CN107781781B - 反射式聚光器、车灯及汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种反射式聚光器、车灯及汽车,涉及汽车制造技术领域,以解决现有的反射式聚光器效率低、且点灯不均匀的技术问题。本发明所述的反射式聚光器,包括:反射式耦合面,入射耦合面,以及全反射耦合面;光源的能量通过反射式耦合面重新分配后,并依次经过入射耦合面和全反射耦合面的共同作用,形成平行光发射。本发明提供的反射式聚光器,能够通过反射式耦合面更改光线的传播路径,从而增加能满足全反射要求的光线数,并能够通过反射式耦合面对光的能量进行重新分配,从而优化点灯效果。
Description
技术领域
本发明涉及汽车制造技术领域,特别涉及一种反射式聚光器、车灯及汽车。
背景技术
图1为现有技术中提供的反射式聚光器的光路示意图。
反射式聚光器的光路特性:光线在抛物面的全反射。如图1所示:1、光源;1.1、入射角度小于全反射角,不能发生全反射的光线;1.2、发生全反射的光线;2.1、反射式聚光器入射面:耦合面1;2.2、反射式聚光器的全反射面:耦合面2。
反射式聚光器一般使用的材质为:PMMA,PC。PMMA的折射率1.489,全反射角度为“42度”;PC的折射率为1.587,全反射角度为:“39度”。PC材质更容易发生全反射,由于全反射角度的限制,当LED发光方向垂直于耦合面1时,LED有近一半的能量不能发生全反射,因此一直以来现有的反射式聚光器的效率都比较低;与此同时,现有的反射式聚光器能量分布是从上至下逐渐减小,且点灯由亮到暗渐变,点灯不均匀。
图2为现有技术中提供的反射式聚光器的结构示意图。
如图2所示,现有的反射式聚光器:相同角度的能量经耦合面1和耦合面2共同作用,形成平行光发射,从图中可以观察出,h1<h2<h3,相同的角度内能量被逐渐分配到了不同的宽度的空间中。随着距离LED距离的增加,单位长度上分配到的能量逐渐减小,反映到点灯效果上就是点灯逐渐变暗。
因此,如何提供一种反射式聚光器、车灯及汽车,能够有效提高反射式聚光器的效率,并优化反射式聚光器的点灯效果,已成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反射式聚光器、车灯及汽车,以解决现有的反射式聚光器效率低、且点灯不均匀的技术问题。
本发明提供一种反射式聚光器,包括:反射式耦合面,入射耦合面,以及全反射耦合面;光源的能量通过所述反射式耦合面重新分配后,并依次经过所述入射耦合面和所述全反射耦合面的共同作用,形成平行光发射。
本发明提供的反射式聚光器中,所述反射式耦合面为椭球形结构面。
本发明提供的反射式聚光器中,所述光源通过具有所述椭球形结构面的所述反射式耦合面重新分配后,发光方向发生改变。
本发明提供的反射式聚光器中,所述反射式耦合面上设有花纹。
本发明提供的反射式聚光器中,所述全反射耦合面为台阶状结构面。
本发明提供的反射式聚光器中,所述全反射耦合面为具有五阶的台阶状结构面。
相对于现有技术,本发明所述的反射式聚光器具有以下优势:
本发明提供的反射式聚光器中,包括:反射式耦合面,入射耦合面,以及全反射耦合面;光源的能量通过反射式耦合面重新分配后,并依次经过入射耦合面和全反射耦合面的共同作用,形成平行光发射。由此分析可知,本发明提供的反射式聚光器,能够通过反射式耦合面更改光线的传播路径,从而增加能满足全反射要求的光线数,并能够通过反射式耦合面对光的能量进行重新分配,从而优化点灯效果。
本发明还提供一种车灯,包括:光源,以及如上述任一项所述的反射式聚光器。
本发明提供的车灯中,所述光源为点光源。
本发明提供的车灯中,所述点光源为LED光源。
本发明再提供一种汽车,包括:如上述任一项所述的反射式聚光器;或,如上述任一项所述的车灯。
所述车灯及所述汽车与上述反射式聚光器相对于现有技术所具有的优势相同,在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中提供的反射式聚光器的光路示意图;
图2为现有技术中提供的反射式聚光器的结构示意图;
图3为本发明实施例提供的一种反射式聚光器的结构示意图;
图4为本发明实施例提供的另一种反射式聚光器的结构示意图。
图中:1-光源;
1.1-入射角度小于全反射角,不能发生全反射的光线;1.2-发生全反射的光线;2.1-反射式聚光器入射面:耦合面1;2.2-反射式聚光器的全反射面:耦合面2;
01-反射式耦合面;02-入射耦合面;03-全反射耦合面。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电气连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图3为本发明实施例提供的一种反射式聚光器的结构示意图。
如图3所示,本发明实施例提供一种反射式聚光器,包括:反射式耦合面01,入射耦合面02,以及全反射耦合面03;光源1的能量通过反射式耦合面01重新分配后,并依次经过入射耦合面02和全反射耦合面03的共同作用,形成平行光发射。
相对于现有技术,本发明实施例所述的反射式聚光器具有以下优势:
本发明实施例提供的反射式聚光器中,如图3所示,包括:反射式耦合面01,入射耦合面02,以及全反射耦合面03;光源1的能量通过反射式耦合面01重新分配后,并依次经过入射耦合面02和全反射耦合面03的共同作用,形成平行光发射。由此分析可知,本发明实施例提供的反射式聚光器,能够通过反射式耦合面01更改光线的传播路径,从而增加能满足全反射要求的光线数,并能够通过反射式耦合面01对光的能量进行重新分配,从而优化点灯效果。
实际应用时,本发明实施例提供的反射式聚光器中,如图3所示,上述反射式耦合面01为椭球形结构面。椭球焦点上的光线经椭球反射后,会经过椭球的另一个焦点,从而具有椭球形结构面的反射式耦合面01能够把以正发光方向为中心的发散光,更改为均满足全反射的发光方向。
其中,本发明实施例提供的反射式聚光器中,如图3所示,上述光源1通过具有椭球形结构面的反射式耦合面01重新分配后,发光方向能够发生改变,从而能够有效提高反射式聚光器的效率,并优化反射式聚光器的点灯效果。
具体地,本发明实施例提供的反射式聚光器中,上述反射式耦合面01上可以设有花纹,从而通过该花纹能够进一步优化能量分布,进而实现点灯优化的目的。
当然,考虑加工成本等因素,本发明实施例提供的反射式聚光器中,上述反射式耦合面01上也可以不设有花纹。
此处需要补充说明的是,点光源发出的光线经过水平入射面,折射光线的偏折角度逐渐减小,折射光线的虚焦点不再是一个点,为精确准直光线,需要对反射式聚光器的反射面进行分段设计。
图4为本发明实施例提供的另一种反射式聚光器的结构示意图。
进一步地,本发明实施例提供的反射式聚光器中,如图4所示,上述全反射耦合面03可以为台阶状结构面,从而能够通过该台阶状结构面以有效增加垂直照射长度;也即在分段设计的过程中可以通过设置具有台阶状结构面的全发射耦合面03延长反射式聚光器在垂直方向(Z轴)的长度。
当然,考虑加工成本等因素,本发明实施例提供的反射式聚光器中,上述全反射耦合面03也可以不设有台阶状结构面。
更进一步地,实际生产制造时,本发明实施例提供的反射式聚光器中,如图4所示,上述全反射耦合面03可以为具有五阶的台阶状结构面。
当然,本发明实施例提供的反射式聚光器中,上述全反射耦合面03的具体阶数不限于五阶,可以为1阶-N阶中的任意一阶。
本发明实施例还提供一种车灯,如图3和图4所示,包括:光源1,以及如上述任一项所述的反射式聚光器。
其中,本发明实施例提供的车灯中,上述光源1可以为点光源。
具体地,本发明实施例提供的车灯中,上述点光源可以为LED光源。
进一步地,本发明实施例提供的车灯中,如图3所示,上述反射式聚光器可以包括:具有椭球形结构面的反射式耦合面01,入射耦合面02,以及全反射耦合面03;光源1通过具有椭球形结构面的反射式耦合面01重新分配后,发光方向发生改变,并依次经过入射耦合面02和全反射耦合面03的共同作用,形成平行光发射,从而能够有效提高反射式聚光器的效率,并优化反射式聚光器的点灯效果。
更进一步地,本发明实施例提供的车灯中,如图4所示,上述反射式聚光器可以包括:具有椭球形结构面的反射式耦合面01,入射耦合面02,以及具有台阶状结构面的全反射耦合面03;光源1通过具有椭球形结构面的反射式耦合面01重新分配后,发光方向发生改变,并依次经过入射耦合面02和具有台阶状结构面的全反射耦合面03的共同作用,形成平行光发射,从而能够有效提高反射式聚光器的效率,并优化反射式聚光器的点灯效果;同时,通过设置具有台阶状结构面的全发射耦合面03能够有效延长反射式聚光器在垂直方向(Z轴)的长度。
优选地,上述反射式耦合面01上可以设有花纹,从而通过该花纹能够进一步优化能量分布,进而实现点灯优化的目的。
本发明实施例再提供一种汽车,包括:如上述任一项所述的反射式聚光器;或,如上述任一项所述的车灯。
本发明实施例提供的反射式聚光器、车灯及汽车,能够通过反射式耦合面01更改光线的传播路径,从而增加能满足全反射要求的光线数,并能够通过反射式耦合面01对光的能量进行重新分配,从而优化点灯效果。
此处需要补充说明的是:
现有技术中的反射式聚光器在使用过程中,存在两个问题:
第一:靠近LED光源的耦合全反射面上能量过于强大,如图2所示,在H1的纵向长度上分布了LED光源小角度内的能量,从而导致使被全反射的单位长度上能量很强,严重影响了点灯的均匀性(因此,一般我们只使用LED光源垂直照射单边的能量);
第二:靠近LED光源的反射面,由于入射角角度小,不能满足全反射的条件,因此导致反射式聚光器通常只能使用LED光源发散光单边的能量。
现有技术中的反射式聚光器能够使用的能量:
其中,n:LED光源能量常量系数。
本发明实施例提供的反射式聚光器、车灯及汽车中,通过增设反射式耦合面,从而能够收集到LED光源(-θ,θ)内的光线,进而反射式耦合面的反射率可以为85%。
本发明实施例提供的反射式聚光器能够有效使用的能量:
从理论上讲,本发明实施例提供的反射式聚光器的能量使用量与现有技术中反射式聚光器的能量使用量的比值:
η=Φ2/Φ1=1.7
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种反射式聚光器,其特征在于,包括:反射式耦合面,入射耦合面,以及全反射耦合面;
光源的能量通过所述反射式耦合面重新分配后,并依次经过所述入射耦合面和所述全反射耦合面的共同作用,形成平行光发射;
所述反射式耦合面为椭球形结构面,所述椭球形结构面的椭球焦点上的光源的光线经所述椭球形结构面反射后经过所述椭球形结构面的另一个椭球焦点,使得光源发射的光线的发光方向均更改为满足全反射并朝向所述入射耦合面入射;
所述光源发射的光线经过所述入射耦合面时,所述入射耦合面对所述光线进行折射,所述光线的偏折角度沿着由远离所述光源向靠近所述光源的方向逐渐减小,以使折射后的所述光线的虚焦点为准直光线;
所述全反射耦合面为台阶状结构面,通过设置具有台阶状结构面的全发射耦合面延长反射式聚光器在垂直方向(Z轴)的长度。
2.根据权利要求1所述的反射式聚光器,其特征在于,所述光源通过具有所述椭球形结构面的所述反射式耦合面重新分配后,发光方向发生改变。
3.根据权利要求1或2所述的反射式聚光器,其特征在于,所述反射式耦合面上设有花纹。
4.根据权利要求1所述的反射式聚光器,其特征在于,所述全反射耦合面为具有五阶的台阶状结构面。
5.一种车灯,其特征在于,包括:光源,以及如上述权利要求1-4中任一项所述的反射式聚光器。
6.根据权利要求5所述的车灯,其特征在于,所述光源为点光源。
7.根据权利要求6所述的车灯,其特征在于,所述点光源为LED光源。
8.一种汽车,其特征在于,包括:如上述权利要求1-4中任一项所述的反射式聚光器;
或,如上述权利要求5-7中任一项所述的车灯。
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