汽車LED燈用配光透鏡研究及應用

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燈具，安裝在車身前部，主要用于在白天行車視線環境較差的情況中，制造信號讓道路的其他參與者盡早地發現自己，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性。在國外行車開啟頭燈，可降低12.4%的車輛意外，同時也可降低26.4%的車禍死亡機率。總之，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，出于光能由機械能轉換的關系，晝間燈的功率為12W左右，產品的光通量為80lm左右，色溫范圍在6500K左右。LED晝間燈比傳統的鹵素燈還要亮，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。然而現有LED晝間燈的配光鏡由于設計的結構不合理，很難將LED產生的光線充分、平穩、集中地配出，導致現有的LED晝間燈要采用大功率的LED，以此彌補配光鏡的不足，但是這樣便增加了能耗，并會產生大量的熱量，增加LED周圍的工作溫度，縮短LED的使用壽命。

2 具體技術方案實施方式

針對上述技術問題，本LED燈用配光透鏡設計能夠將光線充分、穩定、集中，配出符合GB 23255—2009《汽車晝間行駛燈配光性能》標準的LED晝間燈，其相應地可以減小LED的功率，從而減少熱量的產生，也能夠延長發光源的使用壽命。配光報告如圖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，透鏡本體上至少設置一用于為發光源配光的配光單元2，在透鏡本體上設置有7個配光單元，其中一配光單元處于透鏡本體中部，剩余6個配光單元分布在該配光單元的周圍，當然這里配光單元的數量還可以根據需要來進行設定；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，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發光源的尺寸相適應，可供LED發光源放置于其中，但又不是太大。

圖1 配光報告

圖2 配光鏡結構示意圖

在透鏡本體另一表面上設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8，在中心配光區周圍設置有多個依次疊加的臺階配光面9，多個依次疊加的臺階配光面形成喇叭口狀18，每個臺階配光面由若干個凸出的弧形配光面10依次排列構成。

圖3為配光單元示意圖。臺階配光面設置了3個，其為將中心配光區圍在其中的圓形臺階配光面；其中，一級臺階配光面的外直徑等于上一級相鄰臺階配光面的內直徑，這樣保證各級臺階配光面之間配光的連續性；3個臺階配光面在投影上構成同心的配光面，相鄰臺階面配光面上相對應位置的弧形配光面構成徑向配光單元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構成的扇面狀。2根斜線之間形成的夾角A在25°～50°之間，實施時，可以為25°、30°、35°、40°、45°、50°，當然還可以更大或更小，但是這些范圍內的角度，能夠提高配出光線的平穩性及均勻性；中心配光區的配光面7由多個矩形配光面相鄰接構成，矩形配光面的表面向外凸出呈弧形面。這里通過圖3對徑向配光單元進行說明，圖3中示出徑向配光單元中的3個弧形配光面，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個弧形配光面配出光線的整潔、平穩、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；圓形透鏡本體側面開設有6個減重槽，透鏡本體具有錐形體的表面一體設置有3個安裝柱腳16、3個定位柱腳17，便于透鏡本體與車燈部件的裝配。

3 本設計的工作原理

LED發光源伸入錐形體的盲孔中，其頂部產生光線由盲孔底部的弧形聚光面進行聚光，并通過中心配光區的配光面進行配光，配出的光線為成型光型的中心光線；而LED發光源產生的邊緣光線通過錐形體的透光，反射到臺階配光面上的弧形配光面進行配光，由于設置了多個依次疊加的臺階配光面形成喇叭口狀，且通過每個臺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定、平穩、集中；這樣通過中心配光區、多個臺階配光面的弧形配光面，能夠配出完整的光型，且光型穩定、平穩、集中、美觀大方。

4 設計應用分析

本汽車LED燈用配光透鏡本體為圓形，在透鏡本體上設置有7個配光單元，其中一配光單元處于透鏡本體中部，剩余6個配光單元分布在該配光單元的周圍。這樣結構的設計，能夠使整體配出的光線均勻、美觀。

為了使配光更完美，所述臺階配光面設置有3個，其為將中心配光區圍在其中的圓形臺階配光面，這樣中心配光區負責光線的中心區域配光，而其臺階配光面負責中心區域周圍的配光，使配出的光線充實、集中；其中，一級臺階配光面的外直徑等于上一級相鄰臺階配光面的內直徑，這樣相鄰臺階配光面之間配出的光線能夠形成一體，而不會分散，提高配光的品質。

所述多個臺階配光面在投影上構成同心的配光面，相鄰臺階面配光面上相對應位置的弧形配光面構成徑向配光單元。這樣配出的光線能夠形成一個整體的光線，而不是一段一段的光線，保證配出光線穩定、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。中心配光區的配光面由多個矩形配光面相鄰接構成，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行隔擋。通過擋邊的設置，可以防止相鄰配光單元之間光線的干擾，避免出現光線混亂現象，保證光線的整潔度。

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

5 結論

采用本設計方案，LED發光源伸入錐形體的盲孔中，其頂部產生光線由盲孔底部的弧形聚光面進行聚光，并通過中心配光區的配光面進行配光，配出的光線為成型光型的中心光線；而LED發光源產生的邊緣光線通過錐形體的透光，反射到臺階配光面上的弧形配光面進行配光，由于設置了多個依次疊加的臺階配光面形成喇叭口狀，且通過每個臺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定、平穩、集中；這樣通過中心配光區、多個臺階配光面的弧形配光面，能夠配出均勻完整的光型，且光型穩定、平穩、集中、美觀大方；本設計方案合理，能夠將光線充分、穩定、集中配出，無需增大LED的功率，相反通過采用本透鏡，還可以相應地減小LED的功率，從而也能夠減少熱量的產生，延長發光源的使用壽命。圖4為光形示意圖。

圖4 光形示意圖