CN107795952B - 实现自适应远光功能的矩阵式聚光透镜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种实现自适应远光功能的矩阵式聚光透镜，包括光线入射端、顶端和矩阵式聚光透镜，光线入射端和顶端设置在矩阵式聚光透镜前端，光线入射端包括LED光源、入射光学面和背壁光学面，顶端为侧壁光学面，光线入射端和顶端，由至少3个独立的腔体组成，每个腔体的形状为厚壁透明的片状结构，片状结构的表面由入射光学面、背壁光学面和侧壁光学面组成，LED光源设置在腔体前部，矩阵式聚光透镜前端设置有连续光滑平整的出射光学面，矩阵式聚光透镜前方设置有投射凸透镜。该透镜结构材料先进，体积小，重量轻，形成不同模式的视场暗区，有效避免对来车司机造成炫目，从而保证和提高驾驶的安全性，减少安全事故的发生。
Description
技术领域
本发明涉及汽车车灯照明领域，尤其涉及一种实现自适应远光功能的矩阵式聚光透镜。
背景技术
不论在哪个国家的汽车前照灯法规里，对于远光具有明确的法规值规定。远光法规值的设定可以让驾驶员在夜间或者高速驾驶时可以更清楚全面观察前方或者周围的道路使用情况。但是近年来，也时常发生由于远光强光照射对面司机和行人的眼睛，从而造成悲惨的交通安全的事故，故通过设计可以根据实际驾驶情况来变化照度分布的远光系统变得迫在眉睫，行业内称之为自适应远光,即ADB远光。
目前市场上存在几大类型的ADB远光设计系统，原始的一种是在光学挡板上添加机械式的铁片，从而将远光切割成部分远光，这样的设计结合随动转向（AFS）功能，即可在对面来车时调节汽车左右侧车灯的旋转角度，在对面来车的空间区域形成一个暗区，从而避免强光照射来车司机的眼睛。另一种实现ADB远光的方法是将远光照射视场分割的更细化，同时在光学实现原理上既可通过反射原理也可通过投射原理来工作。
然而如上所述的目前的原始的ADB远光设计系统，其光从亮到暗或从暗到亮的变化的均匀性太尖锐，即光的亮度不是缓缓的变化而是较为突然的一个变化。同时光的亮度、照度及光学效果不是很好，光利用率较低。同时如上所述的目前的ADB远光设计系统大多使用反射碗式，即使结合模组来实现ADB功能，往往也只有一个或两个腔，无法实现多腔体，即无法精细化，光学均匀性、亮度、照度等光学效果都不是很好，光利用率也较低。
然而夜间驾驶，特别是夜间高速驾驶，驾驶者易形成驾驶的疲劳感，对交通安全的敏感度也会降低，作为汽车的眼睛的车灯，扮演着越来越重要的角色，因此对光变化的均匀性、亮度、照度等光学效果和光利用率也提出了更高的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现自适应远光功能的矩阵式聚光透镜，通过将矩阵式聚光透镜设计成多个腔体进而实现自适应远光的功能，使其拥有良好的光学均匀性、亮度、照度等光学效果，同时也拥有较高的光利用率。
本发明提供一种实现自适应远光功能的矩阵式聚光透镜，包括光线入射端、顶端和矩阵式聚光透镜，所述光线入射端和顶端设置在矩阵式聚光透镜前端，所述光线入射端包括LED 光源、入射光学面和背壁光学面，所述顶端为侧壁光学面，所述光线入射端和顶端，由至少3个独立的腔体组成，每个所述腔体的形状为厚壁透明的片状结构，所述片状结构的表面由入射光学面、背壁光学面和侧壁光学面组成，所述LED 光源设置在腔体前部，所述矩阵式聚光透镜前端设置有连续光滑平整的出射光学面，所述矩阵式聚光透镜前方设置有投射凸透镜。
进一步改进在于：所述出射光学面为至少2个光滑且平整的曲面通过曲率连接形成一个连续光滑且平整的曲面，所述腔体在出射光学面前端结合，共同输出光线，且腔体的中间两个腔体的片状结构在光线的出射端共用一个光学出射面区域，即腔体在所述光线的出射端表现为腔体总数减一的腔体。
进一步改进在于：所述腔体的数量为8或13个，所述出射端的数量比腔体的数量少1个。
进一步改进在于：所述LED光源的数量为8或13个。
进一步改进在于：所述投射凸透镜的材料为玻璃或塑料。
进一步改进在于：所述矩阵式聚光透镜材料为聚均苯四甲酰亚胺或硅基材料。
进一步改进在于：所述入射光学面、背壁光学面、侧壁光学面和出射光学面上设置有皮纹结构。
进一步改进在于：所述皮纹结构为雪花状的磨砂皮纹。
进一步改进特征在于：相邻的所述腔体结构之间的倒圆角精度控制0.15mm。
进一步改进在于：所述入射光学面和出射光学面为折射光学面，所述背壁光学面和侧壁光学面为全反射光学面。
所述矩阵式聚光透镜对多颗独立分布的LED 光源进行分别聚光，包含多个腔体，每一腔体对应一颗LED光源，相邻腔体结构之间的倒圆角精度控制在0.15mm， 整体结构尺寸小，聚均苯四甲酰亚胺（即PMMI）的材料，重量轻，实现先进的车灯光学功能。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：透镜分布成7个或12个腔体，每个腔体对应一颗LED芯片光源；基于电子控制系统，当熄灭部分LED光源后，相应腔体不再输出光，对应的远光视场将会形成暗区，左右侧车灯熄灭的LED 位置不一样，这样形成暗区的范围大小也可以根据来车的距离变化。
以12个腔体的聚光透镜结构为例，将+/-25°水平范围内的远光分割成12个独立的部分，且每个部分对应的LED可以单独控制亮灭。当汽车在高速行驶的道路上，车载红外识别器发现对面车辆在200米处时，将会熄灭左灯中间一颗LED，右灯中间2颗LED，在远光视场形成一个0.7°范围的暗区，基本将直射对面司机眼睛的光线关闭掉。
本发明的有益效果：有效防止强光炫目的危险，当与聚甲基丙烯酸甲酯（即PMMA）材料的投射透镜配合工作，可明显改善自适应远光的光场均匀性；左右侧的结构是镜像对称的，可更好的根据实际交通法则来进行自适应远光的控制。当利用柔韧性更好的硅基材料作为聚光透镜的材料，可以更加细化分割远光，形成24或者36甚至84个画素分布，可提高自适应远光的均匀性。
附图说明
图1是本发明的腔体结构爆炸图。
图2是本发明的矩阵式聚光透镜的结构示意图。
图3是本发明的前照灯远近光模块剖视图。
其中：1-LED 光源，2-入射光学面，3-背壁光学面，4-出射光学面，5-侧壁光学面，6-矩阵式聚光透镜，7-投射凸透镜。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
如图1-3所示，本实施例提供一种实现自适应远光功能的矩阵式聚光透镜，利用矩阵式聚光透镜6（如图3所示）对13颗独立分布的LED 光源1进行聚光。该矩阵式聚光透镜6呈厚壁、片状分布，矩阵式聚光透镜6后端包括光线入射端和顶端，其中，光线入射端包括LED光源1、入射光学面2、背壁光学面3，顶端即侧壁光学面5（如图2所示），前端为连续光滑平整的出射光学面4，光由后端向前端传输。所述后端，即光线入射端和顶端，由13个独立的腔体组成，每个腔体的形状为厚壁透明的片状结构。所述片状结构的表面包括入射光学面2，背壁光学面3，侧壁光学面5。所述LED光源1的数量为13个，与所述13个独立的腔体一一对应。所述入射光学面2，为光学折射面，每个所述入射光学面2与每个所述LED光源1的芯片发光面对齐，以此实现最大效率的折射所述LED光源1发出光束。所述背壁光学面3，为全反射光学面，90%以上的光束经底部的入射光学面2后，入射到所述背壁光学面3后被全部反射至出射光学面4，该背壁光学面3与底部的入射光学面2的轴线方向的夹角根据拔模角度大小设计。所述侧壁光学面5，为全反射光学面，所述LED光源1的大角度发出的光束将由背壁光学面3反射后会再入射到侧壁光学面5，再由出射光学面4出射。所述出射光学面4，为光学折射面，光线入射到所述出射光学面4后会随着入射角的大小不同而发生不同程度的折射，90%以上光束经由背壁光学面3全反射后垂直入射到出射光学面4后垂直出射，部分大角度光束由侧壁光学面5反射后再入射到出射光学面4并且大角度出射。
所述出射光学面4是连续光滑且平整的曲面，具有连续曲率，具体来说所述出射光学面4可以看成为12个光滑且平整的曲面通过曲率连接形成一个连续光滑且平整的曲面。该曲面顶部的边界形状依据明暗截止线的形状设计。所述后端的13个独立腔体在所述前端结合，共同输出光线，且所述后端的13个腔体的中间两个腔体的片状结构在光线的出射端共用一个光学出射面区域，即所述后端的13个入射腔体，在所述光线的出射端表现为12个腔体，相邻腔体结构之间的倒圆角精度控制在0.15mm，有效的增强了中间腔体照明区域的亮度，有利于远光照明。
利用所述矩阵式聚光透镜可以将远光的照射视场区域分割成12个独立部分，从行车方向的视角观察，分割后的各个视场区域在边界位置有2°的位置重叠，以保证视场发生亮暗变化时整个远光视场区域的光学均匀性，不会出现过于尖锐的视场边界。
所述矩阵式聚光透镜选择聚均苯四甲酰亚胺（即PMMI），聚甲基丙烯酸甲酯（即PMMA）及聚碳酸酯（即PC）材料，这些材料具有非常好的光线透过率，且耐高温，重量轻。
所述入射光学面2、所述背壁光学面3、所述侧壁光学面5和所述出射光学面4添加的皮纹，其形状可以是雪花状的磨砂皮纹。
如图3所示示出一种实现自适应远光的椭球投射单元，其中包含所述LED光源1，所述矩阵式聚光透镜6，上边缘做成明暗截止线形状的金属挡板和凸透镜7，其中。所述凸透镜材料为玻璃。
Claims (9)
1.一种实现自适应远光功能的矩阵式聚光透镜，其特征在于：包括光线入射端、顶端和矩阵式聚光透镜(6)，所述光线入射端和顶端设置在矩阵式聚光透镜(6)前端，所述光线入射端包括LED光源(1)、入射光学面(2)和背壁光学面(3)，所述顶端为侧壁光学面(5)，所述光线入射端和顶端，由至少3个独立的腔体组成，每个所述腔体的形状为厚壁透明的片状结构，所述片状结构的表面由入射光学面(2)、背壁光学面(3)和侧壁光学面(5)组成，所述LED光源(1)设置在腔体前部，所述矩阵式聚光透镜(6)前端设置有连续光滑平整的出射光学面(4)，所述矩阵式聚光透镜(6)前方设置有投射凸透镜(7)；
所述出射光学面(4)为至少2个光滑且平整的曲面通过曲率连接形成一个连续光滑且平整的曲面，所述腔体在出射光学面(4)前端结合，共同输出光线，且腔体的中间两个腔体的片状结构在光线的出射端共用一个光学出射面区域，即腔体在所述光线的出射端表现为腔体总数减一的腔体；
每个腔体对应一颗LED芯片光源，背壁光学面(3)为全反射光学面，90％以上的光束经底部的入射光学面(2)后，入射到所述背壁光学面(3)后被全部反射至出射光学面4，侧壁光学面(5)为全反射光学面，所述LED光源(1)的大角度发出的光束将由背壁光学面(3)反射后会再入射到侧壁光学面(5)，再由出射光学面4出射；出射光学面(4)，为光学折射面，90％以上光束经由背壁光学面(3)全反射后垂直入射到出射光学面(4)后垂直出射，部分大角度光束由侧壁光学面(5)反射后再入射到出射光学面(4)并且大角度出射。
2.如权利要求1所述的实现自适应远光功能的矩阵式聚光透镜，其特征在于：所述腔体的数量为8或13个，所述出射端的数量比腔体的数量少1个。
3.如权利要求1所述的实现自适应远光功能的矩阵式聚光透镜，其特征在于：所述LED光源(1)的数量为8或13个。
4.如权利要求1所述的实现自适应远光功能的矩阵式聚光透镜，其特征在于：所述投射凸透镜(7)的材料为玻璃或塑料。
5.如权利要求1所述的实现自适应远光功能的矩阵式聚光透镜，其特征在于：所述矩阵式聚光透镜(6)材料为聚均苯四甲酰亚胺或硅基材料。
6.如权利要求1所述的实现自适应远光功能的矩阵式聚光透镜，其特征在于：所述入射光学面(2)、背壁光学面(3)、侧壁光学面(5)和出射光学面(4)上设置有皮纹结构。
7.如权利要求6所述的实现自适应远光功能的矩阵式聚光透镜，其特征在于：所述皮纹结构为雪花状的磨砂皮纹。
8.如权利要求1所述的实现自适应远光功能的矩阵式聚光透镜，其特征在于：相邻的所述腔体结构之间的倒圆角精度控制0.15mm。
9.如权利要求1所述的实现自适应远光功能的矩阵式聚光透镜，其特征在于：所述入射光学面(2)和出射光学面(4)为折射光学面，所述背壁光学面(3)和侧壁光学面(5)为全反射光学面。
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