中国国际汽车照明论坛(IFAL)

2019中国国际汽车照明论坛(IFAL)邀请函 V2.0版.pdf
1.09MB下载
技术文章 | 超薄前照灯用RIR光学系统

原文标题:Development of the RIR Optical System for Ultra-thin Headlights

原文作者:Masashige Suwa, Ritsuya Oshima, Muneharu Kuwata, Kuniko Kojima

Advanced Technology R&D Center, Mitsubishi Electric Corporation



1
介绍



减少前照灯的重量和能耗可以降低汽车的能耗,同时减少二氧化碳排放和燃料消耗,进而实现降低环境污染的目标。因此,使用LED(发光二极管)作为前照灯的光源是目前发展的趋势。然而,LED是表面发光的光源,不能被认为是点光源。此外,由于LED发光面的强度分布是统一的,很难得到前大灯所需的复杂光线分布。因此,我们需要研究一种不同于传统光源,且适合于LED的光学系统。近些年,车展上许多概念车都使用了超薄车灯。很明显,市场对于超薄前照灯的需求会越来越大。然而,目前的前照灯光学系统还不能完全达到这些要求。主要原因是在前照灯尺寸(前照灯开口的高度)和前照灯光学系统的光利用率之间存在一种平衡关系。为此,三菱电机公司设计并开发了一种新型光学前照灯系统—RIR光学系统,既能实现超薄设计,又能实现高的光利用率。本文将介绍利用RIR光学系统研制超薄前照灯的过程。



2
RIR光学系统



图1为新开发的RIR光学系统的结构示意图。该系统由LED、聚光透镜和RIR透镜组成。



捕获.PNG

图1:RIR光学系统结构示意图


图2为RIR光学系统的光学原理示意图。LED发出的光线经聚光透镜进行聚集,然后经RIR透镜入射面的折射,形成所需的光线分布。部分入射光线通过入射面,沿光线1所示的路径,从出射面投射出来。部分光线经RIR透镜的全反射面反射,沿光线2所示的路径,从出射面投射出来。由于光线1和光线2的路径在截止线附近叠加,所以截止线附近的区域被照亮。该RIR透镜截止线与焦平面位置重合,可以在焦平面上形成所需的光线分布。



捕获2.PNG

图2:RIR光学系统原理示意图



3
‍‍光学系统的性能‍‍‍



图3为传统投影式前照灯的光学系统模型。在传统投影式前照灯中,反射器将LED的光线集中在挡板附近。挡板阻挡光线形成有截止线的光线分布。最后,透镜投射在焦平面上形成了所需的光分布。



捕获3.PNG

图3:投影仪前照灯(传统光学系统)


传统投影式前照灯一般由反射器、挡板和透镜三个光学元件组成。RIR光学系统由聚光透镜和RIR透镜两个光学元件组成。与传统的投影式前照灯相比,RIR光学系统的零件数量较少,光学边界面积较小,从而提高了光利用效率。传统投影式前照灯中使用反射器,原则上无法捕捉如光线3和光线4所示区域的光线。此外,反射器的反射率为90%甚至更低,会降低光利用率。而RIR光学系统没有采用全反射的形式,理论上反射率几乎为100%,因此,具有较高的光利用效率。



捕获4.PNG

图4:投影式前照灯与RIR光学系统光利用率对比图


图4为传统投影式前照灯和RIR光学系统在不同透镜高度情况下的光利用率对比图。使用相同的LED作为光源,前照灯设计为相同的配光模式进行比较。从图4可以看出与传统投影式前照灯相比,RIR光学系统的光利用率较高。当透镜高度为20mm时,RIR光学系统的光利用率约为传统投影式前照灯的1.8倍。这意味着该系统在实现超薄结构的同时,还可以保持较高光利用率。RIR光学系统还具有较高的位置精度,大约为投影式前照灯精度的20倍。



4
大灯模型‍‍



我们使用RIR光学系统开发了一个大灯模型,透镜高度为20mm,如图5所示。左边的三个模块为近光灯模块,中间三个模块为远光灯模块,右边三个模块为ADB (Adaptive Driving beam)模块。

近光灯模块由spot和wide两种模块组成,如图5所示。spot模块围绕光线分布中心照明,形成光线分布的截止线和高强度区域。在水平方向上形成了宽阔的光分布,有助于照亮路肩。



捕获5.PNG

图5:超薄前照灯模型

根据UNECE-R123标准对大灯模块进行测评,结果如表1所示。从表中可以看出,该大灯模块具有足够的亮度。


表1  ECE R123标准--近光灯(C级)

捕获6.PNG



图6为近光灯模块在路面的光分布图。126米处地面照度可以达到3lux,可以实现较高能见度。光分布在水平方向上的角度为±40度,在保证较高能见度情况下,还可以照亮道路的两侧。




捕获7.PNG

图6:近光灯模块路面光分布图


表2为近光灯模块的光学特性。每个模块的光通量为600lm。近光灯模块的最大光强为30400cd,功耗为19w。该模块拥有结构紧凑且耗电量少的特点。


表2 近光灯模块光学特性

捕获8.PNG





5
结论



我们设计了一个新的前照灯光学系统,即RIR光学系统。并开发了一个超薄前照灯模型。超薄大灯模型有一个高度为20mm的超薄透镜,且功率只有19 W,同时可实现近光灯光照需求。RIR光学系统不仅适用于近光灯,还可应用于各种汽车照明产品,比如远光灯、雾灯和ADB,可以灵活地满足所有汽车制造商的设计要求。




文章来自2018年第六届中国国际汽车照明论坛论文集




公众号.jpg网站.jpg