基于激光远程激发荧光粉的汽车前照灯光学系统

本实用新型属于汽车前照灯照明技术领域，特别涉及基于激光远程激发荧光粉的汽车前照灯光学系统。

背景技术：

在led前照灯得到广泛应用之后，另一类半导体光源——激光二极管，因为具有更高的电光转换效率，成为了潜在的更节能的汽车前照灯光源。近年来已有一些激光白光光源的研究，但这些光源的输出光功率不足以满足汽车前照灯光源的需求。为了使激光光源能够更好地应用在汽车前照灯，不可避免地需要开发出具有更高输出光功率的激光白光光源，而在高功率输出的情况下，为保证光源的正常输出，需要有合理的散热设计，在获得高质量的激光光源输出时，需要设计性能优异的光学器件，来保证前照灯拥有良好的照明效果。在我国正在走向成熟的汽车和汽车零部件的产业和庞大的市场需求带动下，开发出更加节能的激光前照灯具有重要的现实意义。

技术实现要素：

本实用新型提出的基于激光远程激发荧光粉的汽车前照灯光学系统可以提供足够的光通量用于前照灯照明，解决了荧光粉的散热问题，设计了自由曲面透镜进行配光，可以很好的压制色散等不良现象。

为了实现本实用新型目的，本实用新型提供的基于激光远程激发荧光粉的汽车前照灯光学系统，包括激光光源、激光光源散热结构、导光管、荧光粉片、反射镜、荧光粉片散热结构和配光结构，

所述激光光源固定设置在所述激光光源散热结构上；

所述导光管的入口端与所述激光光源固定连接；

所述荧光粉片的正面与所述导光管的的出口端相对，且所述导光管与所述荧光粉片的法线之间形成预设角度的夹角，且所述荧光粉片上还设有用于散射的微粒；

所述反射镜的正面固定位于所述荧光粉片的背面；

所述荧光粉片散热结构与所述反射镜固定连接；

所述配光结构包括用于对从所述荧光粉片出射的光线进行近光配光的近光配光单元或进行远光配光的远光配光单元，所述近光配光单元或所述远光配光单元固定设置在所述荧光粉片散热结构上。

进一步地，所述近光配光单元包括用于配光的近光自由曲面透镜和用于形成明暗截止线的挡板，所述近光自由曲面透镜位于所述荧光粉片的出射方向上，所述挡板处于所述荧光粉片和所述近光自由曲面透镜之间，且所述挡板位于所述近光自由曲面透镜的焦点处。

进一步地，所述远光配光单元包括远光自由曲面透镜，所述远光自由曲面透镜位于所述荧光粉片的前方以对从所述荧光粉片出射的光线进行配光。

进一步地，所述预设角度的预设范围为0-90°。

进一步地，所述激光光源散热结构包括第一散热器，所述激光光源固定设置在所述第一散热器上。第一散热器可以对激光光源进行散热。

进一步地，所述激光光源散热结构还包括激光散热铜管，所述激光光源通过所述激光散热铜管固定在所述第一散热器上。激光散热铜管可以充当激光光源和散热器之间的散热通道。

进一步地，所述激光散热铜管和所述第一散热器之间涂覆有导热硅脂。一方面，导热硅脂可以将激光散热铜管固定在第一散热器上，另一方面，导热硅脂可以更快速地将热量从激光散热铜管传递到第一散热器上进行散热，从而增强对激光光源的散热效果。进一步地，所述荧光粉片散热结构包括第二散热器，所述第二散热器固定设置在所述反射镜的反面，且所述反射镜和第二散热器之间涂覆有导热硅脂。

进一步地，所述微粒选用但不限于sio微粒。sio微粒的粒径比荧光粉更小且对光的吸收作用可以忽略，从而可以使微粒散射效果更佳。

进一步地，所述导光管的出口端包括一个出射口，入口端包括多个入射口，每个入射口均分别与一所述激光光源固定连接。

根据光强荧光粉片出射的光强分布进行自由曲面透镜的设计，近光时，从荧光粉片出射的光线经过15°的挡板，并通过近光自由曲面透镜进行配光，在25米外的目标面上形成清晰的截止线，形成满足国标要求的照度分布；远光时，从荧光粉片出射的光线直接通过远光自由曲面透镜进行配光，在25米外的目标面上形成满足国标要求的照度分布。

本实用新型相对于现有技术相比，能够实现的有益效果至少如下：激光远程激发荧光粉的汽车前照灯光学系统且采用反射式激发荧光粉的结构解决了在大功率照明情况下荧光粉的散热问题，且采用激光二极管相较于led提高了光效，自由曲面透镜配光更加的精准，压制了色散等不良现象。

附图说明

图1为本实用新型实施例反射式激发荧光粉的结构示意图。

图2为本实用新型实施例激光二极管的散热结构示意图。

图3为本实用新型实施例荧光粉片的散热结构示意图。

图4为本实用新型实施例荧光粉片的散热仿真示意图。

图5为本实用新型实施例激光二极管的散热仿真示意图。

图6为本实用新型实施例激光远程激发荧光粉的汽车前照灯的近光光学系统示意图。

图7为本实用新型实施例激光远程激发荧光粉的汽车前照灯的远光光学系统示意图。

附图标记说明：1-反射镜，2-荧光粉片，3-导光管，4-激光二极管，5-激光散热铜管，6-第一散热器，7-第二散热器，8-透镜支架，10-15°挡板，9-近光自由曲面透镜，11-远光自由曲面透镜，12-螺丝。

具体实施方式

为进一步理解本实用新型，下面结合具体实施例对本实用新型进行进一步阐述，但本实用新型的实施方式不限于此，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均在本实用新型保护范围内。

请参阅图1-图3、图6、图7所示，本实施例提供的基于激光远程激发荧光粉的汽车前照灯光学系统，包括激光光源4、激光光源散热结构、导光管3、荧光粉片2、反射镜1、荧光粉片散热结构和配光结构。

激光光源4固定设置在激光光源散热结构上，本实施例中，激光光源4为激光二极管。具体的，请参阅图2，激光光源散热结构包括激光散热铜管5和第一散热器6，激光二极管的引脚固定在激光散热铜管5上，激光散热铜管5的底部通过导热硅脂固定在第一散热器6的表面。导热硅脂还可以起到增强激光二极管散热效果的作用。点亮激光二极管时，激光二极管通过激光散热铜管5、第一散热器6和激光散热铜管5之间的导热硅脂、第一散热器6、再经过强制对流进行散热，可以保证激光二极管4工作在正常状态，本实施例中第一散热器的底面尺寸为101mm×50mm×2.5mm，翅片厚度为1.5mm，高度为7.5mm，间隔为3.3mm，激光散热铜管的高度为13mm，外径为12.9mm，其内部与激光二极管的引脚接触，激光二极管产生的热量经过激光散热铜管5传递到第一散热器6，从而进行散热。通过图5的仿真结果可知，采用激光光源散热结构持续对激光二极管进行散热，激光二极管的工作温度(temperature)为61°，低于65°(65度为目前用来衡量激光二极管是否工作在正常状态的一个温度)，工作在正常状态，可以稳定输出激光。

请参阅图1、图2，导光管3的入口端与激光光源4固定连接，荧光粉片2的正面与导光管3的的出口端相对，且导光管3与荧光粉片2的法线之间形成预设角度的夹角以便于光从导光管3的出口端出射至荧光粉片2上，且荧光粉片2上还设有用于散射的微粒。具体的，导光管3的入口端可以包括多个入射口，且每个入射口分别与一个激光二极管固定连接，出口端包括一个出射口。通过设置多个入射口，使得如果需要更大的光通量，则可以通过增加激光二极管的方式来实现，一个激光二极管对应于导光管的一个入射口。本实施例中，导光管3的入口端设置有3个入射口，具体数量可以根据实际需要决定，激光二极管的数量与入射口的数量相等。荧光粉片2的法线和导光管3的出口端之间的预设角度可为0-90°的任意值，但优选55°，此时透射率为极大值，导光管出射的光线透射进入到荧光粉片的能量为极大值，使得所形成的白光光通量也为极大值。

本实施例中，微粒采用sio2微粒，但在其他实施例中可以选用其他微粒。因sio2微粒的粒径小于荧光粉，其对光的吸收可以忽略不计，使得通过微粒散射的效果更佳。

请参阅图1、图3，反射镜1的正面固定设置在荧光粉片2的背面，荧光粉片散热结构固定设置在反射镜1的反面。荧光粉片散热结构包括第二散热器7，第二散热器7固定设置在反射镜1的反面，且反射镜1和第二散热器7之间涂覆有导热硅脂。导热硅脂除了起到反射镜1和第二散热器7的固定作用外，还可以进行导热，增强对荧光粉片2的散热效果。如图3、4所示，荧光粉片2通过反射镜1、第二散热器7以及反射镜1和第二散热器7之间的导热硅脂进行散热，本实施例的第二散热器的底面尺寸为101mm×50mm×2.5mm，翅片厚度为1.5mm，高度为7.5mm，间隔为3.3mm。铝片反射镜的尺寸为34mm×15mm×1mm。反射镜1紧附在第二散热器7上，构成一条散热通道，避免了热量在荧光粉片2内堆积导致性能下降或烧毁防止荧光粉片被烧坏。当荧光粉片的温度过高时会导致荧光粉片被烧焦，对出光的白光性能有影响。而通过采用本实施例提供的荧光粉片散热结构对荧光粉片进行散热，如图4所示，给出的是荧光粉片的温度，图中给出的温度下，荧光粉片可以长久稳定的工作。

本实施例提供的激光白光光源，当点亮蓝光激光二极管时，激光二极管4发出的蓝光经过导光管3汇聚在导光管3的出口端，光线经过导光管3全反射导光，经出口端出射到荧光粉片2上，荧光粉片2和反射镜1的法线形成合适的角度，使得进入荧光粉片的光尽可能的多，进入荧光粉片2的蓝光，一部分蓝光被黄色荧光粉激发产生黄光，一部分的蓝光被所加入的微粒散射增加在荧光粉片的光程激发出更多的黄光，剩下的一部分蓝光被反射镜1反射之后直接出射，和激发荧光粉产生的黄光混色产生白光，经过荧光粉片2之后产生的白光满足一定的光强分布形式，优选的光强分布为朗伯分布；点亮激光二极管时，其通过激光散热铜管5、第一散热器6，在经过强制对流进行散热，荧光粉片2通过反射镜1和第二散热器7进行散热。

进行近光配光的前照灯光学系统中的配光结构为近光配光单元。近光配光单元包括近光自由曲面透镜9和用于形成明暗截止线的挡板10，近光自由曲面透镜9通过透镜支架8与第二散热器7固定连接，挡板10位于近光自由曲面透镜9和荧光粉片2之间，挡板10通过螺钉12固定在第二散热器7上，并且挡板10位于近光自由曲面透镜9的焦点处。本实施例中的挡板10呈15°，即其形状带有15度的一个夹角。从荧光粉片出射的白光经过15°的挡板10，并通过近光自由曲面透镜9进行配光，在25米外的目标面上形成清晰的明暗截止线，形成满足国标要求的照度分布。

进行远光配光的前照灯光学系统中的配光结构为远光配光单元。远光配光单元包括远光自由曲面透镜11，远光自由曲面透镜11通过透镜支架8于第二散热器7固定连接，且位于荧光粉片2的前方以对从荧光粉片2出射的光线进行配光。从荧光粉片2出射的白光直接通过远光自由曲面透镜11进行配光，在25米外的目标面上形成满足国标要求的照度分布。

本实施例提供的汽车前照灯光学系统，无论是进行远光配光还是近光配光，都可以通过激光光源4、导光管3、荧光粉片2和反射镜1的配合设置来减少能耗，提供足够的光通量，从而可以使前照灯可以提供大功率照明，并且都可以通过所设置的荧光粉片散热结构和激光光源散热机构来解决大功率照明下的散热问题，散热效果好；并且远光自由曲面透镜11或近光自由曲面透镜9的配光精准，可以压制色散等不良现象。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。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。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。