专利名称：一种反射式led灯及使用该led灯的汽车前照灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及照明技术领域，特别涉及一种反射式LED灯及使用该反 射式LED灯的汽车前照灯。
背景技术：
目前汽车前照灯的光源多使用囟素灯泡，如H4灯泡。卣素灯的发光 体积大，寿命短，光能利用率低，发光体也不是严格的朗伯体分布，给设 计带来一定的误差，前照灯的设计精度难以保证。发光二极管LED作为 新型光源，具有发光效率高，使用寿命长，可靠性高等特点，目前已广泛 应用于组合仪表照明、阅读灯等车辆内照明和刹车灯、方向灯等车辆外部 照明中，随着LED技术的不断成熟和成本的降低，用LED作为汽车前照 灯已经成为可能，因此LED也被称为第四代车灯光源。
传统光源的汽车前灯有两种主流的设计方式反射式前灯(FFR)和 投射式前灯(PS)。投射式前灯主要由光源、椭球反射器、挡板和非球面 透镜组成。它的优点是结构紧凑，明暗截止线清晰，缺点是光能利用率低， 有色差。反射式前灯由光源加与反射器(抛物反射镜、多重反射镜或自由 曲面反射镜)配光镜构成，如反射器的反射面为多重反射镜或自由曲面反 射镜能独立完成配光的任务，不需配光镜。它具有无色差、光能利用率高、 车灯高度低和空气动力学性能好等优点。反射式车灯的光能利用率主要由 反射器的反射率和收光率组成， 一般反射器的口径越大，能量利用率就越 大。现代汽车前部低而呈流线型，因而留给汽车前照灯的口径越来越小， 迫切需要研究在车灯口径大小一定时，如何取得最大的光能利用率。
有别于传统光源的全角度发光，LED光源的光线向半球的方向发射， 这使LED前照灯的光学系统与常规的前照灯系统不同，需要对传统的前灯系统进行适当的改进才能符合相关法规。全球首款LED汽车前照灯采 用的是投射式设计方法，反射式作为另 一种设计方法也得到了进一步的研 究。LED光源因方向性较强，尺寸较小，可近似为点光源，利用复杂面型 实现配光要求的自由曲面反射器的优势无从体现，因此目前反射式LED 前灯模块的反射器多采用抛物反射镜，它由半球抛物反射器加柱面配光镜 构成。
使用LED光源设计前灯时，存在的主要问题是单颗LED的光通量小， 亮度不高,通常采用多颗LED光源，每个LED都有自己独立的光学系统， 由此带来LED前灯尺寸较大的问题。如何满足近光灯的不对称光强分布 要求，提高LED前照灯模块的亮度和光能利用率，减小整灯机械结构尺 寸，是LED汽车前照灯光学系统设计的关键。
发明内容
本发明提供一种结构简单，光能利用率高的反射式LED灯。 一种反射式LED灯，包括由底座及位于底座上方的反光杯围成的带 灯口的壳体、位于底座上的LED光源，反光杯将LED光源的光线反射出 灯口形成照明光线，其特征在于，所述的反光杯的反光面由中部的抛物柱 面以及位于抛物柱面两侧的抛物面构成，在LED光源与灯口之间设有朝 向LED光源的反射镜，反射镜将入射的LED光源的光线反射至反光杯的 反光面，再被反光面反射出灯口。
侧的抛物面构成。所述的抛物柱面镜使LED光源直接射向反射杯的光或 者经反射镜反射到反射杯的光达到更好的能量分布，使得水平方向和垂直 方向都满足近光灯的国标，并且比加柱面透镜扩光更适合现代汽车前部低 而呈流线型分布的特点；所述的两侧抛物面主要是收集LED光源的能量 反射到前方；所述的反射杯主要是依据非成像光学中的光学扩展量理论和 几何收光率的定义来进行优化设计的。
所述的反射镜的形状至少将LED光源的未经反光杯的反光面反射而直接射向灯口的光线阻挡并反射至反光杯的反光面。当然反射镜可以选择
平面、柱面、^i面或者双曲面。鉴于加工的方i"更，平面反射#;为优选。
考虑到加工方便，平面反射镜一般为矩形，其宽度及高度可以根据 LED光源光线的发射角度与灯口的大小换算而得，至少要避免LED光源 光线直接从灯口射出，LED光源光线直接从灯口射出或造成眩光，不利于 光能的集中利用。但是，所述的反射镜不一定为平面镜，可以选择柱面、 球面、双曲面等同样可以实现平面反射镜的功能。当然，作为优选平面反 射镜边缘恰好与LED光源射向灯口边缘的光线相切，既可以避免眩光使 光能的集中利用，也可以避免过多的将LED光源的光线反射，造成光能 的损失,，
所述的LED光源由至少两个发光部位竖直朝上的发光二极管构成， 所有的发光二极管分为两组，两组分别布置成与平面反射镜距离较近的前 排发光二极管和与平面反射镜距离较远的后排发光二极管。
前排发光二极管与后排发光二极管分别启动时，反射式LED灯的照 明光线的角度会发生改变。作为优选，前排发光二极管和后排发光二极管 之间彼此错位分布，这样可以避免前后两排发光二极管相互阻挡。
作为进一步的优选所述的LED光源由4个发光部位竖直朝上的发光 二极管构成，四个发光二极管两两一组布置成与平面反射镜距离较近的前 排发光二极管和与平面反射镜距离较远的后排发光二极管。
为了实现错位分布，后排的两个发光二极管之间的距离大于前排的两 个发光二极管之间的距离，且分列在前排的两个发光二极管的两侧。
当然所述的LED光源中发光二极管数目并非严格要求4个，可以是1 个或多个，同时所述的LED光源的排放方式也并不一定是如上所述的前 后两排错开放置，可以选择直线状，弧线状等方式放置，当然所选的LED 放置方式要能够使LED光源的光线全部经过反射镜和反光杯，然后出射 到3各面以避免眩光。
本发明还提供了一种汽车前照灯，包括照明组件，所述的照明组件由 若干个本发明所述的反射式LED灯构成。除了照明组件以外，其固定装置、驱动电路等部分均可以采用现有技术。
作为优选，所述的照明组件由四个所述的反射式LED灯构成，其中 一个反射式LED灯绕与其余三个反射式LED灯之间有15°倾角。
当然也可以根据亮度需要，改变反射式LED灯的数量(至少两个)， 但一般要保证其中至少一个反射式LED灯绕与其余反射式LED灯之间有 一定的倾角。
所述的倾角为15°是为了保证最后的近光灯光型右边向上15°方向 上具有明显的明暗截止线，同时能够优化目前前照灯复杂的结构，为以后 车灯的散热和驱动留下足够的空间。
作为进一步的优选，所述的四个反射式LED灯为上下两层布置，下 层两个反射式LED灯与上层的其中一个反射式LED灯均平行分布，上层 的另 一个反射式LED灯水平翻转15° ,与其余三个反射式LED灯之间形 成所述的15°的倾角。
作为另一种优选方式，所述的四个反射式LED灯沿水平方向直线分 布，其中处于端头位置的反射式LED灯水平翻转15° ,与其余三个反射 式LED灯之间形成所述的15°的倾角。
端头位置的反射式LED灯可以是某一端的一个，也可以是两端的两个。
汽车前照灯中的反射式LED灯的发光二极管全部发光则为远光，当 所有后排(远离平面反射镜的发光二极管)的发光二极管发光时为近光， 因此通过控制电路切换汽车前照灯的远光和近光。
本发明汽车前照灯避免了用挡光板和配光镜进行调整光型，直接通过 反射器来调整光型，点亮不同位置的发光二极管能方便切换近光和远光； LED光源发出的光能量全部由平面反射镜和反光杯反射出，并进一步投向 前方道路，提高了光能利用率。因此当本发明应用于车灯设计制作时，即 能通过反射器的设计，令出光光型满足相关规定，而免除其它光型修正辅 助结构，有助于简化整体车灯结构及制作成本。
7本发明反射式LED灯依据非成像光学理论，采用抛物面反射器加平 面反射镜、多颗LED共用一个反射杯，实现了反射杯单位口径LED光能 利用率的最大化，既提高了整灯的亮度又减小了结构尺寸。本发明汽车前 照灯能使远光和近光方便的切换，同时又符合汽车前照灯国家标准的配光要求。
图1为本发明反射式LED灯俯视时的结构示意图2为图中A-A剖^L图3为图1中去除反光杯后的结构示意图4为本发明反射式LED灯正面的结构示意图5为采用本发明反射式LED灯的汽车前照灯中照明组件的示意图。
具体实施例方式
参见附图1~4,本发明反射式LED灯，由底座4及位于底座4上方 的反光杯l围成的带灯口 7的壳体，底座4上带有LED光源，在LED光 源与灯口 7之间设有朝向LED光源的平面的反射镜5。
LED光源由4个发光部位竖直朝上的发光二极管6a、发光二极管6b、 发光二极管6c、发光二极管6d构成，四个发光二极管两两一组布置成与 平面的反射镜5距离较近的前排发光二极管(发光二极管6b、发光二极管 6d)和与平面的反射镜5距离较远的后排发光二极管(发光二极管6a、发 光二极管6c )。
为了实现错位分布，后排的发光二极管6a、发光二极管6c之间的距 离大于前排的发光二极管6b、发光二极管6d之间的距离，且分列在前排 的发光二极管6b、发光二极管6d的两侧。
反光杯1的反光面由中部的抛物柱面2以及位于抛物柱面两侧的抛物 面3a、抛物面3b构成，LED光源发出的一部分光线直接入射到反光面被 反射后射出灯口 7,另一部分光线入射到平面的反射镜5,被平面的反射镜5反射至反光杯1的反光面，再被反光面反射出灯口 7。
本实施例中平面的反射镜5为矩形，其边缘恰好与LED光源射向灯
口7边缘的光线相切，既可以避免眩光使光能的集中利用，也可以避免过
多的将LED光源的光线反射，造成光能的损失。
另外底座4下面设置散热器(图中未表示)用于增加散热效率。 参见图5，本发明汽车前照灯的照明组件包括四个图1 ~4中的结构的
反射式LED灯，反射式LED灯中反射杯尺寸为70mm X 35mm X 25mm,
反射面为焦距10mm的镜及其两侧的焦距10mm的抛物面。
反射式LED灯，内置光通量70 1001m、发光面尺寸ImmX 1mm的
发光二极管4颗，平面反射《竟尺寸2mmX 16mmX0.5mm。
四个反射式LED灯为上下两层布置，下层两个反射式LED灯与上层
的其中一个反射式LED灯均平行分布，上层的另 一个反射式LED灯8与
其余三个反射式LED灯之间形成15°倾角6 。
汽车前照灯中四个反射式LED灯共16个lw的SMD发光二极管，16
颗发光二极管全部发光则为远光，当所有后排(远离平面反射镜的发光二
极管共8个)的发光二极管发光时为近光，因此通过控制电路切换汽车前
照灯的远光和近光。
性能测试
根据本发明汽车前照灯具体结构，利用TracePro进行仿真计算，假设 平面反射镜反射率为1,当单颗发光二极管的光通量为701m时，模拟测 试屏的近远光比较结果可以看到落在观测屏上的远近光光通量分别为 1061.2 lm和544.61m，对应的光能利用率分别为94.7%和97.2%,如取平 面反射镜反射率0.95，光能利用率也大于卯％。
权利要求
1、一种反射式LED灯，包括由底座(4)及位于底座(4)上方的反光杯(1)围成的带灯口(7)的壳体、位于底座(4)上的LED光源，反光杯(1)将LED光源的光线反射出灯口(7)形成照明光线，其特征在于，所述的反光杯(1)的反光面由中部的抛物柱面(2)以及位于抛物柱面两侧的抛物面(3a、3b)构成，在LED光源与灯口(7)之间设有朝向LED光源的反射镜(5)，反射镜(5)将入射的LED光源的光线反射至反光杯(1)的反光面，再被反光面反射出灯口(7)。
2、 如权利要求1所述的反射式LED灯，其特征在于，所述的反射镜 (5)的形状至少将LED光源的未经反光杯(1)的反光面反射而直接射向灯口 (7)的光线阻挡并反射至反光杯(1)的反光面。
3、 如权利要求1或2所述的反射式LED灯，其特征在于，所述的反 射镜(5)形状为平面、柱面、球面和双曲面。
4、 如权利要求1或2所述的反射式LED灯，其特征在于，所述的 LED光源由至少两个发光部位竖直朝上的发光二极管构成，所有的发光二 极管分为两组，分别布置成与反射镜(5)距离较近的前排发光二极管和 与反射镜(5)距离较远的后排发光二极管，前排发光二极管和后排发光 二极管之间彼此4普位分布。
5、 如权利要求4所述的反射式LED灯，其特征在于，所述的LED 光源由四个发光部位竖直朝上的发光二极管(6a、 6b、 6c、 6d)构成，4 个发光二极管两两一组布置成与反射镜(5)距离较近的前排发光二极管(6b、 6d)和与反射镜(5)距离较远的后排发光二极管(6a、 6c)。
6、 如权利要求5所述的反射式LED灯，其特征在于，后排的两个发 光二极管(6a、 6c)之间的距离大于前排的两个发光二极管(6b、 6d)之 间的距离，且分列在前排的两个发光二极管(6b、 6d)的两侧。
7、 一种汽车前照灯，包括照明组件，其特征在于，所述的照明组件 由若干个权利要求1 ~ 6任一项所述的反射式LED灯构成。
8、 如权利要求7所述的汽车前照灯，其特征在于，所述的照明组件 由至少两个所述的反射式LED灯构成，其中至少一个反射式LED灯绕与 其余反射式LED灯之间有15°的倾角。
9、 如权利要求8所述的汽车前照灯，其特征在于，所述的四个反射 式LED灯为上下两层布置，下层两个反射式LED灯与上层的其中一个反 射式LED灯均平行分布，上层的另一个反射式LED灯水平翻转15° ,与 其余三个反射式LED灯之间形成所述的15°的倾角。
10、 如权利要求7所述的汽车前照灯，其特征在于，所述的四个反射 式LED灯沿水平方向直线分布，其中处于端头位置的反射式LED灯水平 翻转15° ，与其余三个反射式LED灯之间形成所述的15°的倾角。
全文摘要
本发明公开了一种反射式LED灯及采用反射式LED灯的汽车前照灯，反射式LED灯，包括由底座及位于底座上方的反光杯围成的带灯口的壳体、位于底座上的LED光源，反光杯将LED光源的光线反射出灯口形成照明光线，反光杯的反光面由中部的抛物柱面以及位于抛物柱面两侧的抛物面构成，在LED光源与灯口之间设有朝向LED光源的反射镜，平面反射镜将入射的LED光源的光线反射至反光杯的反光面，再被反光面反射出灯口。本发明反射式LED灯依据非成像光学理论，采用抛物面反射器加平面反射器、多颗LED共用一个反射杯，实现了反射杯单位口径LED光能利用率的最大化，既提高了整灯的亮度又减小了结构尺寸。
文档编号F21V7/10GK101586761SQ20091009955
公开日2009年11月25日 申请日期2009年6月18日 优先权日2009年6月18日
发明者余桂英, 朱旭平, 蒋贤满, 骥 金 申请人:中国计量学院