CN209558252U - 一种用于汽车前照灯的近光模组及汽车前照灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于汽车前照灯的近光模组及汽车前照灯，属于汽车车灯技术领域，其目的在于解决现有技术中近光大灯的第三区需要一定照度但又不能过高的问题。本实用新型包括支架，支架上依次设置有反光碗、光源、截止线挡板以及透镜，反光碗为椭圆球面，光源和截止线挡板依次设置在反光碗的第一焦点处以及第二焦点处，反光碗的边缘设有水平向下倾角为α的反光碗斜面，截止线挡板包括水平向下倾角为β的支架斜面，光源在截止线挡板一侧发出的光线与法线之间的夹角为θ₁，光线在通过透镜之后与水平方向的夹角为γ，满足β＝[(90°‑γ)‑θ₁+2α]/2，其中45°≤θ₁≤60°，0°≤γv≤4°。本实用新型适用于汽车前照灯。

Description

一种用于汽车前照灯的近光模组及汽车前照灯

技术领域

本实用新型属于汽车车灯技术领域，具体涉及一种用于汽车前照灯的近光模组及汽车前照灯。

背景技术

目前越来越多的近光大灯已经使用LED作为光源，既节能环保，还能延长使用寿命，且配光性能更好。近光大灯对于截止线以上的第三区，并非要求一点光都没有，三区的主要功能是照明前方的交通标识标牌，所以三区是需要在特定的几个点满足一定的照度要求，又不能过高。所以这个区域不太好补充，因为要求截止线比较明显，上面的光已经被挡板挡掉了，需要补充三区的照度，需要利用别的区域的光。

另一方面，根据汽车用LED前照灯的国家标准《GB 25991-2010汽车用LED前照灯》，对于三区的配光要求分为A区和B区，如图1、图2以及表1所示，对于LED前照灯，在配光屏幕上，测试点1-8的照度限制需符合如下规定：测试点1+2+3≥0.3lx；测试点4 +5+6≥0.6lx；0.7lx≥测试点7≥0.1lx；0.7lx≥测试点8≥0.2lx；而对于传统的方法，一般有通过在透镜底部切一块斜面的方式，但是这种方式如果控制不好或是装配有一定位移，那么三区的光极其容易超标，而且影响光形，光斑可能会缺一块，整体不够均匀。有些仅仅通过支架平板反射的一部分光来达到三区，但是这部分光由于是被反光碗根部所反射的光，其反射的角度较小，而且挡板平面上并无可控参数，所以在经过透镜后，并不能很准确的达到三区，就算到达三区，也无法完全满足各点照度的分布；而且该支架平板一般为黑色塑料或是压铸器件，其反射属性不太好把握，成功率不高。

针对上述缺点，本申请提出一种通过反光碗、支架加透镜一起配合来解决三区照度难以得到良好补充的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：解决现有技术中近光大灯的第三区需要一定照度但又不能过高的问题，提供一种用于汽车前照灯的近光模组及汽车前照灯。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种用于汽车前照灯的近光模组，包括支架，支架上依次设置有反光碗、光源、截止线挡板以及透镜，反光碗为椭圆球面，光源和截止线挡板依次设置在反光碗的第一焦点处以及第二焦点处，反光碗的边缘设有水平向下的反光碗斜面，截止线挡板包括反光碗的第二焦点处向透镜方向水平向下延伸的支架斜面。

其中，反光碗斜面与水平方向之间的夹角为α，支架斜面与水平方向之间的夹角为β，光源在截止线挡板一侧发出的光线与法线之间的夹角为θ₁，光线在通过透镜之后与水平方向的夹角为γ，满足

β＝[(90°-γ)-θ₁+2α]/2

其中，45°≤θ₁≤60°，0°≤γv≤4°。

作为优选的，透镜底部还设有自由曲面。

作为优选的，自由曲面上还设有防止光线进入三区的挖孔。

其中，反光碗的上半部分椭圆弧面与反光碗斜面的交接处与光源之间在水平方向上存在夹角p，30°＜p≤45°；反光碗斜面的自由端处与光源之间在水平方向上存在夹角q，q≤30°。

作为优选的，p为45°，q为30°。

一种汽车前照灯，包括如上所述的近光模组。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

本实用新型中，通过在反光碗边缘设置反光碗斜面，以及倾角与反光碗斜面倾角相适配的支架斜面，这样使得LED光源发出的光更加充分得到了利用，而且该部分通过支架斜面被反射的光线能够对三区照度形成很好的补足，从而更方便达到所需照度需求；另外，通过设置自由曲面，能够更进一步满足三区中A区与B区的照度差异化需求；同时为了避免三区中 B50L点位指标超标，在自由曲面对应位置进行挖孔，使该部分光线不会照射到三区B50L点位上，从而更好地控制B50L点位照度。

附图说明

图1是本实用新型中前照灯配光屏示意图；

图2是本实用新型前照灯配光屏测试点位置分布示意图；

图3是本实用新型中近光模组的结构示意图；

图4是本实用新型中光源出射范围示意图；

图5是本实用新型中光线传播路径各角度标注示意图；

图6是本实用新型中光线在是否经过自由曲面时的对比示意图；

图7是本实用新型中整体光路在部分省略时的示意图；

图8是本实用新型中透镜结构示意图；

图9是本实用新型中透镜H-H剖视图；

图10是本实用新型中透镜的自由曲面放大结构示意图；

表1是前照灯近光的配光要求数据表；

图中标记：1-反光碗、11-椭圆弧面、12-反光碗斜面、2-光源、3-截止线挡板、4-支架、5-透镜。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

一种用于汽车前照灯的近光模组，包括支架4，支架4上依次设置有反光碗1、光源2、截止线挡板3以及透镜5，反光碗1为椭圆球面，光源2和截止线挡板3依次设置在反光碗 1的第一焦点处以及第二焦点处，反光碗1的边缘设有水平向下倾角为α的反光碗斜面，截止线挡板3包括水平设置的遮挡板以及水平向下倾角为β的支架斜面，其中支架斜面能够对光线进行反射，遮挡板不反射光线，遮挡板与支架斜面的交接处刚好能够反射光线；光源2 在截止线挡板3一侧发出的光线与法线之间的夹角为θ₁，光线在通过透镜5之后与水平方向的夹角为γ，其满足

β＝[(90°-γ)-θ₁+2α]/2

其中，45°≤θ₁≤60°，0°≤γv≤4°。

其具体的设置原理为：根据前照灯近光三区的配光要求，一方面三区任何点的照度值需要小于等于0.7lx，另一方面，测试点1+2+3需要大于等于0.3lx，测试点4+5+6需要大于等于0.6lx，测试点7和测试点8也要求不一；而三区一般分为A区和B区，由此可以看出，A区和B区的照度要求是不一样的，且B区的照度要求比A区高。

假设25米屏幕上三区的点(Hx，Vy)，根据三角函数关系可以得出：到达25米屏幕上三区H方向所对应光线角度为γh＝arctan(Hx/25)，到达25米屏幕上三区V方向所对应光线角度为γv＝arctan(Hy/25)，根据国家标准所规定的三区范围，带入边界值可以计算出能到达25米屏幕上三区所对应光线角度范围为：

A区，V方向：0°≤γv≤4°，H方向：-8°≤γh≤+8°；

B区，V方向：0°≤γv≤2°，H方向：-4°≤γh≤+4°。

如图5所示，架设光源出射光线与光源竖直方向之间的夹角为θ₁，光线经过反光碗斜面时的入射角为θ₂，出射角为θ₃，反光碗斜面的法线与竖直方向之间的夹角为α，光线在经过支架斜面时入射光线与竖直方向之间的夹角为θ₄，支架斜面的法线与竖直方向之间的夹角为β，而该光线在支架斜面上的出射角为θ₅，该光线通过透镜射出之后的光线与水平方向之间的夹角为γ；

理论上根据斯涅耳公式：n₁·sinθ＝n₂·sinθ’可以计算光线经过透镜入光平面和出光弧面后的角度，但是由于进入三区的光线角度比较小，所以经过透镜平面折射进入透镜，再折射进入空气时，经过的是透镜出光弧面的中心位置，可以近似认为角度变化很小，而根据图5 中角度关系可知：

θ₁＝θ₂+α

θ₂＝θ₃

θ₄+β＝θ₅

θ₄＝θ₃-α

β+θ₅＝90°-γ

综合以上关系可得知：

β＝[(90°-γ)-θ₁+2α]/2

其中，45°≤θ₁≤60°，0°≤γv≤4°。

由于LED光源具有方向性，其发光角度一般约为120°，目前这个范围的光在反光碗下有一部分虽然能够在第二焦点处被反射出去，但是这部分反射光经过第二焦点时，因为其反射角度较小，难以反射到透镜上，因此不能得到良好的利用，而这部分光线如图4所示，约占据15°范围，因而可推知45°≤θ₁≤60°，由此，在α与β满足上述条件的情况下，光源处照射在反光碗斜面上的光线便会经过支架斜面反射到透镜上半部分，而在25米屏幕上正好照射在三区，进而很好的补充了三区的照度。

由于支架一般为黑色，其反射率较低，此部分光能量相对较弱，而上述结构补充了三区整体的照度，由于三区中B区的照度要求比A区高，因此这部分光照并不能满足A区与B区照度差异化的需求。为了解决该问题，透镜底部还增设有自由曲面，如图5所示。这样通过在透镜底部加入自由曲面，可以灵活控制一部分光经过透镜折射后而到达25米屏幕上三区B区的位置，同时由于自由曲面位于透镜靠下部分，而且自由曲面的面积有限，这也只是利用了下部光束中很少的一部分光，因此对于整体光形并不会产生影响。

对于自由曲面的设置，可根据反光碗的特性，光源位置设置于反光碗的第一焦点时，光线将从反光碗的第二焦点处射出，因而可将第二焦点出射的光线看作是一点光源出射；以该第二焦点作为原点建立坐标系，光线在经过第一面时发生折射，折射定律的矢量形式可以表示为：

其中，n为自由由面介质折射率，为入射光线单位向量，为出射光线单位向量，为自由由面在光线入射点的单位法向量；在计算第一面面型时，首先确定一个计算的初始点，设光线到达自由曲面上的点B坐标为(x，z)，光线经过透镜平面上的自由曲面折射到透镜出光面的C点，投射到屏幕上的点D坐标为(r，H)，其中H＝25m，r为光线投射在屏幕上的点位；于是，入射光线AB与出射光线CD的单位向量均可求得，再利用上述折射定律式即可得到C点的法向向量，从而确定该点的切平面，该切平面与下一点的经过第一面折射后入射到自由曲面上的光线相交从而确定自由曲面的下一点；由前一点的切平面与下一点的法向量所在的直线相交得到下一点，通过计算机迭代即可得到各点的坐标，从而确定了自由曲面上的每个点的坐标。

更为具体的，如图6所示，夹角0为夹角为U的入射光线在经过没有设置自由曲面的透镜时折射后的出射角度，可以看出，其方向为向下偏折的，贡献于一区，二区，四区。而加入自由曲面后，同样夹角为U的入射光线在经过透镜折射后出射的角度为Q，此出射方向与水平方向夹角Y范围与到达三区的V方向的角度范围一致，即0°≤Y≤2°。此自由曲面的特点是：H方向为水平且并无起伏，V方向自由曲面即为所有能使得经过透镜折射后出光角满足0°≤Y≤2°的点的集合。

另外，在设置了自由曲面之后，如图7所示，部分光线在经过反光碗斜面12之后反射到支架斜面，再经支架斜面反射到透镜5处，然后投影到三区A区位置形成图示中M处的光线；而部分光线在经过透镜底端，在通过自由曲面的折射后到达三区B区位置，形成图示中N处的光线。

根据表1中前照灯近光的配光要求，通过自由曲面的光在到达三区时会导致B50L点的指标偏高，为了解决该问题，自由曲面上还设有挖孔，该挖孔的底部为平面，这样便使得通过该挖孔处的光不会到达三区，这样便避免了B50L点指标超出要求的问题。对于该挖孔的设置，可以按照以下方式进行。

B50L(Hx，Vy)为(1.5，0.25)，其对应的光线角度(arctan(Hx/25)，arctan(Hy/25))经计算得出为(3.4°，0.57°)，即透镜上经过自由曲面水平方向出射角度为3.4°，垂直方向出射角度为0.57°。在没有加入自由曲面时，透镜下部的光线出射角度是垂直方向向下偏折，贡献于光斑的一区，二区和四区部分，由于加入自由曲面之后，该部分光线偏折到垂直方向向上，贡献于三区；所以，当需要将到达B50L点的光去掉，只需要将B50L对应的自由曲面区域去掉即可，如图8所示，在自由曲面上有一块平面区域即为挖孔区域。这个平面区域的确定与25米屏幕上B50L的位置密切相关。由于经过投影透镜后成放大相反的像，所以，由于25米屏幕上B50L点在配光屏幕左侧，其所对应的区域A应该在透镜中线右侧；A 区为2mm×1mm的矩形，而其中点距离透镜中线的距离X的范围为：2mm～4mm。

为了使LED光源的15°范围内原本难以得到良好利用的光线能够得到更加充分的利用，如图4所示，反光碗1的上半部分椭圆弧面11与反光碗斜面12的交接处与光源之间在水平方向上存在夹角p，30°＜p≤45°；反光碗斜面12的自由端处与光源之间在水平方向上存在夹角q，q≤30°。

作为优选的，p为45°，q为30°，这样便使得整体对LED光源120°有效的光线进行充分有效的利用。

一种汽车前照灯，包括如上所述的近光模组。

实施例1

一种用于汽车前照灯的近光模组，包括支架，支架上依次设置有反光碗、光源、截止线挡板以及透镜，反光碗为椭圆球面，光源和截止线挡板依次设置在反光碗的第一焦点处以及第二焦点处，反光碗的边缘设有水平向下的反光碗斜面，截止线挡板包括反光碗的第二焦点处向透镜方向水平向下延伸的支架斜面。

实施例2

在实施例1的基础上，反光碗的边缘设有水平向下倾角为α的反光碗斜面，截止线挡板包括水平设置的遮挡板以及水平向下倾角为β的支架斜面，其中支架斜面能够对光线进行反射，遮挡板不反射光线，遮挡板与支架斜面的交接处刚好能够反射光线；光源在截止线挡板一侧发出的光线与法线之间的夹角为θ₁，光线在通过透镜之后与水平方向的夹角为γ，其满足

β＝[(90°-γ)-θ₁+2α]/2

其中，45°≤θ₁≤60°，0°≤γv≤4°。

实施例3

在上述实施例的基础上，透镜底部还设有自由曲面，自由曲面上还设有防止光线进入三区的挖孔。

实施例4

在上述实施例的基础上，反光碗的上半部分椭圆弧面与反光碗斜面的交接处与光源之间在水平方向上存在夹角p，30°＜p≤45°；反光碗斜面的自由端处与光源之间在水平方向上存在夹角q，q≤30°。

实施例5

在上述实施例的基础上，p为45°，q为30°。

实施例6

在上述实施例的基础上，一种汽车前照灯，包括上述的近光模组。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

表1。

Claims (7)

1.一种用于汽车前照灯的近光模组，包括支架(4)，支架(4)上依次设置有反光碗(1)、光源(2)、截止线挡板(3)以及透镜(5)，其特征在于：反光碗(1)为椭圆球面，光源(2)和截止线挡板(3)依次设置在反光碗(1)的第一焦点处以及第二焦点处，反光碗(1)的边缘设有水平向下的反光碗斜面(12)，截止线挡板(3)包括反光碗(1)的第二焦点处向透镜(5)方向水平向下延伸的支架斜面。

2.如权利要求1所述的一种用于汽车前照灯的近光模组，其特征在于：反光碗斜面(12)与水平方向之间的夹角为α，支架斜面与水平方向之间的夹角为β，光源(2)在截止线挡板(3)一侧发出的光线与法线之间的夹角为θ₁，光线在通过透镜(5)之后与水平方向的夹角为γ，满足

β＝[(90°-γ)-θ₁+2α]/2

其中，45°≤θ₁≤60°，0°≤γv≤4°。

3.如权利要求1或2所述的一种用于汽车前照灯的近光模组，其特征在于：透镜(5)底部还设有自由曲面(51)。

4.如权利要求3所述的一种用于汽车前照灯的近光模组，其特征在于：自由曲面(51)上还设有防止光线进入三区的挖孔(52)。

5.如权利要求1或2所述的一种用于汽车前照灯的近光模组，其特征在于：反光碗(1)的上半部分椭圆弧面(11)与反光碗斜面(12)的交接处与光源之间在水平方向上存在夹角p，30°＜p≤45°；反光碗斜面(12)的自由端处与光源之间在水平方向上存在夹角q，q≤30°。

6.如权利要求5所述的一种用于汽车前照灯的近光模组，其特征在于：p为45°，q为30°。

7.一种汽车前照灯，其特征在于：包括如权利要求1-6中任一项所述的近光模组。