阅读说明：本技术 一种汽车前照灯光学系统 (Optical system of automobile headlamp ) 是由 邓云龙 杨芮牧 尹淼 邓华秋 于 2019-10-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种汽车前照灯光学系统,包括近光灯单元及远光灯单元,所述近光灯单元由多个近光灯模块构成,所述近光灯模块包括LED光源、椭球形反射器、抛物面形反射器、遮光板及平凸透镜；所述LED光源设置在椭球形反射器的第一焦点上,遮光板设置椭球形反射器的第二焦点位置,且位于椭球形反射器及平凸透镜之间；所述远光灯单元由多个远光灯模块构成,所述远光灯模块包括N个LED光源、N个结构相同的反射器及矩形平凸透镜,本发明使得整个远光灯系统具有分域配光能力。之后通过远光灯的自由排列,进一步实现了远近光灯的一体化。灯具结构紧凑,光效高,近光灯满足法规要求,远光灯实现矩形光斑像素级照明。(The invention discloses an optical system of an automobile headlamp, which comprises a dipped headlight unit and a high beam unit, wherein the dipped headlight unit consists of a plurality of dipped headlight modules, and each dipped headlight module comprises an LED light source, an ellipsoidal reflector, a paraboloid-shaped reflector, a light screen and a plano-convex lens; the LED light source is arranged on a first focus of the ellipsoidal reflector, and the light shielding plate is arranged at a second focus position of the ellipsoidal reflector and is positioned between the ellipsoidal reflector and the plano-convex lens; the high beam lamp unit is composed of a plurality of high beam lamp modules, each high beam lamp module comprises N LED light sources, N reflectors with the same structure and a rectangular plano-convex lens, and the whole high beam lamp system has the regional light distribution capability. And then, the high beam and the low beam are freely arranged, so that the integration of the high beam and the low beam is further realized. The lamp has compact structure and high lighting effect, the dipped headlights meet the requirements of regulations, and the high beam lights realize pixel-level illumination with rectangular light spots.)

一种汽车前照灯光学系统

技术领域

本发明涉及光学设计领域，具体涉及一种汽车前照灯光学系统。

背景技术

LED将会是未来主流的汽车前照灯光源，LED具有发光效率高、寿命长、节能环保、体积小、抗震性好、响应速度快等许多优点。

在夜间，汽车前照灯的配光效果对驾驶者的行车安全有巨大的影响，前照灯良好的配光光形可以有效降低夜间交通事故的发生几率。针对以普通LED(近似面光源，发光场为180°的朗伯光)为光源的汽车前照灯，GB25991-2010《汽车用LED前照灯》有详尽的规定。在满足此规定的前提下，不断提高前照灯的配光效果，同时尽可能地提高照明的效率，包括近几年出现的十分实用的分域配光照明(矩阵式照明)，是一项十分值得研究的课题。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种汽车前照灯光学系统。

本发明采用如下技术方案：

一种汽车前照灯光学系统，包括近光灯单元及远光灯单元，

所述近光灯单元由多个近光灯模块构成，所述近光灯模块包括LED光源、椭球形反射器、抛物面形反射器、遮光板及平凸透镜；所述LED光源设置在椭球形反射器的第一焦点上，LED光源发出的光被椭球形反射器及抛物面形反射器反射，遮光板设置椭球形反射器的第二焦点位置，且位于椭球形反射器及平凸透镜之间；

所述远光灯单元由多个远光灯模块构成，所述远光灯模块包括LED光源、N个结构相同的反射器及矩形平凸透镜，所述N个结构相同的反射器间隔相同距离平行设置，每个结构的光轴可三维微调，N为自然数，按照光路方向，N个反射器的截面积逐渐增大，所述LED光源的发光面中心位于第一个反射器的焦点处，N个结构相同的反射器均是由四个抛物面正交围合构成。

所述近光灯单元由六个近光灯模块构成，所述远光灯单元由十个远光灯模块构成，，所述十个远光灯模块设置在近光灯单元周围。

本发明中每个近光灯模块的两侧均设置垂直遮光板。

所述四个抛物面的长度相同，每一个抛物面有五节，各节的焦距分别为0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm及0.7mm，每一个抛物面的每一分段理想顶点相同。

所述矩形平凸透镜长宽均为20mm，与第N个反射腔有1mm的间隔。

所述矩形平凸透镜外形为矩形，面型为球面，第一面为平面，第二面的曲率半径为78mm，透镜的厚度为6mm。

所述平凸透镜的一面为平面，距离LED光源115毫米，其中心向下偏移2.1毫米，另一面为球面，曲率半径为36.1mm，透镜的厚度为13mm。

本发明的有益效果：

(1)本发明包括近光灯单元及远光灯单元，近光灯的照明效率达到84.90％，远光灯的照明效率达到91.73％；

(2)本发明的远光灯实现矩形的配光光形，且照度分布相对均匀，使得整个远光灯单元具有一定的分域配光能力；

(3)本发明近光灯结构采用椭球形反射腔，用于形成15°截止线的照明，

附图说明

图1是本发明的一种汽车前照灯光学系统的主视图；

图2是图1的普通视图；

图3是图1中的远光灯模块的主视图；

图4是远光灯模块的结构视图；

图5是图1中近光灯模块的侧视图；

图6是近光灯单元的排列结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例中所述的位置坐标遵循左手三维坐标系，以z轴方向为车灯的光线照射方向(正方向)，x轴为水平方向，y轴向上。

如图1-图6所示，一种汽车前照灯光学系统，包括近光灯单元及远光灯单元。

如图5所示，所述近光灯单元13由多个近光灯模块构成，所述近光灯模块包括近光灯LED光源1、椭球形反射器2、抛物面形反射器3、遮光板4及平凸透镜5,LED光源发出的光被分为两部分，椭球形反射器用于形成15°截止线的照明；抛物面形反射器用于提高照明的效率，同时具有一定的控制照度分布的能力。两种反射腔的连接方式可以按需设计，只要不影响光路即可，本实施例中抛物面型反射器位于椭球形反射器的右侧，两个反射器分别装配在灯具的固定机械结构上。

本实施例中，所述LED光源，设置在椭球形反射器的第一焦点上，其发光面大小为4.4×1mm，厚度为1mm，其中心位置为(0，0，15mm)，发出的光为180°的朗伯光。

椭球形反射器的椭球体方程为

以椭球体z0长轴原点一端的顶点为起点，长度为18mm。

抛物面形反射器的焦距为14.5mm，其顶点的位置为(0，-1.2mm，-0.6mm)，沿z轴方向的长度为55mm，沿x轴方向的宽度为80mm，位于y轴下方的深度为20mm；在侧视图中抛物面形反射器以顶点为中心，顺时针有0.9°的旋转，在俯视图中，以顶点为中心，顺时针有1.2°的旋转。

本实施例中的遮光板为裁去一角的矩形，大小为40mm×10mm×1mm，中心位置为(0.6mm，-7mm，69mm)，裁去的一角在xy平面内沿点(0，-2mm)开始，以x轴方向为基准向y轴负方向旋转15°的射线剪切，用于遮挡光线使照明处(配光屏幕)产生15°的截止线。

所述平凸透镜为圆形的，第一面为平面，距离LED光源115mm，中心沿y轴向下偏移2.1mm，第二面为球面，曲率半径为36.1mm，透镜的厚度为13mm；第一面的位置为(0，-2.1mm，130mm)。其中，遮光板与配光屏幕(距光源25m处)经平凸透镜成物像关系，所述向下偏移具体是以光轴位置作为中心，向下偏移的距离。

本实施例中LED光源的发光面具有逆时针49°的旋转，即发光面的法线水平方向(或者光轴)的夹角为41°。

如图6所示，本实施例近光灯单元包括六个近光灯模块，六个近光灯模块分成两行，交错排列，每个近光灯模块的两侧均设置垂直遮光板24，用于阻挡每个近光灯模块相互之间的杂散光，近光灯单元的大小在xy平面内为240×95mm，厚度在z轴方向为145mm。

如图3及图4所示，所述远光灯单元由多个远光灯模块构成，所述远光灯模块依次包括远光灯LED光源6、N个结构相同的反射器及矩形平凸透镜12，按照光路方向，N个反射器的截面积逐渐增大，所述LED光源的发光面中心位于第一反射器的焦点处。

所述远光灯的LED光源，大小为1×1mm，发光面面向正前方(图中右方)，N个结构相同的反射器，反射器为抛物面构成的反射器，本实施例N为5，分别为第一反射器7、第二反射器8、第三反射器9、第四反射器10及第五发射器11，LED光源其发光面中心位于第一反射器7的焦点处，即坐标原点；每个反射器都是由四个抛物面正交围合构成，四个抛物面的长度相同，每个抛物面有五节，各节的焦距分别为0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm及0.7mm，每一个抛物面的每一分段理想顶点相同。

所述矩形平凸透镜，长宽均为20mm，其第一面与第五反射器11的末端有1mm的间隔，第一面为平面，第二面的曲率半径为78mm，透镜的厚度为6mm。

每个远光灯模块的配光光形均为矩形光斑，控制不同模块的单个远光灯熄灭，可以实现分域配光功能。为了满足国标对于远光灯照明的要求，每个远光灯模块的LED功率不同。

必要情况下，远光灯和近光灯可以一起打开，以满足不同条件下的照明需求。

也可以调整矩形平凸透镜的焦距，使得透镜贴合第五反射器的末端。

本实施例中光学系统的排列方式为，近光灯单元四周包围10个远光灯模块14～23每个远光灯模块与配光屏幕上的光斑一一对应。使用者可以自由安排每个远光灯的位置与旋转角度，投射至配光屏幕上的不同位置，并组合出需要的光形。

10个这样的光斑在前方照明区间组合成大的矩形形状光斑，构成10个可独立控制的“像素”的照明系统。

表1为本实施例中近光灯单元在配光屏幕上的照度值与LED近光灯国家标准的对比表。

表1

表2为本发明实施例远光灯的照度值与LED远光灯国家标准的对比表。

表2

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。