专利摘要

本发明是一种汽车远光灯及其设计方法，汽车远光灯包括有内反光杯及外反光杯，其中外反光杯罩于内反光杯的外侧形成复合反光杯，发光装置装设在内反光杯内。本发明汽车远光灯的设计方法，能实现汽车远光灯可控输出光束角，先通过传输矩阵确定反光杯焦距，再利用照明距离及输出角度共同决定反光杯的长度及开口直径。本发明的设计方法针对不同的照射距离及照射角度都可以通过相应计算给出结果，对实际运用具有灵活性、实用性和针对性，可以高效的利用LED光源进行照明。

权利要求

1.一种汽车远光灯，其特征在于包括有内反光杯及外反光杯，其中外反光杯罩于内反光杯的外侧形成复合反光杯，发光装置装设在内反光杯内。

2.根据权利要求1所述的汽车远光灯，其特征在于上述发光装置装设在内反光杯内的内侧。

3.根据权利要求2所述的汽车远光灯，其特征在于上述发光装置装设在内反光杯内的前端内侧。

4.根据权利要求1所述的汽车远光灯，其特征在于上述发光装置是3-5颗LED灯珠。

5.根据权利要求1所述的汽车远光灯，其特征在于上述外反光杯的底面成抛物面。

6.根据权利要求1所述的汽车远光灯，其特征在于上述反光杯输出光束角最小，外反光杯内部具有较高的反射系数，且内反光杯内外表面都具有较高的反射系数。

7.根据权利要求1至6任一项所述的汽车远光灯，其特征在于上述复合反光杯的焦距f为：

$f=\frac{1}{2}(a+q)(1+sin\phi );$

复合反光杯的长度L为：

$L\left\{\begin{array}{c}\frac{4f\cos \phi -\left(a^{\prime }+q\right)\sin 2\phi -4\sqrt{f^2-\left(a^{\prime }+q\right)f\sin \phi }}{1-\cos 2\phi }+f\\ \left(0<\phi \le \arcsin \left(\frac{f^{\prime }}{a^{\prime }+q}\right),f^{\prime }=\frac{1}{\frac{2}{a+q}-\frac{1}{a^{\prime }+q}}\right)\\ \frac{{\left(a^{\prime }+q\right)}^2}{4f}+f,\left(\phi =0\right)\end{array}\right.;$

式中：q代表复合反光杯焦点的偏移量，φ代表复合反光杯的旋转角度，a′是复合反光杯出口半径，a是复合反光杯入口半径，L是复合反光杯的长度。

8.一种汽车远光灯的设计方法，其特征在于能实现汽车远光灯可控输出光束角，先通过传输矩阵确定反光杯焦距，再利用照明距离及输出角度共同决定反光杯的长度及开口直径。

9.根据权利要求8所述的汽车远光灯的设计方法，其特征在于包括以下步骤：

1)根据实际需求，给定车灯初始位置r和α的参数，确定照射距离D及位置r′和α′；

车灯初始位置r和α分别指在主光轴上，光线产生反射的点与光轴的距离r，光线出射时与主光轴的夹角α；r′和α′分别代表光线传播距离D后，射到路面时，光轴与路面的距离r′，及光线与路面的夹角补角α′；

2)确定复合反光杯的出口半径a',入口半径a；

3)确定复合反光杯的复合反光杯的偏移量q；

4)代入公式(1)、(2)、(3)中：

$T=\left[\begin{array}{cc}1-\frac{D}{f}& l(1-\frac{D}{f})+D\\ -\frac{1}{f}& 1-\frac{l}{f}\end{array}\right]---\left(1\right)$

$f=\frac{1}{2}(a+q)(1+sin\phi )---\left(2\right)$

$L\left\{\begin{array}{c}\frac{4f\cos \phi -\left(a^{\prime }+q\right)\sin 2\phi -4\sqrt{f^2-\left(a^{\prime }+q\right)f\sin \phi }}{1-\cos 2\phi }+f\\ \left(0<\phi \le \arcsin \left(\frac{f^{\prime }}{a^{\prime }+q}\right),f^{\prime }=\frac{1}{\frac{2}{a+q}-\frac{1}{a^{\prime }+q}}\right)\\ \frac{{\left(a^{\prime }+q\right)}^2}{4f}+f,\left(\phi =0\right)\end{array}\right.---\left(3\right)$

式中：q代表复合反光杯焦点的偏移量，φ代表复合反光杯的旋转角度，a′是复合反光杯出口半径，a是复合反光杯入口半径，L是复合反光杯的长度。

说明书

技术领域

本发明是一种汽车远光灯及其设计方法，特别是一种复合反光杯应用于LED车灯实现输出光束角可控的方法,属于汽车远光灯及其设计方法的创新技术。

背景技术

远光灯是汽车上重要的功能器件之一，与近光灯相比，远光灯的光线平行射出，光线集中且亮度较大，可以照射到更高更远的物体，一般来说，近光灯只能覆盖车辆前方最多50米的距离，而远光灯则可以达到上百米甚至更远，有利于夜间的安全驾驶。

然而，目前滥用远光灯的现象相当严重，大多远光灯都存在严重的眩光现象，远光灯使用不当不仅不会提高行车的安全性，反而增加危险事故的发生几率。据公安交警部门统计，在行车事故中，夜间事故占60％以上，其中约30％与滥用远光灯有关。因此，为了确保行车安全，一方面我们要约束驾驶员的驾驶行为，另一方面，设计光照效果更好的、能大幅降低眩光感的新型远光灯是一种行之有效的方法。

另外，传统汽车远光灯结构主要是反光杯加光源，且光源置于反光杯的中心位置，需要的LED灯珠也比较多，整个结构体积也比较大。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种汽车远光灯。本发明能更好的控制光线出光孔径，光能利用率高，并利用地面的漫反射增加驾驶员的视觉范围，同时减少了平行光的出筒照度，能大幅降低眩光感，又不影响对障碍物的识别能力。

本发明的另一目的在于提供一种汽车远光灯的设计方法。本发明的方法可在保持正常照明的情况下，把车灯光线集中射向路面，避免对向行车驾驶员产生眩光的危险，降低夜间行车事故率；同时，本发明的方法还免除使用球面镜，以减少制造成本。

本发明的技术方案是：本发明的汽车远光灯，包括有内反光杯及外反光杯，其中外反光杯罩于内反光杯的外侧形成复合反光杯，发光装置装设在内反光杯内。

上述复合反光杯的焦距f为：

$f=\frac{1}{2}(a+q)(1+sin\mathrm{\&phi;});$

复合反光杯的长度L为：

$L\left\{\begin{array}{c}\frac{4f\cos \mathrm{\&phi;}-(a^{\&prime;}+q)\sin 2\mathrm{\&phi;}-4\sqrt{f^2-(a^{\&prime;}+q)f\sin \mathrm{\&phi;}}}{1-\cos 2\mathrm{\&phi;}}+f\\ \left(0\&lt;\mathrm{\&phi;}\&le;\arcsin \left(\frac{f^{\&prime;}}{a^{\&prime;}+q}\right),f^{\&prime;}=\frac{1}{\frac{2}{a+q}-\frac{1}{a^{\&prime;}+q}}\right)\\ \frac{{(a^{\&prime;}+q)}^2}{4f}+f,(\mathrm{\&phi;}=0)\end{array}\right.;$

式中：q代表复合反光杯焦点的偏移量，φ代表复合反光杯的旋转角度，a′是复合反光杯出口半径，a是复合反光杯入口半径，L是复合反光杯的长度。

本发明汽车远光灯的设计方法，能实现汽车远光灯可控输出光束角，先通过传输矩阵确定反光杯焦距，再利用照明距离及输出角度共同决定反光杯的长度及开口直径。

本发明汽车远光灯的设计方法，包括以下步骤：

1)根据实际需求，给定车灯初始位置r和α的参数，确定照射距离D及位置r′和α′；

车灯初始位置r和α分别指在主光轴上，光线产生反射的点与光轴的距离r，光线出射时与主光轴的夹角α；r′和α′分别代表光线传播距离D后，射到路面时，光轴与路面的距离r′，及光线与路面的夹角补角α′；

2)确定复合反光杯的出口半径a',入口半径a；

3)确定复合反光杯的复合反光杯的偏移量q；

4)代入公式(1)、(2)、(3)中：

$T=\left[\begin{array}{cc}1-\frac{D}{f}& l(1-\frac{D}{f})+D\\ -\frac{1}{f}& 1-\frac{l}{f}\end{array}\right]---\left(1\right)$

$f=\frac{1}{2}(a+q)(1+sin\mathrm{\&phi;})---\left(2\right)$

$L\left\{\begin{array}{c}\frac{4f\cos \mathrm{\&phi;}-(a^{\&prime;}+q)\sin 2\mathrm{\&phi;}-4\sqrt{f^2-(a^{\&prime;}+q)f\sin \mathrm{\&phi;}}}{1-\cos 2\mathrm{\&phi;}}+f\\ \left(0\&lt;\mathrm{\&phi;}\&le;\arcsin \left(\frac{f^{\&prime;}}{a^{\&prime;}+q}\right),f^{\&prime;}=\frac{1}{\frac{2}{a+q}-\frac{1}{a^{\&prime;}+q}}\right)\\ \frac{{(a^{\&prime;}+q)}^2}{4f}+f,(\mathrm{\&phi;}=0)\end{array}\right.---\left(3\right)$

式中：q代表复合反光杯焦点的偏移量，φ代表复合反光杯的旋转角度，a′是复合反光杯出口半径，a是复合反光杯入口半径，L是复合反光杯的长度。

本发明由于采用两个复合式反光杯的结构，利用光的反射原理。当光源点亮后，光线先经过内反光杯的内表面第一次反射，投射于外反光杯的内表面，这样内反光杯就成了外反光杯的新的光源。光线再经过外反光杯的内壁，一部分直接反射出外反光杯投射到地面和远方，另一小部分在经过外反光杯反射后射在内反光杯的外表面，再由内反光杯的外表面第三次反射出内反光杯照亮车辆前方的障碍物，另外，由于内反光杯外表面具有比较高的反射系数。经过两次或者三次的反射后，最终使光线离开内反光杯具有较小的角度，使大部分光线以小角度投射到车辆前面，照亮前面的路面。光线在离开内反光杯的时候，已经进行了一次优化，使第一次光线离开内反光杯就具有较小角度。这样有利于之后光线出射角度在外反光杯得到控制。本发明相比传统的远光灯结构设计，能更好的控制光线出光孔径，光能利用率高，并利用地面的漫反射增加驾驶员的视觉范围，同时减少了平行光的出筒照度，能大幅降低眩光感，又不影响对障碍物的识别能力。此外，本发明把光源置于整个装置的前端下部，需要的LED灯珠也比较少，整个结构体积也比较小，能实现远光灯的小型化。本发明结构新颖、能大大优化光线的出筒角度，并为行车安全提供保障。本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的汽车远光灯及其设计方法。

附图说明

图1是抛物线的示意图；

图2为本发明的原理图；

图3为本发明的光路变换图；

图4为本发明汽车远光的工作原理图。

图5为本发明的剖面示意图

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。

图1和图2展示了简单抛物线经过旋转、平移变化到复合曲面的过程。根据变换过程，利用数学推导可求得复合抛物线的出口方程：

$f=\frac{1}{2}(a+q)(1+sin\mathrm{\&phi;})---\left(5.1\right)$

根据图1和图2，利用数学推导可以分别求出长度L及最大离轴角β的方程：

$L\left\{\begin{array}{c}\frac{4f\cos \mathrm{\&phi;}-(a^{\&prime;}+q)\sin 2\mathrm{\&phi;}-4\sqrt{f^2-(a^{\&prime;}+q)f\sin \mathrm{\&phi;}}}{1-\cos 2\mathrm{\&phi;}}+f\\ \left(0\&lt;\mathrm{\&phi;}\&le;\arcsin \left(\frac{f^{\&prime;}}{a^{\&prime;}+q}\right),f^{\&prime;}=\frac{1}{\frac{2}{a+q}-\frac{1}{a^{\&prime;}+q}}\right)\\ \frac{{(a^{\&prime;}+q)}^2}{4f}+f,(\mathrm{\&phi;}=0)\end{array}\right.---\left(5.2\right)$

$\mathrm{\&beta;}=arctan\left(\frac{a^{\&prime;}+q}{L}\right)---\left(5.3\right)$

f′是公式中的计算过渡量，是便于公式的简洁，也可以把公式

(5.2)中小括号内的内容改为

f′就是一个过渡量，设其等于分子上的内容。

其中，q代表焦点的偏移量，φ代表抛物线的旋转角度，a′是抛物线出口半径，a是抛物线入口半径，L是复合抛物面的长度，如图2中所示。

外反光杯2的开口直径大于内反光杯1的开口直径，其中，外反光杯2的开口直径是抛物线出口半径a′的两倍，在设计中，内反光杯1是置于外反光杯2的内部，与外反光杯2内侧壁面粘合，呈现类扇形的开口，内反光杯1的半径就为抛物线入口半径a的值。

本实施例中，焦距f是指外反光杯2的焦距，长度L也是外反光杯2的长度，内反光杯1置于外反光杯2中，所以内反光杯1的长度小于外反光杯2的长度。

同理，q也是外反光杯2的焦点偏移量，因为焦点不在主光轴上，是偏移主光轴的，所以需要偏移量来计算。

φ也是外反光杯2的旋转角度，旋转角度是在设计阶段控制外反光杯2口径大小时做的预设值，参看图2。

a′是外反光杯2的光线出口，是反射光线的出口，距离是外反光杯2的口径边缘到主光轴的距离。

入口半径a是指光线从内反光杯1出射，射入外反光杯2的入口半径，坐标原点到外反光杯2的内侧面的垂直距离。

根据图3，计算出光线的传输路径及角度。为了计算简便，将引入ABCD传输矩阵进行求解。根据几何光学知识，傍轴光线在某一给定的横截面内都可用由两个坐标参数来表征：一个是光线离轴线的距离r，另一个是光线与轴线的夹角α。规定光线出射方向在轴线的上方时，α为正；反之，α为负根。据光线的ABCD传输矩阵可知，光在空气中传输距离L后的表达形式为：

$\left[\begin{array}{c}{r}^{\&prime;}\\ {\mathrm{\&alpha;}}^{\&prime;}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}A& B\\ C& D\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}r\\ \mathrm{\&alpha;}\end{array}\right]---\left(5.4\right)$

已知光线在空气中传输，空气的折射率n＝1，传播距离为D，则传输矩阵的ABCD可以变化为：

$\left[\begin{array}{c}{r}^{\&prime;}\\ {\mathrm{\&alpha;}}^{\&prime;}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}1& D\\ 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}r\\ \mathrm{\&alpha;}\end{array}\right]---\left(5.5\right)$

把光线在空气中的传输矩阵简记为：

$T_D=\left[\begin{array}{cc}1& D\\ 0& 1\end{array}\right]---\left(5.6\right)$

同理，考虑到光线在反光杯上发生反射效应，依然可以把光线在反光杯表面的发射过程用ABCD矩阵表示，记为T_R：

$T_R=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ -\frac{2}{R}& 1\end{array}\right]---\left(5.7\right)$

其中R为反光杯的曲率半径，而f＝R/2为抛物线对傍轴光线的焦距。所以T_R可改写为：

$T_R=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ -\frac{1}{f}& 1\end{array}\right]---\left(5.8\right)$

则当光线在空间中经过N次变换后，我们可以用以下公式，并结合T_D，T_R求得最终光线的位置坐标：

为了保证出光率，这里我们假设从光源发出的光线最多只在复合曲面反光杯中反射一次，即从几何光学观察，光线从光源发出后，射向复合曲面反光杯，再被反射到目标区域。这样的话，在传输矩阵中，则表示为光线传播两次，矩阵表示为T_l和T_D；反射一次，矩阵为T_R。传输矩阵计算结果为：

$T=\left[\begin{array}{cc}1-\frac{D}{f}& l(1-\frac{D}{f})+D\\ -\frac{1}{f}& 1-\frac{l}{f}\end{array}\right]---\left(5.10\right)$

其中l可以由r推算出，即

因为复合曲面反光杯的焦距f与偏转角φ有关，则未知量即为f和φ。根据实际需求，我们可以定义光线射向复合曲面反光杯的角度α，距离r，以及光线被反射后到达平面的角度α′和距离r′，根据传输矩阵公式逆推算出焦距f。然后由相关车灯尺寸数据，我们可以得出抛物线入口半径a，抛物线出口半径a′以及焦点偏移量q的值，结合公式(5.1)求出φ的值。最后，可由公式(5.2)计算出复合曲面反光杯的长度，这样复合曲面反光杯的整体设计就此结束。

本发明设计出的实际车灯如图4，从图中清晰看出光路的走势，大小两个反光杯即为本发明的新颖之处。本发明结构新颖、能大大优化光线的出筒角度，并为行车安全提供保障。

一种汽车远光灯及其设计方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。