[發明專利]LED汽車照明用反射器及組合式前照燈

有效

• 申請號: 201110255957.7
• 申請日: 2011-08-31
• 公開（公告）號: CN102330948A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發明（設計）人: 王洪;吳衡;葉菲菲;王麗君;黃華茂;楊潔
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: F21V7/04
• 分類號: F21V7/04;F21V19/00;F21V29/00;F21S8/10;F21W101/10;F21Y101/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及LED車燈領域，具體涉及用于LED汽車照明的反射器及包含該反射器的組合式前照燈。

背景技術

傳統的前照燈光源有白熾燈、鹵素燈及高強度氣體放電燈，白熾燈和鹵素燈的體積大，光能利用率低，使用壽命短，HID雖然使用壽命較長，但體積、能耗較大，給前照燈的整體設計及供電系統設計帶來很大的難度。因此，尋求一種新型體積小、耐用的光源來取代傳統的光源對提高前照燈的性能以及保障行車安全有積極的作用。LED與傳統光源相比它具有壽命長、體積小、響應速度快、高效節能、綠色環保等優點。目前已經在剎車燈、轉向燈、倒車燈、尾燈以及儀表用燈等方面廣泛應用。隨著LED技術的不斷成熟，單粒LED的光效和光通量的快速提高，使LED作為汽車前照燈光源已經成為可能。由于目前LED汽車前照燈系統存在系統的光效低，散熱設計不完善及遠近光切換不方便等問題，使LED應用于汽車前照燈面臨諸多的困難。

在汽車前照燈的設計上，國家標準GB4599對汽車前照燈的配光圖形做了規定，目的是防止汽車前照燈干擾對面駛來車輛而造成交通事故。對近光燈來說，要求在車燈前25m遠的照明面上產生一水平線和水平線右側向上15°的明暗截止線。近光照明面可分為四個區域：ZONE?I為具有較大擴散、均勻度良好的基底配光，滿足整個路面范圍內的最低照明需求；ZONE?II、III、IV為具有光能量較為集中、射程較遠的中心配光，滿足本車道和右邊路面(以車輛右行標準為例)較遠處的照明需求。在I，II，III和IV區內，應無影響良好可見度的橫向照度變化。對遠光燈來說，則要求在車燈前25m遠的照明面上的規定區域照度達標。

LED前照燈的設計方法主要分投射式和反射式兩種。投射式LED前照燈模塊通常由半球橢球反射器加上擋板、配光鏡構成，由于擋板的阻擋，以及配光鏡的折射、反射等損耗，整個光學系統的能量利用率會大大下降。反射式LED前照燈按反射腔的形狀主要分為拋物面型和自由曲面型。拋物面型反射器燈光組由配光鏡、反射腔和光源組成。其近光燈的光源附近有一個遮光罩，用來在配光屏幕上形成明暗截止線和15°斜線，因這種燈光組中存在遮光罩和配光鏡，所以光能損失也比較大。自由曲面型車燈則不需要擋板和配光鏡，用單一的反射器就能完成所有的配光任務。它的光能利用率主要取決于反射器的反射率和收光率，一般情況下反射器的口徑越大，能量利用率就越大。

發明內容

針對LED前照燈設計面臨的主要問題，本發明提供了LED汽車照明用反射器及組合式前照燈，該汽車前照燈體積小，視野寬，光能利用率高，散熱良好，遠近光切換方便。本發明采用如下技術方案：

一種用于LED汽車照明的反射器，所述反射器內表面平滑，反光性能良好。反射器的內表面是自由曲面，構成光學反射面。

自由曲面反射器的形狀由如下方法確定：

針對近光燈設計，以LED光源為坐標原點建立坐標系，而對于遠光燈設計，LED光源與坐標原點的距離D，這樣遠、近光燈LED光源呈平行放置；以LED底面所在平面為XOZ平面，過原點并與平面垂直XOZ的軸為y軸。首先對光源立體角進行劃分，然后根據汽車前照燈(近光燈、遠光燈)在照明面上照度分布特征，運用能量守恒定律，把照明面上的照明區域進行網格劃分，然后運用折反射定律通過數值計算即得到最后的自由曲面反射器。

所述自由曲面的計算步驟如下：

1.確定初始條件并對光源立體角均勻劃分。

首先目標照明面與LED的距離為d，對于近光燈，目標照明區域左半部分是長為a，寬為b的矩形區域，右半部分是高為a，上底為b下底為c的梯形區域；對于遠光燈，目標照明區域是長為2a，寬為b的矩形區域，LED光源的總光通量為Q，目標區域的平均照度為E_v(E_v為總光通量除以目標區域面積)，LED中心光強為I₀＝Q/π。坐標系中θ為光線與Y軸組成的平面與YOZ平面的夾角，為出射光線與Y軸負方向的夾角。對光源的立體角進行離散化，在θ方向按角度ρ等分成m份，對于每一個θ，都將方向按角度ρ等分成n份，這樣就得到了θ(m)和的數組。m，n取值的大小決定了計算的精確度，理論上而言，m，n的取值越大最后的結果越精確。

以每一份θ角內的每一份角內光源的能量為研究對象，每一小份立體角內的光通量為：

2.利用能量守恒定律將目標照明區域進行網格劃分

(1)近光目標照明區域網格劃分