[发明专利]大功率LED汽车前照灯的近光灯光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车照明系统，特别涉及一种大功率LED汽车前照灯的近光灯光学系统。 

背景技术

随着汽车工业的高速发展和LED光效的不断提高，LED在汽车中的应用也越来越普遍，LED汽车灯具开始进一步普及，与传统光源相比LED(发光二极管)具有寿命长、可靠耐用、体积小、能耗低、响应快、设计灵活等优点。LED在车内照明装置及车外信号装置上已得到广泛的应用，并且随着白光LED技术的发展，高功率白光LED的光通量及稳定性问题得以不断改善，将在车外道路照明方面大展鸿图。然而，由于LED光源的光强空间分布与传统的卤素灯或氙气灯完全不同，LED光源为单面发光，近似朗伯体分布，而传统光源为全空间分布，在LED前照灯设计中，不能直接用LED光源替换传统光源，否则所产生的光型将不能满足车用照明的性能指标。因此，必须针对LED光源自身的发光特点进行全新设计，以满足车用照明需求。 

《汽车用LED照明 GB 25991-2010》规定前照灯的配光应使其近光具有足够的照明和不眩目。配光性能应满足：在前照灯基准中心前25m，过HV点的铅垂配光屏幕上测定，在配光屏上，近光应产生明显的明暗截止线，其水平部分在v-v线的左侧，右侧为与水平线向上15度的斜线，或向上成45度斜线至水平线垂直距25cm转向水平的折线，并且在配光屏幕上规定了关键点的照度值。目前LED近光灯的光学设计大都是采用投射式的光学系统，即“LED光源+反光杯+挡板+透镜”的模式，即利用挡光板遮挡部分光线后在配光屏上形成所需的近光光照度分布，这种设计可能导致整灯尺寸过大，不利于结构设计。而且由于挡光板的设计会浪费相当一部分的光能，将降低系统的出光效率。 

因此急需一种可以高效的利用LED光源发出的绝大部分光线且尺寸较小的大功率LED汽车前照灯的近光灯光学系统。 

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种可以高效的利用LED光源发出的绝大部分光线且尺寸较小的大功率LED汽车前照灯的近光灯光学系统。该系统大大提高了光学效率。 

本发明的目的是这样实现的： 

本发明提供的大功率LED汽车前照灯的近光灯光学系统，包括至少两个能产生相交明暗截止线的相似光学结构，所述相似光学结构包括第一光学结构和第二光学结构，每个光学结构包含LED光源、基座和光学透镜，所述基座用于固定LED光源和光学透镜，使LED光源和光学透镜构成一个封闭的腔体，所述LED光源发出的光线分成两部分进入光学透镜，一部分经过光学透镜的内表面折射，另一部分经过光学透镜的侧表面全反射后在光学透镜内部形成近似平行光，所述近似平行光经过光学透镜的自由柱面折射出。

进一步，所述第一光学结构包括第一光学透镜，所述第一光学透镜包括第一反射面、第一自由柱面和第一辅助面，所述第一反射面一端与设置在基座上的LED光源处连接，所述第一反射面另一端设置有第一侧表面，所述第一自由柱面和第一辅助面通过与第一侧表面连接组成封闭实体，所述封闭实体内部靠近基座的一端还设置有第一内腔，所述第一内腔包括第一内腔壁和第一内表面，所述第一内腔壁一端与基座连接，所述第一内腔壁另一端与第一内表面连接，所述第一LED光源发出光线经第一内腔壁折射再经第一反射面反射后形成垂直出射的平行光。 

进一步，所述第一内表面和第一反射面为自由曲面。 

进一步，所述第一内腔壁为圆柱面或自由曲面，所述第一自由柱面由若干不规则柱面组成，所述柱面可以一凸一凹交替排布，使整个自由柱面光滑变化；所述第一辅助面是第一自由柱面的一部分。 

进一步，所述第一反射面的反射面由通过光线追迹计算所形成的自由曲线绕LED光源的中轴回转形成。 

进一步，所述第一反射面的反射面外侧设置有反射涂层。 

进一步，所述第一自由柱面和第一辅助面中每条柱面竖直排列。 

进一步，所述第二光学结构包括第二光学透镜，所述第二光学透镜包括第二反射面和第二自由柱面，所述第二反射面一端与设置在基座上的LED光源处连接，所述第二反射面另一端设置有第二侧表面，所述第二自由柱面与第二侧表面连接组成封闭实体，所述第二自由柱面沿中心轴旋转15°排列，所述封闭实体内部靠近基座的一端还设置有第二内腔，所述第二内腔包括第二内腔壁和第二内表面，所述第二内腔壁一端与基座连接，所述第二内腔壁另一端与第二内表面连接，所述第二LED光源发出光线经第二内腔壁折射再经第二反射面反射后形成垂直出射的平行光。