一种聚光器及其车用光学系统的制作方法

本发明涉及一种聚光器及其车用光学系统，用于矩阵式大灯的光学模组，属于汽车照明技术领域。

背景技术：

近年车灯技术发展迅猛，矩阵式大灯是未来几年的汽车发展的一大潮流。矩阵式大灯是多颗光源组合排列，通过车内雷达及传感器，对各种行车状态做出收集，再运用智能系统对子光源进行控制，使光型能自动适应行车环境。此时的矩阵大灯不仅仅是单独的汽车零件，而是要与adas系统紧密配合的终端部件。要做到对光型的精准控制，精确可靠的光学系统成为矩阵大灯里的核心技术。

由于矩阵大灯有多达几十个光源集成在一起，相互之间的光型要独立不能相互干扰，光学相关零件要做的精致紧密，很小的公差对光型的结果就能影响很大。因此，光学相关件零件公差要求很高，对装配精度要求也很高。

技术实现要素：

本发明公开了一种可应用于矩阵式大灯的聚光器及其车用光学系统，光效高，安装方便，定位误差小。

本发明的聚光器技术方案如下：

一种聚光器，由多个准直器单元组合而成，其特征在于，

所述准直器单元呈杆状，入光端是中间内凹的聚光碗形状，出光面为矩形；

多个所述准直器单元成排设置，

在相邻准直器单元的入光端之间有筋结构连接，各准直器单元入光端的焦点在同一平面；准直器单元出光面相互连接，形成连续的平面或曲面，

准直器单元排成一排或多排，一排或多排的聚光器形成为一整体结构。

根据本发明，单排的聚光器可以单独使用，也可以多个配合使用，形成多排的效果，出光面紧贴布置；多排的聚光器为单一的整个零件。

所述车用光学系统形成一体式模块，便于安装。

根据本发明，所述准直器单元排成二排。

根据本发明所述聚光器，其特征在于，

准直器单元入光侧为中间内凹的抛物面形状，出光端为曲面，准直器单元侧壁连接入光端与出光面；

各准直器单元出光面之间相互连接，形成连续的曲面。

根据本发明所述聚光器，其特征在于，

准直器单元出光面横向尺寸，即左右宽度尺寸不同，中间的尺寸较小，两侧尺寸较大，使得反映在经二级透镜投影在屏幕上的光斑宽度大小不一。

准直器单元高度尺寸不限定，如果是低精度的matrix模组，只有一排，单个高度在18-22mm左右，如果是分三排，三排的总高度约18-25mm。

根据本发明所述聚光器，其特征在于，

准直器单元出光面中间横向尺寸，即左右宽度较小，为2～3mm。

根据本发明所述聚光器，其特征在于，

位于聚光器整体结构二端侧的准直器单元出光面中间横向尺寸，即左右宽度为3～5mm。

对于高精度的matrix，要求聚光器整体结构边缘与中间准直器光斑一致，对于低像素方案，两边准直器的宽度可以适当做大约3～5mm，相当于1颗led对应的光斑范围增大，这样节约led颗数，成本低。

根据本发明所述聚光器，其特征在于，

聚光器侧边由四个面构成；聚光器聚光面的上下端侧延伸有安装固定用翻边。

侧壁在理论上没有实际的光学作用，但是实际的led并非点光源，不是所有的光线都能按照设计的光路走，有小部分光线会折射到侧壁上，此时侧壁需要有一定的全反射功能，防止光线射出侧壁。因此侧壁在实际设计中有了光学作用，侧壁的形状会影响光斑的明暗分布以及光学系统的效率。

聚光器聚光面的上下端侧延伸的安装固定用翻边即在出光面的延长面上形成高度约1～2mm,厚度约1～2mm的片状结构。

根据本发明所述聚光器，其特征在于，

所述作为整体结构的聚光器，其横向二外侧形成有安装面，安装面设置有u型安装孔，u型开孔朝向入光端。

根据本发明的一种车用光学系统，包括上述作为整体结构的聚光器、用于安装聚光器的安装支架及分别设置于安装支架二侧的上压板和led线路板及散热器，其特征在于，

上述安装支架设有用于定位安装聚光器的定位孔，两排定位孔之间有一条用于防止两排聚光器相互振动偏移擦碰的隔筋结构,定位孔下方有一块向前侧延伸、用于安装、支撑聚光器的安装平台，

聚光器通过定位孔安装于上述安装支架平台上，上压板安装于聚光器上。

根据本发明，定位孔下方有一块向前侧延伸、用于安装、支撑聚光器的安装平台用于防止聚光器上下方向偏移。

聚光器通过矩形定位孔安装于上述安装支架平台上，上压板安装于聚光器上。两排定位孔之间有一条隔筋结构作用：车身的振动主要是上下方向的，反映在零件上也会发生上下向的振动偏移；聚光器首要推荐的材料是硅胶材料，质地偏软易变形，这条筋隔在两个聚光器之间，防止两排聚光器相互振动偏移擦碰。

上压板起固定聚光器的作用，聚光器装好之后，定位系统准确，此时需要给固定住。因为硅胶聚光器材质较软，直接打螺钉在硅胶材上会产生很大变形。因此用压板安装脚的一块大平面去压紧聚光器的安装脚，这样聚光器的变形就小。此外在上压板的前端设计与聚光器翻边相对应的凹槽，压板在压紧聚光器安装脚的同时，把聚光器的前端出光面也进行固定，保证了出光面位置的准确性。压板与安装支架的固定方法就不限定了，可以螺钉锁死，也可以卡扣锁死。

散热器、led板通过螺钉从背后一起打在安装支架上。

根据本发明，定位孔为矩形。

根据本发明所述车用光学系统，其特征在于，

上压板两端有螺钉安装面，螺钉安装面设有用于配合安装卡止聚光器聚光面的翻边结构，上压板前端有一条凹槽与聚光器翻边对应，用于配合安装卡止聚光器。

翻边有两个作用：1，聚光器本身通透导光，安装脚也会发光，翻边更多的包裹硅胶材，防止意外的攒光；2，翻边可以限定聚光器前后方向的位置，有定位作用，上压板前端有一条凹槽与聚光器翻边对应。

根据本发明所述车用光学系统，其特征在于，

所述安装平台前端也有一条与聚光器聚光面的外侧延伸的安装固定用翻边配合的凹槽，用于安装卡止聚光器聚光面。

安装支架的另外一侧有定位销和螺钉柱结构。

根据本发明所述一种车用光学系统，其特征在于，所述车用光学系统为矩阵式大灯光学系统。

根据本发明所述一种车用光学系统，其特征在于，

所述聚光器由多个形状相同或不同的准直器单元组合而成。

根据本发明，所述二级透镜选自单凸透镜、平凸透镜、双凸透镜、弯月形图透镜，或者是多个凹凸透镜组合。

根据本发明所述一种车用光学系统，所述车用光学系统为矩阵式大灯。

本发明的有益效果是：提供了一种用于矩阵式大灯初级光学件的设计方案，聚光器单个准直单元光效高，出光端连续，入光端之间有筋结构连接，零件本身变形及相对精度高。也提供了一种矩阵式大灯模组光学系统的安装方式，整体安装零件数量少，关键光学零件直接定位，安装方便，装配精度高。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明截面图；

图3为本发明的聚光器示意；

图4为本发明的上压板立体图；

图中，1为第一排聚光器，2为第二排聚光器，3为上压板，4为安装支架，5为led线路板，6为散热器，7为安装螺钉，8为二级透镜，1-1为准直器入光端，1-2为连接筋结构，1-3为u型安装面，1-4为出光面翻边，1-5为出光面；3-1为上压板3前端的凹槽，3-2为螺钉孔，3-3,3-4分别为上压板前端及两侧的翻边，4-1为矩形孔，4-2为隔筋结构，4-3为凸出的平台，4-4为聚光器支撑凹槽，4-5为上压板安装螺钉柱。

具体实施方式

所述第一排聚光器1有多个准直器构成，包含入光端1-1，入光端连接筋结构1-2，u型安装面1-3，出光面翻边1-4和出光面1-5；入光端1-1有多个，分别对应不同的led光源；准直器单元呈杆状，入光端1-1是中间内凹的聚光碗形状，出光面为矩形；多个准直器排成一排，相邻准直器单元之间，入光端1-1有筋结构1-2连接，入光端1-2的焦点在同一平面；出光面相互连接，形成连续的出光曲面1-5。出光面1-5边缘，有一侧有一条翻边1-4；第一排聚光器1上的准直器单元根据位置不同，长短大小也不同。中间的准直器尺寸较小，两端的准直器对应出光面较大。中间准直器光轴与系统光轴方向相同，旁边准直器光轴均与中间系统光轴呈一定旋转角度，越外侧的旋转角度越大。聚光器左右非对称设计，也可以对称设计。聚光器选材为透明硅胶

第二排聚光器2和第一排聚光器1零件相似，也是由不同的准直器单元构成；翻边位置与第一排聚光器1相反。第一排聚光器1与第二排聚光器2的出光面紧密贴合，u型孔对齐形成连续的发光面。

第一排聚光器1与第二排聚光器2一同装在安装支架4上，具体的，第一排聚光器1与第二排聚光器2的u形孔及出光面对齐之后，沿u型开口方向推入安装支架上，入光端1-1分别与安装支架上的开孔对齐。入光端连接筋结构1-2与安装支架平面顶住后，安装到位，此时准直器的侧壁与安装支架的矩形孔贴合，分散的准直器入光端左右上下方向被分别限定。前后方向由筋结构1-2限定。第二排聚光器2的翻边朝下，在推入的过程中可弹性变形，安装到位后卡在安装支架延伸出来一段的一条凹槽处。

上压板3前端也有一段凹槽3-1，自上而下安装时，卡槽3-1对准第一排聚光器1的上翻边1-4，螺钉孔3-2对准安装支架的螺钉柱。两边的安装脚下平面压紧聚光器的安装脚。因为螺钉作用在塑料的上压板上，硅胶聚光器的翻边不直接承受螺钉的压力，硅胶聚光器锁紧处变形较小。压板左右安装脚上有翻边，前端翻边3-3可以顶住聚光器，防止聚光器推进安装支架后回弹；两侧的翻边3-4起到加强和挡光的作用。上压板压好之后，从前端看，聚光器只有出光面裸露在外，其余部分均被遮挡，这样有利于消除杂散光。

安装支架4上的两排矩形孔4-1，可以分别固定较软的聚光器入光端，保证各个入光端之间相互位置关系精准。此外，还可以让入光端相互隔开，保证不同的子单元不相互影响。矩形孔的形状大小匹配聚光器入光端的尺寸大小。两排矩形孔之间有一条隔筋结构4-2，可以隔开两个聚光器，使其振动时不会相互影响。凸出的平台4-3托住聚光器，两边有两个安装螺钉柱，前端有一条凹槽。凹槽与第一排聚光器1的翻边配合，限制出光面前后方向的蹿动。螺钉柱与聚光器的u型孔配合。

安装支架的背部，有三个螺钉柱和两个定位销；螺钉柱两边布置，分别与led板上的定位孔配合，限制上下左右方向。螺钉柱呈台阶状，大圆柱顶面与led板顶住，做前后定位；小圆柱穿过线路板，其顶面与线路板背部平齐。安装时，线路板先插入定位销内，与大圆柱面顶住，再把散热器从背后套入，螺钉一串三打紧。led板上有led5-1、螺钉通孔5-2和定位孔5-3。led呈两排排布，与聚光器的入光端一一对应，led中心在入光端焦点上。

散热器上没有凸出的螺钉柱，只有几处螺钉孔，在选材上可以选用异型工业铝材，再后冲孔即可，相比铝合金压铸件成本较低。

led板相对于安装支架是直接固定，聚光器相对于安装支架也是直接固定，相对装配误差就小，安装方便，固定可靠。这些零件形成一个初级光学系统；二级透镜8设置在出光面的前端，聚光器的出光面在二级透镜的焦平面上。二级透镜8为单凸透镜或多个透镜组合。单透镜时，透镜形式为：平凸透镜、双凸透镜、弯月形图透镜；多个透镜组合时，是凹凸透镜的组合，有利于消除色差及不良像差。

根据本发明的一种用于矩阵式大灯初级光学件的设计方案，聚光器单个准直单元光效高，出光端连续，入光端之间有筋结构连接，零件本身变形及相对精度高。也提供了一种矩阵式大灯模组光学系统的安装方式，整体安装零件数量少，关键光学零件直接定位，安装方便，装配精度高。