自适应激光前照灯光学系统设计

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1、自适应激光前照灯光学系统设计重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：帅词凤指导教师：刘显明副教授专业：光学工程学科门类：工学重庆大学光电工程学院二O一六年四月LightingDesignofAdaptiveFront-lightingSystembasedonLaserSourceAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByShuaiCifengSupervisedbyLiuXianmi

2、ngSpecialty：OpticalEngineeringCollegeofOpto-electronicEngineeringChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril2016中文摘要摘要汽车前照灯是汽车夜间行驶的“眼睛”，随着汽车技术的飞速发展，前照灯也发生了瞩目的巨变。前照灯发展主要表现为前照灯光源的更新换代和照明功能的进阶：由最原始的乙炔气体灯发展到今天的激光大灯；由传统的固定远近光照明进阶为自适应照明。目前，现有激光大灯仅用于产生远光固定光型；而具有自适应功能的前照灯以氙灯或LED作为光源，仅能产生有限光型。

3、因此，结合光源和照明功能的发展趋势，以激光为光源的自适应前照灯将可能引领成为汽车前照灯的发展趋势。论文以实现自适应光型为设计目标，以激光为光源进行了前照灯的光学系统设计。论文给出了激光光束合成匀化和自适应光型输出的设计思想和详细设计方案，并对部分设计结果进行仿真和实验论证，其中激光光束合成匀化是论文的研究重点。论文的主要内容如下：以实现自适应光型作为自适应激光前照灯设计目标，根据自适应配光标准并结合四种基本照明模式的路况特点对光型进行分区，设计了四种基本自适应光型。为实现自适应光型输出目标，选取数字光处理技术方案进行空间光调制，并针对车灯应用需满足的光通量、

4、色度和光分布指标进行光学系统设计。总体光学系统主要分为两大部分：激光光束合成和自适应光型输出。其中激光光束合成匀化主要目的是将三基色激光光束转化为与显示芯片尺寸一致的均匀矩形光斑，相较于传统的激光合束及匀化结构，论文提出了基于双复眼透镜的激光束合成匀化结构，可将多束分立激光束合成匀化，并在结构焦面及焦面后任意处均能获得均匀合成光斑。该结构不仅可应用于系统的激光光束合成匀化，还可用于三基色激光合成大功率均匀白光束，文中对给出了详细理论推导及仿真实验分析。自适应光型输出部分，通过将矩形光斑像素化，控制各像素点的亮暗获得光型图片，并通过投影镜头投射至配光屏，相较于

5、传统等比例放大投影镜头论文提出采用变形镜头将图片进行纵向压缩，实现尺寸比转换，减少光能损失。论文提出以光学扩展量守恒原理为设计依据对总体光学系统进行参数设计，并针对理论设计参数进行建模仿真，通过光线追迹，所得照明光斑均匀性为93.8%，总体光能利用率为80.3%；尔后，利用实验室现有资源搭建激光光束合成光路，并对实验所用参数进行仿真，仿真和实验所得系统光能利用率分别为52.3%和45%；最后，在激光光束合成匀化光路的基础上添加投影显示芯片，利用芯片进行空间光调制实现不同自适应光型的输出实验，实验结果与理论设计基本一致。关键词：汽车前照灯，激光照明，自适应照明

6、，激光合束，光束匀化I英文摘要ABSTRACTHeadlampsarethe'eyes'ofthecarwhentheyaredrivenatnight.Withtherapiddevelopmentofautomotivetechnology,headlampshaveundergoneremarkablechanges.Theprocesscanbepresentedbyreplacementofitslightsourceandadvancementoflightingfunction.Thatistosay,thelightsourcesdevelo

7、pfromoriginalacetylenegaslamptotoday’sheadlamps.Meanwhilelightingfunctionalsodevelopsfromtraditionalfixedlightingtoadaptivelighting.Atpresent,theexistinglaserheadlightcanonlygeneratefixedlightpatternsofdistancelight.AdaptiveheadlampswhichequippedwithXenonlamporLEDcanalsogeneratethe

8、limitedlightpatterns.There