CN102679254B - 大功率led近光灯光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种的大功率LED近光灯光学系统，包括两个相似光学结构。每个光学结构包括LED光源、基座、反光杯和光学透镜，基座用于固定LED光源、反光杯和光学透镜并构成一个封闭的腔体，LED光源发出的光线经过反光杯反射后形成近似平行光，该近似平行光通过光学透镜的折射分别产生具有水平和倾斜15度两种明暗截止线的光照度分布，叠加形成近光的光照度分布。本发明所形成的近光光照度分布能满足国家标准规定的要求，整套光学系统可以高效的利用LED光源发出的绝大部分光线，大大提高系统的光学效率；光学透镜可兼做灯具保护外壳，避免需要多的玻璃外壳而造成光能的损失。

Description

大功率LED近光灯光学系统
技术领域
本发明涉及一种汽车照明系统，特别涉及一种汽车LED近光灯照明系统。
背景技术
随着汽车工业的高速发展和LED光效的不断提高，LED在汽车中的应用也越来越普遍，LED汽车灯具开始进一步普及，与传统光源相比LED(发光二极管)具有寿命长、可靠耐用、体积小、能耗低、响应快、设计灵活等优点。LED在车内照明装置及车外信号装置上已得到广泛的应用，并且随着白光LED技术的发展，高功率白光LED的光通量及稳定性问题得以不断改善，将在车外道路照明方面大展鸿图。然而，由于LED光源的光强空间分布与传统的卤素灯或氙气灯完全不同，LED光源为单面发光，近似朗伯体分布，而传统光源为全空间分布，在LED前照灯设计中，不能直接用LED光源替换传统光源，否则所产生的光型将不能满足车用照明的性能指标。因此，必须针对LED光源自身的发光特点进行全新设计，以满足车用照明需求。
《汽车用LED照明 GB 25991-2010》规定前照灯的配光应使其近光具有足够的照明和不眩目。配光性能应满足：在前照灯基准中心前25m，过HV点的铅垂配光屏幕上测定，在配光屏上，近光应产生明显的明暗截止线，其水平部分在v-v线的左侧，右侧为与水平线向上15度的斜线，或向上成45度斜线至水平线垂直距25cm转向水平的折线，并且在配光屏幕上规定了关键点的照度值。目前LED近光灯的光学设计大都是采用投射式的光学系统，即“LED光源+反光杯+挡板+透镜”的模式，即利用挡光板遮挡部分光线后在配光屏上形成所需的近光光照度分布，这种设计可能导致整灯尺寸过大，不利于结构设计。而且由于挡光板的设计会浪费相当一部分的光能，将降低系统的出光效率。
因此急需一种可以高效的利用LED光源发出的绝大部分光线且便于加工实现的汽车LED近光灯照明系统。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种可以高效的利用LED光源发出的绝大部分光线且便于加工实现的汽车LED近光灯照明系统。该系统大大提高了光学效率。
本发明的目的是这样实现的：
本发明提供的大功率LED近光灯光学系统，包括两个相似光学结构。每个光学结构包括LED光源、基座、反光杯和光学透镜，所述基座用于固定LED光源、反光杯和光学透镜，使LED光源、反光杯和光学透镜构成一个封闭的腔体，所述LED光源发出的光线经过反光杯反射后形成近似平行光，该近似平行光各自通过光学透镜的折射分别产生具有水平和倾斜15度两种明暗截止线的光照度分布，所述具有两种明暗截止线的光照度分布叠加形成标准的近光光照度分布。
进一步，所述相似的光学结构分别为第一光学结构和第二光学结构，所述第一光学结构在25m配光屏幕上产生具有清晰的水平明暗截止线的光照度分布，所述第二光学结构在25m配光屏幕上产生具有清晰的倾斜15度明暗截止线的光照度分布，所述两个相似光学结构产生的光照度分布叠加形成标准的近光光照度分布。
进一步，所述第一光学结构包括第一LED光源、基座、第一反光杯和第一光学透镜，所述第一LED光源、第一反光杯和第一光学透镜设置于基座上，所述第一光学透镜沿第一反光杯光轴设置于第一反光杯前方；
所述第二光学结构包括第二LED光源、基座、第二反光杯和第二光学透镜，所述第二LED光源、第二反光杯和第二光学透镜设置于基座上，所述第二光学透镜沿第二反光杯光轴设置于第二反光杯前方。
进一步，所述第一光学结构的第一光学透镜内、外表面分别为自由曲面透镜和枕形透镜组；所述第二光学结构的第二光学透镜为第一光学结构的第一光学透镜旋转15度形成。
进一步，所述第一反光杯包括第一反射腔、第一辅助反射面、第一非反射面和第一凹槽，所述第一反射腔内表面为抛物面，在第一反射腔焦点处设置第一LED光源，所述第一辅助反射面和第一非反射面为部分圆锥面，所述第一凹槽连接并固定第一光学透镜；
所述第二反光杯包括第二反射腔和第二凹槽，所述第二反射腔内表面为抛物面，在第二反射腔焦点处设置第二LED光源，所述第二凹槽连接并固定第二光学透镜，第一反光杯和第二反光杯将第一LED光源、第二LED光源发出的光线分别反射到第一光学透镜和第二光学透镜后出射至配光屏幕。
进一步，所述第一LED光源和第二LED光源分别为大功率LED光源。
本发明的优点在于：本发明采用两个相似光学结构的LED光源发出的光线经过反光杯反射后形成近似平行光，该近似平行光通过光学透镜的折射分别产生在25m配光屏幕上产生具有清晰的水平明暗截止线的光型和倾斜15度明暗截止线的光照度分布，该具有两种明暗截止线的光照度分布叠加形成25m配光屏幕上满足标准《汽车用LED照明 GB 25991-2010》规定的近光光照度分布。本发明提供的系统是针对LED光源朗伯光型而设计，整套光学系统可以高效的利用LED光源发出的绝大部分光线，大大提高系统的光学效率；光学透镜可兼做灯具保护外壳，避免需要多的玻璃外壳而造成光能的损失。
本发明的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为大功率LED近光灯光学系统的结构图；
图中，1为LED光源；1a为第一光学结构的第一LED光源；1b为第二光学结构的第二LED光源；2为基座；3为第一光学结构的第一反光杯；3a为第一反光杯的第一反射腔；3b为第一反光杯的第一辅助反射面；3c为第一反光杯的第一非反射面；3d为第一反光杯的第一凹槽；4为第二光学结构的第二反光杯；4a为第二反光杯的第二反射腔；4b为第二反光杯的第二凹槽；5为第一光学结构的第一光学透镜；5a为第一光学透镜内表面的自由曲面透镜；5b为第一光学透镜外表面的枕形透镜组；6为第二光学结构的第二光学透镜；6a为第二光学透镜内表面的自由曲面透镜；6b为第二光学透镜外表面的枕形透镜组。  
图2为第一个光学结构的光学透镜内外表面结构图；
图中，5a为第一光学透镜内表面的自由曲面透镜；5b为第一光学透镜外表面的枕形透镜组；
图3为第二个光学结构的光学透镜内外表面结构图；
图中，6a为第二光学透镜内表面的自由曲面透镜；6b为第二光学透镜外表面的枕形透镜组。
图4为第一个光学结构在25m配光屏幕上的光照度分布；
图5为第二个光学结构在25m配光屏幕上的光照度分布；
图6为整个LED近光灯光学系统在25m配光屏幕上的光照度分布。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
图1为大功率LED近光灯光学系统的结构图，图1为大功率LED近光灯光学系统的结构图，图2为第一个光学结构的光学透镜内外表面结构图，图3为第二个光学结构的光学透镜内外表面结构图，图4为第一个光学结构在25m配光屏幕上的光照度分布，图5为第二个光学结构在25m配光屏幕上的光照度分布，图6为整个LED近光灯光学系统在25m配光屏幕上的光照度分布，如图所示：本发明提供的大功率LED近光灯光学系统，包括两个相似的光学结构。每个光学结构包括LED光源、基座、反光杯和光学透镜，所述基座用于固定LED光源、反光杯和光学透镜，使LED光源、反光杯和光学透镜构成一个封闭的腔体，所述LED光源发出的光线经过反光杯反射后形成近似平行光，该近似平行光通过光学透镜的折射分别产生具有水平和倾斜15度两种明暗截止线的光照度分布，所述具有两种明暗截止线的光照度分布叠加形成满足国家标准《汽车用LED照明 GB 25991-2010》规定的近光光照度分布。
所述相似的光学结构分别为第一光学结构和第二光学结构，所述第一光学结构在25m配光屏幕上产生具有清晰的水平明暗截止线的光照度分布，所述第二光学结构在25m配光屏幕上产生具有清晰的倾斜15度明暗截止线的光照度分布型，所述两个相似光学结构产生的光照度分布叠加形成25m配光屏幕上满足标准《汽车用LED照明 GB 25991-2010》规定的近光光照度分布。
所述第一光学结构包括第一LED光源1a、基座2、第一反光杯3和第一光学透镜5，所述第一LED光源1a、第一反光杯3和第一光学透镜5设置于基座2上，所述第一光学透镜5沿第一反光杯3光轴设置于第一反光杯3前方；
所述第二光学结构包括第二LED光源1b、基座2、第二反光杯4和第二光学透镜6，所述第二LED光源1b、第二反光杯4和第二光学透镜6设置于基座2上，所述第二光学透镜6沿第二反光杯4光轴设置于第二反光杯4前方。
所述第一光学结构的第一光学透镜5内、外表面分别为自由曲面透镜5a和枕形透镜组5b；所述第二光学结构的第二光学透镜6内、外表面分别为第二自由曲面透镜6a和第二枕形透镜组6b，所述第二光学结构的第二光学透镜6为第一光学结构的第一光学透镜5旋转15度形成。
所述第一反光杯3包括第一反射腔3a、第一辅助反射面3b、第一非反射面3c和第一凹槽3d，所述第一反射腔3a内表面为抛物面，在第一反射腔3a焦点处设置第一LED光源1a，所述第一辅助反射面3b和第一非反射面3c为部分圆锥面，所述第一凹槽3d连接并固定第一光学透镜5；
所述第二反光杯4包括第二反射腔4a和第二凹槽4b，所述第二反射腔4a内表面为抛物面，在第二反射腔4a焦点处设置第二LED光源1b，所述第二凹槽4b连接并固定第二光学透镜6，第一反光杯3和第二反光杯4将第一LED光源1a、第二LED光源1b发出的光线分别反射到第一光学透镜5和第二光学透镜6后出射至配光屏幕。
所述第一LED光源1a和第二LED光源1b分别为大功率LED光源。
整套光学系统可以高效的利用LED光源发出的绝大部分光线，大大提高系统的光学效率。
通过合理的设计可以将光学透镜兼做灯具保护外壳，避免需要多的玻璃外壳而造成光能的损失。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.  大功率LED近光灯光学系统，包括两个并排设置的相似光学结构，其特征在于：每个光学结构包括LED光源、基座、反光杯和光学透镜，所述基座用于固定LED光源、反光杯和光学透镜，使LED光源、反光杯和光学透镜构成一个封闭的腔体，所述LED光源发出的光线经过反光杯反射后形成近似平行光，该近似平行光各自通过光学透镜的折射分别产生具有水平和倾斜15度两种明暗截止线的光照度分布，所述具有两种明暗截止线的光照度分布叠加形成标准的近光光照度分布；
所述相似的光学结构分别为第一光学结构和第二光学结构，所述第一光学结构在25m配光屏幕上产生具有清晰的水平明暗截止线的光照度分布，所述第二光学结构在25m配光屏幕上产生具有清晰的倾斜15度明暗截止线的光照度分布，所述两个相似光学结构产生的光照度分布叠加形成标准的近光光照度分布；
所述第一光学结构包括第一LED光源（1a）、基座（2）、第一反光杯（3）和第一光学透镜（5），所述第一LED光源（1a）、第一反光杯（3）和第一光学透镜（5）设置于基座（2）上，所述第一光学透镜（5）沿第一反光杯（3）光轴设置于第一反光杯（3）前方；
所述第二光学结构包括第二LED光源（1b）、基座（2）、第二反光杯（4）和第二光学透镜（6），所述第二LED光源（1b）、第二反光杯（4）和第二光学透镜（6）设置于基座（2）上，所述第二光学透镜（6）沿第二反光杯（4）光轴设置于第二反光杯（4）前方；
所述第一光学结构的第一光学透镜（5）内、外表面分别为第一自由曲面透镜（5a）和第一枕形透镜组（5b）；所述第二光学结构的第二光学透镜（6）为第一光学结构的第一光学透镜（5）旋转15度形成；
所述第一反光杯（3）包括第一反射腔（3a）、第一辅助反射面（3b）、第一非反射面（3c）和第一凹槽（3d），所述第一反射腔（3a）内表面为抛物面，在第一反射腔（3a）焦点处设置第一LED光源（1a），所述第一辅助反射面（3b）和第一非反射面（3c）为部分圆锥面，所述第一凹槽（3d）连接并固定第一光学透镜（5）；
所述第二反光杯（4）包括第二反射腔（4a）和第二凹槽（4b），所述第二反射腔（4a）内表面为抛物面，在第二反射腔（4a）焦点处设置第二LED光源（1b），所述第二凹槽（4b）连接并固定第二光学透镜（6），第一反光杯（3）和第二反光杯（4）将第一LED光源（1a）、第二LED光源（1b）发出的光线分别反射到第一光学透镜（5）和第二光学透镜（6）后出射。
2.  根据权利要求1所述的大功率LED近光灯光学系统，其特征在于：所述第一LED光源（1a）和第二LED光源（1b）分别为大功率LED光源。
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