CN110762480A - 一种实现功能复用的高效组合厚壁件光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种实现功能复用的高效组合厚壁件光学系统，包括光源一、光源二、后置厚壁件和前置厚壁件，后置厚壁件设置在前置厚壁件的后面，后置厚壁件包括反射碗和后置厚壁件出光面，后置厚壁件出光面设置在反射碗的后部，光源一放置在反射碗的焦点处，前置厚壁件包括聚光器和前置厚壁件出光面，前置厚壁件出光面设置在聚光器的上端后部，光源二放置在聚光器的焦点处，前置厚壁件上还设置有半透半反微结构。通过使用半透半反微结构，即保证了光线的透射，也完成了光线的全反射，在实现功能复用的同时保证光线传播的可控性。可调节的微结构面积比例实现不同亮度功能，多层光学花纹的扩散提高了点亮均匀性，反射碗和聚光器提高了光学效率。

Description

一种实现功能复用的高效组合厚壁件光学系统
技术领域
本发明涉及汽车照明领域，尤其涉及一种实现功能复用的高效组合厚壁件光学系统。
背景技术
为了突出汽车造型的科技感和艺术感，车灯的空间比例不断变小。作为汽车之眼的车灯大多被设计成细长的线条状，这种设计不但可以实现造型师的各种想法，也节省了许多空间，并且不同功能复用逐渐流行。但是，紧凑的空间也给设计者带来了极大的困扰。厚壁件结构以其独特的点亮效果已被成熟的应用在汽车信号灯上，它不仅可以设计成各种曲线形状，而且占用空间小，得到了广大设计者的青睐。
目前，市场上大多的功能复用厚壁件以失焦设计为主，将两种LED放置在焦距附近，共用一个光学系统，实现两种功能。但是此设计由于失焦会造成光效低及点亮效果差等结果。同时两种高功率的LED近距离放置，也会影响电路设计和PCB板的散热性能，间接增加了设计成本。最新设计发明是两块不同功能的厚壁件通过曲面近零贴实现复用功能，此方法只能保证前置厚壁件正常出光，而后置厚壁件出光面为了配合前置厚壁件的结构，出光面只能为前置厚壁件发光面相似的曲面，光线到达此处经过两层曲面而变得杂乱无章，由此造成后置厚壁件的光学功能的光效及点亮效果不可控，只适合位置灯这类亮度要求低的功能，无法得到广泛的使用。
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实现功能复用的高效组合厚壁件光学系统，通过前置厚壁件的半透半反微结构实现光线透射和全反射，在完成两种功能的复用设计的同时保证光线传播的可控性。后置厚壁件的反射碗和前置厚壁件的聚光器提高了光学效率，后置厚壁件和前置厚壁件的出光面花纹提供了均匀的点亮效果。半透面和半反面大小比例可调，实现功能复用的各种组合设计。
本发明提供一种实现功能复用的高效组合厚壁件光学系统，包括光源一、光源二、后置厚壁件和前置厚壁件，所述后置厚壁件设置在前置厚壁件的后面，所述后置厚壁件包括反射碗和后置厚壁件出光面，所述后置厚壁件出光面设置在反射碗的后部，所述光源一放置在反射碗的焦点处，所述前置厚壁件包括聚光器和前置厚壁件出光面，所述前置厚壁件出光面设置在聚光器的上端后部，所述光源二放置在聚光器的焦点处，所述前置厚壁件上还设置有半透半反微结构。
进一步改进在于：所述半透半反微结构包括至少一个半反面和至少一个半透面组合而成，所述半反面为45°平面，所述半透面为竖直平面，所述半反面实现将光线全反射，所述半透面实现使来自于其后方的后置厚壁件出射的光线透过，从而实现多种光线传输，完成多种功能点亮复用，光源一发出的光线经过反射碗汇聚成平行光线到所述后置厚壁件出光面处进行第一次扩散，然后光线到达半透半反微结构处，光线通过半透面透射进入前置厚壁件，并在其中传播，最终光线经过前置厚壁件出光面的表面花纹再次进行扩散，光线出射，实现一种功能。光源二发出的光线通过聚光器准直到达前置厚壁件的半透半反微结构处，通过半反面进行全反射，并在前置厚壁件中传播到到前置厚壁件的出光面，经过表面的光学花纹进行扩散，光学出射，实现另一种光学功能。
进一步改进在于：所述半透面和半反面的平面为带有扩散角度的，有利于提高点亮均匀性。
进一步改进在于：所述前置厚壁件上的半透半反微结构及前置厚壁件出光面上设置有皮纹。
进一步改进在于：所述光源一的数量至少为一个，光源一均设置在于其对应的后置厚壁件的光学结构的焦点处，所述光源二的数量至少为一个，光源二均设置在于其对应的前置厚壁件的光学结构的焦点处。
进一步改进在于：所述光源一的颜色为琥珀色、红色或白色，所述光源二的颜色为琥珀色、红色或白色。
进一步改进在于：所述后置厚壁件的材料为聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯；所述前置厚壁件的材料为聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。
所述半透面保证了光线的透射，同时实施半反面也可将光线全反射，真正实现了光学功能复用。可调节的半透半反微结构的半透面与半反面的面积比例实现了适用于不同亮度功能，多层光学花纹的扩散提高了点亮均匀性，反射碗和聚光器提高了光学效率。所述半透面和半反面的平面是可以带有扩散角度的，有利于提高点亮均匀性。
所述半透半反微结构的半透面和半反射面的面积大小比例可根据实际应用进行调节，有利于实现不同亮度的功能设计。其中半透面和半反射面在车身坐标系YZ平面内的投影面积比例大的部分可以用作亮度要求高的功能，如果是半透面在车身坐标系YZ平面内的投影面积大，后置厚壁件可以作为刹车功能、转向灯功能、或此类相对亮度要求高的车灯功能，前置厚壁件作位置灯功能、或此类相对亮度要求低的车灯功能；如果是半反面在车身坐标系YZ平面内的投影面积大，前置厚壁件可以作为刹车功能、转向灯功能、此类相对亮度要求高的车灯功能，后置厚壁件作位置灯功能、此类相对亮度要求低的车灯功能；如果前后功能为刹车和转向这类亮度要求相近的功能，半透面和半反面的在车身坐标系YZ平面内的投影面积可以设计成相同大小。所述后置厚壁件的入光端设置有反射碗，也可以改为聚光器或其他光学系统，用以汇聚光源发出的光线，提高光学效率。
所述后置厚壁件的后置厚壁件出光面上设置有扩散花纹；所述前置厚壁件的半透半反微结构上设置有扩散花纹；所述前置厚壁件的前置厚壁件出光面上设置有扩散花纹。相较于现有技术的仅在出光面设置一次扩散花纹的光学系统，本发明的光学系统具有更多次的光学扩散，能实现更好的均匀性。
所述后置厚壁件的后置厚壁件出光面上设置有皮纹；所述前置厚壁件的半透半反微结构上设置有皮纹；所述前置厚壁件的前置厚壁件出光面上设置有皮纹。相较于现有技术的仅在出光面设置一次扩散皮纹的光学系统，本发明的光学系统具有更多次的光学扩散，能实现更好的均匀性。
所述光源一的颜色可以为琥珀色以实现转向灯功能，可以为红色以实现尾灯位置灯和尾灯制动灯功能，可以为白色以实现日间行车灯、前位置灯和倒车灯。所述光源二的颜色可以为琥珀色以实现转向灯功能，可以为红色以实现尾灯位置灯和尾灯制动灯功能，可以为白色以实现日间行车灯、前位置灯和倒车灯。
所述光源一和所述光源二可以采用不同颜色；也可以采用相同的颜色大类，并且采用相同的颜色大类时所述光源一和所述光源二采用的具体型号优选地是不同的，以实现多功能复用，例如所述光源一和所述光源二可以都采用红色光源，但所述光源一和所述光源二的具体型号不同，分别可实现尾灯位置灯和尾灯制动灯功能；采用相同的颜色大类时所述光源一和所述光源二另一种实现方式是可以用相同型号的光源，但此时通过PWM控制实现光源一和光源二点亮亮度的不同实现多功能复用，此种情况也优选举例为实现尾灯位置灯和尾灯制动灯功能。
本发明的有益效果是：既避免了多功能共用焦点设计产生的失焦问题，使实现不同功能时的光源都能位于其各自的光学系统的焦点位置；同时半透半反微结构也解决了两个厚壁件之间光线传输问题，减少了光线由于曲面散射产生的杂散光，提高了光线的准直性，并实现光线传播的可控性，以及显著提高光学设计时的灵活性。分开设计的光源散热性能得到提高，热损失小。竖直的半透面能将入射的光线完全透过，减少了光线浪费。面积大小比例的调节，可以实现不同功能不同的亮度的要求设计。反射碗和聚光器的使用，提高了LED的使用效率，多层花纹的扩散，提高了点亮均匀性。
附图说明
图1是本发明的轴侧图。
图2是本发明的俯视图。
图3是本发明的图2中的A-A线剖面图。
图4是本发明的图3中的区域局部放大图。
图5是本发明的原理图。
其中：11-光源一，12-光源二，2-后置厚壁件，3-前置厚壁件，4-反射碗，5-聚光器，6-前置厚壁件出光面，7-半透半反微结构，71-半透面，72-半反面，8-前置厚壁件出光面。
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作进一步详述，该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1-3所示，本实施例提供一种实现功能复用的高效组合厚壁件光学系统包括光源一11、光源二12、后置厚壁件2和前置厚壁件3，其中后置厚壁件2包括反射碗4和后置厚壁件出光面6，前置厚壁件3包括聚光器5、半透半反微结构面7和前置厚壁件出光面8，在后置厚壁件的反射碗4焦点处放置光源一11，所述后置厚壁件2位于所述前置厚壁件3的后面，光源一11发出的光线经过反射碗汇聚成平行光线到达后置厚壁件的出光面6，经过表面的光学花纹实现第一次扩散，光线来到前置厚壁件半透半反微结构7处进行第二次扩散，然后光线进入前置厚壁件3，到达前置厚壁件的出光面8，经过表面的光学花纹进行第三次扩散，光线出射，实现一种光学功能。同时，光源二12放置在前置厚壁件3的聚光器5焦点处，光线通过聚光器5准直到达前置厚壁件的半透半反微结构5处进行全反射，并在前置厚壁件3中传播到到前置厚壁件出光面8，经过表面的光学花纹进行扩散，光学出射，实现另一种光学功能。通过使用半透半反微结构，即保证了光线的透射，也完成了光线的全反射，最终实现功能复用。可调节的微结构面积比例实现不同亮度功能，多层光学花纹的扩散提高了点亮均匀性，反射碗和聚光器提高了光学效率。
结合图4的局部放大图可以看出，半透半反微结构7是由若干45°平面（即半反面72）和竖直平面（即半透面71）组合而成，在单位尺度为1mm中各占一定比例大小，45°平面（即半反面72）可以将光线全反射，而竖直平面（即半透面71）可使来自于其后方的后置厚壁件2出射的光线透过，从而实现两种光线传输，完成两种功能点亮。上述两种平面（即半反面72和半透面71）上均可以有一定弧度，增强光线扩散，提高点亮均匀性。其中面积比例大的部分可以用作亮度要求高的功能，如果是竖直平面（即半透面71）面积大，后置厚壁件可以作为刹车，转向灯功能，前置厚壁件作位置功能；如果是45°平面（即半反面72）面积大，前置厚壁件可以作为刹车，转向灯功能，后置厚壁件作位置功能；如果前后功能为刹车和转向这类亮度要求相近的功能，半透面71和半反面72的面积可以设计成相同大小。
相较于现有技术中的采用的整层曲面所存在的光透过是概率性事件，可控性存在很大缺陷，并且未透过的光会在整层曲面产生杂散光这一问题，上述本发明的半透半反微结构7，其中的竖直平面（即半透面71）使得从后置厚壁件2出射的光必然能透射过上述竖直平面（即半透面71）并且不产生杂散光；并且现有技术采用的整层曲面在设计时当光形和光效等方面存在问题需要进行微调时其要实现高精度地调整整层曲面难度大，设计灵活性较差，上述本发明的半透半反微结构7，其中的若干个45°平面（即半反面72）不仅使得来自于光源二12的实现第二种光学功能的光线能实现全反射要求传播到到前置厚壁件出光面8，同时多个半反面72取代原来一整层曲面也更具可调性及灵活性；本发明的半透半反微结构7的多个半透面71和多个半反面72的设计从整体上来说使光线传播更可控，光学效果更有保障，灵活性也更为显著。
所述光源11的位置是在后置厚壁件2的反射碗4焦点处，所述光源12的位置是在前置厚壁件3的聚光器4的焦点处；
本发明的实施例光源11个数为7颗，光源12个数为10颗。根据本发明第一实施例的一种实现方式，所述光源11的颜色是红色，实现位置灯功能；光源12的颜色是琥珀色，实现转向灯功能。所述一种带有可调的半透半反微结构组合厚壁件光学系统的后置厚壁件2的材料为聚碳酸酯（即PC），前置厚壁件3的材料为聚碳酸酯（即PC）。
本发明的光学系统既避免了实现多功能复用时共用焦点设计产生的失焦问题，使实现不同功能时的光源都能位于其各自的光学系统的焦点位置；同时本发明的半透半反微结构也解决了两个厚壁件之间光线传输问题，减少了光线由于曲面散射产生的杂散光，提高了光线的准直性，并实现光线传播的可控性，以及显著提高光学设计时的灵活性。分开设计的光源散热性能得到提高，热损失小。竖直的半透面能将入射的光线完全透过，减少了光线浪费。半透面71与半反面72的面积大小比例的调节，可以实现不同功能不同的亮度的要求设计。反射碗和聚光器的使用，提高了LED的使用效率，多层花纹的扩散，提高了点亮均匀性。

Claims (8)

1.一种实现功能复用的高效组合厚壁件光学系统，包括光源一（11）、光源二（12）、后置厚壁件（2）和前置厚壁件（3），所述后置厚壁件（2）设置在前置厚壁件（3）的后面，所述后置厚壁件（2）包括反射碗（4）和后置厚壁件出光面（6），所述后置厚壁件出光面（6）设置在反射碗（4）的后部，所述光源一（11）放置在反射碗（4）的焦点处，所述前置厚壁件（3）包括聚光器（5）和前置厚壁件出光面（8），所述前置厚壁件出光面（8）设置在聚光器（5）的上端后部，所述光源二（12）放置在聚光器（5）的焦点处，其特征在于：所述前置厚壁件（3）后侧还设置有半透半反微结构（7）。
2.如权利要求1所述的一种实现功能复用的高效组合厚壁件光学系统，其特征在于：所述半透半反微结构（7）包括至少一个半反面（72）和至少一个半透面（71）组合而成，所述半反面（72）为45°平面，所述半透面（71）为竖直平面，所述半反面（72）实现将光线全反射，所述半透面（71）实现使来自于其后方的后置厚壁件（2）出射的光线透过，从而实现多种光线传输，完成多种功能点亮复用，光源一（11）发出的光线经过反射碗（4）汇聚成平行光线到所述后置厚壁件出光面（6）处进行第一次扩散，然后光线到达半透半反微结构（7）处，光线通过半透面（71）透射进入前置厚壁件（3），并在其中传播，最终光线经过前置厚壁件出光面（8）的表面花纹再次进行扩散，光线出射，实现一种功能，光源二（12）发出的光线通过聚光器（5）准直到达前置厚壁件（3）的半透半反微结构（7）处，通过半反面（72）进行全反射，并在前置厚壁件（3）中传播到到前置厚壁件的出光面（8），经过表面的光学花纹进行扩散，光学出射，实现另一种光学功能。
3.如权利要求1所述的一种实现功能复用的高效组合厚壁件光学系统，其特征在于：所述半透面（71）和半反面（72）的平面为带有扩散角度的，有利于提高点亮均匀性。
4.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述后置厚壁件出光面（6）上设置有扩散花纹；所述前置厚壁件（3）的半透半反微结构（7）上设置有扩散花纹；所述前置厚壁件（3）的前置厚壁件出光（8）面上设置有扩散花纹，更多次的光学扩散，有利于实现更好的均匀性。
5.如权利要求1所述的一种实现功能复用的高效组合厚壁件光学系统，其特征在于：所述前置厚壁件（3）上的半透半反微结构（7）及前置厚壁件出光（8）面上设置有皮纹。
6.如权利要求1所述的一种实现功能复用的高效组合厚壁件光学系统，其特征在于：所述光源一（11）的数量至少为一个，光源一（11）均设置在于其对应的后置厚壁件（2）的光学结构的焦点处，所述光源二（12）的数量至少为一个，光源二（12）均设置在于其对应的前置厚壁件（3）的光学结构的焦点处。
7.如权利要求1所述的一种实现功能复用的高效组合厚壁件光学系统，其特征在于：所述光源一（11）的颜色为琥珀色、红色或白色，所述光源二（12）的颜色为琥珀色、红色或白色。
8.如权利要求1所述的一种实现功能复用的高效组合厚壁件光学系统，其特征在于：所述后置厚壁件（2）的材料为聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯；所述前置厚壁件（3）的材料为聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。
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