CN110425491A - 一种具有光幕效果的光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有光幕效果的光学系统，包括安装在PCB板上的LED光源、入射透镜、光幕透镜、前出光面透镜、光幕微花纹和后部反射镜，所述形成光幕效果的透镜包括设置于PCB板上的LED光源，所述LED放置于渐变厚度透镜的侧面，并且在透镜表面均匀或者渐变的密布着锥形颗粒。通过使用普通LED、表面具有颗粒的透镜，通过使进入透镜的光线遇到锥形颗粒发生全反射，来实现透镜正面均匀被点亮。能够通过选择不同LED型号、改变透镜表面颗粒形状及大小、及通过与散射性材料搭配的设计来实现多种汽车尾灯功能，并且达到很好的点亮外观效果，极大的丰富车灯的造型需求。

Description

一种具有光幕效果的光学系统
技术领域
本发明涉及汽车照明领域，尤其涉及一种具有光幕效果的光学系统。
背景技术
随着汽车车灯技术发展的日新月异，在需要设计出来的车灯能严格地满足法规要求外，整车客户对车灯的外观要求特别是点亮效果越来越重视，从某种程度上来说，一个漂亮的车灯外观能迅速提升一辆车的视觉感受。在现在的市场上，大部分车灯为了提升点亮视觉效果都会用到光导之类的来实现良好的均匀性，但大部分光导所能实现的均匀性都是窄条形；同时随着车身空间的要求越来越高，对车灯要求纵向深度越来越小。在现阶段车灯设计中，受限于OLED光源的高昂成本以及稳定性差等原因，面光源发光的系统还未得到广泛应用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供了一种具有光幕效果的光学系统，在配合透镜、锥形颗粒，从而在点亮之后形成光幕，产生大面积被均匀点亮的效果，使用LED光源放置于透镜的表面并充分耦合，通过在透镜表面布满锥形颗粒阵列，将接触到的光学均匀的向四周通过全反射原理向四周发散。
本发明提供一种具有光幕效果的光学系统，包括安装在PCB板上的LED光源、入射透镜、光幕透镜、前出光面透镜、光幕微花纹和后部反射镜，所述LED光源设置在入射透镜旁，所述光幕透镜设置在入射透镜的另一侧，所述前出光面透镜和后部反射镜设置在光幕透镜的前后两侧，所述光幕透镜上设置有光幕微花纹，所述LED光源准确安装在入射透镜的侧面，并且和入射透镜表面完好的耦合，使LED光源发射出的光线进入光幕透镜，当光线进入光幕透镜后，第一部分往下方向出射的光线传播到光幕透镜上凸起的光幕微花纹，基于全反射原理，当入射角大于光幕透镜临界角时，入射光在光幕微花纹表面形成全反射，形成出射光线，之后穿过前出光面透镜形成均匀发光效果；另一部分往上方向出射的光线传播到光幕透镜的上表面形成全反射后，继续在光幕透镜内传播，当到达光幕透镜的凸起的光幕微花纹后形成第二次全反射，之后出射至前出光面透镜。
进一步改进在于：所述入射透镜表面通过添加花纹或者皮纹，将LED光源出射光在耦合处扩散，从而在实现入光处均匀发光要求下更短的耦合距离要求。
进一步改进在于：所述光幕微花纹的形状为45度斜角对称的圆锥形或为楔形，或为半球形，或者可以根据出射光的方向定义某一斜角的不对称圆锥形。
进一步改进在于：所述前出光面透镜的材料可以为具有某一颜色，如红色或者黄色等。在实际车灯应用中，通过和特定波长的LED搭配使用，使最终的出射光色坐标落在法规要求的特定颜色范围内，从而实现车灯某一功能静态和点亮状态多种颜色视觉效果。
进一步改进在于：所述前出光面透镜的材料为纯透明或者带有散射效果的材料，在两种情况下分别实现透明带颗粒状的点亮以及朦胧的点亮效果。
进一步改进在于：所述光幕透镜在任意位置的曲率必须4~5倍的入射断面厚度值T，保证光线一直保证在光幕透镜中形成不断全反射并能传播到尾部，光幕透镜的厚度从入射端部至尾部逐渐递减，以保证尾部的光线全反射效率和前部尽量保持一致。
进一步改进在于：所述后部反射镜，光幕透镜及前出光面透镜相互之间通过胶水实现在边界贴合。
LED光源可以是不同功率LED，在配合不同材料的PCB实现良好散热情况下，输出不同光通量实现不同发光强度的点亮要求。
为了保证很好的均匀性，如射LED光源间的间距d宜保持在6~10mm。
所述光学系统中的光幕微花纹的尺寸，间距可以根据不同的点亮要求调节。当减少光幕微花纹的间距时，形成如上述高密度微花纹效果;当增大光幕微花纹的间距时，形成如低密度微花纹效果，同时为了保证在一定长度范围内的光幕能从起始段至末端的均匀性一致，在设计中光幕微花纹的尺寸D应设计成由大到小即由疏至密。
所述光学系统中的前出光面透镜可以为多种颜色以实现不同点亮效果要求。同时，根据实际需求，前出光面透镜的材料可以为纯透明或者带有散射效果的材料，在两种情况下分别实现透明带颗粒状的点亮以及朦胧的点亮效果。
为了实现整体的从入射端部至尾部的均匀点亮效果，所述光学系统中的光幕透镜在任意位置的曲率必须4~5倍的入射断面厚度值T，此要求是保证光线能一直保证在光幕透镜中形成不断全反射并能传播到尾部。同时，光幕透镜的厚度从入射端部至尾部逐渐递减，以保证尾部的光线全反射效率和前部尽量保持一致。
本发明的有益效果是：具有光幕效果的光学系统通过使用普通LED光源、PCB板、加有密集锥形颗粒的透镜，通过对LED及透镜位置的合理放置及锥形颗粒的完美设计布局，使一块普通的透镜能完整充分的被点亮，从而形成大面积光幕的视觉效果。
在入射透镜和LED光源的接触区域设置一个耦合面，使LED光源发出来的上下方向的光线也能被耦合进透镜。为了增加LED光源间光线的耦合效果，入射透镜的端面可以加粗糙皮纹增加耦合光线的扩散，或增加扩散光学花纹。
选择合适的透镜材料，让进入透镜的光学能在内部充分全反射，使光线能和各个锥形颗粒充分接触。透镜的材料宜选择透过率高的聚甲基丙烯酸甲酯等，有益于减少光线在光幕透镜中传输的衰减同时较小的折射率也有利于光线在接触到光幕微花纹产生全反射。
通过减少锥形颗粒的尺寸，增大锥形颗粒分布的密度，使光线能充分被全反射到透镜的正前方，达到均匀性效果。更高密度的花纹更能消除点亮效果的颗粒感，从而实现更好的均匀面发光效果。
通过定义出前出光表面透镜的不通材料类型，可以进一步丰富点亮的最终呈现效果。当前出光面透镜为透明材质时，光线出射保持原路径，点亮效果在近距离观测时带有颗粒感，当为散射性材质时，光线在表面进行散射，点亮效果在近距离观测时为模糊状效果。
附图说明
图1为本发明实现点亮光幕效果的光学系统结构图。
图2为本发明光学系统LED及光学花纹排布图。
图3为不通密度等级的微花纹排布的光幕系统。
图4光线在光幕系统中的全反射路线示意图。
图5为单个微花纹全反射示意图。
图6为光幕透镜模具及实际零件。
图7为出射透镜为透明透镜光线路径。
图8为出射透镜为散射材料透镜光线路径。
图9为出射透镜为透明透镜的点亮效果。
图10为出射透镜为散射材料透镜的点亮效果。
其中：1-PCB板，2-LED光源，3-入射透镜，4-光幕透镜，5-前出光面透镜，6-光线，7-光幕微花纹，8-后部反射镜。
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做进一步详述，本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所示，本实施例提供了一种具有光幕效果的光学系统，包括安装在PCB板1上的LED光源2、入射透镜3、光幕透镜4、前出光面透镜5、光幕微花纹7和后部反射镜8，所述LED光源2设置在入射透镜3旁，所述光幕透镜4设置在入射透镜3的另一侧，所述前出光面透镜5和后部反射镜8设置在光幕透镜4的前后两侧，所述光幕透镜4上设置有光幕微花纹7，所述LED光源2准确安装在入射透镜3的侧面，并且和入射透镜3表面完好的耦合，使LED光源2发射出的光线进入光幕透镜4，当光线进入光幕透镜4后，第一部分往下方向出射的光线传播到光幕透镜4上凸起的光幕微花纹7，基于全反射原理，当入射角大于光幕透镜4临界角时，入射光在光幕微花纹7表面形成全反射，形成出射光线6，之后穿过前出光面透镜5形成均匀发光效果；另一部分往上方向出射的光线传播到光幕透镜4的上表面形成全反射后，继续在光幕透镜4内传播，当到达光幕透镜4的凸起的光幕微花纹7后形成第二次全反射，之后出射至前出光面透镜5。
所述入射透镜3表面通过添加花纹，将LED光源2出射光在耦合处扩散，从而在实现入光处均匀发光要求下更短的耦合距离要求。
所述光幕微花纹7的形状为45度斜角对称的圆锥形。
所述前出光面透镜5的材料为纯透明的材料，实现透明带颗粒状的点亮以及朦胧的点亮效果。
所述光幕透镜4在任意位置的曲率必须4~5倍的入射断面厚度值T，保证光线6一直保证在光幕透镜4中形成不断全反射并能传播到尾部，光幕透镜4的厚度从入射端部至尾部逐渐递减，以保证尾部的光线全反射效率和前部尽量保持一致。
所述后部反射镜8，光幕透镜4及前出光面透镜5相互之间通过胶水实现在边界贴合。
如图2所示，LED光源2间距d可以根据PCB板1的散热及光线入射至光幕透镜的耦合距离不同而不同。
如图3所示，描述了光幕微花纹7高密度与低密度排布时所产生的不通点亮效果。通过图示，当微花纹7的排布密度越高时，表面形成的点亮亮度越亮同时越均匀。但是受限于当前的模具加工水平，微花纹之间的间距宜高于0.1mm。
如图4与图5所示，描述了光线在光幕微花纹7处形成全反射的光线路径图。光线既可以在光幕微花纹7处形成之间全反射，也可以先在光幕透镜的地面形成第一次全反射，之后再在光幕微花纹7处形成第二次全反射直至最终出射。
如图6所示，描述了光幕透镜4模具以及实物的静态效果。
如图7、图8、图9及图10所示，描述了光幕透镜系统中的前出光面透镜4为透明的聚甲基丙烯酸甲酯材料。如图7中特别描述了当光线从光幕透镜出射后，在穿过前出光面透镜4时，当前出光面透镜4为散射材料时，特定方向的出射光线在散射透镜内部形成多个方向的散射，最终形成如图9中描述的模糊均匀的点亮效果；而当前出光面透镜4为透明的聚甲基丙烯酸甲酯材料时，光线出射后保持方向不变，形成如图10中描述的呈微小点状的均匀点亮效果。
图8为添加了散射粒子的乳白色散射透镜。

Claims (6)

1.一种具有光幕效果的光学系统，包括安装在PCB板（1）上的LED光源（2）、入射透镜（3）、光幕透镜（4）、前出光面透镜（5）、光幕微花纹（7）和后部反射镜（8），其特征在于，所述LED光源（2）设置在入射透镜（3）旁，所述光幕透镜（4）设置在入射透镜（3）的另一侧，所述前出光面透镜（5）和后部反射镜（8）设置在光幕透镜（4）的前后两侧，所述光幕透镜（4）上设置有光幕微花纹（7），所述LED光源（2）准确安装在入射透镜（3）的侧面，并且和入射透镜（3）表面完好的耦合，使LED光源（2）发射出的光线进入光幕透镜（4），当光线进入光幕透镜（4）后，第一部分往下方向出射的光线传播到光幕透镜（4）上凸起的光幕微花纹（7），基于全反射原理，当入射角大于光幕透镜（4）临界角时，入射光在光幕微花纹（7）表面形成全反射，形成出射光线（6），之后穿过前出光面透镜（5）形成均匀发光效果；另一部分往上方向出射的光线传播到光幕透镜（4）的上表面形成全反射后，继续在光幕透镜（4）内传播，当到达光幕透镜（4）的凸起的光幕微花纹（7）后形成第二次全反射，之后出射至前出光面透镜（5）。
2.如权利要求1所述的一种具有光幕效果的光学系统，其特征在于：所述入射透镜（3）表面通过添加花纹或者皮纹，将LED光源(2)出射光在耦合处扩散，从而在实现入光处均匀发光要求下更短的耦合距离要求，为了保证很好的均匀性，入射LED光源(2)间的间距d宜保持在6~10mm。
3.如权利要求1所述的一种具有光幕效果的光学系统，其特征在于：所述光幕微花纹（7）的形状为45度斜角对称的圆锥形或为楔形，或为半球形。
4.如权利要求1所述的一种具有光幕效果的光学系统，其特征在于：所述前出光面透镜（5）的材料为纯透明或者带有散射效果的材料，在两种情况下分别实现透明带颗粒状的点亮以及朦胧的点亮效果。
5.如权利要求1所述的一种具有光幕效果的光学系统，其特征在于：所述光幕透镜（4）在任意位置的曲率必须4~5倍的入射断面厚度值T，保证光线（6）一直保证在光幕透镜（4）中形成不断全反射并能传播到尾部，光幕透镜（4）的厚度从入射端部至尾部逐渐递减，以保证尾部的光线全反射效率和前部尽量保持一致。
6.如权利要求1所述的一种具有光幕效果的光学系统，其特征在于：所述后部反射镜（8），光幕透镜（4）及前出光面透镜（5）相互之间通过胶水实现在边界贴合。
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