CN107327784B - 光学模组和车灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学模组和车灯，所述光学模组包括LED光源和透镜，所述透镜位于所述LED光源的前方，所述LED光源的出光面朝向所述透镜的入光面，所述透镜的出光面为非旋转对称的曲面，所述透镜的入光面为平面或曲面，所述透镜中部厚、边缘薄，所述透镜对所述LED光源发出的光线起到会聚作用，且其边缘对光线的会聚作用强于其中部；所述车灯的同一个封闭的灯体内设有一个或多个所述光学模组，所述光学模组一字排开或呈阵列式排布。本发明为配合实现独特的车灯外观造型提供了可行的光学及结构实现方案，特别适合应用于空间结构布置紧凑的场合，实现了灯具空间和配光需求之间的平衡。

Description

光学模组和车灯
技术领域
本发明涉及一种光学模组和采用该光学模组的车灯，属于车灯技术领域。
背景技术
如图1、2所示，目前车用前雾灯的实现方式主要包括：1.卤素灯泡+反射镜；2.LED光源+反射镜。分别由灯泡光源1与反射镜2组合、LED光源3与反射镜2组合来实现前雾灯的配光性能。工作原理决定了这两种光学模组占用空间都比较大，再加上光学实现方式单一，因此对于车灯造型的约束较大，难以满足日益复杂的灯具造型需求。
发明内容
本发明旨在提供一种光学模组和车灯，既能满足配光要求，又节省空间，为配合实现独特的车灯外观造型提供可行的光学及结构实现方案。
本发明的主要技术方案有：
一种光学模组，包括LED光源和透镜，所述透镜位于所述LED光源的前方，所述LED光源的出光面朝向所述透镜的入光面，所述透镜的出光面为非旋转对称的曲面，所述透镜的入光面为平面或曲面，所述透镜中部厚、边缘薄，所述透镜对所述LED光源发出的光线起到会聚作用，且其边缘对光线的会聚作用强于其中部。
所述透镜的出光面可分为左、中、右三个区段，其中中区段外凸，且曲率半径由中部向边缘由小均匀变大，左区段和右区段内凹，左区段越靠近左边缘曲率半径越大，右区段越靠近右边缘曲率半径越大。
所述透镜的出光面在高度方向上外凸，中部的曲率半径最小，由中部向上边缘和下边缘逐渐均匀变大。
所述透镜的出光面的曲率半径由中部向下边缘变大的变化趋势比由中部向上边缘变大的变化趋势平缓。
所述光学模组还包括散热器支架，所述透镜固定在所述散热器支架上，所述LED光源集成在线路板上，所述线路板固定安装在所述散热器支架上。
所述透镜和所述线路板各自通过定位销实现与所述散热器支架间的定位。
所述光学模组的左右宽度a为30mm～100mm，上下高度b为15mm～70mm。
所述透镜的入光面优选为垂直于透镜主轴的平面。
一种车灯，同一个封闭的灯体内设有一个或多个所述光学模组，当所述光学模组有2个时，所述光学模组一字排开，当所述光学模组有3个或3个以上时，所述光学模组一字排开或呈阵列式排布，当所述光学模组有多个时，所述光学模组的光学性能相同或不同。
所述阵列式排布包括多排所述光学模组，单排所述光学模组呈直线形、曲线形或封闭的环形，相邻两排中临近的两个所述光学模组相互对齐或者沿排的延伸方向错开一段距离。
本发明的有益效果是：
所述光学模组的零件构成相对简单，便于安装与装配，空间尺寸小，非常适合应用于空间结构布置紧凑的场合，为适应矩阵式造型提供了一种新的光学及结构实现方式。
将多个所述光学模组进行叠加组合，能在实现所需的配光要求的同时，满足独特的车灯外观造型需要，因此能显著提高灯具的识别性。
所述车灯通过采用多个所述光学模组的叠加组合，突破了现有的车灯内部空间局促的限制，这一点在现有车用前雾灯上表现尤为突出，实现了灯具空间和配光需求之间的平衡，能适应目前流行的矩阵式造型，且简单易行，灵活多变。
附图说明
图1是现有的采用卤素灯泡+反射镜方式的车用前雾灯内部结构示意图；
图2是现有的采用LED光源+反射镜方式的车用前雾灯内部结构示意图；
图3是所述光学模组的一个实施例的外形结构示意图；
图4是所述光学模组的内部结构示意图；
图5是所述透镜的一个实施例的一个水平截面示意图；
图6是所述透镜的一个实施例的一个竖向截面示意图；
图7是相组合的多个所述光学模组的输出光型叠加实现方式示意图；
图8是单排所述光学模组的造型实现方式示意图；
图9是多排所述光学模组的造型实现方式示意图。
具体实施方式
如图3、4所示，本发明公开了一种光学模组，包括LED光源3和透镜4，所述透镜包括入光面41和出光面42，所述透镜位于所述LED光源的前方，所述LED光源的出光面朝向所述透镜的入光面。LED发出的光线直接入射到所述透镜。所述透镜的出光面为非旋转对称的自由曲面，所述透镜的入光面为平面或自由曲面。所述透镜中部厚、边缘薄。所述透镜的入光面和出光面的面型组合是使得所述透镜通过折射对所述LED光源发出的光线起到会聚作用的面型组合，且透镜边缘对光线的会聚作用强于透镜中部。
由于所述透镜不同区域的面型不同，厚度不同，折射角度也就不同。因此，通过设计所述透镜的入光面和/或出光面的特定面型，能够获得各种所需的光学图形。设计自由度大，灵活多变，易于满足复杂的灯具造型需求。根据设计需要，所述透镜的入光面和/或出光面的面型多为不规则曲面(或称自由曲面)。面型不同，所述光学模组的光学性能就不同。
所述光学模组实现了LED+透镜的直射方式。由于所述透镜有较强的聚光能力，光线分散小，用于车灯时，光线亮度高且清晰，而且穿透性好，受天气影响小。
所述LED光源的中心位于所述透镜的主轴上。
所述透镜大体上可以呈长圆形。作为一个具体实施例，如图3、5所示，所述透镜的出光面可分为左、中、右三个区段，区段间连续、平滑过渡。其中中区段A外凸，且曲率半径由中部向边缘呈辐射状由小均匀变大。左区段C和右区段B内凹，左区段越靠近左边缘曲率半径越大，右区段越靠近右边缘曲率半径越大，当然，曲率半径的变化是连续、均匀的。
以应用于车用前雾灯为例，通过设置各个区段的曲率半径，可以使从透镜出射的光线向中部收敛，利用不同区域的曲率半径之间的差异，可以控制光型左右方向宽度L1的大小以及该光型相对V线的偏移量，如图7所示。
当然，所述透镜的出光面也可以设置成左右对称，相应地，其光型相对V线居中。
进一步地，所述透镜的出光面(包括各个区段)在高度方向上是外凸的，中部的曲率半径最小，由中部向上边缘和下边缘逐渐均匀变大，如图6所示。高度方向上，该中部通常是与所述LED光源等高的部位。
通过控制中部以上和以下部位的曲率半径及其变化方式，可以控制光型在上下方向的宽度L2，如图7所示。其中中部以上部位的曲率设置用以保证从所述透镜的出光面射出的光线的方向呈水平或者稍微向下，从而使得屏幕光型在H线位置呈现清晰的截至线。
所述透镜的出光面的曲率半径由中部向下边缘变大的变化趋势优选比由中部向上边缘变大的变化趋势平缓。
所述光学模组还可以包括散热器支架6，所述透镜固定在所述散热器支架上，所述LED光源集成在线路板5上，所述线路板直接固定安装在所述散热器支架上，有利于改善LED的散热效果。所述透镜可以通过螺钉或卡扣固定在所述散热器的支架上，所述线路板可以通过螺钉固定在所述散热器的支架上。
所述透镜和所述线路板各自通过定位销实现与所述散热器支架间的定位，由此实现所述透镜和所述LED光源之间的精确定位。
如图3所示，所述光学模组(含散热器支架)的左右宽度a为30mm～100mm，上下高度b为15mm～70mm，前后长度c不限。本实施例中所述光学模组的外形尺寸a×b×c优选为45mm×25mm×60mm，非常小巧，特别适合于空间结构布置紧凑的场合。
所述光学模组尺寸小，便于紧凑式灯具的安装与布置，结构简单，易于实现相互间的精确定位与装配，且可靠性高，为适应矩阵式造型提供了一种新的光学及结构实现方式，能满足灯具不同风格的造型要求。
为了简化透镜设计，所述透镜的入光面优选采用垂直于透镜主轴的平面，只需要根据配光要求着重设计所述透镜的出光面的面型即可。
对于存在焦点的情况，所述LED光源的中心优选位于所述透镜的主光轴焦点上，以较好地保证所述光学模组的光学性能。
本发明还提供了一种车灯，同一个封闭的灯体内设有一个或多个所述光学模组。当有多个时，一个灯体内的各个所述光学模组的光学性能可以相同或不同。多个光学性能相同或不同的所述光学模组的叠加能够使所述车灯满足法规配光需求。当所述光学模组有2个时，所述光学模组一字排开。当所述光学模组有3个或3个以上时，所述光学模组一字排开或呈阵列式排布。无论是哪种组合，其各自的光型可能相互叠加，也可能依次无叠加排列。图7所示为3个所述光学模组的输出光型CL1、CL2和CL3的叠加后效果，构成了所需的光型图。
所述车灯通过多个所述光学模组的不同排列方式实现了配光需求，并可以根据光学性能的需求不同，相应采取相同或者不同光学图形的光学模组进行叠加，因此光学实现方式灵活多样，可靠性强。
如图8所示是3个所述光学模组a1、a2和a3依次直线排列(即一字排开)的示意图。所述光学模组也可以呈阵列式排布。所述阵列式排布包括多排所述光学模组，单排所述光学模组可以呈直线形、曲线形(例如扇形)或封闭的环状(可能是圆环、矩形环等等)，相邻两排中临近的两个所述光学模组相互对齐或者沿排的延伸方向错开一段距离。
图9所示是单排所述光学模组呈直线形，且相邻两排中临近的两个所述光学模组沿排的延伸方向错开一段距离的实施例。所述光学模组b1、b2、b3和b4按两排直线形布置，b3、b4所在排相对b1、b2所在排向左偏移。其中每一排中相邻两个所述光学模组之间的空隙与相邻排中的某个所述光学模组相对。
由于所述光学模组的简单、小巧和高可靠性，为阵列式造型提供了新的光学及结构实现方式，使得所述车灯在很好地满足法规配光要求的同时，还能够设计成需要的不同风格的特殊造型，显著提高了灯具的外观识别性，尤其适用于车用前雾灯。
本文所称上下、左右、前后是为了表达相对位置关系的便利，并不作为对所述光学模组及其各部位的绝对方位的限制。通常情况下，当所述光学模组用于前雾灯时，前雾灯安装在车身上以后，车身的上下、左右、前后方位与上述方位一致。

Claims (9)

1.一种光学模组，其特征在于：包括LED光源和透镜，所述透镜位于所述LED光源的前方，所述LED光源的出光面朝向所述透镜的入光面，所述透镜的出光面为非旋转对称的曲面，所述透镜的入光面为平面或曲面，所述透镜中部厚、边缘薄，所述透镜对所述LED光源发出的光线起到会聚作用，且其边缘对光线的会聚作用强于其中部，所述透镜的出光面分为左、中、右三个区段，区段间连续、平滑过渡，其中中区段外凸，且曲率半径由中部向边缘由小均匀变大，左区段和右区段内凹，左区段越靠近左边缘曲率半径越大，右区段越靠近右边缘曲率半径越大。
2.如权利要求1所述的光学模组，其特征在于：所述透镜的出光面在高度方向上外凸，中部的曲率半径最小，由中部向上边缘和下边缘逐渐均匀变大。
3.如权利要求2所述的光学模组，其特征在于：所述透镜的出光面的曲率半径由中部向下边缘变大的变化趋势比由中部向上边缘变大的变化趋势平缓。
4.如权利要求3所述的光学模组，其特征在于：还包括散热器支架，所述透镜固定在所述散热器支架上，所述LED光源集成在线路板上，所述线路板固定安装在所述散热器支架上。
5.如权利要求4所述的光学模组，其特征在于：所述透镜和所述线路板各自通过定位销实现与所述散热器支架间的定位。
6.如权利要求5所述的光学模组，其特征在于：所述光学模组的左右宽度a为30mm～100mm，上下高度b为15mm～70mm。
7.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的光学模组，其特征在于：所述透镜的入光面为垂直于透镜主轴的平面。
8.一种车灯，其特征在于：同一个封闭的灯体内设有一个或多个如权利要求1-5中任意一项权利要求所述的光学模组，当所述光学模组有2个时，所述光学模组一字排开，当所述光学模组有3个或3个以上时，所述光学模组一字排开或呈阵列式排布，当所述光学模组有多个时，所述光学模组的光学性能相同或不同。
9.如权利要求8所述的车灯，其特征在于：所述阵列式排布包括多排所述光学模组，单排所述光学模组呈直线形、曲线形或封闭的环形，相邻两排中临近的两个所述光学模组相互对齐或者沿排的延伸方向错开一段距离。
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