CN109307230A - 一种同一区域实现两种功能的汽车车灯 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及使用一种集准直、全反射和扩散于一体的光学厚壁透镜组合的光学系统，在同一点亮区域实现两种功能的汽车车灯的光学系统。所述光学厚壁透镜的汽车车灯的光学系统包括放置于PCB板上的LED光源一,LED光源二,前透镜和后透镜，所述LED光源一和LED光源二均放置于对应光学面的焦点处。本发明通过使用普通LED光源、带有准直功能和扩散功能的透镜花纹，通过波前面切割的光学面使焦点处的LED光源一及LED光源二发出的光线全反射并准直进入透镜内传播，利用透镜背面花纹将光线全反射至透镜正面，利用透镜透光性实现光线在透镜间的传播，正面花纹将光线扩散至空间中，在同一区域实现两种功能，并且光效均匀高效。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于汽车车灯设计的光学系统，尤其涉及一种同一点亮区域实现两种功能的汽车车灯光学系统。
背景技术
随着汽车车灯技术发展的日新月异，在满足设计出的车灯能严格符合法规的前提下，整车客户对车灯的外观，整体的紧凑型及发光面积的大小也越来越重视。目前的汽车车灯除了以普通灯泡作为光源外，越来越多的灯选择用LED作为光源。选用LED作为光源来对透镜进行设计，可以实现多种造型，且对空间的利用也有更大的选择余地。通过全反射内透镜的引用，再配合LED光源的选用，能造成视觉上的冲击感及立体感，可以实现很多意想不到的效果。此外，通过透镜的设计组合配合LED光源的位置摆放，可以在有限的空间内更好的满足整车客户的要求。
现有的实现相同区域不同功能的光学系统中，通常使用同一光学系统搭配不同的LED光源。由于很多光学系统都是基于一个焦点来设计的，当两个LED光源共用一个光学系统时，往往两个LED处于焦点的左右两侧，即处于离焦状态，都不在焦点位置上，或一个LED处于焦点位置而另一个LED 远离焦点位置。而这种离焦状态会使得整个光学系统的点亮效果及效率都处于非理想状态。
鉴于上述问题，新的设计思路例如使用两种相对独立的光学系统组合实现共用相同区域来实现不同功能是解决如上所述问题和满足汽车整车厂要求的关键。
发明内容
为克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供一种利用两个光学厚壁透镜相配合的光学系统来实现同一区域不同功能的汽车车灯光学系统。
本发明利用一种集准直、全反射和扩散于一体的，两块光学厚壁透镜组合的光学系统在同一点亮区域实现两种不同功能的汽车车灯，通常需要选用普通的LED光源，再配合使用两块集准直、全反射和扩散于一体的光学厚壁透镜，从而实现均匀点亮效果和高效出光的功能。
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、PCB板、前透镜和后透镜，前透镜包含前透镜正面和前透镜背面，后透镜包含后透镜正面和后透镜背面，LED光源一和LED光源二安装于PCB板上，所述LED光源一安装在所述前透镜下方，所述前透镜背面由具有全反射及准直功能的波前面切割得到，所述LED光源一放置于前透镜对应光学面的焦点处，光线通过所述前透镜的下表面耦合进所述前透镜后，在所述前透镜背面发生全反射并准直，准直后的光线在所述前透镜内传播，通过所述前透镜正面的花纹发生扩散，入射至空间中，所述LED光源二安装在所述后透镜下方，所述后透镜背面由具有全反射及扩散功能的波前面切割得到，所述LED光源二放置于后透镜对应光学面的焦点处，光线通过所述后透镜的下表面耦合进所述后透镜后，在所述后透镜背面发生全反射，朝所述后透镜正面传播，所述后透镜正面由带有花纹扩散结构的波前面切割得到，光线经所述后透镜正面入射至空间中，再经由所述前透镜背面耦合进所述前透镜内，在所述前透镜内部传播后通过所述前透镜正面的花纹发生扩散，入射至空间中。
所述LED光源一和所述LED光源二的光源颜色可依不同功能要求采用不同LED类型。
所述LED光源一数量为至少1个，具体数量根据前透镜的设计及前透镜背面的光学面的数量来定，每个LED光源一位于前透镜的前透镜背面的每个对应的光学面的焦点处;所述LED光源二数量为至少1个，具体数量根据后透镜的设计及后透镜背面的光学面的数量来定，每个LED光源二位于后透镜的后透镜背面的每个对应的光学面的焦点处。
所述LED光源一和LED光源二共用PCB板，前透镜与后透镜配合使用，使PCB板与透镜整体所占空间减小。
所述前透镜所用材料为聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯，所述后透镜所用材料为聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯。
LED光源一和LED光源二发出的光线与透镜的耦合形式采用准直全反射进光方式实现进光，或采用菲涅尔结构实现进光，或采用聚光准直结构实现进光。
LED光源一发出的光线耦合进入前透镜后，在波前切割面上尽量高效地发生全反射，使更多的光线能朝前透镜正面方向进行传播。
对后透镜背面的全反射结构进行优化，使LED光源二发出的光线耦合进入后透镜后，在光学面发生全反射的同时能通过扩散花纹结构使光线分布更均匀，照射在后透镜正面的每个区域。
所述前透镜正面设有花纹，所述花纹可以为方块状，也可以为柱状，也可以为其他的按不同需求可变的花纹形状，花纹大小同样依不同需求可变，用以帮助光线的扩散，可使两种功能有更好的点亮效果。
所述后透镜背面设有花纹，所述后透镜背面的花纹可以为方块状，也可以为柱状，也可以为其他的按不同需求可变的花纹形状，花纹大小同样依不同需求可变。
所述后透镜正面设置有后透镜扩散花纹，所述后透镜扩散花纹可以为柱状，也可以为方块状，也可以为其他的按不同需求可变的花纹形状，花纹大小同样依不同需求可变，所述后透镜扩散花纹对光线有扩散作用，使得光线入射至空间中，再经由前透镜背面耦合进前透镜，再通过前透镜正面的花纹进一步扩散后均匀地分布在空间中。
本发明的有益效果是：通过使用普通LED光源一、LED光源二、PCB板、集准直、全反射和扩散于一体的透镜组合，所述透镜组合为前透镜和后透镜，通过对LED光源一和LED光源二及前透镜和后透镜的合理放置，及对前透镜背面和正面以及后透镜背面和正面的光学结构的设计，使前透镜和后透镜两块透镜能很好的配合，整体都能充分的被点亮，从而达到均匀高效的功能。
前透镜和后透镜两个透镜对应功能所使用的LED光源一和LED光源二均分布在对应的焦点处，使得两个功能的效率及点亮效果得到保证。
前透镜背面有全反射准直功能，使LED光源一发射出的光线能高效地耦合进前透镜内进行传播。
后透镜背面及后透镜正面都有扩散花纹结构，使从后透镜出射的光线均匀地分布在空间中，再进入前透镜，提升点亮效果的均匀性。
所述前透镜所用材料可为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯（PC），所述后透镜所用材料可为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯（PC），前透镜和后透镜的间隔较小，前透镜和后透镜均为透明材料，使得两个功能分别点亮时相互影响较小。
前透镜和后透镜两块透镜前后放置，两个功能的LED光源（即LED光源一和LED光源二）共用一块PCB板，整体光学系统所占空间较小。
附图说明
图1为本发明同一区域实现两种功能的汽车尾灯的结构示意图。
图2为本发明的光学系统的轴侧结构示意图。
图3为本发明的光学系统的LED光源一的光路截面示意图。
图4为本发明的光学系统的LED光源二的光路截面示意图。
图5为前透镜上面结构示意图。
图6为本发明前透镜正面结构示意图。
图7为本发明后透镜上面结构示意图。
图8为本发明后透镜正面上的后透镜扩散花纹的示意图。
图9为本发明菲涅尔进光结构示意图。
图10为本发明聚光准直进光结构示意图。
其中：1-LED光源一；2-LED光源二；3-PCB板；4-前透镜正面；5-前透镜背面；6-后透镜正面；7-后透镜背面；8-前透镜；9-后透镜；10-后透镜扩散花纹。
具体实施方式
实施例一
如图1所示，本发明公开了一种利用两块集全反射、准直及扩散于一体的光学厚壁件透镜组合实现同一区域实现两种功能的汽车车灯光学系统。
该系统包含了LED光源一1、LED光源二2、前透镜8和后透镜9，其中前透镜8包含前透镜正面4和前透镜背面5，后透镜9包含后透镜正面6和后透镜背面7。其中，本实施例中LED光源一1的光源颜色为黄光，LED光源二2的光源颜色为红光。LED光源一1数量为9个，每个LED光源一1位于前透镜8的前透镜背面5的每个对应的光学面的焦点处。LED光源二2数量为9个，每个LED光源二2位于后透镜9的后透镜背面7的每个对应的光学面的焦点处。
LED光源一1发出的光线，耦合进入前透镜8，在前透镜背面5利用全反射原理，即光线由透镜进入空气时，入射角度大于临界角时，光线发生全反射，改变光线传播方向，朝前透镜正面4方向继续传播，其中临界角为arcsin(n2/n1)，n2为透镜的折射率，n1为空气的折射率。同时，LED光源一1的发光角度为120°，对光源进行模拟，设其为球面波，计算出波前面切割得到前透镜背面5，使光线发生全反射同时，准直地朝前透镜正面4方向传播。光线经过前透镜正面4的花纹（本实施例为方块状花纹，如图5中所示的）扩散后，均匀分布至空间中。
LED光源二2发出的光线，耦合进入后透镜9，在后透镜背面7利用全反射原理，发生全反射且扩散后朝后透镜正面6方向传播，光线经由后透镜正面6的后透镜扩散花纹10(本实施例中为柱状，细节如图8所示)传播至空间后，耦合进前透镜8，在前透镜背面5发生全反射，改变光线传播方向，朝前透镜正面4方向继续传播，在前透镜正面4的花纹（本实施例为小方块状花纹，如图5中所示）进行进一步扩散后，均匀分布至空间中。后透镜背面7有花纹（本实施例为方块状扩散花纹），用以帮助光线的扩散，使出光效果更好更均匀。
所述前透镜8所用材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，所述后透镜9所用材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，以上所述材料的全反射临界角基本在40~50°之间，方便进行前透镜背面5和后透镜背面7这两个全反射光学面的设计。
如图2所示，本系统中的LED光源一1和LED光源二2共用一块PCB板3，PCB板3与两个透镜，即前透镜8和后透镜9，的放置所占空间较小，对于车灯内部空间要求较低，在车灯中有较大的应用价值。
其中，LED光源一1和LED光源二2发出的光线与透镜的耦合形式采用准直全反射近光方式实现进光。
实施例二
本实施例与实施例一的不同之处在于LED光源一1和LED光源二2发出的光线与透镜的耦合形式采用如图9所示的菲涅尔结构实现进光。其余具体内容与实施例一相同。
实施例三
本实施例与实施例一的不同之处在于LED光源一1和LED光源二2发出的光线与透镜的耦合形式采用如图10所示的聚光准直结构实现进光。其余具体内容与实施例一相同。
实施例四
本实施例与实施例一、实施例二、实施例三的不同之处在于所述前透镜8所用材料为聚碳酸酯(PC)，所述后透镜9所用材料为聚碳酸酯(PC)。其余具体内容与实施例一或实施例二或实施例三相同。
Claims (6)
1.一种同一点亮区域实现两种功能的汽车车灯光学系统，其特征在于，包括LED光源一（1）、LED光源二（2）、PCB板（3）、前透镜（8）和后透镜（9），前透镜（8）包含前透镜正面（4）和前透镜背面（5），后透镜（9）包含后透镜正面（6）和后透镜背面（7），LED光源一（1）和LED光源二（2）安装于PCB板（3）上，所述LED光源一（1）安装在所述前透镜（8）下方，所述前透镜背面（5）由具有全反射及准直功能的波前面切割得到，所述LED光源一（1）放置于前透镜（8）对应光学面的焦点处，光线通过所述前透镜（8）的下表面耦合进所述前透镜（8）后，在所述前透镜背面（5）发生全反射并准直，准直后的光线在所述前透镜（8）内传播，通过所述前透镜正面（4）的花纹发生扩散，入射至空间中，所述LED光源二（2）安装在所述后透镜（9）下方，所述后透镜背面（7）由具有全反射及扩散功能的波前面切割得到，所述LED光源二（2）放置于后透镜（9）对应光学面的焦点处，光线通过所述后透镜（9）的下表面耦合进所述后透镜（9）后，在所述后透镜背面（7）发生全反射，朝所述后透镜正面（6）传播，所述后透镜正面（6）由带有花纹扩散结构的波前面切割得到，光线经所述后透镜正面（6）入射至空间中，再经由所述前透镜背面（5）耦合进所述前透镜（8）内，在所述前透镜（8）内部传播后通过所述前透镜正面（4）的花纹发生扩散，入射至空间中。
2.根据权利要求1所述的一种同一点亮区域实现两种功能的汽车车灯光学系统，其特征在于，所述LED光源一（1）数量为至少1个，每个LED光源一(1)位于前透镜(8)的前透镜背面(5)的每个对应的光学面的焦点处;所述LED光源二(2)数量为至少1个，每个LED光源二(2)位于后透镜(9)的后透镜背面(7)的每个对应的光学面的焦点处。
3.根据权利要求1所述的一种同一点亮区域实现两种功能的汽车车灯光学系统，其特征在于，所述后透镜正面（6）设置有后透镜扩散花纹（10），所述后透镜扩散花纹（10）对光线有扩散作用，使得光线入射至空间中，再经由前透镜背面（5）耦合进前透镜（8），再通过前透镜正面（4）的花纹进一步扩散后均匀地分布在空间中。
4.根据权利要求1所述的一种同一点亮区域实现两种功能的汽车车灯光学系统，其特征在于，所述LED光源一（1）和LED光源二（2）共用PCB板（3），前透镜（8）与后透镜（9）配合使用，使PCB板（3）与透镜整体所占空间减小。
5.根据权利要求1所述的一种同一点亮区域实现两种功能的汽车车灯光学系统，其特征在于，所述前透镜（8）所用材料为聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯，所述后透镜（9）所用材料为聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯。
6.根据权利要求1所述的一种同一点亮区域实现两种功能的汽车车灯光学系统，其特征在于，LED光源一（1）和LED光源二（2）发出的光线与透镜的耦合形式采用准直全反射进光方式实现进光，或采用菲涅尔结构实现进光，或采用聚光准直结构实现进光。
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