带有组合式光学透镜的LED汽车前照灯的制作方法

本发明涉及一种带有组合式光学透镜的LED汽车前照灯。

背景技术：

LED汽车前照灯技术已经进行了应用，国内外一些较大汽车厂在部分较高配置汽车上安装使用，取得了较好照明效果，优点是与卤素灯、气体放电灯(HID)相比，节能效果明显。目前功率型LED器件逐步成熟，发光效率显著提高，可以应用到汽车灯安全性要求高场合，但是LED光源与传统灯泡相比，其光学原理不同，因此，LED在汽车前照灯中应用受到极大限制，主要是LED光源产生光斑与灯泡光斑不能完全对应，也就说是还没有彻底解决LED光学问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能有效控制目标光斑区的宽度范围的带有组合式光学透镜的LED汽车前照灯。

为达到上述目的，一种带有组合式光学透镜的LED汽车前照灯，其包括组合式光学透镜及设于组合式光学透镜入光处的LED光源，所述组合式光学透镜包括四个透镜层叠而成，由底面至顶面依次包括透镜D、透镜C、透镜B、透镜A；其中，透镜D、透镜C、透镜B大致呈圆台状结构，透镜A大致呈球面状结构，光线由底面入射后，分别由透镜D、透镜C、透镜B、透镜A侧面出射的光线与水平线的夹角分别为α、β、γ、δ，其中，Δ(β-α)＝43.45～24.14度、Δ(γ-β)＝56.53～43.45、Δ(δ-γ)＝70.5～56.53度、δ为90～70.5度。

透镜A厚度5～7.7mm；透镜B厚度6～7.9mm；透镜C厚度6～8.7mm；透镜D厚度6～9.7mm；LED光源与组合式光学透镜的距离H取值范围3～5mm。

光线由底面入射后，由透镜A投射到距离25米处时，整体光斑呈现半椭圆形，且该光斑左半侧部分长半轴2米，短半轴1米，右半侧部分长半轴4米，短半轴1米，且还向上突出250毫米。

光线由底面入射后，由透镜B的横向结构投射到距离25米处时，形成的圆环光斑外直径尺寸4米，光斑内直径尺寸2米；由透镜B的纵向结构投射到距离25米处时，形成半椭圆形光斑，光斑长轴尺寸4米，光斑短轴尺寸2米。

光线由底面入射后，由透镜C的横向结构投射到距离25米处时，形成的圆环光斑外直径尺寸6米，光斑内直径尺寸4米；由透镜C的纵向结构投射到距离25米处时，形成半椭圆形光斑，光斑长轴尺寸6米，光斑短轴尺寸3米。

光线由底面入射后，由透镜D的横向结构投射到距离25米处时，形成的圆环光斑外直径尺寸8米，光斑内直径尺寸6米；由透镜D的纵向结构投射到距离25米处时，形成半椭圆形光斑，光斑长轴尺寸8米，光斑短轴尺寸4米。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的效果是LED汽车前照灯采用组合式光学透镜，(1)有利于近光灯和远光灯的设计和调试，节省了LED光源发出光线采用复杂的理论计算，并且数据量巨大，由于LED发光曲线的复杂程度，而且不能够得到准确光学数值。(2)使得LED前照灯的设计和制造光学透镜简单化。(3)本发明采用了光学透镜侧面调试方法，使得事先确定最大角度好最小角度数值定，并且通过光线投射到25米时，光斑范围反过来计算光学透镜折射角度，使得制造变化可行、准确。(4)本发明采用单独光学透镜A，具有光通量大和控制准确特点，实现中心光斑形状，为半椭圆形状，以及右侧突出形状。

附图说明

图1是本发明的光学透镜组图。

图2是本发明的光学透镜组3D结构图。

图3-1是本发明的光学透镜A顶视图。

图3-2是本发明的光学透镜A的3D结构图。

图3-3是本发明的光学原理图。

图4-1是本发明的光学透镜B顶视图。

图4-2是本发明的光学透镜B的3D结构图。

图4-3是本发明的光学原理图。

图5-1是本发明的光学透镜C顶视图。

图5-2是本发明的光学透镜C的3D结构图。

图5-3是本发明的光学原理图。

图6-1是本发明的光学透镜D顶视图。

图6-2是本发明的光学透镜D的3D结构图。

图6-3是本发明的光学原理图。

图7是本发明的汽车前照灯光斑形状示意图。

图8是本发明的汽车远照灯光斑形状示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例

光学透镜A的设计和调试方法：

①LED光源放置H处，设置透镜上平面分为四组，即有曲面10、曲面11、曲面12和曲面13，LED光源发出光线6和光线61所成角度δ。

②光线调试，光线6和光线61首先入射到透镜D底平面进入透镜，在表面出射到空气中，入射到透镜C底平面进入透镜，在表面出射到空气中，入射到透镜B底平面进入透镜，在表面出射到空气中，之后入射到透镜A底平面14，并且进入透镜A中经过折射，在透镜表面射出进入空气中，并且产生折射角度。

③设计光学透镜A曲面，⑴使得光线6和光线61投射到距离25米处时，整体光斑呈现半椭圆形，长轴半径尺寸2米，短轴尺寸1米，⑵调试曲面10，表面出射光线投射到曲面DOCD范围，⑶调试曲面11，表面出射光线投射到曲面DOCD范围，⑷调试曲面12和曲面13，表面出射光线投射到曲面OABH’CO范围，⑸在光斑中，右侧突出部分光斑，即曲面OABH’IGMO范围为汽车前照灯右侧通行时，近光灯光斑标准要求形状，其中，DO为2米，OC为1米，OH'为4米，AB的高度为250毫米。

④LED光源放置H处，光线6与水平线所成角度δ，δ＝90～70.5度，透镜厚度5～7.7mm。

光学透镜B的设计和调试方法：

①LED光源放置H处，设置透镜上平面19为吸收面，即不调试上平面19光学性能，LED光源发出光线6和光线7、光线61和光线71，光线6和光线7所成角度γ。

②光线调试，光线6、光线7、光线61和光线71，首先入射到透镜D底平面进入透镜，在表面出射到空气中，入射到透镜C底平面进入透镜，在表面出射到空气中，之后入射到透镜底平面20，并且进入透镜B中经过折射，在透镜侧面射出进入空气中，并且产生折射角度。

③LED光源1放置到空气中，确定了光线6和光线7、光线61和光线71后，采用倒推方法计算光线入射到透镜B中的折射角度，再计算射出光学透镜角度，即可以确定透镜的曲面15、曲面16、曲面17、曲面18形状。

④设计光学透镜B横向结构，当光线投射到距离25米处时，使得光线7和光线71对应外直径EG圆内，光线6和光线61对应外直径DM圆环外，光斑内直径尺寸2米，光斑外直径尺寸4米。横向结构指的是X轴方向的曲面。

⑤设计光学透镜B纵向结构，设计曲面15和曲面18，使得接近Y轴部分减小曲面对光线的折射角度，调整光线进入曲面15、曲面18的光线投射到曲面EDCMGJE范围，光线投射到距离25米时，形成半椭圆形光斑，其中，EG之间尺寸4米，OC之间尺寸2米。纵向结构指的是Y轴方向的曲面。

⑥LED光源放置H处，光线6与水平线所成角度δ，光线7与水平线所成角度γ，Δ(δ-γ)＝70.5～56.53度，透镜厚度6～7.9mm。

光学透镜C的设计和调试方法：

①LED光源放置H处，设置透镜上平面21为吸收面，即不调试上平面21光学性能，LED光源发出光线7和光线8、光线71和光线81，光线7和光线8所成角度β。

②光线调试，光线7、光线8、光线71和光线81首先入射到透镜D的底平面进入透镜，在表面21出射到空气中，之后入射到透镜C底平面26，并且进入透镜C中经过折射，在透镜侧面射出进入空气中，并且产生第二次折射。

③LED光源1放置到空气中，确定了光线7和光线8、光线71和光线81后，采用倒推方法计算光线入射到透镜C中的折射角度，再计算射出光学透镜角度，即可以确定透镜的曲面22、曲面23、曲面24、曲面25形状。

④设计光学透镜C横向结构，当光线投射到距离25米处时，使得光线8和光线81对应外直径FI’圆内，光线7和光线71对应外直径EG圆环外，光斑内直径尺寸4米，光斑外直径尺寸6米。

⑤设计光学透镜C纵向结构，设计曲面22和曲面25，使得接近Y轴部分减小曲面对光线的折射角度，调整光线进入曲面22、曲面25的光线投射到曲面FEJGIKF范围，光线投射到距离25米时，形成半椭圆形光斑，其中，FI之间尺寸6米，OL之间尺寸3米。

⑥LED光源放置H处，光线7与水平线所成角度γ，和光线8与水平线所成角度β，Δ(γ-β)＝56.53～43.45，透镜厚度6～8.7mm。

光学透镜D的设计和调试方法：

①LED光源放置H在光学透镜D下方固定尺寸，设置透镜上平面27为吸收面，即不调试上平面27光学性能，LED光源发出光线8和光线9、光线81和光线91，光线8和光线9所成角度α。

②光线调试，光线8、光线9、光线81和光线91入射到透镜底平面32，并且进入透镜D中经过折射，产生第一次折射，在透镜侧面射出进入空气中，并且产生第二次折射。

③LED光源1放置到空气中，确定了光线8和光线9、光线81和光线91后，采用倒推方法计算光线入射到透镜D中的折射角度，再计算射出光学透镜角度，即可以确定透镜的曲面28、曲面29、曲面30、曲面31形状。

④设计光学透镜D横向结构，当光线投射到距离25米处时，使得光线9和光线91对应外直径HH圆内，外直径尺寸8米，光线8和光线81对应外直径FI圆环外，内直径尺寸6米。

⑤在y轴平面上调整光学透镜结构方法，LED光源发出光线33和光线34，光线35和光线36，确定光线光线33和光线34，使得光线投射到25米处，光斑曲面HFKIH’LH范围。

⑥设计光学透镜D纵向结构，设计曲面28和曲面31，使得接近Y轴部分减小曲面对光线的折射角度，调整光线进入曲面28、曲面31的光线投射到曲面HFKIH’LH范围，光线投射到距离25米时，形成半椭圆形光斑，其中，HH’之间尺寸8米，OL之间尺寸4米。

⑦LED光源放置H取值范围3～5mm，光线8与水平线所成角度β，光线9与水平线所成角度α，Δ(β-α)＝43.45～24.14度，透镜厚度6～9.7mm。

汽车近光灯透镜制造方法及其汽车近光灯：

汽车近光灯由LED光源、光学透镜组构成，其中，光学透镜组由光学透镜A、光学透镜B、光学透镜C和光学透镜D组成，LED光源采用15瓦，光通量1200～1500(lm)，远光灯实际光通量大于1000(lm)。

汽车远光灯透镜制造方法及其汽车远光灯：

①依据LED汽车近光灯调试方法，可以调试汽车远光灯，即调试光学透镜A、光学透镜B、光学透镜C和光学透镜D。

②在调试透镜A时，按照调试曲面10和曲面11方法，调试曲面12和曲面13，即形成新的远光灯光学透镜I，其产生的椭圆形光斑C^aD^aN^aM^aC^a形状，

③在调试光学透镜B时，按照调试曲面16和曲面17方法，调试曲面15和曲面18，即形成新的远光灯光学透镜II，其产生的环形光斑由外环形曲面J^aE^aP^aG^aJ^a、内环形曲面C^aD^aN^aM^aC^a构成，

④在调试光学透镜C时，按照调试曲面23和曲面23方法，调试曲面22和曲面25，即形成新的远光灯光学透镜III，其产生的环形光斑由外环形曲面K^aF^aQ^aI^aK^a、内环形曲面J^aE^aP^aG^aJ^a构成。

⑤在调试光学透镜D时，按照调试曲面29和曲面30方法，调试曲面28和曲面31，即形成新的远光灯光学透镜IV，其产生的环形光斑由外环形曲面L^aH^aA^aH^a’L^a、内环形曲面K^aF^aQ^aI^aK^a构成。

⑥汽车远光灯由LED光源、光学透镜组构成，其中，光学透镜组由光学透镜I、光学透镜II、光学透镜III和光学透镜IV组成，LED光源采用15瓦，光通量1200～1500(lm)，远光灯实际光通量大于1000(lm)。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。