CN113898921A - 矩阵式分布的汽车信号灯光学结构及车灯 - Google Patents

矩阵式分布的汽车信号灯光学结构及车灯 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种矩阵式分布的汽车信号灯光学结构及车灯，包括造型本体，造型本体包括多排厚壁件单元；每排厚壁件单元包括至少一个单个厚壁件单元；单个厚壁件单元包括厚壁件本体，厚壁件本体上设置有入光面、全反射面及出光面；入光面的焦点为线焦点，入光面为单维度准直结构，单维度准直结构沿着单个厚壁件单元的长度方向直线拉伸生成；光线经过入光面的准直，光线入射到全反射面上并产生发散，光线发散至出光面上形成出射的发散光线；单个厚壁件单元的长度方向与造型本体的长度方向平行。本发明采用线焦点的光学方案，结合调节厚壁件单元的全反射面的扩散角度，在狭小空间布局下，实现矩阵式分布的汽车信号灯的光学结构。

Description

矩阵式分布的汽车信号灯光学结构及车灯
技术领域
本发明涉及汽车信号灯技术领域，具体地，涉及一种矩阵式分布的汽车信号灯光学结构及车灯。
背景技术
目前，在汽车信号灯光学系统的应用中，当汽车信号灯光学系统的效率不够时，需要每个入光面放两颗甚至更多LED，而目前光学系统的造型越来越窄，面对多个矩阵式的又窄又长的造型，进而导致设计空间不够、设计成本高、光效不均匀、散热不佳等问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种矩阵式分布的汽车信号灯光学结构及车灯。
根据本发明提供的一种矩阵式分布的汽车信号灯光学结构，包括造型本体，所述造型本体包括多排厚壁件单元；
每排所述厚壁件单元包括至少一个单个厚壁件单元；
当所述单个厚壁件单元为多个时，多个所述单个厚壁件单元互相之间独立，多个所述单个厚壁件单元互相之间无串光；
所述单个厚壁件单元包括厚壁件本体，所述厚壁件本体上设置有入光面、全反射面及出光面；
所述入光面的焦点为线焦点，所述入光面为单维度准直结构，所述单维度准直结构沿着所述单个厚壁件单元的长度方向直线拉伸生成；
光线经过所述入光面的准直，光线入射到所述全反射面上并产生发散，光线发散至所述出光面上形成出射的发散光线；
所述单个厚壁件单元的长度方向与所述造型本体的长度方向平行。
优选的，所述入光面边缘投影在正投影方向为矩形。
优选的，所述入光面为带有聚光作用的弧面。
优选的，所述厚壁件本体还设置有转弯结构，所述转弯结构用于平顺所述厚壁件本体。
优选的，所述转弯结构设置有边缘圆角，边缘圆角大小25～100mm。
优选的，所述边缘圆角为60mm倒角。
优选的，所述造型本体上设置有前连接结构；
所述后连接结构用于连接每相邻两个所述单个厚壁件单元。
优选的，所述前连接结构设置在每相邻两个所述单个厚壁件单元的下方或者上方。
优选的，所述全反射面设置有扩散花纹，所述扩散花纹用于扩散光线角度。
本发明还提供一种车灯，包括上述的矩阵式分布的汽车信号灯光学结构。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过将单个厚壁件单元的入光面设置为边缘投影在正投影方向是矩形并且是带有聚光作用弧面，同时设置有与入光面和出光面相对应的全反射面，并将造型本体的长度方向和单个厚壁件单元的长度方向设置为平行，进而达到节省成本和均匀的光学效果的目的；
2、本发明通过在单个厚壁件单元上设置转弯结构，进而平顺单个厚壁件单元，避免单个厚壁件单元靠近厚壁件单元的出光面的侧面存在亮斑；
3、本发明采用线焦点的光学方案，结合调节厚壁件单元的全反射面的扩散角度，在狭小空间布局下，实现矩阵式分布的汽车信号灯的光学结构；
4、本发明通过节省厚壁件的材料，从而使产品成本降低，也能优化散热问题，大幅度增加了竞争力。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的矩阵式分布的汽车信号的光学结构的结构图；
图2为本发明的矩阵式分布的汽车信号的光学结构的第一排厚壁件单元的上视图；
图3为将现有技术中的聚光器应用于扁长入光面的结构示意图一；
图4为将现有技术中的聚光器应用于扁长入光面的结构示意图二；
图5为本发明的矩阵式分布的汽车信号的光学结构为突出显示出光面的结构图；
图6为本发明的矩阵式分布的汽车信号的光学结构的侧视图；
图7为本发明的矩阵式分布的汽车信号的光学结构的多个厚壁件单元的结构图；
图8为现有技术的设计方案的结构图；
图9为现有技术的设计方案的光路图；
图10为本发明的矩阵式分布的汽车信号的光学结构为突出显示出光面的结构图；
图11为本发明的矩阵式分布的汽车信号的光学结构的侧视图；
图12为本发明的矩阵式分布的汽车信号的光学结构的光路图。
图中示出：
造型本体1 出光面10114
厚壁件单元101 光源10115
单个厚壁件单元1011 前连接结构2
厚壁件本体10111 转弯结构3
入光面10112 后连接结构4
全反射面10113 PCB板子5
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：
如图1～5所示，本实施例提供的一种矩阵式分布的汽车信号灯光学结构，包括造型本体1，造型本体1包括多排厚壁件单元101，每排厚壁件单元101包括至少一个单个厚壁件单元1011，当单个厚壁件单元1011为多个时，多个单个厚壁件单元1011互相之间独立，多个单个厚壁件单元1011互相之间无串光，单个厚壁件单元1011包括厚壁件本体10111，厚壁件本体10111上设置有入光面10112、全反射面10113、出光面10114，光源10115设置于入光面10112的一侧，光源10115发出的光线经入光面10112进入单个厚壁件单元1011，所述入光面10112的焦点为线焦点，入光面10112为单维度准直结构，单维度准直结构沿着单个厚壁件单元1011的长度方向直线拉伸生成，光源10115发出的光线经过入光面10112的准直，光线入射到全反射面10113上并产生发散，光线发散至出光面10114上形成出射的发散光线，单个厚壁件单元1011的长度方向与造型本体1的长度方向平行。每排厚壁件单元101包括i个单个厚壁件单元1011，i＝LProjected/lelement，其中LProjected为厚壁件单元101光导中心线投影到与车行方向垂直的平面上的长度，lelement为单个厚壁件单元1011的长度。
入光面10112边缘投影在正投影方向为矩形，入光面10112为带有聚光作用的弧面。厚壁件本体10111还设置有转弯结构3，转弯结构3用于平顺厚壁件本体10111，转弯结构3设置有边缘圆角，边缘圆角大小25～100mm，边缘圆角为60mm倒角。造型本体1上设置有前连接结构2，前连接结构2用于连接每相邻两个单个厚壁件单元1011，前连接结构2设置在每相邻两个单个厚壁件单元1011的下方或者上方。全反射面10113设置有扩散花纹，扩散花纹用于扩散光线角度。
本实施例还提供一种车灯，包括上述的矩阵式分布的汽车信号灯光学结构。
实施例2：
本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1的更为具体的说明。
图1为本实施例所提供的一种矩阵式分布的汽车信号的光学结构，依次包括三排厚壁件单元101，三排厚壁件单元101分别为第一排厚壁件单元、第二排厚壁件单元、第三排厚壁件单元，各排厚壁件单元101由i个单个厚壁件单元1011组成，互相之间保持独立，没有串光，实现矩阵式分布的汽车信号灯的光学结构，在优选例中，i＝LProjected/lelement，其中LProjected为厚壁件单元101光导中心线投影到与车行方向垂直的平面上的长度，lelement为单个厚壁件单元1011的长度。
图2为厚壁件单元101的上视图，依次包括：厚壁件单元的入光面10112、厚壁件单元的全反射面10113、厚壁件单元的出光面10114、LED光源、前连接结构2、后连接结构4、厚壁件单元的转弯结构3。
在优选例中，每排厚壁件单元101包括至少一个单个厚壁件单元1011，例如，所述单个厚壁件单元1011可以为1个、2个，3个等，所述至少一个单个厚壁件单元1011的入光面10112大小根据光型设计需要可以有适应性的变化，例如，所述入光面10112从一端到另一端设置为面积大小依次递减。
具体展开：
现有技术中，聚光器的数量与光源的数量为一一对应的关系，即一个聚光器的聚光面前放置一个光源，以便于光源出射的光线可以经聚光器的作用向指定方向发生偏折。由于聚光面设置于靠近光源的位置，聚光面的半径或弦长的尺寸通常适配于光源的尺寸，不会出现明显的扁长形状，聚光面的正视图通常为圆形或椭圆形的造型。
如图3所示，在其他实施例中，将现有技术中的聚光器应用于扁长入光面的结构示意图，当入光面为扁长造型时，可设置两至多个聚光器以覆盖整个入光面，并在聚光器对面设置同样数量的光源数量，此时，所述两至多个聚光器的聚光面均为有效聚光面。
如图4所示，在其他实施例中，将现有技术中的聚光器应用于扁长入光面的结构示意图，当入光面为扁长造型时，也可仅设置一个聚光器以覆盖整个入光面，此时，仅需在聚光器的对面设置一个光源即可向整个入光面出射光线，然而，由于入光面的造型为扁长形状，实际应用中图示虚线部分形成的聚光器将被剪切，使得效率变低。
不同于现有技术中入光面为点焦点的情况，如图5所示，单个厚壁件单元1011的入光面10112的焦点为线焦点，为单维度准直结构在沿着单个厚壁件单元1011的厚壁件长度方向进行直线拉伸生成。由于入光面10112具有线性拉伸特性，能够实现上下方向扁、左右方向宽的每个出光面造型要求，同时，由于所述入光面10112包括一条直线的线焦点，相较于现有技术中单个点光源准直入光面设计仅有一个点焦点的情况，容错率更大，对公差不敏感，并且较常规准直器设计整体效率更高、聚光效果更好，既满足对于又扁又长的狭窄空间造型的入光端准直器设计可行性，又降低了设计时的公差约束，更加灵活。
同时，本实施例入光面10112仅需设计一个，并且整个入光面均为有效入光面，仅一颗LED即可点亮整个入光面10112，因而整体效率更高，本发明能有效避免为满足效率要求而带来的需要每个入光面10112放两颗甚至更多LED引起的设计空间、设计成本、散热等问题。
所述单个厚壁件单元1011的全反射面10113是单个厚壁件单元1011的入光面10112和出光面10114对应的全反射面10113。基于出光面10114的点亮均匀性和配光法规需求，以及出光面10114造型扁长和光源10115的LED能量分布中心强，两边弱的特性，所述厚壁件单元1011的全反射面10113上设置有扩散花纹以扩散光线角度，是具有调制并且打散光实现均匀性的光学扩散面。
所述全反射面10113的光学扩散原理是将LED角谱分布转化为空间分布，通过本实施例全反射面10113去掉光源的不均匀的角谱信息。
所述光源10115可以选择双色光源，再结合电流或者PWM控制的方式实现功能复用，例如日间行车灯，位置灯和转向灯的复用。本实施例中光源10115采用双芯片LED，即LED光源包含黄光和白光两种颜色LED，结合PWM控制实现转向灯、位置灯、日行灯三种功能。
所述光源10115也可以使用单色光源，例如仅使用红色LED实现尾灯位置灯或者制动灯功能，或者仅使用黄色LED实现转向灯功能、或者仅使用白色LED实现日间行车灯或者前灯位置灯功。
所述光源10115在每个入光面10112前设置数量可以是一个或者两个，甚至多个，所述光源10115的数量在此处并不做限制。当光源在每个入光面10112前的数量为两个或者多个设置时，所述两个或者多个光源分别离焦设置或者一个在焦点其余离焦设置，此时能够实现多功能复用。
如图6和图7所示，在其他实施例中，每相邻两个单个厚壁件单元1011的第一侧a还设置有前连接结构2，用以连接相邻两个单个厚壁件单元1011。本实施例中，所述设计前连接结构2还具有保证结构稳定性的功能，可避免由于长时间振动导致单个厚壁件单元间互相磨损而出现的严重出粉问题。
在其他实施例中，所述前连接结构2还可设置于每一排相邻两个单个厚壁件单元1011的第二侧b，而非设置于相邻单个厚壁件单元1011的侧面c和侧面d之间，所述前连接结构2的设置位置可有效避免相邻单个厚壁件单元1011之间由于连接结构置于侧面c和侧面d之间带来的串光，解决了从侧面视角看存在亮斑严重的问题。
在车灯设计领域，领域内人员熟知车灯光学设计主要考虑正视角光学亮度要求，虽大角度同样存在要求但亮度值要求低，因此车灯光学设计经常从侧面视角看存在很暗实际情况，因此如果存在亮斑问题从侧面看将更加明显，所述前连接结构2的设置位置可有效避免该问题。
光由入光面10114进入在单个厚壁件单元1011中后将在侧面d’和侧面c之间不断反射直至全反射面10113，因而当前连接结构设置于侧面c和侧面d之间时，会存在部分光通过前连接结构进入相邻的单个厚壁件单元，形成亮斑。如图2和图4所示，本实施例中，所述前连接结构2设置于单个厚壁件单元1011的第一侧a或第二侧b，即便存在少量光在第一侧a所在平面和第二侧b所在平面之间反射,反射到所述前连接结构2中，光也会再被前连接结构2反射回去，因此能极大减少亮斑问题，避免亮斑产生。
所述相邻单个厚壁件单元1011之间还设置有后连接结构4，所述后连接结构4连通各单个厚壁件单元1011，具有避免串光和固定连接的作用。
所述单个厚壁件单元1011的转弯结构3还设置有边缘圆角，所述边缘圆角大小可为25～100mm范围内的任意值，于本实施例中，边缘倒角为60mm倒角，所述边缘倒角为单个厚壁件单元1011的侧面提供过渡，从而避免在全反射面10113侧上方视角观察转弯结构3位置处时会出现亮斑的问题。
在优选例中，所述边缘圆角大小为25～60mm,于实际应用中，具体所述25～60mm范围是光学设计时具体模拟得出。
如图2所示，所述厚壁件单元101的长度方向(图2中的n方向)与造型本体1的长度方向(图2中的m方向)保持平行，所述造型本体1的长度方向由客户指定，是造型固有方向，所述厚壁件单元的长度方向是PCB板放置方向，即厚壁件单元101的入光端设计长度方向。
现有技术中，厚壁件单元的长度方向设计与造型本体的长度方向是非平行的，如图8所示，多个虚线区域(图8中的Q区域)为现有技术中造型方向是造型长度方向时的设计方案，所述厚壁件不存在弯折，即光源出射的光无需经全反射面反射即可直接从出光面射出，由此导致如下三点问题：第一增加了虚线区域的厚壁件结构，厚壁件和PCB板造型变大，成本增加；第二厚壁件占据的是空间变大，不利于整灯造型设计；第三是人眼观察时会产生从出光面侧向光源侧由亮变暗的视觉效果，光学效果变差。而本实施例的造型本体的长度方向和厚壁件单元的长度方向互相平行。
如图6所示，图6为本实施例的厚壁件单元101的后视图，如图所示，单个厚壁件单元1011的入光面10112边缘投影在正投影方向是矩形。
结合图5能看到，当造型趋势使得入光面正投影方向设计是边缘为斜面的四边形，如图9所示虚线，光源发出光，光线进入入光面10112后会在水平方向反射，如遇到斜面会直接被反出去一部分导致整体光学系统效率降低，为防止此问题本实施例入光面10112设计为正投影方向是矩形并且是带有聚光作用弧面。
如图10所示，为本实施例的单个厚壁件单元1011的出光面10114，单个厚壁件单元1011的出光面10114用来满足法规配光的要求和车灯造型均匀点亮的要求。
如图11所示，为本实施例的一种矩阵式分布的汽车信号灯光学结构的侧视图，如图所示，第一排厚壁件单元，第二排厚壁件单元，第三排厚壁件单元共用一块PCB板子5。
如图12所示，图12为本实施例的单个厚壁件单元1011的光路原理图，光学原理是把LED光线的角谱分布转换成空间分布，LED光源发出的光线经过厚壁件单元的入光面10112准直，入射光线(图12中的x)入射到厚壁件单元的全反射面10113上，通过调节厚壁件单元的全反射面10113的扩散角度，使发射光线(图12中的y)产生一定角度的发散，进而均匀的点亮厚壁件单元的出光面10114，形成出射的发散光线(图12中的z)来满足法规配合和点亮均匀性。
本发明通过将单个厚壁件单元的入光面设置为边缘投影在正投影方向是矩形并且是带有聚光作用弧面，同时设置有与入光面和出光面相对应的全反射面，并将造型本体的长度方向和单个厚壁件单元的长度方向设置为平行，进而达到节省成本和均匀的光学效果的目的。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种矩阵式分布的汽车信号灯光学结构，其特征在于，包括造型本体(1)，所述造型本体(1)包括多排厚壁件单元(101)；
每排所述厚壁件单元(101)包括至少一个单个厚壁件单元(1011)；
当所述单个厚壁件单元(1011)为多个时，多个所述单个厚壁件单元(1011)互相之间独立，多个所述单个厚壁件单元(1011)互相之间无串光；
所述单个厚壁件单元(1011)包括厚壁件本体(10111)，所述厚壁件本体(10111)上设置有入光面(10112)、全反射面(10113)及出光面(10114)；
所述入光面(10112)的焦点为线焦点，所述入光面(10112)为单维度准直结构，所述单维度准直结构沿着所述单个厚壁件单元(1011)的长度方向直线拉伸生成；
光线经过所述入光面(10112)的准直，光线入射到所述全反射面(10113)上并产生发散，光线发散至所述出光面(10114)上形成出射的发散光线；
所述单个厚壁件单元(1011)的长度方向与所述造型本体(1)的长度方向平行。
2.根据权利要求1所述的矩阵式分布的汽车信号灯光学结构，其特征在于，所述入光面(10112)边缘投影在正投影方向为矩形。
3.根据权利要求2所述的矩阵式分布的汽车信号灯光学结构，其特征在于，所述入光面(10112)为带有聚光作用的弧面。
4.根据权利要求1所述的矩阵式分布的汽车信号灯光学结构，其特征在于，所述厚壁件本体(10111)还设置有转弯结构(3)，所述转弯结构(3)用于平顺所述厚壁件本体(10111)。
5.根据权利要求4所述的矩阵式分布的汽车信号灯光学结构，其特征在于，所述转弯结构(3)设置有边缘圆角，边缘圆角大小25～100mm。
6.根据权利要求5所述的矩阵式分布的汽车信号灯光学结构，其特征在于，所述边缘圆角为60mm倒角。
7.根据权利要求1所述的矩阵式分布的汽车信号灯光学结构，其特征在于，所述造型本体(1)上设置有前连接结构(2)；
所述前连接结构(2)用于连接每相邻两个所述单个厚壁件单元(1011)。
8.根据权利要求7所述的矩阵式分布的汽车信号灯光学结构，其特征在于，所述前连接结构(2)设置在每相邻两个所述单个厚壁件单元(1011)的下方或者上方。
9.根据权利要求1所述的矩阵式分布的汽车信号灯光学结构，其特征在于，所述全反射面(10113)设置有扩散花纹，所述扩散花纹用于扩散光线角度。
10.一种车灯，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的矩阵式分布的汽车信号灯光学结构。
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