CN117889385A - 发光装置和车灯 - Google Patents
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Abstract
提出一种发光装置,包括光源和反光杯,反光杯包括两个相对的A1反射面和A2反射面;B方向与A方向正交,出光口在B方向上的宽度为bout,入光口在B方向上的宽度为bin,入光口到出光口的距离为h,其中,bout>bin,且bin+bout<2h,还包括透镜,从反光杯出光口出射的光入射于透镜并被其投射到远场;还包括位于反光杯和透镜光路之间的沿A方向全等延伸的第一整形反射面;还包括位于反光杯出光口的A1反射面的一侧边缘与透镜的光路之间的第一透射散射片。利用反光杯压缩光源发出光的角度,使得反光杯的出光口可以看作是一个新的发光半角为
Description
技术领域
本发明涉及照明领域,特别是涉及一种发光装置及使用该发光装置的车灯。
背景技术
在汽车照明领域中,汽车前照灯的要求最为严格,前照灯的照明范围和照度都有法规的严格要求。现有市场上的汽车前照灯的结构示意图如图1所示。其中,光源101发出的光121入射于反光面102并被其反射并汇聚,在汇聚处形成一条光带,光带的截面位置如图1中的121a所示,该光带在图1中垂直于图面。截止线光阑104位于汇聚焦点121a处,并挡住一部分光以形成截止线。通过汇聚焦点121a后的光入射于透镜103,该透镜103可以将截止线光阑104所在的平面(也就是汇聚焦点所在平面)的光分布成像到远场。这样,在汇聚焦点121a的光带就在远场形成一条光带,并且由于截止线光阑104的作用,该远场光带的边缘具有清晰的截止线,以满足法规的要求。
当前方案的问题在于,光源一般使用LED光源,是全角发光的,这样就必然会有如图中所示的光线123这样的直接出射于反光面之外的光线,从而造成系统效率的降低。
发明内容
为解决当前车灯方案效率低的问题,本发明提出一种发光装置,包括光源,还包括反光杯,反光杯沿A方向全等的延伸,反光杯包括相对的入光口和出光口,入光口和出光口之间包括两个相对的A1反射面和A2反射面;B方向与A方向正交,出光口在B方向上的宽度为bout,入光口在B方向上的宽度为bin,入光口到出光口的距离为h,其中,bout>bin,且bin+bout<2h,光源发出的光从反光杯的入光口入射于反光杯,一部分光穿过反光杯直接从出光口出射,剩余部分光入射于反光杯的A1反射面或A2反射面并被其反射后从出光口出射;还包括透镜,该透镜为成像透镜,用于将其焦平面的光分布投射并成像到远场,从反光杯出光口出射的光入射于透镜并被其投射到远场;还包括位于反光杯和透镜光路之间的沿A方向全等延伸的第一整形反射面,该第一整形反射面的第一端靠近反光杯出光口的A1反射面的一侧,第二端向透镜方向延伸;还包括位于反光杯出光口的A1反射面的一侧边缘与透镜的光路之间的第一透射散射片,入射于第一透射散射片的光线穿过该第一透射散射片的同时会发生散射。
上述发光装置中,优选的,反光杯发光的中心方向为C方向,在C方向上第一透射散射片覆盖反光杯出光口的A1反射面的一侧边缘,且在C方向上第一透射散射片不覆盖反光杯出光口的A2反射面的一侧边缘。
上述发光装置中,优选的,在C方向上第一透射散射片到反光杯出光口的A1反射面的一侧边缘的距离为H,第一透射散射片在B方向上的宽度是bs,其中,
上述发光装置中,优选的,A1反射面和A2反射面在垂直于A方向的截面上的截线分别为A1截线和A2截线,A1截线至少部分是抛物线,该抛物线的焦点与A2截线在入光口的端点相重合,该抛物线的过焦点的轴线在反光杯一侧的部分相对于入光口和出光口中心的连线向远离A1截线方向倾斜;或者,
A1截线至少部分是抛物线,A2截线是直线;A1截线在入光口的端点为M点,M点关于A2截线的对称点为N点,A1截线的抛物线的焦点与N点重合,该抛物线的过焦点的轴线在反光杯一侧的部分相对于入光口和出光口中心的连线向远离A1截线方向倾斜。
上述发光装置中,优选的,还包括沿着B方向全等延伸的B1反射面和B2反射面,A1反射面、B1反射面、A2反射面、B2反射面相连共同形成反射通道,光源发出的光从反射通道的入光口入射,并在反射通道中传播后从反射通道的出光口出射。
上述发光装置中,优选的,述反射通道为透明材质实体,A1反射面、B1反射面、A2反射面、B2反射面都是该透明材质实体的侧面的光滑表面,光源发出的光从反射通道的入光口入射进入反射通道后,部分光入射于该透明材质实体的侧面的光滑表面并发生全反射。
上述发光装置中,优选的,还包括位于反光杯和透镜光路之间的沿B方向全等延伸的第二整形反射面,该第二整形反射面的第一端靠近反射通道出光口的B1反射面的一侧,第二端向透镜方向延伸,第二端到反射通道光轴的距离不小于第一端到反射通道光轴的距离;还包括位于反光杯出光口的B1反射面一侧边缘与透镜的光路之间的第二透射散射片,入射于第二透射散射片的光线穿过该第二透射散射片的同时会发生散射。
上述发光装置中,优选的,反光杯发光的中心方向为C方向,在C方向上第二透射散射片覆盖反射通道出光口的B1反射面的一侧边缘,不覆盖反射通道出光口的A2反射面的一侧边缘。
上述发光装置中,优选的,还包括位于出光口边缘A2反射面一侧的沿着A方向延伸的截止线光阑,该截止线光阑的边缘至少部分伸入出光口内,使得该截止线光阑边缘可以通过透镜成像于远场。
本发明还提出一种车灯,包括上述的发光装置,还包括壳体和面罩,发光装置固定于壳体内,面罩对壳体形成密封,发光装置发出的光透过面罩出射。
在本发明中,利用反光杯压缩光源发出光的角度,使得反光杯的出光口可以看作是一个新的发光半角为小角度光源;利用第一整形反射面的作用,从主光斑中分出一部分能量来形成扩展光斑,利用扩展光斑来实现照明面积的扩大以及最高光强的较小损失。最后利用第一透射散射片来弱化反光杯出光口与第一整形反射面之间的缝隙,使得远场光分布更加均匀。
附图说明
图1表示了现有技术中车灯的结构示意图;
图2a、2b分别表示本发明第一实施例在两个方向上的示意图;
图2c表示了本发明中反光杯的工作原理示意图;
图2d表示了本发明第一实施例中去掉整形反射面后的远场光分布;
图2e表示了本发明第一实施例中考虑整形反射面影响后的远场光分布;
图2f表示本发明第一实施例中整形反射面的工作原理示意图;
图3表示了本发明另一个实施例的示意图;
图4a和4b分别表示了本发明另一个实施例的示意图和另一种反光杯的工作原理示意图;
图5表示了本发明另一个实施例的反光杯的工作原理示意图;
图6a表示了本发明中另一个优选实施例的整形反射面的工作原理示意图;
图6b表示图6a实施例的远场光分布示意图;
图7a和7b分别表示了本发明另一个实施例的示意图及其远场光分布示意图;
图8表示了本发明另一个实施例的示意图;
图9a、9b分别表示本发明另一个实施例在两个方向上的示意图;
图9c表示了图9a实施例中的反射通道的立体视图;
图10a、10b分别表示本发明另一个实施例在两个方向上的示意图;
图10c表示图10a所示的实施例的远场光分布示意图;
图11a表示了本发明另一个实施例的结构示意图;
图11b表示了图11a所示的实施例中截止线光阑的示意图;
图11c表示了应用图11b所示截止线光阑的远场光分布示意图;
图11d表示了图11a所示的实施例中另一种截止线光阑的示意图;
图11e表示了应用图11d所示截止线光阑的远场光分布示意图;
图12a表示本发明另一个实施例的结构示意图;
图12b表示了图12a实施例的远场光分布示意图;
图13a、13b分别表示本发明另一个实施例在两个方向上的示意图;
图13c表示图13a所示实施例中的反光杯、第一整形反射面和第一透射散射片的放大示意图;
图14表示了本发明另一个实施例的反光杯和整形反射面的结构示意图。
具体实施方式
本发明提出一种发光装置,其第一实施例的正视图和俯视图分别如图2a和2b所示。该发光装置包括光源201,还包括反光杯202,反光杯202沿A方向全等的延伸,反光杯202包括相对的入光口202c和出光口202d,入光口202c和出光口202d之间包括两个相对的A1反射面202a1和A2反射面202a2。B方向与A方向正交,如图所示,在图2a中A方向垂直于纸面向内,B方向向上,在图2b中A方向向上,B方向垂直纸面向外。出光口202d在B方向上的宽度为bout,入光口202c在B方向上的宽度为bin,入光口到出光口的距离为h,其中,bout>bin,且bin+bout<2h,光源201发出的光从反光杯202的入光口202c入射于反光杯,一部分光穿过反光杯202直接从出光口出射(例如图中的光线225),剩余部分光入射于反光杯的A1反射面或A2反射面并被其反射后从出光口202d出射。该发光装置还包括透镜203,该透镜203为成像透镜,用于将其焦平面的光分布投射并成像到远场,从反光杯出光口202d出射的光入射于透镜并被其投射到远场。透镜203在B方向上的有效宽度为LB,透镜203的焦距为F,该发光装置还包括位于反光杯202和透镜203光路之间的沿A方向全等延伸的整形反射面204,该整形反射面204的第一端靠近反光杯的出光口202d,第二端向透镜203方向延伸。
在本实施例中,如图2a所示,反光杯202沿A方向全等的延伸,反光杯202在B方向上对光线的传播方向进行限制,通过A1反射面202a1和A2反射面202a2的作用,将入射到这两个反射面上的光以反射的方式改变方向后从出光口202d出射。反光杯202在图2a截面的光路示意图如图2c所示,参考图2c详细解释反光杯202的作用。
在本实施例中,光源201是LED,LED为全角发光,因此在图2c中光源201向上方全角发光,发光半角为90度。这些光分为两部分,小角度的光可以直接从出光口202d出射,而大角度的光就会入射于A1反射面202a1或A2反射面202a2,并被其反射后再从出光口202d出射。为了实现将大角度光面向出光口202d反射的目的,出光口的宽度必然要大于入光口的宽度,即bout>bin。另外,连接A2反射面202a2在入光口的端点202a21和A1反射面202a1在出光口的端点202a12形成参考线251,这条线就表示了从光源201发出的能够不经过反射面的反射而直接从出光口202d出射的角度最大的光线。根据几何原理,参考线251的倾角的正切值等于也就是说,只要满足bin+bout<2h,就可以实现:从光源201发出的不经过反射面的反射而直接从出光口202d出射的光线的最大角度小于45度。同时,对A1反射面和A2反射面进行合理的设计,也可以实现经过A1反射面和A2反射面反射的大角度光的出射角度也小于45度。这样,光源201发出的光经过反光杯202的作用就可以在B方向上实现出射角度的压缩,压缩后的出射角小于等于45度。关于A1反射面和A2反射面的具体设计方法,有多种实现方式,在下文中有详细介绍。
综上,经过对A1反射面和A2反射面的合理设计,从光源201发出的光中,无论是直接从出光口202d出射的,还是经过A1反射面或A2反射面反射后再从出光口202d出射的,都可以将发光半角进行压缩,压缩到小于45度的某一个角度。又根据光学扩展量守恒定律,其中入射角就是LED光源的发光半角90度,因此可以得到
该发光装置还包括透镜203,该透镜203为成像透镜,用于将其焦平面的光分布投射并成像到远场,从反光杯出光口202d出射的光入射于透镜并被其投射到远场。透镜203在B方向上的有效宽度为LB,透镜203的焦距为F,因此该透镜203在B方向上接收光的半角等于由于从反光杯出光口202d出射的光的角度在B方向上被限制在半角/>以内,而且因此从反光杯出光口202d出射的光的大部分都可以入射于透镜203的有效口径之内,这样可以高效率的被透镜203投射到远场,因此不存在现有技术中的泄露光的问题。例如光线221是经过A2反射面202a2反射一次后入射于透镜203并被其投射到远场形成光线222,光线225是从没有经过A1反射面或A2反射面反射而直接从出光口202d出射后入射于透镜203并被其投射到远场形成光线226。
需要说明的是,如图2b所示的,在A方向上,反光杯202对光源201发出的光并没有压缩作用,因此在A方向上,反光杯出光口202d的光分布就比较宽。也就是说,在反光杯出光口202d处,光呈现在A方向宽、在B方向窄(因为在B方向被A1反射面和A2反射面限制了)的光分布,这个光分布经过透镜203的成像作用后投射到远场也会形成A方向宽、B方向窄的远场光分布262,如图2d所示。
该发光装置还包括位于反光杯202和透镜203光路之间的沿A方向全等延伸的整形反射面204,该整形反射面204的第一端靠近反光杯的出光口202d,第二端向透镜203方向延伸。从反光杯出光口202d出射的光中有一部分会入射于该整形反射面204,这些光会被整形反射面204反射而改变方向,并最终入射于透镜203并被其投射到远场。例如图2a中光线223,从出光口202d出射后入射于整形反射面204,并被其反射而入射于透镜203,并被其投射到远场形成光线224。为了推导出这部分光线在远场所形成的光斑,把经过整形反射面204反射后的光线223沿直线反推,可以得到虚光线223’,光线223可以等效的看成是从虚反光杯202’的出光口出射的虚光线223’而形成的,也就是说,经过透镜203投射到远场的光线224可以看成是虚反光杯202’出射形成的,而虚反光杯202’就是反光杯202在整形反射面204的镜像。由于整形反射面204的第一端靠近反光杯的出光口202d,因此作为镜像的虚反光杯202’与实体反光杯202就是相互靠近的;如果整形反射面204的第一端与反光杯的出光口202d紧贴,那么虚反光杯202’的出光口就会和实体反光杯202的出光口相连,从而等效的形成一个更大的发光面,也就是相当于在B方向上反光杯202的出光口向+B方向延伸了一倍的长度,而延伸出去的这部分光能量,就是从实体反光杯202出射的入射于整形反射面204的光能量。
因此,此时的远场光分布应该是在图2d光分布的基础上向-B方向延伸了,如图2e所示。为了避免误解,值得专门说明的是,图2d所示的光分布是本实施例中不包括整形反射面204时的光分布,此时的远场光斑262是由反光杯出光口202d发出的光经过透镜203的成像投射形成的,该光斑262基本是均匀的。图2e所示的光分布则是本实施例包括了整形反射面204的作用时的光分布,可以看到反光杯出光口202d发出的光中没有入射到整形反射面204而直接入射到透镜203的光(例如光线221和225)被透镜203成像投射到远场形成光斑262’,而反光杯出光口202d发出的光中入射到整形反射面204并被其反射后入射到透镜203的光(例如光线223)被透镜203成像投射到远场形成光斑264。如前所述的,光斑264可以等效的看成是虚反光杯202’发出的光直接被透镜203成像投射到远场的,由于虚反光杯与实体反光杯是靠近甚至相连的,因此虚反光杯202’形成的光斑264也会和实体反光杯202形成的光斑靠近甚至相连,光斑264相当于是实体反光杯202的出光口形成的光斑262’在-B方向的延伸。
图2e中以点阵的密集程度表示光照度的强度,越密集代表照度越高。下面结合图2f解释该光分布的形成原因。为了分析方便,我们把反光杯的出光口202d在B方向上分成相等的两个部分,靠近整形反射面204的一半以发光点271为代表的,远离整形反射面的一半以发光点272为代表,从发光点271和发光点272分别发出一束有一定角度范围的光线(代表从出光口202d出射的光的角度范围)。从发光点271发出的三条光线271a、271b和271c中,两条光线271b和271c入射于整形反射面204,相当于从镜像发光点271’发出了两条光线271b’和271c’;同时,从发光点272发出的三条光线272a、272b和272c中,只有一条光线272c入射于整形反射面204,相当于从镜像发光点272’发出了一条光线272c’。这样就可以理解,在图2e中,虚反光杯202’所形成的光斑264中的264a是从实体反光杯202所形成的光斑262中的262a中分出的一部分能量,虚反光杯202’所形成的光斑264中的264b是从实体反光杯202所形成的光斑262中的262b中分出的一部分能量,而且光斑264b分得的光能量相对光斑264a要多。从图2f的分析可以看出,整形反射面204的尺寸越大,其第二端向反射镜延伸的越多,则镜像发光点271’和272’从实体发光点271和272分得的能量就越多,反之则越少,因此可以通过控制整形反射面的尺寸来控制光斑264的照度。然而根据图2f可以理解的是,即使整形反射面无限大,光斑264的能量也小于光斑262的一半。因此,如图2e所示的,在整形反射面204的作用下,在远场就形成了沿-B方向扩展并逐渐减弱的光分布。值得注意的是,在图2e和2f中,以分区的方式来表示和分析光分布的亮度相对值,这只是为了在表示和分析中方便而已,而在实际中该远场光分布可以是沿-B方向连续减弱的。
虽然相对于光斑262的亮度来说,在整形反射面的作用下光斑262a的亮度被光斑264a分走了一小部分从而照度有所下降,但是考虑到照明范围成倍的增长,且最高亮度处照度下降不大甚至没有下降,图2e所示的光分布显然更适合于车灯等既需要近处泛光照明又需要远处高亮度照明的应用场合,即光斑264a、264b、262b和262a依次由近到远形成照明,既可以产生大的照明范围,且由于比较暗的光斑其照明位置也比较近,比较亮的光斑其照明位置也比较远,因此形成的路面照度是接近均匀的,有非常好的照明效果。反之,如果使用均匀光斑照明,在近处就会过亮,不仅照明效果不好,而且近处的光处于浪费状态,形成不必要的能量消耗。
综上所述,在本实施例中,利用反光杯202将光源发出的光集中于一个半角的角度范围以内,/>度,同时利用透镜高效率的收集从反光杯出光口出射的光将其成像的投射到远场;利用靠近反光杯出光口的整形反射面形成一个靠近反光杯的镜像虚反光杯,使得在远场形成在-B方向上逐渐减弱的、面积扩大一倍的照明光场,该照明光场特别适用于同时照明近处和远处的应用场景。
下面结合图2c,介绍反光杯202的A1反射面和A2反射面的优选的设计方法。如前所述,反光杯的入光口的宽度bin、出光口的宽度bout和入光口到出光口的距离h,决定了直接出射光的最大出射角度的正切值等于那么反光杯的A1反射面和A2反射面的面型也需要设计成使得入射的大角度光的反射光的最大出射角度有一定的限制。我们以A1反射面202a1的设计为例。A1反射面和A2反射面在垂直于A方向的截面上的截线分别为A1截线(在图中也用202a1表示)和A2截线(在图中也用202a2表示),A1截线202a1是抛物线,该抛物线的焦点与A2截线202a2在入光口的端点202a21相重合,该抛物线的过焦点的轴线252在反光杯一侧的部分相对于入光口和出光口中心的连线向远离A1截线202a1方向倾斜,在图2c中即为向右侧倾斜。根据抛物线的几何原理,从抛物线焦点202a21发出的入射于A1反射面202a1的光线241和243,被抛物线反射后会沿着与该抛物线的轴线平行的方向出射,分别形成出射光线242和244。从光源201其它任意地方出射的光入射到同样的入射点的反射光的角度都会小于光线242和244出射角,例如,图2c中光线246是从光源中部发出的光,它入射于与光线241同一个入射点,其反射光247的出射角度必然小于光线242。因此,从光源201发出的所有入射于A1反射面202a1的光的出射角都不大于轴线252,这样也就实现了对反射光的角度控制。与A1反射面的设计同样原理,可以设计A2反射面。
设抛物线(也就是A1反射面202a1的A1截线)的过焦点的轴线252与入光口和出光口中心的连线的夹角为K,K角就是从光源201发出的所有入射于A1反射面202a1的光在反射后的最大出射角。优选的,即经过A1反射面、A2反射面反射的光线的最大角度,等于从光源直接出射的光线的最大角度,这两个角度都等于/>这样,从光源201发出的所有光,经过反光杯202的作用后的出射角都被控制在不大于/>角。而根据光学扩展量守恒定律可知,/>
在本实施例中,反光杯沿A方向全等的延伸,从而A1反射面和A2反射面也是沿A方向全等的延伸的,这样使得入光口和出光口也是沿A方向全等的延伸的,也就是说入光口和出光口包括沿A方向延伸的直线状的边缘,这样的好处如下:
1.如果光源使用LED,LED的发光面一般是长方形或正方形的,具有平直的边缘,这样入光口的直线状边缘可以和LED发光区的边缘对准,达到最高效率的同时,也因为没有缝隙(或缝隙较小)而得到较好的发光均匀性。
2.法规规定,车灯的光分布是水平方向上比较宽、竖直方向上比较窄的光型,而且要求有在水平方向上延伸的明暗分界线来避免对其它行车人的眩光,用出光口的沿A方向延伸的直线状边缘来实现这条明暗分界线很合适且效率很高。
在本实施例中,整形反射面204的第二端是沿着反光杯的光轴向透镜方向延伸的,即整形反射面第二端到反光杯光轴的距离等于第一端到反光杯光轴的距离。这样形成的镜像虚反光杯202’与实体反光杯202平行的并排,可以得到比较大的等效光斑范围。在本发明的另一个实施例中,如图3所示,与图2a所示的实施例不同之处在于,在本实施例中整形反射面304第二端到反光杯302光轴的距离大于第一端到反光杯302光轴的距离,这样形成的镜像虚反光杯302’更远离透镜303。这样的好处在于,整形反射面304的存在对反光杯302的出射光的角度影响很小,从反光杯302出射的光入射于整形反射面304的能量也比较小,也就是虚反光杯302’分得的光能量比较小,这样有利于在远场形成更明显的照度梯度。
综合以上两个实施例可知,优选的,整形反射面第二端到反光杯光轴的距离不小于第一端到反光杯光轴的距离。当然,在实际应用中,整形反射面第二端到反光杯光轴的距离小于第一端到反光杯光轴的距离的情况也是存在的,这在下一个实施例中将会说明。
本发明的另一个实施例的结构示意图如图4a所示。在本实施例中,整形反射面404第二端到反光杯402光轴的距离小于第一端到反光杯402光轴的距离,此时整形反射面404会比较短,以免过多的影响反光杯402发出的光,这用于形成照明面积不需要很大、且照明需要比较均匀的应用场景。
本实施例与图2a所示的实施例还有一个不同点,就是使用了不同的结构来构成反光杯402,该反光杯402的光路原理示意图如图4b所示。在本实施例中,A1反射面402a1和A2反射面402a2在垂直于A方向的截面上的截线分别为A1截线和A2截线,A1截线是抛物线(在图中也用402a1表示),A2截线是直线(在图中也用402a2表示)。A1截线402a1在入光口的端点为M点,M点关于A2截线402a2的对称点为N点,A1截线402a1的抛物线焦点与N点重合,该抛物线的过焦点N点的轴线452在反光杯一侧的部分相对于入光口和出光口中心的连线向远离A1截线402a1方向倾斜,在图4b中即为向右侧倾斜。为了分析方便,在图4b中,实线箭头表示实际光线,虚线箭头表示实际光线的镜向光线,标号为对应的实线光线后加’符号。
观察从光源401的左端点M(即A1截线402a1在入光口的端点)发出的三条光线440、444和447,这三条光线入射于A2截线402a2上并被反射,反射后的光线441、445、448等效于从M点的镜像点N点出射的光线440’、444’、447’的直线传播,其中光线441和445入射于A1反射面402a1。由于N点是抛物线(A1反射面)402a1的焦点,因此光线441和445经过A1反射面402a的反射后沿着与抛物线的轴线452平行的方向出射形成平行光线442和446,其中光线446直接出射,光线442入射于A2截线的平面后形成光线443出射,光线443的出射角度与光线442相同。因此,从M点经过A1反射面402a反射的光线都以一定角度K从出光口出射。容易推导,从光源的任意一点出射的光经过A1反射面402a1反射后的出射角度都不大于K角。因此就实现了对反射光线的角度控制。另一方面,更优选的,A1截线402a1的焦点N到A1截线在出光口的端点的连线与入光口和出光口中心的连线的夹角也等于K角,例如光线448,它没有入射于A1反射面而是从A1反射面的上边缘直接出射,这条光线等效为从N点发出的光线447’直接从出光口出射,其出射角度也等于K,因此从光源401发出的任意直接出射的光线的发射角都小于等于K角。这样,与图2c所示的实施例相近的,通过控制bin、bout、h等外形尺寸以及对A1反射面的合理设计,就可以实现反光杯402对出射光的出射角的控制,其出光半角
本发明通过以图2c和图4b所示的两个实施例来说明反光杯的A1反射面和A2反射面的优选的设计方法,但在实际操作中还有其它设计方法,这里并不一一列举,只要反光杯的外形尺寸a、b、h满足本发明的要求就属于本发明的保护范围。例如,如图2c和图4b所示的连续曲面的反射面可能存在不容易加工的问题,在实际操作中,如图5所示,反光杯502的A1反射面502a1和A2反射面502a2中的至少一个在第一截面的截线也可以为多段折线拼接而成。这里以A1反射面502a1为例,其在垂直于A方向的截面上的截线(在图中也用502a1表示)为多段折线502a1a、502a1b、502a1c拼接而成,这样比较容易加工,其原理就是用多段折线模拟图2c中所示的抛物线的A1截线,多段折线502a1a、502a1b、502a1c的端点都位于抛物线上。这样虽然会对出射光线角度的控制带来一些偏差,但在实际中也是可以接受的。
在上述实施例的描述中可以看出,整形反射面在本发明的实施原理中起着重要的作用。在上述实施例中并没有对整形反射面向透镜方向的延伸长度给予限制和说明。在本发明另一个优选的实施例中,结合图6a的示意图对整形反射面向透镜方向的延伸长度给予说明。在本实施例中,反光杯602的A1反射面602a1、A2反射面602a2和整形反射面604在垂直A方向的截面上的截线分别为A1截线(也用602a1表示)、A2截线(也用602a2表示)和整形截线(也用604表示),整形截线604第一端靠近A1截线602a1在出光口的端点,该整形截线604的第二端604a与A2截线602a2在出光口的端点602a22的连线,与反光杯602出光口与入光口中心连线的夹角为α(在图中标识出),这样就限制了整形反射面的第二端向透镜方向的延伸长度。下面给予详细解释。根据前述的对反光杯的A1反射面的描述中可知,通过合理设计,可以使得从反光杯602的出光面602d出射的光的发光半角都控制在/>以内,例如从光源601的左端点601a1发出的相邻光线642和643,光线642刚好从A2反射面的上边缘602a22上方直接出射,光线642与光轴的夹角为/>光线643则刚好入射于A2反射面的上边缘602a22并被反射,反射光线642与光轴的夹角也是/>也就是说,反光杯602的出光口602d可以看成是一个发光半角为/>的面积更大的光源。在本实施例中,从光源601的左端点601a1发出的另一条光线641经过A2反射面反射后的发光半角也是/>它刚好入射于整形反射面的第二端604a并被其反射,光线641的镜像光线641’等效的从虚反光杯602’的出光口射出。由于光线641是反光杯出射的角度最大的光线,又由于它入射于整形反射面的第二端604a,因此通过分析可以知道,光线641是能够入射于整形反射面的最右侧(即+B方向最远的)的光线,也就是说其镜像光线641’是虚反光杯602’发出的最左侧(即-B方向最远的)的光线。如果将反光杯602的出光口602d沿B方向分成两部分602d1和602d2,如图所示,从602d1部分发出的光都不能入射于整形反射面604,而从602d2部分发出的光能够入射于整形反射面604,这也就是说,等效的从虚反光杯602’的602’d2部分可以发出光(这部分光就是从602d2部分发出的入射于整形反射面604的光),同时从虚反光杯602’的602’d1部分没有发出光。因此,这样在远场形成的光分布如图6b所示;其中,反光杯602出光口的602d1部分发出的光对应于光斑662a,反光杯602出光口的602d2部分发出的光对应于光斑662b,虚反光杯602’出光口的602’d2部分发出的光对应于光斑664b。虚反光杯602’出光口的602’d2部分发出的光是从反光杯602出光口的602d2部分发出的入射于整形反射面的光,显然其能量小于602d2部分发出的光总能量的一半,因此光斑664b的照度小于光斑662b的照度;而且,由于反光杯602出光口的602d1部分发出的光没有受到整形反射面604的影响,因此光斑662a的照度和不加整形反射面是相同而并没有降低。
在本实施例中,由于限制了整形反射面604的第二端向透镜方向延伸的长度,使得远场光斑中照射远端的部分662a的照度保持了最大,可以实现最佳的远射效果。结合图6a可以理解,随着整形反射面604的第二端604a向透镜方向(图中为向上)继续延伸,该整形截线604的第二端604a与A2截线602a2在出光口的端点602a22的连线,与反光杯602出光口与入光口中心连线的夹角α会变小,从反光杯的出光口602d出射的光中入射于整形反射面的光的比例会增大,对应的远场光斑在-B方向上也会逐渐延长,而当α变小到与相同时,从反光杯的出光口的任何一个位置出射的光中都有部分光入射于整形反射面,理论上远场光斑在+B方向上的边缘照度还是能保持最大,此时远场光斑在B方向的尺寸达到最大。而当整形反射面604的第二端604a向透镜方向再继续延伸时,/>此时远场光斑不再变大,远场光斑的最亮点也开始减弱。因此优选的,/>此时远场光斑的尺寸和最高照度达到比较好的平衡。此时整形反射面并不会减小从反光杯出射的光的角度(仍然是半角/>),而由于这样透镜依然可以高效率的收集从反光杯发出的和从整形反射面反射的光。
当然,在实际应用中也是可能出现的情况,因为此时虽然远场光斑不再增大,但是虚反光杯的光的比例会增加,即增加了远场光斑的均匀性。
在本发明的另一个实施例中,如图7a所示,与图2a所示的实施例不同的是,在B方向上,反光杯702出光口的中心702dc不在透镜703的中心线Bc上,且在B方向上,整形反射面704位于反光杯702的远离透镜中心线Bc的一侧。这样的好处在于,如图7b所示,远场光斑(包括反光杯702出光口形成的光斑和虚反光杯702’出光口形成的光斑)相对于B方向中心线Bc都集中于其一侧,这样在车灯应用中意味着高于水平线的光很弱或没有,可以起到防眩目的作用。
在图7a所示的实施例中,反光杯和整形反射面整体向+B方向偏移,这样的好处在于远场光斑向-B方向偏移从而达到减少/防止眩光的目的;同时这也可能造成在+B方向上,反光杯发出的光线从透镜外射出(即不能入射于透镜的有效口径之内)而造成效率下降。因此为了解决这个问题,在图8所示的另一个实施例中,反射通道和整形反射面作为一个整体偏转使得这个整体的出射光的光轴穿过透镜中心,这样可以使光线尽量多的入射于透镜的有效口径以内,从而提高收集效率。
在前述实施例中,反光杯包括的A1反射面和A2反射面都是沿A方向全等的延伸的,并在B方向上控制光线的发光角度,而在A方向并不限制光线的角度。而在实际应用中,限制A方向上的出射光角度或出射口径使其能够充分的被利用也是有意义的。因此,本发明的另一个实施例中,如图9a和图9b所示的,与图2a和图2b所示的实施例不同的是,除了反光杯902包括沿A方向全等延伸的A1反射面902a1和A2反射面902a2之外,该发光装置还包括沿着B方向全等延伸的B1反射面902b1和B2反射面902b2,A1反射面902a1、B1反射面902b1、A2反射面902a2、B2反射面902b2相连共同形成反射通道902,光源901发出的光从反射通道的入光口入射,并在反射通道中传播后从反射通道902的出光口出射。其中,B1反射面和B2反射面的优选的设计方法与A1反射面和A2反射面的设计方法相同,此处不再赘述。这样,从光源901发出的光,在B方向上的发光角度被A1反射面和A2反射面限制(如图9a所示的),在A方向的发光角度被B1反射面和B2反射面限制(如图9b所示的),这样就通过反射通道902实现了对光在两个正交方向上的角度限制,使得从反射通道出射的光可以被透镜尽量多的收集,从而提高效率。
前述实施例并没有描述A1反射面和A2反射面的具体实施方式,当然可以使用类似镀铝或镀银反射镜的方式来实现。而本实施例的另一个不同之处在于,反射通道902为透明材质实体,如图9c所示,A1反射面902a1、B1反射面902b1、A2反射面902a2、B2反射面902b2都是该透明材质实体的侧面的光滑表面,光源发出的光从反射通道的入光口入射进入反射通道后,部分光入射于该透明材质实体的侧面的光滑表面并发生全反射。这样的好处在于方便加工,所有反射面一体成型,而且由于是全反射,反射率接近100%。实体反射通道902的劣势在于实体透镜材料对光有一定的吸收,一般来说在实际应用中这是可以接受的。使用透明材质实体的反射通道902还有一个好处在于,优选的,整形反射面904的第一端可以紧贴反射通道的出光口,这样形成的镜像的虚反射通道(反光杯)也是紧贴实体反射通道的,这样形成的远场光分布是连续的而没有间隙。而如果是镀银或镀铝反射镜形成的反射通道,由于任意一个反射面必然存在厚度,因此整形反射面904最近只能紧贴反射面的后方,距离反射面必然存在一个厚度的距离。
在本实施例中,反射通道902为透明材质实体,这也带来一个问题,就是要求A1反射面、A2反射面的入光口到出光口的距离hA,等于B1反射面、B2反射面的入光口到出光口的距离hB,即hA=hB。根据前述的A1反射面和A2反射面的设计方法可知,hA是根据B方向需要限制的角度、bin、bout的大小合理设计而成,并不能随意调整;同样hB是根据A方向需要限制的角度、出光口在A方向上的宽度aout、入光口在A方向上的宽度为ain的大小合理设计而成,也不能随意调整。例如在本实施例中,由于光源901在B方向上的宽度小于其在A方向上的宽度,因此即使反射通道在A、B两个方向上控制发光角度相同,hA也是小于hB的。
为了使反射通道在A、B两个方向上有相同的高度,在本实施例中,反射通道还包括沿A方向全等延伸的A1延伸面902a1L和A2延伸面902a2L,A1延伸面902a1L和A2延伸面902a2L都是平面,A1延伸面902a1L位于A1反射面902a1的远离光源的一侧并与A1反射面902a1相连,两者连接后在垂直于A和B方向上的总高度等于hB,A2延伸面902a2L位于A2反射面902a2的远离光源的一侧并与A2反射面902a2相连,两者连接后在垂直于A和B方向上的总高度等于hB。更具体来说,A1反射面902a1向透镜方向延伸出平面902a1L,A2反射面902a2向透镜方向延伸出平面902a2L,延伸后总长度等于hB。在B方向上,从A1反射面和A2反射面的出光口出射的光会在这两个延伸的反射面直接反射传播,这个反射传播过程对发光角度的影响很小(如果两个延伸反射面相互平行则完全不影响发光角度,而考虑到实际注塑加工中需要留拔模角,这两个延伸反射面并不完全平行的情况,其对发光角度的影响也是很小的),因此从延伸平面902a1L和902a2L的出光口出射的光可以看成是与从A1反射面和A2反射面的出光口出射的光状态相同的,即具有相同的发光角度。这样就解决了反射通道在A、B两个方向高度必须相同的问题。
在本实施例中,优选的,B1反射面和B2反射面的优选的设计方法与A1反射面和A2反射面的设计方法相同。当然,B1反射面和B2反射面也可以采用不同的设计方法,例如B1反射面和B2反射面是相对的平行平面,这样虽然不能达到在A方向上限制发光角度的目的(因为在两个平行平面之间的反射并不能改变角度),但是同样依靠在B1反射面和B2反射面上的反射抑制了在A方向上发光口径的扩散。再例如,B1反射面和B2反射面是相对的有一定倾斜角的平面,这样也可以达到压缩发光角度的目的。
在图9a和图9b所示的实施例中,经过对反射通道902的B1反射面902b1和B2反射面902b2的合理设计可以在A方向上的压缩发射角,使得A方向上的发光半角同时经过对反射通道的A1反射面902a1和A2反射面902a2的合理设计可以在B方向上的压缩发射角,使得B方向上的发光半角/>在该实施例中,/>由于发光角度越大就越需要大口径的透镜来接收,因此透镜903在A方向上的宽度等于其在B方向上的宽度,这样可以在A方向和B方向同时接收反射通道902的出射光。在本实施例中,光源901在A方向上的宽度大于其在B方向上的宽度,也就是反射通道的入光口宽度ain>bin,而若/>则必然有aout>bout。又由于/>因此hB>hA,因此需要使用A1延伸面902a1L和A2延伸面902a2L来使得反射通道在A和B两个方向上的高度相等。
在实际应用中,反射通道在B方向上的发光角度也可以不等于其在A方向上的发光角度,即例如/>此时透镜在A方向上的宽度就可以小于其在B方向上的宽度,形成长条形的出光口外形,这样的外形更具有科技感。此时需要分两种情况讨论。第一种情况是,光源在A方向和B方向上的宽度相等,即ain=bin。由于/>aout>bout,因此hB>hA。此时仍然需要使用A1延伸面和A2延伸面来使得反射通道在A和B两个方向上的高度相等。当然另一个例子中/>且ain=bin,则hA>hB,此时显然则需要使用B1延伸面和B2延伸面来使得反射通道在A和B两个方向上的高度相等。第二种情况是,光源在A方向上的宽度小于其在B方向上的宽度即ain<bin,则此时无法确定hA和hB的相对大小,甚至可能出现hA=hB的情况。例如,ain为1mm,bin为2mm,/>为15度,则aout为3.86mm,hB为9.07mm。若/>为22度,则bout为5.34mm,hA刚好也为9.07mm,也就是hA=hB。此时就不需要延伸面。
综上所述,是否使用延伸面,要根据实际设计的需求。如果在设计中hA≠hB,则需要在较小的方向使用延伸面来使得反射通道在A和B两个方向上的高度相等,而如果在设计中hA=hB,则不再需要使用延伸面。而在具体设计中,一种优选的方案是反射通道在B方向上的发光角度不等于其在A方向上的发光角度/>这样有利于实现长条形的灯具外形,而此时是否需要使用延伸面,则与光源在A和B两个方向的尺寸有关。
本发明的另一个实施例的结构示意图如图10a和10b所示。与图9a和图9b所示的实施例不同的是,在本实施例中,如图10b所示,还包括位于反射通道1002和透镜1003光路之间的沿B方向全等延伸的第二整形反射面1005,该第二整形反射面1005的第一端靠近反射通道1002的出光口,第二端向透镜1003方向延伸。如图10b与图9b的比较可知,在本实施例中,透镜1003在A方向上的宽度显著变小,这使得从反射通道1002出射的光在A方向上会入射到透镜之外,例如光线1021,如果没有第二整形反射面1005的反射,光线1021就会如光线1021’一样不被透镜收集到,此时并不满足其中/>是反射通道在A方向上的发光半角,LA是透镜在A方向上的有效宽度,由于LA的大幅度减小,使得/>因此从反射通道出射的很多光在A方向上会不被透镜所收集。
第二整形反射面1005可以解决这个问题。例如光线1021,会被第二整形反射面1005反射形成光线1022,光线会入射于透镜1003的口径以内并出射形成光线1023。用前述的分析方法可知,反推光线1022所得到的虚光线1022’,可以等效的看成是从虚反射通道1002’发出的,即虚反射通道1002’的出光口可以等效看作实体反射通道1002在+A方向的扩展,那么在远场形成的光斑就相应的向-A方向扩展,本实施例的远场光分布的示意图如图10c所示。如图10c所示,位于A方向中间的光斑1062,是在A方向上从反射通道发出的光不经过第二整形反射面的作用而直接入射于透镜并被透镜成像投射到远场所形成在,光斑1062在B方向上形成的照度梯度是由于在B方向上的整形反射面1004的作用的结果,这里不再赘述;而又由于在A方向上的第二整形反射面1005的作用,虚反射通道1002’形成了在-A方向上的扩展光斑1063,该扩展光斑1063的照度低于光斑1062,且在-A方向上距离越远则照度越低。因此,在整形反射面1004和第二整形反射面1005的同时作用下形成的扩展光斑1063在-A方向和-B方向上同时存在衰减的照度梯度,这样将照明范围再次显著扩大了,且同时保持了整个光分布中的最亮照度基本不衰减。进一步的,在本实施例中还包括第三整形反射面1006,第三整形反射面1006在-A方向上靠近反射通道的出光口,相应的在-A方向形成了与实体反射通道1002相连的虚反射通道1002”,并相应的在远场的+A方向形成了扩展光斑1064。在整形反射面1004和第三整形反射面1006的同时作用下形成的扩展光斑1064在+A方向和-B方向上同时存在衰减的照度梯度,这样将照明范围再次显著扩大了。
在本实施例中,在B方向上,透镜1003的宽度LB较大,可以接受较大角度的光,反射通道1002在B方向上的发光角度可以与之匹配,即其中/>为反射通道在B方向上的发光半角,整形反射面1004对反射通道出射的发光角度范围改变不大;在A方向上,透镜1003的宽度LA明显小于LB,只能接受A方向上较小角度的光,而反射通道在A方向上将发光角度压缩的很小存在困难,因此在A方向上反射通道的发光角度与透镜1003的接收角度不匹配,即/>其中/>为反射通道在A方向上的发光半角,第二整形反射面和第三整形反射面就可以将A方向上原本不能入射于透镜的光利用起来形成在A方向上的扩展光斑,扩大照明面积。
值得说明的是,在本发明的说明中,A方向和B方向是相互正交的两个方向,A方向一般指水平方向,B方向则为竖直方向。然而A和B只是一个代号,可以互换,也可以指代别的方向,只要A和B是相互正交的两个方向就应该属于本发明的保护范围。
在上述实施例中,整形反射面、第二整形反射面、第三整形反射面都是平面,这是因为平面反射镜便于说明等效的虚反光杯以及虚反射通道。实际上,整形反射面也可以是曲面,同样可以在远场形成扩展光斑。平面的整形反射面所形成的虚反光杯的扩展光斑与实体反光杯的扩展光斑是等宽的(因为虚反光杯与实体反光杯是镜像关系),而曲面的整形反射面可以形成更宽的扩展光斑,这样可以形成更大的照明范围,这在下一个实施例中给予说明。
在说明另一个实施例之前,需要特别说明的是,本发明的说明中的“整形反射面”、“第二整形反射面”或“第X整形反射面”等,实际上都是属于整形反射面这一类,只是为了在说明中方便区分而进行的不同的命名。还有,本发明各实施例多处提到“反射通道”和“反光杯”,从上面的描述可知,反射通道是在反光杯的基础上形成的,其区别在于在一个方向上对光角度限制的就是反光杯,在两个正交方向上对光角度限制的就是反射通道,所以说反射通道也是一种反光杯,是更复杂形式的反光杯,因此在本发明的说明中提到反射通道或反光杯,都是指“反光杯”这种对光源发光角度进行压缩的光学器件。
本发明的另一个实施例的结构示意图如图11a所示,与图10a所示的实施例不同之处包括:
1.即在B方向上反射通道1102发光半角/>远大于透镜1103在B方向上的接收光的半角/>例如光线1123,其本来出射的方向在透镜1103之外(在图11a中以虚线表示本来出射的光线),因为入射于整形反射面1104而被反射回到透镜1103的口径之内。另一条光线1125也是被整形反射面1104反射而回到透镜1103口径之内。
2.整形反射面1104不是平面,而是向远离反光杯方向凸出的曲面,其好处在于可以在B方向上形成更大范围的扩展光斑。反推光线1123得到虚光线1123’,可以看出它可以等效的看作从虚发光点1123s点发出的;反推光线1125得到虚光线1125’,可以看出它可以等效的看作从虚发光点1125s点发出的。由于整形反射面1104是向远离反光杯方向凸出的曲面,因此并不会形成与反光杯1102出光口成镜像关系的虚反光杯,而是可以看成是形成了一系列例如1123s和1125s这样的虚发光点的集合,这些虚发光点在B方向上覆盖范围的宽度,显然大于实体反光杯1102的出光口在B方向上宽度,这是由于整形反射面1104是向远离反光杯方向凸出的曲面,对于入射光线来说有凹面反射镜对虚像的放大效果。
3.整形反射面1104的第一端在+B方向上靠近反光杯1102,同时第二端向透镜1103方向延伸,其第二端延伸到透镜1103有效口径边缘,延伸长度超过图10a所示的实施例。在图6a所示的实施例中已经描述过整形反射面延伸长度的影响,即整形截线第一端靠近A1截线在出光口的端点,该整形截线的第二端与A2截线在出光口的端点的连线,与反光杯出光口与入光口中心连线的夹角为α,满足/>就可以实现整形反射面对反光杯出射光的角度范围没有影响。然而在本实施例中,由于反光杯的发光角度大于透镜的接收角度,因此需要/>即利用整形反射面减小发光角度来与透镜的接收角度匹配,来保证所有光尽可能都全部入射于透镜口径之内。
4.反光杯1102和整形反射面1104看作一个整体,这个整体的发光角度与透镜1103的收光角度匹配。由于整形反射面1104对光的角度分布有影响,因此反光杯-整形反射面这个整体的发光角度就不是对称的,因此在本实施例中反光杯-整形反射面这个整体面向透镜向整形反射面方向旋转,使得这个整体的出射光的中心光线与透镜中心重合,这样可以保证这个整体的出射光尽量多的入射于透镜1103的口径之内。
5.反光杯1102出光口的中心不在透镜的中心线Bc上,整形反射面1104位于反光杯1102的远离透镜中心线Bc的一侧,这样的好处是光斑都位于水平线以下,可以防止对对面的车辆和行人的眩目光。在本实施例中,还包括位于反光杯出光口边缘A2反射面1102a2一侧的沿着A方向延伸的截止线光阑1107,该截止线光阑的示意图如图11b所示。该截止线光阑1107的边缘包括第一直边1107a,还包括与第一直边相互平行且相互错开的第二直边1107b,第一直边1107a相对于第二直边1107b更深入出光口的内部,第一直边和第二直边在交界处以一条短边1107c相连接,这条短边与第一直边和第二直边的夹角小于55度且大于35度。这样产生的远场光分布如图11c所示。可以看出该光分布在B方向有相对于图10c更宽的范围(因为虚发光点的范围更宽了),且在B方向有照度梯度(在图中表示为四格的照度梯度是为了表示方便,实际应为基本连续分布)。该光分布主要集中于水平线Bc以下,且在水平线附近的边缘形成了截止线光阑边缘的形状,这是汽车对近光照明的要求。根据汽车近光照明要求,还有另一种截止线光阑的形式,如图11d所示,该截止线光阑1107的边缘包括第一直边1107a,还包括与第一直边1107a相交的斜边1107b,该斜边1107b与第一直边1107a的夹角大于65度且小于85度,第一直边1107a相对于斜边1107b更深入出光口的内部。这样产生的远场光分布如图11e所示。
在本发明的说明中多次提到透镜的口径,这里的口径指的是有效口径,有效口径指的是结合本发明其它元件一起发挥作用的透镜口径。在实际应用中,有的透镜会为了固定预留边框,这个边框由于不发挥光学作用,因此不属于有效口径的计算范围之内;有的透镜和其它透镜一起成型,虽然是一体的构成一个大光学元件,但是在这个局部发挥作用的还是原来的透镜范围,其它的透镜或光学元件也不能算作有效口径之内。
在本发明的说明中,由于要说明A方向和B方向两个方向的光学原理,使用α等符号时,有时带有A为下角标表示在A方向的角度,有时使用B为下角标表示在B方向的角度,有时不使用角标则应结合上下语境来确定指的是A方向还是B方向。
本发明的另一个实施例的结构示意图如图12a所示,其远场光分布示意图如图12b所示。与图10a所示的实施例的不同之处在于:
1.整形反射面1204靠近反光杯1202出光口靠近A1反射面1202a1的一侧,反光杯出光口的A2反射面1202a2的一侧位于透镜的中心线Bc附近,这样可以保证从反光杯出射的往-B方向的出射光尽量多的入射于透镜的有效口径以内。整形反射面1204在+B方向形成虚反光杯1202’,并使得远场光分布向-B方向延伸并在-B方向形成照度梯度,如图12b所示,其原理不再赘述,在远场光分布中形成的扩展光斑在图12b中表示为1261,反光杯1202的出光口在远场光分布直接形成的光斑为1260。
2.该发光装置还包括沿A方向全等延伸的第三整形反射面1205,第三整形反射面1205的第一端靠近反光杯1202出光口的A2反射面1202a2的一侧,第三整形反射面的第二端向透镜1203方向延伸。第三整形反射面1205在-B方向形成虚反光杯1202”,并使得远场光分布向+B方向延伸并在+B方向形成照度梯度,其原理不再赘述,在远场光分布中形成的扩展光斑在图12b中表示为1262。在本实施例中,第三整形反射面1205向透镜方向延伸的长度小于整形反射面1204向透镜方向延伸的长度,根据前述的整形反射面的工作原理可知,整形反射面向透镜方向延伸的长度越小,则在远场光分布中形成的扩展光斑的扩展长度越小,因此整形反射面形成的远场扩展光斑1261在B方向上的扩展长度大于第三整形反射面形成的远场扩展光斑1262在B方向上的扩展长度。通过设置反光杯出光口的A2反射面1202a2的一侧和透镜的中心线Bc的相对位置,可以使得包括扩展光斑1262在内的远场光集中在水平线以下,这样不仅能够避免眩光,而且所产生的远场光分布中的照度最亮点在主光斑1260中,并不是紧贴水平线的,这在一些慢速车辆(例如电动车和自行车)的照明中是用特别需求的。
本发明的另一个实施例的结构示意图如图13a和13b所示。与图10a所示的实施例的不同之处在于:
1.如图13a所示,在本实施例中,透镜1303在B方向上的宽度LB明显减小,这使得透镜在B方向上的接收角度也明显减小,从反光杯1302出射光的角度远大于LB,在图11a所示的实施例中,采用通过反光杯的设计增大/>从而使在本实施例中,则有意减小LB来使得/>本实施例减小LB的好处在于使透镜在B方向上变得更薄。由于透镜在B方向上的宽度已经没有比反光杯的出光口宽度大很多,因此没有采用向外凸出的整形反射面。在本实施例中,仍采用平面的第一整形反射面1304,该第一整形反射面的第一端靠近反光杯1302出光口的A1反射面1302a1的一侧,第二端向透镜1303方向延伸,该第一整形反射面1304的第二端靠近透镜1303的边缘,保证往+B出射的光全部入射于透镜的有效口径以内。整形反射面1204形成的虚反光杯1302’使得远场光分布向-B方向延伸一倍并在-B方向形成照度梯度,其原理不再赘述。
2.本实施例中,发光装置还包括位于反光杯1302出光口的A1反射面1302a1的一侧边缘与透镜1303的光路之间的第一透射散射片1308,入射于第一透射散射片1308的光线(例如图13a中的光线1323)穿过该第一透射散射片1308的同时会发生散射,形成透射散射光1324。反光杯1302的出光口会通过透镜的成像投射作用在远场形成主光斑,同时虚反光杯1302’的出光口也会通过透镜的成像投射作用在远场形成扩展光斑,如果第一整形反射面1304与反光杯出光口之间有缝隙,那么反光杯1302和虚反光杯1302’之间也会有缝隙,这样在远场的主光斑和扩展光斑之间就会有缝隙,这个缝隙表现为光线较暗的条形暗区,对照明效果有较大影响。引入位于反光杯1302出光口的A1反射面1302a1的一侧边缘与透镜1303的光路之间的第一透射散射片1308后,反光杯1302和虚反光杯1302’之间的缝隙就会被第一透射散射片的散射作用模糊掉,从而提升照明效果,同时也不影响效率。参考图13c的第一透射散射片和反光杯的放大示意图,优选的,反光杯发光的中心方向为C方向,在C方向上第一透射散射片1308覆盖反光杯出光口的A1反射面的一侧边缘,这样可以最有效的遮住反光杯1302和虚反光杯1302’之间的缝隙,从而达到虚化这个缝隙的效果。
3.第一整形反射面1304靠近反光杯出光口靠近A1反射面1302a1的一侧,反光杯出光口的A2反射面1202a2的一侧位于透镜的中心线Bc附近,这样可以保证从反光杯出射的往-B方向的出射光尽量多的入射于透镜的有效口径以内。同时,此时远场光分布主要位于水平线Bc以下,这样可以避免眩光。可以看出,反光杯出光口的A2反射面1302a2的一侧边缘本身就可以作为本实施例的远场光分布的在+B方向上的截止线,该截止线越清晰越好,因此优选的,沿-C方向看过去,第一透射散射片1308不覆盖反光杯出光口的A2反射面1302a2的一侧边缘,即不破坏截止线的清晰性。优选的,还包括位于出光口边缘A2反射面一侧的沿着A方向延伸的截止线光阑,该截止线光阑的边缘至少部分伸入出光口内,使得该截止线光阑边缘可以通过透镜成像于远场。此时,在-C方向看过去,第一透射散射片1308不覆盖反光杯出光口的A2反射面1302a2的一侧边缘(即不覆盖截止线光阑的边缘),也就不破坏截止线的清晰性。
4.参考图13c,在C方向上,第一透射散射片1308到反光杯出光口的A1反射面1302a1的一侧边缘的距离为H,第一透射散射片1308在B方向上的宽度是bs,其中,bs≥H·根据前述实施例的说明可知,经过合理设计,反光杯1302用于将光源发出的光压缩为发光半角是/>的出射光(在B方向上),因此从反光杯出光口的A1反射面1302a1的一侧边缘出射的光的半角也为/>那么/>就可以保证第一透射散射片1308至少可以覆盖从反光杯出光口的A1反射面1302a1的一侧边缘出射的光的一半以上(因为另一半入射于第一整形反射面后也会反射并入射于第一透射散射片),这样可以很好的弱化反光杯1302和虚反光杯1302’之间的缝隙所形成的远场暗条纹。
5.如图13b所示,在本实施例中,发光装置还包括沿B方向全等延伸的第二整形反射面1305,第二整形反射面1305的第一端靠近反射通道1302的出光口的B1反射面1302b1的一侧,第二端向透镜1303方向延伸;还包括沿B方向全等延伸的第三整形反射面,第三整形反射面的第一端靠近反射通道1302出光口的B2反射面1302b2的一侧,第二端向透镜1303方向延伸。其中,第二整形反射面1305和第三整形反射面1306都是向远离反射通道1302方向凸出的曲面,第二整形反射面1305可以在远场光分布的-A方向形成更大的扩展光斑,同时第三整形反射面1306可以在远场光分布的+A方向形成更大的扩展光斑。其原理不再赘述。发光装置还包括位于反光杯出光口的B1反射面1302b1一侧边缘与透镜的光路之间的第二透射散射片1307,入射于第二透射散射片1307的光线(例如光线1321)穿过该第二透射散射片1307的同时会发生散射形成散射光(例如光线1322))。同样道理,第二透射散射片1307用于遮挡反射通道出光口与第二整形反射面产生的虚发光点区域之间的缝隙。进一步优选的,为了提升弱化该缝隙在远场所产生的暗条纹,反光杯发光的中心方向为C方向,在C方向上第二透射散射片1307覆盖反射通道出光口的B1反射面的一侧边缘;而为了不同时影响远场截止线的清晰效果,优选的,第二透射散射片1307不覆盖反射通道出光口的A2反射面的一侧边缘(如图13a中的第二透射散射片1307所示)。
显然,本实施例中的透射散射片(包括第一透射散射片和第二透射散射片)也可以应用本发明的其它实施例中。
本发明的另一个实施例的示意图如图14所示,与图11a所示实施例不同的是,在本实施例中,发光装置还包括位于反光杯1402出光口与透镜光路之间的第一透射散射片1407,用于遮挡整形反射面1404与反光杯1402之间的缝隙使远场光斑更均匀。与图13a和图13b所示的实施例中的第一透射散射片不同的是,本实施例中透射散射片1407包括散射区1407a和透明区1407b,其中散射区1407a位于整形反射面的第一端与透镜的光路之间,散射区覆盖反光杯出光口的A1反射面1402a1一侧的边缘,透明区1407b位于截止线光阑1406和透镜的光路之间,透明区覆盖反光杯出光口的A2反射面1402a2一侧的边缘,因此透明区对于远场光斑的截止线是没有模糊作用的。具体来说该透射散射片1407是一块完整的透明材料片(例如透明玻璃片),其部分表面(对应于散射区1407a)做了粗糙化处理而形成了有散射光功能的表面微结构,其它表面(对应于透明区1407b)没有做处理而保持透明状态。这样的好处在于:
1.由于散射区1407a位于整形反射面的第一端与透镜的光路之间,因此可以实现遮挡整形反射面1404与反光杯1402之间的缝隙使远场光斑更均匀的技术效果。同时,透明区1407b延伸到反光杯1402的外部,这里方便固定该透射散射片1407而不会干涉到光路。
2.在图13a和13b所示的实施例中,第一透射散射片1308和第二透射散射片1307的边缘都暴露在光路之中,这是因为它们需要避开截止线上方的空间不能使截止线变得模糊,而第一透射散射片1308和第二透射散射片1307的边缘本身就对原光路有一定的干扰作用,会使得远场光斑具有局部的阴影。而本实施例中,散射区1407a和透明区1407b之间不存在边缘,两者之间是连续的,只是表面处理不同,因此不存在边缘对于光路的干扰。
在本发明的以上实施例中,都使用了反光杯与整形反射面的配合来改变光的分布。如前面说明的,反光杯用于压缩光源发出光的角度,使得反光杯的出光口可以看作是一个新的发光半角为小角度光源;此时反光杯的出光口基本是一个均匀分布,在远场也会相应的形成均匀分布的光斑。这在车灯等应用场合中会存在照明面积太集中太小、近处太亮等问题,因此形成扩大的不均匀光斑、同时保持比较高的最高光强,是一个重要的课题。本发明利用整形反射面的作用,从主光斑中分出一部分能量来形成扩展光斑,解决了这个课题。本发明的以不同实施例中列举的不同形式的整形反射面,可以形成不同样式的扩展光斑,但是其本质都是利用扩展光斑来实现照明面积的扩大以及最高光强的较小损失。
本发明还提出一种车灯,包括上述的发光装置,还包括壳体和面罩,发光装置固定于壳体内,面罩对壳体形成密封,发光装置发出的光透过面罩出射。
在以上说明中,sin(x)表示x的正弦函数,tan(x)表示x的正切函数;asin(x)表示x的反正弦函数,atan(x)表示x的反正切函数。
需要说明的是,本发明的各实施例之间的区别技术特征,并不仅仅限于应用于各自的实施例,而是可以应用于各个实施例的,本发明的说明中不可能列举所有的可能的组合,因此以举例的方式说明各个技术特征的实施原理和有益效果,而在应用于其他实施例时,本技术领域人员会利用其实施原理来实现该有益效果。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种发光装置,包括光源,其特征在于:还包括反光杯,反光杯沿A方向全等的延伸,反光杯包括相对的入光口和出光口,入光口和出光口之间包括两个相对的A1反射面和A2反射面;B方向与A方向正交,出光口在B方向上的宽度为bout,入光口在B方向上的宽度为bin,入光口到出光口的距离为h,其中,bout>bin,且bin+bout<2h,所述光源发出的光从反光杯的入光口入射于反光杯,一部分光穿过反光杯直接从出光口出射,剩余部分光入射于反光杯的A1反射面或A2反射面并被其反射后从出光口出射;
还包括透镜,该透镜为成像透镜,用于将其焦平面的光分布投射并成像到远场,从所述反光杯出光口出射的光入射于透镜并被其投射到远场;
还包括位于反光杯和透镜光路之间的沿A方向全等延伸的第一整形反射面,该第一整形反射面的第一端靠近所述反光杯出光口的A1反射面的一侧,第二端向所述透镜方向延伸;
还包括位于反光杯出光口的A1反射面的一侧边缘与透镜的光路之间的第一透射散射片,入射于第一透射散射片的光线穿过该第一透射散射片的同时会发生散射。
2.根据权利要求1所述的发光装置,其特征在于:所述反光杯发光的中心方向为C方向,在C方向上所述第一透射散射片覆盖反光杯出光口的A1反射面的一侧边缘,且在C方向上第一透射散射片不覆盖反光杯出光口的A2反射面的一侧边缘。
3.根据权利要求2所述的发光装置,其特征在于:在C方向上第一透射散射片到反光杯出光口的A1反射面的一侧边缘的距离为H,第一透射散射片在B方向上的宽度是bs,其中,
4.根据权利要求1所述的发光装置,其特征在于:所述反光杯发光的中心方向为C方向,所述第一透射散射片包括散射区和透明区,在C方向上所述散射区覆盖反光杯出光口的A1反射面的一侧边缘,且在C方向上透明区覆盖反光杯出光口的A2反射面的一侧边缘。
5.根据权利要求1所述的发光装置,其特征在于:A1反射面和A2反射面在垂直于A方向的截面上的截线分别为A1截线和A2截线,A1截线至少部分是抛物线,该抛物线的焦点与A2截线在入光口的端点相重合,该抛物线的过焦点的轴线在反光杯一侧的部分相对于入光口和出光口中心的连线向远离A1截线方向倾斜;或者,
A1截线至少部分是抛物线,A2截线是直线;A1截线在入光口的端点为M点,M点关于A2截线的对称点为N点,A1截线的抛物线的焦点与N点重合,该抛物线的过焦点的轴线在反光杯一侧的部分相对于入光口和出光口中心的连线向远离A1截线方向倾斜。
6.根据权利要求1所述的发光装置,其特征在于:还包括沿着B方向全等延伸的B1反射面和B2反射面,A1反射面、B1反射面、A2反射面、B2反射面相连共同形成反射通道,所述光源发出的光从反射通道的入光口入射,并在反射通道中传播后从反射通道的出光口出射。
7.根据权利要求6所述的发光装置,其特征在于:还包括位于反光杯和透镜光路之间的沿B方向全等延伸的第二整形反射面,该第二整形反射面的第一端靠近所述反射通道出光口的B1反射面的一侧,第二端向所述透镜方向延伸;还包括位于反光杯出光口的B1反射面一侧边缘与透镜的光路之间的第二透射散射片,入射于第二透射散射片的光线穿过该第二透射散射片的同时会发生散射。
8.根据权利要求7所述的发光装置,其特征在于:所述反光杯发光的中心方向为C方向,在C方向上所述第二透射散射片覆盖反射通道出光口的B1反射面的一侧边缘,不覆盖反射通道出光口的A2反射面的一侧边缘;或者,所述第二透射散射片包括散射区和透明区,在C方向上所述散射区覆盖反射通道出光口的B1反射面的一侧边缘,且在C方向上透明区覆盖反光杯出光口的A2反射面的一侧边缘。
9.根据权利要求1所述的发光装置,其特征在于:还包括位于所述出光口边缘A2反射面一侧的沿着A方向延伸的截止线光阑,该截止线光阑的边缘至少部分伸入出光口内,使得该截止线光阑边缘可以通过所述透镜成像于远场。
10.一种车灯,其特征在于:包括权利要求1至9中任一项所述的发光装置,还包括壳体和面罩,发光装置固定于壳体内,面罩对壳体形成密封,发光装置发出的光透过面罩出射。
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