CN115574283A - 一种多光源散布式照明车灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多光源散布式照明车灯，属于车灯照明领域。本发明的照明车灯包括多个光源和一个合束器，所述光源包括多个设置于合束器侧方的侧置光源；所述合束器侧面设有合束反射面，分别由所述的多个侧置光源发出的多束光线分别从侧方射向合束器的合束反射面，经合束反射面反射后，统一向合束器前方射出。本发明技术方案通过合束器的设计，将多个光源全部或部分地分散到合束器的侧面，由于合束后光线发光面大小决定于合束器的反射面的大小，而不再受光源分布面的大小影响，所以光源具有了更自由的设置空间。可以最大限度地提高光源的光线利用率。可以适用更小尺寸的配光透镜。并且可以有效避免光源热量集中，散热需求大大降低。

Description

一种多光源散布式照明车灯

技术领域

本发明属于汽车车灯技术领域，涉及采用LED或者激光二极管作为光源的车灯，具体涉及采用采用LED或者激光二极管作为光源的汽车照明灯。

背景技术

近些年，随着半导体照明技术的发展，在车灯领域，LED光源正在逐渐取代传统的卤素灯泡和氙气灯泡。车灯包括起照明作用的照明车灯（前照灯、远光灯）和起指示作用的辅助车灯。 为了夜间行车安全照明车灯需要具备足够的亮度，汽车前照灯和远光灯的光通量一般要达到1600lm以上。汽车上常用的LED芯片通常为1-3W, 商用的LED芯片单瓦的光通量一般为80-100lm左右，即使选用功率可以达到3W的LED芯片，也至少需要6颗LED灯珠，才能达到1600lm以上的光通量。

目前现有基于LED光源的照明车灯在结构形式上可以分为替代型和全新型两种。

替代型LED车灯具有与传统卤素灯/氙气灯相同的安装结构，具有与卤素灯/氙气灯灯泡直径相当的柱形灯体（或称灯柱），并且将LED光源设置在灯体前端与卤素灯/氙气灯灯丝对应的位置，通常的做法就是将多颗LED分布在一个三棱柱的侧面三个侧面，或者四棱柱的四个侧面，或者一个薄基板的两侧，也就是珠在灯体前端沿周向均匀布置（呈双面180度对称布置、三面120度旋转对称、四面90旋转对称、环形均匀布置等），灯体后端设散热器。这种替代型LED照明车灯可以适用传统卤素灯/氙气灯的配光系统，可与传统卤素灯/氙气灯互换安装，非常便于汽车用户自行改装车灯。

但是，采用多颗LED灯珠组合形成的光源组合的光线在360度范围内的分布情况并不能达到卤素灯或氙气灯灯丝那样的匹配程度。因此将这种LED车灯使用在原本适用于卤素灯或氙气灯的配光系统中，并不能得到相同的照明效果，其光形及各目标区域的照度，通常并不能达到车灯相关标准对汽车前照灯或远光灯的要求。

另外，为了在结构形式上与传统卤素灯/氙气灯通用，设置于灯体前端的LED光源与灯体后端的散热器之间间隔较远的导热距离，因此，两者之间必须要设置结构优秀且热传导性能非常好的导热器件或组件，并且配置散热性能非常好的散热器，以满足LED光源的散热需求。

全新型LED车灯则是指汽车厂家或者车灯供应商，以LED灯珠作为光源，根据汽车照明要求，全新设计的LED车灯。这种LED车灯，在结构设计时，不考虑与传统卤素灯/氙气灯之间的通用性，而是单纯基于LED光源的特点，从安装、散热、光通量、光线分布等角度，自由设计LED灯珠的排布方式、散热结构、安装结构等，并根据设计好的LED车灯全新设计配光系统。

现有全新型LED照明车灯，其结构一般具有如下特点：（1）LED灯珠紧凑规则排布在基板的一面；（2）散热器设置于基板的另一面（散热器和LED基板之间无导热距离）；（3）以折射配光为主，折射反射混合式（传统卤素灯/氙气灯主要采用反射的方式对光线进行配置）；（4）一般都设计了专用的散热装置。

全新型LED车灯，与替代型LED车灯相比，具有更简单的结构、更好的散热效果、更理想的光型、更好地满足相关标准要求等优点，但仍然具有不足。

1、光线利用率低：设置于基板上的每一颗灯珠，都是向前方180度范围发出光线的，为了让光源发出的光线沿目标方向照射到配光透镜上，需要针对光源设置准直器，然而，准直器的曲面设计，是以将光源虚化成一个点为基础进行的。参照图1、2，对于由多颗LED灯珠排布组合而成的组合光源来说，只有位于中心或者靠近中心的LED灯珠的光线可以得到良好的准直效果，而位于边缘的LED灯珠则有很大一部分光线偏离目标方向。因此边缘的LED灯珠的光线并不能得到有效的利用。

2、需要更大尺寸的配光透镜：1W以上大功率LED尺寸约为1*1mm，或者更大，封装成灯珠后，尺寸至少在3*3mm以上。即使不考虑预留散热间隙，多颗LED灯珠组合在一起形成发光面面积很大，光束尺寸也比较大。困此需要配置更大尺寸的配光透镜以调控输出的光分布。这不仅会增加车灯系统的体积，而且大口径的透镜加工比较难，浪费材料，成本高。

3、对散热要求高：为了尽可能减小光源的发光面，现有全新型LED车灯普遍将LED灯珠排布得尽可能的紧凑，多颗紧凑排布在一起的LED灯珠具有更高的散热要求，对此，设计师为LED光源设置了更大散热面积的散热器，使用价格比较高的散热材料，甚至配置了主动散热风扇，这不仅增了散热器成本，而且一旦风扇停转，则很容易导致LED灯珠烧毁。

发明内容

本发明针对现有全新型LED照明车灯存在的上述三个技术问题，提供一种适于采用LED作为光源的新型车灯结构，进而实现更小的发光面、更高的光线利用率和更低的散热要求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种多光源散布式照明车灯，包括多个光源，其特征在于，还包括一个合束器，所述光源包括多个设置于合束器侧方的侧置光源；所述合束器侧面设有合束反射面，分别由所述的多个侧置光源发出的多束光线分别从侧方射向合束器的合束反射面，经合束反射面反射后，统一向合束器前方射出。

上述技术方案通过合束器的设计，将多个光源全部或部分地分散到合束器的侧面，由于合束后光线发光面大小决定于合束器的反射面的大小，而不再受光源分布面的大小影响，所以光源具有了更自由的设置空间。一方面，具备了针对各光源单独配置准直器的条件，并且可以选用口径相对更大的准直器，可以最大限度地提高光源的光线利用率。另一方面，在不受光源尺寸约束的情况，可以设计出更小的发光面，以选用更小尺寸的配光透镜。第三，分散在合束器侧方的光源有条件设置得更松散，可有效避免光源热量集中，散热需求大大降低。

所述的光源可以是LED光源或者激光光源，一个光源可以是单颗LED灯珠或单个激光光源或一个COB光源，也可以多颗LED灯珠或者激光光源组合在一起的组合光源。

所述的多个光源可以只包括一种，如每个光源都是LED光源，或者每个光源都是激光光源，也可以包括多种光源，如一部分是LED光源，另一部分是激光光源混合。

所述合束反射面与侧置光源之间可以是一对一关系。具体地，所述的多个侧置光源于合束器侧方围绕合束器分布。所述合束器侧面设有与侧置光源数量相同的合束反射面，一个合束反射面对应一个侧置光源。

所述合束反射面与侧置光源之间也可以是一对多关系。具体地，所述的多个侧置光源分组地于合束器侧方围绕合束器分布。所述合束器侧面设有与侧置光源组数相同的合束反射面，一个合束反射面对应一组侧置光源。

作为优选，多个或多组侧置光源于合束器侧方围绕合束器均匀分布。

进一步地，每个侧置光源配置一个准直器。

进一步地，所述光源还包括一个中心光源，所述中心光源设置于合束器的轴线上，所述中心光源发出的光线向合束器前方射出。

进一步地，所述中心光源配置有一个准直器。

进一步地，前述照明车灯还包括一基座，所述基础包括相互连接的一基板和一环形光源座，所述合束器设置于在所述基板上，所述环形光源座以合束器轴线为中心，所述侧置光源设置在所述环形光源座上。基板背面设置散热器。

进一步地，所述合束器为棱台结构，每个侧面为一个合束反射面，棱台截面为正多边形，棱台的侧面与底面的夹角为45度，棱台的侧面镀有反射膜。棱台为透明材料，棱台顶面与底面平行。

本发明的有益效果：1、光线利用率高：合束器的设置为每一颗灯珠单独配置准直器提供了空间条件，可以有效减少射向侧面的杂光，提高光线利用率。2、不需要更大尺寸的配光透镜：在不受光源尺寸约束的情况，可以设计出更小的发光面，以选用更小尺寸的配光透镜。3、对散热要求低：分散在合束器侧方的光源有条件设置得更松散，可有效避免光源热量集中，散热需求大大降低。

附图说明

图1是多颗LED灯珠中位于中心位置的灯珠的准直效果。

图2是多颗LED灯珠中位于边缘的灯珠的准直效果。

图3是本发明多光源照明车灯一种光源分布结构示意图。

图4是图3的仰视图。

图5是图3所示光源分布结构的一种基座结构示意图。

图6是本发明多光源散布式照明车灯另一种光源分布结构示意图。

图7是图6的仰视图。

图8是图6所示光源分布结构的一种基座结构示意图。

图9是本发明多光源散布式照明车灯第三种光源分布结构示意图。

图10是包括两种倾斜角度的双层棱台结构的合束器结构原理示意图。

图11是带有聚光功能的合束器结构原理示意图。

图12是合束器与聚光透镜组合结构示意图。

图13是合束器与双透镜组合结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明多光源散布式照明车灯的工作原理和相对优选的结构方案做进一步解释和说明。

以优选的多面体棱台结构的合束器为例，设置于合束器侧面的光源出射的光束，经过准直光学元件对光束进行准直，当选用LED光源时，准直一般可以采用TIR透镜，当选用激光器作为光源时，准直一般可以采用球面透镜或非球面透镜。准直后光束经过多面体棱台的侧面进行反射，多面体棱台的侧面数量根据光源数量决定，例如5个光源就选用5面体棱台。棱台的截面轮廓是个正多边形，棱台的侧面与底面的夹角为45度，棱台的侧面镀有高反膜。棱台的材料可以为金属、塑料、熔石英、氟化钙等各种常用作光学元件的材料。多光束经过多面体棱台侧面反射后，变成了平行光束，平行光束可以通过一个透镜会聚成点光源，也可以通过变曲率透镜会聚成多个点光源或者线状光源。多光束经过多面体棱台侧面反射后，形成的平行光束，也可以通过一个缩束系统形成一个小口径的平行光束，合束之后可以设计配光元件对其进行配光，产生满足相关标准要求的照明效果。根据具体使用情况来确定合束之后产生单点、多点、线状或者是小口径的平行光束。也可以使用反射镜将经过合束器反射出来的多个平行光束进行汇聚，如抛物面反射镜或椭球面反射镜。各个光源的功率可以相等，也可以不相等，经过准直透镜后的光束口径可以是大小一样，也可以大小不一样。

当使用多个激光器作为光源时，激光器可以选择半导体激光器、光纤激光器。当使用半导体激光器产生蓝光，在会聚点处放置黄色荧光片，蓝色激光经过黄色荧光片后变成白光，这样在后面放置配光元件，则可以满足相关标准关于车灯颜色的要求。

光源也可以为激光与LED光源混合，假设总共有N个光源，其包括n个LED光源，m个激光光源，其中N=n+m。

配光元件可以选用变曲率透镜，将其中一个表面按扇形区域划分，每个区域有不同的曲率半径，将光束会聚的焦点位置不一样，这样可以产生多个焦点，如果划分区域大于10个几乎可以产生线状的光斑，供特殊情况使用。

此外，多个LED光源合束之后的光斑也可以作为卤素灯泡的直接替代光源。

参照图3-5，该图所示是本发明所述多光源散布式照明车灯的一种可选结构方案，该方案中，合束器4采用六棱台结构，六棱台的六个侧面构成六个合束反射面41，每个合束反射面倾斜角度均为45度，与六个合束反射面对应地，共设置了六个光源1。所述六个光源在合束器的正侧方均匀分布。每个光源配置一个TIR透镜作为准直器2，光源发出的光线经过准直器后形成平行光束射向合束器的合束反射面。然后经过合束反射面反射，射向配光透镜3。

在安装结构上，本例将合束器安装在一个基板61上，所述基板的背面设置散热翅片5，为达到更好的散热效果，还可以在散热翅片侧面设置散热风扇。所述六个光源设置在一环形光源座62上，准直器2与环形光源座62固定，所述环形光源座62与基板61固定组成基座6。环形光源座62优选导热良好的铝基板。

参照图6-8，该图所示是本发明所述多光源散布式照明车灯的另一种可选结构方案，该方案中，合束器4采用四棱台结构，四棱台的四个侧面构成四个合束反射面41，每个合束反射面倾斜角度均为45度，与四个合束反射面对应地，共设置了八个光源。所述八个光源分上下两层分布在合束器的侧方，每两个光源对应一个合束反射面。每个光源配置一个TIR透镜作为准直器2，光源发出的光线经过准直器后形成平行光束射向合束器的合束反射面。然后经过合束反射面反射，射向配光透镜3。

在安装结构上，本例与图3-5所示一样，将合束器4安装在一个基板61上，所述基板的背面设置散热翅片5，同样地，为达到更好的散热效果，也可以在散热翅片侧面设置散热风扇。所述八个光源设置在一双层的环形光源座62上，其中四个在第一层环形光源座上，另外四个在第二层环形光源座上，准直器与环形光源座固定，第一层环形光源座与基板固定，第二层环形光源座与第一层环形光源座连接。环形光源座优选导热良好的铝基板。

参照图9，该图所示是本发明所述多光源散布式照明车灯的第三种可选结构方案，该方案中，光源设置方式与图3所示结构方案相同，六个侧置光源呈单层围绕合束器均匀分布，合束器为六棱台结构，合束器采用透明材质，六个侧面渡反光膜，顶面和底面透明，在合束器的轴线上设置一中心光源12，中心光源12的光线经过准直器准直后，沿合束器轴线向前穿过合束器后射出。

可以理解到的是，在本发明中，合束器的作用在于将散布在侧方的多个光源的光线汇集后统一向前方射出，图3-9所示的棱台结构只是因为结构相对简单而被认为较为优选的结构方案，并不是本发明构思下合束器的唯一结构形式。基于更多光源的合束需要，也可以将合束器设计成具有更多合束反射面的复杂一些的结构，如图10所示。经合速器后向前射出的光线，可以如图3、6、9那样平行射向配光透镜，也可以向一设定焦点汇聚，并将配光透镜3设于该设定焦点处，图11所示。或者在合束器前方设置聚集透镜8，将经过经过合束器平行射出的光线聚集到设定焦点，如图12所示。或者，通过两个透镜组成缩束透镜组9将经过合束器平行射出的大口径光束缩小成小口径的平行光束，然后再进行配光，以产生满足相关标准规定的光照效果，如图13所示。

Claims (10)

1.一种多光源散布式照明车灯，包括多个光源，其特征在于，还包括一个合束器，所述光源包括多个设置于合束器侧方的侧置光源；所述合束器侧面设有合束反射面，分别由所述的多个侧置光源发出的多束光线分别从侧方射向合束器的合束反射面，经合束反射面反射后，统一向合束器前方射出。

2.根据权利要求1所述的多光源散布式照明车灯，其特征在于，所述的光源是LED光源或者激光光源，或者一部分是LED光源，另一部分是激光光源。

3.根据权利要求1所述的多光源散布式照明车灯，其特征在于，一个光源是单颗LED灯珠或单个激光光源或一个COB光源，或者由多颗LED灯珠或者激光光源组合在一起的组合光源。

4.根据权利要求1所述的多光源散布式照明车灯，其特征在于，所述合束反射面与侧置光源之间是一对一关系，所述的多个侧置光源于合束器侧方围绕合束器分布，所述合束器侧面设有与侧置光源数量相同的合束反射面，一个合束反射面对应一个侧置光源。

5.根据权利要求1所述的多光源散布式照明车灯，其特征在于，所述合束反射面与侧置光源之间是一对多关系，所述的多个侧置光源分组地于合束器侧方围绕合束器分布，所述合束器侧面设有与侧置光源组数相同的合束反射面，一个合束反射面对应一组侧置光源。

6.根据权利要求1所述的多光源散布式照明车灯，其特征在于，多个或多组侧置光源于合束器侧方围绕合束器均匀分布。

7.根据权利要求1所述的多光源散布式照明车灯，其特征在于，每个侧置光源配置一个准直器。

8.根据权利要求1所述的多光源散布式照明车灯，其特征在于，所述光源还包括一个中心光源，所述中心光源设置于合束器的轴线上，所述中心光源发出的光线向合束器前方射出，所述中心光源配置有一个准直器。

9.根据权利要求1所述的多光源散布式照明车灯，其特征在于，还包括一基座，所述基础包括相互连接的一基板和一环形光源座，所述合束器设置于在所述基板上，所述环形光源座以合束器轴线为中心，所述侧置光源设置在所述环形光源座上，基板背面设置散热器。

10.根据权利要求1所述的多光源散布式照明车灯，其特征在于，所述合束器为棱台结构，每个侧面为一个合束反射面，棱台截面为正多边形，棱台的侧面镀有反射膜。

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