專利名稱：Led汽車照明用反射器及組合式前照燈的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及LED車燈領域，具體涉及用于LED汽車照明的反射器及包含該反射器的組合式前照燈。
背景技術：
傳統的前照燈光源有白熾燈、鹵素燈及高強度氣體放電燈，白熾燈和鹵素燈的體積大，光能利用率低，使用壽命短，HID雖然使用壽命較長，但體積、能耗較大，給前照燈的整體設計及供電系統設計帶來很大的難度。因此，尋求ー種新型體積小、耐用的光源來取代傳統的光源對提高前照燈的性能以及保障行車安全有積極的作用。LED與傳統光源相比它具有壽命長、體積小、響應速度快、高效節能、綠色環保等優點。目前已經在剎車燈、轉向燈、倒車燈、尾燈以及儀表用燈等方面廣泛應用。隨著LED技術的不斷成熟，單粒LED的光效和光通量的快速提高，使LED作為汽車前照燈光源已經成為可能。由于目前LED汽車前照燈系統存在系統的光效低，散熱設計不完善及遠近光切換不方便等問題，使LED應用于汽車前照燈面臨諸多的困難。在汽車前照燈的設計上，國家標準GB4599對汽車前照燈的配光圖形做了規定，目的是防止汽車前照燈干擾對面駛來車輛而造成交通事故。對近光燈來說，要求在車燈前25m遠的照明面上產生一水平線和水平線右側向上15°的明暗截止線。近光照明面可分為四個區域ZONE I為具有較大擴散、均勻度良好的基底配光，滿足整個路面范圍內的最低照明需求；Z0NE II、III、IV為具有光能量較為集中、射程較遠的中心配光，滿足本車道和右邊路面(以車輛右行標準為例)較遠處的照明需求。在I，II，III和IV區內，應無影響良好可見度的橫向照度變化。對遠光燈來說，則要求在車燈前25m遠的照明面上的規定區域照度達標。LED前照燈的設計方法主要分投射式和反射式兩種。投射式LED前照燈模塊通常由半球橢球反射器加上擋板、配光鏡構成，由于擋板的阻擋，以及配光鏡的折射、反射等損耗，整個光學系統的能量利用率會大大下降。反射式LED前照燈按反射腔的形狀主要分為拋物面型和自由曲面型。拋物面型反射器燈光組由配光鏡、反射腔和光源組成。其近光燈的光源附近有ー個遮光罩，用來在配光屏幕上形成明暗截止線和15°斜線，因這種燈光組中存在遮光罩和配光鏡，所以光能損失也比較大。自由曲面型車燈則不需要擋板和配光鏡，用単一的反射器就能完成所有的配光任務。它的光能利用率主要取決于反射器的反射率和收光率，一般情況下反射器的口徑越大，能量利用率就越大。
實用新型內容針對LED前照燈設計面臨的主要問題，本實用新型提供了 LED汽車照明用反射器及組合式前照燈，該汽車前照燈體積小，視野寬，光能利用率高，散熱良好，遠近光切換方便。本實用新型采用如下技術方案一種用于LED汽車照明的反射器，所述反射器內表面平滑，反光性能良好。反射器的內表面是自由曲面，構成光學反射面。自由曲面反射器的形狀由如下方法確定針對近光燈設計，以LED光源為坐標原點建立坐標系，而對于遠光燈設計，LED光源與坐標原點的距離D，這樣遠、近光燈LED光源呈平行放置；以LED底面所在平面為XOZ平面，過原點并與平面垂直XOZ的軸為y軸。首先對光源立體角進行劃分，然后根據汽車前照燈(近光燈、遠光燈)在照明面上照度分布特征，運用能量守恒定律，把照明面上的照明區域進行網格劃分，然后運用折反射定律通過數值計算即得到最后的自由曲面反射器。所述自由曲面的計算步驟如下I.確定初始條件并對光源立體角均勻劃分。首先目標照明面與LED的距離為d，對于近光燈，目標照明區域左半部分是長為a，寬為b的矩形區域，右半部分是高為a，上底為b下底為c的梯形區域；對于遠光燈，目標照明區域是長為2a，寬為b的矩形區域，LED光源的總光通量為Q，目標區域的平均照度為Ev(Ev為總光通量除以目標區域面積)，LED中心光強為I^Q/π。坐標系中Θ為光線與Y軸組成的平面與YOZ平面的夾角，爐為出射光線與Y軸負方向的夾角。對光源的立體角進行離散化，在Θ方向按角度P等分成m份，對于每ー個Θ，都將P方向按角度P等分成η份，這樣就得到了 Θ (m)和舛/ ，》)的數組。m，n取值的大小決定了計算的精確度，理論上而言，m, η的取值越大最后的結果越精確。以每ー份Θ角內的每ー份安角內光源的能量為研究對象，每ー小份立體角內的光通量為
權利要求1.LED汽車照明用反射器，其特征在于所述反射器內表面平滑，反射器的內表面是自由曲面，構成光學反射面；反射器自由曲面的形狀由限定如下 針對近光燈，以LED光源為坐標原點建立坐標系,而對于遠光燈，LED光源與坐標原點的距離D，遠、近光燈LED光源呈平行放置；以LED底面所在平面為XOZ平面，過原點并與平面垂直XOZ的軸為y軸， (O目標照明面與LED的距離為d，對于近光燈，目標照明區域左半部分是長為a，寬為b的矩形區域，右半部分是高為a，上底為b下底為c的梯形區域；對于遠光燈，目標照明區域是長為2a，寬為b的矩形區域，LED光源的總光通量為Q，目標區域的平均照度為EV，EV為總光通量除以目標區域面積，;坐標系中Θ為光線與Y軸組成的平 面與YOZ平面的夾角，供為出射光線與Y軸負方向的夾角；對光源的立體角進行離散化，在Θ方向按角度P等分成m份，對于每ー個Θ，都將供方向按角度P等分成η份，得到了Θ (m)和辦〃VO的數組，m，η取值的大小根據精度要求確定； 以每ー份Θ角內的每ー份P角內光源的能量為研究對象，每ー小份立體角內的光通量為Energy = [ '' [' ； /0 · cos O · sin2 φ · φ θ (2)網格劃分 (2. I)近光目標照明區域網格劃分 對應于光源立體角的劃分，照明面的直角坐標也相應的在X方向上分成m份，對于每一個X，都將y方向分成η份，在照明面直角坐標系中得到與光源立體角中Θ (m)和爐(/H，句數組--對應的X (m)和y (m, η)數組； 在目標照明區域左半部分上，每ー份Θ角所對應的是ー個長為7(!11，11+1)-7(111，11)，寬為x(m+l)-x(m)的矩形區域，該矩形區域的總能量為 Etotal= [X (m+1)-X (m) ] · [y (m, n+1) -y (m, η) ] · Ec 式中，Ε。表示照度值；由于國標GB4599近光燈的照明面上照度分布圖中ZONE KIKIII、IV區域的照度值各不相同，故預設照度E，照度控制因子Y，對于不同區域有Ec=E · Y (i) i = 1,2, 3,4, 其中O彡Y (i) ^ I, i的取值與I、II、III、IV區域——對應，且Y⑴值各不相同；在目標照明區域右半部分上，在劃分時存在矩形區域和一部分三角形區域，矩形區域的劃分與左半部分相同，對于三角形區域，其高為y(m, n+l)-y (m, η),底邊為x(m+l)_x(m),該區域的總能量為 Etota! = —\ x(ni +1) - x(/ )] · [>·'( , +1) -■ Ec (2. 2)遠光目標照明區域網格劃分 遠光目標照明區域為ー個矩形區域，它是由近光反射器和遠光反射器共同作用而形成；遠光反射器作用的主要是在水平線上方形成一個矩形區域，其照明區域網格劃分與近光目標照明區域左半部分的劃分相同，不同之處在于照度分布，遠光照明區域中規定區域照度值大小是由中間向兩邊遞減，這里控制因子Y為ー個遞減的序列γ{πι) = t ■ —~ - ■ Em 式中O≤t≤5，j=l, 2，網格區域與光源立體角間由能量守恒定律Energy=Etotal 從而得到對應的x(m)和y (m, η)數組； (3)由折反射定律限定所述曲面上點的法向量，利用這個法向量得出切平面，通過切平面與入射光線的交點限定曲線上點的坐標，折反射定律的矢量形式為■sj1 + //--2- μ ■ { Out · In) _ N = Oui - μ _ In 其中μ為折射率，/^為入射光線單位向量， 為出射光線單位向量，及為單位法向量； 限定ー個自由曲面反射器邊界曲線的初始點(0，S，O)，遠近光自由曲面邊界曲線的初始點設為同一點，該初始點的位置決定整個反射器的尺寸；由這個初始點得出一條邊界曲線；由邊界曲線上的每ー個點為初始點得出整個自由曲面；由(I)中所限定的Θ和爐求出入射光線的單位向量，通過初始點的坐標和與其對應的反射光線的單位向量，得到初始點的法向向量，從而限定該點的切平面，該切平面與第二點的入射光線相交從而限定第二點，由前一點的切平面與下一點的法向量所在的直線相交得出下一點，通過計算機迭代得出所有點的坐標；由此限定了近光、遠光反射器自由曲面的坐標； (4)得到的離散點的坐標依次導入到機械建模軟件，進行放樣擬合，得到最終的近光、遠光反射器曲面形狀。
2.根據權利要求I所述的LED汽車照明用反射器，其特征在于自由曲面靠近底部有一個圓孔，近光LED光源安裝在圓孔正前方并與其相距S處，而遠光LED光源安裝在圓孔正前方并與其相距(S-D)處。
3.包含權利要求I所述反射器的組合式前照燈，其特征在于包括防護鏡、近光LED光源、遠光LED光源、燈殼、散熱器、所述近光反射器和遠光反射器，燈殼前端裝有防護鏡，燈殼內裝有近光LED光源和遠光LED光源,遠、近光光源共用散熱器,近光LED光源和遠光LED光源分別安裝在散熱器伸入燈殼內部分的上下側，散熱器與燈殼連接，燈殼安裝在所述遠光反射器、近光反射器外面，并與反射器緊密相連，所述近光反射器和遠光反射器由燈殼支撐，底面由散熱器支撐并固定，LED光源與近光反射器和遠光反射器組成組合式前照燈。
專利摘要本實用新型提供LED汽車照明用反射器及組合式前照燈，反射器的內表面是自由曲面；對光源立體角進行劃分，然后根據汽車前照燈的照度分布特征，運用能量守恒定律，把照明區域進行網格劃分，然后運用折反射定律通過數值計算即得到最后的LED汽車照明的反射器自由曲面。組合式前照燈包括防護鏡、近光LED光源、遠光LED光源、燈殼、散熱器、所述近光反射器和遠光反射器，近光LED光源和遠光LED光源分別安裝在散熱器伸入燈殼內部分的上下側，燈殼安裝在遠光反射器、近光反射器外面，并與反射器緊密相連，兩反射器頂面由燈殼支撐，底面由散熱器支撐并固定。本實用新型具有體積小、視野寬、光能利用率高、散熱良好和遠近光切換方便的優點。
文檔編號F21Y101/02GK202432389SQ20112032501
公開日2012年9月12日 申請日期2011年8月31日 優先權日2011年8月31日
發明者葉菲菲, 吳衡, 楊潔, 王麗君, 王洪, 黃華茂 申請人:華南理工大學