CN112432132A - 一体化透镜、照明模组及车辆 - Google Patents

一体化透镜、照明模组及车辆 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种一体化透镜，包括一体成型的透镜本体，所述透镜本体包括进光侧、汇集部和出光侧，进光侧和出光侧位于汇集部的两端位置；所述进光侧的端部开设有用于容置光源的凹槽，所述凹槽的内壁包括正对光源的第一折射面和环绕所述第一折射面的第二折射面，所述进光侧的外周形成有环绕所述凹槽的碗状的反射弧形面，所述光源发出的光线，小角度光线通过弧形凸面聚集，大角度光线主要通过反射弧形面聚集，两类光线汇集在同一像点位置。本发明还提供了包括上述一体化透镜的照明模组和车辆。本发明提供的一体化透镜能够充分提高点状光源射出的光线利用率，调节光型，减小照明模组的体积。

Description

一体化透镜、照明模组及车辆
技术领域
本发明属于涉及一种一体化透镜、照明模组及车辆。
背景技术
目前利用LED作为发光体的车灯结构一般包括LED光源、反射罩体、遮光部及投影物镜。LED的发光中心位于反射罩体抛物面的焦点上，LED光源出射的光经由反射罩体抛物面反射，传导至遮光部调整为预设光型，再经投影物镜准直输出。
采用反射罩体和投影物镜组合的结构中，反射罩体一般都采用碗式，不论反光罩体的设置方式如何，在整个出光***中均占有较大的空间，整个车灯的结构不能实现小型化，存在的投影灯的体积较大，重量较重的问题。另一方面，即使反射罩体能够将点状光源的光线平行导出，但由于反射罩体的结构缺陷，仍有部分发散光线未经反射直接射出，导致光型缺陷问题。同时该种结构对各部件的安装位置具有较高的要求，对***的匹配精度高不易安装，容易因安装位置的误差导致光型不良的问题。
发明内容
针对现有照明模组存在体积大、光型缺陷和安装要求高的问题，本发明提供了一种一体化透镜、照明模组及车辆。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
一方面，本发明提供了一种一体化透镜，包括一体成型的透镜本体，所述透镜本体包括进光侧、汇集部和出光侧，所述进光侧和所述出光侧位于所述汇集部的两端位置；
所述进光侧的端部开设有用于容置光源的凹槽，所述凹槽的内壁包括正对光源的第一折射面和环绕所述第一折射面的第二折射面，所述第一折射面为朝光源方向凸出的弧形凸面，所述进光侧的外周形成有环绕所述凹槽的碗状的反射弧形面，所述光源的部分光线经由所述第一折射面折射汇集至所述汇集部，所述凹槽位于所述反射弧形面的物点位置，所述汇集部位于所述反射弧形面的像点位置，所述光源的部分光线经由所述第二折射面折射后由所述反射弧形面反射汇集至所述汇集部；
所述出光侧的端面为弧形折射面，所述弧形折射面背离所述汇集部方向凸出，所述汇集部位于所述弧形折射面的焦点位置。
可选的，所述第一折射面和所述弧形折射面均为球形面，所述第二折射面为圆台状环形壁或圆筒状环形面，所述反射弧形面为椭球状旋转曲面。
可选的，所述汇集部和所述进光侧之间形成有第一缩径部，沿所述进光侧至所述汇集部的方向，所述第一缩径部的外径逐渐减小；所述汇集部和所述出光侧之间形成有第二缩径部，沿所述出光侧至所述汇集部的方向，所述第二缩径部的外径逐渐减小。
可选的，所述第一缩径部和所述第二缩径部均为圆台结构。
可选的，所述第一缩径部的锥角为60°～160°，所述第二缩径部的锥角为60°～160°。
可选的，所述第一缩径部的外壁上形成有第一切面，沿所述进光侧至所述汇集部的方向，所述第一切面由所述第一缩径部的外壁切至所述汇集部的中心位置；
所述第二缩径部的外壁上形成有第二切面，沿所述出光侧至所述汇集部的方向，所述第二切面由所述第二缩径部的外壁切至所述汇集部的中心位置；
所述第一切面和所述第二切面以所述汇集部的中心轴为对称轴相互对称设置，所述第一切面和所述第二切面在所述汇集部形成有交接线，所述交接线经过所述汇集部的中心位置。
可选的，所述第一切面包括相互平行的第一平面和第二平面，所述第一平面和所述第二平面不共面以形成台阶状的第一切面；
所述第二切面包括相互平行的第三平面和第四平面，所述第三平面和所述第四平面不共面以形成台阶状的第二切面；
所述交接线为Z形。
可选的，所述交接线包括第一线段、中间线段和第二线段，所述第一线段位于所述第一平面和所述第三平面之间，所述第二线段位于所述第二平面和所述第四平面之间，所述中间线段为所述第一线段和所述第二线段之间的落差连接线，所述中间线段与所述第一线段的夹角为135°～165°，所述中间线段与所述第二线段的夹角为135°～165°，所述第一线段和所述第二线段之间的高低落差为1.5mm～10mm。
可选的，所述透镜本体为透明树脂材料、硅胶材料或玻璃材料。
另一方面，本发明提供了一种照明模组，包括光源和如上所述的一体化透镜。
另一方面，本发明提供了一种车辆，包括如上所述的照明模组。
根据本发明提供的一体化透镜，光线在所述透镜本体的表面为折射还是反射与其入射角相关，当光线的入射角较小时，则光线偏向于折射穿过所述透镜本体的表面，当光线的入射角较大时，则光线偏向于在所述透镜本体的表面产生反射，根据上述原理，所述一体化透镜在进光侧设置有朝光源方向凸出的第一折射面和碗状的反射弧形面，光源射出的光线分为两部分，中间部分光线由于与第一折射面正对，入射角度较小，故中间部分光线经由弧形的所述第一折射面的折射并汇集至所述汇集部，外周部分光线先经由所述第二折射面的折射作用进入进光侧，进入的光线与所述反射弧形面的入射角度较大，再经由所述反射弧形面的反射汇集在所述汇集部，汇集至汇集部的光线再以类似于点状光源的方式在所述出光侧的弧形折射面的焦点位置发散，经过所述弧形折射面的折射作用形成平行光线射出，从而达到调节光型的作用，同时该结构能够充分提高点状光源射出的光线利用率，避免传统反射罩结构的使用，有利于减小照明模组的体积。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的一体化透镜的剖面示意图；
图2是本发明另一实施例提供的一体化透镜的剖面示意图；
图3是本发明另一实施例提供的一体化透镜的结构示意图；
图4是本发明另一实施例提供的一体化透镜的仿真光型图。
说明书附图中的附图标记如下：
1、光源；2、进光侧；21、凹槽；22、第一折射面；23、第二折射面；24、反射弧形面；3、第一缩径部；31、第一切面；311、第一平面；312、第二平面；4、汇集部；5、第二缩径部；51、第二切面；511、第三平面；512、第四平面；6、出光侧；61、弧形折射面；7、交接线；71、第一线段；72、中间线段；73、第二线段。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1所示，本发明一实施例提供了一种一体化透镜，包括一体成型的透镜本体，所述透镜本体包括进光侧2、汇集部4和出光侧6，所述进光侧2和所述出光侧6位于所述汇集部4的两端位置；
所述进光侧2的端部开设有用于开口朝向光源1的凹槽21，光源1位于所述凹槽21的开口位置，所述凹槽21的内壁包括正对光源1的第一折射面22和环绕所述第一折射面22的第二折射面23，所述第一折射面22为朝光源1方向凸出的弧形凸面，所述进光侧2的外周形成有环绕所述凹槽21的碗状的反射弧形面24，所述光源1的部分光线经由所述第一折射面22折射汇集至所述汇集部4，所述凹槽21位于所述反射弧形面24的物点位置，所述汇集部4位于所述反射弧形面24的像点位置，，所述光源1的部分光线经由所述第二折射面23折射后由所述反射弧形面24反射汇集至所述汇集部4。
光源1(可以当成物点)与汇集部4(可以当成像点)是物像共轭的关系小角度光线通过第二折射面23聚集，大角度光线主要通过反射弧形面24聚集，两类光线在所述汇集部4具有相同的像点。
所述出光侧6的端面为弧形折射面61，所述弧形折射面61背离所述汇集部4方向凸出，所述汇集部4位于所述弧形折射面61的焦点位置。
图1中显示了光线在所述透镜本体中的传播路径，光线在所述透镜本体的表面为折射还是反射与其入射角相关，当光线的入射角较小时，则光线偏向于折射穿过所述透镜本体的表面，当光线的入射角较大时，则光线偏向于在所述透镜本体的表面产生反射，根据上述原理，所述一体化透镜在进光侧2设置有朝光源1方向凸出的第一折射面22和碗状的反射弧形面24，光源1射出的光线分为两部分，中间部分光线由于与第一折射面22正对，入射角度较小，故中间部分光线经由弧形的所述第一折射面22的折射并汇集至所述汇集部4，外周部分光线先经由所述第二折射面23的折射作用进入进光侧2，进入的光线与所述反射弧形面24的入射角度较大，再经由所述反射弧形面24的反射汇集在所述汇集部4，汇集至汇集部4的光线再以类似于点状光源的方式在所述出光侧6的弧形折射面61的焦点位置发散，经过所述弧形折射面61的折射作用形成平行光线射出，从而达到调节光型的作用，同时该结构能够充分提高点状光源1射出的光线利用率，避免传统反射罩结构的使用，有利于减小照明模组的体积。
在一些实施例中，所述第一折射面22和所述弧形折射面61均为球形面，所述第二折射面23为圆台状环形壁或圆筒状环形面，所述反射弧形面24为椭球状旋转曲面。
所述第一折射面22为球形面，具有对光线的汇集作用，所述光源1位于所述第一折射面22的焦点以外，从而能够在所述第一折射面22的另一侧形成有光线汇集点，所述第一折射面22的曲率以控制光线汇集点位于所述汇集部4；所述反射弧形面24为椭球状旋转曲面，具有近焦点和远焦点，所述凹槽21位于近焦点位置，其光源1发出的光线会汇集于远焦点位置，其远焦点与所述汇集部4重合；所述弧形折射面61为球形面，所述汇集部4位于其焦点位置，由汇集部4发出的分散光线可经由所述弧形折射面61平行射出，从而实现光型调整。
需要说明的是，以上仅是实现本发明技术方案的部分实施结构，不应理解为对本发明的限制，例如，在其他实施例中，可根据所述第二折射面23对光源1的折射情况调整所述弧形折射面61的各位置曲率以使光线汇集于所述汇集部4。
在一实施例中，所述汇集部4和所述进光侧2之间形成有第一缩径部3，沿所述进光侧2至所述汇集部4的方向，所述第一缩径部3的外径逐渐减小；所述汇集部4和所述出光侧6之间形成有第二缩径部5，沿所述出光侧6至所述汇集部4的方向，所述第二缩径部5的外径逐渐减小。
设置所述第一缩径部3和所述第二缩径部5以去除所述透镜本体上未有光线通过的部分，从而减轻了所述透镜本体的重量和用料量，降低材料成本。另一方面，通过所述第一缩径部3和所述第二缩径部5对光型进行调整，增强配光性能。
如图1所示，在一实施例中，所述第一缩径部3和所述第二缩径部5均为圆台结构。
优选的，所述第一缩径部3的锥角为60°～160°，所述第二缩径部5的锥角为60°～160°。更优选的，所述第一缩径部3的锥角为80°～140°，所述第二缩径部5的锥角为80°～140°。
将所述第一缩径部3和所述第二缩径部5的锥角限制在60°～160°，有利于缩短所述透镜本体的总长度和减轻重量。
如图2和图3所示，在本发明的另一实施例中，所述第一缩径部3的外壁上形成有第一切面31，沿所述进光侧2至所述汇集部4的方向，所述第一切面31由所述第一缩径部3的外壁切至所述汇集部4的中心位置；
所述第二缩径部5的外壁上形成有第二切面51，沿所述出光侧6至所述汇集部4的方向，所述第二切面51由所述第二缩径部5的外壁切至所述汇集部4的中心位置；
所述第一切面31和所述第二切面51以所述汇集部4的中心轴为对称轴相互对称设置，所述第一切面31和所述第二切面51在所述汇集部4形成有交接线7，所述交接线7经过所述汇集部4的中心位置。
由于所述光源1发出的光线经过所述第一折射面22和所述反射弧形面24的作用汇集于所述汇集部4处，通过设置第一切面31和第二切面51可用于对所述汇集部4的光线进行部分遮挡，如图2所示，所述第一切面31和所述第二切面51对射入所述汇集部4的部分光线形成遮挡效果，从而使得汇集部4射向所述弧形折射面61的部分光线被遮挡，从而形成的光型会出现明暗的分界，该种明暗分界的光型尤其适用于作为车辆的近光光型，所述第一切面31和所述第二切面51的交接线7形状即为其近光光型的截止线形状。
如图3所示，在更优选的实施例中，所述第一切面31包括相互平行的第一平面311和第二平面312，所述第一平面311和所述第二平面312不共面以形成台阶状的第一切面31；
所述第二切面51包括相互平行的第三平面511和第四平面512，所述第三平面511和所述第四平面512不共面以形成台阶状的第二切面51；
所述交接线7为Z形。
将上述一体化透镜进行25米屏照度仿真模拟，得到的光型效果图如图4所示，由图可看出，其明暗截止线呈非对称的Z形，与Z形的交接线7相适配，它不仅避免对面来车驾驶员的眩目，还可防止对面行人和非机动车使用者眩目。
具体的，所述透镜本体上，所述交接线7包括第一线段71、中间线段72和第二线段73，所述第一线段71位于所述第一平面311和所述第三平面511之间，所述第二线段73位于所述第二平面312和所述第四平面512之间，所述中间线段72为所述第一线段71和所述第二线段73之间的落差连接线，所述中间线段72与所述第一线段71的夹角为135°～165°，所述中间线段72与所述第二线段73的夹角为135°～165°，所述第一线段71和所述第二线段73之间的高低落差为1.5mm～10mm。
在一实施例中，所述透镜本体为透明树脂材料、硅胶材料或玻璃材料。
在优选的实施例中，所述透镜本体为透明树脂材料或硅胶材料，可通过注塑方式成型所述一体化透镜，加工难度较低，具有较高的成型控制精度。
本发明的另一实施例提供了一种照明模组，包括光源1和如上所述的一体化透镜。
所述光源1采用LED光源。
本发明的另一实施例提供了一种车辆，包括如上所述的照明模组。
所述照明模组能够大幅降低车辆的车灯***体积和重量以实现车辆轻量化，并且提高光能的利用率，一体化透镜可采用一体注塑成型的方式，加工的成本低，体积小，可以给造型带来更大的设计空间。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一体化透镜，其特征在于，包括一体成型的透镜本体，所述透镜本体包括进光侧、汇集部和出光侧，所述进光侧和所述出光侧位于所述汇集部的两端位置；
所述进光侧的端部开设有用于开口朝向光源的凹槽，所述凹槽的内壁包括正对光源的第一折射面和环绕所述第一折射面的第二折射面，所述第一折射面为朝光源方向凸出的弧形凸面，所述进光侧的外周形成有环绕所述凹槽的碗状的反射弧形面，所述光源的部分光线经由所述第一折射面折射汇集至所述汇集部，所述凹槽位于所述反射弧形面的物点位置，所述汇集部位于所述反射弧形面的像点位置，所述光源的部分光线经由所述第二折射面折射后由所述反射弧形面反射汇集至所述汇集部；
所述出光侧的端面为弧形折射面，所述弧形折射面背离所述汇集部方向凸出，所述汇集部位于所述弧形折射面的焦点位置。
2.根据权利要求1所述的一体化透镜，其特征在于，所述第一折射面和所述弧形折射面均为球形面，所述第二折射面为圆台状环形壁或圆筒状环形面，所述反射弧形面为椭球状旋转曲面。
3.根据权利要求1所述的一体化透镜，其特征在于，所述汇集部和所述进光侧之间形成有第一缩径部，沿所述进光侧至所述汇集部的方向，所述第一缩径部的外径逐渐减小；所述汇集部和所述出光侧之间形成有第二缩径部，沿所述出光侧至所述汇集部的方向，所述第二缩径部的外径逐渐减小。
4.根据权利要求3所述的一体化透镜，其特征在于，所述第一缩径部和所述第二缩径部均为圆台结构。
5.根据权利要求4所述的一体化透镜，其特征在于，所述第一缩径部的锥角为60°～160°，所述第二缩径部的锥角为60°～160°。
6.根据权利要求3所述的一体化透镜，其特征在于，所述第一缩径部的外壁上形成有第一切面，沿所述进光侧至所述汇集部的方向，所述第一切面由所述第一缩径部的外壁切至所述汇集部的中心位置；
所述第二缩径部的外壁上形成有第二切面，沿所述出光侧至所述汇集部的方向，所述第二切面由所述第二缩径部的外壁切至所述汇集部的中心位置；
所述第一切面和所述第二切面以所述汇集部的中心轴为对称轴相互对称设置，所述第一切面和所述第二切面在所述汇集部形成有交接线，所述交接线经过所述汇集部的中心位置。
7.根据权利要求6所述的一体化透镜，其特征在于，所述第一切面包括相互平行的第一平面和第二平面，所述第一平面和所述第二平面不共面以形成台阶状的第一切面；
所述第二切面包括相互平行的第三平面和第四平面，所述第三平面和所述第四平面不共面以形成台阶状的第二切面；
所述交接线为Z形。
8.根据权利要求7所述的一体化透镜，其特征在于，所述交接线包括第一线段、中间线段和第二线段，所述第一线段位于所述第一平面和所述第三平面之间，所述第二线段位于所述第二平面和所述第四平面之间，所述中间线段为所述第一线段和所述第二线段之间的落差连接线，所述中间线段与所述第一线段的夹角为135°～165°，所述中间线段与所述第二线段的夹角为135°～165°，所述第一线段和所述第二线段之间的高低落差为1.5mm～10mm。
9.根据权利要求1所述的一体化透镜，其特征在于，所述透镜本体为透明树脂材料、硅胶材料或玻璃材料。
10.一种照明模组，其特征在于，包括光源和如权利要求1～9任意一项所述的一体化透镜。
11.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求10所述的照明模组。
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