CN115127075A - 透镜装置及车灯 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种透镜装置，包括：光源；透镜，透镜位于光源发出光线的一侧，透镜的轮廓形状为元宝状，透镜的一个底面形成为入光区域，入光区域与光源发出光线的一侧相对设置，透镜的另一个底面形成为出光区域，透镜的周向侧面形成为反射区域。本发明通过将透镜设计成元宝状，能够将光线在上下方向和水平方向进行聚拢，并且水平方向的聚拢程度小于上下方向，进而使光线能够形成近似腰型的光照效果，提升了在水平方向的光斑宽度，通过设置入光区域、反射区域和出光区域，对光源的边缘能量和中央能量进行重新分布，提高了光照分布的均匀性，减少了在水平方向光源的使用。

Description

透镜装置及车灯
技术领域
本发明属于透镜技术领域，具体涉及一种透镜装置及车灯。
背景技术
随着汽车工业的发展，对光照的要求越来越高，要求在水平方向光照长度边长，通常采用的方式是增加水平方向的光源来实现光照效果的扁平化，而由于厂家对灯具成本和车灯所用能量的控制越来越严，单纯靠多个LED光源堆叠出来的光照效果越来越缺乏竞争力。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明提出一种透镜装置，该透镜装置具有对圆形光线在水平方向延伸拓展的优点。
根据本发明实施例的透镜装置，包括：光源；透镜，所述透镜位于所述光源发出光线的一侧，所述透镜的轮廓形状为元宝状，所述透镜的一个底面形成为入光区域，所述入光区域与所述光源发出光线的一侧相对设置，所述透镜的另一个底面形成为出光区域，所述透镜的周向侧面形成为反射区域。
根据本发明一个实施例，所述入光区域包括第一函数曲面和两个侧壁面，两个所述侧壁面对称设在所述第一函数曲面的上下两侧。
根据本发明一个实施例，所述第一函数曲面用于对所述光源发出的光线进行折射，从而完成上下方向和水平方向的聚拢，光线在上下方向的折射角度大于水平方向的折射角度。
根据本发明一个实施例，所述反射区域为第二函数曲面，所述反射区域用于接收通过所述入光区域的光线并反射至所述出光区域。
根据本发明一个实施例，所述出光区域为凸面、平面、凹面中的至少一种，所述出光区域对光线进行折射，从而完成上下方向的聚拢和水平方向的发散。
根据本发明一个实施例，所述入光区域、所述反射区域和所述出光区域的曲率参数可根据要求进行调整。
根据本发明一个实施例，所述光源的数量可为多个，所述光源为朗博光源。
根据本发明一个实施例，所述反射区域为抛物面或抛物面与平面的组合面。
根据本发明一个实施例，所述透镜为无色透明材质或带颜色的透明材质。
根据本发明一个实施例，一种车灯，包括上述的透镜装置。
本发明的有益效果是，本发明通过将透镜设计成元宝状，能够将光线在上下方向和水平方向进行聚拢，并且水平方向的聚拢程度小于上下方向，进而使光线能够形成近似腰型的光照效果，提升了在水平方向的光斑宽度，通过设置入光区域、反射区域和出光区域，对光源的边缘能量和中央能量进行重新分布，提高了光照分布的均匀性，减少了在水平方向光源的使用。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明透镜装置的结构示意图；
图2是根据本发明透镜装置中入光区域的结构示意图；
图3是根据本发明透镜装置中出光区域的第一式样的结构示意图；
图4是根据本发明透镜装置中出光区域的第二式样的结构示意图；
图5是根据本发明透镜装置中出光区域的第三式样的结构示意图；
图6是根据本发明透镜装置中出光区域的第四式样的结构示意图；
图7是根据本发明透镜装置中反射区域的第一式样的结构示意图；
图8是根据本发明透镜装置中反射区域的第二式样的结构示意图；
图9是根据本发明透镜装置中入光区域的第一式样的结构示意图；
图10是根据本发明透镜装置中入光区域的第二式样的结构示意图；
图11是根据本发明透镜装置中入光区域的第三式样的结构示意图；
图12是根据本发明透镜装置中入光区域的第四式样的结构示意图；
图13是根据本发明透镜装置中上下方向的第一种能量密度分布图；
图14是根据本发明透镜装置中上下方向的第二种能量密度分布图；
图15是根据本发明透镜装置中水平方向的第一种能量密度分布图；
图16是根据本发明透镜装置中水平方向的第二种能量密度分布图；
图17是光源发光角及对应的能量密度分布图；
图18是实施例1中入光区域的结构示意图；
图19是实施例1中出光区域的结构示意图；
图20是实施例1中上下方向的能量密度分布图；
图21是实施例1中水平方向的能量密度分布图；
图22是实施例1中光线路径分布图；
图23是实施例1中另一角度的光线路径分布图；
图24是实施例1中上下方向的光线路径示意图；
图25是实施例1中光斑示意图；
图26是图24中1号光线夹角关系示意图；
图27是根据本发明透镜装置中两个光源的结构示意图
附图标记：
光源1、透镜2、入光区域21、反射区域22、出光区域23、第一函数曲面211、侧壁面212、第一区域213、第二区域231、第三区域232、第四区域233、第五区域234。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参考附图具体描述本发明实施例的透镜装置。
如图1和图25所示，根据本发明实施例1的透镜装置，包括：光源1和透镜2，透镜2位于光源1发出光线的一侧，透镜2的轮廓形状为元宝状，透镜2的一个底面形成为入光区域21，入光区域21与光源1发出光线的一侧相对设置，透镜的另一个底面形成为出光区域23，透镜2的周向侧面形成为反射区域22。也就是说，在入光区域21到出光区域23的方向上，透镜2的外轮廓逐渐增大，并且透镜2在水平方向的长度始终大于在上下方向的长度。
根据本发明一个实施例，入光区域21包括第一函数曲面211和两个侧壁面212，两个侧壁面212对称设在第一函数曲面211的上下两侧。并且，第一函数曲面211用于对光源1发出的光线进行折射，从而完成上下方向和水平方向的聚拢，光线在上下方向的折射角度大于水平方向的折射角度。也就是说，传统的圆形透镜在各个方向对光线的折射角度是相同的，而本申请第一函数曲面211在对光线进行折射时，在上下方向上折射角度大于水平方向上的折射角度，这样光线在水平方向上更为发散。如图9至图12显示了入光区域21的第一式样、第二式样、第三式样和第四式样的示意图。两个侧壁面212主要起到连接第一函数曲面211和反射区域22的作用，而反射区域22可以根据需要进行设计，如图10，在第一函数曲面211中间设置曲率不同的圆形区域，如图11，在第一函数曲面211中间设置曲率不同且沿上下方向设置的矩形区域，如图12，在第一函数曲面211中间设置曲率不同且沿水平方向设置的矩形区域。
根据本发明一个实施例，反射区域22为第二函数曲面，反射区域22用于接收通过入光区域21的光线并反射至出光区域23。进一步地，反射区域22为抛物面或抛物面与平面的组合面。如图7所示，反射区域22在上表面和下表面各有一个平面；如图8所述，反射区域22为抛物面。
在本发明的一些优选实时方式中，出光区域23为凸面、平面、凹面中的至少一种，出光区域23对光线进行折射，从而完成上下方向的聚拢和水平方向的发散。如图3至图6所示，依次显示了出光区域23的第一式样、第二式样、第三式样和第四式样的示意图，图3中出光区域23在水平方向上呈凹陷状态，在上下方向呈凸起状态；图4中出光区域23相较于图3而言在出光区域23中部增加了一块内凹面；图5中出光区域23相较于图3而言在水平方向的两端由凹陷改为凸起；图6中出光区域23相较于图5而言在出光区域23中部增加了一块内凹面。当然出光区域23还可以根据实际需要有其他面的组合。
根据本发明一个实施例，入光区域21、反射区域22和出光区域23的曲率参数可根据要求进行调整。也就是说，可以通过调整入光区域21、反射区域22和出光区域23的曲率参数来调整光线的反射角度和折射角度，来满足不同的使用场景，对光照有不同的要求。
优选地，光源1的数量可为多个，光源1为朗博光源。如图27，光源1数量根据实际光照亮度和光照范围需求进行调整，同时透镜2在水平方向进行拉伸，以匹配多个光源1。
更为优选地，透镜2为无色透明材质或带颜色的透明材质。这样可以满足不同人员的个性化需求。
本发明还公开了一种车灯，包括上述的透镜装置。利用上述的透镜装置，能够提升水平方向的光照范围，进一步提升了车灯的照射角度，提高了安全性。
实施例1
如图18至图25所示，入光区域21中的第一函数曲面211在上下方向和水平方向均对光线向中心进行汇聚，并且上下方向的汇聚程度大于水平方向，而第一区域213位于第一函数曲面211的中心，第一区域213只对光线进行上下方向汇聚。出光区域23包括一个第四区域233、两个第二区域231、两个第三区域232和两个第五区域234，第四区域233位于中部，第四区域233在上下方向和水平方向均对光线向外部进行发散，并且上下方向的发散程度小于水平方向；两个第二区域231分别位于第四区域233水平方向的两侧，第二区域231在上下方向和水平方向均对光线向中心进行汇聚；两个第三区域232分别位于第四区域233的上下两侧，第三区域232在上下方向对光线向中心进行汇聚，在水平方向对光线向外部进行发散；第五区域234位于第四区域233和第二区域231之间，第五区域234在水平方向对光线向外部进行发散；具体能量密度分布和光线路径可从图20至图23看出。以图24和图26为例，光源发射的1号光线与光轴夹角为A，1号光线经过入光区域21后与光轴夹角为B，1号光线经过出光区域23后与光轴夹角为C，1号光线处的入光区域21与光轴夹角为X，1号光线处的出光区域23与光轴夹角为Y，1号光线从光源到入光区域21的距离为L1，1号光线从入光区域21到出光区域23的距离为L2，则有：
L4＝L1*ainA+L2*tanB+L3*tanC根据折射定律：
Figure BDA0003764843210000061
需要将A夹角的光线分布到需要的L4的位置，主要通过调节X，Y夹角进行，当然也可以通过辅助调整L1，L2和L3的距离实现(因为车灯压缩空间的需求，所以设计时先初步确认结构空间，L1取2.5～5.5mm，L2取10～15mm，L3取13mm，从光源到光屏总距离不超过30mm)。再根据光源1的能量分布原则，将上下10°内的能量做一定发散，对超过15°的能量进行汇聚，提升光效能量利用率；图24中2号光线和3号光线的计算过程相同，区别在于需要调整不同角度范围的光线，并且增加了反射的过程。
本发明的有益效果是，本发明通过将透镜2设计成元宝状，能够将光线在上下方向和水平方向进行聚拢，并且水平方向的聚拢程度小于上下方向，进而使光线能够形成近似腰型的光照效果，提升了在水平方向的光斑宽度，通过设置入光区域21、反射区域22和出光区域23，对光源的边缘能量和中央能量进行重新分布，提高了光照分布的均匀性，减少了在水平方向光源的使用。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种透镜装置，其特征在于，包括：
光源(1)；
透镜(2)，所述透镜(2)位于所述光源(1)发出光线的一侧，所述透镜(2)的轮廓形状为元宝状，所述透镜(2)的一个底面形成为入光区域(21)，所述入光区域(21)与所述光源(1)发出光线的一侧相对设置，所述透镜的另一个底面形成为出光区域(23)，所述透镜(2)的周向侧面形成为反射区域(22)。
2.根据权利要求1所述的透镜装置，其特征在于，所述入光区域(21)包括第一函数曲面(211)和两个侧壁面(212)，两个所述侧壁面(212)对称设在所述第一函数曲面(211)的上下两侧。
3.根据权利要求2所述的透镜装置，其特征在于，所述第一函数曲面(211)用于对所述光源(1)发出的光线进行折射，从而完成上下方向和水平方向的聚拢，光线在上下方向的折射角度大于水平方向的折射角度。
4.根据权利要求3所述的透镜装置，其特征在于，所述反射区域(22)为第二函数曲面，所述反射区域(22)用于接收通过所述入光区域(21)的光线并反射至所述出光区域(23)。
5.根据权利要求4所述的透镜装置，其特征在于，所述出光区域(23)为凸面、平面、凹面中的至少一种，所述出光区域(23)对光线进行折射，从而完成上下方向的聚拢和水平方向的发散。
6.根据权利要求5所述的透镜装置，其特征在于，所述入光区域(21)、所述反射区域(22)和所述出光区域(23)的曲率参数可根据要求进行调整。
7.根据权利要求1所述的透镜装置，其特征在于，所述光源(1)的数量可为多个，所述光源(1)为朗博光源。
8.根据权利要求4所述的透镜装置，其特征在于，所述反射区域(22)为抛物面或抛物面与平面的组合面。
9.根据权利要求1所述的透镜装置，其特征在于，所述透镜(2)为无色透明材质或带颜色的透明材质。
10.一种车灯，其特征在于，包括如根据权利要求1-9中任一项所述的透镜装置。
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