专利名称：Led汽车照明用反射器及组合式前照灯的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及LED车灯领域，具体涉及用于LED汽车照明的反射器及包含该反射器的组合式前照灯。
背景技术：
传统的前照灯光源有白炽灯、卤素灯及高强度气体放电灯，白炽灯和卤素灯的体积大，光能利用率低，使用寿命短，HID虽然使用寿命较长，但体积、能耗较大，给前照灯的整体设计及供电系统设计带来很大的难度。因此，寻求ー种新型体积小、耐用的光源来取代传统的光源对提高前照灯的性能以及保障行车安全有积极的作用。LED与传统光源相比它具有寿命长、体积小、响应速度快、高效节能、绿色环保等优点。目前已经在刹车灯、转向灯、倒车灯、尾灯以及仪表用灯等方面广泛应用。随着LED技术的不断成熟，单粒LED的光效和光通量的快速提高，使LED作为汽车前照灯光源已经成为可能。由于目前LED汽车前照灯系统存在系统的光效低，散热设计不完善及远近光切换不方便等问题，使LED应用于汽车前照灯面临诸多的困难。在汽车前照灯的设计上，国家标准GB4599对汽车前照灯的配光图形做了規定，目的是防止汽车前照灯干扰对面驶来车辆而造成交通事故。对近光灯来说，要求在车灯前25m远的照明面上产生一水平线和水平线右侧向上15°的明暗截止线。近光照明面可分为四个区域ZONE I为具有较大扩散、均匀度良好的基底配光，满足整个路面范围内的最低照明需求；Z0NE II、III、IV为具有光能量较为集中、射程较远的中心配光，满足本车道和右边路面(以车辆右行标准为例)较远处的照明需求。在I，II，III和IV区内，应无影响良好可见度的横向照度变化。对远光灯来说，则要求在车灯前25m远的照明面上的规定区域照度达标。LED前照灯的设计方法主要分投射式和反射式两种。投射式LED前照灯模块通常由半球椭球反射器加上挡板、配光镜构成，由于挡板的阻挡，以及配光镜的折射、反射等损耗，整个光学系统的能量利用率会大大下降。反射式LED前照灯按反射腔的形状主要分为抛物面型和自由曲面型。抛物面型反射器灯光组由配光镜、反射腔和光源組成。其近光灯的光源附近有ー个遮光罩，用来在配光屏幕上形成明暗截止线和15°斜线，因这种灯光组中存在遮光罩和配光镜，所以光能损失也比较大。自由曲面型车灯则不需要挡板和配光镜，用単一的反射器就能完成所有的配光任务。它的光能利用率主要取决于反射器的反射率和收光率，一般情况下反射器的口径越大，能量利用率就越大。
实用新型内容针对LED前照灯设计面临的主要问题，本实用新型提供了 LED汽车照明用反射器及组合式前照灯，该汽车前照灯体积小，视野宽，光能利用率高，散热良好，远近光切換方便。本实用新型采用如下技术方案一种用于LED汽车照明的反射器，所述反射器内表面平滑，反光性能良好。反射器的内表面是自由曲面，构成光学反射面。自由曲面反射器的形状由如下方法确定针对近光灯设计，以LED光源为坐标原点建立坐标系，而对于远光灯设计，LED光源与坐标原点的距离D，这样远、近光灯LED光源呈平行放置；以LED底面所在平面为XOZ平面，过原点并与平面垂直XOZ的轴为y轴。首先对光源立体角进行划分，然后根据汽车前照灯(近光灯、远光灯)在照明面上照度分布特征，运用能量守恒定律，把照明面上的照明区域进行网格划分，然后运用折反射定律通过数值计算即得到最后的自由曲面反射器。所述自由曲面的计算步骤如下I.确定初始条件并对光源立体角均匀划分。首先目标照明面与LED的距离为d，对于近光灯，目标照明区域左半部分是长为a，宽为b的矩形区域，右半部分是高为a，上底为b下底为c的梯形区域；对于远光灯，目标照明区域是长为2a，宽为b的矩形区域，LED光源的总光通量为Q，目标区域的平均照度为Ev(Ev为总光通量除以目标区域面积)，LED中心光强为I^Q/π。坐标系中Θ为光线与Y轴组成的平面与YOZ平面的夹角，炉为出射光线与Y轴负方向的夹角。对光源的立体角进行离散化，在Θ方向按角度P等分成m份，对于每ー个Θ，都将P方向按角度P等分成η份，这样就得到了 Θ (m)和舛/ ，》)的数组。m，n取值的大小决定了计算的精确度，理论上而言，m, η的取值越大最后的结果越精确。以每ー份Θ角内的每ー份安角内光源的能量为研究对象，每ー小份立体角内的光通量为
权利要求1.LED汽车照明用反射器，其特征在于所述反射器内表面平滑，反射器的内表面是自由曲面，构成光学反射面；反射器自由曲面的形状由限定如下 针对近光灯，以LED光源为坐标原点建立坐标系,而对于远光灯，LED光源与坐标原点的距离D，远、近光灯LED光源呈平行放置；以LED底面所在平面为XOZ平面，过原点并与平面垂直XOZ的轴为y轴， (O目标照明面与LED的距离为d，对于近光灯，目标照明区域左半部分是长为a，宽为b的矩形区域，右半部分是高为a，上底为b下底为c的梯形区域；对于远光灯，目标照明区域是长为2a，宽为b的矩形区域，LED光源的总光通量为Q，目标区域的平均照度为EV，EV为总光通量除以目标区域面积，;坐标系中Θ为光线与Y轴组成的平 面与YOZ平面的夹角，供为出射光线与Y轴负方向的夹角；对光源的立体角进行离散化，在Θ方向按角度P等分成m份，对于每ー个Θ，都将供方向按角度P等分成η份，得到了Θ (m)和辦〃VO的数组，m，η取值的大小根据精度要求确定； 以每ー份Θ角内的每ー份P角内光源的能量为研究对象，每ー小份立体角内的光通量为Energy = [ '' [' ； /0 · cos O · sin2 φ · φ θ (2)网格划分 (2. I)近光目标照明区域网格划分 对应于光源立体角的划分，照明面的直角坐标也相应的在X方向上分成m份，对于每一个X，都将y方向分成η份，在照明面直角坐标系中得到与光源立体角中Θ (m)和炉(/H，句数组--对应的X (m)和y (m, η)数组； 在目标照明区域左半部分上，每ー份Θ角所对应的是ー个长为7(!11，11+1)-7(111，11)，宽为x(m+l)-x(m)的矩形区域，该矩形区域的总能量为 Etotal= [X (m+1)-X (m) ] · [y (m, n+1) -y (m, η) ] · Ec 式中，Ε。表示照度值；由于国标GB4599近光灯的照明面上照度分布图中ZONE KIKIII、IV区域的照度值各不相同，故预设照度E，照度控制因子Y，对于不同区域有Ec=E · Y (i) i = 1,2, 3,4, 其中O彡Y (i) ^ I, i的取值与I、II、III、IV区域——对应，且Y⑴值各不相同；在目标照明区域右半部分上，在划分时存在矩形区域和一部分三角形区域，矩形区域的划分与左半部分相同，对于三角形区域，其高为y(m, n+l)-y (m, η),底边为x(m+l)_x(m),该区域的总能量为 Etota! = —\ x(ni +1) - x(/ )] · [>·'( , +1) -■ Ec (2. 2)远光目标照明区域网格划分 远光目标照明区域为ー个矩形区域，它是由近光反射器和远光反射器共同作用而形成；远光反射器作用的主要是在水平线上方形成一个矩形区域，其照明区域网格划分与近光目标照明区域左半部分的划分相同，不同之处在于照度分布，远光照明区域中规定区域照度值大小是由中间向两边递减，这里控制因子Y为ー个递减的序列γ{πι) = t ■ —~ - ■ Em 式中O≤t≤5，j=l, 2，网格区域与光源立体角间由能量守恒定律Energy=Etotal 从而得到对应的x(m)和y (m, η)数组； (3)由折反射定律限定所述曲面上点的法向量，利用这个法向量得出切平面，通过切平面与入射光线的交点限定曲线上点的坐标，折反射定律的矢量形式为■sj1 + //--2- μ ■ { Out · In) _ N = Oui - μ _ In 其中μ为折射率，/^为入射光线单位向量， 为出射光线单位向量，及为单位法向量； 限定ー个自由曲面反射器边界曲线的初始点(0，S，O)，远近光自由曲面边界曲线的初始点设为同一点，该初始点的位置决定整个反射器的尺寸；由这个初始点得出一条边界曲线；由边界曲线上的每ー个点为初始点得出整个自由曲面；由(I)中所限定的Θ和炉求出入射光线的单位向量，通过初始点的坐标和与其对应的反射光线的单位向量，得到初始点的法向向量，从而限定该点的切平面，该切平面与第二点的入射光线相交从而限定第二点，由前一点的切平面与下一点的法向量所在的直线相交得出下一点，通过计算机迭代得出所有点的坐标；由此限定了近光、远光反射器自由曲面的坐标； (4)得到的离散点的坐标依次导入到机械建模软件，进行放样拟合，得到最終的近光、远光反射器曲面形状。
2.根据权利要求I所述的LED汽车照明用反射器，其特征在于自由曲面靠近底部有一个圆孔，近光LED光源安装在圆孔正前方并与其相距S处，而远光LED光源安装在圆孔正前方并与其相距(S-D)处。
3.包含权利要求I所述反射器的组合式前照灯，其特征在于包括防护镜、近光LED光源、远光LED光源、灯壳、散热器、所述近光反射器和远光反射器，灯壳前端装有防护镜，灯壳内装有近光LED光源和远光LED光源,远、近光光源共用散热器,近光LED光源和远光LED光源分别安装在散热器伸入灯壳内部分的上下侧，散热器与灯壳连接，灯壳安装在所述远光反射器、近光反射器外面，并与反射器紧密相连，所述近光反射器和远光反射器由灯壳支撑，底面由散热器支撑并固定，LED光源与近光反射器和远光反射器组成组合式前照灯。
专利摘要本实用新型提供LED汽车照明用反射器及组合式前照灯，反射器的内表面是自由曲面；对光源立体角进行划分，然后根据汽车前照灯的照度分布特征，运用能量守恒定律，把照明区域进行网格划分，然后运用折反射定律通过数值计算即得到最后的LED汽车照明的反射器自由曲面。组合式前照灯包括防护镜、近光LED光源、远光LED光源、灯壳、散热器、所述近光反射器和远光反射器，近光LED光源和远光LED光源分别安装在散热器伸入灯壳内部分的上下侧，灯壳安装在远光反射器、近光反射器外面，并与反射器紧密相连，两反射器顶面由灯壳支撑，底面由散热器支撑并固定。本实用新型具有体积小、视野宽、光能利用率高、散热良好和远近光切换方便的优点。
文档编号F21Y101/02GK202432389SQ20112032501
公开日2012年9月12日 申请日期2011年8月31日 优先权日2011年8月31日
发明者叶菲菲, 吴衡, 杨洁, 王丽君, 王洪, 黄华茂 申请人:华南理工大学