专利名称：一种用于机动车远光照明的led透镜的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光学技术领域，具体地说是一种用于机动车远光照明的LED透镜。
背景技术：
机动车上配置的远光灯，能够为机动车驾驶员提供远处道路照明，帮助驾驶员及时辨明路面情况，适用于行车速度较快时。包括大、小型车辆和摩托车等机动车，都需要配备相应的远光灯。我国所采用的均是参考欧洲经济委员会的相关法规而制定的。随着LED技术的发展，考虑LED照明突出的特点，包括低能耗、长寿命、耐震性等，欧洲经济委员会出台了相应的LED前照灯标准，同时我国也推出了针对于LED前照灯的国标GB 25991— 2010《汽车用LED前照灯》。根据国标的要求，机动车远光灯应提供足够水平宽度的道路照明照亮相邻车道，同时提供前方足够远处的照明，即在25m远处的测试屏上，应满足最大照度分布在中心点HV点附近，以保证提供充足的远光照明；同时，在测试屏中心HV点至左、右1125mm的区域内，和至左、右2250mm的区域内分别达到241x和61x,来保证远光系统在远处路面上能够照明足够的宽度。此外，最大照度不得低于481x，且不高于2401x。目前，常见的机动车远光灯一般采用卤钨灯和氙灯作为光源，配合以抛物线为母线的旋转对称反射器或自由曲面反射器。由于卤钨灯的寿命偏短，维护和更换较为频繁，并且无论是采用旋转对称反射器或自由曲面反射器，通常尺寸偏大，不易与机动车配合。
发明内容针对上述缺陷，本实用新型提出了一种用于机动车远光照明的LED透镜，可配合LED器件(模组)构成机动车远光照明系统。利用LED器件的高光效和本实用新型所述透镜的高能量利用率和分配率，一般采用10-15W的LED器件(模组)就能满足国标GB 25991—2010《汽车用LED前照灯》所提出的远光照明的要求。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:—种用于机动车远光照明的LED透镜，包括LED器件和前端面为圆形的镜体，镜体包括自由曲面组合准直面和槽型结构出光面，槽型结构出光面设置在自由曲面组合准直面前部，自由曲面组合准直面包括全反射曲线部分和折射曲线部分，折射曲线部分设置在全反射曲线部分内并与其开口方向相同，折射曲线部分前部开口端与全反射曲线部分后端相连接，使得透镜后端形成一个槽坑。用于机动车远光照明的LED透镜，其所述LED器件为单芯片封装的瓦级大功率芯片，LED器件的总功率大小为5-30W。用于机动车远光照明的LED透镜，其所述LED器件由小功率LED芯片阵列封装的大功率模组，LED器件的总功率大小为5-30W。用于机动车远光照明的LED透镜，其所述的自由曲面组合准直面的组合焦距相应地也为15-30 _，出光口半径为28-55 mm。用于机动车远光照明的LED透镜，其所述全反射曲线部分和折射曲线部分均是由近似抛物线的曲线围绕镜体中轴线旋转形成的曲面，折射曲线部分设置在全反射曲线部分底部前方，折射曲线部分前部开口端与全反射曲线部分后端通过直线围绕透镜中轴线旋转形成的侧壁相连接在一起，使得槽坑成为圆柱槽坑。用于机动车远光照明的LED透镜，其圆柱槽坑的深度为15-30 mm，圆柱槽坑底面的半径为12-24 mm。用于机动车远光照明的LED透镜，其LED器件的发光中心置于自由曲面组合准直面的组合焦点处。用于机动车远光照明的LED透镜，其所述槽型结构出光面是通过在一个圆形平面上开设一个槽型柱面组合而成；槽型结构的表面组合方式，可以是由上、中、下共三个曲面组合形成，其中上、下部曲面为平面，中部曲面是一定曲率的柱面，或上、下部曲面为一定曲率柱面，中部曲面为平面；也可以是仅由上、下两部分组成，上部曲面为平面，下部曲面为一定曲率的柱面，或者上部曲面为一定曲率的柱面，下部曲面为平面。用于机动车远光照明的LED透镜，其柱面的曲率半径为2-2.5m。本实用新型与现有技术相比，所产生的有益效果是:I)、利用LED单面发光的特点，采用折射和全反射结合的方式，通过自由曲面组合准直面收集LED器件(模组)发出的光能量，实现光通量利用率达到90%以上的高收集率；2)、配合采用大功率白光LED器件(模组)，通常10-15W的LED器件(模组)就能满足国标GB 25991—2010《汽车用LED前照灯》所提出的远光照明的要求，所需要的光源能耗低；3)、利用自由曲面透镜的高集成度，单一的透镜元件可以方便地与LED器件(模组)装配配合。透镜尺寸可以根据采用的LED器件(模组)的尺寸调整设计；4)、采用了槽型结构出光面，可以将出光面分为多个平面或圆柱面的组合，并通过每个部分相应地分配光能量，既保证了光斑足够的水平扩展，也能够为中心热点提供充分的照度，并使得所述透镜的整体出光效率达90%。
图1是用于机动车远光照明的LED透镜的俯视图；图2是用于机动车远光照明的LED透镜的前视图；图3是用于机动车远光照明的LED透镜的左视图；图4是用于机动车远光照明的LED透镜的轴测图；图5是国标GB 25991—2010《汽车用LED前照灯》的25m远处光学测试屏示意图；图6是配合LED光源使用了用于机动车远光照明的LED透镜，在测试屏上形成光斑的照度效果图；图7是配合LED光源使用了用于机动车远光照明的LED透镜，在测试屏上形成光斑的照度照度直角坐标分布图。图中标号:I为所述的自由曲面组合准直面的全反射面；[0030]2为所述的自由曲面组合准直面的折射面；3为所述的自由曲面组合准直面的拼接圆柱面；4为所述的槽型结构出光面的平面；5为所述的槽型结出光面的柱面。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作以下详细说明。LED器件(或模组)出射的部分光线经旋转对称折射面2后平行出射，剩余部分光线经过用于拼接的圆柱面3折射后，再经由旋转对称全反射面I反射后，向槽型结构出光面出射，通过槽型表面的能量分配和扩散，在目标照明面上形成给定要求的光照度分布。1.选用Cree公司生产的单颗大功率白光LED器件XML作为光源，该器件的芯片发光面积为4 mm 2，最大输入功率为10W，最大输出光通量IOOOlm ;透镜材料选用了折射率为
1.493的亚克力塑料。2.自由曲面组合准直面的组合焦距为16mm，圆柱底面(安装光源的开口端)的半径为13.5_，出光面半径为44mm。XML白光LED由圆柱底面的开口处置入反射器内部，芯片的发光中心定位在准直反射器的焦点处；3.槽型结构出光面由一个圆形平面4和一个柱面5组合而成，表面组合方式选用上、中、下共三个曲面的组合方式，其中上、下部曲面为平面4，中部曲面是一定曲率的柱面5 ;柱面5的平均曲率半径为2.35m。4.XML白光LED发出的光经过自由曲面组合准直面准直，再经槽型结构出光面的二次配光，能够出射满足国标GB 25991—2010《汽车用LED前照灯》的远光光束，光斑形状近似为一椭圆形，并且以HV为中心的半径150mm的圆形区域内可以看到一个较为明显的中心热点，形成一个照度极大值区域，该区域内的平均照度值大于801x，最大照度接近ΙΟΟΙχ，确保采用该透镜的LED机动车远光灯能为驾驶员提供充足的远光照明；同时，在25m远的测试屏上，在测试屏中心HV点至左、右1125mm的区域内，和至左、右2250mm的区域内分别达到421x和271x，符合国标GB 25991— 2010《汽车用LED前照灯》的要求。5.以上公开的槽型结构出光面的组合方式，仅为本实用新型较为便于应用的类型，但本实用新型并非局限于此，任何本领域之技术人员能思之变化，都应该在本实用新型保护范围之内。配合XML芯片使用所述透镜的实验测试结果如下:
权利要求1.一种用于机动车远光照明的LED透镜，其特征在于包括LED器件和前端面为圆形的镜体，镜体包括自由曲面组合准直面和槽型结构出光面，槽型结构出光面设置在自由曲面组合准直面前部，自由曲面组合准直面包括全反射曲线部分和折射曲线部分，折射曲线部分设置在全反射曲线部分内并与其开口方向相同，折射曲线部分前部开口端与全反射曲线部分后端相连接，使得透镜后端形成一个槽坑。
2.根据权利要求1所述的用于机动车远光照明的LED透镜，其特征在于所述LED器件为单芯片封装的瓦级大功率芯片，LED器件的总功率大小为5-30W。
3.根据权利要求1所述的用于机动车远光照明的LED透镜，其特征在于所述LED器件由小功率LED芯片阵列封装的大功率模组，LED器件的总功率大小为5-30W。
4.根据权利要求1所述的用于机动车远光照明的LED透镜，其特征在于所述的自由曲面组合准直面的组合焦距相应地也为15-30 mm，出光口半径为28-55 mm。
5.根据权利要求1所述的用于机动车远光照明的LED透镜，其特征在于所述全反射曲线部分和折射曲线部分均是由近似抛物线的曲线围绕镜体中轴线旋转形成的曲面，折射曲线部分设置在全反射曲线部分底部前方，折射曲线部分前部开口端与全反射曲线部分后端通过直线围绕透镜中轴线旋转形成的侧壁相连接在一起，使得槽坑成为圆柱槽坑。
6.根据权利要求4所述的用于机动车远光照明的LED透镜，其特征在于圆柱槽坑的深度为15-30 mm,圆柱槽坑底面的半径为12-24 mm。
7.根据权利要求1所述的用于机动车远光照明的LED透镜，其特征在于LED器件的发光中心置于自由曲面组合准直面的组合焦点处。
8.根据权利要求1所述的用于机动车远光照明的LED透镜，其特征在于所述槽型结构出光面是通过在一个圆形平面上开设一个槽型柱面组合而成。
9.根据权利要求8所述的一种用于机动车远光照明的LED透镜，其特征在于柱面的曲率半径为2-2.5m。
专利摘要本实用新型提供一种用于机动车远光照明的LED透镜，属于光学技术领域，其结构包括LED器件和前端面为圆形的镜体，镜体包括自由曲面组合准直面和槽型结构出光面，槽型结构出光面设置在自由曲面组合准直面前部，自由曲面组合准直面包括全反射曲线部分和折射曲线部分，折射曲线部分前部开口端与全反射曲线部分后端相连接，使得透镜后端形成一个槽坑。本实用新型和现有技术相比，具有设计合理、结构简单、使用效果好等特点，可以达到光照度分布的要求，从而保证机动车驾驶员能及时获得远处路面信息。
文档编号F21Y101/02GK202993060SQ20122072593
公开日2013年6月12日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者宋德纪, 冯震 申请人:山东华泰光源有限公司