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ASAP模拟分析高亮度汽车 LED 前照灯的光学结构设计

随着汽车工业的高速发展和LED光效的不断提高，LED在汽车中的应用也越来越普遍。本文对LED汽车前照灯的光学结构进行了设计。在远光灯设计时，采用侧面放光的方式，光源发光经自由曲面反射，光线全部反射汇聚以达到远光配光要求。在近光灯设计时，用3个相同的光学单元叠加以实现足够的光通量。每个单元采用多椭球反射面将多芯片大功率LED光源发出的光进行汇聚，经挡板遮挡住部分光线以形成明暗截止线，光线再经透镜汇聚后得到近光灯所需光型。最后，采用ASAP软件实现了仿真，仿真结果表明此设计符合国家标准。我们采用 5 颗单颗 1 瓦的 LED 芯片，直线形串联封装在一个基板上，成为一颗 LED。芯片封装排列长度 5.5mm。所封装的 LED 光源的光谱特性和辐射分布图如图 1、 2 所示。

LED 汽车前照灯的光学设计: 远光灯设计、近光灯设计

ASAP模拟与分析结果:对设计采用光学设计软件ASAP进行了光学建模和仿真，测试屏幕在车灯前方25米处，（0，0）点为屏幕中心。远光灯等照度曲线如图5所示，可见亮点在（0，0）点右侧，照度达到了远光灯的要求。近光灯等照度曲线如图6所示，明暗截止线清晰可见，大照度值为29勒克斯。

本文完成了 LED 汽车前照灯光学设计和模拟，研究了适合汽车用前照灯的 LED 封装形式，采用多颗 LED 芯片直线型排列，以硅胶平面式封装，实现朗伯体光源，达到较大照射范围。同时采用 ASAP 软件实现了光学设计的仿真，仿真结果表明所进行的设计满足国家对汽车前照灯标准的要求。由于 LED 发光角度大为 180 度，挡板只档住了很少的一部分光线，传统源为 360 光源，需要档板遮挡 50%的光线才能形成明暗截止线，因此采用 LED 光源作为汽车前照灯近光灯光源，不仅光源的效率要高于传统光源，而且整灯的光利用率要高于传统近光灯30%左右。