一种用于汽车照明的矩阵式LED像素灯光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于汽车照明的矩阵式LED像素灯光学系统，包括光源底座、矩阵式LED芯片、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、外玻璃及控制系统；其中第二透镜、第三透镜、第四透镜组成一个矫正相差及消色差透镜组；矩阵式LED光源芯片光源，经过透镜正畸、消除色散色差、校正像差、放大、成像等过程，将LED芯片的每一颗发光光源颗粒成像在接收面上，并且每颗LED颗粒受控制系统控制，可以实现单独的开关和亮度变化，可以呈现出各种照明图像。本发明专利技术主要利用透镜组系统，将LED芯片颗粒作为像素点，放大成像和使用，通过集成门电路控制系统实现对像素图案精确控制，在自适应汽车前照灯照明系统中具有很好的应用前景。

A matrix LED pixel light optical system for automobile lighting

【技术实现步骤摘要】
一种用于汽车照明的矩阵式LED像素灯光学系统
本专利技术属于汽车照明
，具体涉及一种用于汽车照明的矩阵式LED像素灯光学系统。
技术介绍
近年来，随着汽车技术的发展，尤其是自动驾驶的发展，人们在对汽车灯光的要求不仅仅是美观与照明，更希望可以实现更多的功能，自从自适应前照灯的发展和使用，灯光安全日趋重要，同时也是汽车的卖点之一。其中,智能大灯系统很贴合智能汽车发展的要求,发展较为迅速。随着在车灯领域的渗透率提高和智能汽车概念的普及,多家厂商推出搭配系统的矩阵大灯,集成摄影头,可检测到其他车辆或障碍,控制并形成多个阴影区,在夜间行驶时,矩阵大灯会全程使用远光灯,自动识别迎面而来的车辆,通过设计的光形规避掉对向来车的区域或部分区域,避免对面车辆受到远光的干扰,防止炫目,通过光形的设计完全实现了哪里需要就照哪里的目的。但是现有智能灯的解决方案主要是通过对光源使用透镜或光导进行简单的放大或角度调控，存在光效利用率极低，可控性差等缺点，同时随着对自适应灯光功能的增多，这些方法又使出射光型存在较大的色散和色差。而且光效利用率低导致企业不得不增加LED芯片单颗功率，这就又造成了散热突出问题，增加企业成本，同时又降低了灯具使用寿命，增加了维修成本。上述一些方式，要么像素不够高,要么价格贵,要么系统组成复杂、体积较大。
技术实现思路
为了解决上述
技术介绍
中的问题，本专利技术提供了一种用于汽车照明的矩阵式LED像素灯光学系统，用于解决系统组成复杂、体积较大、像素不够高、成本高以及光效利用率低的技术问题。本专利技术所述的一种用于汽车照明的矩阵式LED像素灯光学系统，采用反向设计的方法，设计包括光源底座、矩阵式LED芯片、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、光阑、外玻璃以及门电路控制系统，其中第二透镜、第三透镜、第四透镜组成一个矫正相差及消色差透镜组，将照射面设为物方，LED芯片所在位置设置为像方，整体设计完成后，物方即为LED照射接收面，可以更好的做到对LED芯片的成像。本专利技术光学系统从LED方向到照射面分别设置为第一透镜，第二透镜，第三透镜和第四透镜及光阑，外玻璃设置在第四透镜的左侧。进一步地，所述透镜的面均为标准面。进一步地，所述第一透镜像侧面为凸面，物侧面为凹面。进一步地，所述第二透镜像侧面为凸面，物侧面为凹面。进一步地，所述第三透镜像侧面为凹面，物侧面为凹面。进一步地，所述第四透镜像侧面为凸面，物侧面为凸面。进一步地，所述光阑设置再第四透镜的凸面位置。进一步地，所述透镜组成的光学系统视场角为21.5Deg。所述LED光源发出的光线朝透镜组件方向；采用三片式组合透镜组成矫正相差及消色差透镜组，透镜之间设置有空气间隔。所述矩阵式LED光源芯片为固定大小、只需改变单颗出光面的大小，即可改变出射光型像素值；所述LED光源为单颗高像素LED芯片，其单个像素出光面开关、亮暗可控；所述LED光源包括近光灯和远光灯光源；实现近光灯照明时，控制部分出光面关闭，根据法规要求点亮相应出光面并调整亮度；实现远光灯照明时，所有出光面全部打开，根据法规要求调整亮度。所述控制系统为集成式门电路控制系统，单个门电路最多可以控制12个出光面的开关和亮暗。本专利技术系统的工作原理为：矩阵式LED芯片经过透镜正畸、消除色散色差、校正像差、放大、成像等一系列光学系统，将芯片形状进行成像，经过集成门电路控制系统的和PWM调制分别对芯片中单颗LED开关和亮暗进行控制，使出射光型各点符合国家法规值。(中华人民共和国国家标准GB25991-2010汽车用LED前照灯)本专利技术的有益效果：1、本专利技术针对汽车前照灯，尤其是自适应前照灯等应用，针对目前市场现有技术进行改进和创新，利用成像系统对LED颗粒形状进行成像，并且LED亮度可控，可以使其在车灯的国家法规要求进行适应和匹配，既能达到符合法规要求，又能在自适应方面实现精确控制，同时还可以提高光利用效率，比现有汽车自适应前照灯有更好的发展方向。2、本专利技术解决现有技术中存在的系统组成复杂、体积较大、像素不够高和成本高的技术问题。3、本专利技术解决自适应前照灯光学系统的光效利用率低的问题，同时又创新了自适应前照灯在人车交流的应用，使用集成式单颗高像素矩阵LED芯片实现车灯光型像素化，同时又解决了色差、球差等一系列影响出射光型的问题。实现单颗LED开关可控、单颗LED亮度可控。4、本专利技术芯片尺寸大小固定，只需改变单颗LED大小，即可改变出射光型像素值。5、光学系统为多用系统，芯片大小不变，透镜组即不需要改变，减少开发成本。6、目前现有车灯技术无法实现高像素成像，本专利技术可实现单颗LED对应单颗像素点，实现高像素成像照明。7、采用三片式组合透镜组成矫正相差及消色差透镜组，既能有效消除色差，同时也能对像差进行校正。8、在车灯应用上本专利技术的光效利用率可以有明显提高，同时还能实现明暗截止线清晰，单颗像素亮度可控，可以匹配国家标准规定，实现法规要求。附图说明图1为本专利技术光学系统结构示意图；图2为本专利技术光学系统立体结构图；图3为本专利技术光学系统实施示意图；图4为本专利技术光学系统像差分析图；图5为本专利技术光学系统场曲分析图；图6为本专利技术光学系统畸变分析图；图7为本专利技术光学系统轴向色差分析图；图8为本专利技术光学系统垂向色差分析图；图9为本专利技术矩阵式LED芯片结构示意图；图10为本专利技术控制系统单个门电路控制示意图；图11为本专利技术近光灯点亮示意图；图12为本专利技术远光灯点亮示意图；图13为本专利技术远光灯点亮时，根据对面来车智能灯光规避来车示意图。图中数字标记解释如下：1-光源底座，2-矩阵式LED芯片，3-第一透镜，4-第二透镜，5-第三透镜，6-透镜组，7-第四透镜，8-光阑，9-外玻璃，10-控制系统。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1至图2所示，其为本专利技术的结构示意图，一种用于汽车照明的矩阵式LED像素灯光学系统由光源底座1、矩阵式LED芯片2、第一透镜3、第二透镜4、第三透镜5、第四透镜7、光阑8、外玻璃9组成。如图3所示为本专利技术的光学系统实施示意图，所述系统采用反向设计方法，将LED芯片所在位置设置为像面S1，光照接收面设置为物面S13。从像面至物面即S1至S13共13个面。所述S1即LED芯片出光面，其长度为32mm，宽度为21mm。本专利技术实施例的矩阵式LED芯片结构如图9所示。所述S2为第一透镜像方面。所述S3为第一透镜物方面。所述S4为第二透镜像方面。所述S5为第二透镜物方面。所述S6为第三透镜像方面。所述S7为第三透镜物方面。所述S8为第四透镜像方面。所述S9为第四透镜物方面。所述S10为光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于汽车照明的矩阵式LED像素灯光学系统，其特征在于，包括光源底座(1)、矩阵式LED芯片(2)、第一透镜(3)、第二透镜(4)、第三透镜(5)、第四透镜(7)、光阑(8)、外玻璃(9)以及控制系统(10)；其中第二透镜(4)、第三透镜(5)、第四透镜(7)组成一个矫正相差及消色差透镜组(6)；所述光学系统从LED芯片灯光出射方向到照射面依次分别为第一透镜，第二透镜，第三透镜和第四透镜及光阑，外玻璃设置在第四透镜的左侧；所述矩阵式LED芯片发光经过透镜正畸、消除色散色差、校正像差、放大、成像处理，将芯片灯光形状进行成像，经过控制系统的PWM调制分别对芯片中单颗LED开关和亮暗进行控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于汽车照明的矩阵式LED像素灯光学系统，其特征在于，包括光源底座(1)、矩阵式LED芯片(2)、第一透镜(3)、第二透镜(4)、第三透镜(5)、第四透镜(7)、光阑(8)、外玻璃(9)以及控制系统(10)；其中第二透镜(4)、第三透镜(5)、第四透镜(7)组成一个矫正相差及消色差透镜组(6)；所述光学系统从LED芯片灯光出射方向到照射面依次分别为第一透镜，第二透镜，第三透镜和第四透镜及光阑，外玻璃设置在第四透镜的左侧；所述矩阵式LED芯片发光经过透镜正畸、消除色散色差、校正像差、放大、成像处理，将芯片灯光形状进行成像，经过控制系统的PWM调制分别对芯片中单颗LED开关和亮暗进行控制。


2.根据权利要求1所述的一种用于汽车照明的矩阵式LED像素灯光学系统，其特征在于，所述光源底座(1)长度为40mm-60mm，宽度为30mm-50mm，主要材质为铝合金，光源部分贴有PCB板，背部为针状散热装置。


3.根据权利要求1所述的一种用于汽车照明的矩阵式LED像素灯光学系统，其特征在于，所述矩阵式LED芯片(2)长度为32mm，宽度为21mm，芯片上可集成20*30—40*60颗发光面像素颗粒，像素大小可根据需求进行分布；所述LED光源发出的光线朝透镜组件方向。


4.根据权利要求1所述的一种用于汽车照明的矩阵式LED像素灯光学系统，其特征在于，所述第一透镜像侧面为凸面，物侧面为凹面，其(3)直径为39.52mm，中心厚度19mm，像方曲率为-38.304，物方曲率半径为8.358，材料为H-ZLAF53B玻璃。


5.根据权利要求1所述的一种用...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宏宇，丛嘉伟，孔昕，周志强，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32