CN113242948B - 多焦点准直透镜和双功能前照灯组件 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种多焦点准直透镜（100）和一种双功能前照灯组件。利用相对位置指代多焦点准直透镜（100）在双功能前照灯组件内的安装位置，多焦点准直透镜（100）包括下准直透镜部件（101）和位于下准直透镜部件（101）的顶部的上准直透镜部件（102）。下准直透镜部件（101）的一个焦点（103）位于下准直透镜部件（101）的垂直对称平面（4）上，并且上准直透镜部件（102）的两个焦点（105、105'）对称地位于上准直透镜部件（102）的垂直对称平面（4）的两侧，从而可以在多焦点准直透镜（100）的远场光图案中产生近光束的截止线（20）。

Description

多焦点准直透镜和双功能前照灯组件

技术领域

本发明涉及照明领域，具体涉及多焦点准直透镜及双功能前照灯组件。

背景技术

用于前照灯的双功能多椭球系统解决方案已经广泛用于汽车照明中。标准的双功能构建在具有可移动快门和固定快门的多椭球系统（PES）中。一般而言，在双功能多椭球系统中，利用非透明快门来实现远光束（HB，也称为较远光束）和近光束（LB，也称为较近光束）之间的切换。如图1所示，多椭球系统900包括反射器901、固定/可移动非透明快门902和投射透镜903。然而，快门的遮蔽会导致光损失，从而损害系统效率。

通常要求汽车前照灯在近光束和远光束两种模式下工作。近光束模式被设计成限制或约束光线的向上投射，以避免对迎面而来的道路使用者造成目眩。近光束前照灯由当地法规规定。图2是示出汽车近光束的标准中的截止线20的示意图。在投射的光图案中，近光束产生基本上水平的上截止线20，光分布在截止线20下方的区域中。截止线20通常在迎面而来的驾驶员的另一侧上扫过或向上迈过，以便帮助照亮路标和行人。

发明内容

如上所述，标准的双功能构建在至少包括反射器、固定/可移动不透明快门和投射透镜的多椭球系统中。由于不透明快门引起的光损失，希望提供一种没有这种不透明快门的解决方案。

为此，本发明的实施例提供了多焦点准直透镜和双功能前照灯组件。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于双功能前照灯组件的多焦点准直透镜。利用相对位置指代多焦点准直透镜在双功能前照灯组件内的安装位置，多焦点准直透镜包括下准直透镜部件和位于下准直透镜部件的顶部的上准直透镜部件。下准直透镜部件的一个焦点位于下准直透镜部件的垂直对称平面上，并且上准直透镜部件的两个焦点对称地位于上准直透镜部件的垂直对称平面的两侧上，从而可以在多焦点准直透镜的远场光图案中产生近光束的截止线。

利用这三个焦点，光源的图像可以分别由多焦点准直透镜的不同部分形成。多焦点准直透镜的上边缘和下边缘可以基于所述三个焦点来成形，从而这些图像构成了具有清晰的截止线的远场光图案。因此，可以通过应用多焦点准直透镜来构建双功能。

优选地，上准直透镜部件的两个焦点位于上准直透镜部件和下准直透镜部件之间的水平等分平面上。

通过将两个焦点布置在多焦点准直透镜的水平等分平面上，可以根据近光束的期望的倾斜角来定位或调整近光束光源，从而便于设计。

优选地，下准直透镜部件的焦点位于上准直透镜部件的两个焦点的下方。

在一些实施例中，下准直透镜部件的焦点位于上准直透镜部件的两个焦点的下方，因此通过调整光源对应于下准直透镜部件的位置，可以改变由下准直透镜部件形成的远场光图案。

优选地，上准直透镜部件包括上准直透镜部分和分别布置在上准直透镜部分的左侧和右侧的两个全内反射透镜部分。下准直透镜部件包括下准直透镜部分和分别布置在下准直透镜部分的左侧和右侧的两个全内反射透镜部分。上准直透镜部分的光入射表面包括两个凸面的分离的半部和填充两个凸面的分离的半部之间的间隙的曲面。下准直透镜部分的光入射表面包括凸面。

利用这样的布置，可以基于传统的凸透镜来设计和制造中心准直透镜部分。可以基于凸面的分离的半部的相对位置来确定上准直透镜部件的两个焦点，并且可以由下准直透镜部件的凸面来确定下准直透镜部件的焦点。以这种方式，可以简化这三个焦点的仿真和确定。

优选地，多焦点准直透镜还包括位于上准直透镜部件的光出射表面上的光束成形元件。

从多焦点准直透镜发射的光束在远场中具有清晰的截止线。在一些应用中扩展或缩小光束也是有利的。因此，光束成形元件可以位于上准直透镜部件的光出射表面上，从而为近光束提供期望的成形功能，诸如扩展、缩窄或局部畸变。

优选地，光束成形元件包括紧密平行布置的第一柱面透镜的组。第一柱面透镜的长度方向平行于多焦点准直透镜的上准直透镜部件的垂直对称平面。

第一柱面透镜可用于扩展从多焦点准直透镜发射的光束，同时由于第一柱面透镜在垂直方向上的屈光度为零而保持清晰的截止线。

优选地，光束成形元件还包括紧密平行布置的第二柱面透镜的组。该第二柱面透镜的组布置在光出射表面的左部分和右部分中的至少一个处。第二柱面透镜的长度方向与第一柱面透镜的长度方向形成预定角度。

为了在迎面而来的驾驶员的另一侧上形成向上扫过的期望的截止线，可以在光出射表面的左部分和/或右部分上应用第二柱面透镜。利用第二柱面透镜的成形功能，可以获得截止线的倾斜部分，而不需要多焦点准直透镜的上边缘和下边缘的复杂形状。

优选地，光束成形元件包括菲涅尔透镜。

菲涅尔透镜可用于进一步准直光束，而不增加光学结构的重量。

优选地，光束成形元件集成在多焦点准直透镜的光出射表面上。替代地，光束成形元件是单独的模块。因此，多焦点准直透镜的光学设计相对灵活。

根据本发明的另一方面，提供了一种双功能前照灯组件。双功能前照灯组件包括根据上述实施例的多焦点准直透镜、至少第一光源和第二光源。第一光源的发光区域的下边缘位于连接上准直透镜部件的两个焦点的线上。下准直透镜部件的焦点位于第二光源的发光区域上。

利用这样的配置，可以简化光源位置的设计。以这种方式，光源产生具有清晰的截止线的期望的远场图案。此外，可以通过简化的配置来构建双功能。

优选地，第一或第二光源的形状是矩形、三角形或五边形。第一和第二光源是LED光源、高强度放电灯或白炽灯。

LED光源是节能的，并且可以形成期望的形状。因此，可以在双功能前照灯组件中应用LED光源以提高效率。

通过在车辆中应用上述双功能前照灯组件，可以通过简化的配置来构建双功能，并且由于多焦点准直透镜的创造性设计，可以获得具有清晰的截止线的汽车近光束，并且提高了能量效率。

附图说明

现在将参照附图基于各种实施例来描述本发明，其中：

图1是示出现有技术多椭球系统的示意图；

图2是示出汽车近光束的标准中的截止线的示意图；

图3是根据本发明的实施例的多焦点准直透镜的示意图；

图4示出了由现有技术中的TIR透镜形成的光源的远场图像的仿真结果；

图5示出了根据本发明的实施例的远场光图案的仿真结果，其中仅点亮了近光束光源；

图6示出了根据本发明的实施例的远场光图案的仿真结果，其中近光束光源和远光束光源两者都被点亮；

图7是示出根据本发明的实施例的多焦点准直透镜中的上准直透镜部分和下准直透镜部分的形成的示意图；以及

图8是示出根据本发明的实施例的多焦点准直透镜中的光束成形元件的示意图。

具体实施方式

现在将参考本公开的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。这些实施例是通过解释本公开的方式提供的，并不意味着对本公开的限制。例如，作为一个实施例中的部件而示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用，以产生又一个实施例。本公开旨在包含落入本公开的范围和精神内的这些以及其他修改和变化。

除非另有定义，否则这里使用的所有术语（包括技术和科学术语）具有与本发明所属领域的普通技术人员所通常理解的相同的含义。将进一步理解，本文中使用的术语应被解释为具有与它们在本说明书和相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且除非在本文中明确如此定义，否则将不以理想化或过于正式的意义来解释。

如图3所示，本发明的实施例提供了一种用于双功能前照灯组件的多焦点准直透镜100。利用相对位置指代多焦点准直透镜在双功能前照灯组件内的安装位置，多焦点准直透镜100包括下准直透镜部件101和位于下准直透镜部件101的顶部的上准直透镜部件102。下准直透镜部件101的一个焦点103位于下准直透镜部件101的垂直对称平面104上，并且上准直透镜部件102的两个焦点105、105'对称地位于上准直透镜部件102的垂直对称平面104的两侧上（其中，在图3所示的实施例中，下准直透镜部件101和上准直透镜部件102的垂直对称平面104重合），从而可以在多焦点准直透镜的远场光图案中产生近光束的截止线。

利用这三个焦点，光源的图像可以分别由多焦点准直透镜的不同部分形成。多焦点准直透镜的上边缘和下边缘可以基于所述三个焦点来成形，从而这些图像构成了一个具有清晰的截止线的远场光图案。因此，可以通过应用多焦点准直透镜来构建双功能。

图4示出了由现有技术中的TIR透镜300形成的光源的远场图像的仿真结果。图4的上部分示出了TIR透镜300和光源301的后部。在TIR透镜300的表面上指示了两个点a1和a2。对于现有技术中的TIR透镜300，只有一个焦点302位于TIR透镜300的垂直对称平面和水平对称平面的交线上。

来自光源301的光被围绕点a1和a2的TIR透镜300的区域反射，形成光源301的远场图像A1和A2，参见图4的下部分。这些远场图像A1和A2并不完全位于要求的截止线20的下方。因此，现有技术中的TIR透镜300不适合于产生汽车近光束。

在本发明的一些实施例中，如图3所示，第一光源106和第二光源107分别对应于上准直透镜部件102和下准直透镜部件101而布置。第一光源106的发光区域的下边缘位于连接上准直透镜部件102的两个焦点105、105'的线上。下准直透镜部件101的焦点103位于第二光源107的发光区域上。

图5示出了根据本发明的实施例的远场光图案的仿真结果，其中仅点亮了近光束光源（即图3所示的实施例的第一光源106）。图6示出了根据本发明的实施例的远场光图案的仿真结果，其中近光束光源（即图3所示的实施例的第一光源106）和远光束光源（即图3所示的实施例的第二光源107）都被点亮。因此，通过选择性地点亮第一光源、第二光源及其组合，可以实现双功能。

从图5可以看出，远场光图案完全位于要求的截止线的下方。通过应用多焦点准直透镜以及控制近光束光源和远光束光源，可以获得满足当地法规的远场光图案。

可以在第一光源106和第二光源107之间布置一定的距离。焦点103的位置主要确定远光束的远场位置，因此可以基于远光束的期望的远场位置来选择该距离。

优选地，如图3所示，上准直透镜部件102的两个焦点105、105'位于上准直透镜部件102和下准直透镜部件101之间的水平等分平面108上。

通过将两个焦点105、105'布置在多焦点准直透镜100的水平等分平面108上，可以根据近光束的期望的倾斜角来定位或调整近光束光源106，从而便于设计。

优选地，如图3所示，下准直透镜部件101的焦点103位于上准直透镜部件102的两个焦点105、105'的下方。

在一些实施例中，下准直透镜部件的焦点位于上准直透镜部件的两个焦点的下方，因此通过调整远光束光源（例如第二光源107）对应于下准直透镜部件101的位置，可以改变由下准直透镜部件形成的远场光图案。

优选地，如图3和图7所示，上准直透镜部件102包括上准直透镜部分1021和分别布置在上准直透镜部分1021的左侧和右侧的两个全内反射透镜部分1022。下准直透镜部件101包括下准直透镜部分1011和分别布置在下准直透镜部分101的左侧和右侧的两个全内反射透镜部分1012。上准直透镜部分102的光入射表面包括两个凸面的分离的半部和填充两个凸面的分离的半部之间的间隙109的曲面。下准直透镜部分101的光入射表面包括凸面。

利用这样的布置，可以基于传统的凸透镜来设计和制造中心准直透镜部分。可以基于凸面的分离的半部的相对位置来确定上准直透镜部件102的两个焦点105、105'，并且可以由下准直透镜部件101的凸面来确定下准直透镜部件101的焦点103。以这种方式，可以简化这三个焦点的仿真和确定。

应当注意，形成上准直透镜部件102的分离的半部的凸面可以与下准直透镜部件101的凸面相同或不同。

优选地，如图8所示，多焦点准直透镜100还包括位于上准直透镜部件102的光出射表面111上的光束成形元件110。

从多焦点准直透镜100发射的光束在远场中具有清晰的截止线。在一些应用中扩展或缩小光束也是有利的。因此，光束成形元件可以位于上准直透镜部件102的光出射表面上，从而为近光束提供期望的成形功能，例如扩展、缩窄或局部畸变。

优选地，如图8所示，光束成形元件110包括紧密平行布置的第一柱面透镜112的组。第一柱面透镜112的长度方向平行于上准直透镜部件102的垂直对称平面（如图3中的104所示）。

第一柱面透镜112可用于扩展（即，变宽）从多焦点准直透镜100发射的光束，同时由于第一柱面透镜112在垂直方向上的屈光度为零而保持清晰的截止线。

优选地，如图8所示，光束成形元件110还包括紧密平行布置的第二柱面透镜113的组。该第二柱面透镜113的组布置在光出射表面111的左部分和右部分中的至少一个处。第二柱面透镜113的长度方向与第一柱面透镜112的长度方向形成预定角度。

为了在迎面而来的驾驶员的另一侧形成向上扫过的期望的截止线20（截止线20的右部分在图2中向上倾斜15°），可以在光出射表面111的左部分和/或右部分上应用第二柱面透镜113。利用第二柱面透镜113的成形功能（图8中用向外箭头示出），可以获得截止线的倾斜部分，而不需要多焦点准直透镜100的上边缘和下边缘的复杂形状。

优选地，光束成形元件包括菲涅尔透镜。

菲涅尔透镜可用于进一步准直光束，而不增加光学结构的重量。

优选地，如图8所示，光束成形元件110集成在多焦点准直透镜100的光出射表面111上。替代地，光束成形元件是单独的模块。因此，多焦点准直透镜的光学设计相对灵活。

通过在车辆中应用上述双功能前照灯组件，可以通过简化的配置构建双功能，并且由于多焦点准直透镜的创造性设计，可以获得具有清晰的截止线的汽车近光束。

通过对附图、公开内容和所附权利要求的研究，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现对所公开实施例的其他变化。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。仅仅在相互不同的从属权利要求中叙述了某些措施这一纯粹事实并不指示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

附图标记

100：多焦点准直透镜

101：下准直透镜部件

1011：下准直透镜部分

1012：下准直透镜部件的全内反射透镜部分

102：上准直透镜部件

1021：上准直透镜部分

1022：上准直透镜部件的全内反射透镜部分

103：下准直透镜部件的焦点

104：垂直对称平面

105、105'：上准直透镜部件的焦点

106：第一光源

107：第二光源

108：水平等分平面

109：间隙

110：光束成形元件

111：光出射表面

112：第一柱面透镜

113：第二柱面透镜

20：截止线

300：现有技术示例中的TIR透镜

301：现有技术示例中的光源

302：现有技术TIR透镜300的焦点

a1、a2：现有技术TIR透镜300的表面上的反射点

A1、A2：现有技术示例中的光源301的远场图像

900：现有技术中的多椭球系统

901：反射器

902：固定/可移动快门

903：投射透镜。

Claims (14)

1.一种用于双功能前照灯组件的多焦点准直透镜，包括：

下准直透镜部件和上准直透镜部件，所述上准直透镜部件位于所述下准直透镜部件的顶部，所述下准直透镜部件的一个焦点位于所述下准直透镜部件的垂直对称平面上，并且所述上准直透镜部件的两个焦点对称地位于所述上准直透镜部件的垂直对称平面的两侧，其中所述下准直透镜部件的垂直对称平面与所述上准直透镜部件的垂直对称平面重合，所述多焦点准直透镜的上边缘和下边缘基于所述一个焦点和所述两个焦点来成形，使得可以在所述多焦点准直透镜的远场光图案中产生近光束的截止线。

2.根据权利要求1所述的多焦点准直透镜，其中所述上准直透镜部件的两个焦点位于所述上准直透镜部件和所述下准直透镜部件之间的水平等分平面上。

3.根据权利要求1所述的多焦点准直透镜，其中所述下准直透镜部件的焦点位于所述上准直透镜部件的两个焦点的下方。

4.根据权利要求1所述的多焦点准直透镜，其中所述上准直透镜部件包括上准直透镜部分和分别布置在所述上准直透镜部分的左侧和右侧的两个全内反射透镜部分；所述下准直透镜部件包括下准直透镜部分和分别布置在所述下准直透镜部分的左侧和右侧的两个全内反射透镜部分；

其中所述上准直透镜部分的光入射表面包括两个凸面的分离的半部和填充所述两个凸面的分离的半部之间的间隙的曲面；

并且其中所述下准直透镜部分的光入射表面包括凸面。

5.根据权利要求1所述的多焦点准直透镜，还包括位于所述上准直透镜部件的光出射表面上的光束成形元件。

6.根据权利要求5所述的多焦点准直透镜，其中所述光束成形元件包括紧密平行布置的第一柱面透镜的组；并且其中所述第一柱面透镜的长度方向平行于所述多焦点准直透镜的上准直透镜部件的垂直对称平面。

7.根据权利要求6所述的多焦点准直透镜，其中所述光束成形元件还包括紧密平行布置的第二柱面透镜的组；其中所述第二柱面透镜的组布置在所述光出射表面的左部分和右部分中的至少一个处；并且其中所述第二柱面透镜的长度方向与所述第一柱面透镜的长度方向形成预定角度。

8.根据权利要求5所述的多焦点准直透镜，其中所述光束成形元件包括菲涅尔透镜。

9.根据权利要求5所述的多焦点准直透镜，其中所述光束成形元件集成在所述上准直透镜部件的光出射表面上；或者，替代地，所述光束成形元件是单独的模块。

10.根据权利要求1所述的多焦点准直透镜，其中所述截止线包括一个沿水平方向基本上直的部分和另一个朝着垂直于所述基本上直的部分的方向而向上倾斜的部分。

11.一种双功能前照灯组件，包括根据权利要求1所述的多焦点准直透镜、至少第一光源和第二光源；其中所述第一光源的发光区域的下边缘位于连接所述上准直透镜部件的两个焦点的线上，并且所述下准直透镜部件的焦点位于所述第二光源的发光区域上。

12.根据权利要求11所述的双功能前照灯组件，其中所述第一光源或第二光源的形状是矩形、三角形或五边形。

13.根据权利要求11所述的双功能前照灯组件，其中所述第一和第二光源是LED光源、高强度放电灯或白炽灯。

14.一种双功能前照灯组件，包括根据权利要求10所述的多焦点准直透镜、至少第一光源和第二光源，其中，在垂直于所述基本上直的部分的方向上，从所述第一光源发射并传输通过所述上准直透镜部件的光都不在所述截止线的上方。

Images