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        汽車LED燈用配光透鏡研究及應(yīng)用

        2018-05-09 01:29:13威,王波,于
        汽車電器 2018年4期
        關(guān)鍵詞:晝間光面錐形

        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

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