هدف از سیستم اپتیكی خودرو، دستیابی به بازدهی هر چه بیشتر نور خروجی از چشمه نور، شكل‌دهی مناسب پرتوی نور و هدایت و متمركز كردن آن در مناطقی است كه برای راننده وسیله نقلیه ضروری میباشد. البته همه این شرایط با رعایت مقررات قانونی و استانداردها انجام می‌شود.
در طراحی سیستم اپتیكی مناسب، معمولاً از نرم‌افزارهای بسیار پیشرفته رایانه‌ای مانندASAP به انضمام ماجول ELTM و رفلكتور CAD استفاده می‌شود. بخشی كه در تمام سیستم‌های اپتیكی فعلی مشترك است رفلكتور میباشد. وظیفه رفلكتور، گرد آوردن نور تولید شده توسط لامپ و جهت‌دهی مناسب به آن است به‌گونه‌ای كه پس از عبور از لنز، الگوی استانداردی ایجاد شود. رفلكتورها معمولاً از فلز و گاهی بامواد ترموست با تكنولوژی تولید قالب توده‌ای(BMC) ساخته می‌شوند و سطح آنها با لایه‌ای بازتابنده (آلومینیم) پوشانده می‌شود. لنز چراغ جلو یا بدون گذاشتن هیچ اثری اجازه می‌دهد كه نور مستقیماً از آن بگذرد (رفلكتورهایMR). و یا در توزیع نور نقشی برعهده دارد. موادی كه برای افزایش بازتاب نور، روی سطح رفلكتورها نشانده می‌شوند معمولاً به روش لایه نشانی در خلاء، با لایه‌ای از آلومینیم پوشانده می‌شود و برای پیشگیری از اكسید یا خورده شدن با لایه‌ای محافظ نظیر SiO2 پوشانده می‌شود.
ب- رفلكتور سهموی
در این سیستم، رفلكتور تك كاسه به صورت یك سهموی است. چشمه نور در نزدیكی نقطه كانونی آن قرار می‌گیرد. لذا پرتوی تولید شده به میزان زیاد موازی است. سپس نور توسط عناصر اپتیكی دیگر كه در جلوی سیستم قرار می‌گیرند (لنز و نقش‌های برجسته روی آن...) به صورت مناسبی توزیع می‌شود. شكل 1، طرحی از عمل رفلكتور را نشان می‌دهد.
شكل 1: چگونگی عمل رفلكتور
در این آرایش، شعاع‌های نور موازی هم می‌شوند و الگویی متقارن ایجاد می‌شود كه می‌توان آن را به صورت یك پرتوی فشرده در آورد. اگر چشمه نور به رفلكتور نزدیك شود پرتو، پهن‌تر و گسترده‌تر می‌شود، در حالی كه اگر چشمه نور از رفلكتور دور شود شعاع‌های نور همگرا می‌شوند. اگرچ رفلكتور سهموی بیشترین كارایی را در كاربردهایی دارد كه نیاز به خط قطع تیز ندارند (نظیر الگوهای نور پرتوی پایین)، اما خوبی آن در این است كه محدودیتی برای اندازه رفلكتور و لنز در این آرایش وجود ندارد. رفلكتورهای سهموی بزرگ‌تر، نور را بهتر كانونی می‌كنند و این امر آنها را برای كاربردهایی كه محدودیت فضای نصب در جلوی خودرو وجود نداشته باشد، ایده‌آل می‌كند.
بیشتر لامپ‌های هالوژنی كه در سیستم‌های چراغ جلو به‌كار می‌روند دارای دو رشته (فیلامان) هستند، همچنین این سیستم‌ها دارای سپری سرخود برای ممانعت از گسیل نور در جهت‌های نامناسب می‌باشند یعنی نوار فلزی با طول و عرض مناسبی بر روی شیشه لامپ نشانده می‌شود. فیلامان مربوط به پرتوی پایین (نور پایین) چند میلی‌متر جلوتر و بالاتر از نقطه كانون رفلكتور قرار دارد به‌گونه‌ای كه نور پرتوی پایین به سوی جلو و پایین بازتابیده می‌شود. رشته مربوط به نور پرتوی بالا دقیقاً در نقطه كانون رفلكتور قرار دارد و در نتیجه در این وضعیت نور مستقیماً به جلو بازتابیده می‌شود.
سیستم‌های سهموی از 1910 میلادی استفاده شده‌اند. در این سیستم‌ها، سطح رفلكتور یك سهموی است (یك سهمی كه حول محور خود دوران داده شده است). اگر از روبه‌رو به رفلكتور نگاه كنیم، بخش بالایی آن در نور پایین به‌كار می‌رود كه در شكل 2 مشخص شده است. در شكل 3 نمایی جانبی از رفتار رفلكتور سهموی در تولید پرتوی پایین را می‌بینید.
شكل 2: سطح مؤثر رفلكتور (نمای جلو)
شكل 3: بازتاب نور بر روی سطح جاده (نمای جانبی)
چشمه نور به گونه‌ای مستقر می‌شود كه نوری كه از آن به سوی بالا تابیده می‌شود توسط رفلكتور به سوی پایین بازتابیده شده، از محور اپتیكی گذشته و روی جاده می‌افتد. و لنز شیشه‌ای یا پلی‌كربناتی پلاستیكی شیاردار نقش تعیین كننده در زمینه توزیع مناسب نور بر روی جاده را دارد (چراغ‌های جلو پژو و 405و پراید در این گروه قرار دارد(
پ- رفلكتور شكل- آزاد (FF)
در این سیستم هر بخش از سطح رفلكتور به روشن نمودن ناحیه معینی از جاده اختصاص داده می‌شود. برای طراحی سطح این نوع رفلكتورها از نرم‌افزارهای متعددی استفاده می‌شود. این سیستم از بقیه لحاظ، شبیه سیستم رفلكتور سهموی است. شكل3، تصویری از یك رفلكتور شكل- آزاد را نشان می‌دهد.
در فناوری FF )شكل آزاد یا سطح آزاد) با شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای، سطح رفلكتور و همچنین محل استقرار لامپ بهینه می‌شود. فناوری FF اجازه می‌دهد كه سطح رفلكتور به صورت نقطه به نقطه محاسبه شود. چراغ‌های جلوی این گونه با لنز شفاف كاملاً قابل تشخیص هستند. فناوری FF این امكان را فراهم می‌كند كه سطح رفلكتور به گونه‌ای طراحی شود كه پرتو ایجاد شده شكل دلخواه و مناسب را دارا بوده و نیازی به ایفای نقش لنز در شكل‌دهی پرتو نباشد و تنها وظیفه لنز محافظت از بخش‌های حساس درون كاسه رفلكتور است.
شكل 4: رفلكتور FF
ت- سیستم‌های پروژكتوری بیضوی
در این سیستم‌ها، برای رفلكتور از الگوی FF به جای هندسه معمول استفاده می‌شود. سطح رفلكتور، سطحی بیضوی (یا تقریباً بیضوی) است. این رفلكتور نور تولید شده توسط چشمه نور را جمع می‌كند. چشمه نور در نزدیكی كانون اصلی یا نقطه معادل آن قرار دارد. سپس نور توسط رفلكتور به صفحه كانونی ثانوی كه یك سپر فلزی در آن قرار دارد تابیده می‌شود. این سپر فلزی، الگوی اولیه‌ای به توزیع نور بر سطح جاده را می‌دهد. در این سیستم، لنز كاملاً شفاف است. شكل سپر، محل قرارگیری عمودی آن و فاصله آن تا چشمه از پارامترهای مؤثر در چگونگی توزیع نور بر سطح میدان دید راننده میباشد.
مثالی از این وضعیت را در شكل 5 می‌بینید. رفلكتور، پرتوهای نور یك چشمه نور را بر روی تصویر متمركز می‌كند. تصویر می‌تواند اسلاید عكس باشد. یك عدسی محدب – تخت ، تصویر را بزرگ كرده و در فاصله‌ای مناسب به‌طور واضح بر پرده‌ای می‌اندازد. نام‌های دیگر «لنز بیضوی» یا «لنز جمع‌كننده» نیز میباشد. در سیستم پروژكتور خودرویی رفلكتوری كه پشت چشمه نور قرار گرفته، مقدار هر چه بیشتری از نور را جمع‌آوری می‌كند و از بالای سپر قطع‌كننده عبور می‌دهد. سپس این نور توسط عدسی محدب - تخت به‌طور مناسبی توزیع می‌شود. این سیستم از بخش‌های زیر تشكیل شده است:
1. چشمه نور
2. رفلكتور
3. سپر قطع‌كننده(كات آف)
4. عدسی محدب - تخت
شكل 5: چگونگی عمل سیستم پروژكتوری بیضوی
سازندگان چراغ جلوی خودرو معمولاً علاقه‌مندند كه از یك سیستم پروژكتور واحد در چراغ جلوی وسایل نقلیه متفاوت استفاده كنند. این كار در بسیاری مواقع ممكن شده است، اما نكته مهم این است كه بیشتر پروژكتورهای خودرویی، ظاهری تقریباً مشابه دارند. تنها تفاوت آنها در قطر و عمق است كه همیشه متناسب است. هر چه عدسی محدب – تخت، بزرگ‌تر باشد پروژكتور دارای عمق بیشتری است.
چراغ‌های جلو خودرو سمند از این تكنولوژی برای نور پایین استفاده می‌كنند و نوربالا از نوع رفلكتورهای شكل آزاد- قطعه قطعه (MR) میباشد.
عدسی‌های محدب - تخت از نظر شكل ظاهر به سه گروه تقسیم می‌شوند:
1. شفاف: بهترین روشنایی برای نورپایین را مطابق با استانداردهای ECE ، EEC )استانداردهای اروپا) فراهم می‌كند.
2. شیاردار: به نام Fresnel نیز شناخته می‌شوند. كمترین روشنایی سوی پایین را دارد. نور كمی بشتر از بالای سپر قطع‌كننده عبور می‌كند و عموماً نور را به‌گونه‌ای بهتر می‌گستراند. معمولاً در پروژكتورهای DOT )استاندارد امریكای شمالی) استفاده می‌شود.
3. نرم: مانند مورد بالا است، اما مقداری از نور را به سمت عقب به سوی رفلكتور باز می‌تاباند كه به معنای بازدهی است. بر روی پروژكتورهای(DOT)اAcura Integra به كار می‌رود.
شكل 6، تصویر سه نوع عدسی محدب - تخت را نشان می‌دهد.
نكاتی كه در بالا گفته شد به این معنا نیست كه یكی از این طرح‌ها بهتر از دیگری است. یك پروژكتور به صورت واحدی كامل طراحی می‌شود و كیفیت كلی و سطح خروجی نور از آن به عوامل دیگری نیز بستگی دارد.
برای هر نوع رفلكتور، انتخاب نوع لامپ اهمیت زیادی دارد و بستگی به نوع لامپ، میزان نور تولید شده متفاوت است. در ضمن شكل هندسی لامپ و فیلامان در طراحی بسیار اهمیت دارد.
شكل6: تصویری از 3 نوع عدسی محدب - تخت
از راست به چپ: نوع نرم، نوع شیاردار یا فرنل و نوع شفاف
ث- رفلكتورهای شكل آزاد-قطعه قطعهMR
در سال‌های اخیر برای چراغ‌های جلو پرتوی پایین با لامپ‌های هالوژنی از رفلكتورهای با شكل آزاد (قطعه قطعه) یا MR استفاده شده است. پیشرفت‌های حاصل شده در ساخت سطوح اپتیكی با شكل آزاد در كنار توسعه رایانه‌های قدرتمند لازم برای شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای نورسنجی مورد نیاز، امكان طراحی‌های بهینه را فراهم كرده است. این طراحی‌ها به‌گونه‌ای است كه شكل بهینه هر قطعه از رفلكتورها محاسبه می‌شود. سپس این قطعات در كنار هم قرار گرفته و رفلكتور كامل را تشكیل می‌دهند. این تكنولوژی در چراغ‌های جلو تك كاسه با لامپ H4 برای خودرو لوگان و همچنین در چراغ‌های جلو دو كاسه خودرو پژو پارس استفاده شده است. در چراغ‌های جلو دو كاسه برای نورپایین از لامپ هالوژنی H7 و برای نور بال از لامپ هالوژنی H1 و H7 استفاده می‌شود. تكنیكی جدید كه توسط OEC AG برای طراحی این سطوح آزاد توسعه داده شده است هر گونه نیاز به تكه‌تكه كردن سطح را حذف كرده و اجازه می‌دهد كه هر توزیع، روشنایی دلخواهی را با سطحی آزاد، یكپارچه و هموار به‌دست آورد.
در این روش روشنایی در یك ناحیه ویژه از منطقه هدف، با انحنای سطح اپتیكی رفلكتور مربوط می‌شود. سپس از حل معادله‌های دیفرانسیل با مشتقات جزیی حاصله، شكل سطح محاسبه می‌شود. این روش طراحی این امكان را پدید می‌آورد كه توزیع‌های نوری بی‌تلف تولید شود كه به‌طور شگفت‌آوری دقیق هستند. (شكل 7)
شكل 7: رفلكتور قطعه‌قطعه
ج- سیستم تطبیقی پیشرفته (AFS)
سیستم تطبیق پیشرفته چراغ جلو ساخت شركت Visteon، شامل بخش كنترلی الكترونیك است كه الگوی نور چراغ جلو را در جهتی كه شرایط رانندگی نیاز دارد مانند سرعت و در جهت وسیله نقلیه تنظیم می‌كند. در هر یك از شرایط رانندگی، توزیع الگوی نور در جهت بهینه كه بستگی به شرایط رانندگی دارد تنظیم می‌شود تا راننده بهترین دید را داشته باشد. ان برتری دید در شب، ایمنی رانندگی را بیشتر و احتمال تصادفات را كاهش می‌دهد. در شكل 8، نمونه الگوی نور چراغ تطبیقی نشان داده شده است. گردش چند درجه‌ای الگوی نور لامپ به سمت پیچ جاده توسط سیستم گردنده برای افزایش دید راننده در شكل 8 و چراغ جانبی در هنگام پیچیدن ناگهانی نشان داده شده است.
شكل 8: الف) سیستم گردنده الگوی چراغ
ب) الگوی چراغ جانبی
