CN110469819B - 一种用于车灯的透镜、设计方法及具有该透镜的车灯 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于车灯的透镜、设计方法及具有该透镜的车灯，所述透镜为双面凸透镜，包括设于所述透镜两侧的第一曲面和第二曲面，所述第一曲面的一侧设有光源，所述光源发出的光经所述第一曲面折射后入射至所述透镜内形成透镜内的光，所述第一曲面的曲率使得所述透镜内的光朝向所述光源所在一侧的延长线汇聚至一虚像点；所述第二曲面由一设于所述第一曲面另一侧的曲线以一纵轴线为轴旋转而成，所述纵轴线穿过所述虚像点并垂直于所述光源与所述虚像点的连线，所述曲线与所述纵轴线在同一平面内并朝向远离所述纵轴线的方向凸出，所述透镜内的光自所述第二曲面出射形成出射光。采用上述技术方案后，使透镜具有较高的光学效率；外形轻薄美观。

Description

一种用于车灯的透镜、设计方法及具有该透镜的车灯

技术领域

本发明涉及车辆照明领域，尤其涉及一种用于车灯的透镜、设计方法及具有该透镜的车灯。

背景技术

车灯在设计时往往会根据造型及光学性能的要求设计相应的光学结构，例如通过透镜对光源发出的光进行折射，以实现所需的光型。然而，随着人们对产品美观和供能需求的不断提高，厂商对造型及光学性能的要求也不断提高。例如对于前雾灯来说，某些地区的行业认证标准要求前雾灯须有锐利的明暗截止线，且单侧光型的宽度达到35度以上；某些厂商还要求前雾灯与角灯集成在一起，并且光型能使现无缝对接，这样的情况下光型宽度在单侧将达到60度以上。再例如对于近光灯来说，许多厂商也开始安装辅助近光灯来改善道路照明效果，突出的特点是光型尽量宽，一般要达到40度以上，且道路照明效果均匀。

传统的透镜解决方案已无法满足这些需求，因此需要设计一种新的用于车灯的透镜，能够实现相应的光学性能要求且美观。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种用于车灯的透镜、设计方法及具有该透镜的车灯，通过合理设计透镜的两个曲面，使得光源发出的光经过透镜后形成满足要求的光型。

本发明公开了一种用于车灯的透镜，所述透镜为双面凸透镜，包括设于所述透镜两侧的第一曲面和第二曲面，所述第一曲面的一侧设有光源，所述光源发出的光经所述第一曲面折射后入射至所述透镜内形成透镜内的光，所述第一曲面的曲率使得所述透镜内的光朝向所述光源所在一侧的延长线汇聚至一虚像点；所述第二曲面由一设于所述第一曲面另一侧的曲线以一纵轴线为轴旋转而成，所述纵轴线穿过所述虚像点并垂直于所述光源与所述虚像点的连线，所述曲线与所述纵轴线在同一平面内并朝向远离所述纵轴线的方向凸出，所述透镜内的光自所述第二曲面出射形成出射光。

优选地，所述光源设于所述透镜的主光轴上；所述第一曲面上下对称且左右对称，使得所述虚像点位于所述主光轴上；所述纵轴线垂直于所述主光轴。

优选地，所述曲线的曲率使得所述出射光相互平行，或所述曲线的曲率使得所述出射光的出射角度小于或等于所述曲线两端与所述虚像点的连线之间的夹角。

优选地，所述第一曲面上设有配光花纹。

本发明还公开了一种用于车灯的透镜的设计方法，所述透镜为双面凸透镜，所述设计方法包括以下步骤：

S101：在一三维坐标系的原点设一光源，在所述光源沿着所述三维坐标系的z轴的一侧设一虚像点；

S102：在所述光源沿着所述z轴的另一侧设一第一曲面，所述光源发出的光经所述第一曲面折射后入射至所述透镜内形成透镜内的光，设定所述第一曲面的曲率使得所述透镜内的光朝向所述光源所在一侧的延长线汇聚至所述虚像点；

S103：与一纵轴线在同一平面内并朝向远离所述纵轴线的方向凸出的曲线以所述纵轴线为轴旋转而成一第二曲面，所述纵轴线穿过所述虚像点并垂直于所述光源与所述虚像点的连线，所述透镜内的光自所述第二曲面出射形成出射光；

S104：所述第一曲面和第二曲面的端缘封闭形成一透镜。

优选地，步骤S101中，所述虚像点设于所述z轴上，所述z轴即所述透镜的主光轴；步骤S103中，所述纵轴线平行于所述三维坐标系的y轴。

优选地，步骤S103中，设定所述曲线的曲率使得所述出射光相互平行。

优选地，步骤S104中，采用非光学平面封闭所述第一曲面和第二曲面的端缘。

本发明还公开了一种车灯，包括上述的透镜及设于所述第一曲面一侧的光源。

优选地，所述车灯为前雾灯、近光灯、前雾灯与角灯的复合灯或信号灯功能中任一种，其中所述信号灯功能包括转向灯、日行灯、倒车灯、制动灯、高位制动灯、位置灯、后雾灯。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.具有较高的光学效率；

2.外形轻薄美观；

3.形成锐利的明暗截止线。

附图说明

图1为符合本发明一优选实施例中透镜的立体图；

图2为图1中透镜的纵截面图；

图3为符合本发明一优选实施例中用于车灯的透镜的设计方法的流程示意图。

附图标记：

1-光源、2-虚像点、3-第一曲面、4-第二曲面。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

参阅图1，为符合本发明一优选实施例中透镜的立体图。所述透镜为双面凸透镜。凸透镜是中央较厚，边缘较薄的透镜，有会聚光线的作用，双面凸透镜则指凸透镜的两个曲面均向外侧凸出的一种凸透镜。

所述透镜包括设于所述透镜两侧的第一曲面3和第二曲面4，所述第一曲面3接收一光源1发出的光，为所述透镜的入射面；所述第二曲面4为出射面。所述光源1设于所述第一曲面3的一侧，所述光源1可以是LED光源，由LED芯片构成。图1中还示出了三维坐标系，包括x轴、y轴及z轴，其中光源1位于三维坐标系的原点，在本发明其他实施例中，所述光源1也可以根据实际需要在前后左右上下方向有一定的偏移，偏移量不大于LED芯片尺寸的2倍。

参阅图2，为图1中透镜的纵截面图，即y轴与z轴组成的平面的图。图2中还示出了所述透镜的光路，水平向左的方向即为z轴方向，y轴方向为竖直向上的方向，x轴方向则垂直于屏幕平面。所述光源1发出的光经所述第一曲面3折射后入射至所述透镜内形成透镜内的光，所述第一曲面3的曲率使得所述透镜内的光朝向所述光源1所在一侧的延长线汇聚至一虚像点2。根据光的折射原理，入射介质(本实施例中为空气)和出射介质(本实施例中为透镜)的材料确定的情况下，光从入射介质入射至出射介质时的折射率是定值，只要调整入射角度就能获得所需的光学角度。对于所述第一曲面3而言，每一曲面微元上均有光入射，且由于光源1与透镜之间的相对位置固定，因此入射光的角度是确定的，只需调整曲面微元的角度就能使入射至所述透镜内的光的反向延长线汇聚至所述虚像点2；无数个曲面微元连续起来就构成了所述第一曲面3。所述虚像点2可位于所述z轴上，所述光源1位于所述第一曲面3与虚像点2之间。总之，所述第一曲面3使进入所述透镜的光均匀发散，呈完美的原点辐射状态。

所述第二曲面4由一设于所述第一曲面3另一侧的曲线以一纵轴线为轴旋转而成，即所述第二曲面4与光源1分别位于所述第一曲面3的两侧。所述纵轴线可以是穿过所述虚像点2且平行于y轴的轴线，称为y’轴，由于y轴垂直于z轴，而所述光源1与所述虚像点2均在z轴上，故所述纵轴线垂直于所述光源1与所述虚像点2的连线，这样可以使得所述光源1与所述虚像点2的连线成为所述透镜的主光轴，本实施例中所述透镜的主光轴与z轴重合。在光学领域中，所述主光轴为通过薄透镜两个球面球心的直线，平行于主光轴的平行光通过凸透镜后会聚于一点。所述曲线与所述y’轴位于同一平面内，围绕所述y’轴旋转从而“扫”出一个曲面，即为所述第二曲面4。所述曲线可以是一段弧线，朝向远离所述纵轴线的方向凸出，以使所述第二曲面4实现凸透镜的效果，所述透镜内的光自所述第二曲面4出射形成出射光。本发明其他实施方式中，所述光源1不一定设于所述透镜的主光轴上，相应地，所述虚像点2也会偏离所述主光轴，偏移量不大于LED芯片尺寸的2倍。所述曲线围绕所述纵轴线旋转的角度则影响了所述透镜的光型宽度，可根据实际需求设定该角度。所述光源1发出的光经过所述第一曲面3及第二曲面4两次折射，能够最大限度地将光源的光会聚为出射光，提升光学效率。所述透镜还可包括上下平面及左右平面，上述平面均不透光，可实现锐利的明暗截止线。

进一步地，所述光源1设于所述透镜的主光轴上，所述第一曲面3上下对称且左右对称。所述虚像点2也位于所述主光轴上，所述纵轴线垂直于所述主光轴。这种情况下所述第一曲面3上下左右方向对等地接收所述光源1发出的光，使所述透镜的光型也为对称结构。

作为所述透镜的进一步改进，所述曲线的曲率使得所述出射光相互平行，同样利用光的折射原理实现。由于所述第一曲面3的作用，所述透镜内的光的方向是确定的，所述曲线的位置确定后，所述曲线上每一曲线微元的收到的光的角度也确定了，调节所述曲线微元的角度就能使得出射光为所需的出射角度，例如所有的出射光相互平行，可平行于所述z轴，所有的曲线微元连续起来就形成了所述曲线。在本发明其他实施方式中，所述曲线的曲率还可以使得所述出射光的出射角度小于或等于所述曲线两端与所述虚像点的连线之间的夹角，这样可以使得出射光被约束在一定范围内，确保照射区域的光的强度足够大，满足车灯的设计要求。

进一步地，所述第一曲面3上设有配光花纹，所述配光花纹根据实际的需求而设，可以是条状，也可以是枕状。

参阅图3，为符合本发明一优选实施例中用于车灯的透镜的设计方法的流程示意图，所述透镜为双面凸透镜，所述设计方法包括以下步骤：

S101：在一三维坐标系的原点设一光源，在所述光源沿着所述三维坐标系的z轴的一侧设一虚像点。

在光学结构设计领域，须在一三维坐标系的基础上进行建模设计，本实施例中所述光源设于所述三维坐标系的原点上，另在z轴上设一虚像点。本发明其他实施例中，所述像点也可设于偏离z轴的位置。

S102：在所述光源沿着所述z轴的另一侧设一第一曲面，所述光源发出的光经所述第一曲面折射后入射至所述透镜内形成透镜内的光，设定所述第一曲面的曲率使得所述透镜内的光朝向所述光源所在一侧的延长线汇聚至所述虚像点。

本步骤设计了所述第一曲面，所述第一曲面与所述虚像点分别设于所述光源沿着z轴方向的两侧，所述第一曲面为所述透镜的入射面。本步骤的重点在于设定所述第一曲面的曲率使得所述透镜内的光朝向所述光源所在一侧的延长线汇聚至所述虚像点，这样使得所述透镜内的光就像是都从同一光源直射发出的一样，确保了所述透镜内的光均匀发散。

S103：与一纵轴线在同一平面内并朝向远离所述纵轴线的方向凸出的曲线以所述纵轴线为轴旋转而成一第二曲面，所述纵轴线穿过所述虚像点并垂直于所述光源与所述虚像点的连线，所述透镜内的光自所述第二曲面出射形成出射光。

本步骤设计所述第二曲面，所述第二曲面为所述透镜的出射面。所述第二曲面由一曲线围绕所述纵轴线旋转而成，所述纵轴线穿过所述虚像点并垂直于z轴，也就等于垂直于所述光源与所述虚像点的连线。所述曲线可以是一段弧线，该弧线的曲率会影响出射光的角度，根据设计需求可以调整所述弧线的曲率。

S104：所述第一曲面和第二曲面的端缘封闭形成一透镜。

所述透镜为一有形的立体物体，所述第一曲面及第二曲面须在端缘处封闭方能形成一立体物体。可根据设计需要调整所述透镜的端缘形状，例如形成图1中所示的上下平面及左右平面；也可以是所述第一曲面及第二曲面直接相交形成的封闭端缘。

进一步地，步骤S101中，所述虚像点设于所述z轴上，所述z轴即所述透镜的主光轴。步骤S103中，所述纵轴线平行于所述三维坐标系的y轴。

可选择地，所述步骤S103中，设定所述曲线的曲率使得所述出射光相互平行，可根据折射原理对所述曲线上每一曲线微元的角度进行设置，使得经过该曲线微元的光被折射为相同的出射方向，所述出射方向可以平行于z轴。

作为所述设计方法的进一步改进，步骤S104中，采用非光学平面封闭所述第一曲面和第二曲面的端缘，如图1中上下平面及左右平面均不透光，可实现锐利的明暗截止线。

本发明还公开了一种车灯，包括上述的透镜及设于所述第一曲面一侧的光源。所述车灯为前雾灯、近光灯、前雾灯与角灯的复合灯或信号灯功能中任一种，其中所述信号灯功能包括转向灯、日行灯、倒车灯、制动灯、高位制动灯、位置灯、后雾灯。当选择实现不同的车灯功能时，对透镜的参数要求也不同，例如光型宽度可从20度至70度不等，可根据实际需要进行调整。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种用于车灯的透镜的设计方法，所述透镜为双面凸透镜，其特征在于，所述设计方法包括以下步骤：

S101：在一三维坐标系的原点设一光源，在所述光源沿着所述三维坐标系的z轴的一侧设一虚像点；

S102：在所述光源沿着所述z轴的另一侧设一第一曲面，所述光源发出的光经所述第一曲面折射后入射至所述透镜内形成透镜内的光，设定所述第一曲面的曲率使得所述透镜内的光朝向所述光源所在一侧的延长线汇聚至所述虚像点；

S103：与一纵轴线在同一平面内并朝向远离所述纵轴线的方向凸出的曲线以所述纵轴线为轴旋转而成一第二曲面，所述纵轴线穿过所述虚像点并垂直于所述光源与所述虚像点的连线，所述透镜内的光自所述第二曲面出射形成出射光；

S104：所述第一曲面和第二曲面的端缘封闭形成一透镜。

2.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，

步骤S101中，所述虚像点设于所述z轴上，所述z轴即所述透镜的主光轴；

步骤S103中，所述纵轴线平行于所述三维坐标系的y轴。

3.如权利要求2所述的设计方法，其特征在于，

步骤S103中，设定所述曲线的曲率使得所述出射光相互平行。

4.如权利要求1-3任一项所述的设计方法，其特征在于，

步骤S104中，采用非光学平面封闭所述第一曲面和第二曲面的端缘。

Images