包括由7條縱向曲線、7條橫向曲線與底面曲線交錯搭建而成的網(wǎng)格,及在網(wǎng)格上形成的圓滑過渡的曲面;其中,所述7條縱向曲線沿底面縱向的一側(cè)到另一側(cè)分別為第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七條縱向曲線;所述7條橫向曲線沿底面橫向的一側(cè)到另一側(cè)分別為第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七條橫向曲線;7條縱向曲線與7條橫向曲線在底面上的投影線,分別將底面曲線沿縱向與橫向進行8等分。
所述底面為圓形結(jié)構(gòu),其直徑D1為20-40mm;所述總曲面的高度H1取值范圍30~50mm;第一縱向曲線最高點的高度為20~30mm;第一縱向曲線兩端點的長度D2為30~38mm。光源位于底面下方的1-5mm。
由光源射出的光線經(jīng)第七縱向曲線射出的折射角,左側(cè)部分,角度βC4取值范圍可選0~9.37度漸變,右側(cè)部分,角度βD8取值范圍可選0~9.37度漸變;由光源射出的光線經(jīng)第一縱向曲線射出的折射角,左側(cè)部分,角度βC2取值范圍可選0~8.99度漸變,右側(cè)部分,角度βD2取值范圍可選0~9.32度漸變。
由光源射出的光線經(jīng)第六縱向曲線射出的折射角,左側(cè)部分,角度βC7取值范圍可選0~9.35度漸變,右側(cè)部分,角度βD7取值范圍可選0~9.35度漸變;由光源射出的光線經(jīng)第二縱向曲線射出的折射角,左側(cè)部分,角度βC3取值范圍可選0~9.23度漸變,右側(cè)部分,角度βD3取值范圍可選0~9.25度漸變。
由光源射出的光線經(jīng)第五縱向曲線射出的折射角,左側(cè)部分,角度βC6取值范圍可選0~9.26度漸變,右側(cè)部分,角度βD6取值范圍可選0~9.26度漸變;由光源射出的光線經(jīng)第三縱向曲線射出的折射角,左側(cè)部分,角度βC4取值范圍可選≤9.15度漸變,右側(cè)部分,角度βD4取值范圍可選0~9.15度漸變。
由光源射出的光線經(jīng)第四縱向曲線射出的折射角,左側(cè)部分,角度βC5取值范圍可選0~9.15度漸變,右側(cè)部分,角度βD5取值范圍可選0~9.15度漸變。
由光源射出的光線經(jīng)第一、第七橫向曲線射出的折射角,左側(cè)部分,角度αa4取值范圍可選0~7.01度漸變,右側(cè)部分,角度αb2取值范圍可選≤0.17度漸變。
由光源射出的光線經(jīng)第二、第六橫向曲線射出的折射角,左側(cè)部分,角度αa3取值范圍0~6.91度漸變,右側(cè)部分,角度αb2取值范圍可選≤0.17度漸變。
由光源射出的光線經(jīng)第三、第五橫向曲線射出的折射角,左側(cè)部分,角度αa2取值范圍0~6.87度漸變,右側(cè)部分,角度αb2取值范圍可選≤0.17度漸變。
由光源射出的光線經(jīng)第四橫向曲線射出的折射角,左側(cè)部分,角度αa1取值范圍在0~6.86度漸變,右側(cè)部分,角度αb1取值范圍可選≤0.17度漸變。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實用新型的有益效果是:
本實用新型的光學透鏡,通過特殊設(shè)計的總曲線結(jié)構(gòu),將來自光源的光線在縱向曲面的折射角度控制在從0~7.01度漸變和α≤0.17度漸變,光線經(jīng)橫向曲面射出的折射角控制在0~9.37度漸變,依據(jù)汽車燈近光燈標準,使得通過本實用新型透鏡在目標區(qū)域形成的光斑,其寬度約8米,即中心線左右各約4米,光斑高度約3米,即水平線以下3米。
附圖說明
圖1是本實用新型的總曲面的曲線劃分示意圖;
圖2是圖1的俯視示意圖;
圖3是圖1的DD方向示意圖;
圖4是光源透過光學透鏡投射至25米處的光斑示意圖;
圖5是本實用新型的光學透鏡AA方向視圖;
圖6是本實用新型的光學透鏡BB方向視圖;
圖7是本實用新型的光學透鏡CC方向視圖;
圖8是本實用新型的光學透鏡DD方向視圖;
圖9是曲面9結(jié)構(gòu)圖;
圖10是曲面10結(jié)構(gòu)圖;
圖11是曲面11結(jié)構(gòu)圖;
圖12A、12B是曲面12結(jié)構(gòu)圖;
圖13是曲面13結(jié)構(gòu)圖;
圖14是曲面14結(jié)構(gòu)圖;
圖15是曲面15結(jié)構(gòu)圖;
圖16是曲面8結(jié)構(gòu)圖;
圖17是曲面7結(jié)構(gòu)圖;
圖18是曲面6結(jié)構(gòu)圖;
圖19是曲面5結(jié)構(gòu)圖;
圖20是曲面4結(jié)構(gòu)圖;
圖21是曲面3結(jié)構(gòu)圖;
圖22是曲面2結(jié)構(gòu)圖;
圖23是本實用新型的汽車前照燈光斑示意圖;
圖24是本實用新型的汽車前照燈結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式對本實用新型作進一步的說明。其中,附圖僅用于示例性說明,表示的僅是示意圖,而非實物圖,不能理解為對本專利的限制;為了更好地說明本實用新型的實施例,附圖某些部件會有省略、放大或縮小,并不代表實際產(chǎn)品的尺寸;對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說,附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。
本實用新型實施例的附圖中相同或相似的標號對應相同或相似的部件;在本實用新型的描述中,需要理解的是,若有術(shù)語“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系,僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述,而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作,因此附圖中描述位置關(guān)系的用語僅用于示例性說明,不能理解為對本專利的限制,對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言,可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。
實施例
整體結(jié)構(gòu)LED汽車前照燈包括LED汽車近光燈和LED汽車遠光燈,其中,LED汽車近光燈由LED光源和近光光學透鏡構(gòu)成,遠光燈由LED光源和遠光光學透鏡構(gòu)成。
如圖23及圖24所示,LED汽車近光燈構(gòu)成:采用20瓦的LED光源模組,發(fā)光角度120度,光通量大于1600lm,放置在遠光光學透鏡下方3~7mm處,LED光源發(fā)出光線經(jīng)過遠光光學透鏡折射和反射后,投射到25m遠處接收光平面的光斑為半橢圓形狀,其中,右側(cè)光斑有突出部分,滿足汽車近光燈標準要求。
101是LED光源模組,100是近光光學透鏡,99是近光燈發(fā)出的光線,近光燈投射到25m遠處接收光平面的光斑如圖23中半橢圓形狀+突出部分。
近光光學透鏡設(shè)計方法:包括底面1及設(shè)于底面1上的總曲面,其中,所述總曲面沿縱向、橫向分別劃分為多個縱向曲面、橫向曲面,由光源射出的光線經(jīng)橫向曲面射出的折射角α,角度α取值范圍分左側(cè)、右側(cè)兩個部分:從0~7.01度漸變;α≤0.17度漸變,光線經(jīng)縱向曲面射出的折射角β,角度β范圍從0~9.37度漸變。其中角度α取值范圍的左側(cè)部分為圖1中CC所指示的位置,右側(cè)部分為DD所指示的位置。
具體的,在圖1、圖2中,多個縱向曲面為縱向曲面2、縱向曲面3、縱向曲面4、縱向曲面5、縱向曲面6、縱向曲面7;多個橫向曲面為橫向曲面9、橫向曲面10、橫向曲面11、橫向曲面12、橫向曲面13、橫向曲面14、橫向曲面15。以其中幾個曲面作為例子進行說明:
縱向曲面2由點C’、D’、E’、F’、G’、H’、I’、C’共同構(gòu)成的曲線2,再與底面構(gòu)成。
縱向曲面3由點A”、B”、C”、D”、E”、F”、G”、H”、I”共同構(gòu)成的曲線3,再與底面構(gòu)成。
縱向曲面4由點A^、B^、C^、D^、E^、F^、G^、H^、I^共同構(gòu)成的曲線4,再與底面構(gòu)成。
橫向曲面12由點A、B、C、D、E、F、G、H、I共同構(gòu)成的曲線12,再與底面構(gòu)成。
本實用新型還提供了一種光學透鏡,其包括底面及設(shè)于底面上的總曲面,其中,所述總曲面包括由7條縱向曲線、7條橫向曲線與底面曲線交錯搭建而成的網(wǎng)格,及在網(wǎng)格上形成的圓滑過渡的曲面;其中,所述7條縱向曲線沿底面縱向的一側(cè)到另一側(cè)分別為第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七條縱向曲線;所述7條橫向曲線沿底面橫向的一側(cè)到另一側(cè)分別為第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七條橫向曲線;7條縱向曲線與7條橫向曲線在底面上的投影線,分別將底面曲線沿縱向與橫向進行8等分。
所述底面為圓形結(jié)構(gòu),其直徑D1為20-40mm;所述總曲面的高度H1取值范圍30~50mm;第一縱向曲線最高點的高度為20~30mm;第一縱向曲線兩端點的長度D2為30~38mm。
第一、第二、第三、第四縱向曲線與第一、第二、第三、第四橫向曲線及底面曲線搭建形成的曲面為控制明暗截止線曲面。
第一、第二、第三、第四縱向曲線與第四、第五橫向曲線及底面曲線搭建形成的曲面為控制轉(zhuǎn)接區(qū)的曲面。
第一、第二、第三、第四縱向曲線與第五、第六、第七條橫向曲線及底面曲線搭建形成的曲面為控制右突出光斑區(qū)的曲面。
第四、第五、第六、第七條縱向曲線與第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七條橫向曲線及底面曲線搭建形成的曲面為控制主照明光斑區(qū)曲面。
具體的,體現(xiàn)在圖3中,接收光斑的控制明暗截止線曲面,由曲面16、曲面17、曲面18、曲面19、曲面20、曲面21、曲面22、曲面23、曲面24、曲面25、曲面26、曲面27、曲面28、曲面29、曲面30共同組成。
接收光斑的控制轉(zhuǎn)接區(qū)的曲面,由曲面31、曲面32、曲面33、曲面34共同組成。
接收光斑的控制右突出光斑區(qū)的曲面,有曲面35、曲面36、曲面37、曲面38、曲面39、曲面40、曲面41、曲面42、曲面43、曲面44、曲面45共同組成。
接收光斑的控制主照明光斑區(qū)曲面,由曲面59,曲面60、曲面61、曲面62、曲面63、曲面64、曲面65、曲面66、曲面67、曲面68、曲面69、曲面70、曲面71、曲面72、曲面73、曲面74、曲面75、曲面76、曲面77、曲面78、曲面79、曲面80、曲面81、曲面82、曲面83、曲面84、曲面85、曲面86、曲面87、曲面88共同組成。
由光源射出的光線經(jīng)第七縱向曲線射出的折射角,左側(cè)部分,角度βC4取值范圍可選0~9.37度漸變,右側(cè)部分,角度βD8取值范圍可選0~9.37度漸變;由光源射出的光線經(jīng)第一縱向曲線射出的折射角,左側(cè)部分,角度βC2取值范圍可選0~8.99度漸變,右側(cè)部分,角度βD2取值范圍可選0~9.32度漸變。
由光源射出的光線經(jīng)第六縱向曲線射出的折射角,左側(cè)部分,角度βC7取值范圍可選0~9.35度漸變,右側(cè)部分,角度βD7取值范圍可選0~9.35度漸變;由光源射出的光線經(jīng)第二縱向曲線射出的折射角,左側(cè)部分,角度βC3取值范圍可選0~9.23度漸變,右側(cè)部分,角度βD3取值范圍可選0~9.25度漸變。
由光源射出的光線經(jīng)第五縱向曲線射出的折射角,左側(cè)部分,角度βC6取值范圍可選0~9.26度漸變,右側(cè)部分,角度βD6取值范圍可選0~9.26度漸變;由光源射出的光線經(jīng)第三縱向曲線射出的折射角,左側(cè)部分,角度βC4取值范圍可選≤9.15度漸變,右側(cè)部分,角度βD4取值范圍可選0~9.15度漸變。
由光源射出的光線經(jīng)第四縱向曲線射出的折射角,左側(cè)部分,角度βC5取值范圍可選0~9.15度漸變,右側(cè)部分,角度βD5取值范圍可選0~9.15度漸變。
由光源射出的光線經(jīng)第一、第七橫向曲線射出的折射角,左側(cè)部分,角度αa4取值范圍可選0~7.01度漸變,右側(cè)部分,角度αb2取值范圍可選≤0.17度漸變。
由光源射出的光線經(jīng)第二、第六橫向曲線射出的折射角,左側(cè)部分,角度αa3取值范圍0~6.91度漸變,右側(cè)部分,角度αb2取值范圍可選≤0.17度漸變。
由光源射出的光線經(jīng)第三、第五橫向曲線射出的折射角,左側(cè)部分,角度αa2取值范圍0~6.87度漸變,右側(cè)部分,角度αb2取值范圍可選≤0.17度漸變。
由光源射出的光線經(jīng)第四橫向曲線射出的折射角,左側(cè)部分,角度αa1取值范圍在0~6.86度漸變,右側(cè)部分,角度αb1取值范圍可選≤0.17度漸變。
具體的,在圖12中,LED光源58發(fā)出光線91投射到光學透鏡底面AI,即從空氣中進入透鏡材料時,產(chǎn)生第一次光線折射,之后投射到透鏡曲面HI,即從透鏡材料中進入空氣中產(chǎn)生第二次光線折射,同理,LED光源58發(fā)出光線90投射到光學透鏡底面AI產(chǎn)生第一次光線折射,之后投射到透鏡曲面AB產(chǎn)生第二次光線折射,進一步各個曲面的折射角度如下:
在圖12中,曲面9、曲面10、曲面11、曲面12、曲面13、曲面14、曲面15為非對稱結(jié)構(gòu)。
【1】曲面12:
①由光源射出的光線經(jīng)曲面12射出的折射角αa1,在圖12A中,位于曲面ABCDE曲線內(nèi),即左側(cè)部分,角度αa1取值范圍可選0~6.86度漸變。
②在圖12A中,位于曲面IHGFE曲線內(nèi),即右側(cè)部分,角度αb1取值范圍可選≤0.17度漸變。
【2】曲面13、曲面11
①由光源射出的光線經(jīng)曲面13、曲面11,左側(cè)部分,射出的折射角αa2,角度αa2取值范圍可選0~6.87度漸變。
②右側(cè)部分,角度αb2取值范圍可選≤0.17度漸變。
【3】曲面14、曲面10
①由光源射出的光線經(jīng)曲面14、曲面10,射出的折射角αa3,角度αa3取值范圍可選0~6.91度漸變。
②右側(cè)部分,角度αb2取值范圍可選≤0.17度漸變。
【4】曲面15、曲面9
①由光源射出的光線經(jīng)曲面15、曲面9,左側(cè)部分,射出的折射角αa4,角度αa4取值范圍可選0~7.01度漸變。
②右側(cè)部分,角度αb2取值范圍可選≤0.17度漸變。
上述各個曲面的左側(cè)部分及右側(cè)部分,是指沿中線進行分界,也是,曲面12(第四橫向曲線)或曲面5(第四縱向曲線)的分界,折射角度的限制,保證LED光源58投射到25米時,光斑寬度約8米,即中心線左右各約4米,如圖4 所示。
在圖19中,LED光源58發(fā)出光線94投射到光學透鏡底面AI,即從空氣中進入透鏡材料時,產(chǎn)生第一次光線折射,之后投射到透鏡曲面H*I*,即從透鏡材料中進入空氣中產(chǎn)生第二次光線折射,同理,LED光源58發(fā)出光線96投射到光學透鏡底面AI產(chǎn)生第一次光線折射,之后投射到透鏡曲面AB*產(chǎn)生第二次光線折射,進一步各個曲面的折射角度如下:
其中,曲面5、曲面6、曲面7和曲面8為對稱結(jié)構(gòu),曲面4、曲面3、曲面2為非對稱結(jié)構(gòu)。
【1】曲面5:
由光源射出的光線經(jīng)曲面5射出的折射角βC5和βD5,左側(cè)部分,角度βC5取值范圍可選0~9.15度漸變,右側(cè)部分,角度βD5取值范圍可選0~9.15度漸變。
【2】曲面6
由光源射出的光線經(jīng)曲面6射出的折射角βC6和βD6,左側(cè)部分,角度βC6取值范圍可選0~9.26度漸變,右側(cè)部分,角度βD6取值范圍可選0~9.26度漸變。
【3】曲面7
由光源射出的光線經(jīng)曲面7射出的折射角βC7和βD7,左側(cè)部分,角度βC7取值范圍可選0~9.35度漸變,右側(cè)部分,角度βD7取值范圍可選0~9.35度漸變。
【4】曲面8
由光源射出的光線經(jīng)曲面7射出的折射角βC8和βD8,左側(cè)部分,角度βC4取值范圍可選0~9.37度漸變,右側(cè)部分,角度βD8取值范圍可選0~9.37度漸變。
【5】曲面4:
由光源射出的光線經(jīng)曲面4射出的折射角βC4和βD4,左側(cè)部分,角度βC4取值范圍可選≤9.15度漸變,右側(cè)部分,角度βD4取值范圍可選0~9.15度漸變。
【6】曲面3
由光源射出的光線經(jīng)曲面3射出的折射角βC3和βD3,左側(cè)部分,角度βC3取值范圍可選0~9.23度漸變,右側(cè)部分,角度βD3取值范圍可選0~9.25度漸變。
【7】曲面2
由光源射出的光線經(jīng)曲面2射出的折射角βC2和βD2,左側(cè)部分,角度βC2取值范圍可選0~8.99度漸變,右側(cè)部分,角度βD2取值范圍可選0~9.32度漸變。
上述折射角度的限制,保證LED光源58投射到25米時,光斑高度3米,即水平線以下3米,如圖4所示。
本實用新型的光學透鏡所對應的LED光源放置在底面下方。
透鏡總體高度H1取值范圍30~50mm,底面圓直徑D1取值范圍20~40mm,其中在曲面2中,高度H2取值范圍20~30mm,曲面底部尺寸D2取值范圍30~38mm。
透鏡設(shè)計方法:(1)將LED光源58放置到透鏡底面下方,通常情況下距離范圍1~5mm。
(2)調(diào)試橫向曲面形狀方法,LED光源發(fā)出光線經(jīng)過縱向曲面折射后,投射到接收光斑的區(qū)域47和區(qū)域48,保證距離25m處接收光斑上下高度,參照圖4中光斑形狀。
(3)調(diào)試橫向曲面形狀方法,LED光源發(fā)出光線經(jīng)過縱向曲面折射后,投射到接收光斑的區(qū)域47和區(qū)域48,保證25m處接收光斑左右寬度,參照圖4中光斑形狀。
(4)縱向曲面2、縱向曲面3、縱向曲面4、縱向曲面5、橫向曲面9、橫向曲面10、橫向曲面11、橫向曲面12時,主要決定25m處接收光斑的右突出光斑區(qū)域,各個曲面互相兼顧,保證光線有效投射到由點HV、點H1、點H4、點h、點HV區(qū)域。
透鏡設(shè)計過程:首先,確定透鏡高度H1和底面直徑D1尺寸,其次,依據(jù)本實用新型設(shè)計方法依次調(diào)整各個曲面尺寸,之后,確定縱向曲面2、縱向曲面3、縱向曲面4、縱向曲面5、縱向曲面6、縱向曲面7、橫向曲面9、橫向曲面10、橫向曲面11、橫向曲面12、橫向曲面13、橫向曲面14、橫向曲面15。
LED遠光燈設(shè)計方法:
①遠光光學透鏡制造方法:依據(jù)所述制造近光光學透鏡方法,將曲面2與曲面8設(shè)計為形狀相同,曲面3與曲面7形狀相同,曲面4與曲面6形狀相同,曲面5形狀不變化。
曲面9、曲面10、曲面11、曲面12、曲面13、曲面14和曲面15中,右側(cè)方向,即從CC看透鏡方向,以中心軸,右側(cè)形狀與左側(cè)形狀相同。
遠光光學透鏡結(jié)構(gòu)對稱結(jié)構(gòu),產(chǎn)生光斑為橢圓形狀,可以適當減小調(diào)整遠光燈光學透鏡尺寸,可以改變圓形光斑減小,提升光斑亮度數(shù)值。
②采用20瓦的LED光源模組,發(fā)光角度120度,光通量大于1600lm,放置在遠光光學透鏡下方3~7mm處,LED光源發(fā)出光線經(jīng)過遠光光學透鏡折射和反射后,投射到25m遠處接收光平面的光斑為橢圓形狀,滿足汽車遠光燈標準要求。如圖23及圖24所示。
③103是LED光源模組,102是遠光光學透鏡,104是遠光燈發(fā)出光線,遠光燈投射到25m遠處接收光平面的光斑如圖23中上下對稱的橢圓形狀。
顯然,本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例,而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等,均應包含在本實用新型權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。