一种基于激光光源的远近光照明一体化前照灯及照明方法

本发明涉及基于激光光源的远近光照明一体化前照灯及照明方法，属于汽车前照灯照明。

背景技术：

1、随着科技的进步，前照灯的功能的多元化和路况的复杂化使得照明系统逐渐朝着体积更小，照明更亮、更广的方向发展。照明系统的光学设计也经历了光源和结构的的更迭发展。作为新一代的光源，激光为前照灯提供照明更亮和更广的照明创造了可能性。远近一体的前照灯结构也成为体积更小的照明系统必要设计之一。

2、在基于激光光源的汽车前照灯设计中，黄色荧光粉是最常用的光色转化材料。目前最常见的两种前照灯结构：多蓝色激光二极管发出的光聚集在黄色荧光粉表面，再利用透镜或反射器实现道路照明；利用激光高方向性优势，不同数字微反射镜的开关，反射到荧光粉表面并利用透镜将激发的白光投射成不同道路照明光斑。上述激光前照灯结构中普遍存在的问题是提供照度不足和成本高。照度不足的问题来源于光学系统中的光线损失和激光光源的光束整形效果差，导致后续的配光设计中目标面接收的光线不足。成本高的问题来源于大量的光学器件和复杂的系统结构。

3、邓亮等在中国实用新型专利cn204437923u中公开了“一种基于激光光源的远近光一体前照灯”，该专利技术采用激光作为照明光源，通过两部分拼接的反射器结构来同时实现远近光照明。但是其存在以下不足：

4、(1)存在光学损失问题。该方案采用的是激光在光纤传输后通过荧光粉产生白光，而荧光粉会向四周发出光线造成光线损失。此外，其使用棱镜对激光光源进行控制，但棱镜会产生大角度折射同样会造成光线损失。

5、(2)该方案的前灯结构的照明效果可能不理想。首先，激光光源模组的设计无光学整形，难以确保朗伯光型的白光。因此，后续的照明在朗伯光源的基础上进行设计会出现效果不佳的情况；其使用反射器的一次反射进行配光，配光效果不佳；未采用挡板结构形成近光照明，可能会出现截止线不明显或反射器结构不平滑等问题。

6、(3)该方案的前照灯照明效果的实现条件较为复杂，需要较精准的控制反射平面的偏转角度，使得光束偏转到相应的反射区域，实现远近光照明。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对体积更小，照明更亮、更广的前照灯设计趋势，提供一种采用激光光源并同时实现远近光照明的前照灯结构，通过点亮不同的主副激光光源实现近光与远光的切换。利用光学器件提高光线利用率和提高光束整形效果，实现前照灯照明更亮和更广的设计需求；利用一个透镜实现远近光照明，实现前照灯小型化的结构设计需求。

2、为了实现本发明目的，本发明提供的一种基于激光光源的远近光照明一体化前照灯，包括主激光光源、副激光光源、控制光线反射结构及远近光照明结构，

3、所述主激光光源和副激光光源均包括蓝色激光二极管、激光聚焦透镜、导光管、贴在散热器上的反射镜和嵌有黄色荧光粉的曲面反射器，蓝色激光二极管、激光聚焦透镜和导光管依次连接，反射镜设置在导光管的端部，曲面反射器设置在反射镜的出射端，用于收集黄色荧光粉受激产生的白光并反射至光轴方向；

4、控制光线反射结构包括位于主激光光源出光方向前方的聚焦反射器和位于副激光光源出光方向前方的用于减小光束发散角的自由曲面反射器，

5、远近光照明结构包括非对称的双自由曲面透镜，非对称的双自由曲面透镜包括位于上部的远光双自由曲面透镜和位于下部的近光双自由曲面透镜，主激光光源发出的光经过聚焦反射器后，光束传播至透镜的近光双自由曲面透镜前方，副激光光源发出的光经过自由曲面反射器反射后，光束的发散角度减小后传播至远光双自由曲面透镜前方。

6、进一步地，主激光光源或副激光光源中，蓝色激光二极管、激光聚焦透镜和导光管均设置有个，一个蓝色激光二极管、一个激光聚焦透镜和一个导光管相应连接。

7、进一步地，蓝色激光二极管的波长为450nm。

8、各蓝色激光二极管输出的高方向性激光经过各自的激光聚焦透镜和导光管后产生均匀分布且小发散角的激光，激光经过反射镜反射后正对嵌有黄色荧光粉的曲面反射器的正中间，曲面反射器用于收集黄色荧光粉受蓝光激发产生的白光；

9、进一步地，蓝色激光二极管放置在激光聚焦透镜的第一个焦点处。

10、进一步地，激光聚焦透镜的中心到反射镜中心的距离与反射镜中心到嵌有黄色荧光粉的曲面反射器底部的中心距离和等于激光聚焦透镜的第二个焦距大小。使得激光在经过激光聚焦透镜整形后，传播至荧光粉表面时光斑最小，可以产生均匀朗伯光斑形状的白光，便于后续照明的配光设计。

11、进一步地，嵌有黄色荧光粉的曲面反射器顶部的中心位于聚焦反射器的第一焦点处。黄色荧光粉发出的光线在经过聚焦反射器反射后，可以聚焦在聚焦反射器的第二焦点处，便于后续的照明配光处理。

12、遮光板位于聚焦反射器的第二焦点处。通过设置倾斜和水平的遮光板边缘，配光后可以在目标面上形成近光的截止线形状。

13、一种基于激光光源的远近光照明一体化前照灯的照明方法，主激光光源和副激光光源在蓝色激光二极管受激发光后产生朗伯均匀分布光源的白光，主激光光源经过聚焦反射器反射器后，再经过遮光板后产生近光光型，再经过下部的双自由曲面透镜配光形成近光的照度分布。副激光光源发出的白光经过自由曲面反射器反射后，发光角度减小后再经过下部的双自由曲面透镜部分形成远光照明。主激光光源和副激光光源结构完全相同，在蓝色激光二极管受激发后均产生朗伯分布的白光，用于远近光配光。

14、本发明相对于现有技术相比，优点在于：

15、(1)本发明的前照灯采用激光光源和远近光照明一体化结构，使得其提供更广和更亮的照明效果，而且同时使用一个非对称的双自由曲面透镜结构实现远近光照明，使得前照灯体积更小，为其它前照灯功能结构的安装提供便利。

16、(2)本发明采用激光聚焦透镜对蓝色激光二极管发出的光进行整形处理，使高方向性的激光转化为均匀分布且小角度的激光，经过后续荧光粉的光色转化可以形成朗伯均匀分布的白光。本发明采用曲面反射器对黄色荧光粉受激产生的白光进行收集并反射至光轴方向，使荧光粉受激后向四面八方传播的光线都用于后续的光学设计，提高了光学系统的光线利用率。

17、(3)本发明采用放置在激光传播路径的导光管，利用导光管的全反射特性防止激光逸散，对人眼造成不适感。

18、(4)本发明采用贴在散热器的反射镜，将工作的热量传递到灯具外部，使得延长前照灯的寿命。

19、(5)本发明采用自由曲面反射器，使得光源的出光角度减小到上部的非对称双自由曲面透镜范围内，使得光学系统中的光线利用率提高。

20、(6)本发明通过分别打开主副激光光源实现远近光的切换，用一个透镜实现远近光照明可以减少前照灯的尺寸和重量，同时透镜采用双自由曲面的结构可以减少照明面处的色散，提高色温均匀性，进而提高前照灯的照明效果。

技术特征：

1.一种基于激光光源的远近光照明一体化前照灯，其特征在于，包括主激光光源、副激光光源、控制光线反射结构及远近光照明结构，

2.根据权利要求1所述的一种基于激光光源的远近光照明一体化前照灯，其特征在于，主激光光源或副激光光源中，蓝色激光二极管、激光聚焦透镜和导光管均设置有3个，一个蓝色激光二极管、一个激光聚焦透镜和一个导光管相应连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于激光光源的远近光照明一体化前照灯，其特征在于，蓝色激光二极管的波长为450nm。

4.根据权利要求1所述的一种基于激光光源的远近光照明一体化前照灯，其特征在于，蓝色激光二极管输出的高方向性激光经过激光聚焦透镜和导光管后产生均匀朗伯分布的激光，激光经过反射镜反射后正对嵌有黄色荧光粉的曲面反射器的正中间，曲面反射器收集黄色荧光粉受蓝光激发产生的白光。

5.根据权利要求1所述的一种基于激光光源的远近光照明一体化前照灯，其特征在于，所述的远近光照明结构还包括遮光板(8)，所述遮光板(8)位于非对称的双自由曲面透镜(9)的内侧。

6.根据权利要求5所述的一种基于激光光源的远近光照明一体化前照灯，其特征在于：遮光板(8)位于聚焦反射器(6)的第二焦点处。

7.根据权利要求1所述的基一种基于激光光源的远近光照明一体化前照灯，其特征在于：蓝色激光二极管位于激光聚焦透镜的第一个焦点处。

8.根据权利要求1所述的一种基于激光光源的远近光照明一体化前照灯，其特征在于：激光聚焦透镜的中心到反射镜中心的距离与反射镜中心到嵌有黄色荧光粉的曲面反射器底部的中心距离和等于激光聚焦透镜(2)的第二个焦距大小。

9.根据权利要求1-8任一所述的一种基于激光光源的远近光照明一体化前照灯，其特征在于：嵌有黄色荧光粉的曲面反射器(5)顶部的中心位于聚焦反射器(6)的第一焦点处。

10.一种权利要求1-9任一所述的一种基于激光光源的远近光照明一体化前照灯的照明方法，其特征在于：主激光光源和副激光光源在蓝色激光二极管受激发后产生朗伯分布的白光，主激光光源经过聚焦反射器反射后，再经过下部的近光双自由曲面透镜配光形成近光的照度分布；副激光光源发出的白光经过自由曲面反射器(7)反射后，光源的发光角度减小后再经过上部的远光双自由曲面透镜形成远光照明。

技术总结
本发明公开了一种基于激光光源的远近光照明一体化前照灯及照明方法，所述照明灯包括主激光光源、副激光光源、控制光线反射结构及远近光照明结构，激光光源包括蓝色激光二极管、激光聚焦透镜、导光管和嵌有黄色荧光粉的曲面反射器，控制光线反射结构包括自由曲面反射器和聚焦反射器，远近光照明结构包括非对称的双自由曲面透镜，非对称的双自由曲面透镜从中部划界分为上部用于远光照明的双自由曲面透镜和下部配合遮光板产生近光照明的双自由曲面透镜。分别打开主副激光光源实现远近光的切换，用一个透镜实现远近光照明以减少前照灯的尺寸和重量，同时透镜采用双自由曲面的结构可以减少照明面处的色散，提高色温均匀性，进而提高前照灯的照明效果。

技术研发人员：王洪,魏滢湾
受保护的技术使用者：中山市华南理工大学现代产业技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5