CN106996545A - 图案化透镜、光学模块、照明和/或信号指示设备 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种图案化透镜，包括：透镜体，在所述透镜体的至少一侧表面上并行设置有多个图案化单元，其中，每个图案化单元能够对经过所述图案化单元的光进行独立地调制以对经过所述图案化透镜的光束进行图案化。本发明的实施例还提供了包括该图案化透镜的光学模块和用于机动车辆的照明和/或信号指示设备。上述图案化透镜、光学模块和照明和/或信号指示设备，能够实现对于出射光束的图案化。

Description

图案化透镜、光学模块、照明和/或信号指示设备

技术领域

本发明涉及光学照明及指示领域，尤其涉及一种图案化透镜、一种光学模块以及一种照明和/或信号指示设备。

背景技术

光学照明装置和信号指示装置广泛应用于人们生产生活的各个方面，例如机动车辆的车灯、路灯、广告灯等等。随着人们个性化需求的发展，对于照明装置和信号指示装置的视觉效果有了越来越丰富的要求。例如实现光的明暗变化、形成图案等等。然而由于实现光学照明和/或信号指示功能本身的光学部件(如透镜等)并不具备这种功能，因此，这往往会导致增加附加的光电调制部件来实现这种功能，使系统复杂化。这可能妨碍灯具设计对于空间紧凑性和结构简洁性的追求。

发明内容

本发明的目的是提供一种图案化透镜、以及具有该图案化透镜的光学模块及照明和/或信号指示设备，其能够用于生成图案化的出射光束。

本发明的实施例提供了一种图案化透镜，包括：

透镜体，在所述透镜体的至少一侧表面上并行设置有多个图案化单元，

其中，每个图案化单元能够对经过所述图案化单元的光进行独立地调制以对经过所述图案化透镜的光束进行图案化。

在一实施例中，每个图案化单元能够改变经过所述图案化单元的光的强度或方向。

在一实施例中，所述图案化单元包括凸起。

在一实施例中，所述凸起具有屈光面或斜坡面。

在一实施例中，所述图案化单元位于所述透镜体的光入射侧表面上。

在一实施例中，在所述透镜体的光入射侧表面的至少10％的面积上布置有所述图案化单元。

在一实施例中，在所述透镜体的光入射侧表面的整个面积上布置有所述图案化单元。

在一实施例中，所述多个图案化单元覆盖所述透镜体的光入射侧表面的靠近外周的环形区域。

在一实施例中，所述图案化透镜包括至少两种图案化单元，所述至少两种图案化单元对于光的调制作用彼此不同。

在一实施例中，所述图案化透镜包括由第一凸起形成的第一种图案化单元和由第二凸起形成的第二种图案化单元，所述第一凸起的顶表面的弯曲程度大于所述第二凸起的顶表面的弯曲程度。

在一实施例中，经过所述第一种图案化单元调制的入射光部分与经过所述第二种图案化单元调制的入射光部分相比，在从所述图案化透镜出射之后具有更低的亮度。

在一实施例中，所述图案化透镜包括由第一凸起形成的第一种图案化单元和由第二凸起形成的第二种图案化单元，所述第一凸起的顶表面为弯曲表面，所述第二凸起的顶表面为倾斜平面。

本发明的实施例还提供了一种光学模块，包括：

光源，配置成发出光束；

如上述实施例中任一项所述的图案化透镜；以及

光引导装置，配置成将由光源发出的光束引导至所述图案化透镜，

其中，所述图案化透镜对来自光引导装置的光束赋予图案以形成图案化的出射光束。

本发明的实施例还提供了一种用于机动车辆的照明和/或信号指示设备，包括：

如上述实施例中任一项所述的图案化透镜或如前述实施例所述的光学模块。

如本发明的上述至少一个实施例中所述的图案化透镜以及具有该图案化透镜的光学模块和照明和/或信号指示设备，能够在基本上不改变光学系统结构的情况下实现对于出射光束的图案化。

附图说明

图1示出根据本发明的一实施例的图案化透镜的示意性主视图；

图1a示出图1的A部分的局部放大图；

图1b示出如图1所示的图案化透镜的出射图案；

图2示出根据本发明的一实施例的图案化透镜的示意性主视图；

图2a示出图2的B部分的局部放大图；

图2b示出如图2所示的图案化透镜的出射图案；

图3示出根据本发明的一实施例的图案化透镜的示意性主视图；

图3a示出图3的C部分的局部放大图；

图3b示出如图3所示的图案化透镜的出射图案；

图4示出示例性的图案化单元；

图4a示意性地示出图案化单元的屈光面对于光束的作用。

图5示出根据本发明的另一实施例的图案化透镜的示意性主视图；以及

图6示出根据本发明的一实施例的光学模块的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号表示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

根据本发明的总体构思，提供一种图案化透镜，包括：透镜体，在所述透镜体的至少一侧表面上并行设置有多个图案化单元，其中，每个图案化单元能够对经过所述图案化单元的光进行独立地调制以对经过所述图案化透镜的光束进行图案化。

另外，在下面的详细描述中,为便于解释,阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或更多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。

图1和图1a示意性地示出根据本发明的一实施例的图案化透镜100。该图案化透镜100包括：透镜体10，在所述透镜体10的至少一侧表面上并行设置有多个图案化单元20，其中，每个图案化单元20能够对经过所述图案化单元20的光进行独立地调制以对经过所述图案化透镜100的光束进行图案化。

透镜是常用的光学部件，例如可以用于光路中实现对光束进行会聚、扩散或准直等等功能。透镜体通常具有用于接收入射光的光入射侧和用于将光束射出的光出射侧。根据本发明的图案化透镜100在通常的透镜的基础上在透镜体的表面上设置了图案化单元20，这些图案化单元20能够使图案化透镜10在实现透镜常规的光学功能的同时对透镜的出射光束进行调制以在光束中产生图案。在出射光束中的图案可以提供丰富的视觉效果，这一方面可以提高观察者的愉悦程度和出射光束的显著度，另一方面也可以在出射光束中加载特定的信息。例如，对于机动车辆而言，不同的信号灯或照明灯可以采用具有不同的图案的光束，这可以增加不同的功能的灯具之间的区别度。光束中的图案也可以带有一些特定的信息，例如生产厂家的名称、标识等。图1b、图2b和图3b分别示出了由根据本发明的图案化透镜100可能形成的三种图案示例。从中可以看出，根据本发明的实施例的图案化透镜100可以进行丰富的图案化。

作为示例，每个图案化单元20能够改变经过所述图案化单元20的光的强度或方向。通过改变光的行进方向，例如将光的会聚或发散，而使光能量聚集或扩散，也可以改变从图案化透镜100出射后的光的强度分布，而形成图案。

在一示例中，所述图案化单元20包括凸起。图4示出了凸起形式的图案化单元20的示例的示意图。在图4中的左边三个凸起具有屈光面21。屈光面21是指对于光束具有会聚或发散功能的表面。该屈光面21具有曲面的形状。

从图4中可以看出，光束经过屈光面21之后被会聚，然而，这并不意味着当观察者迎着图案化透镜100观察时与屈光面21位置相对应的出射光束部分的光强一定会增大。这还与观察者所处的位置有关。根据光学原理可知，当离开屈光面21的会聚光束22经过会聚点23继续向前行进时将变为发散光束24，如图4a所示。因此，当观察者的位置相对于图案化单元20远于该会聚点23时，观察者将观察到发散光束。当观察者距离图案化单元20更远时，由于这种发散作用，经过屈光面21的光能将被扩散到较大的面积上，从而使得光的强度降低。因此，在观察者距离图案化透镜100较远的应用中(例如机动车辆的车灯、路灯等)，在由图案化透镜100形成的图案化的光束中，屈光面21所对应的位置点是光强较弱的点。但本发明的实施例不限于此，在某些观察者距离图案化透镜100很近的应用中，屈光面21也有可能形成光强较强的点。

在图4中最右面的凸起具有斜坡面25。该斜坡面25是平面，对经过该斜坡面的光没有会聚或发散作用，仅仅是由于光学折射原理而改变了光的方向。该凸起的斜坡面25往往可以用于形成在图案化的光束中与屈光面21所形成的点形成反差的点(例如光强较强的点)。作为示例，在屈光面21和/或斜坡面25之间还可以有过度面26，用于衔接相邻的屈光面21和/或斜坡面25。

作为示例，在根据本发明的图案化透镜100中，图案化单元20的尺寸可以超过入射光波长至少数十倍，例如对于入射光为可见光的情形，图案化单元20的尺寸可以为毫米量级，例如占据1mm x1mm的区域、3mm x3mm的区域或7mm x7mm的区域等等。这可以避免光学衍射的影响。

作为示例，在根据本发明的图案化透镜100中，图案化单元20可以位于所述透镜体10的光入射侧表面上。这一方面易于更好地控制光束的调制，另一方面，由于在应用中，光入射侧表面通常位于透镜的内侧，因而这也易于防止图案化单元20被磨损或腐蚀。但本发明不限于此，在一些应用中也可以考虑将图案化单元20设置于透镜体10的光出射侧表面上。

为了在出射光束中形成具有足够丰富的图案，作为示例，可以在所述透镜体10的光入射侧表面的至少10％或30％的面积上布置有所述图案化单元20，或者，甚至在透镜体10的光入射侧表面的整个面积上布置有所述图案化单元20。

在一示例中，如图1-3所示，所述多个图案化单元20可以覆盖所述透镜体10的光入射侧表面的靠近外周的环形区域。这种布置方式对于环形光源(如布置在圆环轨迹上的LED阵列)最为适合。

在图1和图1a所示的示例中，主要采用了一种类型的图案化单元20，因此，在该图案化透镜100的出射光束中形成有均匀的环形图案。在图2和图2a所示的示例中，采用了至少两种不同的图案化单元，即第一种图案化单元20’和第二种图案化单元20”。其中，第一种图案化单元20’和第二种图案化单元20”均由凸起形成，但形成第一种图案化单元20’的凸起的顶表面(屈光面)的弯曲程度大于形成第二种图案化单元20”的凸起的顶表面(屈光面)的弯曲程度。在该示例中，形成第一种图案化单元20’的凸起对光的会聚能力更强，其焦点比形成第二种图案化单元20”的凸起更近，如前所述，在观察者距离图案化透镜100较远的应用中(例如机动车辆的车灯、路灯等)，在由图案化透镜100形成的图案化的光束中，形成第一种图案化单元20’的凸起所对应的位置点比形成第二种图案化单元20”的凸起所对应的位置点光强要弱。因此，第一种图案化单元20’和第二种图案化单元20”可以形成光强上的反差，从而形成光束中的图案。

图3和图3a所示的示例中，同样采用了至少两种不同的图案化单元，与图2和图2a所示的示例类似，但图案有所不同，其中一种图案化单元被其它种图案化单元包围，用于在光束中形成亮斑。

虽然在上述示例中以顶表面弯曲程度不同的凸起形成不同种类的图案化单元为例进行了描述，但是本发明的实施例不限于此，只要图案化透镜包括对于光的调制作用彼此不同的至少两种图案化单元，就可以在光束中形成图案。作为示例，经过一种图案化单元调制的入射光部分与经过另一种图案化单元调制的入射光部分相比，可以在从图案化透镜出射之后具有更低的亮度。

在一示例中，第一种图案化单元和第二种图案化单元也可以分别由顶表面为弯曲表面的凸起(如图4中左边三种凸起所示)和顶表面为倾斜平面的凸起(如图4中最右边的凸起所示)而形成。这也可以用于形成光强反差以在光束中形成图案。

图1b、图2b和图3b分别示出了根据本发明的实施例的三种图案化透镜的出射光束的示例性的图案。其中本发明的实施例的图案化透镜的出射光束中的图案不限于这些示例。可见，根据本发明的实施例的图案化透镜能够形成丰富的图案。

在图1-图3的示例中，图案化透镜100的中心部分未设置有图案化单元20，该未设置有图案化单元20的部分可以具有较高的光通过率。需要说明的是，图案化透镜100所形成的图案化光束中的图案还与入射光的强度分布(如光源的布置)有关。在图1b、图2b和图3b示出的情形中，光源被布置成环形的，以与图案化透镜100靠近外周部分的图案化单元相对应。由于在与图案化透镜100的中心部分相对应的位置处没有设置光源，因此在图1b、图2b和图3b中，中心部分为暗区。然而，本发明不限于此，例如，可以在中心区域设置光源，或者以其它方式使图案化透镜100的中心部分有足够的光入射，则在图案化透镜100所形成的图案化光束中，中心部分也可以为亮区。

虽然在图1-图3的示例中图案化透镜100具有圆形形状，但本发明不限于此，图案化透镜100可以具有任何期望的形状。例如，如图5所示，图案化透镜100可以具有大致梯形的轮廓(从图案化透镜100的正前方观察)。

本发明的实施例提供了一种光学模块200，如图6所示。该光学模块200可以包括：光源210，配置成发出光束30；如上述任一实施例所述的图案化透镜100；以及光引导装置220，配置成将由光源210发出的光束30引导至所述图案化透镜100。图案化透镜100可以对来自光引导装置220的光束30赋予图案以形成图案化的出射光束。其中光引导装置220例如可以为反射镜、准直器等装置，用于使光束30更为均匀地入射到图案化透镜100上。作为示例，光引导装置220也可以对光束30进行预先调制，比如使入射到图案化透镜100上某些区域的光具有高于或低于其它区域的光强度。这可以使图案化透镜100所形成的光束中的图案更为丰富。

本发明的实施例还提供了一种用于机动车辆的照明和/或信号指示设备，其包括根据上述任一实施例所述的图案化透镜或光学模块。具有上述图案化透镜或光学模块的照明和/或信号指示设备，可以提供更引人注目的照明和/或信号指示光束，也可以在光束中载有个性化的定制信息，例如制造商、销售商或使用者的标识，或者用于区分不同照明和/或信号指示功能的特定图案。

根据本发明的实施例的图案化透镜100例如可以由塑胶、树脂等透明介质来制造。

采用本发明的实施例的图案化透镜100可以在基本上不改变原有的光学系统结构和光学效率的基础上对于透镜的出射光束进行图案化。由于图案化单元20可以与透镜体10在同一步骤中生成，因此，该图案化透镜100与采用其它附加的装置或方式对光束进行图案化相比，成本较低。

该图案化透镜100可以用于各种照明和/或信号指示设备中，如机动车辆前照灯、信号灯等等，也可以例如用于路灯、探照灯等各种灯具中。

虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。

虽然本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (14)

1.一种图案化透镜，包括：

透镜体，在所述透镜体的至少一侧表面上并行设置有多个图案化单元，

其中，每个图案化单元能够对经过所述图案化单元的光进行独立地调制以对经过所述图案化透镜的光束进行图案化。

2.根据权利要求1所述的图案化透镜，其中，每个图案化单元能够改变经过所述图案化单元的光的强度或方向。

3.根据权利要求1所述的图案化透镜，其中，所述图案化单元包括凸起。

4.根据权利要求1所述的图案化透镜，其中，所述凸起具有屈光面或斜坡面。

5.根据权利要求1所述的图案化透镜，其中，所述图案化单元位于所述透镜体的光入射侧表面上。

6.根据权利要求5所述的图案化透镜，其中，在所述透镜体的光入射侧表面的至少10％的面积上布置有所述图案化单元。

7.根据权利要求6所述的图案化透镜，其中，在所述透镜体的光入射侧表面的整个面积上布置有所述图案化单元。

8.根据权利要求5所述的图案化透镜，其中，所述多个图案化单元覆盖所述透镜体的光入射侧表面的靠近外周的环形区域。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的图案化透镜，其中，所述图案化透镜包括至少两种图案化单元，所述至少两种图案化单元对于光的调制作用彼此不同。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的图案化透镜，其中，所述图案化透镜包括由第一凸起形成的第一种图案化单元和由第二凸起形成的第二种图案化单元，所述第一凸起的顶表面的弯曲程度大于所述第二凸起的顶表面的弯曲程度。

11.根据权利要求10所述的图案化透镜，其中，经过所述第一种图案化单元调制的入射光部分与经过所述第二种图案化单元调制的入射光部分相比，在从所述图案化透镜出射之后具有更低的亮度。

12.根据权利要求1-8中任一项所述的图案化透镜，其中，所述图案化透镜包括由第一凸起形成的第一种图案化单元和由第二凸起形成的第二种图案化单元，所述第一凸起的顶表面为弯曲表面，所述第二凸起的顶表面为倾斜平面。

13.一种光学模块，包括：

光源，配置成发出光束；

根据权利要求1-12中任一项所述的图案化透镜；以及

光引导装置，配置成将由光源发出的光束引导至所述图案化透镜，

其中，所述图案化透镜对来自光引导装置的光束赋予图案以形成图案化的出射光束。

14.一种用于机动车辆的照明和/或信号指示设备，包括：

根据权利要求1-12中任一项所述的图案化透镜或根据权利要求13所述的光学模块。