CN109058921A - 一种用于汽车动态信号灯的光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于汽车动态信号灯的光学系统，光学系统包括LED光源一、LED光源二、LED光源三、LED光源四、光导一、光导二、光导三和光导四，光导一、光导二和光导三位于光导四后方，且光导一、光导二和光导三顺次排列。光导四内表面有光学花纹，光导一外表面、光导二外表面和光导三外表面有光学花纹，光导四内表面的光学花纹分别与光导一外表面、光导二外表面、光导三外表面的光学花纹相啮合。光学系统从LED光源一、LED光源二、LED光源三和LED光源四发出的光，经过位于光导四后面的三个光导，即光导一、光导二和光导三依次点亮，最后前端光导四点亮，从而形成连续均匀的动态发光效果的光学系统。

Description

一种用于汽车动态信号灯的光学系统
技术领域
本发明涉及汽车信号灯领域，尤其涉及一种汽车动态信号灯光学系统。
背景技术
科技发展的日新月异，汽车车灯技术也在不断的发展。车灯作为车辆外形造型的重要配件，在整车造型中扮演越来越重要的角色。消费者和整车客户对于车灯也提出了前所未有的更高要求，不仅要求满足法规要求，同时要求更有科技感，以满足人们对于审美和更高科技的渴求。对于信号灯目前很多客户都希望能够有动态点亮的效果，且具有更好的均匀性。
目前市场上实现动态点亮信号灯的光学系统大多是由厚壁件来实现的，可是厚壁件由于其结构上由单独一个结构阵列构成的，因此在衔接区域加工倒角的要求，因此可能会导致无法如光学设计的结果理想。在实际点亮的时候可能会看到，厚壁件结构对应每一个结构阵列存在亮斑。在实现动态点亮的时候均匀性有缺陷。
发明内容
为克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种利用前方光导和配置于其后面的数个光导相配合的光学系统来实现汽车动态信号灯的光学系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：包括LED 光源一、LED 光源二、LED 光源三、LED 光源四、光导一、光导二、光导三和光导四。其中，所述光导一、所述光导二和所述光导三位于所述光导四后方，所述LED光源一放置于所述光导一的入光端的焦点位置，所述LED光源二放置于所述光导二的入光端的焦点位置，所述LED光源三放置于所述光导三的入光端的焦点位置，所述LED光源一放置于所述光导四的入光端的焦点位置。
所述光导四包括光导四内表面和光导四外表面，所述光导一包括光导一内表面和光导一外表面；所述光导二包括光导二内表面和光导二外表面；所述光导三包括光导三内表面和光导三外表面，其中，所述光导四外表面无光学花纹，所述光导四内表面有光学花纹；所述光导一外表面、所述光导二外表面和所述光导三外表面有光学花纹，所述光导一内表面、所述光导二内表面和所述光导三内表面无光学花纹。
所述光导一外表面的光学花纹和所述光导四内表面的光学花纹相啮合；所述光导二外表面的光学花纹和所述光导四内表面的光学花纹相啮合；所述光导三外表面的光学花纹和所述光导四内表面的光学花纹相啮合，以上所述的所有光学花纹需要按照实际的设计需求进行设计。
光学系统分为四个区域，分别为区域I、区域II、区域III和区域IV，点亮所述LED光源一，所述LED光源一的光线入射到光导一内后进行全反射，当遇到光导一外表面的光学花纹后，更改光线折射角度，光线从光导一外表面出射，由于光导一外表面的光学花纹和光导四内表面的光学花纹相啮合，出射光线经过有光学花纹的光导四内表面入射到光导四，光线最后经过光导四外表面出射，所述LED光源一的点亮实现了点亮整个光学系统的区域I；保持LED光源一的点亮，此时点亮所述LED光源二，所述LED光源二的光线入射到光导二内后进行全反射，当遇到光导二外表面的光学花纹后，更改光线折射角度，光线从光导二外表面出射，由于光导二外表面的光学花纹和光导四内表面的光学花纹相啮合，出射光线经过有光学花纹的光导四内表面入射到光导四，光线最后经过光导四外表面出射，所述LED光源二的点亮实现了点亮整个光学系统的区域II，此时区域I仍然保持点亮，实现整个光学系统的区域I与区域II处于点亮状态；保持LED光源一和LED光源二的点亮，此时点亮所述LED光源三，所述LED光源三的光线入射到光导三内后进行全反射，当遇到光导三外表面的光学花纹后，更改光线折射角度，光线从光导三外表面出射，由于光导三外表面的光学花纹和光导四内表面的光学花纹相啮合，出射光线经过有光学花纹的光导四内表面入射到光导四，光线最后经过光导四外表面出射，所述LED光源三的点亮实现了点亮整个光学系统的区域III，此时区域I和区域II仍然保持点亮，实现整个光学系统的区域I、区域II和区域III处于点亮状态；保持LED光源一、LED光源二和LED光源三点亮，此时点亮LED光源四，所述LED光源四的光线入射到光导四内后进行全反射，当遇到光导四内表面光学花纹后，更改光线折射角度，光线经过光导四外表面出射。此时区域I、区域II和区域III仍然保持点亮，所述LED光源四的点亮实现了点亮整个光学系统的区域I、区域II、区域III和区域IV。实现本发明所述的整个光学系统的动态点亮。
所述LED 光源一、所述LED 光源二，所述LED 光源三和所述LED 光源四的LED数量均为至少1个。
所述光导四的截面形状可依不同需求采用不同截面形状，可以为圆形，也可以为方形，或者其他具体设计中采用的形状；所述光导一、光导二、光导三的截面形状可依不同需求采用不同截面形状，可以为方形，也可以为圆形，或者其他具体设计中采用的形状。
所述光导一、光导二、光导三、光导四所用材料可以为聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯。
所述LED 光源一、所述LED 光源二，所述LED 光源三和所述LED 光源四可根据不同设计需求和功能要求采用不同颜色，可以都采用黄色实现转向功能、或者都采用红色实现尾灯的位置灯功能或者都采用白色实现日间行车灯功能，也可以都采用彩色LED光源实现迎宾灯功能，具体需根据法规进行相关选择和设计。布置于所述光导四（8）后的光导数量为至少一个，并且不局限于3个。
所述LED 光源一、所述LED 光源二，所述LED 光源三和所述LED 光源四的光源系统可以包括多个颜色的LED光源，其光学系统可以同时实现多个信号灯功能。例如同一光源区域添加黄色LED光源和白色LED光源实现转向和日间行车灯两个功能，通过控制电流大小，白色能同时实现位置灯和日间行车灯，此种情况下，同一区域的黄色和白色LED光源能够同时实现转向、日间行车灯和位置灯三个功能。
本发明的有益效果是：通过使用普通的LED光源系统和光导系统，其中光导系统包括位于整个系统前方的光导和配置于其后方的数个光导，通过对前方的光导和配置于其后方的数个光导的合理放置，及对前方的光导的内表面和对配置于所述前方光导的后面的数个光导的外表面的光学结构设计，使前方的光导和配置于其后方的数个光导很好的配合，完成整个光学系统的动态点亮，从而达到均匀高效的功能。
位于整个光学系统的前方的光导四保证了这个系统的均匀性，配置于光导四后方的数个光导由于位于后方并且当逐个点亮时保证了动态点亮效果，前方的光导四和配置于光导四后方的数个光导的合作使得整个系统的效率及点亮效果得到保证。
所述光学系统也可以在前方光导即光导四，和配置于其后的光导，即光导一、光导二和光导三的光源端增加其它颜色的LED光源。通过添加其它颜色的LED 光源或者通过改变实现日间行车灯的LED的点亮强度等，实现迎宾灯功能。当系统接收到迎宾指令时，瞬间依次点亮光学系统，发出欢迎信号，起到人车交流的作用。
附图说明
图1为本发明的第一实施例的用于汽车动态信号灯的光学系统示意图；
图2为本发明的第一实施例的用于汽车动态信号灯的光学系统的正向功能区域分布示意图；
图3为本发明的第一实施例的用于汽车动态信号灯的光学系统的光导四与光导一的光路截面示意图
图4为本发明的第一实施例的用于汽车动态信号灯的光学系统的光导四与光导二的光路截面示意图
图5为本发明的第一实施例的用于汽车动态信号灯的光学系统的光导四与光导三的光路截面示意图
其中，1：LED 光源一； 2：LED 光源二； 3：LED 光源三； 4：LED 光源四； 5：光导一； 6：光导二； 7：光导三； 8：光导四； 5-1：光导一外表面； 5-2：光导一内表面； 6-1：光导二外表面； 6-2：光导二内表面； 7-1：光导三外表面； 7-2：光导三内表面； 8-1：光导四外表面；8-2：光导四内表面。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明公开一种实现动态点亮的汽车信号灯的光学系统。该光学系统包括LED 光源一1、LED 光源二2、LED 光源三3、LED 光源四4、光导一5、光导二6、光导三7和光导四8。光导一5、光导二6和光导三7位于光导四8后方, 且光导一（5）、光导二（6）和光导三（7）顺次排列。即本实施例中位于光导四后的光导数量为三个。本实施例的LED 光源一1、LED 光源二2、LED 光源三3和LED 光源四4的光源颜色全部为黄色。LED 光源一1、LED 光源二2、LED 光源三3和LED 光源四4的LED数量均为1个。
如图4所示，光导四8包括光导四内表面8-2和光导四外表面8-1，光导一5包括光导一内表面5-2和光导一外表面5-1；光导二6包括光导二内表面6-2和光导二外表面6-1；光导三7包括光导三内表面7-2和光导三外表面7-1。其中，光导四外表面8-1无光学花纹，光导四内表面8-2有光学花纹；光导一外表面5-1、光导二外表面6-1和光导三外表面7-1有光学花纹，光导一内表面5-2、光导二内表面6-2和光导三内表面7-2无光学花纹。所述光导一外表面5-1的光学花纹和所述光导四内表面8-2的光学花纹相啮合；所述光导二外表面6-1的光学花纹和所述光导四内表面8-2的光学花纹相啮合；所述光导三外表面7-1的光学花纹和所述光导四内表面8-2的光学花纹相啮合。
如图1和图3所示，所述LED光源一1放置于光导一5入光端的焦点位置，点亮LED光源一1，所述LED光源一1的光线入射到光导一5内后进行全反射，即光线由透镜进入空气时，入射角大于临界角时，光线会发生全反射，改变光线传播方向，朝光导前表面出射。其中临界角为arcsin(n2/n1), n2为光导的折射率，n1为空气的折射率。因此当光线在光导一5内传播，遇到光导一外表面5-1的光学花纹后，所述光导一外表面5-1的光学花纹更改光线折射角度，折射角度小于全反射角度，光线从光导一外表面5-1出射，由于光导一外表面5-1的光学花纹和光导四内表面8-2的光学花纹相啮合，出射光线经过有光学花纹的光导四内表面8-2入射到光导四8，光线最后经过光导四外表面8-1出射，所述LED光源一1的点亮实现了点亮整个光学系统的区域I，如图2所示。
如图1和图4所示，保持LED光源一1点亮，即如图2的区域I保持点亮，此时点亮LED光源二2，所述LED光源二2放置在光导二6的入光端的焦点位置，所述LED光源二2的光线入射到光导二6内后进行全反射，当遇到光导二外表面6-1的光学花纹后，光学花纹更改光线折射角度，折射角度小于全反射角度，光线从光导二外表面6-1出射，由于光导二外表面6-1的光学花纹和光导四内表面8-2的光学花纹相啮合，出射光线经过有光学花纹的光导四内表面8-2入射到光导四8，光线最后经过光导四外表面8-1出射，所述LED光源二2的点亮实现了点亮整个光学系统的区域II，如图2所示，此时区域I仍然保持点亮，实现整个光学系统的区域I与区域II处于点亮状态。
如图1和图5所示，保持LED光源一1和LED光源二2点亮，此时点亮LED光源三3，所述LED光源三3放置在光导三7的入光端的焦点位置，所述LED光源三3的光线入射到光导三7内后进行全反射，当遇到光导三外表面7-1的光学花纹后，光学花纹更改光线折射角度，折射角度小于全反射角度，光线从光导三外表面7-1出射，由于光导三外表面7-1的光学花纹和光导四内表面8-2的光学花纹相啮合，出射光线经过有光学花纹的光导四内表面8-2入射到光导四8，光线最后经过光导四外表面8-1出射，所述LED光源三3的点亮实现了点亮整个光学系统的区域III，如图2所示，此时区域I和区域II仍然保持点亮，实现整个光学系统的区域I、区域II和区域III处于点亮状态。
保持LED光源一1，LED光源二2和LED光源三3点亮，此时点亮LED光源四4。所述LED光源四4放置于光导四8的入光端的焦点位置，所述LED光源四4的光线入射到光导四8内后进行全反射，当遇到光导四内表面8-2光学花纹后，光学花纹更改光线折射角度，折射角度小于全反射角度，光线经过光导四外表面8-1出射。此时区域I、区域II和区域III仍然保持点亮，所述LED光源四4的点亮实现了点亮整个光学系统的区域I、区域II、区域III和区域IV。
以上所述的依次点亮LED光源一1、LED光源二2、LED光源三3和LED光源四4，实现了如图2所示的从区域I点亮；到区域II点亮，同时保持区域I点亮；再到区域III点亮，此时保持区域I和区域II的点亮；再到最后的区域I、区域II、区域III和区域IV的点亮，实现本发明所述的整个光学系统的动态点亮。
所述光导一5、光导二6和光导三7的截面形状在本实施例中为方形。所述光导四8的截面形状在本实施例中为圆形。
所述光导一5、光导二6、光导三7和光导四8所用的材料为聚碳酸酯。

Claims (10)

1.一种用于汽车动态信号灯的光学系统，其特征在于，包括LED 光源一（1）、LED 光源二（2）、LED 光源三（3）、LED 光源四（4）、光导一（5）、光导二（6）、光导三（7）和光导四（8），其中，所述光导一（5）、所述光导二（6）和所述光导三（7）位于所述光导四（8）后方，且光导一（5）、光导二（6）和光导三（7）顺次排列，所述LED光源一（1）放置于所述光导一（5）的入光端的焦点位置，所述LED光源二（2）放置于所述光导二（6）的入光端的焦点位置，所述LED光源三（3）放置于所述光导三（7）的入光端的焦点位置，所述LED光源一（4）放置于所述光导四（8）的入光端的焦点位置。
2.根据权利要求1所述的一种用于汽车动态信号灯的光学系统，其特征在于，所述光导四（8）包括光导四内表面（8-2）和光导四外表面（8-1），所述光导一（5）包括光导一内表面（5-2）和光导一外表面（5-1）；所述光导二（6）包括光导二内表面（6-2）和光导二外表面（6-1）；所述光导三（7）包括光导三内表面（7-2）和光导三外表面（7-1），其中，所述光导四外表面（8-1）无光学花纹，所述光导四内表面（8-2）有光学花纹；所述光导一外表面（5-1）、所述光导二外表面（6-1）和所述光导三外表面（7-1）有光学花纹，所述光导一内表面（5-2）、所述光导二内表面（6-2）和所述光导三内表面（7-2）无光学花纹。
3.根据权利要求2所述的一种用于汽车动态信号灯的光学系统，其特征在于，所述光导一外表面（5-1）的光学花纹和所述光导四内表面（8-2）的光学花纹相啮合；所述光导二外表面（6-1）的光学花纹和所述光导四内表面（8-2）的光学花纹相啮合；所述光导三外表面（7-1）的光学花纹和所述光导四内表面（8-2）的光学花纹相啮合。
4.根据权利要求3所述的一种用于汽车动态信号灯的光学系统，其特征在于，光学系统分为四个区域，分别为区域I、区域II、区域III和区域IV，点亮所述LED光源一（1），所述LED光源一（1）的光线入射到光导一（5）内后进行全反射，当遇到光导一外表面（5-1）的光学花纹后，更改光线折射角度，光线从光导一外表面（5-1）出射，由于光导一外表面（5-1）的光学花纹和光导四内表面（8-2）的光学花纹相啮合，出射光线经过有光学花纹的光导四内表面（8-2）入射到光导四（8），光线最后经过光导四外表面（8-1）出射，所述LED光源一（1）的点亮实现了点亮整个光学系统的区域I；保持LED光源一（1）的点亮，此时点亮所述LED光源二（2），所述LED光源二（2）的光线入射到光导二（6）内后进行全反射，当遇到光导二外表面（6-1）的光学花纹后，更改光线折射角度，光线从光导二外表面（6-1）出射，由于光导二外表面（6-1）的光学花纹和光导四内表面（8-2）的光学花纹相啮合，出射光线经过有光学花纹的光导四内表面（8-2）入射到光导四（8），光线最后经过光导四外表面（8-1）出射，所述LED光源二（2）的点亮实现了点亮整个光学系统的区域II，此时区域I仍然保持点亮，实现整个光学系统的区域I与区域II处于点亮状态；保持LED光源一（1）和LED光源二（2）的点亮，此时点亮所述LED光源三（3），所述LED光源三（3）的光线入射到光导三（7）内后进行全反射，当遇到光导三外表面（7-1）的光学花纹后，更改光线折射角度，光线从光导三外表面（7-1）出射，由于光导三外表面（7-1）的光学花纹和光导四内表面（8-2）的光学花纹相啮合，出射光线经过有光学花纹的光导四内表面（8-2）入射到光导四（8），光线最后经过光导四外表面（8-1）出射，所述LED光源三（3）的点亮实现了点亮整个光学系统的区域III，此时区域I和区域II仍然保持点亮，实现整个光学系统的区域I、区域II和区域III处于点亮状态；保持LED光源一（1）、LED光源二（2）和LED光源三（3）点亮，此时点亮LED光源四（4），所述LED光源四（4）的光线入射到光导四（8）内后进行全反射，当遇到光导四内表面（8-2）光学花纹后，更改光线折射角度，光线经过光导四外表面（8-1）出射；此时区域I、区域II和区域III仍然保持点亮，所述LED光源四（4）的点亮实现了点亮整个光学系统的区域I、区域II、区域III和区域IV，实现本发明所述的整个光学系统的动态点亮。
5. 根据权利要求1所述的一种用于汽车动态信号灯的光学系统，其特征在于，所述LED光源一（1）、LED 光源二（2）、LED 光源三（3）和LED 光源四（4）的LED数量均为至少1个。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的一种用于汽车动态信号灯的光学系统，其特征在于，所述光导四（8）的截面形状为圆形或方形或者其他具体设计中采用的形状；所述光导一（5）、光导二（6）、光导三（7）的截面形状为方形或圆形，或者其他具体设计中采用的形状。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的一种用于汽车动态信号灯的光学系统，其特征在于，所述光导一（5）、光导二（6）、光导三（7）、光导四（8）所用材料可以为聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯。
8. 根据权利要求1或4所述的一种用于汽车动态信号灯的光学系统，其特征在于，所述LED 光源一（1）、LED 光源二（2）、LED 光源三（3）和LED 光源四（4）的颜色采用黄色、红色或者白色，并且对于同一光学功能系统，LED 光源一（1）、所述LED 光源二（2），所述LED 光源三（3）和所述LED 光源四（4）的颜色相同。
9.根据权利要求1所述的一种用于汽车动态信号灯的光学系统，其特征在于，布置于光导四（8）后的光导数量为至少一个，并且不局限于3个。
10. 根据权利要求1所述的一种用于汽车动态信号灯的光学系统，其特征在于，所述LED 光源一（1）、LED 光源二（2）、LED 光源三（3）和LED 光源四（4）的光源系统包括多个颜色的LED光源，其光学系统同时实现多个信号灯功能。
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