CN107062123B - 一种用于汽车车灯的投射式光学照明系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于汽车车灯的投射式光学照明系统，由透镜和光源两部分组成，所述透镜分为入射面及出射面，光源发出的光线经过入射面折射入透镜，在透镜内直线传播至出射面，并经过出射面折射至路面；入射面为光学面，包括用于形成明暗截止线的截止线面，以及用于控制光路的自由曲面，所述截止线面的形状根据不同照明功能的明暗截止线的形状确定；所述自由曲面的面形根据所述出射面的面形以及光源的发光特性确定，所述自由曲面的面形要使得经过出射面后的光线以接近水平的类平行光射向路面。本发明零件较少，光学系统装配简单，累积误差小，性能稳定，解决目前的照明系统由于零件较多，装配复杂，使得光学系统性能波动较大，成本较高的问题。

Description

一种用于汽车车灯的投射式光学照明系统
技术领域
本发明涉及车灯技术领域，特别涉及用于车灯中形成明暗截止线的光学系统，具体是一种用于汽车车灯的投射式光学照明系统。
背景技术
汽车车灯中常用的投射式照明系统，一般都包括光源、反射镜、遮光板以及光学透镜。反射镜为椭球形，光源的发光中心设置在椭球形反射镜的近焦点处，光源发出的光线经过椭球形反射镜反射后汇聚于椭球形反射镜的远焦点附近，遮光板设置于椭球形反射镜的远焦点处，其形状与所要求的明暗截止线形状一致，最后通过光学透镜形成带有明暗截止线的类平行光照明光形，所述照明光形有但不局限于近光照明功能、雾灯功能、角灯功能等。
申请号为201110307456.9的一篇发明专利申请公开了一种投射式LED汽车近光灯，包括反光罩、安装片、配光透镜、散热器和铝基板，所述反射罩的内表面为具有两个焦点的规则曲面形状，所述配光透镜固定于所述安装片的前端面上，所述反光罩固定于所述安装片的后端面上，所述散热器固定于所述安装片的后端面上，其上端面覆盖所述反射罩的敞口，所述铝基板固定于所述散热器的上端面上，所述铝基板上设置有至少一颗LED芯片，所述LED芯片处于所述规则曲面的近焦点位置上。
申请号为201510137921.7的一篇发明专利申请，涉及一种投射式LED汽车远近光灯光学照明系统，包括水平设置的透镜支架、LED光源和散热器，透镜支架左侧安装有凸透镜，透镜支架右侧安装有连接板，在连接板上设置有用于LED光源的光线反射的反光杯，散热器连接在连接板右侧，LED光源水平设置在散热器上，在反光杯向凸透镜反射光线的区域内设置有遮挡部分反射光线的挡板。
可见，现有的投射式汽车近光灯，一般都通过采用遮光板来形成明暗截止线。这种光学系统中除必不可少的光源外，还需要反射镜、遮光板、光学透镜以及一些连接用结构件，零件较多，装配复杂，并且零件的制造误差所导致的累积误差较大，使得光学系统性能波动较大，成本也相对较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于汽车车灯的投射式光学照明系统，本发明的投射式光学照明系统仅由透镜及光源组成，无需反射镜及遮光板，零件较少，光学系统装配简单，零件间因制造误差导致的累积误差大大减小，性能稳定，用以解决目前的照明系统由于零件较多，装配复杂，使得光学系统性能波动较大，成本较高的问题。
为实现上述目的，本发明的方案是：一种用于汽车车灯的投射式光学照明系统，所述投射式光学照明系统由透镜和光源两部分组成，所述透镜分为两个光路控制面，即入射面及出射面，所述光源发出的光线经过入射面折射入透镜，在透镜内直线传播至出射面，并经过出射面折射至路面；
所述入射面为光学面，包括用于形成明暗截止线的截止线面，以及用于控制光路的自由曲面，所述截止线面的形状根据不同照明功能的明暗截止线的形状确定；
所述自由曲面的面形根据所述出射面的面形以及光源的发光特性确定，所述自由曲面的面形要使得经过出射面后的光线以接近水平的类平行光射向路面。
进一步地，根据本发明所述的用于汽车车灯的投射式光学照明系统，所述出射面为球面或规则回转曲面。
进一步地，根据本发明所述的用于汽车车灯的投射式光学照明系统，所述自由曲面的面形确定方法为：根据所述光源发光面的大小及位置，以及所述出射面的面形，计算出所述自由曲面在任意点处的曲率方向，根据任意点处的曲率方向得到自由曲面的面形，所述自由曲面任意点处的曲率方向决定了光源照射到该点处的折射角度，所述折射角度需要满足经出射面再次折射后的出射角度不高于明暗截止线位置。
进一步地，根据本发明所述的用于汽车车灯的投射式光学照明系统，所述自由曲面包括第一自由曲面和第二自由曲面，所述第一自由曲面位于截止线面的下方，所述第二自由曲面位于截止线面的上方。
进一步地，根据本发明所述的用于汽车车灯的投射式光学照明系统，若所述投射式光学照明系统用于雾灯和角灯照明功能，则所述的截止线面为近似水平面。
进一步地，根据本发明所述的用于汽车车灯的投射式光学照明系统，若所述投射式光学照明系统用于近光照明功能，则所述的截止线面为两至三个平面成设定角度连接而成的截止线面。
进一步地，根据本发明所述的用于汽车车灯的投射式光学照明系统，所述光源的发光上边界与截止线面在同一高度，或者所述光源的发光上边界低于截止线面。
进一步地，根据本发明所述的用于汽车车灯的投射式光学照明系统，若所述投射式光学照明系统用于近光照明功能，所述光源的发光上边界与截止线面的下侧水平面在同一高度，或者所述光源的发光上边界低于截止线面的下侧水平面。
进一步地，根据本发明所述的用于汽车车灯的投射式光学照明系统，所述光源发出的光线射入第一自由曲面后，大部分光线被折射到出射面，并经过出射面射向路面；而其中一部分由第一自由曲面向上折射到截止线面的光线，由于入射角大于全反射角，在截止线面处发生全反射，转而向下射向出射面，从而在路面上形成明暗截止线。
进一步地，根据本发明所述的用于汽车车灯的投射式光学照明系统，所述的光源为LED发光芯片。
本发明达到的有益效果：本发明的光学系统仅由透镜及光源组成，无需反射镜及遮光板，结构简单，所以装配简单，零件间因制造误差导致的累积误差较小，光学系统稳定。光学系统的光效率高，避免了传统投射式照明系统中反射镜对光能的吸收损失。
附图说明
图1是本发明光学系统的组成原理图；
图2-图4是本发明形成明暗截止线的原理图；
图5是雾灯功能在竖直屏幕上的光形示意；
图6是近光功能在竖直屏幕上的光形示意。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步详细的说明。
如图1，本发明的投射式光学照明系统主要由透镜1及光源2两部分组成，所述透镜1分为入射面及出射面两个光路控制面。光源2发出的光线经过入射面折射入透镜1，在透镜1内直线传播至出射面1d，经过出射面1d折射至路面。
所述入射面为光学面，包括用于形成明暗截止线的截止线面1a、用于控制光路的第一自由曲面1b及和第二自由曲面1c，所述截止线面1a的形状根据不同照明功能的明暗截止线的形状确定。如图5，雾灯及角灯等照明功能的明暗截止线3为水平线，则截止线面1a的形状接近为平面；如图6，近光照明功能明暗截止线4一般为两至三段折线，则截止线面1a的形状为两至三个平面成一定角度连接而成的截止线面。
所述第一自由曲面1b及和第二自由曲面1c的面形根据所述出射面的面形以及光源的发光特性确定，即：根据已知的光源2发光面大小及其位置，以及已知的出射面1d的面形，计算出第一自由曲面1b及和第二自由曲面1c在任意点处的曲率方向，第一自由曲面1b及和第二自由曲面1c各点处的曲率方向决定了光源2照射到对应点处的折射角度，该折射角度需要满足经出射面再次折射后的出射角度不高于明暗截止线位置，所述第一自由曲面1b及和第二自由曲面1c的面形要使得经过出射面后的光线以接近水平的类平行光射向路面。
所述出射面1d为球面或规则回转曲面。
所述光源2优选LED发光芯片，但不局限于LED发光芯片。光源2的发光上边界与截止线面1a在同一高度，如果是近光，则是截止线面1a下侧水平面与光源2的发光上边界保持同一高度,目的是由第一自由曲面1b折射到截止线面1a的光线都是向上射入。
如图2-4，所述光源2发出的光线射入自由曲面1b后,大部分光线被折射至出射面1d，并经过出射面1d以接近水平线的类平行光射向路面。而其中一部分由自由曲面1b向上折射到截止线面1a的光线，由于入射角大于全反射角，在截止线面1a处发生全反射，转而向下射向出射面1d，从而在路面上形成明暗截止线。
所述光源2的发光上边界也可以略高于截止线面，所形成的向下直射到截止线面1a的光线经过折射后任然以向下的角度射到路面，所以不影响明暗截止线的形成。
本发明的光学系统仅由透镜及光源组成，无需反射镜及遮光板，结构简单，所以装配简单，零件间因制造误差导致的累积误差较小，光学系统稳定。光学系统的光效率高，避免了传统投射式照明系统中反射镜对光能的吸收损失。

Claims (8)

1.一种用于汽车车灯的投射式光学照明系统，其特征在于：所述投射式光学照明系统由透镜和光源两部分组成，所述透镜分为两个光路控制面，即入射面及出射面，所述光源发出的光线经过入射面折射入透镜，在透镜内直线传播至出射面，并经过出射面折射至路面；
所述入射面为光学面，包括用于形成明暗截止线的截止线面，以及用于控制光路的自由曲面，所述截止线面的形状根据不同照明功能的明暗截止线的形状确定；
所述自由曲面的面形根据所述出射面的面形以及光源的发光特性确定，所述自由曲面的面形要使得经过出射面后的光线以水平的平行光射向路面，
所述出射面为球面或规则回转曲面，
所述自由曲面的面形确定方法为：根据所述光源发光面的大小及位置，以及所述出射面的面形，计算出所述自由曲面在任意点处的曲率方向，根据任意点处的曲率方向得到自由曲面的面形，所述自由曲面任意点处的曲率方向决定了光源照射到该点处的折射角度，所述折射角度需要满足经出射面再次折射后的出射角度不高于明暗截止线位置。
2.根据权利要求1所述的用于汽车车灯的投射式光学照明系统，其特征在于，所述自由曲面包括第一自由曲面和第二自由曲面，所述第一自由曲面位于截止线面的下方，所述第二自由曲面位于截止线面的上方。
3.根据权利要求1所述的用于汽车车灯的投射式光学照明系统，其特征在于，若所述投射式光学照明系统用于雾灯和角灯照明功能，则所述的截止线面为水平面。
4.根据权利要求1所述的用于汽车车灯的投射式光学照明系统，其特征在于，若所述投射式光学照明系统用于近光照明功能，则所述的截止线面为两至三个平面成设定角度连接而成的截止线面。
5.根据权利要求1所述的用于汽车车灯的投射式光学照明系统，其特征在于，所述光源的发光上边界与截止线面在同一高度，或者所述光源的发光上边界低于截止线面。
6.根据权利要求1所述的用于汽车车灯的投射式光学照明系统，其特征在于，若所述投射式光学照明系统用于近光照明功能，所述光源的发光上边界与截止线面的下侧水平面在同一高度，或者所述光源的发光上边界低于截止线面的下侧水平面。
7.根据权利要求4所述的用于汽车车灯的投射式光学照明系统，其特征在于，所述光源发出的光线射入第一自由曲面后，大部分光线被折射到出射面，并经过出射面射向路面；而其中一部分由第一自由曲面向上折射到截止线面的光线，由于入射角大于全反射角，在截止线面处发生全反射，转而向下射向出射面，从而在路面上形成明暗截止线。
8.根据权利要求1所述的用于汽车车灯的投射式光学照明系统，其特征在于，所述的光源为LED发光芯片。
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