具有可变拔模角的菲涅耳透镜的制作方法

本发明涉及菲涅耳透镜和包括这种透镜的照明装置的领域。

背景技术：

菲涅耳透镜允许厚度比高凸透镜薄、但是在产生偏离的光线方面具有相同特性的透镜。菲涅耳透镜包括一连串菲涅耳棱镜，该串沿着从透镜中心向其一个边缘延伸的方向排列。

文献fr2799153公开了一种菲涅耳透镜。每个菲涅耳透镜具有第一刻面和第二刻面，该第一刻面朝向透镜的外部，该第二刻面称为拔模刻面，其朝向透镜的中心。由第一刻面构成的屈光界面一起构成会聚透镜的出射面的屈光界面的等效物。在菲涅耳透镜中，通过使第一刻面沿着平行于透镜的光轴的方向朝向透镜的背面移动，拔模刻面允许减小透镜的厚度。

虽然是第一刻面基本上具有光学效用，但是某些光线可能遇到拔模刻面，然后由此不适当地偏离。

为了降低这种风险，文献fr2799153提出将拔模刻面布置成使得从透镜的焦点发出的光线在被入射面第一次折射之后平行于这些拔模刻面传播到透镜中。

然而，尽管寄生辐射的数量减少了，但是结果仍然产生了寄生辐射，这些寄生辐射容易降低用这种透镜获得的光束的光度测定。

技术实现要素：

因此，本发明旨在解决的技术问题是改善用菲涅耳透镜获得的光束。

为此，本发明的第一主题是一种具有光轴并包括菲涅耳棱镜的菲涅耳透镜，每个菲涅耳棱镜具有被称为主刻面的第一刻面和被称为拔模刻面的第二刻面，该拔模刻面与光轴形成拔模角。在该透镜中，对于至少一个菲涅耳棱镜，拔模角沿着该菲涅耳棱镜是可变的，使得透镜的第一侧上的拔模角比所述透镜的与第一侧基本上相对的第二侧上的拔模角更大。

因此，在第二侧，拔模刻面使寄生光朝向接收来自第一侧上的拔模刻面的寄生光的区域弯曲。因此，菲涅耳透镜使寄生光定向进入接收来自透镜的第一侧的寄生光和来自透镜的第二侧的寄生光的区域，该区域构成寄生光的接收区域。

然后，根据本发明的透镜可以布置在车辆的照明装置中，使得该接收区域处于需要更多照明和/或其不太引起麻烦的位置。

透镜的一侧，意思是位于光轴一侧的区域，因此在光轴和透镜的外围边缘之间延伸。

根据本发明的透镜可以可选择地包括以下特征中的一个或多个：

-大多数菲涅耳棱镜是可变拔模角菲涅耳棱镜；因此，在透镜的整个圆周上，由拔模刻面偏离的更多寄生光被引导向接收区域；特别地，菲涅耳棱镜的至少75％，例如至少90％，或甚至100％是可变拔模角菲涅耳棱镜；

-透镜旨在于车辆中被定向成第一侧在底部而第二侧在顶部；因此，寄生光被向下引导，在此处它们将不会使迎面而来的车辆或跟随的车辆的驾驶员目眩；

-拔模角沿着可变拔模角菲涅耳棱镜或其中的至少一个从第二侧到第一侧逐渐增大；因此，简化了透镜的生产；

-一个或多个可变拔模角菲涅耳棱镜的拔模刻面的表面连续可导；这允许避免梯度(例如阶梯)的突然变化，从而降低了寄生光的风险；另外，再次简化了生产；

-对于垂直于光轴的给定轴线，拔模角在从光轴向透镜的外围边缘延伸的方向上，从一个菲涅耳棱镜到下一个菲涅耳棱镜增大；在透镜沿着该方向的范围内，更多的寄生光被接收区收集；

-如果考虑透镜的第二侧的各菲涅耳棱镜的所有拔模角的最小值的拔模角和透镜的第一侧的各菲涅耳棱镜的所有拔模角的最大值的拔模角，该最小值与该最大值之间的角度差基本上等于旨在照射透镜的光束的宽度；

-上段中提到的角度差可以具有在10°和20°之间的值；这些值取得了良好的效果；在这种情况下，旨在照射透镜的光束具有在10°和20°之间的宽度；

-沿着可变拔模角菲涅耳棱镜或其中的至少一个并且从第二侧到第一侧，相应的菲涅耳棱镜包括至少一个扩展区段，该扩展区段关于从第一侧向第二侧延伸的方向横向定位，在该扩展区段中：

拔模角变化更大，和/或

拔模角减小然后再增大；

因此，可以扩展从透镜的横向区域发出并且出射到暗区的光线；

-沿着给定的菲涅耳棱镜，在垂直于光轴的平面上，扩展区段的始端和终端之间且顶点基本位于所述光轴(x)上的角度具有在15和45°之间的值，该角度在位于所述第一侧和所述第二侧之间的中间的点的任一侧中延伸；

-一个或多个可变拔模角菲涅耳棱镜的拔模刻面的表面是直纹曲面；因此生产更简单；

-至少一个可变拔模角菲涅耳棱镜的主刻面可以包括厚度调制，该厚度调制布置成减小透镜的色差或减弱近光的截止的清晰度；

-每个菲涅耳棱镜都有一个脊，大多数样品的脊共面；因此，透镜在厚度方向上具有小的体积；大多数菲涅耳棱镜的意思是透镜所包含的菲涅耳棱镜数量的至少一半；特别地，这些菲涅耳棱镜的至少75％，例如至少90％，或至少100％的脊可以共面；

-每个菲涅耳棱镜都有一个脊，大多数菲涅耳棱镜的脊同心，特别是围绕光轴；这允许更容易地围绕光轴连续生产菲涅耳棱镜；特别地，菲涅耳棱镜的至少75％，例如至少90％，或甚至100％的脊同心；

-菲涅耳棱镜的第一刻面一起构成在透镜上游具有焦点的会聚折射界面的等效物。

本发明的另一主题是一种照明模块，包括：

-根据本发明的透镜，和

-用于定位光源的元件，所述元件旨在使光源关于透镜保持在给定位置，

照明模块布置成当将光源放在给定位置时，借助于透镜的菲涅耳棱镜的至少第一刻面形成光束，该光束具有将光束的光区与暗区分开的截止线。

透镜由此可以用于形成含有截止的照明光束，例如近光。

根据本发明的照明模块可以可选择地包括以下特征中的一个或多个：

-透镜可以布置成使得第一侧关于光轴位于与亮区相同的一侧；因此，拔模刻面使光线不向暗区偏离，而向亮区偏离，增加其发光度；

-在透镜包括扩展区段的情况下，扩展区段可以布置成使得被这些扩展区段中的拔模刻面偏离的光线向着暗区偏离；

-菲涅耳棱镜的第一刻面一起构成在透镜上游具有焦点的会聚折射界面的等效物，照明模块包括关于透镜和光源的位置布置的罩，以构成截止线；

-当透镜垂直时，罩是水平的，第一侧由此定位在基本上位于一个平面下方的水平面上，罩的上表面大体上位于该平面上；因此，光线不被拔模刻面向暗区偏离，而向亮区偏离，增加其发光度；罩的上表面可以是反射的。

本发明的另一主题是一种包括根据本发明的照明模块的照明装置，特别是车辆前照灯。

本发明的另一主题是一种包括根据本发明的照明装置的车辆，所述装置特别地连接到车辆的电源。

除非以其它方式说明，否则术语“前”、“后”、“下”、“上”、“侧”和“横向”参考的是透镜和照明模块在照明装置中旨在具有的取向，并且关于从照明装置发出的光的方向。

术语“上游”和“下游”指的是光的传播方向。

附图说明

当阅读下列非限制性示例的详细描述时，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，参考附图将更好地理解该描述，图中：

-图1是根据本发明的一个实施例的透镜的正视图；

-图2和图3分别是图1沿着垂直于轴线y和轴线z的平面切割的横截面；

-图4是示出根据本发明的装备有图1的透镜的照明模块的示意图；

-图5是通过图4的照明模块获得的光束的示意图；

-图6和图7分别是图2中区域vi和区域vii的放大图；

-图8是对于给定菲涅耳棱镜ei，拔模角随定位角θ变化的一些值的表格。

具体实施方式

图1示出根据本发明的正面朝上的菲涅耳透镜1的示例。

透镜1具有光轴x。

根据本发明，这里，透镜1可以旨在被定位于车辆中，使得该光轴x平行于车辆的纵向轴线。

轴线z和轴线y在这里分别对应于垂直方向和横向方向。这里，透镜1定位在其旨在于车辆中具有的位置。

图2是透镜1的沿着垂直的纵向平面(该平面由此包含轴线x和轴线z)切割的横截面。图3是透镜1的沿着水平的纵向平面(该平面由此包含轴线x和y)切割的横截面。

透镜1具有入射面20和出射面10。入射面20旨在接收从光源(在该示例中间接地)产生的光线。光线然后穿过透镜1传播到出射面10，其经由该出射面10离开，从而形成照明光束。

透镜1包括多个菲涅耳棱镜ei，其表面构成出射面10的大部分。在该示例中，菲涅耳棱镜ei围绕光轴x并且围绕凸起的中心区段同心地布置。

菲涅耳棱镜的数量是“n”。第一菲涅耳棱镜标记为e1，并且围绕凸起的中心区段布置，该凸起的中心区段本身在此处以光轴x为中心。

最后一个菲涅耳棱镜标记为en，因此是离中心最远的菲涅耳棱镜，即最靠近透镜1的外围边缘15的菲涅耳棱镜。

菲涅耳棱镜的数量可以变化。透镜1必须越凸和越薄，则该数量必须越大。在该示例中，菲涅耳棱镜的数量是72，但是该数量是非限制性的。

透镜1具有位于底部的第一侧(下文称为底侧11)和位于顶部的第二侧(下文称为顶侧12)。

为了明确给定的菲涅耳棱镜ei上的位置，这里使用其角坐标，即穿过透镜1的中心和给定位置的方向与横轴线y的角度。该角度在下文称为定位角θ。因此，定位角θ在横轴线y上的值为0°，在横轴线y上方的竖直轴线z上的值为90°，在横轴线y下方的竖直轴线z上的值为-90°。因此，定位角θ在横轴线y上方为正，下方为负。

透镜1具有两个横向不规则区段13、14，其位于透镜的左侧和右侧，因此位于图1的右侧和左侧。在图1中，仅示出这些横向不规则区段的角范围，位于θ1和θ3位置的虚线。

在该示例中，这些横向不规则区段13、14不覆盖透镜1的所有菲涅耳棱镜，因此也具有径向范围r13和r14，为了更加清楚，这些径向范围r13和r14仅在图3中示出。

在这些横向不规则区段13、14中，每个菲涅耳棱镜的相应区段是所谓的扩展区段13′、14′。因此，这些菲涅耳棱镜的扩展区段13′、14′也各自布置在横轴线y的任一侧、在图1的虚直线之间。这些扩展区段13′、14′中的每个在相应的扩展区段13′、14′的始端(在位置θ1处)和扩展区段13′的终端(在位置θ3处)之间具有角范围β′。下面将描述这些扩展区段13′、14′的特性。

将注意到，根据本发明，透镜1可以具有防错技术，允许透镜1在旨在接纳该透镜1的照明模块中正确定位和定向。

例如，这里的防错技术是布置在透镜底部的平面16，其表面垂直于竖直轴线z。因此，当该平面16水平时，透镜1正确地定向。

图6和7分别示出顶侧12和底侧11的放大图。

从这些图中可以看出，每个菲涅耳棱镜ei具有称为主刻面21的第一刻面和称为拔模刻面22的第二刻面。如在这些图中可以看到的那样，拔模刻面22与光轴形成拔模角δ，其中，示出了平行于光轴x并穿过一个拔模刻面22的基部的方向dx、d′x。

根据本发明，对于至少一个菲涅耳棱镜(称为可变拔模角菲涅耳棱镜ei)，拔模角δ可以沿着该可变拔模角菲涅耳棱镜ei变化，因此，该拔模角δ在透镜的第一侧(这里是底侧11)比在透镜的与第一侧相对的第二侧(这里是顶侧12)大。

图6和图7示出最后一个菲涅耳棱镜en的变化，它因此是可变拔模角菲涅耳棱镜。

在图7中，理论方向dc对应于该最后一个菲涅耳棱镜en的拔模刻面22在如果拔模角δ是恒定的情况下将在图7的横截面上具有的方向以及由此定向。方向de示出了该最后一个菲涅耳棱镜在图7的横截面上的拔模刻面en的实际方向de。如图7可以看到的那样，理论方向dc比实际方向de偏离光轴x更少。图6可以看到透镜1底部的拔模角δ的实际值与该角度在如果其值与其在透镜1顶部的值相同时所具有的值之间的不可忽略的角度差δ。在该示例中，该角度差δ约为18°。下面描述对光线r1、r2、r5和r6以及假设路径r′的影响。

在该示例中，所有菲涅耳棱镜ei都是可变拔模角菲涅耳棱镜。

拔模角δ沿着每个菲涅耳棱镜ei从顶侧12到底侧11逐渐变化。该变化称为周向变化。

这里，对于位于从所包括的第一菲涅耳棱镜e1延伸到与每个横向不规则区段13、14的径向范围r13、r14相邻的菲涅耳棱镜的区段中的每个菲涅耳棱镜ei，周向变化逐渐增大。

这里，对于位于从与每个横向不规则区段13、14的径向范围r13、r14相邻的菲涅耳棱镜延伸到最后一个菲涅耳棱镜en的区段中的每个菲涅耳棱镜ei，周向变化沿着相应的菲涅耳棱镜从顶侧12到传播部分13′、14′的在θ1处的起点逐渐增大，然后到值θ2突然增大，然后至θ3处的扩展区段13′、14′的末端逐渐减小，以然后至底侧11再次逐渐增加。

这里还可以看到，对于垂直于光轴x的给定轴线，例如轴线y或轴线z，拔模角δ在从透镜1的光轴x到外围边缘15延伸的方向中，沿着该轴线从一个菲涅耳棱镜ei到下一个菲涅耳棱镜增加。这种变化称为径向变化。

图8的表格示出拔模角δ的这些周向变化(沿着给定的菲涅耳棱镜连续)和拔模角δ的径向变化。对于第一行所示的给定数字i的菲涅耳棱镜ei，和在第一列中由定位角θ所示的给定方向，该表格示出拔模角δ。

在该示例中，菲涅耳棱镜ei的拔模刻面22的表面连续可导，并且是直纹曲面。

这里应当注意，横向不规则区段13、14以及由此穿过该横向不规则区段13、14的菲涅耳棱镜的扩展区段13′、14′在这里具有约45°的角范围β′，该角范围β′至少从值θ1约为40°的定位角开始，到值θ3约为-5°的定位角结束。拔模角δ从约为15°的值θ2开始减小。因此，周向变化减小的区段具有约20°的角范围β。

每个菲涅耳棱镜ei具有脊23。在该示例中，菲涅耳棱镜的脊23共面且同心。

在该示例中，这些脊23是圆形的，并且以光轴x为中心。每个脊23之间的间距恒定，在这里是0.5毫米。因此，每个菲涅耳棱镜通过凹部隔开；由于拔模角δ的变化，该凹部的位置形成曲率半径不恒定的曲线。

见如图1所示的正视图，同心线对应于在投影中看到的拔模刻面。因此基本上观察到这些线之间的主刻面21。这些主刻面21一起构成菲涅耳透镜1的有效屈光界面。

因此，透镜1构成具有焦点f的会聚透镜。

该透镜1旨在被光学耦合到椭圆形反射器3，如图4所示，以构成根据本发明的照明模块5。

按照惯例，诸如发光二极管的光源2放置在反射器3的第一焦点f1处。

这里，透镜1和反射器3的光轴x同轴。

罩4水平地布置在透镜的焦点f后面。罩4的前边缘布置在透镜1的焦点f处。该罩防止光线从透镜1的焦点f下方通过。

这里，罩4的上表面水平延伸，并且包括透镜的光轴。

如这里那样，该上表面可以是反射性的。

透镜1的焦点f放置在反射器3的第二焦点f2上。因此，光源2发出并从反射器3的第一焦点f1开始的光线r1、r2穿过透镜1的焦点f，然后被透镜1偏离，使得它们从那里平行于光轴射出。

因为光源2在数学上不是点状的，因此某些光线r3、r4将稍微远离焦点f1发出。

在焦点f1后面发出的光线r3将向下反射，并且将在透镜1的焦点f1上方通过，这将使它们向下弯曲。

在焦点f1前面发出的光线r4被反射器向下反射并位于反射器3的第二焦点f2后面。它们然后被罩4反射向透镜1的顶部。因此它们也从透镜1的焦点f1的上方经过，这使它们向下弯曲。

更具体地，在该菲涅耳透镜的背景下，如图4和/或图6和7中可以看到的那样，穿过主刻面21的光线在这些光线r1、r2来自反射器的第一焦点f1时沿着平行于透镜1的光轴x的方向取向，或在这些光线r4、r3在反射器3的第一焦点f1的稍微前面或后面发出时向下取向。

因此，离开照明模块的光线的最高方向是经过透镜1的焦点f的光线r1、r2的方向。

因此，形成图5所示的照明光束f，其具有划分光束f的暗区z2和亮区z1的上截止线c。

在该示例中，这是近光的问题，其截止线c由此在迎面而来的交通侧具有水平部分c1，在车辆驱动侧具有倾斜部分c2。因此，不会使迎面而来的车辆或跟随的车辆的驾驶员目眩，并且位于装备有透镜1的车辆的驾驶侧的底侧被照亮。

在这里，根据本发明的拔模角δ的周向变化使得可以防止光线r5、r6被引导到暗区z2中和水平线h上，在这些区域，它们可能使其它驾驶员目眩。

具体地，如图6中可以看到的那样，在透镜1的顶侧，拔模角δ布置成使得对于给定的拔模刻面，在相应的菲涅耳棱镜和其下方的菲涅耳棱镜的方向中发出的光线穿过拔模刻面的上方或下方，因此不撞击该拔模刻面。在图6中，光线r5是刚好在主刻面21的顶部处撞击菲涅耳棱镜en-1的主刻面21的极限光线。拔模角δ使得在该光线r5上方穿过的光线在位于上方的菲涅耳棱镜en的拔模刻面的上方穿过，因此撞击该菲涅耳棱镜en的主刻面21。因此，光线在被主刻面21折射之前不会遇到拔模刻面。因此，它们全部被向前和向下折射，因此在折射之后也不会遇到拔模刻面。因此，光线都不会遇到拔模刻面，因此，显著降低了在透镜1的上部产生寄生光的风险。

在透镜的底侧，由主刻面21折射的一些光线r6，即最接近分隔两个菲涅耳棱镜(在这里是en和en-1)的凹槽底部的光线，在被向下折射之后遇到拔模刻面22。然后，它们由于其入射角而被拔模刻面22反射。然而，这些光线r6比它们在恒定的拔模角时向光轴x弯曲更少。具体地，这些光线r6保持指向下方，而不是被拔模刻面22向上反射，因为与透镜顶部的相同的菲涅耳棱镜en的拔模角相比，与光轴x之间的拔模角δ更大。如果拔模角δ恒定，则光线r6在反射之后将采取的假设路径r′可以在图7中看到。由于该假设路径指向上方，如果反射光线沿着该假设路径，则反射光线可能引起目眩。

因此，在透镜的底部，即使是撞击拔模刻面22的光线也由此被引导到光束f的亮区z1中，其在该区域中将不会引起目眩。

将注意到，底侧11由此关于光轴x位于与光束f的亮区z1相同的一侧。

在扩展区段13′、14′中，拔模角δ允许撞击拔模刻面22的光线重定向到截止线c上方并远离该截止线c，从而使其偏离到暗区z2中，特别是以它们不引起目眩的方式。另外，这允许在不引起目眩的情况下，在道路上方被称为支架点区域p1、p2的区域中增加发光度，该区域容易在支架特别是高架式支架上包含标志。

例如，该偏离可以使得暗区z2中的发光度值低于含有截止的光束(例如近光)的暗区z2的调节最大发光度，但高于支架点区域p1、p2中的调节最小发光度。

主刻面21可以包括厚度调制(未示出)，其布置成减小透镜的色差。替代地或附加地，主刻面21可以包括厚度调制(未示出)，其布置成改善或减弱近光的截止的清晰度。