一种共球面双焦点车灯用凸透镜的制作方法

本发明属于车灯配光透镜技术领域，具体地说，涉及一种共球面双焦点车灯用凸透镜。

背景技术：

随着科技的不断进步，led光源具备更多优势而成为新型车灯光源的首选方案。

相关国家和行业对于车辆前照灯中的近光都有明暗截止线的强制性配光要求，投影式凸透镜的车灯已经历经20多年的使用历史，在车灯近光设计运用中更有其独特的优越性而被广泛采用。

双光透镜和单光透镜相比，几乎是完全相同的体积，就能同时具备远光加近光的功能，存在体积上的优势，更适合被体积小的车灯采用。

上述车灯标准中远光的最低亮度值是近光最低亮度值的8-10倍左右，所以远光的能量集中度要求远比近光高很多。现有技术中双光透镜使用的凸透镜都是单焦点的，也即该凸透镜只有一个焦点，其近光为了能实现明暗截止线一般都在该凸透镜的焦点设置有截止线挡片，用于阻挡进入透镜下半区的多余光线。而远光时，为了能满足远光的聚光要求，远光光线也必须从此焦点经过，此时的近光的截止线挡片恰好阻挡在焦点的位置对远光造成极大阻碍。所以双光透镜中为了实现远光的能量不被阻挡，将此近光截止线挡片设计成可运动式的，当车辆近光时，挡片位于该凸透镜的焦点处，阻挡住原本射向对向而行车辆和行人眼睛(车灯法规标准配光屏幕中1区)的多余光线，形成优秀的明暗截止线，而远光时挡片能主动撤离焦点位置，使更多的光线能量能顺利通过焦点位置射入透镜，被凸透镜折射后从外表球面射出，从而满足预期的配光性能。图一说明:上图中有局部球面凸透镜、非正圆球面凸透镜、规则的球面凸透镜，其都具备单一焦点，都属于单焦距的球面凸透镜范畴。

上述设计中必不可少需要能做相应动作的运动挡板机构，目前基本上都采用电磁铁式配合弹簧复位的运动机构，而此机构存在3大缺陷：

(1)增加了电磁铁吸合式运动挡板机构，明显增加了制造成本；

(2)电磁铁吸合式运动挡板由电磁鉄吸合和弹簧的复位推动来完成远近光的切换动作，此机构可能会出现卡滞或故障，造成车灯变光困难或无法变光，当车辆在道路上行驶时电磁铁运动挡板如果出现故障而无法正常运行时，使用者将无法根据道路状况正确地切换远近光，这将会对驾乘者本人、对面行人、车辆造成极大的安全隐患；

(3)电磁式运动挡板机构使用时需要单独消耗电能，不利于节能。

本文中的名词解释：

1、投影式凸透镜车灯：以球面凸透镜具备倒立成像以及具有焦点的光学特性设计成的车灯，一般由光源、反射镜、凸透镜组合而成，简称透镜车灯。

2、单光透镜车灯：仅具备单一远光或单一近光的投影式凸透镜车灯。

3、双光透镜车灯：远光和近光共用一个凸透镜作为配光镜的投影式凸透镜车灯。

4、此文中所述的配光性能指《gb19152-2016》、《gb25991-2010》、《ecer113》、《ecer112》对应的标准要求。

有鉴于此特提出本发明。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种共球面双焦点车灯用凸透镜，为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种共球面双焦点车灯用凸透镜，包括凸透镜的本体；所述的透镜本体的内表面设置有光耦合面，所述的光耦合面将光源发射出的光线耦入到所述透镜本体内部；所述的透镜本体的外表面设置成一个球面，耦入到透镜本体内部的光线从球面耦出；所述的透镜本体的内表面的光耦合面，以该透镜的中心轴线为纵向、水平方向为横向分成上下两个半区，上半区的下边缘设计有隆起并向边缘薄化，下半区设计成平面。

这里说明，为了便于表述本透镜，以凸透镜在车辆前照灯中的安装方位为视角，将所述的透镜朝向车辆前方部分划分为前表面或外表面，朝向车辆后部的部分称为后表面或内表面。

进一步地，上述的共球面双焦点的透镜的外表面可以是完整的半球面，也可以是部分球面。

进一步地，上述的共球面双焦点的透镜的耦出面可设置有光学花纹。

进一步地，上述的共球面双焦点的透镜的耦合面可设置有光学花纹。

进一步地，上述的共球面双焦点的透镜，所述透镜为透光材质。

进一步地，上述的共球面双焦点的透镜，所述透镜本体为透光的pc或pmma或玻璃。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

(1)和现有在用的车灯凸透镜保持外观一致(内表面有改变在车灯内部看不到)，易被广大用户接受。

(2)因为不需要挡板运动机构来完成远近光的变换，使变光更稳定可靠、成本更节省，用电更节能。

(3)省却了挡板运动机构，同时也节省了容纳运动机构的空间，可以使产品体积更小，更能被小体积车灯采用。

(4)应用时，可以匹配时下最受欢迎的led光源，因其具备的冷光源、体积小、单颗亮度高、可多颗自由分布区域、自由控制的特点，只要光源定点设计在此对应焦点位置或者其光线被投送到此对应的2个焦点位置，更易于车灯的设计。

(5)设计巧妙，具有广泛推广应用的前景。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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附图。在附图中：

图1为现有单焦点透镜的形状示意图；

图2为现有凸透镜的聚焦线路图；

图3为本发明一实施例凸透镜的聚焦线路图；

图4为本发明一实施例多角度示意图；

图5为本发明一实施例侧视图的区域标注示意图。

图6为本发明一实施例逆向聚焦仿真图侧视图截图(运用optisworks软件进行仿真模拟图)；

图7为图6的说明标注(运用optisworks软件进行仿真模拟图)；

图8为图6的俯视图截图(运用optisworks软件进行仿真模拟图)；

图9为图8的说明标注(运用optisworks软件进行仿真模拟图)。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上半区”、“下半区”、“近光入射区”、“远光入射区”、“上半区隆起”，“下半区平面”等指示方位或位置关系为基于附图所示方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或者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发明的限制。

实施例一

一种共球面双焦点车灯用凸透镜，包括凸透镜的本体；所述的透镜本体的内表面设置有光耦合面，所述的光耦合面将光源发射出的光线耦入到所述透镜本体内部；所述的透镜本体的外表面设置成一个球面，耦入到透镜本体内部的光线从球面耦出；所述的透镜本体的内表面的光耦合面，以该透镜的中心轴线为纵向、水平方向为横向分成上下两个半区，上半区的下边缘设计有隆起并向边缘薄化，下半区设计成平面。这里说明，为了便于表述本透镜，以凸透镜在车辆前照灯中的安装方位为视角，将所述的透镜朝向车辆前方部分划分为前表面或外表面，朝向车辆后部的部分称为后表面或内表面。

其中，共球面双焦点的透镜的外表面可以是完整的半球面，也可以是部分球面，优选为半球面。共球面双焦点的透镜的耦出面可设置有光学花纹，共球面双焦点的透镜的耦合面可设置有光学花纹，共球面双焦点的透镜，透镜为透光材质。共球面双焦点的透镜，透镜本体为透光的pc或pmma或玻璃。

具体地，本例技术方案是这样实现的：

(1)共球面。从外观看，此透镜仍然是球面的，不改变现有透镜车灯的外观设计。

(2)透镜具备两个焦点，双光透镜可以不使用变光挡板仍能达到远近光的配光要求。

为了实现球面凸透镜具备2个焦点，并且保持其球面不变的基础上，在其内部的上半区和下半区分别设计了不同的光线耦入面。上半区设计的耦入面高于下半区，上下半区的高度差决定了透镜的焦距差，上半区的耦合面的立体形状主要为了配合车辆前照灯规定的配光性能并和车灯光源匹配而做相应变化设计。上半区和下半区的内表面的不同形状设计主要是为了使上下半区形成各自独立的焦点并且2个焦点都在光轴中心线上并相隔一定距离。其中，上半区的焦点设计为车灯远光的焦点，下半区的焦点为车灯近光的焦点，两个焦点的分离为方便后期设计车灯配光时，近光光源的光线途径下半区焦点位置时可以被固定的此的截止线挡片阻挡多余的无用光线，有效光线顺利进入透镜的下半区，被透镜折射利用从透镜的球面射出；远光光源的光线能顺利避开挡片，并且从上半区的焦点位置进入透镜的上半区，在本透镜内部折射从透镜的球面射出。

参见图3，当外部的光线，从本专利双焦点凸透镜的外球面射入本透镜本体后，从上下半区射出，其中上半区射出的光线汇集在焦点b处，下半区射出的光线汇集在焦点a处。根据光线路径可逆的原理，只要光线焦点a和焦点b处设置有光源或者有光从此焦点处经过并投射进透镜本体，该部分光线在透镜中折射从球面射出，形成接近于平行光的效果。这也是确保远光能聚光的方法。

图5可以看出和单焦点的透镜相比，双焦点球型外表面没有变化，内表面的上半区设计有凸起的壁厚。图6是使用了opitsworks软件仿真对双焦点凸透镜光路模拟的截图，证明其光路效果的真实性。图7可以看出平行光射入凸透镜的球面，经过折射后上半区的光汇集在短焦距的焦点处，下半区的光线汇聚形成长焦距的焦点，2个焦点位置都在光轴中心线上，并且隔有一段距离。图8是使用了opitsworks软件仿真对双焦点凸透镜光路模拟的截图，证明其光路效果的真实性。图9中可以看出平行光射入凸透镜的球面，经过折射后聚焦在光轴中心线上，汇聚形成2个焦点，并且2个焦点隔有一段距离。

结合图4和图5，可以看出，在球面凸透镜的基础上，将该透镜沿光轴中心线水平分割形成上下两个半区，上半区的入射区为远光区，下半区为近光区，近光入射区设计成平面，在远光区的内表面设计有一凸起的透明厚壁，该凸起状的厚壁部分，以光轴中心位置处为最高，并向透镜的边缘处逐渐趋于平缓，凸起的形状和高度决定了该部分透镜的焦距变化的长短，凸起状越高，焦距位置变化越大，反之亦然。。运用透镜的折射原理，验证焦点时，当光线从外球面射入后上半区因为有附加的凸起状改变了光线的聚焦位置，图6、图7可以发现凸起状的厚壁，使上半区射出的光线汇聚点更近，该部分透镜的焦距明显比下半区的焦距短。设计凸起状的形状和厚度，遵循2个原则：(1)、焦点始终保持在光轴中心线上；(2)双焦点岔开距离不易过大，一般4-10mm距离差比较合理。

结合图5至图9，可以看到用专业权威的光学仿真软件optisworks模拟出的光线路径，能明确看出，经过外球面射入的光线，在透镜内表面，上半区的光线汇集点更近，下半区的光线汇集点稍远，并且2个汇集点都在光轴中心线上。根据光路可逆的原理，在后续的车灯设计中，只要光源定点设计在此2个焦点位置或者光源光线被投送到此对应的2个焦点位置并进入到透镜本体后，就能被该凸透镜利用折射向有利于配光性能的方向运用，此特点为设计以led为光源的车灯提供了更广阔的应用前景。

本发明在不改变原有车灯的外型，直接取消挡片的运动机构，使近光变远光时，挡板不需要运动撤离，而依旧有高能量的光线被透镜利用并折射以满足车灯远近光的配光性能要求，同时因为没有挡板运动，使变光更稳定可靠、成本更节省，用电更节能。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。