CN116025862A - 一种成像透镜组、车灯及车辆 - Google Patents

一种成像透镜组、车灯及车辆 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种成像透镜组、车灯及车辆，该成像透镜组包括：光源；第一透镜，第一透镜具有正折射光焦度，第一透镜具有第一入光面和第一出光面，第一入光面和第一出光面均为向远离光源的一侧弯曲的球面；第二透镜，第二透镜具有负折射光焦度，第二透镜具有第二入光面和第二出光面，第二入光面和第二出光面均为靠近光源的一侧弯曲的非球面；第三透镜，第三透镜具有正折射光焦度，第三透镜具有第三入光面和第三出光面，第三入光面和第三出光面均为向第三透镜的外侧凸出的非球面；孔径光阑设于第三透镜上，与第三透镜的外边缘贴合，第一透镜、第二透镜和第三透镜沿光源的光线方向依次设置。该成像透镜组具有良好的成像品质，光线利用率提高。

Description

一种成像透镜组、车灯及车辆
技术领域
本申请涉及车辆照明技术领域，具体而言，涉及一种成像透镜组、车灯及车辆。
背景技术
近年来，夜间滥用远光灯的现象比较严重，当夜晚和对向车辆会车时，对向车辆的远光灯可使驾驶人双目以及视觉上产生瞬间致盲，从而导致交通事故和危害的发生。针对上述技术问题，在夜间行驶时，LED矩阵大灯集成摄像头，自动识别迎面而来的车辆，设置多颗可独立亮灭的LED光源、具有多个准直器单元的聚光器以及一个透镜，通过控制各LED光源的亮灭，实现防眩目远光照明。采用上述设计的光形规避掉对向车辆的区域或部分区域，避免对面车辆受到远光的干扰，防止眩目。
然而这种防眩目远光照明模组仍然存在以下三方面缺陷：一、照明模组需在单个透镜成像前设置聚光器，这会导致透镜甚至整个照明模组的尺寸都比较大；二、该照明模组的聚光器包括多个分离的准直器单元，每个准直器单元对应形成一个照明光斑，这使得该照明模组只能适用于具有少量像素需求的车灯中，而针对有更多像素数量要求的车灯，该聚光器需要数量很多的准直器单元，或者在车灯内设置更多数量的上述照明模组，这都会导致防眩目远光模组占用更大的灯内空间，而且聚光器的加工制造难度会很高，成本会增加。同时，随着像素化照明技术的发展，在百级万级像素化照明模组开发过程中，更无法加工具有百个万个准直器单元的聚光器，也就是说现有的具有聚光器的防眩目远光照明模组已不能满足现在防眩目远光像素数量的需求；三、该照明模组采用单个透镜消不了色差，使得成像后的光形边缘会有颜色，从而影响驾驶员的视觉感受，造成不适。
发明内容
本申请的目的是提供一种成像透镜组、车灯及车辆，该成像透镜组的光线利用率高，能够满足照明和成像的需求，提升照明性能。
本申请的实施例是这样实现的：
第一方面，本申请提供一种成像透镜组，包括：
光源；
第一透镜，第一透镜具有正折射光焦度，第一透镜具有第一入光面和第一出光面，第一入光面和第一出光面均为向远离光源的一侧弯曲的球面；
第二透镜，第二透镜具有负折射光焦度，第二透镜具有第二入光面和第二出光面，第二入光面和第二出光面均为向靠近光源的一侧弯曲的非球面；
第三透镜，第三透镜具有正折射光焦度，第三透镜具有第三入光面和第三出光面，第三入光面和第三出光面均为向第三透镜的外侧凸出的非球面；以及
孔径光阑，设于第三透镜上，且与第三透镜的外边缘贴合；
其中，第一透镜、第二透镜和第三透镜沿光源的光线方向依次设置。
于一实施例中，第三出光面设有网格花纹。
于一实施例中，成像透镜组还包括：增透膜，设于第一入光面和第一出光面的至少一者之上。
于一实施例中，成像透镜组的总长度小于或者等于75mm。
于一实施例中，成像透镜组的最大半视场角小于20°。
于一实施例中，第一入光面到光源的距离为5mm～7mm；
第二入光面到第一出光面的距离为5mm～8mm；
第三入光面到第二出光面的距离为8mm～10mm。
于一实施例中，第一透镜的折射率大于第三透镜的折射率，且小于第二透镜的折射率；
第二透镜的阿贝系数小于第三透镜的阿贝系数，且小于第一透镜的阿贝系数。
于一实施例中，光源包含的发光芯片个数为30～30000。
第二方面，本申请提供一种车灯，包括本申请第一方面任一项实施例中的成像透镜组。
第三方面，本申请提供一种车辆，包括车体以及至少一个如本申请第二方面实施例所述的车灯，车灯设于车体上。
本申请与现有技术相比的有益效果体现在：本申请通过沿光源的光线方向依次设置第一透镜、第二透镜和第三透镜，该成像透镜组具有良好的成像品质，具有更高的光线利用率，能够满足照明和成像的需求。采用该成像透镜组得到的近光光形无论是光通量还是最大值都有所提高，照明性能更优。
本申请的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请一实施例示出的车辆的结构示意图；
图2为本申请一实施例示出的成像透镜组的结构示意图；
图3为本申请一实施例示出的第三出光面的结构示意图；
图4为本申请一实施例示出的光线在成像透镜组内传播的路径示意图；
图5为本申请一实施例示出的调制传递函数曲线图；
图6为常规单个透镜用于近光照明形成的近光光形图；
图7为本申请一实施例示出的成像透镜组用于近光照明形成的近光光形图。
图标：
1-车辆；11-车体；12-车灯；13-成像透镜组；100-光源；110-发光芯片；200-第一透镜；210-第一入光面；220-第一出光面；300-第二透镜；310-第二入光面；320-第二出光面；400-第三透镜；410-第三入光面；420-第三出光面；500-孔径光阑。
具体实施方式
术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，并不表示排列序号，也不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“左”、“右”、“上”、“下”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。
下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参照图1，其为本申请一实施例示出的车辆1的结构示意图。一种车辆1，包括车体11以及至少一个车灯12，车灯12设于车体11上。车辆1可以是人工驾驶汽车或者各级别的自动驾驶车辆。
本实施例中，车灯12为前照灯。当车灯12为前照灯时，车灯12可安装在车体11头部两侧，用于夜间行车、城市道路行使的照明。
请参照图2，其为本申请一实施例示出的成像透镜组13的结构示意图。车灯12包括成像透镜组13，成像透镜组13可通过支架等固定结构连接，最终固定到车灯12内。
一种成像透镜组13，包括光源100、第一透镜200、第二透镜300、第三透镜400和孔径光阑500。第一透镜200、第二透镜300和第三透镜400沿光源100的光线方向依次设置。其中，第一透镜200具有正折射光焦度，第一透镜200具有第一入光面210和第一出光面220，第一入光面210和第一出光面220均为向远离光源100的一侧弯曲的球面；第二透镜300具有负折射光焦度，第二透镜300具有第二入光面310和第二出光面320，第二入光面310和第二出光面320均为向靠近光源100的一侧弯曲的非球面；第三透镜400具有正折射光焦度，第三透镜400具有第三入光面410和第三出光面420，第三入光面410和第三出光面420均为向第三透镜400的外侧凸出的非球面。
光焦度，也称屈光度，用于表征透镜曲面拥有使光聚焦或者发散的能力。光焦度越大，透镜曲面对光线的偏折能力越强。
孔径光阑500设于第三透镜400上，孔径光阑500可以是第三透镜400的固定结构，例如镜筒或法兰环等黑色固定结构，孔径光阑500与第三透镜400的外边缘贴合，使孔径光阑500的直径与第三透镜400的直径相同，在设计时，孔径光阑500的直径一般小于55mm。于一实施例中，孔径光阑500的直径为44mm。
于一实施例中，光源100为LED光源，LED光源中包含的LED发光芯片110，发光芯片110的个数为30～30000个，呈矩阵式排列。根据发光芯片110数量的不同，可以采用尺寸为0.5mm*0.5mm的普通LED发光芯片，还可以采用尺寸为微米级别的Micro LED，即一种微缩LED光源。
本申请中，成像透镜组13的分辨率不小于光源100的分辨率，以能够将光源100的光线分布和光照强度分布精确地投射出去，提高成像的准确度。
请参照表1，示出了成像透镜组13的各透镜的结构参数。
表1 成像透镜组13的各透镜的结构参数
Figure BDA0003318858860000071
第一入光面210的曲率半径是34.98mm，第一出光面220的曲率半径是17.11mm。
第二入光面310的曲率半径是-30.85mm，第二出光面320的曲率半径是-13.997mm。
第三入光面410的曲率半径是-63.903mm，第三出光面420的曲率半径是39.352mm。
本实施例中，曲率半径值的正负界定是以每个透镜的入光面或出光面相对于光源100一侧弯曲的方向而言的。定义向远离光源100一侧的方向弯曲为正，则曲率半径值为正；向靠近光源100一侧的方向弯曲为负，则曲率半径值为负。
第一入光面210到光源100的距离为5mm～7mm，于一实施例中，第一入光面210到光源100的距离为5.499mm，第一透镜200的中心厚度为16.501mm。
第二入光面310到第一出光面220的距离为5mm～8mm，于一实施例中，第二入光面310到第一出光面220的距离为5.87mm，第二透镜300的中心厚度为13.394mm。
第三入光面410到第二出光面320的距离为8mm～10mm，于一实施例中，第三入光面410到第二出光面320的距离为8.968mm，第三透镜400的中心厚度为16.504mm。
在确定了第一入光面210到光源100的距离、第一透镜200的中心厚度、第二入光面310到第一出光面220的距离、第二透镜300的中心厚度、第三入光面410到第二出光面320的距离，以及第三透镜400的中心厚度后，可计算出由光源100、第一透镜200、第二透镜300、第三透镜400依次设置形成的成像透镜组13的总长度。成像透镜组13的总长度小于等于75mm。于一实施例中，成像透镜组13的总长度为66.736mm。
第一透镜200由耐热性高的玻璃材质制成，第二透镜300由塑料材质制成，具体可以是聚碳酸酯(一种高分子聚合物，简称PC)，第三透镜400由塑料材质制成，具体可以是聚甲基丙烯酸甲酯(一种透明的热塑性聚合物，简称PMMA)。
其中，第一透镜200的折射率大于第三透镜400的折射率，但小于第二透镜300的折射率。于一实施例中，第一透镜的折射率为1.517，第二透镜300的折射率为1.586，第三透镜400的折射率为1.492。
第二透镜300的阿贝系数小于第三透镜400的阿贝系数，且小于第一透镜200的阿贝系数。于一实施例中，第一透镜的阿贝系数为64.17，第二透镜300的阿贝系数为29.9，第三透镜400的阿贝系数为57.4。
阿贝系数也称色散系数，用来衡量透明介质的光线色散程度。阿贝系数为用以表示透明介质色散能力的指数。
成像透镜组13还包括：增透膜，增透膜设于第一入光面210和第一出光面220的一者之上。于一实施例中，增透膜设置在第一入光面210上，增透膜的厚度非常薄，可以提高光线透过率，减少菲涅尔反射。
请参照图3，其为本申请一实施例示出的第三出光面420的结构示意图。第三出光面420设有网格花纹。于一实施例中，网格花纹为矩形，对光线在上下左右方向上进行适当扩散，使光形更加均匀。
请参照图4，其为本申请一实施例示出的光线在成像透镜组13内传播的路径示意图。光线由光源100发出，由第一入光面210进入，经过第一透镜200的折射，从第一出光面220射出，经过第二入光面310进入到第二透镜300，经过第二透镜300的折射从第二出光面320射出，经过第三入光面410进入到第三透镜400，最终从第三出光面420射出，最终使成像透镜组13的最大半视场角小于20°，使得成像透镜组13的出射光线能够同时满足照明和成像的要求。
视场角的大小决定了光学仪器的视野范围，视场角越大，视野就越大。半视场角则是指视场角的一半对应的角度值。于一实施例中，成像透镜组13的最大半视场角为15°。
每一个透镜通过改变其形状、其折射率、或二者来改变其光学特性。在透镜各部分曝光于一次或多次照射而选择性并空间上修正其折射能力之后，照射整个透镜，分担光焦度。使得由光源100、第一透镜200、第二透镜300、第三透镜400依次设置形成的成像透镜组13具有更高的光线利用率。
请参照图5，其为本申请一实施例示出的调制传递函数曲线图。调制传递函数又称空间对比传递函数(spatial contrast transfer function)、空间频率对比敏感度函数(spatial frequencycontrast sensitivity function)，以空间频率的函数，反映光学系统传递各种频率正弦物调制度的能力，以下简称MTF。调制传递函数可用于表示光学系统的特征，MTF越大，表示成像透镜组13的成像质量越好。
如图5中的调制传递函数曲线表示的是不同半视场角的子午方向和弧矢方向的曲线(其中最小半视场角为0°，最大半视场角为15°)，如图5可知，该成像透镜组13在空间频率为1线对/毫米时的调制传递函数(MTF)基本均大于0.8，表明该成像透镜组13的成像品质高，满足成像的要求。需要说明的是，由于光源100中LED发光芯片110的尺寸为0.5mm*0.5mm，因此，只需衡量空间频率为1线对/毫米时的调制传递函数(MTF)即可。
该成像透镜组13通过控制各LED发光芯片的亮灭来实现防眩目远光照明和近光照明，为了更加形象地表明该成像透镜组13的成像效果，现以该成像透镜组形成用于近光照明的近光光形为例，对比其相比常规单个透镜的照明模组的优势。
请参照图6，其为常规单个透镜用于近光照明形成的近光光形图。图6中单个透镜的照明模组投射在配光屏幕上的近光光形，可见该光形畸变很大，近光光形截止线(光形上边界)倾斜严重，很容易导致近光III区超亮。
请参照图7，其为本申请一实施例示出的成像透镜组13用于近光照明形成的近光光形图。图7中的成像透镜组13形成的近光光形截止线平整，即使是光形的边缘位置也没有很大的畸变。此外也能看出该成像透镜组13得到的近光光形无论是光通量还是最大值都极大程度的高于前者，因此照明性能也更优。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种成像透镜组，其特征在于，包括：
光源；
第一透镜，所述第一透镜具有正折射光焦度，所述第一透镜具有第一入光面和第一出光面，所述第一入光面和所述第一出光面均为向远离所述光源的一侧弯曲的球面；
第二透镜，所述第二透镜具有负折射光焦度，所述第二透镜具有第二入光面和第二出光面，所述第二入光面和所述第二出光面均为向靠近所述光源的一侧弯曲的非球面；
第三透镜，所述第三透镜具有正折射光焦度，所述第三透镜具有第三入光面和第三出光面，所述第三入光面和所述第三出光面均为向所述第三透镜的外侧凸出的非球面；以及
孔径光阑，设于所述第三透镜上，且与所述第三透镜的外边缘贴合；其中，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜沿所述光源的光线方向依次设置。
2.根据权利要求1所述的成像透镜组，其特征在于，所述第三出光面设有网格花纹。
3.根据权利要求1所述的成像透镜组，其特征在于，还包括：
增透膜，设于所述第一入光面和所述第一出光面的至少一者之上。
4.根据权利要求1所述的成像透镜组，其特征在于，所述成像透镜组的总长度小于或者等于75mm。
5.根据权利要求1所述的成像透镜组，其特征在于，所述成像透镜组的最大半视场角小于20°。
6.根据权利要求1所述的成像透镜组，其特征在于，所述第一入光面到所述光源的距离为5mm～7mm；
所述第二入光面到所述第一出光面的距离为5mm～8mm；
所述第三入光面到所述第二出光面的距离为8mm～10mm。
7.根据权利要求1所述的成像透镜组，其特征在于，所述第一透镜的折射率大于所述第三透镜的折射率，且小于所述第二透镜的折射率；
所述第二透镜的阿贝系数小于所述第三透镜的阿贝系数，且小于所述第一透镜的阿贝系数。
8.根据权利要求1所述的成像透镜组，其特征在于，所述光源包含的发光芯片个数为30～30000。
9.一种车灯，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的成像透镜组。
10.一种车辆，其特征在于，包括车体以及至少一个如权利要求9所述的车灯，所述车灯设于所述车体上。
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