CN210601449U - 一种基于激光与led混合的汽车前照灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于激光与LED混合的汽车前照灯，包括前照灯基板、激光器、波长转换器、LED光源、反光杯、远近光变换挡片和透镜，所述激光器和LED光源安装于前照灯基板上；所述激光器发出的激光至少部分经过波长转换器转换，且转换后的激光和未转换的激光，组合成为合成白光，并依次经过反光杯和透镜出射；所述LED光源发出的光束依次经过反光杯和透镜出射；当远光灯打开，所述合成白光和LED光束同时从透镜出射，实现远光照明；所述远近光变换挡片设在反光杯和透镜之间，并在近光灯打开时，移入光路遮挡至少部分从反光杯出射到透镜的合成白光，实现近光照明。本实用新型巧妙地将激光和LED相结合，实现了更好的照明效果。

Description

一种基于激光与LED混合的汽车前照灯

技术领域

本发明涉及汽车照明的技术领域，更具体地，涉及一种基于激光与LED混合的汽车前照灯。

背景技术

汽车大灯，也称为汽车前照灯，作为汽车的眼睛，不仅关系到一整车的外在形象，更与夜间开车或能见度低的天气条件下的安全驾驶有着紧密的关系，高品质的汽车大灯有助于提高驾驶安全和降低事故率。

传统汽车大灯利用卤素灯、氙气灯等进行设计使用，随着LED技术的不断发展，其被逐渐应用到车灯中。两者相比较，传统卤素灯、氙气灯等灯泡的使用寿命一般在300小时左右，并且功耗较高，需要较长的驱动延时；而LED使用寿命可超过20000小时，且效率高，较少额外的损耗；同时，LED还有体积小，应用方便，抗震性强等优点，目前已经在市场的主流消费车车型中广泛推广使用。

而作为同一时期出现的半导体激光器，它不但具有LED光源的大部分优点，比如说响应速度快，亮度衰减低，体积小，能耗低，寿命长等等，而且在此基础上更进一步。例如，首先是体积方面的优势，单个激光二极管的长度已经可以做到10μm，仅为常规LED元器件的1％，这意味着汽车前照灯的尺寸可以大幅度的减小，为将来汽车的外形设计上提供了更大的自由度。其次是激光器的低能耗，当满足同样要求的照明条件时，使用激光大灯的能耗仅为LED大灯的60％，进一步地减小了能量消耗，这也更符合未来汽车的节能环保趋势。而且激光特有的强方向性，使得激光前照灯照射距离更远，使驾驶员能更早的对前方的路况作出预判，增加了汽车行驶的安全性。同时激光光源更接近于理想的点光源，在进行光学配光设计时更容易获得理想的设计效果。所以随着技术的向前发展，激光煎照灯的使用会更加的广泛，有当年LED取代氙气灯之趋势。

但是，在实际应用中，考虑到当汽车大灯的近光照明时，需要对近距离比较宽的路面进行大面积照明，所以要求光输出较高的光通量，因此激光本身的超远的有效距离优势不适用于此种情况。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种基于激光与LED混合的汽车前照灯，通过近光使用LED光源，远光使用激光光源的组合方案，使汽车前照灯设计更合理，获得更佳的照明效果。

本发明采取的技术方案是：一种基于激光与LED混合的汽车前照灯，包括前照灯基板、激光器、波长转换器、LED光源、反光杯、远近光变换挡片和透镜，所述激光器和LED光源安装于前照灯基板上；所述激光器发出的激光至少部分经过波长转换器转换，且转换后的激光和未转换的激光，组合成为合成白光，并依次经过反光杯和透镜出射；所述LED光源发出的光束依次经过反光杯和透镜出射；当远光灯打开，所述合成白光和LED光束同时从透镜出射，实现远光照明；所述远近光变换挡片设在反光杯和透镜之间，并在近光灯打开时，移入光路遮挡至少部分从反光杯出射到透镜的合成白光，实现近光照明。

本技术方案中，LED光源能近距离进行大面积照明；而激光具有远距离照明的优势，因此，本技术方案巧妙地利用激光与LED光源相结合，可实现更好的汽车照明效果。其中，所述激光器主要负责汽车前照灯的远光照明，而LED光源主要负责汽车前照灯的近光照明。当前照灯的近光灯打开，出光光束全部由LED光源发出，或出光光束主要为LED光源发出并混合部分合成白光，实现近光照明；当前照灯的远光灯打开，出光光束为LED光源与合成白光的混合光，照明效果更好。

本技术方案中，通过设计远近光变换挡片移入或移出光路，选择性遮挡或非遮挡所述合成白光，实现切换近光或远光照明。其中，当前照灯的近光灯打开，远近光变换挡片移入合成白光从反光杯到透镜出射的光路，从而遮挡大部分或全部激光器发出的光束，实现近光照明；当前照灯的远光灯打开，远近光变换挡片移出光路，不遮挡光束，使合成白光和LED光源的光束同时从透镜出光，实现远光照明。

本技术方案中，所述合成白光经过所述透镜，形成小角度的合成白光，所述LED光束经过所述透镜，形成大角度的照明光束。

进一步地，所述反光杯包括纵截面弧度不同的前段和后段，所述反光杯的前段具有前段第一焦点和前段第二焦点，所述反光杯的后段具有后段第一焦点和后段第二焦点；所述LED光源发出的光束，大部分或全部被所述反光杯的后段收集，并聚焦于所述后段第二焦点上；所述合成白光，大部分或全部被所述反光杯的前段收集，聚焦于所述前段第二焦点上；当近光灯打开时，所述远近光变换挡片移入光路，遮挡前段第二焦点附近的光束，实现近光照明。

本技术方案中，所述反光杯设置为前段及后段，前段与后段均为椭球曲面一部分。纵截面是指沿反光杯焦点连线所在直线的截面，不同纵截面弧度的反光杯的焦点不同，LED光束和合成白光投射于不同纵截面弧度的反光杯，被不同纵截面弧度的反光杯收集并聚焦于不同的焦点处。

进一步地，所述反光杯罩设在波长转换器和LED光源的上方，且反光杯的且前段和后段之间无缝拼接。

进一步地，所述激光器发出的激光投射于波长转换器的位置为激发点中心，所述前段第一焦点位于激发点中心；所述后段第一焦点位于LED光源的发光中心。

进一步地，所述前段第二焦点和所述后段第二焦点位于同一焦平面上。

进一步地，聚焦于前段第二焦点的合成白光和聚焦于后段第二焦点的LED光束部分重合。

进一步地，所述合成白光经过反光杯投射出来的位置低于LED光束经过反光杯投射出来的位置。

进一步地，所述LED光源发出的光束，小部分被所述反光杯的前段收集，并聚焦于所述前段第二焦点上；所述合成白光，小部分被所述反光杯的后段收集，并聚焦于所述后段第二焦点上。

本技术方案中，合成白光位于LED光束的下方，即LED光束位于激光光束的上方，通过透镜后形成小角度的合成白光，而LED发射的光束通过透镜后形成较大角度的照明光束，并且配合远近光变换挡片从前照灯的下方移入或移出前段第二焦点位置实现远近照明，即当远近光变换挡片移出前段第二焦点位置时，不遮挡光束，小角度的合成白光及较大角度的LED直接通过透镜形成远光照明；当远近光变换挡片移入前段第二焦点位置时，挡片会遮挡全部或部分合成白光，即LED光束通过透镜形成近光照明；或LED光束和小部分合成白光通过透镜形成近光照明。

所述LED光束大部分聚焦于后段第二焦点上，形成较大光斑的近光照明；而还有小部分的LED光束聚焦于前段第二焦点上，在近光照明时被遮挡；在远光照明时，辅助远光照明；所述合成白光大部分聚焦于前段第二焦点上，在近光照明时被遮挡；而还有小部分的合成白光聚焦于后段第二焦点，在近光照明时，辅助近光照明。在远光照明时，合成白光和LED光束共同出光，实现更好的照明效果。

进一步地，所述LED光源和波长转换器紧密贴近，所述LED光源设在波长转换器之前，或所述LED光源设在波长转换器之后。

上述结构中，当LED光源设在波长转换器之前，激光器所发出的激光从LED光源的上表面经过。LED光源所发出的LED光束和激光器所发出的激光相遇并交错。

进一步地，所述前照灯基板沿激光器的出光方向分为前部、中部和后部，其中，所述激光器安装于前照灯基板的前部，激光器发出的光束依次经过中部和后部，且中部和后部之间设有一斜面，所述波长转换器设在所述斜面上。

进一步地，所述前照灯基板的底面延长线与所述斜面之间形成夹角，所述夹角的角度范围在30°～60°之间。

进一步地，所述前照灯基板由金属制成，且至少在前照灯基板的一侧安装有散热器，所述散热器通过前照灯基板给激光器和LED光源散热。

本技术方案中，前照灯基板与散热器紧密相邻，而激光器和LED光源设置于前照灯基板上，通过这样的设置结构可以将激光器和LED光源产生的热量快速地传导到散热器上，以达到良好的散热效果。

进一步地，所述LED光源和合成白光从透镜的下半部分出光。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明巧妙地将激光光源和LED光源相结合，有效地利用了LED光源的高光通量和激光光源的远距离射程优势，通过在近光灯开启时，至少遮挡部分激发光源，实现近光照明；在远光灯开启时，LED光源和激光光源同时出光，从而实现更好的远近光照明效果。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图。

图2为实施例1激光光源与LED光源的安装示意图。

图3为实施例1激光与LED混合后的反光杯示意图。

图4为实施例1激光与LED混合的汽车前照灯远光状态示意图。

图5为实施例1激光与LED混合的汽车前照灯近光状态示意图。

图6为实施例2汽车前照灯的激光光源光路示意图。

图7为实施例2汽车前照灯的LED光源光路示意图。

图8为实施例2激光光源与LED光源混合汽车前照灯远光状态示意图。

图9为实施例2激光光源与LED光源混合汽车前照灯近光状态示意图。

具体实施方式

本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1、图2和图3所示，一种基于激光与LED混合的汽车前照灯，包括前照灯基板100、激光器200、波长转换器300、LED光源400、反光杯500、透镜700和远近光变换挡片800，所述激光器200和LED光源400安装于前照灯基板100上；所述激光器200出射的光束201部分经过波长转换器300转换，转换后的激光和未转换的激光，组合成为合成白光202，并依次经过反光杯500和透镜700出射；所述LED光源400出射的光束依次经过反光杯500和透镜700后出射；当远光灯打开，所述合成白光202和LED光束同时从透镜700出射，实现远光照明；所述远近光变换挡片800设在反光杯500和透镜700之间，并在近光灯打开时，移入光路遮挡至少部分从反光杯500出射到透镜700的合成白光202，实现近光照明。

其中，所述远近光变换挡片800设在反光杯500和透镜700之间，通过设计远近光变换挡片800移入或移出光路，选择性遮挡或非遮挡合成白光202，实现切换近光或远光照明。

其中，当前照灯的近光灯打开，远近光变换挡片800移入合成白光202从反光杯500出射到透镜700的光路，从而遮挡大部分或全部合成白光202，实现近光照明；当前照灯的远光灯打开，远近光变换挡片800移出光路，使合成白光202和LED光源400的光束同时透过透镜700出光，实现远光照明。

如图3所示，其中，所述反光杯500包括纵截面弧度不同的前段501和后段502，所述反光杯500的前段501具有前段第一焦点和前段第二焦点600，所述反光杯500的后段502具有后段第一焦点和后段第二焦点(图中未示出)。所述LED光源400发出的光束，大部分或全部被所述反光杯500的后段502收集，并聚焦于所述后段第二焦点上；所述激光器200发出的光束经过波长转换器300激发，成为合成白光202，所述合成白光202大部分或全部被反光杯500的前段501收集，并聚焦于所述前段第二焦点600上；当近光灯打开时，所述远近光变换挡片800移入光路，遮挡前段第二焦点600附近的光束，实现近光照明。

其中，所述反光杯500罩设在波长转换器300和LED光源400的上方，且前段501和后段502之间无缝拼接。

其中，所述反光杯500的弧面为椭球曲面一部分，且反光杯500的前段501和后段502所对应的椭球不同。反光杯500前段501与反光杯500后段502曲面所在的的椭球为长短轴不同的两个椭球。

其中，所述激光器200发出的激光光束201投射于波长转换器300的位置为激发点中心，所述前段第一焦点位于激发点中心；所述后段第一焦点位于LED光源400的发光中心。

其中，所述前段第二焦点600和所述后段第二焦点位于同一焦平面上。

其中，聚焦于前段第二焦点600的合成白光和聚焦于后段第二焦点的LED光束部分重合。

其中，所述合成白光202经过反光杯500投射出来的位置低于LED光束经过反光杯500投射出来的位置。

其中，所述LED光源400发出的光束，小部分被所述反光杯500的前段501收集，并聚焦于所述前段第二焦点600上；所述合成白光202，小部分被所述反光杯500的后段502收集，并聚焦于所述后段第二焦点上。

其中，所述前照灯基板100沿激光器200的出光方向分为前部、中部和后部，所述激光器200安装于前照灯基板100的前部，激光器200发出的光束依次经过中部和后部，且中部和后部之间设有一斜面，所述波长转换器300设在所述斜面上。

如图2所示，其中，所述前照灯基板100的底面延长线与所述斜面之间形成夹角θ，所述夹角θ的角度范围在30°～60°之间。

如图1所示，其中，所述前照灯基板100由金属制成，且至少在前照灯基板100的一侧安装有散热器900，所述散热器900通过前照灯基板100给激光器200和LED光源400散热。

本技术方案中，前照灯基板100与散热器900紧密相邻，而激光器200和LED光源400设置于前照灯基板100上，通过这样的设置结构可以将激光器200和LED光源400产生的热量快速地传导到散热器900上，以达到良好的散热效果。

其中，所述LED光源400设在波长转换器300之前，且与波长转换器300紧密贴近。所述前照灯基板100的中部呈凹陷的梯形结构，所述波长转换器300设置于梯形结构的斜面，所述LED光源400设置于梯形结构的顶部。

本技术方案中，激光器200发出的光束经波长转换器300激发，成为合成白光202，在远光灯打开时，合成白光202和LED光源400发出的光束投射于反光杯500，被反光杯500收集并聚焦于反光杯500的前段第二焦点600和后段第二焦点进行合光，合光后的光束透过透镜700传播，透镜700将光束投射于汽车的前方。

其中，所述合成白光202经过所述透镜700，形成小角度的合成白光202，所述LED光束经过所述透镜700，形成大角度的照明光束。

如图4和图5所示，本技术方案中，所述合成白光202经过反光杯500投射出来的位置低于LED光束经过反光杯500投射出来的位置。

当远近光变换挡片800移出前段第二焦点600位置时，不遮挡光束，小角度的合成白光202及较大角度的LED直接通过透镜700形成远光照明，出光光束为LED光源与合成白光202的混合光；而当远近光变换挡片800移入前段第二焦点600位置时，远近光变换挡片800会遮挡全部或部分合成白光，只有前段第二焦点600上方的光束通过，即LED光束通过透镜700形成近光照明；或LED光束和小部分合成白光202通过透镜700形成近光照明。

其中，所述LED光源400发出的光束，小部分被所述反光杯500的前段501收集，并聚焦于所述前段第二焦点600上；和所述合成白光202，小部分被所述反光杯500的后段502收集，并聚焦于所述后段第二焦点上。

所述LED光束大部分聚焦于后段第二焦点上，形成较大光斑的近光照明；而还有小部分的LED光束聚焦于前段第二焦点600上，在近光照明时被遮挡；在远光照明时，辅助远光照明；所述合成白光202大部分聚焦于前段第二焦点600上，在近光照明时被遮挡；而还有小部分的合成白光202聚焦于后段第二焦点，在近光照明时，辅助近光照明。在远光照明时，合成白光202和LED光束共同出光，实现更好的照明效果。

其中，所述LED光源400和激光器200发出的光束从透镜700的下半部分出光。

实施例2

如图6～9所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，所述LED光源400设在波长转换器300之后，且与波长转换器300紧密贴近。所述前照灯基板100的中部呈凹陷的梯形结构，所述波长转换器300设置于梯形结构的斜面。

本技术方案中，LED光源400设置在激光器200与波长转换器300之间，激光器200所发出的激光光束从LED光源400的上表面经过，并照射于波长转换器300上，波长转换器300受激发辐射出合成白光202。LED光源400所发出的LED光束和合成白光202相遇并交错。

所述LED光源400发射的小部分光束，被反光杯500前段501聚焦于反光杯500的前段第二焦点600位置，形成成较小的光斑，而大部分光线被反光杯500后段502聚焦于后段第二焦点的位置，形成较大的光斑。被聚焦后的LED光线同时经过透镜700投射到前方形成远光和近光照明，即在前段第二焦点600形成较小光斑的光线负责汽车前照灯的普通远光照明，而形成较大光斑的光线形成汽车前照灯近光照明。

所述激光器200发出的光束接近于点光源，光束被引导到波长转换装置上，以较小的光斑尺寸照射在波长转换装置上，部分激光被波长转换装置吸收交转换成激发光。波长转换装置所发出的合成白光202大部分被反光杯500前段501收集，并聚焦于前段第二焦点600位置形成更小尺寸的光斑，被聚焦后的激发光经透镜700后，负责汽车前照灯距离更远的辅助远光照明。

所述远近光变换挡片800可移入或移出前段第二焦点600附近位置，以实现远近光的照明变换。即当远近光变换挡片800移出前段第二焦点600位置的光路时，不遮挡光束，合成白光202及LED光束直接通过透镜700形成远光照明，出光光束为LED光源与合成白光202的混合光；当远近光变换挡片800移入前段第二焦点600位置的光路时，远近光变换挡片800会遮挡全部或部分合成白光202，只有前段第二焦点600上方光束通过透镜700形成近光照明。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于激光与LED混合的汽车前照灯，其特征在于，包括前照灯基板、激光器、波长转换器、LED光源、反光杯、远近光变换挡片和透镜，所述激光器和LED光源安装于前照灯基板上；所述激光器发出的激光至少部分经过波长转换器转换，且转换后的激光和未转换的激光，组合成为合成白光，并依次经过反光杯和透镜出射；所述LED光源发出的光束依次经过反光杯和透镜出射；当远光灯打开，所述合成白光和LED光束同时从透镜出射，实现远光照明；所述远近光变换挡片设在反光杯和透镜之间，并在近光灯打开时，移入光路遮挡至少部分从反光杯出射到透镜的合成白光，实现近光照明。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光与LED混合的汽车前照灯，其特征在于，所述反光杯包括纵截面弧度不同的前段和后段，所述反光杯的前段具有前段第一焦点和前段第二焦点，所述反光杯的后段具有后段第一焦点和后段第二焦点；所述LED光源发出的光束，大部分或全部被所述反光杯的后段收集，并聚焦于所述后段第二焦点上；所述合成白光，大部分或全部被所述反光杯的前段收集，聚焦于所述前段第二焦点上；当近光灯打开时，所述远近光变换挡片移入光路，遮挡前段第二焦点附近的光束，实现近光照明。

3.根据权利要求2所述的一种基于激光与LED混合的汽车前照灯，其特征在于，所述反光杯的弧面为椭球曲面一部分，且反光杯的前段和后段所对应的椭球不同。

4.根据权利要求2所述的一种基于激光与LED混合的汽车前照灯，其特征在于，所述激光器发出的激光投射于波长转换器的位置为激发点中心，所述前段第一焦点位于激发点中心；所述后段第一焦点位于LED光源的发光中心。

5.根据权利要求2所述的一种基于激光与LED混合的汽车前照灯，其特征在于，所述前段第二焦点和所述后段第二焦点位于同一焦平面上。

6.根据权利要求2所述的一种基于激光与LED混合的汽车前照灯，其特征在于，所述合成白光从透镜出射的光轴位置低于LED光束从透镜出射的光轴位置。

7.根据权利要求1所述的一种基于激光与LED混合的汽车前照灯，其特征在于，所述LED光源和波长转换器紧密贴近，所述LED光源设在波长转换器之前，或所述LED光源设在波长转换器之后。

8.根据权利要求1所述的一种基于激光与LED混合的汽车前照灯，其特征在于，所述前照灯基板沿激光器的出光方向分为前部、中部和后部，其中，所述激光器安装于前照灯基板的前部，激光器发出的激光依次经过中部和后部，且中部和后部之间设有一斜面，所述波长转换器设在所述斜面上。

9.根据权利要求8所述的一种基于激光与LED混合的汽车前照灯，其特征在于，所述前照灯基板的底面延长线与所述斜面之间形成夹角，所述夹角的角度范围在30°～60°之间。

10.根据权利要求1所述的一种基于激光与LED混合的汽车前照灯，其特征在于，所述前照灯基板由金属制成，且至少在前照灯基板的一侧安装有散热器，所述散热器通过前照灯基板给激光器和LED光源散热。

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