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3） HID前照灯系统的组成。
①反光镜和配光镜。传统前照灯系统中反光镜的作用是将位于焦点处的灯泡发出的光线变成平行于光轴的光线，配光镜的作用是将由反光镜反射出的平行光线通过配光镜上的光学棱镜转为法规要求的配光光形。
如果将HID光源装入传统的卤钨灯反光镜内，光效率将增加一倍，光通量将增加250%，但亮度超过法规要求，这将意味着增大了对面来车驾驶人眩目的可能性，道路也被照得太亮。这种情况下，就需要通过改变反光镜的几何形状来修定照度值，使其满足法规要求。HID的配光镜为无纹塑料配光镜，反光镜有反射型（VFR）和投射型（PES）两种。
②光源。HID前照灯系统可使用D1、D2、D1S、D2S和D2R五种放电灯泡作为光源。
D1和DIS为HID灯的第一代光源，D2、D2S和D2R为第二代光源，其区别为：D1和D2所使用的高压线被牢固地焊接在调压系统中，灯泡不可以更换。D2、D2S和D2 R使用的是耐高压的连接器，且连接器和灯座集成一体，故D2和D2S灯泡可以更换。D1S和D2S灯泡在原放电灯泡D1和D2的基础上附加一玻璃外壳，玻璃外壳里加入一些特殊物质，使放电灯泡具有良好的热特性，同时可以免受环境影响，并能减少紫外线辐射。D2R灯泡在D1S和D2S基础上，又在玻璃外壳上增加了遮光片，作用是遮挡来自光源的光线，形成符合法规要求的近光灯明暗截止线。
目前大量使用的是D2S和D2R灯泡。D2S灯泡适用于投射型反光镜系统，在此系统中，灯泡外缘发出的光线容易控制；D2R灯泡适用于反射型反光系统。
HID光源内充的是氙气、水银蒸气和少量的金属卤化物。灯泡内的氖气压力为800～900kPa，充入高压氙气的目的是缩短灯的点亮时间。光源发出弧光的形状受电流类型（直流或交流）及灯泡内的气体压力等因素影响。各种放电灯泡可在开关接通后的0.3s的时间内达到与普通H4灯泡相当的光输出，以满足行驶要求，到辐射出全部光通量大约需3so HID灯从系统接通到正常输出所需的时间由灯泡和供电系统的参数决定。不同厂家的HID光源工作所要求的供电类型（直流或交流）也不同，交流供电可以产生高度稳定的电弧，能减少灯泡在光色和亮度方面局部差异，从而保证光的质量。
③调压单元。调压单元是一个独立于汽车供电系统之外的系统，它的主要作用是限制放电灯泡的工作电流，向灯泡提供所需的点火电压和正常工作电压。通常在调压单元中还集成了防漏电、防短路、防极性错误等保护电路。另外，满足法规要求的电磁兼容电路也包括在内。
点火期间，为了不损坏电极，调压单元将放电灯的功率限制在75W，电流限制在2. 6A；输入稳定后，将功率限制在35W。如图14所示为调压单元原理图。
（4）光纤前照灯传统的汽车前照灯由一个光源、一个反光镜和一个配光镜组成。光纤照明技术改变了传统汽车前照灯的结构，使汽车前照灯具有全新的热力学和机械特性。
1）工作原理。众所周知，对光线而言，当入射角大于某值时，两种介质的分界面会把入射光全部反射回原介质中去，这种现象被称为“全反射”或“完全内反射”。光学纤维就是利用了全反射原理。对一条光纤而言，将低折射率的玻璃包在高折射率的玻璃外面，如图15所示，由于内芯的折射率n1大于包皮的折射率n2，内芯内入射角大于临界角的光线将在临界面上发生全反射。
全反射理论上可使入射光全部反射回原介质，但实际上还是存在一些损失的，其主要原因为：光在沿透明光导管传播时，光导材料的吸收和散射、由反射表面的微观不平度所产生的散射以及端面的菲涅尔反射和不完全的内反射。
因此，要求光纤材料具有很好的物理及化学特性，主要表现在以下几方面：给定光谱区域的折射率、透射率、热膨胀系数；生产过程中不同温度下的粘度、一致性；化学稳定性；对辐射和高温的稳定性。
2）系统组成。如图16所示，光纤前照灯系统由三部分组成：耦合单元，包括光源和反光镜；导光单元，如光纤；输出单元，包括一些光学组件。
①耦合单元。为了符合照度的要求，必须使用高亮度的光源，同时还要将光源发出的可见光尽可能多地耦合到光纤中去。耦合单元的设计包括光源的选用和反光镜形状、尺寸的选取。
目前常用的光源有两种，一种是卤钨灯，另一种是高强度气体放电灯。卤钨灯的特点是费用较低，电路简单，发光体的尺寸容易确定，这些对光学元件的设计很有利。高强度气体放电灯的特点是发光强度高，寿命长，发射光谱中红外线所占的比例很小，因此使用过程中产生的热效应较小。
反光镜的形状多数采用旋转对称的椭球面。灯泡位于椭球面的第一焦点处，光源发出的光经反光镜反射后，汇聚在第二焦点，光纤的入射端就置于这一点，这样能使尽可能多的光线输入到光纤中。
耦合单元面临的一个最基本的技术困难是光纤入射端的热应力问题。光源的辐射很大部分是红外线。光线经反光镜聚焦在光纤的入射面上，光纤吸收红外辐射，再加上光纤材料本身不可避免地含有杂质和具有不均匀性，光线入射端温度可升高至摄氏几百度，从而产生严重的热应力，使光纤损坏。
有两种方法可以解决这个问题。一种方法是在反光镜和光纤入射端之间放置一块滤光片，它能吸收红外辐射，对可见光的吸收很小，这样能大大减小光纤入射端的热效应。这种方法的不足之处是遮挡红外线的滤光片会吸收大约10％～15％的可见光，使这个系统的效率降低。另一种方法是反光镜采用冷光涂层，该涂层对红外辐射的反射率较低，对可见光的反射率较高，使用这种反光器可使光纤入射端的温度保持在低于某一临界温度的水平。
②导光单元。导光单元的作用是将光线从耦合单元输送到输出单元，并使传输过程中光的损耗尽可能小。现在常用的导光单元是光导管和光纤。
光导管内部是空心的，内表面能反射光。光线进入光导管后主要是在空气中传输，在传输过程中，光线会与光导管内的光学界面发生多次相互作用，这种相互作用改变了光线的方向，最后光线从光导管中出射。光导管有几种不同的类型，如金属涂层镜面反射光导管、透镜光导管、多涂层光导管、棱镜光导管等。当光线传输的距离较短时，光导管可以比光纤传递更多的光，具有一定的优势。但光导管的传输效率随传输距离增加而衰减的速度比光纤快得多，因此当传输距离较长时，光导管的应用受到限制。
另一种是光纤传输光线。为了满足全反射条件，保证光纤传输的效率，对光线耦合进光纤入射端的入射角有一定的要求，该入射角不能超过光纤的受光角。
光纤芯子的材料有玻璃（包括石英和多组分玻璃）和塑料两种。为了使光纤具有较强的耐弯曲和耐冲击性能，常将多根直径为10～1000 [tm的玻璃光纤（塑料光纤直径可大一些）组成直径为几毫米的光纤束，再成束配给几个输出单元使用，这是将光纤技术应用于汽车照明的一大好处。
③输出单元。光线最后是从输出单元射出的，输出单元的设计对使用光纤技术的汽车前照灯产生的光形分布有着至关重要的作用。影响最后光形分布的另一个因素是光纤出射端的几何形状。实际使用的输出单元为折射型或反射型的光线组件。图4-17给出了三种不同的输出单元。
图17a是用一个自由曲面反光镜作为输出单元，在这种情况下可以将光纤的输出端看成一个面光源，通过选用不同的输出面形状和合适的反光镜曲面来达到配光要求。图17b是选用一个单纯的投射光学元件，如菲涅耳透镜作为输出单元，在这种情况下，光纤输出面的形状和光强分布通过菲涅耳透镜投射到道路上，可以应用于对光强要求较高的照明场合。图17c是用一个侧面为两个平行平面的笛卡儿透镜作为输出单元，可以实现一些不同的功能，垂直方向的光经笛卡儿透镜a）自由曲面反赚b）菲涅耳麟。）笛卡儿透镜折射后比较集中，可以产生明显的截止线，而水平方向的光经两个平行侧面的一次或多次反射后，可以达到较为均匀的分布，因此笛卡儿透镜尤其适用于前雾灯。
3）使用光纤技术的汽车前照灯。采用适当的耦合单元、光纤和输出单元，可以设计出一个灵活、高性能的汽车前照灯系统，该系统可以满足特定的设计要求、空间造型、光形分布和使用特性。根据光形分布的不同要求，采用不同的输出单元，其中前照灯采用菲涅耳透镜，而前雾灯和转向灯则采用笛卡儿透镜。采用不同的输出单元及运用相关的照明设计技术，可实现多种不同的光形分布，例如汇聚光、垂直方向光的梯度分布、局部强光照明、明显的光强截止线、均匀分布等。使用光纤技术的汽车灯完全能够达到标准法规对光形分布和光照度的要求。
就目前而言，光纤技术应用于汽车照明的代价还相当昂贵，主要原因是光纤的两端抛光处理较为困难。据报道，国外日前将两个端面磨光使其能达到足够的光传导性能，每一光纤所需要的费用大约为100～500美元。这限制了光纤技术在汽车照明中的广泛应用。毕竟光纤技术是一种新颖的技术，随着汽车照明与信号系统新技术的发展，尤其是高强度气体放电灯越来越多地运用于汽车照明， 光纤技术将在汽车照明中扮演越来越重要的角色。
（5）LED前照灯（图18）LED即发光二极管（Light Emitting Diode）的缩写，是一种可以自身发光的包含PN结的固体半导体元件。LED的芯片是P型半导体和N型半导体之间的一个过渡层，称为PN结。当采用砷化嫁、砷磷化嫁、磷化镶等半导体材料时，在这些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。当给PN施加正向电压，电流从LED的阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同的颜色光线，光的强弱与电流大小有关。
LED用于前照灯有着各种优点：自由的设计、节省空间、低能耗、高环境保护性、长寿命等。为拓展LED在汽车领域的应用市场以及在未来车灯市场上抢占先机，近年来全球各前照灯具公司都对大功率白光LED在汽车前照灯上的应用研究投入了大量人力、物力、财力，并陆续推出以白光LED为前照灯光源的汽车。
白光LED的工作原理与单色光LED有所不同，目前主要有三种典型的工作原理。一种是由单芯片的LED构成，由单色LED和荧光粉组合发出白光，如InGaN（蓝色）/YAG荧光粉、fnGaN（蓝色）／（红色＋绿色）荧光粉、lnGaN（紫色）／套（红色＋绿色＋蓝色）荧光粉，如图19所示。第二种是双芯片的LED，可由蓝色LED＋黄色LED、蓝色LED＋黄绿色LED以及蓝绿色LED＋黄色LED构成，此种白光LED显色性较差，只能在显色性要求不高的场合下使用。第三种是多芯片LED ， 通过RGB方法合成白光，但是其中蓝色LED的发光效率不高，导致LED的总体光效低。目前由蓝色LED／黄色荧光粉组成的单芯片白光LED是发展较为成熟的产品。
2007年5月丰田公司隆重发布了雷克萨斯LS600h，该车采用了众多新技术，体现了汽车领域的最高技术水平，其中世界首创的LED前照灯就是该车的亮点之一。这也标志着新一代的前照灯技术正式投入应用，从此汽车照明与信号系统进入了一个崭新时代。LS600h的LED前照灯由日本小系制作所（KOITO）研制和生产，光源采用小系制作所与日亚化学工业合作开发的白光发光二极管。LS600h使用了4个400lm光通量的白色LED灯，每个白色LED灯将4个1mm见方的蓝色大型LED芯片封装到一起（4片型），还有1个2001m光通量的白色LED灯，它将2个1mm见方的蓝色大型LED芯片封装到一起（2片型）。这样就增加了白色LED灯的光通量和亮度，另外，增加LED芯片个数和输入电流，平均每个白色LED灯的亮度也会增加。
LS600h的LED前照灯与传统的前照灯不同，通过合成横向并置3联式投射灯（各投射灯分别使用了1个4片型的白色LED灯）和小型反射板得到的光（使用了1个4片型和1个2片型的白色LED灯）来制成配光图案。其配光结构示范图如图20所示，这样可提高驾驶人的视认性。LED前照灯为了抑制由LED温度上升导致的性能下降，采用了高耐热性LED和自主开发的冷却构造。亮灯速度快，可在瞬间保证视野。寿命长，几乎没有光量下降及色度变化。与白炽灯1000h和HID灯2500h的寿命相比，LED灯在车的整个生命周期基本不会损坏。
高亮度LED在车用照明市场上的应用已成大势所趋，但LED前照灯系统在市场化之前关键需要解决两个方面的技术问题，厂个是灯具的亮度问题，一个是灯具的散热问题。LED目前的单位面积发光量尚不及卤素灯泡与HID灯泡，想得到相同的流明输出，LED需要较大的封装面积。随着光源输出面积的增加，光学设计的难度也随之提升，所以在现有的概念车和量产车上，都以模块化光学设计取代原有的单一灯室设计。利用多组灯源达到传统灯具的照明水平，这既降低光学设计的难度，又增加车体造型的设计感。
在目前发光效率下，LED只能将约20% ～30％的输入功率转化为光能，而其余70%～80％的能量转化为热量，如果热量不及时有效地散出，温度的升高将会引起LED性能下降甚至失效。由于LED的输入电能约有70％～80％的转换热能必须排出，这远比传统灯源要求的高上许多；另外，LED管芯归类于半导体材料，结点温度一般不能超过125 0C，即由管芯至大气的排热只容许约55℃的温差，更是远低于传统灯泡。因此，散热设计是LED光源区别于传统光源的课题之一，再加上前照灯不能使用风扇散热，而且产品要能推广到汽车市场普及，还要进一步考虑到外观造型与灯具的光学设计原理，这将是高功率LED运用到汽车前照灯中极为困扰的问题。
（6）激光前照灯激光前照灯的首次
