汽車LED燈用配光透鏡研究及應(yīng)用

劉 威，王 波，于 群

（常州通寶光電股份有限公司，江蘇 常州 213001）

晝間燈是一種新型的信號(hào)燈具，安裝在車身前部，主要用于在白天行車視線環(huán)境較差的情況中，制造信號(hào)讓道路的其他參與者盡早地發(fā)現(xiàn)自己，它的功效不是為了使駕駛員能看清路面，而是為了讓別人知道有一輛車開過來了。因此，這種燈具不是照明燈，而是一種信號(hào)燈。固然，加裝了晝間行駛燈可使汽車看起來更酷、更炫，但白天行駛燈的最大功效不在于美觀，而是提供車輛的被辨識(shí)性。在國外行車開啟頭燈，可降低12.4%的車輛意外，同時(shí)也可降低26.4%的車禍死亡機(jī)率?？傊?，晝間行車燈的目的就是為了交通安全。

1 LED晝間燈光效和可靠性分析

一般的晝間燈，出于光能由機(jī)械能轉(zhuǎn)換的關(guān)系，晝間燈的功率為12W左右，產(chǎn)品的光通量為80lm左右，色溫范圍在6500K左右。LED晝間燈比傳統(tǒng)的鹵素?zé)暨€要亮，消耗功率僅為晝間燈的50%，功率在7W左右。LED燈無污染、無輻射、發(fā)光均勻、光色飽滿、持久恒定、使用壽命長，所以LED汽車晝間行駛燈是汽車晝間燈的必然趨勢。然而現(xiàn)有LED晝間燈的配光鏡由于設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)不合理，很難將LED產(chǎn)生的光線充分、平穩(wěn)、集中地配出，導(dǎo)致現(xiàn)有的LED晝間燈要采用大功率的LED，以此彌補(bǔ)配光鏡的不足，但是這樣便增加了能耗，并會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，增加LED周圍的工作溫度，縮短LED的使用壽命。

2 具體技術(shù)方案實(shí)施方式

針對(duì)上述技術(shù)問題，本LED燈用配光透鏡設(shè)計(jì)能夠?qū)⒐饩€充分、穩(wěn)定、集中，配出符合GB 23255—2009《汽車晝間行駛燈配光性能》標(biāo)準(zhǔn)的LED晝間燈，其相應(yīng)地可以減小LED的功率，從而減少熱量的產(chǎn)生，也能夠延長發(fā)光源的使用壽命。配光報(bào)告如圖1所示。

如圖2所示，汽車LED燈用配光透鏡，包括采用亞克力或PC材料制成的圓形透鏡本體1，透鏡本體上至少設(shè)置一用于為發(fā)光源配光的配光單元2，在透鏡本體上設(shè)置有7個(gè)配光單元，其中一配光單元處于透鏡本體中部，剩余6個(gè)配光單元分布在該配光單元的周圍，當(dāng)然這里配光單元的數(shù)量還可以根據(jù)需要來進(jìn)行設(shè)定；其中，配光單元包括由透鏡本體一表面向外延伸出的錐形體3，制造時(shí)，錐形體與透鏡本體一次性一體成型制成，錐形體與透鏡本體一樣可以透光，錐形體直徑大的一端與透鏡本體連接，錐形體直徑小的一端面中部設(shè)置有延伸至錐形體中部的盲孔4，盲孔的底部為向外鼓起的弧形聚光面5；盲孔的大小、深度與LED發(fā)光源的尺寸相適應(yīng)，可供LED發(fā)光源放置于其中，但又不是太大。

圖1 配光報(bào)告

圖2 配光鏡結(jié)構(gòu)示意圖

在透鏡本體另一表面上設(shè)置有向錐形體直徑大的一端凹陷的圓形配光槽6，配光槽底部為具有配光面7的中心配光區(qū)8，在中心配光區(qū)周圍設(shè)置有多個(gè)依次疊加的臺(tái)階配光面9，多個(gè)依次疊加的臺(tái)階配光面形成喇叭口狀18，每個(gè)臺(tái)階配光面由若干個(gè)凸出的弧形配光面10依次排列構(gòu)成。

圖3為配光單元示意圖。臺(tái)階配光面設(shè)置了3個(gè)，其為將中心配光區(qū)圍在其中的圓形臺(tái)階配光面；其中，一級(jí)臺(tái)階配光面的外直徑等于上一級(jí)相鄰臺(tái)階配光面的內(nèi)直徑，這樣保證各級(jí)臺(tái)階配光面之間配光的連續(xù)性；3個(gè)臺(tái)階配光面在投影上構(gòu)成同心的配光面，相鄰臺(tái)階面配光面上相對(duì)應(yīng)位置的弧形配光面構(gòu)成徑向配光單元11。其中，弧形配光面10的投影形狀為由2根斜線同一端連接的同心圓弧線13、1301構(gòu)成的扇面狀。2根斜線之間形成的夾角A在25°～50°之間，實(shí)施時(shí)，可以為25°、30°、35°、40°、45°、50°，當(dāng)然還可以更大或更小，但是這些范圍內(nèi)的角度，能夠提高配出光線的平穩(wěn)性及均勻性；中心配光區(qū)的配光面7由多個(gè)矩形配光面相鄰接構(gòu)成，矩形配光面的表面向外凸出呈弧形面。這里通過圖3對(duì)徑向配光單元進(jìn)行說明，圖3中示出徑向配光單元中的3個(gè)弧形配光面，在投影上的斜線在一直線上，這樣保證徑向配光單元中的3個(gè)弧形配光面配出光線的整潔、平穩(wěn)、完整性。

圖3 配光單元示意圖

相鄰配光單元之間采用凸出于透鏡本體的擋邊進(jìn)行隔擋，擋邊可以采用超聲焊接在透鏡本體上，也可以與透鏡本體一次成型；圓形透鏡本體側(cè)面開設(shè)有6個(gè)減重槽，透鏡本體具有錐形體的表面一體設(shè)置有3個(gè)安裝柱腳16、3個(gè)定位柱腳17，便于透鏡本體與車燈部件的裝配。

3 本設(shè)計(jì)的工作原理

LED發(fā)光源伸入錐形體的盲孔中，其頂部產(chǎn)生光線由盲孔底部的弧形聚光面進(jìn)行聚光，并通過中心配光區(qū)的配光面進(jìn)行配光，配出的光線為成型光型的中心光線；而LED發(fā)光源產(chǎn)生的邊緣光線通過錐形體的透光，反射到臺(tái)階配光面上的弧形配光面進(jìn)行配光，由于設(shè)置了多個(gè)依次疊加的臺(tái)階配光面形成喇叭口狀，且通過每個(gè)臺(tái)階配光面上的弧形配光面的配光，能夠配出成型光型的周圍光線，且配出的周圍光線穩(wěn)定、平穩(wěn)、集中；這樣通過中心配光區(qū)、多個(gè)臺(tái)階配光面的弧形配光面，能夠配出完整的光型，且光型穩(wěn)定、平穩(wěn)、集中、美觀大方。

4 設(shè)計(jì)應(yīng)用分析

本汽車LED燈用配光透鏡本體為圓形，在透鏡本體上設(shè)置有7個(gè)配光單元，其中一配光單元處于透鏡本體中部，剩余6個(gè)配光單元分布在該配光單元的周圍。這樣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，能夠使整體配出的光線均勻、美觀。

為了使配光更完美，所述臺(tái)階配光面設(shè)置有3個(gè)，其為將中心配光區(qū)圍在其中的圓形臺(tái)階配光面，這樣中心配光區(qū)負(fù)責(zé)光線的中心區(qū)域配光，而其臺(tái)階配光面負(fù)責(zé)中心區(qū)域周圍的配光，使配出的光線充實(shí)、集中；其中，一級(jí)臺(tái)階配光面的外直徑等于上一級(jí)相鄰臺(tái)階配光面的內(nèi)直徑，這樣相鄰臺(tái)階配光面之間配出的光線能夠形成一體，而不會(huì)分散，提高配光的品質(zhì)。

所述多個(gè)臺(tái)階配光面在投影上構(gòu)成同心的配光面，相鄰臺(tái)階面配光面上相對(duì)應(yīng)位置的弧形配光面構(gòu)成徑向配光單元。這樣配出的光線能夠形成一個(gè)整體的光線，而不是一段一段的光線，保證配出光線穩(wěn)定、均勻，且比較美觀。

弧形配光面的投影形狀為由2根斜線同一端連接的同心圓弧線構(gòu)成的扇面狀。2根斜線之間形成的夾角A在25°～50°之間。中心配光區(qū)的配光面由多個(gè)矩形配光面相鄰接構(gòu)成，矩形配光面的表面向外凸出呈弧形面。光線通過凸出的弧形面配出。相鄰配光單元之間采用凸出于透鏡本體的擋邊進(jìn)行隔擋。通過擋邊的設(shè)置，可以防止相鄰配光單元之間光線的干擾，避免出現(xiàn)光線混亂現(xiàn)象，保證光線的整潔度。

為了減輕配光透鏡的質(zhì)量，減少其制造材料的使用，在所述透鏡本體側(cè)面開設(shè)有減重槽，為了便于安裝及安裝的準(zhǔn)確性，透鏡本體具有錐形體的表面一體設(shè)置有安裝柱腳、定位柱腳。

5 結(jié)論

采用本設(shè)計(jì)方案，LED發(fā)光源伸入錐形體的盲孔中，其頂部產(chǎn)生光線由盲孔底部的弧形聚光面進(jìn)行聚光，并通過中心配光區(qū)的配光面進(jìn)行配光，配出的光線為成型光型的中心光線；而LED發(fā)光源產(chǎn)生的邊緣光線通過錐形體的透光，反射到臺(tái)階配光面上的弧形配光面進(jìn)行配光，由于設(shè)置了多個(gè)依次疊加的臺(tái)階配光面形成喇叭口狀，且通過每個(gè)臺(tái)階配光面上的弧形配光面的配光，能夠配出成型光型的周圍光線，且配出的周圍光線穩(wěn)定、平穩(wěn)、集中；這樣通過中心配光區(qū)、多個(gè)臺(tái)階配光面的弧形配光面，能夠配出均勻完整的光型，且光型穩(wěn)定、平穩(wěn)、集中、美觀大方；本設(shè)計(jì)方案合理，能夠?qū)⒐饩€充分、穩(wěn)定、集中配出，無需增大LED的功率，相反通過采用本透鏡，還可以相應(yīng)地減小LED的功率，從而也能夠減少熱量的產(chǎn)生，延長發(fā)光源的使用壽命。圖4為光形示意圖。

圖4 光形示意圖