用于车辆前照灯的光学设备、前照灯及车辆的制作方法

1.本发明涉及一种用于车辆前照灯的光学设备。此外，本发明还涉及一种前照灯和一种车辆。


背景技术：

2.车辆前照灯的大部分光学功能是通过装配照明的光学设备实现的，其包含光源、初级透镜，遮光板和次级透镜。为了确保光学设备的照明效率和输出，所述次级透镜最好采用较大的光照开口。当前，越来越多的原始设备制造商(oem)倾向于使用(具有较小的光照开口的)尺寸较小的透镜用于车辆前照灯的光学设备。这直接对光学设备的设计造成挑战，特别是需要设计具有光扩散角更大的且轮廓结构更紧凑的光学设备。
3.从现有技术中已知用于车辆前照灯的光学设备，例如文献cn 206522705 u中已知一种形成近光光型的光学设备系统，包括有led光源和外透镜，在所述led光源和所述外透镜的中间设置有水平放置的遮光板，所述led光源位于遮光板的上方并呈倾斜设置，使得led光源发出的光倾斜地照射在遮光板上，所述遮光板位于外透镜底部的上方，借助该光学设备可以用投射式的方式来实现近光的光型，在光源前方放置一个透明的塑料透镜，光源发出的光线投射到透镜后，经过其反射折射之后会经过匹配的挡板和外透镜，最后形成近光光型。此种光学设备形成的近光光型平滑清晰，光分布均匀，且光线利用率高，是一种非常实用的投射式近光设计。在该光学设备系统中，所述外透镜具有相对较大的尺寸，例如具有大于50mm的高度。由于该外透镜的入光面和/或出光面尺寸较大，尤其是沿车辆高度方向的尺寸较大，使得整个前照灯的尺寸较大。相应地，所述前照灯则需要提供较大空间用于布置所述光学设备。同时，所述led光源的倾斜设置，无法适应尺寸更小的、尤其是高度较低的外透镜，而且无法实现较大的光照扩散角。
4.由此可见，上述光学设备系统属于现已知的具有相对较大尺寸(较大光照开口)的光学设备系统。同时，该光学设备系统的部件无法适应尺寸更小的外透镜，且无法通过其配置实现较大的光照扩散角。因此，在竞争日益激烈的情况下，无法满足客户对于尺寸较小、光照效率高且光照扩散角较大的光学设备的需求，即无法实现以较小的空间尺寸，高效地、以较大光照宽度对光束进行投射。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种用于车辆前照灯的光学设备，其具有较小的尺寸，并能够以较大的照射宽度实现对光束的高效率的投射。
6.根据本发明提供一种用于车辆前照灯的光学设备，其包括光源、初级光学单元、次级光学单元以及在车辆前进方向上位于所述初级光学单元和所述次级光学单元之间的、沿水平方向延伸的遮光板，所述光源和所述初级光学单元正对所述次级光学单元的方向放置，使得所述光源产生的大部分光束穿过所述初级光学单元平行于车辆前进方向或者所述遮光板的延伸方向射至所述次级光学单元。这里的“正对所述次级光学单元的方向”指的
是，所述光源和所述初级光学单元不是倾斜放置的，或者说所述初级光学单元的出光面基本上正对所述次级光学单元的入光面，或者说所述初级光学单元的主要出光面的切面基本平行于所述次级光学单元的入光面。这里的“大部分光束”指的是大于或等于80％的光束，优选地大于或等于90％的光束，进一步优选地大于或等于95％的光束。
7.本发明的一个优点是，通过对光源、初级光学单元和遮光板的设置，以实现具有高光照效率的、照射宽度更大的、尺寸较小的光学模块。通常情况下，在次级光学单元尺寸较小的情况下，现有技术中已知的光学设备难以实现对光束的高效率的及照射宽度较大的投射。在本发明中，尤其通过对光源和初级光学单元的位置上的合理配置，使得由所述光源射出的光束可以合理地、均匀地且完整地通过初级光学单元射入尤其是高度方向上尺寸较小的次级光学单元的入光面中，之后再由所述次级光学单元的出光面投射至车前方的相应区域中。由于所述光源和所述初级光学单元设置为正对所述次级光学单元的方向，而不是如现有技术中已知的倾斜地放置，使得所述光源产生的大部分光束、即例如超过80％的光束穿过所述初级光学单元平行于车辆前进方向或者所述遮光板的延伸方向直接射至所述次级光学单元。如此使得光束以更高的效率可以完整地、均匀地入射至正对的次级光学单元的同时，尽可能大地增加光照扩散角，以此达到增加照射宽度的目的。
8.所述次级光学单元的高度优选小于或等于30mm。这种高度的次级光学单元在现有技术中是不常见的。更重要的是，现有技术中的光源、遮光板及初级光学单元的配置无法匹配这种高度的次级光学单元，因此无法实现对光束的高效率、均匀且照射宽度大的投射。根据本发明的光学设备克服了现有技术中已知的光学设备无法将光束均匀、完整地投射到狭长的光照开口的技术问题。由于该光学设备尺寸较小，可以节省车辆前照灯的空间，优化车辆前照灯的布置，增加车辆前照灯的设计的灵活性，从而可以根据不同的客户需求提供更多的解决方案。此外，具有较小尺寸的光学设备也有益于车辆前照灯的轻量化，利于整车轻量化，实现车辆续航的增加及燃料消耗的减少。
9.优选地，所述遮光板位于部分光束路径中并用于将投射至其上的这些光束反射至所述次级光学单元。所述遮光板不仅可以阻挡光线以形成明暗截止线，还可以将光束反射到次级光学元件的上侧，以此提高光照效率并减少颜色的不均匀度。相对于现有技术中倾斜放置的光源及初级光学单元，由于根据本发明的所述光源和所述初级光学单元设置为正对车辆前方的方向，这使得射至所述遮光板的光束的入射角及出射角增大，从而进一步增大光照的扩散角，以此增大照射宽度。
10.优选的是，所述遮光板具有金属抛光的涂层表面。进一步优选地，所述具有金属抛光涂层表面的遮光板的反射比为大于或等于60％。通过所述金属抛光的涂层表面可以增加光照效率，实现对光束的高效率的投射。
11.可替代地或者可附加地，所述遮光板在车辆横向上的中间位置设有沿车辆前进方向延伸的凸起。由于该光学设备系统是为具有较大光照扩散角的前照灯设计的，次级光学单元无法很好地控制所有照射到其上的光束，这造成一些杂散光会使明暗截止线，尤其是明暗截止线的中间区域不清晰。该凸起因此用于校正明暗截止线的中心区域的清晰度，从而实现更好的光照效果。
12.优选地，所述初级光学单元具有多个、尤其7个沿车辆横向并排排列的透镜，其中，在车辆横向上位于中间位置的一个所述透镜在其下部具有向下延伸至所述遮光板下方的
的透光面，由光源产生的部分光束射至所述透光面并且被所述透光面反射后经遮光板下方区域投射至所述次级光学单元。由此提供另一条光束路线，并且该光束路线位于所述遮光板下方，这可以保证光束更完整、均匀地被投射至所述次级光学单元。这些光束可以用于投射光照顶侧的光分布。
13.进一步优选地，所述透光面具有至少一个、优选多个柱状透光面。通过设置该柱状透光面，可以改善车辆前方的光分布，提高光分布的均匀度。
14.可替代地或者可附加地，所述初级光学单元的除了所述中间位置的透镜的其余多个透镜中的至少一个透镜具有在其下侧水平延伸的透光面，该透光面高于所述遮光板并用于将投射至其上的光束进行全反射。该透光面与所述遮光板在车辆高度方向上的距离小于或等于5mm。通过减小初级光学单元的透镜与遮光板在车辆高度方向上的距离，减少由初级光学单元照射至遮光板的光流失，进一步改善通过所述遮光板反射的光束的光照效率，以实现对光束的高效率的投射。
15.还有利的是，所述初级光学单元的透镜的在其下侧水平延伸的透光面是平面。优选地，从车辆前方观察基本具有圆形或者椭圆形的初级光学单元的透镜的下部具有例如通过切割形成的透光面。通过切割初级光学单元的透镜的无光学作用的下部，一方面可以减小初级光学单元的透镜与遮光板之间的、在车辆高度方向上的距离而进一步增加光照效率，另一方面可以减小初级光学单元的透镜在车辆高度方向上的尺寸，从而减小整个光学设备的尺寸。
16.可替代地或者可附加地，所述多个透镜的车辆前侧的出光面与所述遮光板在车辆前进方向上的距离小于或等于10mm。这也可以减少由初级光学单元照射至遮光板的光流失，改善通过所述遮光板反射的光束的光照效率。
17.可替代地，所述遮光板和所述初级光学单元是由同种材料一体制成的，优选地通过注塑成型一体形成。这样，可以省略需要对遮光板和初级光学单元的位置进行调整的步骤，实现更快的组装，降低安装成本。可替代地，所述遮光板还可以根据情况倾斜放置。
18.所述初级光学单元的透镜可以由例如聚碳酸酯(pc)的塑料材料制成。可替代的还可以使用例如玻璃、硅树脂或聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)。
19.另外，所述次级光学单元设为双凸面透镜。通常，透镜的作用都是用来偏折光线补偿像差的。与现有技术中使用的平凸透镜相比，双凸面透镜提供了两个正的光焦度，相比平凸透镜，它在聚焦光路时多了一个有效的曲率变量，可以配合具有一定切面弧度的遮光板与透镜出光面来消除像差。同时，通过使用双凸面透镜可以确保射出的光分布在垂直方向上具有适当的明暗截止线，这将有助于扩大水平方向的光照扩散角度，以此增大光照宽度。
20.所述双凸面透镜可以由例如玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)的塑料材料制成。可替代的还可以使用例如硅树脂或者聚碳酸酯(pc)。
21.优选地，所述光源用于产生近光灯光束，即所述光学设备用于投射近光灯。可替代地，所述光源用于产生远光灯光束，即所述光学设备用于投射远光灯。
22.所述光源可以分别是发光二极管(led)，和/或有机led(oled)，和/或激光二极管和/或根据激光激活非接触式荧光粉原理(larp)作用的照明工具，和/或卤素灯，和/或气体放电类灯泡(高强度放电(hid))，和/或与根据数字光处理(dlp)原理作用的投影仪相结合设计。因此，提供多种用于本发明的所述光源的替代方案。
23.还可以想到的是，所述光学设备可以是用于所谓的矩阵大灯的模块，其具有以排或矩阵形式布置的led或led组。它满足了自适应灯的功能。可以单独控制模块中的每个单独的led或led组，从而将它们打开、关闭或变暗。具体地，结合摄像系统和图像处理电子设备和/或其他传感器，可以识别前方的来往车辆并至少部分关闭或调暗相应的led或led组。由于像素高，还可以分别照亮相机系统识别出的物体(行人，动物或障碍物)，从而使驾驶员意识到它们。
24.在此，led可以以单行或多行排列，因此可以将led排列成一列或矩阵，其分别形成一个发光像素。可以想到的是，每个led对应一个或多个初级光学模块的透镜，这些透镜同样可以以排或矩阵的形式排列。还可以想到的是，一个初级光学模块的透镜可以对应多个led或多个led组。
25.所述光学设备可以布置于车辆的前照灯中。所述前照灯和/或所述光学设备可以用于车辆上，例如用作车辆前侧的前照灯。由此实现尺寸更小、光照效率高、光照宽度大的前照灯。同时，增加设计的灵活性，满足不同客户的需求。
附图说明
26.在下文中，将依据实施例更详细地解释本发明。其中：
27.图1示出根据本发明的光学设备的侧视图，
28.图2示出根据本发明的初级光学单元的侧视图，
29.图3示出根据本发明的初级光学单元的后视图，
30.图4示出根据本发明的初级光学单元的正视图，
31.图5示出根据本发明的光学设备的俯视图，
32.图6a示出根据本发明的遮光板的俯视图，
33.图6b示出图6a的根据本发明的遮光板的凸起的局部放大图，
34.图7a示出当遮光板不设有凸起时的明暗截止线，
35.图7b示出当遮光板设有凸起时的明暗截止线，
36.图8示出由根据本发明的光学设备产生的光分布。
37.图中标记为：1、光学设备；2、光源；4、初级光学单元；6、遮光板；8、次级光学单元；10、led；12、透镜；13、14、入光面的局部表面；15、透光面；16、出光面；17、中间位置的透镜；18、透光面；20、柱状透光面；22、双凸面透镜；24、入光面；26、出光面；28、凸起；
具体实施方式
38.图1示出了根据本发明实施例的光学设备侧视图。所述光学设备1包括光源2，初级光学单元4，遮光板6和次级光学单元8。其中，所述光源2优选是发光二极管(led)10(图3中的10所指的位置对应led放置的位置)并且用于产生近光灯光束。可替代地，所述发光二极管(led)10也可用于产生远光灯光束。根据本实施例，如图3所示，所述光源具有7个在车辆横向方向上并排排列的led 10。可替代地，可以设置其它数量的led以产生所需的光束。所述光源2也可以是矩阵led的形式以发射相应的光束。
39.如图3和图4所示，所述初级光学单元4优选地包括7个在车辆横向上并排排列的透镜12，所述光源2的led 10分别对应一个所述透镜12。可替代地，可以设置其它数量的透镜
12以匹配相应数量的led 10。这些透镜12优选为准直透镜，其可以由例如聚碳酸酯(pc)的塑料材料制成。透镜12从前方或者后方观察基本上为圆形的或者椭圆形的。这些可作为全内反射的透镜12具有包括局部表面13、14的入光面，在下侧水平延伸的透光面15以及在车辆前侧的出光面16。所述透光面1为平面并可以例如通过切割的方式形成。如图2所示，这些透镜12的在车辆横向上的中间位置的透镜17在其下部还具有向前下方延伸至遮光板6下方的透光面18。该透光面18用于将来自光源2的光束全部反射到所述次级光学单元8。该透光面18上设置多个如图4所示的柱状透光面20。
40.如图1所示，所述遮光板6设为沿水平方向延伸并为板状。该遮光板6具有金属抛光的涂层表面。进一步优选地，所述具有金属抛光涂层表面的遮光板的反射比为大于或等于60％。如图5和6a所示，从上方观察，遮光板6具有大致为矩形的形状。该遮光板6在面对次级光学单元8的一侧具有半圆形凹口。可以想到的是，该凹口还可以设置为其他形状。该遮光板6的形状及位置是由初级光学单元4和次级光学单元8的形状及位置决定的。因此，所述遮光板6还可以具有其它任何匹配所述初级光学单元4和次级光学单元8的形状。如图1所示，所述遮光板6在高度方向上基本布置在透镜12的所述透光面15的位置。优选地，所述遮光板6在高度方向上布置在所述透光面15的下方，并且所述遮光板6和所述透光面15的距离d小于或等于5mm，进一步优选地，所述遮光板6和所述透光面15的距离d等于3mm。此外，如图5所示，所述初级光学单元4的透镜12在车辆前侧的出光面16与所述遮光板6在车辆前进方向上的距离s优选小于或等于10mm。
41.如图1所示，与现有技术中已知的次级光学单元相比，所述次级光学单元8在车辆高度方向上的高h更小并具有大致为扁平的形状。具体来说，所述次级光学单元8具有双凸面透镜22。所述双凸面透镜22可以由玻璃或者例如聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)的塑料材料制成。如图5所示，所述双凸面透镜22的两个凸面分别向车辆的前方和后方凸起，形成近似椭圆的形状。还可以想到的是，该双凸面透镜22从上方观察具有大致为v形的或者月牙形的形状。该双凸面透镜22的朝向车辆后方的凸面构成入光面24，该双凸面透镜22的朝向车辆前方的凸面构成出光面26。所述出光面26的表面还可以设计添加具有一定粗糙度的皮纹结构，以此来柔化明暗截止线的锋利程度，即降低梯度值，来提高夜间驾驶安全。所述次级光学单元或者说所述双凸面透镜22从车辆前方观察具有基本上为矩形的形状。具体地说，所示次级光学单元8，或者说所示次级光学单元8的入光面24和/或出光面26在车辆高度方向上的高h小于或等于30mm，进一步优选地小于或等于25mm，更进一步优选地高度h为24mm。所述次级光学单元8的沿车辆横向的宽度可以例如为110mm。由此形成一个从车辆前方观察横向延伸的细长的光照开口。
42.如图1和5所示，根据本发明的由光源2或者说led 10发出的光束通过入射面13、14射入初级光学单元4或者说透镜12。产生的大部分光束通过初级光学单元4或者说透镜12的出射面16直接射入所述次级光学单元8的双凸面透镜22的入光面24。如图5所示，通过初级光学单元4的透镜12的布置使得这部分光光束可以完整均匀地射入所示次级光学单元8中。同时，产生的一部分光束通过所述透镜12的上表面的反射以及透镜12的出光面16的折射聚焦到透镜的焦点f附近(见图1或5)或者射至所述遮光板6的上表面，通过遮光板6的上表面的反射将光束射入次级光学单元8或者说双凸面透镜22的入光面24。此外，产生的另一部分光束会射至所述透镜12的，尤其是所述中间位置的透镜17的下侧的透光面18或者说柱状透
光面20，这些光束经过透光面18或者说柱状透光面20的全反射再经遮光板6的下方区域射入次级光学单元8或者说双凸面透镜22的入光面24，这些光束尤其用于产生光分布的上部分的光照。最后，上述射入次级光学单元8的入光面24的光束由次级光学单元8的出光面26射出，形成最终的车前方的光分布。
43.图7a示出了当所述遮光板6具有平整的上表面时由上述光学设备1产生的不清晰的明暗截止线。由于上述光学设备是为较大的光照扩散角而设计的，次级光学单元8的双凸面透镜22无法保证总是很好地控制所有光束。因此，部分杂散光会使截止线不清晰，尤其是使得如图7a所示的明暗截止线的中间部分会模糊不清楚。这会对最终的光照分布效果造成影响。
44.因此，为了校正明暗截止线的中心区域的清晰度，如图6a和图6b所示，所述遮光板6在车辆横向上的中间位置设有沿车辆前进方向延伸、向上凸出的凸起28。通过该凸起28，可以更好地控制进入双凸面透镜22的光束，减少产生使明暗截止线不清晰的杂散光，从而增加了由根据本发明的光学设备产生的明暗截止线的清晰度。图7b示出了当遮光板6具有凸起28时由根据本发明的光学设备产生的明暗截止线。其中，可以明显看出，明暗截止线的中心部分不再模糊。
45.图8示出了由根据本发明的光学设备产生的光分布。如图可见，该光分布尤其具有较大的光照宽度，并且光照均匀。