大功率led近光燈光學系統的製作方法

2023-04-27 12:37:01

專利名稱：大功率led近光燈光學系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種汽車照明系統，特別涉及ー種汽車LED近光燈照明系統。
背景技術：
隨著汽車エ業的高速發展和LED光效的不斷提高，LED在汽車中的應用也越來越普遍，LED汽車燈具開始進一歩普及，與傳統光源相比LED (發光二極體)具有壽命長、可靠耐用、體積小、能耗低、響應快、設計靈活等優點。LED在車內照明裝置及車外信號裝置上已得到廣泛的應用，並且隨著白光LED技術的發展，高功率白光LED的光通量及穩定性問題得以不斷改善，將在車外道路照明方面大展鴻圖。然而，由於LED光源的光強空間分布與傳統的滷素燈或氙氣燈完全不同，LED光源為單面發光，近似朗伯體分布，而傳統光源為全空間分布，在LED前照燈設計中，不能直接用LED光源替換傳統光源，否則所產生的光型將不能滿足車用照明的性能指標。因此，必須針對LED光源自身的發光特點進行全新設計，以滿足車用照明需求。《汽車用LED照明GB25991-2010》規定前照燈的配光應使其近光具有足夠的照明和不眩目。配光性能應滿足在前照燈基準中心前25m，過HV點的鉛垂配光屏幕上測定，在配光屏上，近光應產生明顯的明暗截止線，其水平部分在v-v線的左側，右側為與水平線向上15度的斜線，或向上成45度斜線至水平線垂直距25cm轉向水平的折線，並且在配光屏幕上規定了關鍵點的照度值。目前LED近光燈的光學設計大都是採用投射式的光學系統，即「LED光源+反光杯+擋板+透鏡」的模式，即利用擋光板遮擋部分光線後在配光屏上形成所需的近光光照度分布，這種設計可能導致整燈尺寸過大，不利於結構設計。而且由於擋光板的設計會浪費相當一部分的光能，將降低系統的出光效率。因此急需一種可以高效的利用LED光源發出的絕大部分光線且便於加工實現的汽車LED近光燈照明系統。

發明內容
有鑑於此，本發明所要解決的技術問題是提供一種可以高效的利用LED光源發出的絕大部分光線且便於加工實現的汽車LED近光燈照明系統。該系統大大提高了光學效率。本發明的目的是這樣實現的
本發明提供的大功率LED近光燈光學系統，包括兩個相似光學結構。每個光學結構包括LED光源、基座、反光杯和光學透鏡,所述基座用於固定LED光源、反光杯和光學透鏡,使LED光源、反光杯和光學透鏡構成一個封閉的腔體,所述LED光源發出的光線經過反光杯反射後形成近似平行光，該近似平行光各自通過光學透鏡的折射分別產生具有水平和傾斜15度兩種明暗截止線的光照度分布，所述具有兩種明暗截止線的光照度分布疊加形成標準的近光光照度分布。進ー步，所述相似的光學結構分別為第一光學結構和第二光學結構，所述第一光學結構在25m配光屏幕上產生具有清晰的水平明暗截止線的光照度分布，所述第二光學結構在25m配光屏幕上產生具有清晰的傾斜15度明暗截止線的光照度分布，所述兩個相似光學結構產生的光照度分布疊加形成標準的近光光照度分布。進一步,所述第一光學結構包括第一 LED光源、基座、第一反光杯和第一光學透鏡，所述第一 LED光源、第一反光杯和第一光學透鏡設置於基座上,所述第一光學透鏡沿第一反光杯光軸設置於第一反光杯前方；
所述第二光學結構包括第二 LED光源、基座、第二反光杯和第二光學透鏡,所述第二LED光源、第二反光杯和第二光學透鏡設置於基座上,所述第二光學透鏡沿第二反光杯光軸設置於第二反光杯前方。進ー步，所述第一光學結構的第一光學透鏡內、外表面分別為自由曲面透鏡和枕形透鏡組；所述第二光學結構的第二光學透鏡為第一光學結構的第一光學透鏡旋轉15度
形成。進ー步，所述第一反光杯包括第一反射腔、第一輔助反射面、第一非反射面和第一凹槽，所述第一反射腔內表面為拋物面，在第一反射腔焦點處設置第一 LED光源，所述第一輔助反射面和第一非反射面為部分圓錐面，所述第一凹槽連接並固定第一光學透鏡；
所述第二反光杯包括第二反射腔和第二凹槽，所述第二反射腔內表面為拋物面，在第ニ反射腔焦點處設置第二 LED光源，所述第二凹槽連接並固定第二光學透鏡，第一反光杯和第二反光杯將第一 LED光源、第二 LED光源發出的光線分別反射到第一光學透鏡和第二光學透鏡後出射至配光屏幕。進ー步，所述第一 LED光源和第二 LED光源分別為大功率LED光源。本發明的優點在於本發明採用兩個相似光學結構的LED光源發出的光線經過反光杯反射後形成近似平行光，該近似平行光通過光學透鏡的折射分別產生在25m配光屏幕上產生具有清晰的水平明暗截止線的光型和傾斜15度明暗截止線的光照度分布，該具有兩種明暗截止線的光照度分布疊加形成25m配光屏幕上滿足標準《汽車用LED照明GB25991-2010》規定的近光光照度分布。本發明提供的系統是針對LED光源朗伯光型而設計，整套光學系統可以高效的利用LED光源發出的絕大部分光線，大大提高系統的光學效率；光學透鏡可兼做燈具保護外殼，避免需要多的玻璃外殼而造成光能的損失。本發明的其它優點、目標和特徵在某種程度上將在隨後的說明書中進行闡述，並且在某種程度上，基於對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發明的實踐中得到教導。本發明的目標和其它優點可以通過下面的說明書，權利要求書，以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。


為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述，其中
圖I為大功率LED近光燈光學系統的結構 圖中，I為LED光源；Ia為第一光學結構的第一 LED光源；Ib為第二光學結構的第二LED光源；2為基座；3為第一光學結構的第一反光杯；3a為第一反光杯的第一反射腔；3b為第一反光杯的第一輔助反射面；3c為第一反光杯的第一非反射面；3d為第一反光杯的第一凹槽；4為第二光學結構的第二反光杯；4a為第二反光杯的第二反射腔；4b為第二反光杯的第二凹槽；5為第一光學結構的第一光學透鏡；5a為第一光學透鏡內表面的自由曲面透鏡；5b為第一光學透鏡外表面的枕形透鏡組；6為第二光學結構的第二光學透鏡；6a為第ニ光學透鏡內表面的自由曲面透鏡；6b為第二光學透鏡外表面的枕形透鏡組。
圖2為第一個光學結構的光學透鏡內外表面結構 圖中，5a為第一光學透鏡內表面的自由曲面透鏡；5b為第一光學透鏡外表面的枕形透鏡組；
圖3為第二個光學結構的光學透鏡內外表面結構 圖中，6a為第二光學透鏡內表面的自由曲面透鏡；6b為第二光學透鏡外表面的枕形透
鏡組。 圖4為第一個光學結構在25m配光屏幕上的光照度分布；
圖5為第二個光學結構在25m配光屏幕上的光照度分布；
圖6為整個LED近光燈光學系統在25m配光屏幕上的光照度分布。
具體實施例方式以下將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述；應當理解，優選實施例僅為了說明本發明，而不是為了限制本發明的保護範圍。圖I為大功率LED近光燈光學系統的結構圖，圖I為大功率LED近光燈光學系統的結構圖，圖2為第一個光學結構的光學透鏡內外表面結構圖，圖3為第二個光學結構的光學透鏡內外表面結構圖，圖4為第一個光學結構在25m配光屏幕上的光照度分布，圖5為第二個光學結構在25m配光屏幕上的光照度分布，圖6為整個LED近光燈光學系統在25m配光屏幕上的光照度分布，如圖所示本發明提供的大功率LED近光燈光學系統，包括兩個相似的光學結構。姆個光學結構包括LED光源、基座、反光杯和光學透鏡,所述基座用於固定LED光源、反光杯和光學透鏡，使LED光源、反光杯和光學透鏡構成一個封閉的腔體，所述LED光源發出的光線經過反光杯反射後形成近似平行光，該近似平行光通過光學透鏡的折射分別產生具有水平和傾斜15度兩種明暗截止線的光照度分布，所述具有兩種明暗截止線的光照度分布疊加形成滿足國家標準《汽車用LED照明GB 25991-2010》規定的近光光照度分布。所述相似的光學結構分別為第一光學結構和第二光學結構，所述第一光學結構在25m配光屏幕上產生具有清晰的水平明暗截止線的光照度分布，所述第二光學結構在25m配光屏幕上產生具有清晰的傾斜15度明暗截止線的光照度分布型，所述兩個相似光學結構產生的光照度分布疊加形成25m配光屏幕上滿足標準《汽車用LED照明GB 25991-2010》規定的近光光照度分布。所述第一光學結構包括第一 LED光源la、基座2、第一反光杯3和第一光學透鏡5,所述第一 LED光源la、第一反光杯3和第一光學透鏡5設置於基座2上,所述第一光學透鏡5沿第一反光杯3光軸設置於第一反光杯3前方；
所述第二光學結構包括第二 LED光源lb、基座2、第二反光杯4和第二光學透鏡6,所述第二 LED光源lb、第二反光杯4和第二光學透鏡6設置於基座2上,所述第二光學透鏡6沿第二反光杯4光軸設置於第二反光杯4前方。
所述第一光學結構的第一光學透鏡5內、外表面分別為自由曲面透鏡5a和枕形透鏡組5b ;所述第二光學結構的第二光學透鏡6內、外表面分別為第二自由曲面透鏡6a和第ニ枕形透鏡組6b，所述第二光學結構的第二光學透鏡6為第一光學結構的第一光學透鏡5旋轉15度形成。所述第一反光杯3包括第一反射腔3a、第一輔助反射面3b、第一非反射面3c和第ー凹槽3d，所述第一反射腔3a內表面為拋物面，在第一反射腔3a焦點處設置第一 LED光源la，所述第一輔助反射面3b和第一非反射面3c為部分圓錐面，所述第一凹槽3d連接並固定第一光學透鏡5 ；
所述第二反光杯4包括第二反射腔4a和第二凹槽4b，所述第二反射腔4a內表面為拋物面，在第二反射腔4a焦點處設置第二 LED光源lb，所述第二凹槽4b連接並固定第二光學透鏡6,第一反光杯3和第二反光杯4將第一 LED光源la、第二 LED光源Ib發出的光線分別反射到第一光學透鏡5和第二光學透鏡6後出射至配光屏幕。 所述第一 LED光源Ia和第二 LED光源Ib分別為大功率LED光源。整套光學系統可以高效的利用LED光源發出的絕大部分光線，大大提高系統的光學效率。通過合理的設計可以將光學透鏡兼做燈具保護外殼，避免需要多的玻璃外殼而造成光能的損失。以上所述僅為本發明的優選實施例，並不用於限制本發明，顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.大功率LED近光燈光學系統，包括兩個並排設置的相似光學結構，其特徵在於每個光學結構包括LED光源、基座、反光杯和光學透鏡,所述基座用於固定LED光源、反光杯和光學透鏡，使LED光源、反光杯和光學透鏡構成一個封閉的腔體，所述LED光源發出的光線經過反光杯反射後形成近似平行光，該近似平行光各自通過光學透鏡的折射分別產生具有水平和傾斜15度兩種明暗截止線的光照度分 布，所述具有兩種明暗截止線的光照度分布疊加形成標準的近光光照度分布。
2.根據權利要求I所述的大功率LED近光燈光學系統，其特徵在幹所述相似的光學結構分別為第一光學結構和第二光學結構，所述第一光學結構在25m配光屏幕上產生具有清晰的水平明暗截止線的光照度分布，所述第二光學結構在25m配光屏幕上產生具有清晰的傾斜15度明暗截止線的光照度分布，所述兩個相似光學結構產生的光照度分布疊加形成標準的近光光照度分布。
3.根據權利要求2所述的大功率LED近光燈光學系統,其特徵在於所述第一光學結構包括第一 LED光源(la)、基座(2)、第一反光杯(3)和第一光學透鏡(5),所述第一 LED光源(la)、第一反光杯(3)和第一光學透鏡(5)設置於基座(2)上,所述第一光學透鏡(5)沿第一反光杯(3)光軸設置於第一反光杯(3)前方； 所述第二光學結構包括第二 LED光源(lb)、基座(2)、第二反光杯(4)和第二光學透鏡(6)，所述第二 LED光源(lb)、第二反光杯(4)和第二光學透鏡(6)設置於基座(2)上，所述第二光學透鏡(6)沿第二反光杯(4)光軸設置於第二反光杯(4)前方。
4.根據權利要求3所述的大功率LED近光燈光學系統,其特徵在於所述第一光學結構的第一光學透鏡(5)內、外表面分別為自由曲面透鏡(5a)和枕形透鏡組(5b);所述第二光學結構的第二光學透鏡(6)為第一光學結構的第一光學透鏡(5)旋轉15度形成。
5.根據權利要求4所述的大功率LED近光燈光學系統,其特徵在於所述第一反光杯(3)包括第一反射腔(3a)、第一輔助反射面(3b)、第一非反射面(3c)和第一凹槽(3d)，所述第一反射腔(3a)內表面為拋物面，在第一反射腔(3a)焦點處設置第一 LED光源(la)，所述第一輔助反射面(3b)和第一非反射面(3c)為部分圓錐面，所述第一凹槽(3d)連接並固定第一光學透鏡(5)； 所述第二反光杯(4)包括第二反射腔(4a)和第二凹槽(4b)，所述第二反射腔(4a)內表面為拋物面，在第二反射腔(4a)焦點處設置第二 LED光源(lb)，所述第二凹槽(4b)連接並固定第二光學透鏡(6),第一反光杯(3)和第二反光杯(4)將第一 LED光源(la)、第二 LED光源(Ib)發出的光線分別反射到第一光學透鏡(5)和第二光學透鏡(6)後出射。
6.根據權利要求5所述的大功率LED近光燈光學系統,其特徵在於所述第一LED光源(Ia)和第二 LED光源(Ib)分別為大功率LED光源。
全文摘要
本發明公開了一種的大功率LED近光燈光學系統，包括兩個相似光學結構。每個光學結構包括LED光源、基座、反光杯和光學透鏡，基座用於固定LED光源、反光杯和光學透鏡並構成一個封閉的腔體，LED光源發出的光線經過反光杯反射後形成近似平行光，該近似平行光通過光學透鏡的折射分別產生具有水平和傾斜15度兩種明暗截止線的光照度分布，疊加形成近光的光照度分布。本發明所形成的近光光照度分布能滿足國家標準規定的要求，整套光學系統可以高效的利用LED光源發出的絕大部分光線，大大提高系統的光學效率；光學透鏡可兼做燈具保護外殼，避免需要多的玻璃外殼而造成光能的損失。
文檔編號F21Y101/02GK102679254SQ201210115779
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月19日 優先權日2012年4月19日
發明者劉顯明, 杜曉晴, 賴偉, 陳偉民, 雷小華 申請人:重慶大學