CN217519786U - 一种光学透镜及车灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光学透镜及车灯，涉及车灯技术领域，本实用新型的光学透镜，包括凸透镜本体，凸透镜本体包括设置于凸透镜本体一侧的入光面和与入光面相对设置的出光面，出光面上划分有网格区，网格区由多个矩阵排列的透光微结构拼接而成，透光微结构的横向长度和纵向宽度根据光线照射至透光微结构的角度进行设置，以使光线经过透光微结构并以特定角度出射后形成照明光形。本实用新型提供的光学透镜及车灯，能够对光源发出的光线进行二次配光，提高经过光学透镜后出射光斑能量的均匀性，在配光屏幕上形成能量均匀的光形。

Description

一种光学透镜及车灯

技术领域

本申请涉及车灯技术领域，具体而言，涉及一种光学透镜及车灯。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode,LED)光源与传统光源相比，具有体积小，使用寿命长，发光效率高等优势，广泛应用于生活中各种照明领域。正是由于LED光源逐渐成为主流照明方式的趋势，基于LED光源的照明设计变得越来越重要。由于LED光源发出的光在空间各个方向上的发光强度值差距较大，而对于车灯而言，需要实现在配光屏幕上固定形状区域内的均匀光照，为了使得LED光源能够应用于车灯上，通常需再进行二次光学设计，将LED光源发出的光能进行再次分配，实现在配光屏幕上所需的特定形状的照明要求。具体的，在LED光源的出光侧，通过在抛物面、椭球面等二次圆锥曲面上进行反射加透射结构的光学设计，以达到希望的光强分布。但是，由于汽车驾驶安全等级不断提高，需要对光强分布进行更为精细的控制，仅使用上述规则曲面往往并不能达到设计目标。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种光学透镜及车灯，能够对光源发出的光线进行二次配光，提高经过光学透镜后出射光斑能量的均匀性，在配光屏幕上形成能量均匀的光形。

本申请的实施例一方面提供了一种光学透镜，包括凸透镜本体，凸透镜本体包括设置于凸透镜本体一侧的入光面和与入光面相对设置的出光面，出光面上划分有网格区，网格区由多个矩阵排列的透光微结构拼接而成，透光微结构的横向长度和纵向宽度根据光线照射至透光微结构的角度进行设置，以使光线经过透光微结构并以特定角度出射后形成照明光形。

作为一种可实施的方式，多个透光微结构的形状相同，且透光微结构的正向投影形状为平行四边形。

作为一种可实施的方式，在网格区的沿矩阵横向排列的同一行的透光微结构中，两侧的透光微结构的横向长度大于网格区中心处的透光微结构的横向长度。

作为一种可实施的方式，在网格区的沿矩阵纵向排列的同一列的透光微结构中，两侧的透光微结构的纵向宽度大于网格区中心处的透光微结构的纵向宽度。

作为一种可实施的方式，照明光形能量变化梯度大的位置对应的透光微结构的纵向宽度大于照明光形能量变化梯度小的位置对应的透光微结构的纵向宽度。

作为一种可实施的方式，透光微结构的横向长度由光轴中心沿横向向两侧依次增大；和/或，透光微结构的纵向宽度由光轴中心沿纵向向两侧依次增大。

作为一种可实施的方式，透光微结构的表面为曲面。

作为一种可实施的方式，入光面为曲面，曲面的横向截面的曲率由光轴处向两侧逐渐增大。

作为一种可实施的方式，入光面为曲面，曲面的纵向截面的曲率由光轴处向两侧逐渐增大，且一侧曲率增大的速率大于另一侧曲率增大的速率。

本申请的实施例另一方面提供了一种车灯，包括光源以及上述任一项的光学透镜，光学透镜设置于光源的出光侧，光源发出的光线经过光学透镜调整后出射，在配光屏幕上形成能量均匀的光形。

本申请实施例的有益效果包括：

本实用新型提供的光学透镜，包括凸透镜本体，凸透镜本体包括设置于凸透镜本体一侧的入光面和与入光面相对设置的出光面，出光面上划分有网格区，网格区由多个矩阵排列的透光微结构拼接而成，网格区中的各个透光微结构表面相对于光轴所在平面具有不同角度，使得光线经由每个透光微结构出射的角度均不同，各透光微结构对应形成的光斑部分区域相互重叠，另外，透光微结构表面的横向长度和纵向宽度根据光线照射至透光微结构的角度进行设置，以使光线经过透光微结构后以特定角度出射，从而控制光斑相互重叠的区域及能量分布，从而提高光线经过光学透镜后出射形成照明光形的能量均匀性，实现配光屏幕上的照度均匀。

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为本申请实施例提供的一种光学透镜的结构示意图之一；

图2为本申请实施例提供的一种光学透镜的结构示意图之二；

图3为图2沿A-A的截面图；

图4为本申请实施例提供的一种光学透镜的结构示意图之三；

图5为图4沿B-B的截面图；

图6为本申请实施例提供的一种光学透镜优化前后的光形照度对比图；

图7为本申请实施例提供的一种光学透镜的透光微结构简化为三棱镜模型的光路图；

图8为本申请实施例提供的一种光学透镜优化前部分光斑重叠示意图；

图9为本申请实施例提供的一种光学透镜优化后部分光斑重叠示意图。

图标：100-光学透镜；110-凸透镜本体；111-入光面；112-出光面；113-网格区；114-透光微结构。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“竖直”、“水平”、“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，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。

此外，术语“水平”、“竖直”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。

LED具有体积小，使用寿命长，发光效率高等优势，因而广泛应用于汽车照明领域。但是，由于LED光强分布的特点，并不能直接用于实现特定要求的照明，例如实现在配光屏幕上固定形状区域内的均匀照明，因此通过光学透镜与LED光源配合进行二次光学设计，对LED光源发出的光能进行再分配，以实现照明光形的均匀性，但是，由于驾驶安全等级不断提高，需要对照明光形光强分布进行更为精细的控制。

本申请实施例提供了一种光学透镜100，如图1、图2和图4所示，包括凸透镜本体110，凸透镜本体110包括设置于凸透镜本体110一侧的入光面111和与入光面111相对设置的出光面112，出光面112上划分有网格区113，网格区113由多个矩阵排列的透光微结构114拼接而成，透光微结构114的横向长度(沿图1中C方向)和纵向宽度(沿图1中D方向)根据光源照射至透光微结构114的光线角度进行设置，以使光线经过透光微结构114后以特定角度出射。

本申请实施例提供的光学透镜100，与LED光源配合，设置在LED光源的出光侧，对LED光源发出的光线进行调整后出射。其中，LED光源发出的光线由光学透镜100的入光面111入射，并从出光面112出射。

出光面112上划分有网格区113，网格区113由透光微结构114拼接而成，使得各个透光微结构114相对于凸透镜本体110的光轴所在平面具有不同角度，从而使得光线照射至透光微结构114的入射角度不同，经过透光微结构114的折射后出射，每个透光微结构114出射的光线的角度均不同，各透光微结构114出射的光线形成的光斑的部分区域相互重叠形成照明光形，根据光线照射至透光微结构114的角度对透光微结构114的横向长度和纵向宽度进行调整，从而调整透光微结构114的表面相对于凸透镜本体110的光轴所在平面的倾斜角度，以改变由透光微结构114出射的光线角度，进而改变各个透光微结构114出射的光线形成的光斑的重叠区域，从而达到照明光形能量均匀化的目的。

另外，为了安装方便，通常会在光学透镜100的外周设置支架及安装座，光学透镜100通过支架设置于安装座上，并与车灯其他部件连接。

其中，凸透镜本体110的由透明材料制成，凸透镜材料可以为透明玻璃、聚甲基丙烯酸甲脂(Polymethylmethacrylate，PMMA)、聚碳酸脂(Polycarbonate，PC)、透明树脂或透明硅胶等等，使得凸透镜本体110具有成本低、易于注塑成型、透光率高及体积小等优点。

本实用新型提供的光学透镜100，包括凸透镜本体110，凸透镜本体110包括设置于凸透镜本体110一侧的入光面111和与入光面111相对设置的出光面112，出光面112上划分有网格区113，网格区113由多个矩阵排列的透光微结构114拼接而成，凸透镜本体110的出光面112上设置网格区113，使得网格区113中的各个透光微结构114表面相对于凸透镜本体110的光轴所在平面具有不同角度，使得光线经由每个透光微结构114的出射角度均不同，以此形成的光斑的部分区域相互重叠，另外，透光微结构114的横向长度和纵向宽度根据光线照射至透光微结构114的角度进行设置，以使光线经过透光微结构114后以特定角度出射，从而控制形成的光斑相互重叠的区域继而改变照明光形的能量分布，从而提高光线经过光学透镜100后出射形成的照明光形的均匀性，实现配光屏幕上的照明均匀。

可选的，如图4所示，多个透光微结构114的形状相同，且透光微结构114的正向投影形状为平行四边形，正向投影面是C方向和D方向所限定平面。

当多个透光微结构114的形状相同且透光微结构114的正向投影形状为平行四边形时，能够使得透光微结构114规整的矩阵化排列，从而降低制作网格区113的工艺难度。

本申请实施例的一种可实现的方式中，如图1、图4所示，在网格区113沿矩阵横向排列的同一行的透光微结构114中，两侧的透光微结构114的横向长度大于中心处的透光微结构114的横向长度。

为了得到能量更均匀的照明光形，通常会将网格区113中的透光微结构114的正向投影面积设置的比较小，当透光微结构114的正向投影面积较小时，光线经分布在网格区113横向边缘的透光微结构114出射形成的光斑会出现色散，从而影响照明光形，为了避免上述问题，在横向排列的同一行的透光微结构114中，将两侧的透光微结构114的横向长度设置的大于网格区中心处的透光微结构114的横向长度，从而消除色散。

同理，如图1、图4所示，为了避免光线经分布在网格区113纵向边缘的透光微结构114出射形成的光斑产生色散，在网格区113沿矩阵纵向排列的同一列的透光微结构114中，两侧的透光微结构114的纵向宽度大于中心处的透光微结构114的纵向宽度，从而消除色散。

本申请实施例的一种可实现的方式中，照明光形能量变化梯度大的位置对应的透光微结构114的纵向宽度大于照明光形能量变化梯度小的位置对应的透光微结构114的纵向宽度。

在照明光形能量变化梯度大的位置处，透光微结构114的纵向宽度设置的稍大一些，当光线由透光微结构114出射时，使得光斑纵向宽度稍大，从而使得光斑能量均匀。

可选的，透光微结构114的横向长度由光轴中心沿横向向两侧依次增大；和/或，透光微结构114的纵向宽度由光轴中心沿纵向向两侧依次增大。

在同一行的透光微结构114中，透光微结构114的横向长度逐渐增大，使得光斑的宽度逐渐增大，同理，同一列的透光微结构114中，透光微结构114的纵向宽度逐渐增大，使得光斑纵向宽度逐渐增大。如图6所示，光线经过透光微结构114折射后，其投射在配光屏幕上的光形能够得到修饰，照明光形的能量分布得到了控制，继而使得照明光形的均匀性得到显著的提高。

本申请实施例的一种可实现的方式中，如图1所示，透光微结构114的表面为曲面，当透光微结构114划分得很小时，其表面可近似视为平面，而单个透光微结构114与入光面111构成的光学模型可简化为三棱镜模型，因此可以按照三棱镜折射的规律进行分析。根据三棱镜折射定律，如图7所示，三棱镜模型具有夹角θ，由于透光微结构114对不同颜色的光折射率不同，对蓝光的折射角度大于对黄光的折射角度，因此当LED光源发出的光线通过一对对称的透光微结构114后(如图8所示)，投射形成的光斑叠加后，其左右边界色散显示为蓝色，蓝色的色散会严重影响光效。当减小三棱镜模型夹角θ时，蓝光的折射角度改变的程度会大于黄光的折射角度改变的程度，一对对称的透光微结构114对应的光斑叠加后(如图9所示)，其左右边界色散显示为黄色，黄色的色散对于光效的影响大大降低。通过调整透光微结构114的曲率可以调整三棱镜模型的夹角θ，从而改变色散效果，因此对凸透镜本体110的出光面112上每个透光微结构114进行曲率的调整可以起到优化光斑边界色散的作用。另外，透光微结构114的存在对于控制与调整照明光形的光强分布具有一定作用，具体体现在对于形成照明光形左右方向上的光线的折射角度控制，继而起到调整左右部分光形的作用。

可选的，如图3、图5所示，入光面111为曲面，曲面的横向截面的曲率由光轴处向两侧逐渐增大。其作用是，通过控制曲率实现光形左右能量的分布控制，可以得到照度均匀的光形。

本申请实施例的一种可实现的方式中，如图3、图5所示，入光面111为曲面，曲面的纵向截面的曲率由光轴处向两侧逐渐增大，且一侧曲率增大的速率大于另一侧曲率增大的速率。其作用是，通过控制曲率实现光形上下能量的分布控制，曲面下侧的曲率增大的速率大于上侧的曲率增大的速率可以使得入射至入光面111下方的光线的偏折角度变大，对应形成的光形上部分能量更高，对应上方光形的光线照射角度更大，实际运用中时远光照射的范围更广更远。

在实际应用中，当光学透镜100安装于车灯时，光轴下方对应的入光面111曲率增大的速率大于光轴上方对应的入光面111曲率增大的速率，使得光轴上方的光形能量更高，从而在路面上远光照射时距离更远，从而提高车灯的照明效果。

为了进一步证明本申请实施例提供的光学透镜相比现有技术中的透镜具有提高经过光学透镜出射后光形的能量均匀性，实现配光屏幕上的照明均匀的效果，本申请实施例提供了光学透镜优化前和透镜优化后的光形照度分布图，如图6所示，其中，图6中优化前的光形图对应光滑出光面的凸透镜，优化后的光形图对应本申请实施例图1所提供的光学透镜，由光形图可以看出，本申请实施例对应形成的车灯照明光形能量均匀，光形得到了修饰，光形形状良好。

本申请实施例还公开了一种车灯，包括光源以及上述任一项的光学透镜100，光学透镜100设置于光源的出光侧，光源发出的光线经过光学透镜100调整后出射，在配光屏幕上形成能量均匀的车灯照明光形。该车灯包含与前述实施例中的光学透镜100相同的结构和有益效果。光学透镜100的结构和有益效果已经在前述实施例中进行了详细描述，在此不再赘述。

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)

1.一种光学透镜，其特征在于，包括凸透镜本体，所述凸透镜本体包括设置于所述凸透镜本体一侧的入光面和与所述入光面相对设置的出光面，所述出光面上划分有网格区，所述网格区由多个矩阵排列的透光微结构拼接而成，所述透光微结构的横向长度和纵向宽度根据光线照射至所述透光微结构的角度进行设置，以使光线经过所述透光微结构并以特定角度出射后形成照明光形。

2.根据权利要求1所述的光学透镜，其特征在于，多个所述透光微结构的形状相同，且所述透光微结构的正向投影形状为平行四边形。

3.根据权利要求2所述的光学透镜，其特征在于，在所述网格区的沿所述矩阵横向排列的同一行的所述透光微结构中，两侧的所述透光微结构的横向长度大于所述网格区中心处的所述透光微结构的横向长度。

4.根据权利要求2所述的光学透镜，其特征在于，在所述网格区的沿所述矩阵纵向排列的同一列的所述透光微结构中，两侧的所述透光微结构的纵向宽度大于所述网格区中心处的所述透光微结构的纵向宽度。

5.根据权利要求1所述的光学透镜，其特征在于，所述照明光形能量变化梯度大的位置对应的所述透光微结构的纵向宽度大于所述照明光形能量变化梯度小的位置对应的所述透光微结构的纵向宽度。

6.根据权利要求1所述的光学透镜，其特征在于，所述透光微结构的横向长度由光轴中心沿所述横向向两侧依次增大；和/或，所述透光微结构的纵向宽度由光轴中心沿所述纵向向两侧依次增大。

7.根据权利要求1所述的光学透镜，其特征在于，所述透光微结构的表面为曲面。

8.根据权利要求1所述的光学透镜，其特征在于，所述入光面为曲面，所述曲面的横向截面的曲率由光轴处向两侧逐渐增大。

9.根据权利要求1所述的光学透镜，其特征在于，所述入光面为曲面，所述曲面的纵向截面的曲率由光轴处向两侧逐渐增大，且一侧的曲率增大的速率大于另一侧曲率增大的速率。

10.一种车灯，其特征在于，包括光源以及如权利要求1-9任一项所述的光学透镜，所述光学透镜设置于所述光源出光侧，所述光源发出的光线经过所述光学透镜调整后出射，在配光屏幕上形成能量均匀的光形。

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