CN109114520A - 基于激光光源的汽车近光灯及其配光方法 - Google Patents

基于激光光源的汽车近光灯及其配光方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了基于激光光源的汽车近光灯，包括使激光光束扩散的扩散透镜组，沿着激光光源入射方向还依次包括使激光光束照射范围进一步调整的照射面积调整透镜、使激光光束形成符合标准求强度分布的调整透镜以及形成明暗截止线的挡光板。其有益效果在与：本发明提供的基于激光光源的汽车近光灯，不仅使得高度集中的激光光束在有限空间内形成有效的行车照明光斑，且其形成的配光光斑符合配光屏幕测试要求；本发明提供的基于激光光源的汽车近光灯的配光方法采用根据配光标准图，设计出符合标准光斑要求的前照灯透镜组合。

Description

基于激光光源的汽车近光灯及其配光方法
技术领域
本发明涉及汽车照明技术领域，特别涉及基于激光光源的汽车近光灯及其配光方法。
背景技术
汽车前照灯是汽车重要组成部分，主要包括用于近距离照明的近光灯和用于远距离照明的远光灯两种，其中，近光灯光照设计要求照射范围大，且短距离照射，同时应避免给对面驶来的司机造成炫目影响安全驾驶，对光斑形状有特定要求，为提高道路上物体的辨识度，需形成明显的明暗截止线等，因此目前关于汽车前照灯的设计，其重点和难点在于近光灯。汽车前照灯的发展历经乙炔前照灯、白炽前照灯、卤素前照灯、氙气前照灯、和LED前照灯几个阶段。LED前照灯相对于前面几种前照灯效率高、能耗低、寿命长等优点，但其散热较差，需要复杂的散热系统。而采用激光作为光源的前照灯，不仅具有效率高、能耗低、寿命长的优点，而且它的照射距离能达到600m，由于发光面积和能耗的减小，冷却系统也相对简单。基于这诸多优点，激光前照灯日后的发展定会像现在的LED大灯逐步取代传统光源大灯一样，走进寻常百姓家。
激光作为汽车前照灯光源虽已有应用，但其使用技术并不成熟，只是出现在某些高端汽车品牌，其在形成汽车近光灯或远光灯配光曲线时，也仅仅是简单模仿现有LED汽车前照灯具的技术，那么，一方面，前照灯的体积庞大、质量重，对光线精度要求高，光学损耗过大，光学器件材料昂贵等问题依然存在；另一方面：激光作为汽车前照灯光源难以形成各区域光照强度不同的符合标准要求的光斑。这些问题都成为限制激光作为汽车前照灯光源进军汽车领域的因素。
发明内容
为克服现有的技术缺陷，本发明提供了基于激光光源的汽车近光灯，所述激光汽车前照灯采用激光作为汽车前照灯光源，能减小前照灯体积，降低光线精度要求和光学损耗，形成各区域光照强度不同的符合标准要求的近光光斑。
本发明的另一目的在于提供所述基于激光光源的汽车近光灯的配光方法，采用这种配光方法可根据配光标准图，设计出以激光为光源，形成符合标准光斑要求的近光灯透镜组合。
为实现本发明的目的，采用以下技术方案予以实现：
基于激光光源的汽车近光灯，包括使激光光束扩散的扩散透镜组，沿着激光光源入射方向还依次包括使激光光束照射范围进一步调整的照射面积调整透镜、使激光光束形成强度分布符合标准要求的强度分布调整透镜以及形成明暗截止线的挡光板。本发明提供的基于激光光源的汽车近光灯先采用扩散透镜组将平行的激光光束扩散成发散的光束，采用照射面积调整透镜将发散光束一个方向的光线收窄，使得光束在配光屏上的投影呈长条形，然后采用采用强度分布调整透镜将光束的强度分布调整到符合标准要求，最后用挡光板形成近光光斑的明暗截止线，实现采用激光作为汽车前照灯光源，减小了前照灯体积，降低了光线精度要求和光学损耗，形成各区域光照强度不同的符合标准要求的近光光斑。
进一步的，所述强度分布调整透镜包括若干个组合的自由曲面透镜。具体的，自由曲面透镜的侧面呈平面，多个自由曲面透镜相互无缝拼接在一起形成一整个强度分布调整透镜。
进一步的，所述自由曲面透镜包括接收光线的自由曲面和照射光线的出射面，所述自由曲面呈凹面，所述出射面呈平面。
进一步的，所述照射面积调整透镜为柱面凸透镜，所述柱面凸透镜使得出射光与竖直方向的角度为10～15°。具体的，所述柱面透镜包括呈平面状的进光面和具有圆弧面结构的出光面，出射光从出光面射出与竖直方向的角度为10～15°。
进一步的，所述扩散透镜组使得光束的角度扩展为发散角为35～40°的锥形光束。
进一步的，所述扩散透镜组包括两个双凹透镜。具体的，所述扩散透镜为两个双凹透镜叠加组合而成，其对应的每个双凹透镜的两个曲率半径可以相等也可以不相等，本发明采用双凹透镜对光线高度集中的激光光束进行扩散，成本低，扩散效果好，出射角计算方便。
进一步的，所述双凹透镜材质为石英玻璃。石英玻璃是目前市面容易获得的能够允许高强度激光光束穿过的透镜材质，价格合适且可使用寿命长。
进一步的，所述挡光板设置在自由曲面透镜的出射面侧的左下方。具体的，本发明中，激光光束经过前面的扩散透镜组、照射面积调整透镜和强度分布调整透镜，能形成符合标准要求强度分布的长条形光斑，采用挡光板将其左下方的光线挡住，使得最后投影到配光屏幕上，形成反Z形或反L形的近光配光光斑，这样进一步满足了近光光斑的配光要求。
基于激光光源的汽车近光灯的配光方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：采用扩散透镜组将平行的激光光束扩散成扩散光束：
步骤2：采用照射面积调整透镜将扩散光束进行调整，使得光束在配光屏上的投影呈长条形；
步骤3：采用强度分布调整透镜将光束的强度分布调整到符合标准要求；
步骤4：采用挡光板形成近光光斑的明暗截止线。
具体的，步骤1中可以采用两个叠加的双凹透镜作为扩散透镜组，根据折射定律：n1·sinθ1＝n2·sinθ2(n1、n2分别是空气的折射率和透镜的折射率，θ1、θ2分别是入射光与法线的夹角和折射光与法线的夹角)，通过调整双凹曲面透镜的曲率半径和两透镜的距离，进而调整出最终出射光与竖直方向的夹角。步骤2中可采用特定结构的强度分布调整透镜，如具有圆弧面的柱面透镜，使得光束从柱面透镜的圆弧面的出射光与竖直方向的角度为10～15°，将发散光束一个方向的光线收窄，使光束在配光屏上的投影呈长条形。步骤3中，强度分布调整透镜可以采用自由曲面透镜，所述自由曲面透镜包括接收光线的自由曲面和照射光线的出射面，出射面呈平面，自由曲面呈凹面，自由曲面的形状可根据步骤2中出射光角度和需要在25m处的配光屏幕上形成的光斑形状和强度分布，采用数学几何计算原理、能量守恒定律和折射定律等知识，运用计算机建模软件拟合获得。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：本发明提供的基于激光光源的汽车近光灯，不仅使得高度集中的激光光束在有限空间内形成有效的行车照明光斑，且其形成的配光光斑符合配光屏幕测试要求，各区域光照强度不同，整个前照灯体积小，使用材料成本低，配光过程光学损耗小，对光线的精度要求低；本发明提供的基于激光光源的汽车近光灯的配光方法采用根据配光标准图，设计出符合标准光斑要求的前照灯透镜组合。
附图说明
图1为本发明的透镜组合模型图；
图2为发明的扩散透镜组的截面示意图；
图3为本发明提供的照射面积调整透镜结构示意图；
图4为本发明实施例1的强度分布调整透镜结构示意图；
图5为本发明实施例1的自由曲面透镜的截面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
实施例1
如图1～5所示，本实施例提供了基于激光光源的汽车近光灯，包括使激光光束扩散的扩散透镜组，沿着激光光源入射方向还依次包括使激光光束照射范围进一步调整的照射面积调整透镜200、使激光光束形成强度分布符合标准要求的强度分布调整透镜300以及形成明暗截止线的挡光板400。
本发明提供的基于激光光源的汽车近光灯其原理在于：先采用扩散透镜组将平行的激光光束扩散成发散的光束，采用照射面积调整透镜200将发散光束一个方向的光线收窄，使得光束在配光屏上的投影呈长条形，然后采用采用强度分布调整透镜300将光束的强度分布调整到符合标准要求，最后用挡光板400形成近光光斑的明暗截止线，形成各区域光照强度不同的符合标准要求的近光光斑。
进一步的，所述强度分布调整透镜300包括6个组合的自由曲面透镜310。具体的，自由曲面透镜310的侧面呈平面，6个自由曲面透镜310相互无缝拼接在一起形成一整个强度分布调整透镜300。
进一步的，所述自由曲面透镜310包括接收光线的自由曲面311和照射光线的出射面，所述自由曲面311呈凹面，所述出射面呈平面。
进一步的，所述照射面积调整透镜200为柱面凸透镜，所述柱面凸透镜使得出射光与竖直方向的角度为11.3°。具体的，所述柱面透镜包括呈平面状的进光面和具有圆弧面结构的出光面，圆弧面对应的曲率半径为26.25mm，出射光从出光面射出与竖直方向的角度为11.3°。
进一步的，所述扩散透镜组使得光束的角度扩展为发散角为37.2°的锥形光束。具体的，本发明采用半径为2.5mm的平行激光光束，经过扩散后的锥形激光光束在25m处的配光屏幕上可形成半径为8.41m的圆形光斑。
进一步的，所述扩散透镜包括两个双凹透镜110。具体的，所述扩散透镜为两个双凹透镜110叠加组合而成，其对应的每个双凹透镜110的两个曲率半径相等。
进一步的，所述双凹透镜110材质为石英玻璃。
进一步的，所述挡光板400设置在自由曲面透镜310的出射面侧的左下方。具体的，本发明中，激光光束经过前面的扩散透镜组、照射面积调整透镜200和强度分布调整透镜300，能形成符合标准要求强度分布的长条形光斑，采用挡光板400将其左下方的光线挡住，使得最后投影到配光屏幕上，形成反Z形近光配光光斑，这样进一步满足了近光光斑的配光要求。
基于激光光源的汽车近光灯的配光方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：采用两个双凹透镜110将平行的激光光束扩散成锥形光束：
步骤2：采用柱状透镜将扩散光束进行调整，使得光束在配光屏上的投影呈长条形；
步骤3：采用6个组合在一起的自由曲面透镜310将将光斑分成6块区域，使得强度分布符合标准要求；
步骤4：采用挡光板400形成近光光斑的明暗截止线，最终在25m出的配光屏幕上形成反Z形的近光配光光斑。
具有的，步骤1中可以采用两个叠加的双凹透镜110作为扩散透镜组，根据折射定律：n1·sinθ1＝n2·sinθ2(n1、n2分别是空气的折射率和透镜的折射率，θ1、θ2分别是入射光与法线的夹角和折射光与法线的夹角)，通过调整双凹曲面透镜的曲率半径和两透镜的距离，进而调整出最终出射光与竖直方向的夹角。步骤2中可采用特定结构的强度分布调整透镜300，如具有圆弧面的柱面透镜，使得光束从柱面透镜的圆弧面的出射光与竖直方向的角度为11.3°，将发散光束一个方向的光线收窄，使光束在配光屏上的投影呈长条形。步骤3中，强度分布调整透镜300可以采用自由曲面透镜310，所述自由曲面透镜310包括接收光线的自由曲面311和照射光线的出射面，出射面呈平面，自由曲面311呈凹面，自由曲面311的形状可根据步骤2中出射光角度和需要在25m处的配光屏幕上形成的光斑形状和强度分布，采用数学几何计算原理、能量守恒定律和折射定律等知识，运用计算机建模软件拟合获得。
实施例2
本实施例提供的基于激光光源的汽车近光灯，采用半径为2.5mm的平行激光光束，经过扩散透镜组后扩散为发散角为35°的锥形光束；锥形光束经过柱面凸透镜后出射光与竖直方向的角度为14°；然后在7个组合的自由曲面透镜310作用下形成具有7块不同强度的区域光斑，最后在遮光板作用下形成明暗截止线，最终形成反L形的近光配光光斑。
显然，本发明虽然以上述实施例公开，但并不是对本发明的限定。任何本领域的普通技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，在上述说明的基础上都可以做出可能的变化和修改。因此，本发明的保护范围应当以本发明的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.基于激光光源的汽车近光灯，包括使激光光束扩散的扩散透镜组，其特征在于，沿着激光光源入射方向还依次包括使激光光束照射范围进一步调整的照射面积调整透镜、使激光光束形成强度分布符合标准要求的强度分布调整透镜以及形成明暗截止线的挡光板。
2.根据权利要求1所述的基于激光光源的汽车近光灯，其特征在于，所述强度分布调整透镜包括若干个组合的自由曲面透镜。
3.根据权利要求2所述的基于激光光源的汽车近光灯，其特征在于，所述自由曲面透镜包括接收光线的自由曲面和照射光线的出射面，所述自由曲面呈凹面，所述出射面呈平面。
4.根据权利要求1~3任一项所述的基于激光光源的汽车近光灯，其特征在于，所述照射面积调整透镜为柱面凸透镜，所述柱面凸透镜使得出射光与竖直方向的角度为10~15°。
5.根据权利要求1~3任一项所述的基于激光光源的汽车近光灯，其特征在于，所述扩散透镜组使得光束的角度扩展为发散角为35~40°的锥形光束。
6.根据权利要求5所述的基于激光光源的汽车近光灯，其特征在于，所述扩散透镜包括两个双凹透镜。
7.根据权利要求6所述的基于激光光源的汽车近光灯，其特征在于，所述双凹透镜材质为石英玻璃。
8.根据权利要求2或3或6或7所述的基于激光光源的汽车近光灯，其特征在于，所述挡光板设置在自由曲面透镜的出射面侧的左下方。
9.根据权利要求1~8所述的基于激光光源的汽车近光灯的配光方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：采用扩散透镜组将平行的激光光束扩散成扩散光束：
步骤2：采用照射面积调整透镜将扩散光束进行调整，使得光束在配光屏上的投影呈长条形；
步骤3：采用强度分布调整透镜将光束的强度分布调整到符合标准要求；
步骤4：采用挡光板形成近光光斑的明暗截止线。
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