汽車外燈從1988年開始配備LED作為高位剎車燈，之后推廣到剎車燈或尾燈、轉向燈，初期階段以指示燈為中心擴大了應用范圍。而白色LED是于1995年投入實用的，因作為車頭燈的光源需要同時具備高通量和高亮度，最初以為白色LED在車頭燈中配備需要花費一段時間。然而，隨著LED的大電流化、芯片擴大等技術革新的快速推進，在2007年出現了以白色LED為光源的前照燈。白色LED的形狀、發光分布等與傳統的燈泡光源完全不同，而且具有光線中不含紅外線等許多特點。本文將以光學系統為核心，簡要介紹這些特點，以及利用這些特點的LED車頭燈。

車頭燈光源的變化及其特點

車頭燈光源的變化

為保證夜間行駛安全，車頭燈在光源做了改進的同時，還提高了性能。

過去的鹵素燈泡、HID燈泡等燈泡光源是發光管中4～5mm長的發光部（燈絲或電弧）在高溫下發光，只需要1個光源，得到的光量就足以形成車頭燈的配光。雖然在開發之初，1個芯片的光通量和亮度小于傳統的燈泡光源，但現在已經具備了與HID燈泡相同的性能。

車頭燈用LED的特點

LED是半導體光源，因此擁有下列與燈泡光源不同的特點。

· 僅向半球方向發光

· 小型光源

· 光線基本不含紅外線

· 發光部可在基板上的任意位置設置

· 點亮速度快，瞬間點亮

· 半導體怕熱，需要散熱器

車頭燈光學系統的原理

現在的車頭燈光學系統，廣泛使用2種光學系統。

拋物線型利用反射器反射光源射出的光線，形成配光圖案。反射器分割成多個區塊，利用其各個區塊的形狀控制光線射向上下左右，形成整體配光。投影型顧名思義，是進行投影的光學系統，會在凸透鏡焦點附近形成與配光圖案相似的光分布，并將其擴大投影。光分布使用名為“復合橢圓反射器”的反射鏡形成，形成近光燈的配光，需要在透鏡焦點附近設置遮光板，以形成減少對面車輛炫光的截止線。投影型因為能夠有效釋放光源的光線，而且體積小，所以得到了廣泛應用。

而且，投影型是使用凸透鏡進行投影，通過改變焦點附近的光分布和遮光板的形狀，可以形成各種各樣的配光圖案。圖5是在配光可變式遠光燈ADB（Adaptive Driving Beam）中的應用示例。在這個例子中，右側燈具的配光與左側燈具的配光圖案各異，合成形成整體配光。可以在不導致前方車輛炫光的情況下，照亮路旁的行人，增加了辨識性。

LED車頭燈光學系統

LED車頭燈以前面介紹的車頭燈光學系統為基礎，利用LED的特點提高效率，實現了新的外觀設計和高功能化等。

利用LED的光分布提高光學系統的效率

通常的投影型車頭燈采用燈泡光源，為了形成截止線，會使用遮光板屏蔽光線。之所以使用這樣的光學系統，是因為燈泡光源向360度全方位發光而造成的限制。LED只向半球方向發光，沒有采用遮光板屏蔽光線，而是嵌入了能夠有效利用光線的反射鏡“光束整形器”。

小型光源成就新的外觀設計

LED與燈泡光源相比，在光線射出的方向沒有發光管、燈座等結構物，光學系統也可以實現小型化。因此在燈具內可以集成多個光學系統，2007年發布的世界第一款LED車頭燈由3個小型投影單元組成，實現了有別于傳統車頭燈、令人震撼的新外觀設計。而且，這款車頭燈使多個光學單元分別具備聚光、擴散等配光功能，通過合成的方式，形成了圖7的整體配光。通過為各個配光功能分別采用最佳光學設計，可以實現良好的辨識性。這款車頭燈使大擴散單元的光軸朝向車輛外側，實現了過去無法企及的橫向大范圍擴散。

在LED性能提高的同時，光學單元也繼續進化，2014年，圖8中L字形的近光燈設計成為了現實。這種光學系統利用2個反射鏡，有效利用了傳統投影型光學系統無法利用的光線。能夠在燈具內配置如此復雜的結構，依靠的是LED的小型化。

熱環境差異推動進化

光學系統材料的變化

與傳統的鹵素燈泡、放電燈光源相比，LED的光源溫度低，光線中不含紅外線，因此，光學部件可以采用耐熱溫度較低的材料。具有代表性的是投影型凸透鏡。LED過去采用玻璃制造，而LED車頭燈可以選用樹脂材料，在實現輕量化的同時，大幅提高了外觀設計的自由度。

車頭燈不僅是保證夜間視野的安全部件，也是決定汽車設計的一個重要要素。通過采用樹脂透鏡，可以按照汽車設計師的要求，實現五花八門的外觀設計。

在過去，車頭燈基本都是圓形，而現在可以制作方形等異形透鏡，對于改變汽車車燈的外形、印象作出了不小的貢獻。

在LED旁邊配置光學部件的光學系統也是研究的對象，考慮到成本，這種形狀很難用玻璃材料制作，可以說是一種只有用樹脂才能實現光學系統。
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