CN102313229B - 基于led为光源的汽车前照灯的近光光学系统 - Google Patents
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Abstract
基于LED为光源的汽车前照灯的近光光学系统，由作为光源的两组含反射器的白光LED阵列，两块直角棱镜和一块非球面镜组成；其特征在于：所述非球面镜放置于两块直角棱镜前，调整两个LED阵列和棱镜的位置，使直角棱镜斜边平面的上沿位于非球面镜的焦平面处或附近。使用该光学系统的LED前照灯近光光学系统能够发出完全满足国内外相关前照灯近光标准的照明光束，以帮助机动车驾驶者及时看清路面状况。
Description
技术领域
本发明属于光学技术领域，具体涉及一种给机动车驾驶员提供道路照明的基于LED为光源的汽车前照灯的近光光学系统。
技术背景
目前机动车使用的前照灯近光系统能够为机动车驾驶员提供道路照明。根据国内外前照灯标准，近光系统应在避免对道路对面来车驾驶员造成眩光的情况下，提供足够水平宽度的道路照明照亮相邻车道，并同时能照明车道远处，给驾驶员判断路面情况提供方便。 我国所采用的车灯标准GB4599-94《汽车前照灯配性能》是参考欧洲经济委员会的相关法规《E/ECE/324 Addendum 1:Regulations No.1 and No.2》。根据国标标准，机动车前照灯近光系统需要在车灯前方25米处形成一个水平扩展达到7920mm，垂直扩展达到1250mm的矩形光斑；同时，在光斑的右半部分，在矩形光斑基础上叠加了与水平方向成15°的矩形光斑。整个光斑的上沿要在测试屏幕上形成一条清晰的截止线，即截止线的左半部分水平，右半部分与水平方向成15°；同时，截止线的转折处下方应有一块合适的亮区作为热点。
现行的汽车前照灯近光系统主要以卤钨灯和氙灯作为光源，采用的光学系统包括二次曲面反射器-挡板-透镜系统和自由曲面反射器，存在如下问题：1．使用卤钨灯作为光源，要能够产生满足要求的照度，其功率要求非常高，并且车灯所使用的卤钨灯有严格的光源标准和分类，因而系统的应用成本很高；2．前照灯系统需要在夜晚长时间运行，卤钨灯的寿命相对较短，因而需要经常频繁更换灯泡，维护成本也较高； 3. 无论是采用二次曲面反射器-挡板-透镜系统还是采用自由曲面反射器，光源出射的光线都有相当一部分被挡板或者铝帽遮挡和吸收，使整体的光学系统效率受到很大限制；4．采用自由曲面反射器实现的光斑截止线通常不够清晰，存在光斑毛刺。
发明内容
针对上述缺陷，本发明的目的在于提供一种基于LED为光源的汽车前照灯的近光光学系统，是使用白光LED阵列取代卤钨灯和氙灯作为光源，通过光学设计使系统发出满足要求的光斑，并且提高其对光能的利用率。
本发明的技术方案是通过以下方式实现的：基于LED为光源的汽车前照灯的近光光学系统，由作为光源的两组含反射器的白光LED阵列，两块直角棱镜和一块非球面镜组成；其特征在于：所述非球面镜放置于两块直角棱镜前，调整两个LED阵列和棱镜的位置，使直角棱镜斜边平面的上沿位于非球面镜的焦平面处或附近，该非球面镜的凸面朝外，面形如为轮胎面。
所述的两组白光LED阵列，一组经准直后水平放置，光轴竖直向上，另一组LED阵列经准直后，在原先所在的竖直平面内与水平方向构成15°倾角；所述两块直角棱镜分别设置于两组白光LED阵列上，每一块直角棱镜的斜边所在平面分别与各自对应的白光LED阵列成45°。
所述的两组白光LED阵列，射出后形成一不对称光束：在25m远处，左半部分为一矩形光斑，光斑的水平扩展达到3960mm，垂直扩展达到1250mm；右半部分为一矩形光斑基础上叠加一与水平方向成15°的矩形光斑条；在25m远处，整体的光斑水平扩展达到7920mm，垂直扩展达到1250mm，光斑边沿有清晰的截止线；光斑的右半部分相对左半部分，在光斑上沿叠加了与水平方向成15°的矩形光斑；同时两部分光斑上沿的交界处形成了一个光斑热点。
本发明有以下特点：1.用LED作为光源，减少系统能耗，延长系统寿命； 2.利用LED单面发光的特点，通过使用光学棱镜，来形成清晰的截止线，改变原先使用挡板的方法，避免了光线的吸收，提高了整个系统的效率；3.利用LED封装方式的灵活性，合理设计LED阵列的芯片分布和整体的阵列排布结构，可较为容易地形成右侧15°截止线；4.本发明的光学系统可以制成基于LED为光源的汽车前照灯的近光光学系统，能够发出完全满足国内外相关前照灯近光标准的照明光束，以帮助机动车驾驶者及时看清路面状况；5.发光效率高、系统能耗低、使用寿命长、光形佳和可靠性好，而且符合汽车前照灯照明标准化要求的基于LED光源的汽车前照灯的近光光学系统。
附图说明
图1是本发明的正视图。
图2是本发明的右视图。
图中标号：
1为水平放置的白光LED阵列、2为与水平方向倾斜15°放置的白光LED阵列、3为对应于水平放置的白光LED阵列的直角棱镜、
4为对应于与水平方向倾斜15°放置的白光LED阵列的直角棱镜、
5为非球面镜。
具体实施方式
基于LED为光源的汽车前照灯的近光光学系统，由作为光源的两组含反射器的白光LED阵列，两块直角棱镜和一块非球面镜组成。
由图1、图2知： 1．系统采用封装排布完全相同的两组白光LED阵列作为光源；白光LED阵列1均由若干带有反射器的白光LED组成，通过该反射器的作用，使得出射的光束均接近于平行光；
2．将经过准直后的一组的LED阵列水平放置，光轴竖直向上，另一组LED阵列2经准直后，在原先所在的竖直平面内与水平方向构成15°倾角。在两组LED阵列上分别对应放置一直角棱镜3、4，每个直角棱镜的斜面分别与相应的LED阵列成45°角；
3．两组LED阵列构成的完整光源模块，发出的光线经直角棱镜反射后的形成一平行光束，光束左半部分近似为一均匀矩形光斑，右半部分为一与水平方向成15°倾角的矩形光斑；整个光斑的上沿形成了同样的清晰截止线，即左半部分截止线为水平，右半部分的截止线与水平方向成15°倾角。截止线的转折处下方有一合适的亮区。
4．在直角棱镜前放置一非球面镜5，该非球面镜5的凸面朝外，面形如为轮胎面，使得已经满足光形要求的光束能在水平方向和垂直方向展开，扩展达到相关国内外标准的要求。
6、调整两个LED阵列和直角棱镜的位置，使得直角棱镜斜面上沿的棱位于非球面镜D的焦平面附近；而非球面镜也作为投射物镜，将满足光形要求的平行光束按照水平扩展和垂直扩展以及在截止线转折处下方的亮区要求投射出去。
7、经非球面镜后，能够出射满足国内外标准的光束，即形成一不对称光束：在25m配光屏幕处，左半部分为一矩形光斑，光斑的水平扩展达到3960mm，垂直扩展达到1250mm；右半部分为一矩形光斑基础上叠加一与水平方向成15°的矩形光斑条；整体的光斑水平扩展达到7920mm，垂直扩展达到1250mm，光斑边沿有清晰的截止线；光斑的右半部分，相比左半部分，在光斑上沿叠加了与水平方向成15°的矩形光斑；同时两部分光斑上沿的交界处形成了一个光斑热点。在25m远处的光斑照度分布应满足相关要求。
所述的两组白光LED阵列，经反射器准直后出射，再经直角棱镜反射后水平出射，通过非球面镜的作用，最终出射满足国际标准的光束，即形成一不对称光束：在25m远处，左半部分为一矩形光斑，光斑的水平扩展达到3960mm，垂直扩展达到1250mm；右半部分为一矩形光斑基础上叠加一与水平方向成15°的矩形光斑条；在25m远处，整体的光斑水平扩展达到7920mm，垂直扩展达到1250mm，光斑边沿有清晰的截止线；光斑的右半部分，相比左半部分，在光斑上沿叠加了与水平方向成15°的矩形光斑；同时两部分光斑上沿的交界处形成了一个光斑热点。
Claims (3)
1.基于LED为光源的汽车前照灯的近光光学系统，由作为光源的两组含反射器的白光LED阵列，两块直角棱镜和一块非球面镜组成；一组为水平放置的白光LED阵列（1）、另一组为与水平方向倾斜15°放置的白光LED阵列（2）；所述的两组白光LED阵列，一组经准直后水平放置，光轴竖直向上；所述的两块直角棱镜分别设置于两组白光LED阵列上，每一块直角棱镜的斜边所在平面分别与各自对应的白光LED阵列成45°；其特征在于：所述非球面镜放置于两块直角棱镜前，调整两个LED阵列和棱镜的位置，使直角棱镜斜边平面的上沿位于非球面镜的焦平面处或附近。
2.根据权利要求1所述的基于LED为光源的汽车前照灯的近光光学系统，其特征在于：所述的非球面镜的凸面朝外，面形为轮胎面。
3. 根据权利要求1所述的基于LED为光源的汽车前照灯的近光光学系统，其特征在于：所述的两组白光LED阵列，射出后形成一不对称光束：在25m远处，左半部分为一矩形光斑，光斑的水平扩展达到3960mm，垂直扩展达到1250mm；右半部分为一矩形光斑基础上叠加一与水平方向成15°的矩形光斑条；在25m远处，整体的光斑水平扩展达到7920mm，垂直扩展达到1250mm，光斑边沿有清晰的截止线；光斑的右半部分相对左半部分，在光斑上沿叠加了与水平方向成15°的矩形光斑；同时两部分光斑上沿的交界处形成了一个光斑热点。
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