CN103615693A - 一种反射式led汽车前照灯 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反射式LED汽车前照灯，包括：一铝基板，一安装于铝基板上的LED芯片，以及一聚焦透镜，所述聚焦透镜和铝基板共同将LED芯片包围；还包括一设置于光源路径上的自由曲面反射器，所述自由曲面反射器将经聚焦透镜聚光的LED芯片发出的光束完全反射。所述聚焦透镜接近LED芯片一侧表面为球面，远离芯片的一侧表面为自由曲面，LED芯片发出的朗伯型光束经过聚焦透镜之后，出射光束发散角更小，在各个方向上的光强度区域相等。本发明提供的前照灯反射器零配件少，结构简单稳定，便于安装，而且不需要挡光板就能满足配光要求，减少了系统的光能损耗，提高了光能的利用率，同时本反射器占用空间小，为汽车的整体布局提供了更大的自由度。
Description
技术领域
本发明属于照明工程应用领域，具体涉及一种反射式LED汽车前照灯。
背景技术
近年来，随着LED芯片、封装技术的不断革新，LED芯片不仅局限于小功率产品，它正朝着大功率发展。由于LED自身的优点，LED照明已经深入国民生产各个领域，比如路灯、室内灯具、景观灯等，在这些领域的成熟应用，又把LED推向了汽车灯具行列。
市场的广阔前景必然带来需求的多样化：在实际应用中，单独的LED必然不能满足我们的需要，因此我们要根据应用场合来为LED光源量身打造自己的配光系统，来满足汽车用LED前照灯《GB25991-2010》的要求。
目前前照近光灯的设计方法大多趋向于椭球反射器与透镜的组合，椭球有两个焦点，车灯采用椭球的一部分结构做为反射器、遮光板位于椭球第一个焦点、透镜位于第二个焦点，属于比较原始的方法，很多传统光源就采用这种结构，有些LED车灯也有采用这种结构的，此种结构不仅复杂且占用空间大，又因为近光灯与远光灯也各自有自己的光源腔，占用的空间更大，为汽车的造型带来不便。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种反射式LED汽车前照灯，本发明提供的前照灯反射器零配件少，结构简单稳定，便于安装，而且不需要挡光板就能满足配光要求，减少了系统的光能损耗，提高了光能的利用率，同时本反射器占用空间小，为汽车的整体布局提供了更大的自由度。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种反射式LED汽车前照灯，包括：
一铝基板，一安装于铝基板上的LED芯片，以及一聚焦透镜，所述聚焦透镜和铝基板共同将LED芯片包围；
还包括一设置于光源路径上的自由曲面反射器，所述自由曲面反射器将经聚焦透镜聚光的LED芯片发出的光束完全反射。
在本发明的一个优选实施例中，所述聚焦透镜接近LED芯片一侧表面为球面，远离芯片的一侧表面为自由曲面，LED芯片发出的朗伯型光束经过聚焦透镜之后，出射光束发散角更小，在各个方向上的光强度区域相等。
在本发明的一个优选实施例中，所述聚焦透镜内侧面光束通过的区域镀有增透膜，而在所述聚焦透镜外围环状区域涂有黑漆，所述黑漆用于吸收杂光，防止为后面配光造成光污染。
在本发明的一个优选实施例中，所述自由曲面反射器由多个光滑自由曲面紧密排列组成。
在本发明的一个优选实施例中，所述LED芯片选用高功率朗伯型LED芯片。
在本发明的一个优选实施例中，所述铝基板上设置有起到散热作用的鳍片状结构。
通过上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明提供的前照灯反射器零配件少，结构简单稳定，便于安装，而且不需要挡光板就能满足配光要求，减少了系统的光能损耗，提高了光能的利用率，同时本反射器占用空间小，为汽车的整体布局提供了更大的自由度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图。
图2a为聚焦透镜的主视图；图2b为聚焦透镜俯视图。
图3为本发明的聚光透镜出射的光束沿LED芯片轴线方向自由曲面反射镜上的投影图。
图4为本发明的国家标准中配光平面的投影图。
图5a为本发明的反射面单个区域的分解图，图5b为图5a的投影图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参照图1，一种反射式LED汽车前照灯，包括：
一铝基板1，一安装于铝基板上的LED芯片2，以及一聚焦透镜3，聚焦透镜3和铝基板1共同将LED芯片2包围；
还包括一设置于光源路径上的自由曲面反射器4，自由曲面反射器4将经聚焦透镜3聚光的LED芯片2发出的光束完全反射。
聚焦透镜3内侧面光束通过的区域镀有增透膜，而在所述聚焦透镜外围环状区域涂有黑漆，所述黑漆用于吸收杂光，防止配光造成光污染。
图2a为聚焦透镜的主视图，光线01，02为设计聚焦透镜时选择的芯片发出的最外侧光束，两光线所夹的光束部分，是一锥形区域，即是提供照明的光束部分，该光束所经过的透镜区域需要镀增透膜，实际上，光线01，02与水平面所夹的区域仍然会有芯片发出的光束通过，这些光束不参与照明，因此在聚焦透镜上涂黑漆进行吸收。
图2b为聚焦透镜俯视图，内侧圆对应图2a中光线01,02沿光轴旋转产生的锥面和聚焦透镜外侧表面的交线，阴影面积即为所示外围环状区域。
自由曲面反射器4由多个光滑自由曲面紧密排列组成。
所述LED芯片2选用高功率朗伯型LED芯片；所述铝基板1上设置有起到散热作用的鳍片状结构。
聚焦透镜的作用是汇聚LED芯片发出的朗伯型光束，尽可能多的将发散角较大的光束应用到照明中，这是由于如果不用聚焦透镜，芯片发出的光束中，较大出射角的光线是不能进入自由曲面反射镜中的，如果通过设计更大的配光系统来利用更多的光束，也将造成自由曲面设计出来后尺寸比较大。
聚焦透镜的加入既增大了光能的利用率同时还减少了杂光，不至于影响到后面的配光，而且，所采用的自由曲面反射镜尺寸也要小，这样也减小了灯具结构的尺寸。
为了后面自由曲面反射镜的设计方便，考虑让聚焦透镜同时起到均匀光照度的作用，即让聚焦后的光束在各个方向上的发光强度相等。
可以利用如下方法设计聚焦透镜：
令聚焦透镜上靠近LED芯片侧的面为平面，同时令所述平面与LED芯片距离为某一定值，定义极坐标，该极坐标以LED芯片发光中心为原点，以芯片出射光束光轴为Z轴，利用
来代表芯片出射光束
方向上的光束，确定聚焦透镜材料后即可利用折射定律获得光束
经过聚焦透镜平面之后的传播方向
该方向
同样也是聚焦透镜芯片外侧表面的入射方向。同样，可以利用折射定律获得聚焦透镜芯片外侧表面的入射方向和出射方向
之间的关系。
利用朗伯体发光强度的特点
以及聚焦透镜出设的发光强度的特点
可以建立起LED芯片发出的光束
和聚焦透镜出设的光束
之间的对应关系，利用迭代法可以得出会聚透镜的面型形状。
聚焦透镜出射的光线经过自由曲面反射镜反射最终到达配光平面，并且需要得到符合条件的光型分布，按照国家标准，配光平面上的光型应该产生明显的明暗截止线，左侧为水平线，右侧为上扬15°斜线。（如图4）
要想获得自由曲面反射镜的面型形状，需要建立起反射镜入射光束方向和出射光束方向的对应模型。
这里即是要建立起聚焦透镜出射的圆形光型和国家标准上的光型之间的对应关系，也就是通常所说的分区。
利用若干个长短不一宽度相等的矩形将圆形光型分成如下图3所示的多个区域：
图3中，圆形光型是聚光透镜出射的光束沿LED芯片轴线方向自由曲面反射镜上的投影，而条状矩形组合是对反射面的分区。而实际起到反射光线作用的是矩形组合区域和圆形区域的共同部分。图3中11-18矩形区域又都分为上下两个区域。
参照图4，将国家标准中配光平面的光型定义为：
其中21，22，23，26区域为矩形区域，而24，25区域为梯形区域，且斜边和水平线的夹角为15°。
在配光中，12，13，14，15，16，17区域反射的光束最终依次完成对21，22，23，24，25，26区域的配光，考虑到国家标准中24，25区域中要求有足够的光照度，而将11和18分别对24和25进行补充照明。
参照图5a，图5b，具体说明反射面区域和配光平面区域的对应关系，图5a选用反射面的15区域，以及相对应的配光平面24区域（图5b）进行说明，
线段35以上四个矩形组合即是图3中15区域的上半区域，而35下侧矩形组合为15区域的下半区域。
而图5b中梯形组合为图4中的24区域，且图中的41-45表示图形中的横向斜线段，经过区域15反射的光线最终形成区域24的光斑，
线段35上反射的光线完成对应线段41上的配光，线段34,36对应线段42，线段33,37对应线段43，线段32,38对应线段44，线段31,39对应线段45，明显的，15区域的侧面纵向线段对应24区域的侧面对应纵向线段，这样就实现了反射面分区和配光平面分区的对应关系，在实际计算中，需要对对应区域进行进一步细分，划分越细，计算的反射面越准确，配光平面的光照情况与设计越符合。
之所以将反射面分为上下两个区域而对配光平面的一个区域进行照明（如11分为上下两区），是因为经验上，聚光透镜对LED芯片进行预配光时，近轴区域的光线能够较为容易地的完成配光要求，与设计情况符合的很好，轴外区域光线则由于各种误差的原因一定程度上偏离最初的设计要求，而在国家标准中，对明暗截止线的要求比较严格，考虑用近轴区域的光线，即线段35，实现对截止线也即线段41的配光。
同样，对于其他区域的反射面和配光平面，也可利用上述方法进行对应，而例如21等区域的矩形情况则是上述梯形情况的特例。
这样就建立起了反射面和配光平面的点点对应关系，再利用反射面和配光平面的相对位置，即可建立起反射面入射光线和反射光线的对应情况，最后利用折射定律即可完成对自由曲面反射面面型的计算。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种反射式LED汽车前照灯，其特征在于，包括：
一铝基板，一安装于铝基板上的LED芯片，以及一聚焦透镜，所述聚焦透镜和铝基板共同将LED芯片包围；
还包括一设置于光源路径上的自由曲面反射器，所述自由曲面反射器将经聚焦透镜聚光的LED芯片发出的光束完全反射。
2.根据权利要求1所述的一种反射式LED汽车前照灯，其特征在于：所述聚焦透镜接近LED芯片一侧表面为球面，远离芯片的一侧表面为自由曲面，LED芯片发出的朗伯型光束经过聚焦透镜之后，出射光束发散角更小，在各个方向上的光强度区域相等。
3.根据权利要求1所述的一种反射式LED汽车前照灯，其特征在于：所述聚焦透镜内侧面光束通过的区域镀有增透膜，而在所述聚焦透镜外围环状区域涂有黑漆，所述黑漆用于吸收杂光，防止为后面配光造成光污染。
4.根据权利要求1所述的一种反射式LED汽车前照灯，其特征在于：所述自由曲面反射器由多个光滑自由曲面紧密排列组成。
5.根据权利要求1所述的一种反射式LED汽车前照灯，其特征在于：所述LED芯片选用高功率朗伯型LED芯片。
6.根据权利要求1所述的一种反射式LED汽车前照灯，其特征在于：所述铝基板上设置有起到散热作用的鳍片状结构。
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