CN110173661B - 能控制光线分布的信号灯花纹、汽车信号灯及汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明属于车灯领域，公开了一种能控制光线分布的信号灯花纹、汽车信号灯及汽车，该信号灯花纹包括呈二维阵列分布的多个鱼眼单元；各所述鱼眼单元包括四条边线及由所述四条边线围合成的透光曲面，各所述边线为光滑样条曲线；所述透光曲面适于将平行入射光偏折到至少一个角度扩散区间内，且偏折后的光线在所述角度扩散区间内均匀分布。本发明可以自由控制折射后光线的扩散角度，不会导致光型偏移；能够精确控制光线能量分布，丰富配光手段，提高设计水平。

Description

能控制光线分布的信号灯花纹、汽车信号灯及汽车
技术领域
本发明涉及机动车车灯技术领域，具体地涉及一种能控制光线分布的信号灯花纹、汽车信号灯及汽车。
背景技术
目前车灯设计中，为了获得均匀的点灯效果，反射腔体或配光镜上一般都会添加上鱼眼或横、竖条状的规则花纹，用于扩散光线。传统的花纹往往只能对光线实现粗略的方向控制，很难实现光线分布的自由控制，如图1所示。对于一些造型比较倾斜的灯体，目前的鱼眼会导致光型偏移。若花纹曲面完全使用自由曲面设计，工作量是非常惊人的，设计周期长，研发难度大，同时这样的曲面非常难以加工。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前传统花纹只能对光线实现粗略的方向控制，很难实现光线分布自由控制的技术问题，提供一种能控制光线分布的信号灯花纹、信号灯及包含该信号灯的汽车，以使信号灯花纹可以自由控制折射后光线的扩散角度。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种能控制光线分布的信号灯花纹，包括呈二维阵列分布的多个鱼眼单元；各所述鱼眼单元包括四条边线及由所述四条边线围合成的透光曲面，各所述边线为光滑样条曲线；所述透光曲面适于将平行入射光偏折到至少一个角度扩散区间内，且偏折后的光线在所述角度扩散区间内均匀分布。
进一步地，所述光滑样条曲线根据光线折射原理，经迭代计算拟合而得。
进一步地，所述角度扩散区间的上限为180°。
进一步地，各所述边线长度为0.1-10mm。
进一步地，所述角度扩散区间具有多个，各所述扩散角度扩散区间无缝衔接。
第二方面，本发明提供一种汽车信号灯，所述汽车信号灯的前部包括第一方面所述的任一种能控制光线分布的信号灯花纹，后部包括用于生成平行光的结构。
第三方面，本发明提供一种汽车，包括第二方面所述的汽车信号灯。
通过以上技术方案，本发明的四边形鱼眼状信号灯花纹可以自由控制折射后光线的扩散角度，不会导致光型偏移；能够精确控制光线能量分布，丰富配光手段，提高设计水平。同时，可减少内配翻面量(翻面指单独调整整个花纹面中的部分面片)，满足客户对点灯效果的需求，提升花纹的设计速度。本发明提出了一种全新的光学花纹设计方法，通过控制花纹的四条边线，实现了对光线的扩展控制，光能量可以自由分布，生成的曲面完整度较好，利于加工。同时，由于只需要控制四条边线，将曲面问题简化成曲线问题，降低了问题的难度，大大提高了设计效率。
附图说明
图1是现有技术中四边形鱼眼花纹的光路图。
图2是本发明信号灯花纹一个实施例的结构示意图，其中(a)为立体结构示意图，(b)为前视图，(c)为截面图。
图3是本发明信号灯花纹一个实施例中单个花纹单元的立体结构示意图。
图4是本发明信号灯花纹一个实施例的光路图，其中(a)为水平平行光入射信号灯花纹后均匀扩散至60°的角度扩散区间，(b)为花纹面的光能量模拟图。
图5是本发明信号灯花纹一个实施例的光路图，为倾斜平行光入射信号灯花纹后均匀扩散至60°的角度扩散区间。
图6是本发明信号灯花纹一个实施例的光路图，其中(a)为水平平行光入射信号灯花纹后均匀等分至5°、40°和10°三个角度扩散区间，(b)为花纹面的光能量模拟图。
图7是本发明信号灯花纹一个实施例的光路图，倾斜平行光入射信号灯花纹后均匀等分至5°、40°和10°三个角度扩散区间。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图2和3所示，本发明的能控制光线分布的信号灯花纹的一个实施例，包括呈二维阵列分布的多个鱼眼单元；各鱼眼单元包括四条边线及由四条边线围合成的透光曲面，各边线为光滑样条曲线；透光曲面适于将平行入射光偏折到至少一个角度扩散区间内，且偏折后的光线在角度扩散区间内均匀分布，这样使发光效果均匀，亮度统一，没有明显的明暗交错，人眼看到比较舒服柔和。
在本发明的能控制光线分布的信号灯花纹的一个实施例中，每个花纹单元的每条边线整体为一条光滑的样条曲线，样条曲线根据光线折射原理，经迭代计算拟合而得，每个花纹单元的透光曲面由四条样条曲线首尾相接围合而成，该透光曲面能将平行入射光偏折到一个60°的角度扩散区间内，且偏折后的光线在60°的角度扩散区间范围内均匀分布，如图4(a)所示，水平平行光入射信号灯花纹后均匀扩散至60°的角度扩散区间，即在60°的角度扩散区间内，光线是均匀分布的，比如有10根能量一致的光线，那么在每6°间隔中出现一根光线，且两根相邻光线夹角为6°，即光线为均匀扩散的。60°只是为了方便说明所取的一个假定值，该值由用户输入，具体的角度范围由花纹的材质确定，以不发生全反射为前提。如图4(b)所示，为该花纹面的能量模拟图，每一段区域内的颜色是一致的，即在一个角度扩散区间内均匀扩散。如图5所示，与光轴X成一定的角度的倾斜平行光入射信号灯花纹后也均匀扩散至60°的角度扩散区间。有时候入射光线是按某个角度照射过来的，无法保证其垂直于入射面，即只要入射光是平行光，不管其相对于透光曲面的入射角的大小，均能使折射后的光线在60°的角度扩散区间内均匀扩散或分布，这样使发光效果均匀，亮度统一，没有明显的明暗交错，人眼看到比较舒服柔和。
在本发明的能控制光线分布的信号灯花纹的一个实施例中，各边线长度为0.1-10mm，具体长度根据实际的造型需要由用户确定。
在本发明的能控制光线分布的信号灯花纹的一个实施例中，每个花纹单元的每条边线是一条光滑的样条曲线，样条曲线的走势根据光线折射原理，经迭代计算拟合而得。由这样的四条边线围合而成的透光曲面能将平行入射光偏折到三个角度扩散区间内，且该三个角度扩散区间之间无缝衔接。如图6(a)所示，三个角度扩散区间依次为5°、40°和10°，根据光线折射原理及迭代算法，每个角度扩散区间对应光滑样条曲线的一部分。角度扩散区间在图6(a)中，共分三段进行了光线控制：
40°段：光线扩散方向相对于光轴X的夹角为[-20°，20°]；
10°段：光线扩散方向相对于光轴X夹角为[-30°，-20°]；
5°段：光线扩散方向相对于光轴X夹角为[20°，25°]。
等分指的是光线能量等分，由于每根光线的能量基本一致，即在40°段、10°段和5°段这三段中，出现的光线数量是一致的。如图6(a)中示意的每段中都有4根光线，通过能量图6(b)也能说明这一点。通过对入射光的入射范围控制，比如在透光曲面长度方向60mm内有一组入射平行光，那么让每20mm区域内的光线分别集中照射到扩散角40°段、10°段和5°段。当然，实际使用时不限于三个扩散角，可以更多。如图7所示，与光轴X成一定的角度的倾斜平行光入射透光曲面后也均匀扩散至5°、40°和10°三个角度扩散区间。有时候入射光线是按某个角度照射过来的，无法保证其垂直于入射面，即只要入射光是平行光，不管其相对于透光曲面的入射角的大小，均能使折射后的光线在5°、40°和10°三个角度扩散区间内分别均匀扩散或分布。
通过以上技术方案，本发明的能控制光线分布的信号灯花纹实施例中的四边形鱼眼状信号灯花纹可以自由控制折射后光线的扩散角度，不会导致光型偏移；能够精确控制光线能量分布，丰富配光手段，提高设计水平。同时减少内配翻面，满足客户对点灯效果的需求，提升花纹的设计速度。本发明提出了一种全新的光学花纹设计方法，通过控制花纹的四条边线，实现了对光线的扩展控制，光能量可以自由分布，生成的曲面完整度较好，利于加工。同时，由于只需要控制四条边线，将曲面问题简化成曲线问题，降低了问题的难度，大大提高了设计效率。
在本发明汽车信号灯的一个实施例中，汽车信号灯的前部包括上述能控制光线分布的信号灯花纹，后部包括用于生成平行光的结构，以便于使入射至信号灯花纹或透光曲面的光线为平行光。本发明汽车信号灯的实施例具有上述能控制光线分布的信号灯花纹实施例的所有技术效果，在此不再赘述。
在本发明汽车的一个实施例中，包括上述汽车信号灯。本发明汽车的实施例具有上述能控制光线分布的信号灯花纹实施例的所有技术效果，在此不再赘述。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种能控制光线分布的信号灯的设计方法，其特征在于，所述信号灯的前部包括能控制光线分布的信号灯花纹，所述信号灯的后部包括用于生成平行光的结构；所述信号灯花纹包括呈二维阵列分布的多个鱼眼单元；各所述鱼眼单元包括四条边线及由所述四条边线围合成的透光曲面，各所述边线为光滑样条曲线；通过控制花纹的所述四条边线，进行所述鱼眼单元设计，实现对光线的扩展控制，将曲面问题转换成曲线问题，所述光滑样条曲线根据光线折射原理，经迭代计算拟合而得，所述透光曲面适于将平行入射光偏折到至少一个角度扩散区间内，且偏折后的光线在所述角度扩散区间内均匀分布。
2.根据权利要求1所述的能控制光线分布的信号灯的设计方法，其特征在于，所述角度扩散区间的上限为180°。
3.根据权利要求1所述的能控制光线分布的信号灯的设计方法，其特征在于，各所述边线长度为0.1-10mm。
4.根据权利要求1所述的能控制光线分布的信号灯的设计方法，其特征在于，所述角度扩散区间具有多个，各所述扩散角度扩散区间无缝衔接。
5.一种汽车，其特征在于，包括根据权利要求1-4中任一项所述的汽车信号灯的设计方法。
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