具有激光与LED双光源的轨道交通车辆用前照灯的制作方法

具有激光与led双光源的轨道交通车辆用前照灯
技术领域
1.本实用新型属于轨道交通车辆照明技术领域，具体为具有激光与led双光源的轨道交通车辆用前照灯。


背景技术：

2.轨道交通车辆用前照灯，被固定于车头，用于轨道交通车辆运输途中的夜间照明和警示。对于轨道交通上的高速列车而言，前照灯的照射距离、配光特性等都会影响司机视线。
3.目前，轨道交通车辆用前照灯光源主要有三种，一种是热辐射卤钨灯光源；一种是气体放电金卤光源前照灯，上述两种电光源的光强度虽能满足前照灯性能的要求，但在同样条件下，热辐射光源和气体放电光源均存在以下不足：首先，功耗高、光效低、寿命短、易产生光衰，且光衰后光线强度减弱，会影响乘务员的瞭望视野；其次，还存在配光精确度低、光效损失大、安全性能差等弊端；还有一种就是led光源，led光源由于属于固态冷光源，具有工作电压低、光电转换效率高、耗能少、抗震性能好、节能环保，寿命长等优点，因此在现代光电系统和照明中有着广泛的应用和良好的发展前景。
4.但是，led光源用于轨道交通运载装备照明存在照射距离短、发散角大、光亮度的问题；前照灯的照明效果直接影响夜间行车驾驶的操作和交通安全，因此世界各国交通管理部门一般都以法律形式规定了汽车前照灯的照明标准，以确保夜间行车的安全，在最新的《中华人民共和国铁道行业标准》tb/t2325 .1
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2019中对led光源前照灯的光照性能有了明确的要求，请参阅图8，规定干线机车基准轴上的光强度需≥2000*103cd，调车机车前照灯基准轴上的光强度需≥800*103cd，动车前照灯，基准轴上的光强度需≥600*103cd，同时也需满足较为严苛的相对光强度分布要求，请参阅图9；现有的纯led光源发散角大、光亮度不高，导致纯led光源前照灯的基准轴线上的光强度达不到2000*103cd，大多数厂家通过增加led光源前照灯功率的方式实现满足新铁标光照性能的要求，但这样会造成发热量增加，灯具温度升高，影响使用寿命；故亟需一种用于轨道交通车辆的前照灯。其中文中的基准轴为垂直于灯具配光面并通过配光面几何中心的直线，基准轴包括水平轴h轴和垂直轴v轴，配光面的水平轴h轴和垂直轴v轴的交点为坐标原点，1r
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1l
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1d区域为v轴正方向1度、v轴负方向1度、h轴正方向1度、h轴负方向1度所围成的区域，4r
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4l
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4d区域为v轴正方向1度、v轴负方向4度、h轴正方向4度、h轴负方向4度所围成的区域。


技术实现要素：

5.针对上述技术中存在的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种发散角度小、高光强度及配光精度好的具有激光与led双光源的轨道交通车辆用前照灯，且可满足最新的《中华人民共和国铁道行业标准》中光照性能要求的前照灯。
6.为实现上述目的，本实用新型一种具有激光与led双光源的机车前照灯,包括灯壳、激光灯组、led灯组，所述灯壳的中心位置安装有由至少两个激光灯组成的所述激光灯
组；所述led灯组包括若干个led灯，所述led灯围绕所述激光灯组呈圆周均匀分布；沿所述激光灯光照方向设置有激光光学组件，沿所述led灯光照方向均设置有led光学组件，所述led光学组件使所述led灯的光照路径逐渐靠近所述激光灯的光照路径，所述激光灯与所述led灯发出的光汇聚形成光束。
7.其中，所述光束的垂直平面为配光面，所述激光光学组件将所述激光灯发出的光集中照射至配光面的中心区域。
8.作为优选的，所述激光光学组件为反光杯或者激光光学透镜中至少一种，所述led光学组件为反光杯或者led光学透镜中至少一种。
9.其中，所述激光光学透镜为曲面配光镜，所述曲面配光镜沿所述激光灯发光方向设置，所述曲面配光镜将所述激光灯覆盖。
10.作为优选的，所述反光杯为圆台型，所述反光杯的一端安装有所述led灯或者所述激光灯，所述反光杯的另一端配合连接有所述激光光学透镜或者所述led光学透镜。
11.其中，所述激光灯发光角度大于1
°
，所述led灯的发光角度大于4
°
。
12.其中，所述激光灯设置有两个，所述led灯组包括第一led灯组、第二led灯组，所述第一led灯组包括若干个第一led灯，所述第一led灯围绕所述激光灯呈圆周均匀分布；所述第二led灯组包括若干个第二led灯，所述第二led灯围绕第一led灯组呈圆周均匀分布。
13.作为优选的，所述第一led灯对应的led光学组件的直径大于所述第二led灯对应的led光学组件的直径。
14.作为优选的，所述激光灯设置有5个，以任意一个所述激光灯为圆心，其余4个所述激光灯围绕圆心呈圆周均匀分布，所述led灯设置有19个，所述led灯围绕圆心呈圆周均匀分布。
15.本实用新型的有益效果是：与现有技术相比，本实用新型提供的具有激光与led双光源的前照灯, 包括灯壳、激光灯组、led灯组，所述灯壳的中心位置安装有所述激光灯组，所述激光灯组包括至少一个激光灯，所述led灯组围绕所述激光灯设置，所述led灯组包括若干个led灯；沿所述激光灯光照方向设置有激光光学组件，沿所述led灯光照方向均设置有led光学组件，所述led光学组件使所述led灯的光照路径逐渐靠近所述激光灯的光照路径，所述激光灯与所述led灯发出的光汇聚形成光束。本实用新型采用led灯与激光灯同时作为发光光源，激光灯发出的光线穿透力强、照射距离长、发散角小、亮度高弥补了led灯发散角度大导致光强度不达标的缺点，激光灯功率低还能降低整体前照灯的功率，从一定成程度上达到改善发热的效果；通过激光灯、led灯双光源合理装配实现双光源配光来提高配光面的光照度和配光精度，同时光学透镜够准确地控制光线的方向，将光线充分地分配到所需要的照明区域，提高配光面中的基准轴上的光强度。
附图说明
16.图1为本实用新型具体实施方式中提供的前照灯后视图；
17.图2为本实用新型具体实施方式中提供的前照灯正视图；
18.图3为本实用新型具体实施方式中提供的前照灯侧视图；
19.图4为实施例中现有纯led光源前照灯的配光图；
20.图5为本实用新型具体实施方式中提供的前照灯的配光图；
21.图6为配光面及测试点参考干线机车前照灯要求的测试值图；
22.图7为实施例中现有纯led光源前照灯的正视图；
23.图8为《中华人民共和国铁道行业标准》tb/t2325 .1
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2019中机车前照灯基准轴上的光强度标准图片；
24.图9为《中华人民共和国铁道行业标准》tb/t2325 .1
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2019中相对光强度分布的下限值标准图片；
25.图10为实施例中本实用新型的光强度各测试点检测数值及结果的图片；
26.图11为本实用新型具体实施方式中提供的前照灯正视图；
27.图12为实施例中本实用新型的光强度各测试点检测数值及结果的图片。
28.其中：1、灯壳；2、激光灯；3、led灯；31. 第一led灯；32、第二led灯；21、激光光学透镜；301、led光学透镜；302、反光杯。
具体实施方式
29.为了更清楚地表述本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步地描述。
30.在本实施例中，请参阅图1、图2、图3，本实用新型提供的具有激光与led双光源的轨道交通车辆用前照灯,包括灯壳1、激光灯组、led灯组，灯壳1的中心位置安装有由两个激光灯2组成的激光灯组；led灯组包括第一led灯组、第二led灯组，第一led灯组包括若干个第一led灯31，第一led灯31围绕激光灯2组呈圆周均匀分布；第二led灯组包括若干个第二led灯32，第二led灯32围绕第一led灯组呈圆周均匀分布；沿激光灯2光照方向设置有激光光学透镜21，沿第一led灯31及第二led灯32光照方向均设置有led光学透镜301，led光学透镜301使led灯的光照路径逐渐靠近激光灯2的光照路径，激光灯2与第一、第二led灯31、32发出的光汇聚形成光束。本实用新型采用led灯与激光灯2同时作为发光光源，led照明灯组中的led灯发出的光线眩光小、效率高，激光灯组中的激光灯2发出的光线穿透力强、照射距离长、发散角小、光效强弥补了led灯发散角度大导致光效不高、光强度不达标的缺点；同时将高亮度的激光灯2安置在灯壳1的中心位置，稍低亮度的led灯围绕高亮度是激光灯2呈两圈圆周设置，极大的改善了配光面的中心区域亮度不够的缺陷，且这样设计使得光源更集中，灯具尺寸更小；同时光学组件使激光灯2、第一led灯31及第一led灯32发出的光照射至配光面，通过激光灯2、led灯3双光源合理装配实现双光源配光来提高配光面的光照度和配光精度，同时激光光学透镜21、led光学透镜301够准确地控制光线的方向，将光线充分地分配到所需要的照明空间，提高配光面中的基准轴上的光强度。
31.在本实施例中，激光光学组件为反光杯302或者激光光学透镜21中至少一种，led光学组件为反光杯302或者led光学透镜301中至少一种；激光灯2发出的光照向反光杯或者激光光学透镜21，避免光的散射，使激光光线汇集；led灯3发出的光照向反光杯或者led光学透镜302，避免光的散射，使led灯3的光照路径逐渐靠近激光灯2的光照路径，最终使激光灯2与led灯3发出的光汇聚形成光束。
32.本实施例中，请参阅图1、图2，本实用新型提供的具有激光与led双光源的轨道交通车辆用前照灯，激光灯组包括两个激光灯2，激光光学透镜21将两个激光灯2同时罩住，激光光学透镜21的宽度为10
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60mm，激光灯组的功率为21w, led灯组包括第一led灯组、第二led灯组，第一led灯组包括若干个第一led灯31，第一led灯31围绕激光灯2组呈圆周均匀分
布；第二led灯组包括若干个第二led灯32，第二led灯32围绕第一led灯组呈圆周均匀分布；第一led灯31对应的led光学透镜301直径为10
‑
55mm，第二led灯32对应的led光学透镜301直径为15
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50mm，第一led灯31与第一led灯32功率为99w，led灯与激光灯2的总功率为120w,通过进行合理的光源分布及二次配光设计，实现同时满足tb/t2325 .1
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2019中对前照灯基准轴上的光强度及相对光强度分布的标准要求；请参阅图7，为达到与本实用新型前照灯相同的光强度及相对光强度分布，纯led光源的前照灯至少需要设置37个同样的led灯3，总功率高达148w。
33.在本实施例中，一种用于干线机车的前照灯具，包括两个具有激光与led双光源的轨道交通车辆用前照灯，两个前照灯安装于机车车头，其中任意一个前照灯中包括灯壳1、激光灯组、led灯组，灯壳1的中心位置安装有由两个激光灯2组成的激光灯组；led灯组包括第一led灯组、第二led灯组，第一led灯组包括若干个第一led灯31，第一led灯31围绕激光灯2组呈圆周均匀分布；第二led灯组包括若干个第二led灯32，第二led灯32围绕第一led灯组呈圆周均匀分布；沿激光灯2光照方向设置有激光光学透镜21，沿第一led灯31及第二led灯32光照方向均设置有led光学透镜301，激光光学透镜21将激光灯2发出的光照射至配光面的1r
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1l
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1u
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1d区域，也就是配光面的中心区域，led光学透镜301分别使第一led灯31、第一led灯32发出的光照射至配光面4r
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4l
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1u
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4d区域，请参阅图5；现有的一种用于干线机车的前照灯具，包括纯led光源前照灯，设置有两个，其中任意一个纯led光源前照灯对应配光面的基准轴的光亮度只能达730*103cd，整个前照灯具对应的配光面的基准轴的光亮度为1460*103cd，即无法达到法规要求中的2000*103cd，纯led光源的前照灯因led灯发光角度过大，发光不集中，导致配光面的光照区域过大，导致配光面的光强度无法达到法规要求，请参阅图4；本实施例中的前照灯采用led灯、激光灯2配合发光，并且光学透镜使光源发出的光照射至配光面的指定区域，从而提高配光面的光强度及相对光强度分布，请参阅图5，检测本实用新型中的前照灯中分配面的基准轴的光亮度达到1211*103cd，检测由两个具有激光与led双光源的前照灯组成的前照灯具，配光面上的基准轴上的光亮度达到2420*103cd。
34.在本实施例中，请参阅图2、图3，激光光学透镜21为曲面配光镜，曲面配光镜沿激光灯2发光方向设置，设置有有两个激光灯2，曲面配光镜为类葫芦结构将两个激光灯2覆盖；垂直于灯具配光面并通过配光面几何中心的直线为基准轴，基准轴包括水平轴h轴和垂直轴v轴，配光图形的水平轴h轴和垂直轴v轴的交点为坐标原点，1r
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1l
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1u
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1d区域为v轴正方向1度、v轴负方向1度、h轴正方向1度、h轴负方向1度所围成的区域，这意味着1r
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1l
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1u
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1d区域为配光图的中心区域，激光灯2照射距离长、发散角小、亮度高，曲面配光镜为类葫芦结构将两个激光灯2同时覆盖，使两个激光灯2发光照射区域集中落入配光面的1r
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1l
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1u
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1d区域，也就是配光面的中心区域，使得这一区域的亮度更高，能很好弥补led灯亮度不足的缺陷；同时激光灯2在室外的使用环境达到
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40到50摄氏度，方向性好，穿透能力强，且激光灯2的穿透能力强与led灯配合使用能更好的适应雾霾等特殊天气。
35.在本实施例中，请参阅图3，反光杯302为圆台型，反光杯302的一端安装有led灯3或者激光灯2，反光杯302的另一端配合连接有激光光学透镜21或者led光学透镜302；反光杯302设置为圆台结构能使led灯3或者激光灯2发出的光减少光的散射、更好的向外发射，同时配合激光光学透镜21或者led光学透镜301一起使用使光束照射在配光面。
36.在本实施例中，第一led灯31所对应的led光学组件的直径大于第二led灯32所对
应的led光学组件的直径；led光学组件的直径大小的不同使得led灯光照射的不同区域的光强度不同；第一led灯31所对应的led光学组件的直径大于第二led灯32所对应的led光学组件的直径，使得第一led灯31落在配光面上的（0，0）位置的亮度值大于第一led灯31落在配光面上的（0，0）位置的亮度值，同时第一led灯31落在配光面上的（4，0）位置的亮度值小于第一led灯31落在配光面上的（4，0）位置的亮度值，其中垂直于灯具配光面并通过配光面几何中心的直线为基准轴，基准轴包括水平轴h轴和垂直轴v轴，配光图形的水平轴h轴和垂直轴v轴的交点为坐标原点，数值的单位为度；通过合理设置led光学透镜能使配光面的各个区域的光强度增加，更好的满足最新法规中对配光面相对光强度分布的标准。
37.在具体的实施例中，请参阅图1、图2、图3，第一led灯31所对应的led光学透镜301的直径为33mm，第一led灯32所对应的led光学透镜301的直径为25mm，激光灯2所对于的激光光学透镜21的最大宽度为40mm，检测单个灯具的基准轴上坐标原点的光强度达1236120.28cd，检测双灯具的基准轴上坐标原点的光强度为2472240.16cd。
38.在实施例中，请参阅图1，激光灯2与激光灯2的距离为5
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55mm，第一led灯31与第一led灯32间距为10
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50mm，第二led灯31与第二led灯31间距为12
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65mm，第一led灯31与激光灯2的间距为10
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50mm，第一led灯31与第二led灯32间距为10
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70mm。
39.在本实施例中，激光灯2发光角度大于1
°
，led灯3的发光角度大于4
°
；通过设置激光灯2、led灯3的发光角度可以更好的使光源发出的光更好的汇集照射至配光面，请参阅图5，使激光灯2发出的光更好的照射至配光面的1r
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1u
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1d区域，也就是配光面的中心区域，使,led灯3发出的光照射至配光面4r
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4l
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1u
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4d区域。
40.在本实施例中，一种用于干线机车的前照灯具，包括两个具有激光与led双光源的轨道交通车辆用前照灯，两个前照灯安装于机车车头，一个前照灯与另一个前照灯间隔10mm
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20mm设置。
41.在本实施例中，本实用新型的前照灯应用于干线机车、调车机车与动车组，法规各测试点在配光面的位置请参阅图6，垂直于灯具配光面并通过配光面几何中心的直线为基准轴，基准轴包括水平轴h轴和垂直轴v轴，配光图形的水平轴h轴和垂直轴v轴的交点为坐标原点，法规各测试点检测数值及结果请参阅图10，图中干线机车前照灯特指具有两个本实用新型前照灯的灯具，功率为240w,图中调车机车前照灯指具有一个本实用新型前照灯的灯具，功率为100w, 图中动车组前照灯指具有一个本实用新型前照灯的灯具，功率为80w；由图中数据可知，应用本实用新型的干线机车前照灯具、调车机车前照灯具与动车组前照灯具均满足最新的《中华人民共和国铁道行业标准》中对光照性能的要求。
42.在本实施例中，请参阅图11，灯壳的中心位置安装有由五个激光灯2组成的激光灯组，以任意一个激光灯2为圆心，其余四个激光灯2围绕圆心呈圆周均匀分布led灯组包括19个led灯3，19个led灯3围绕5个激光灯2呈圆周均匀分布；沿激光灯2光照方向设置有激光光学透镜21，激光光学透镜2的直径为10
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60mm，沿led灯3光照方向均设置有led光学透镜301，led灯3光学透镜直径为5
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50mm； 圆心处的激光灯与圆周上的激光灯的距离为10
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75mm，圆周上的激光灯与led灯的间距为10
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80mm，两个相邻led灯的间距为10
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55mm。垂直于灯具配光面并通过配光面几何中心的直线为基准轴，基准轴包括水平轴h轴和垂直轴v轴，配光图形的水平轴h轴和垂直轴v轴的交点为坐标原点；根据法规对本前照灯进行光强度性能检测，法规各测试点检测数值及结果请参阅图12，现有的干线机车前照灯具设置为由两个本
实用新的前照灯组成的灯具，即整个干线机车前照灯具可满足法规要求。
43.由图中数据可知，本实施例的前照灯已满足最新的《中华人民共和国铁道行业标准》中对光照性能要求的二分之一。
44.本实用新型的优势在于：
45.1.激光发出的光的照射距离长、发散角小、亮度高，led灯发出的光的眩光小、效率高，两者光源配合发光使得配光面的中心区域光亮度更高，弥补纯led光源的配光面的中心亮度不够的缺陷。
46.2.将高亮度的激光灯安置在灯具的中心位置，稍低亮度的led灯围绕高亮度是激光灯呈圆周设置，这样设计使得光源更集中，灯具尺寸更小，更适配原车尺寸，便于装配，同时减少耗材，降低成本。
47.3.激光灯发出的激光方向性好，穿透能力更强，与led灯配合使用更好的适应雾霾等特殊天气。
48.以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。