CN114396596B - 一种基于液晶透镜的前照灯模组、前照灯及其车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车灯照明技术领域的一种基于液晶透镜的前照灯模组、前照灯及其车辆，旨在解决现有技术中远近光分层问题。其包括近/远光光源、聚光模块、遮光板、液晶透镜驱动器及液晶透镜；所述液晶透镜驱动器与所述液晶透镜内的电极电连接；用于调节所述液晶透镜的焦距；所述聚光模块包括近光聚光器和远光聚光器；所述近/远光聚光器将所述近/远光光源发出的光线通过所述遮光板的上/下面，由所述液晶透镜作用形成近/远光光型；所述近光聚光器与远光聚光器的第二焦点不重合；所述遮光板的前端与所述近光聚光器的焦点重合；本发明适用于车灯照明，能够达到近远光全开无暗区，避免远近光分层问题。

Description

一种基于液晶透镜的前照灯模组、前照灯及其车辆
技术领域
本发明涉及一种基于液晶透镜的前照灯模组、前照灯及其车辆，属于车灯照明技术领域。
背景技术
目前已有的投射式远近光一体前照灯模组的近光模组均通过聚光器、遮光板和前置透镜形成近光光型，远光模组通过聚光器和前置透镜形成远光光型，其中前置透镜为近光某种和远光模组所共用，且其为定焦透镜，不能调节焦距，当前置透镜存在一定装配误差时，遮光板则不处于透镜的焦距处，近光光型会出现截止线模糊、发彩等问题，影响光学效果。且由于遮光板总是存在一定的厚度，必定会使得远光聚光器的焦点偏离前置透镜的焦点，对远光光形造成干扰，影响远光的照明效果，并且使得远近光点亮时存在“分层”现象。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于液晶透镜的前照灯模组、前照灯及其车辆，带有液晶透镜的前照灯模组结构简单、调光方便，光形的稳定性高以及能够有效解决近远光的分层现象。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
第一方面，本发明提供了一种基于液晶透镜的远近光一体前照灯模组，包括近/远光光源、聚光模块、遮光板、液晶透镜驱动器及液晶透镜；所述液晶透镜驱动器与所述液晶透镜内的电极电连接；用于调节所述液晶透镜的焦距；所述聚光模块包括近光聚光器和远光聚光器；所述近/远光聚光器将所述近/远光光源发出的光线通过所述遮光板的上/下面，由所述液晶透镜作用形成近/远光光型；所述近光聚光器与远光聚光器的第二焦点不重合；所述遮光板的前端与所述近光聚光器的第二焦点重合。
结合第一方面，进一步的，所述近光聚光器为近光内灯罩或近光椭圆反射镜，且对应所述远光聚光器为远光内灯罩或远光椭圆反射镜。
结合第一方面，进一步的，所述近/远光内灯罩设于所述近/远光光源的光轴方向上，并将所述近/远光光源发出的光线汇聚至所述近/远光内灯罩的焦点处；所述近/远光光源设于所述近/远光椭圆反射镜的第一焦点处；所述近/远光光源发出的光线汇聚于所述近/远光椭圆反射镜的第二焦点处。
结合第一方面，进一步的，所述遮光板包括：独立遮光板或与远光聚光器为一体的遮光板。
结合第一方面，进一步的，所述液晶透镜包括玻璃基板、环形电极层、氧化铟锡电极层、透明高电阻层、聚酰亚胺层、液晶层；所述液晶透镜驱动器分别与所述氧化铟锡电极层和所述环形电极层的电极电连接；所述液晶层为棒状或盘状，焦距变化大于5mm；所述液晶层最小厚度大于1mm。
结合第一方面，进一步的，所述环形电极层包含多个同心环形电极，多个所述同心环形电极沿圆心由内至外均匀分布；所述同心环形电极的截面为梯形。
结合第一方面，进一步的，所述透明高电阻层的涂覆层数大于3层，且小于6层；所述透明高电阻层为AZO透明薄膜。
结合第一方面，进一步的，所述透明高电阻层的涂覆层数为4层。
第二方面，本发明提供了一种前照灯，包括第一方面任一所述的前照灯模组。
第三方面，本发明提供了一种车辆，包括第三方面所述的一种前照灯。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明提供的一种基于本发明提供的液晶透镜的前照灯模组，能够解决近远光分层现象；提升照明效果，使得路面照度分布更加均匀；通过液晶透镜驱动器对液晶透镜的调节，能够实现多种照明模式；液晶透镜的尺寸更小，组合的前照灯模组的尺寸更趋于小型化；此外，由于液晶透镜的曲率半径为无穷大，掉电后也不会引起周围的饰圈烧熔。
采用本发明前照灯模组的前照灯或者车辆都能获取上述相同的有益效果。
附图说明
图1是本发明实施例一的液晶透镜一种结构示意图；
图2是实施例一的液晶透镜中环形电极层结构示意图；
图3是本发明实施例二的前照灯模组的剖面示意图；
图4是本发明实施例三的前照灯模组的剖面示意图；
图5是本发明实施例的前照灯模组逻辑控制流程示意图；
图6是本发明的前照灯模组的照度图；
图7是本发明的前照灯模组的远近光组近光屏幕全开时的屏幕照度图；
图8是传统近远光一体式前照灯模组的近远光全开时的屏幕照度图；
图9是本发明前照灯模组的多种智能控制模式的路面照度图；
图中：1、近光光源；2、远光光源2；3、聚光模块；4、遮光板；5、液晶透镜；6、液晶透镜驱动器；7、散热器；8、壳体；9、玻璃基板；10、环形电极层；11、氧化铟锡电极层；12、透明高电阻层；13、聚酰亚胺层；14、液晶层；31、近光聚光器；32、远光聚光器；33、上斜面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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发明和简化描述，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
一种基于液晶透镜的远近光一体前照灯模组，该前照灯模组含有实施例1中的液晶透镜5，另还包括有近光光源1、远光光源2、聚光模块3、遮光板4、液晶透镜驱动器6。液晶透镜驱动器6与液晶透镜5内的电极电连接，液晶透镜驱动器6用于调节液晶透镜5的焦距。聚光模块3包括近光聚光器31和远光聚光器32。近光聚光器31将近光光源1发出的光线通过所述遮光板4的上面，远光聚光器32将远光光源2发出的光线通过遮光板4的下面，通过遮光板4上面的光、遮光板4下面的光分别都由液晶透镜5作用形成近光光型、远光光型；由于近光聚光器31与远光聚光器32在设置时候保证二者的第二焦点不重合，在近光功能单独打开的液晶透镜5的焦距与远光功能打开时的液晶透镜5的焦距不同。遮光板4与近光聚光器31在设置时要保证遮光板4的前端与近光聚光器31的第二焦点重合。液晶透镜5可选择棒状或者盘状；近光光源1和远光光源2可选择LED光源或激光光源。
优选的，近光聚光器31为近光内灯罩或近光椭圆反射镜，且对应的远光聚光器32为远光内灯罩或远光椭圆反射镜，这样设置的近光聚光器31和远光聚光器32可包括有四组组合：近光内灯罩和远光内灯罩；近光内灯罩和远光椭圆反射镜；近光椭圆反射镜和远光内灯罩；近光椭圆反射镜和远光椭圆反射镜。
优选的，近光内灯罩、远光内灯罩分别设于各自的光轴方向上，并对应将近光光源1、远光光源2发出的光线汇聚至各自近光内灯罩、远光内灯罩的焦点处。近光光源1、远光光源2对应设置在近光椭圆反射镜、远光椭圆反射镜的第一焦点处，近光光源1、远光光源2发出的光线汇聚于对应的近光椭圆反射镜、远光椭圆反射镜的第二焦点处上。
遮光板4采用独立遮光板4或与远光聚光器为一体的遮光板4，两种遮光板4的具体使用可见下述的实施例。
实施例2：
结合实施例1，参见图3，本实施例中提供的一种基于液晶透镜的远近光一体前照灯模组，近光聚光器31和远光聚光器32都分别设置为近光内灯罩和远光内灯罩，该近光内灯罩和远光内灯罩都分别包含多个全反射透镜。螺丝通过近光光源1和远光光源2都经各自的PCB板固定于散热器7上，近光光源1与PCB板之间涂覆有散热硅胶，远光光源2与PCB板之间也涂覆有散热硅胶。涂覆散热硅胶目的是增加光源散热性能。近光光源1的光轴方向对应设置近光聚光器31，远光光源2的光轴方向上对应设置远光聚光器32，近光聚光器31和远光聚光器32都通过螺丝固定在散热器7上，遮光板4设置在近光聚光器31的焦点位置，通过卡槽的卡接方式独立遮光板4固定在壳体8内，该遮光板4可为金属片遮光板4。液晶透镜5设置在壳体8的前端与液晶透镜5控制器通过电连接。壳体8通过螺丝与散热器7固定在一起。
选用该实施例进行光学模拟：
如图9示出，当将液晶透镜5的最小焦距设置为25㎜，配合汽车车身端车速的输入，可以实现多种灯光模式。在车速小于60km/h时，可以调节液晶透镜5为25mm，此时远近光均处于失焦状态，远近光开启时，其中心照明最大照度小，避免其他交通参与者眩目，同时其亮区范围大，路面照明亮度高；在车速大于60km/h小于90km/h时，液晶透镜55的焦距调节为32mm，其照明距离有所提`高，亮区范围有所减小；在车速大于90km/h时，液晶透镜55的焦距调节为37mm，此时路面照明亮度小，而灯具照明距离最大，极大提高了驾驶安全性。
当遮光板44厚度设为1mm，当仅有近光点亮时，液晶透镜5的焦距为40mm,当远光点亮时，液晶透镜55焦距应为35mm，遮光板44位于距离液晶透镜540mm处，同时近光聚光器3131的第二焦点也位于遮光板44处，远光聚光器3232的第二焦点为液晶透镜55后侧距离35mm，即仅近光点亮时，液晶透镜55的前焦点与近光聚光器3131的第二焦点重合，远光点亮时，液晶透镜55的前焦点与远光聚光器3232的第二焦点重合。当近光光源1单独工作时，所形成的近光光形的屏幕照度图如图6所示，远近光一起点亮时，通过液晶透镜驱动器66驱动调节液晶透镜55焦距，变为35mm, 所形成的远近光光形的屏幕照度图如图7所示，无暗区，路面照度均匀分布，若未改变焦距，则所形成的远近光光形的屏幕照度图如图8所示，存在“分层”现象，不利于照明。
实施3：
结合实施例1，参见图4，本实施例提供的一种基于液晶透镜的远近光一体前照灯模组，与实施例2区别在于，为了便于安装，将遮光板4和远光聚光器32设置为一体。该聚光器的上斜面33可使得远光聚光器32的光线进行全反射。螺丝通过近光光源1和远光光源2的各自PCB板固定于散热器7上，近光光源1与PCB板之间涂覆有散热硅胶，远光光源2与PCB板之间也涂覆有散热硅胶。涂覆散热硅胶目的是增加光源散热性能。远光聚光器32设置在远光光源2出光方向，远光光源2设置于散热器7的前端斜面上，近光光源1设置在散热器7的顶部，对应的近光聚光器31设置在近光光源1的出光方向。该实施例中的近光聚光器31可以设置为近光内灯罩，对应的远光聚光器32可以设置为椭圆反射镜；或者近光聚光器31可以设置为近光椭球反射镜，对应的远光聚光器32可设置为远光内灯罩或远光椭圆反射镜。
实施例4：
参见图1、图2，本实施例提供了一种液晶透镜5，该液晶透镜5主要包括玻璃基层、环形电极层10、氧化铟锡电极层11、透明高电阻层12、聚酰亚胺层13、液晶层14。液晶透镜驱动器6分别与液晶透镜5的氧化铟锡电极层11和所述环形电极层10的电极电连接；；液晶层为棒状或盘状，焦距变化大于5mm；液晶层最小厚度大于1mm。具体的，液晶层14向下依次分布为：聚酰亚胺层13、氧化铟锡电极层11和玻璃基板9，液晶层14向上依次分布为：聚酰亚胺层13、透明高电阻层12、环形电极层10和玻璃基板9；其中环形电极层10设置在透明高电阻层12内。玻璃基板9设置在液晶透镜5最外侧的上下面上，厚度均为2㎜。液晶层14上下面均涂有聚酰亚胺层13，液晶层14与聚酰亚胺层13之间通过PET薄膜隔开。液晶层14为E7型液晶聚合物；通过毛细管灌入厚度为30㎜，半径为18㎜；这样设置的液晶透镜5的最小焦距小于35㎜。
焦距f的具体值由下式确定：
其中f为液晶透镜5的焦距，nc是液晶透镜5中心处等效折射率，nr是液晶透镜5边缘处的等效折射率，d是液晶层14厚度，r是液晶透镜5的半径。
优选的，如图2所示，环形电极层10包含多个同心环形电极，沿着圆心由内至外均匀分布在环形电极层10上，每个同心环形电极均可单独供电控制；同心环形电极的截面为梯形，能够增加电场分布的密度，提高驱动效率，使得液晶透镜5区域内的电场分布更加均匀，折射率分布更加趋近与理想透镜。置于液晶层14下方的氧化铟锡电极层11为公共电极。透明高电阻层12为AZO透明薄膜，电学稳定性高，折射率大。在透明高电阻层12上涂覆层，涂覆层的层数为大于3且小于6，本实施例选择的涂覆层为4层，涂覆层内掺杂有浓度为10％的铝。
优选的，在液晶层14中设置有温度传感器，用于实时感测液晶层14的温度。
优选的，在液晶层14内增设有半导体制冷模块，利用半导体制冷模块实时保证液晶层14的温度恒定，从而保证液晶的光电参数，尤其是保证双折射率差恒定。
实施例5：
参见图5，本实施例提供了上述实施例2、3、4的前照灯模组的控制方法，液晶透镜驱动器6的控制MCU选用S32K144汽车级芯片，且其自带EEPROM，可以掉电保存多个电压值。
其具体逻辑为：
在远近光一体前照灯上电后，首先软硬件进行初始化操作，根据与车身端的控制通讯判断远光是否开启。
当远光不开启时，MCU访问EEPROM，读取控制液晶透镜5的电压值1，通过液晶透镜驱动器6输出相应电压，此电压值1适配于近光功能的焦距，可以满足近光光型的法规要求，且使得截止线清晰，通过液晶透镜5。
当有远光打开信号输入时，MCU访问EEPROM，读取控制液晶透镜5的电压值2，通过PWM方式调节液晶透镜驱动器6输出电压值2，此电压值适配于远光功能的焦距，其位置与远光光源2发出光线经过聚焦后的焦点重合，同时使得近光光源1截止线模糊，达到远近光功能全开时无暗区。
实施例6：
本实施例提供了一种前照灯，该前照灯包括有上述任一实施例提供的一种基于液晶透镜的远近光一体前照灯模组，并且至少能够产生任一实施例所述的技术效果，再此不做赘述。
实施例7：
本实施例提供了一种车辆，该车辆包括有上述实施例6提供的前照灯，并且至少能够产生实施例6所述的技术效果，再此不做赘述。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于液晶透镜的远近光一体前照灯模组，其特征在于，包括近/远光光源、聚光模块、遮光板、液晶透镜驱动器及液晶透镜；所述液晶透镜驱动器与所述液晶透镜内的电极电连接；用于调节所述液晶透镜的焦距；所述聚光模块包括近光聚光器和远光聚光器；所述近/远光聚光器将所述近/远光光源发出的光线通过所述遮光板的上/下面，由所述液晶透镜作用形成近/远光光型；所述近光聚光器与远光聚光器的第二焦点不重合；所述遮光板的前端与所述近光聚光器的第二焦点重合；
所述液晶透镜包括玻璃基板、环形电极层、氧化铟锡电极层、透明高电阻层、聚酰亚胺层、液晶层；所述液晶透镜驱动器分别与所述氧化铟锡电极层和所述环形电极层的电极电连接；所述液晶层为棒状或盘状，焦距变化大于5mm；所述液晶层最小厚度大于1mm；所述环形电极层包含多个同心环形电极，多个所述同心环形电极沿圆心由内至外均匀分布；所述同心环形电极的截面为梯形；
当将液晶透镜的最小焦距设置为25㎜，配合汽车车身端车速的输入，能够实现多种灯光模式；在车速小于60km/h时，调节液晶透镜为25mm，此时远近光均处于失焦状态，远近光开启时，其中心照明最大照度小，避免其他交通参与者眩目，同时其亮区范围大，路面照明亮度高；在车速大于60km/h小于90km/h时，液晶透镜的焦距调节为32mm，其照明距离有所提高，亮区范围有所减小；在车速大于90km/h时，液晶透镜的焦距调节为37mm，此时路面照明亮度小，而灯具照明距离最大；
当遮光板厚度设为1mm，当仅有近光点亮时，液晶透镜的焦距为40mm，当远光点亮时，液晶透镜焦距应为35mm，遮光板位于距离液晶透镜540mm处，同时近光聚光器的第二焦点也位于遮光板处，远光聚光器的第二焦点为液晶透镜后侧距离35mm，即仅近光点亮时，液晶透镜的前焦点与近光聚光器的第二焦点重合，远光点亮时，液晶透镜的前焦点与远光聚光器的第二焦点重合；当远近光一起点亮时，通过液晶透镜驱动器驱动调节液晶透镜焦距，变为35mm，所形成的远近光光形无暗区，路面照度均匀分布，若未改变焦距，则所形成的远近光光形存在“分层”现象；
在远近光一体前照灯上电后，首先软硬件进行初始化操作，根据与车身端的控制通讯判断远光是否开启；当远光不开启时，MCU访问EEPROM，读取控制液晶透镜的电压值1，通过液晶透镜驱动器输出相应电压，此电压值1适配于近光功能的焦距，满足近光光型的法规要求，且使得截止线清晰，通过液晶透镜；
当有远光打开信号输入时，MCU访问EEPROM，读取控制液晶透镜的电压值2，通过PWM方式调节液晶透镜驱动器输出电压值2，此电压值适配于远光功能的焦距，其位置与远光光源发出光线经过聚焦后的焦点重合，同时使得近光光源截止线模糊，达到远近光功能全开时无暗区。
2.根据权利要求1所述的一种基于液晶透镜的远近光一体前照灯模组，其特征在于，所述近光聚光器为近光内灯罩或近光椭圆反射镜，且对应所述远光聚光器为远光内灯罩或远光椭圆反射镜。
3.根据权利要求2所述的一种基于液晶透镜的远近光一体前照灯模组，其特征在于，所述近/远光内灯罩设于所述近/远光光源的光轴方向上，并将所述近/远光光源发出的光线汇聚至所述近/远光内灯罩的焦点处；所述近/远光光源设于所述近/远光椭圆反射镜的第一焦点处；所述近/远光光源发出的光线汇聚于所述近/远光椭圆反射镜的第二焦点处。
4.根据权利要求2所述的一种基于液晶透镜的远近光一体前照灯模组，其特征在于，所述遮光板包括：独立遮光板或与远光聚光器为一体的遮光板。
5.根据权利要求1所述的一种基于液晶透镜的远近光一体前照灯模组，其特征在于，所述透明高电阻层的涂覆层数大于3层，且小于6层；所述透明高电阻层为AZO透明薄膜。
6.根据权利要求5所述的一种基于液晶透镜的远近光一体前照灯模组，其特征在于，所述透明高电阻层的涂覆层数为4层。
7.一种前照灯，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的前照灯模组。
8.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求7所述的前照灯。
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