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1. CN101132950 - Led headlamp system

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发光二极管前照灯系统


技术领域
本发明涉及电灯,尤其涉及车辆前照灯。更特别地,本发明涉及具有发光 二极管光源的车辆前照灯。
背景技术
车辆前照灯系统可由发光二极管光源、主透镜和次级透镜制成。车辆前照 灯光束具有需要照亮远处道路中央的热点(hot spot)。此外,还有分散的光束照 亮道路左右侧,或者向上照亮标志。当有驾驶员迎面靠近时,一般使用前照灯 光束。因此所有光束特性都必须是可用的以免接近的驾驶员炫目。在远光束模 式下,这种眩目不可避免,因此需要远光束和近光束模式。远光束模式假定不 存在接近的驾驶员。近光束模式假定存在靠近的驾驶员,所以热点必须集中于 低处和/或道路侧边。类似的,分散光束不能过亮或过宽。在光从光学定义的反 射器反射或者通过中心透镜在投射光束型系统内折射的情况下,这些特性一般 通过专业光学设计嵌入前照灯光束,所述光学设计源于远光束和近光束灯丝或 者电弧放电位置。随着发光二极管的出现,人们对由发光二极管源组成前照灯 光束产生了兴趣。发光二极管源一般没有强到或者没有足够的流明输出来单独 提供形成前照灯光束所需要的所有光。因此,提供用于改善道路可见性的发光 二极管前照灯系统将是现有技术的改进。
发明内容
因此,本发明的目的是消除现有技术的缺点。
本发明的另一个目的是提高发光二极管前照灯系统。
本发明的一方面,这些目的通过车辆前照灯实现,其包括:第一发光二极 管光源平面阵列,其具有发光二极管近光束子装置和发光二极管远光束子装置; 第一主光学光导向器,其接收来自第一发光二极管光源近光束子装置的近光束 光,并使所述近光束光准直;第一次级光学光导向器,其接收来自第一主光导 向器的所述准直近光束光,并且将所述光聚焦为近光束热点;第一主光学光导 向器接收来自第一发光二极管阵列的发光二极管远光束子装置的远光束光,并 使所述远光束光准直;第一次级光学光导向器接收来自第一主光导向器的所述 准直远光束光,并且将所述远光束光聚焦为与近光束热点结合的远光束热点; 第二发光二极管光源平面阵列,其具有发光二极管近光束子装置和发光二极管 远光束子装置;第二主光学光导向器,其接收来自第二发光二极管光源近光束 子装置的近光束光,并使所述近光束光准直;第二次级光学光导向器,其接收 来自第二主光导向器的所述准直近光束光,并且将所述光分散成近光束分散图 形;第二主光学光导向器接收来自第二发光二极管阵列的发光二极管远光束子 装置的远光束光,并使所述远光束光准直;第二次级光学光导向器接收来自第 二主光导向器的所述准直远光束光,并且将所述远光束光分散为与近光速分散 图形结合的远光束分散图形;和壳体,其机械地支撑第一发光二极管阵列、第 二发光二极管阵列、第一主光学部件、第一次级光学部件、第二主光导向器和 第二次级光学部件。
附图说明
图1是发光二极管阵列的透视图。
图2示出了近光束和远光束,热点光学部件的侧视图。
图3示出了近光束和远光束热点光学部件的俯视图。
图4示出了近光束和远光束,分散光学部件的侧视图。
图5示出了近光束和远光束分散光学部件的俯视图。
图6示出了改进的近光束和远光束,热点光学部件的侧视图。
图7示出了改进的近光束和远光束热点光学部件的俯视图。
图8示出了前照灯的正视图。
具体实施方式
为了更好理解本发明,以及本发明的其他和更进一步目的、优势及性能, 结合上述附图参考下文的公开内容和后附的权利要求书。
图1示出了具有近光束子装置14和远光束子装置16的发光二极管阵列12 的正视图。发光二极管前照灯系统20(图8)由三个发光二极管阵列22、24和 26构成。尽管对发光二极管进行选择性布线能动态照亮不同的单元以便实现特 殊照明功能,但可以类似构造每个阵列。第一阵列22专用于形成远光束和近光 束热点。第二阵列24专用于使远光束和近光束分散。第三阵列26专用于形成 辅助的光束特性,如改进的前视照明系统的热点或光束分散。优选发光二极管 是1毫米×1毫米的InGaN蓝色发光二极管芯片,为得到白色,芯片的上表面 覆盖磷,每个发光二极管供给白光大约60流明。发光二极管厚0.2毫米,在3.5 伏特700毫安下工作。陶瓷支承板13最好由氮化铝制成,厚1毫米,导热系数 180瓦/米·K。发光二极管采用具有高导热系数的环氧树脂安装于陶瓷上。优选 的环氧树脂被认为是北极银(Arctic Silver),层厚0.1毫米,导热系数10瓦/米 ·K。
发光二极管阵列以平面阵列的方式形成于陶瓷板13上,例如,构造成三个 发光二极管高,五个发光二极管宽。阵列的陶瓷安装和电连接靠已知的发光二 极管构造方法完成。发光二极管通常朝待照亮区域方向从陶瓷板13正面向前。 在优选实施例中,为了总的光效率以及节省材料和空间的原因,发光二极管紧 紧地包装在一起。陶瓷的后侧(没有示出)可与散热器结合,如具有散热金属 指状物、肋、片或其他散热特征的金属板。在优选实施例中,发光二极管是大 约X=1毫米的正方形,相互间隔大约Y=0.1毫米,由此形成3×5的阵列, 该阵列大约(3X+2Y)毫米×(5X+4Y)毫米。由于光学原因,远光束行16布 置为远离其他两个近光束行14。在优选实施例中,这段距离大约是2或3毫米, 这被添加到发光二极管阵列的垂直高度。
为了散热、安装和其他目的,支承陶瓷板13可以很方便地加大。发光二极 管可作为板上芯片或者发光二极管模块安装。发光二极管布置成两个电路装置。 上面的两行14设计用于近光束操作,下面的行16设计成被辅助添加用于远光 束操作。在接通上面的两行14用于近光束操作或者接通全部三行用于远光束操 作的情况下,发光二极管发出的光通常都朝前指向待照亮区域。
第一主光学部件30接收发光二极管从热点模块22发出的光。主光学部件 30最好是单个光学光导向器31。它的形状通常为梯形多管状。它含有拉长的矩 形入射窗32,为了光的输入,入射窗面向发光二极管。光导向器朝前延伸到拉 长的矩形出射窗34。在面积上入射窗32小于出射窗34。光导向器31具有平的 顶31a和底31b以及右左侧壁31c、31d,每个面通常为梯形。简单而言,较小 的入射窗32被平的侧壁包围,该侧壁通向出射窗34略大的侧边。正如图所示, 光导向器31可以由第一入射窗31e和第二入射窗31f组成,所述第一入射窗成 形为横跨发光二极管的近光束装置,第二入射窗成形和定位为横跨发光二极管 的远光束装置。如前所述,第一和第二入射窗通向共有的出射窗34。尽管用于 形成远光束和近光束热点的主光学部件可以分开制作然后毗邻安装,但是优选 将它们做成单个部件,以避免需要将两个部件相对彼此最佳对准。主光导向器 31可以是模压玻璃、塑料(聚碳酸酯或PMMI)、或类似适合的大体上透明的透 光光学材料,以提供良好的内反射。在这些塑料中,优选PMMI,因为它不像 其他塑料一样发黄。在一个实施例中,近光束主光导向器的入射窗32的尺寸为 6毫米×2.5毫米,远光束主光导向器的入射窗的尺寸为6毫米×1.2毫米。两个 光学部件的出射窗34的尺寸为3毫米×18毫米。入射窗32与出射窗34轴向 间隔25毫米。
第一发光二极管阵列22为设计用于生成近光束和远光束热点的光导向器 30供光。在穿过主光学光导向器30之后,光从出射窗34射出形成远光束或者 近光束定向光源。然后在次级光导向器38的入口36处接收光。焦距FL优选 70-100毫米。次级光导向器38是半球形或非球面透镜,它具有面对主光学部件 出射窗的平的直径侧面。次级光导向器将来自主光导向器30的光聚焦在热点目 标上。来自第一阵列近光束发光二极管的光从而穿过主光导向器30到达次级光 导向器38,聚焦于近光束热点。来自第一阵列远光束发光二极管的光穿过主光 导向器30到达次级光导向器38,辅助地聚焦形成远光束热点。在一个实施例中, 次级光导向器38是直径为100毫米的半球形。
第二发光二极管阵列24为第二光学系统40供光,以生成近光束和远光束 分散图形。第二光学系统40具有设计用于生成近光束和远光束分散图形的第二 主光导向器42。在优选实施例中,为了总成本,第二主光导向器42优选与第一 主光学部件相同。第二主光导向器42则提供准直光给第二次级光导向器44。同 样,焦距FL优选70到100毫米。第二次级光导向器44具有水平拉长的矩形入 射窗46和出射窗48,该出射窗垂直弯曲,例如水平方向定位的圆柱部分。入射 窗46小于出射窗48,而且具有从入射窗46通向出射窗48的平侧面49、50。 优选第二次级光导向器44具有与第一次级光导向器相同的入射窗。然后将来自 第二发光二极管阵列的光接收至第二主光学部件的入射窗。该光引导至第二次 级光导向器的入口46,并直接从第二次级光导向器44的出射窗48穿出,到达 待照亮的区域。出射光垂直聚焦在水平面内,但不是左右聚焦。发出的光则集 中于热点,但光从热点水平地左右分散从而形成分散图形。同样,将远光束发 光二极管子装置发出的辅助光加入来自近光束发光二极管子装置的光中,从而 增强近光束分散图形以获得远光束分散图形。
在一个实施例中,第二次级光导向器具有尺寸为8毫米×20毫米的入射窗 46。出射窗48的截面为弧形,其半径为60毫米,角度大于120度。该扇形区 在水平方向厚20毫米。
来自第三发光二极管阵列26的光被第三主光导向器52接收,并以与来自 第一发光二极管阵列的光大致相同的方式传送到次级光导向器54。当车水平朝 向车的具有第三发光二极管阵列的那侧转向时,将来自第三发光二极管阵列26 的光供给光束。辅助光则将光束图形延伸到车的那侧来照明要转向的道路。电 控第三发光二极管阵列26,以致根据转向角和车速决定开启水平阵列发光二极 管的数目。采用这种方式,当车辆沿着上述方向转向时,近光束热点延伸到光 束图形的一侧。来自第三发光二极管阵列26的光接着填充车辆将要转向的相对 较小的照明区域。类似的,在车辆的转向中,远光束热点相应延伸。车的另一 侧配备有类似的前照灯,但是将另一侧的第三发光二极管阵列26相反地放置, 并电布线,以便在反方向转向时相似地填充远光束和近光束图形。
第一发光二极管阵列22的十个近光束发光二极管为近光束热点提供大约 600流明。五个辅助发光二极管为远光束热点提供大约300流明。
第二发光二极管阵列24的十个近光束发光二极管为近光束分散图形提供 大约600流明。五个辅助发光二极管为远光束分散图形提供大约300流明。
第三发光二极管阵列26的十个近光束发光二极管为改进的前视照明系统 (AFS)的近光束热点提供大约600流明。五个辅助发光二极管为AFS远光束 热点提供大约300流明。
阵列很方便地安装在适合的反射器或类似的壳体60中。
虽然已经展示和描述了目前被认为是本发明优选的实施例,但是显然本领 域技术人员可以在不脱离后附权利要求书所限定的本发明范围内作出各种改变 和修改。