[發明專利]基于Fresnel透鏡整形的高亮度激光車燈光學系統及設計方法

有效

• 申請號: 202010091857.4
• 申請日: 2020-02-14
• 公開（公告）號: CN111306506B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 程穎;王澤超;盧永斌
• 申請（專利權）人: 天津科技大學
• 主分類號: F21S41/16
• 分類號: F21S41/16;F21S41/25;F21S41/141;F21S43/14;F21S43/20;F21V5/04;F21V13/02;F21W107/10;F21Y115/10
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 陳娟

本發明涉及一種基于Fresnel透鏡整形的高亮度激光車燈光學系統，由激光轉換白光光學系統、配光光學系統和散熱系統三部分組成，激光轉換白光光學系統包括激光光源、第一透鏡和黃磷熒光片，配光光學系統包括第二透鏡和一Fresnel透鏡，所述Fresnel透鏡、第二透鏡、熒光片、第一透鏡、激光光源由前至后依次排列。本發明使用Fresnel透鏡作為光線整形的激光車燈，更加明亮，亮度更均勻，結構薄而輕巧，并且便于加工，成本低，可以滿足非成像汽車照明系統的使用。

技術領域

本發明屬于非成像汽車照明領域和光學器件設計領域，涉及擬光源和Fresnel透鏡的設計技術，尤其是一種基于Fresnel透鏡整形的高亮度新型激光車燈光學系統及設計方法。

背景技術

汽車車燈是保證汽車在夜間以及惡劣天氣條件下安全行駛的重要部件，目前最常用的是LED作為它的光源。但是，隨著人們要求的增大，普通的LED已經不能滿足。激光是近年來出現的新型車燈光源，與LED燈相比，激光燈具有發散角小，照射距離遠，功率要求低，亮度大，壽命長的優勢。

CN109681840A公開了一種新型的激光車燈，包括自由曲面反光罩、遠近光切換板、激光光源固定殼體、菲涅爾配光透鏡、鏡片固定殼體、散熱系統和激光光0源，自由曲面反光罩、激光光源固定殼體和鏡片固定殼體相互連接，激光車燈包括激光光源固定殼體、散熱裝置、激光芯片、自由曲面反光罩和可調節遠近光切換板，激光芯片與激光光源固定殼體連接，散熱裝置固定在激光光源固定殼體上，激光芯片的激光通過菲涅爾配光透鏡，使其透過的光束照射至黃磷濾鏡上，可調節遠近光切換板設置在黃磷濾鏡的出光的方向。本發明通過在激光芯片出射的藍色光束與激發黃磷濾鏡的熒光粉層出射的黃光混合，得到汽車照明所需要的白光，該激光車燈通過可調節遠近光切換板實現了近光照明和遠光照明之間的快速轉換，具有照明距離遠、照明強度高以及能耗低等特點，在雨雪霧天氣的穿透力也比現有的汽車車燈穿透效果明顯。

CN109681840A提到的菲涅爾配光鏡作用僅為對光源的匯聚，光源的整形是通過后面自由曲面反射鏡實現。本專利所設計的激光車燈對光源的匯聚是通過一片透鏡實現，而菲涅爾配光鏡起到對光源的整形作用，相比于CN109681840A，僅靠透鏡無反射，結構更簡單。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供一種基于Fresnel透鏡整形的高亮度新型激光車燈光學系統及設計方法，采用Fresnel透鏡對光線進行整形，與普通透鏡相比，減少了透鏡厚度；并采用四個激光二極管作為光源，大幅度增加了車燈的亮度，并降低了成本。

本發明解決技術問題所采用的技術方案是：

一種基于Fresnel透鏡整形的高亮度激光車燈光學系統，由激光轉換白光光學系統、配光光學系統和散熱系統三部分組成，激光轉換白光光學系統包括激光光源、第一透鏡和黃磷熒光片，配光光學系統包括第二透鏡和一Fresnel透鏡，所述的Fresnel透鏡、第二透鏡、熒光片、第一透鏡、激光光源由前至后依次排列。

而且，菲涅爾透鏡與激光光源的間距、菲涅爾透鏡與第一透鏡后表面的間距、菲涅爾透鏡與熒光片之間的間距、菲涅爾透鏡與第二透鏡后表面的間距之比為：3～4：2～3：1～2:1。

而且，所述的激光光源選用四個藍色激光燈珠，四個燈珠的中心連線為一個正方形，幾何中心在光軸上。

而且，第一透鏡為球面透鏡，前、后表面均為球面。

而且，第二個透鏡為偶次非球面，面型方程為：

其中c為曲率，k為圓錐系數，C₄、C₆....C₂₀是非球面系數，x為非球面的旋轉對稱軸，z表示入射光線在非球面上的入射高度。