[发明专利]一种汽车前照灯光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及LED照明领域，尤其是一种汽车前照灯光学系统。

背景技术

现有LED汽车近光前照灯大多使用投射器结构，如中国实用新型专利(CN201561349U)公开的一种汽车前照近光灯，其发光单元与散热体叠加在一起，每个发光单元由反射杯7、挡板5、透镜2和光源10组成，其工作原理是：反射杯7将LED光源10发出的光进行汇聚，经挡板5遮挡住部分光线以形成明暗截止线，光线再经透镜2汇聚后得到具有明暗截止线的近光灯光型；这种近光前照灯存在的缺点主要有：①光线被挡板5遮挡损失，LED光源10发出的光线的利用率较低，即光源光通量的利用率较低；②反射杯7远端的反射面所反射的光线，反射到哪个方向经过透镜2折射所射出的光线角度都在12°以上，而这部分光线按灯具距地面高度0.75m计算(0.75/tan12°＝3.5)近照射到距离灯具3.5m以内的范围，而这部分光线在驾驶中是没有任何意义的，因此这部分光线也是属于浪费的。因此这种近光前照灯的灯光的照射距离较近、灯光宽度较窄、灯光光线较暗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种汽车前照灯光学系统，符合汽车前照灯相关要求的前提下，光线照射的距离更远、宽度增大、亮度更高。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种汽车前照灯光学系统，包括LED光源、反射部分和透镜，所述反射部分包括位于LED光源上方的第一反射镜、位于第一反射镜下方的反射板、位于反射板前方的挡板和位于挡板前面下方的第二反射镜；所述第一反射镜包括把LED光源光线汇聚反射到透镜的第一主反射镜以及把LED光源光线汇聚反射到第二反射镜进而反射到透镜的第一辅反射镜；通过挡板后方的反射板把被挡板遮挡的部分光线二次反射到透镜，以得到具有明暗截止线的近光灯光型；

所述第一反射镜呈椭球形，所述LED光源以与光轴垂直的方式设置在椭球的第一焦点处，所述第一反射镜为椭球形上半部分并且截至于第二焦点处；

所述挡板设置在椭球形第一反射镜的第二焦点处，所述挡板左侧为水平的直线，右侧为一条向上成45°斜线至水平线垂直距25cm转向水平的折线。

本发明通过挡板顶部的反射板把被挡板遮挡的部分光线二次反射到透镜，以得到具有明暗截止线的近光灯光型，同时被遮挡滤掉的大部分光线得到充分利用，光通量的利用率得到提高，并使配光效果大幅提升，使得灯光的照射距离、宽度明显增大；通过第一辅反射镜和第二反射镜配合把反射镜前端的光线二次反射到透镜底部前方，增强灯光的光线亮度并形成Ⅲ区的照明。

作为改进，所述透镜的自由曲面设计方法：

汽车近光灯的光型可以分为四个区域第一区域、第二区域、第三区域、第四区域，每个区域都有相应的照度要求值，第三区域为眩光区，其最大照度不能超过0.7lux，在设计自由曲面透镜时将从椭球第二焦点发出的光线按照角度分为三个部分分别投射到配光 屏幕上的除第三区域外的其他三个区域，这样就可以形成特定的光线分布情况；

经过区域划分之后，根据能量守恒定律可以建立经过椭球第一反射镜后的能量与照射到配光屏幕的能量的关系等式：

设给定光分布为P₀，光源的中心光强为I₀，考虑方向为θ₁的光入射到的配光屏幕的位置为r₁，与轴线夹角小于θ₁的光入射的位置坐标也小于r₁，将第一部分光线θ₁等分成i份，对应每一个θ₁在半径r₁上都分成了i份，这样就得到了数组θ₁(i)和r₁(i)，那么第一区域出射光和屏幕上的照度的能量守恒表达式为：

角度为θ₁～θ₂之间的光线入射到配光屏幕的位置为r₁～r₂，将这部分光线等分成j份，对应每一个角度在半径上都分成了j份，则出射光和屏幕上的照度的能量守恒表达式为：

同理，可得第三区域能量守恒表达式为：

通过这三个表达式，可以分别得到各区域半径与出射光角度之间的关系式如下：