一种采用微透镜阵列的汽车照明灯具

技术领域

本发明涉及汽车照明技术领域，具体涉及一种采用微透镜阵列的汽车照明灯具。

背景技术

近年来，微透镜阵列技术(micro lens array,简称MLA)在汽车领域主要是用于在较近距离的地面或车内投射特定图案光斑，起到氛围、迎宾或信号功能。而MLA应用于汽车照明时，如远光灯近光灯或信号灯应用，需要同时考虑有较高的能量利用率以实现高亮度低功耗，和较大的扩散角度比如±45°以满足特定的法规要求。而现有技术中，如图1所示，包括LED、聚光透镜、第一微透镜阵列、菲林片、第二微透镜阵列，这种设置前后两微透镜阵列的所有光轴对齐或平行地偏置的方法，不能完全满足要求或达到最佳性能。

中国授权公告号CN112154288B，授权公告日为2023年02月24日，其公开了一种用于机动车探照灯的照明模块，包括：至少一个光源以及至少一个投影装置，其中，投影装置具有入射光学系统和出射光学系统，其中，入射光学系统设置用于，由从至少一个光源发射的光在处在入射光学系统和出射光学系统之间的、基本上横向于投影装置的光轴的中间图像平面中形成中间图像，并且出射光学系统设置用于，将形成为第一种预定类型的光分布的中间图像成像到照明模块前的区域中，其中，设置至少一个附加光源，至少一个附加光源设置用于，在入射光学系统和出射光学系统之间发射光；出射光学系统设置用于，将由至少一个附加光源发射的光以第二种预定类型的光分布的形式成像到照明模块前的区域中；入射光学系统和至少一个附加光源被这样构造和这样相对彼此配设，使得至少一个附加光源和由至少一个附加光源发射的光不改变中间图像。该现有技术中，没有充分利用微透镜阵列轻薄的优势，同时做到高的能量利用率和特定的大角度光斑应用要求，因此，亟待改进。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种采用微透镜阵列的汽车照明灯具，可以提升能量利用率，减小能耗与材料，并能扩展光斑大小，满足法规要求。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来解决：

一种采用微透镜阵列的汽车照明灯具，包括从左至右依次设置的LED、聚光透镜、第一微透镜阵列、菲林片、第二微透镜阵列，所述第一微透镜阵列包括多个入射透镜单元；所述菲林片包括多个透光区和遮光区；所述透光区设置有图案层；所述第二微透镜阵列包括多个出射透镜单元，各所述出射透镜单元的光轴设置为平行；所述入射透镜单元的光轴与对应的所述出射透镜单元的光轴设置为不完全平行；所述图案层处于所述第二微透镜阵列的至少一半所述出射透镜单元的焦点附近，与所述焦点的距离小于0.2倍所述出射透镜单元的焦距。

作为优选方案，各所述入射透镜单元的曲率设置为完全一致或不完全一致；各所述出射透镜单元的曲率半径设置为不完全一致；各所述图案层的图案设置为一致或不完全一致。

作为优选方案，各所述入射透镜单元竖直与水平方向的曲率设置为不完全一致；各所述出射透镜单元竖直与水平方向的曲率设置为不完全一致。

作为优选方案，所述入射透镜单元与所述出射透镜单元的间距设置为相同或者设置为不同。

作为优选方案，所述菲林片和所述第二微透镜阵列之间设置有第二菲林片，所述第二菲林片设置有第二遮光区。

作为优选方案，所述LED与所述聚光透镜封装设置为一体结构。

作为优选方案，所述聚光透镜和所述第一微透镜阵列共同组成复合体，或所述第一微透镜阵列与所述菲林片共同组成复合体，或所述菲林片与所述第二微透镜阵列共同组成复合体，或所述第一微透镜阵列、菲林片、第二微透镜阵列共同组成复合体。

作为优选方案，所述聚光透镜设置为折射或全反射的单透镜或多透镜复合。

作为优选方案，所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列设置为平凸透镜、双凸透镜、凸平透镜、凹凸透镜、多微透镜组合中的任一种。

本发明的有益效果是：

1、在汽车照明的应用时光斑水平宽，竖直窄，并且中心光强大，边缘视场光强小，特别是近光灯水平展开宽，从而通过偏转入射透镜单元的光轴，可以扩展水平方向的视场，并通过合适地设置菲林片上的图案层实现目标设计，本发明通过偏转入射透镜单元可以提升能量利用率，本发明的遮光区因遮挡损失的能量更少，透光区透射能量更多，从而能量利用率也更高，减小能耗与材料，并能扩展光斑大小，满足法规要求；

2、入射透镜单元竖直与水平方向的曲率设置为不完全一致，用于使得在菲林片前形成上下窄水平宽的扁光斑，再经过菲林片后，减小能量损失，提升光能利用率；

3、聚光透镜出射的光可以并非准直光，经过与第一微透镜阵列的配合工作，使得光斑大小沿第一微透镜阵列的光轴自然扩展；

4、入射透镜单元的曲率设置为完全一致或不完全一致，如果菲林片处于更接近入射透镜单元焦点时，有利于提升中心能量，偏离入射透镜单元焦点时有利于增大光斑大小；

5、菲林片和第二微透镜阵列之间可以设置第二菲林片，第二菲林片设置有第二遮光区，用于遮挡杂光，避免不同通道的光窜扰到临近通道的光路中，尤其是针对竖直方向，因为竖直方向有较严格的杂光要求，防止形成眩光干扰其他道路使用者；在水平方向，一定程度上允许窜扰光的存在，因为可以增加水平方向光扩散角；

6、本发明同样可用于在较近距离的地面或车内投射特定图案光斑，起到氛围、迎宾或信号功能。

附图说明

图1为现有技术的结构示意图。

图2为现有技术的结构示意图(显示第一微透镜阵列和第二微透镜阵列的光轴处于平行状态，能量被遮挡更多，能量透过率更低，光学效率低)。

图3为本发明第一实施方式的示意图。

图4为本发明第一实施方式的示意图(显示第一微透镜阵列和第二微透镜阵列的光轴处于不平行状态，透光区能量更多，能量利用率更高，光学效率更高)。

图5为本发明第二实施方式的示意图。

图6为本发明第三实施方式的示意图。

图7为本发明第四实施方式的示意图。

图8为本发明第五实施方式的示意图。

图9为本发明第六实施方式的示意图。

图10为本发明第七实施方式的示意图。

附图标记为：LED10、聚光透镜11、第一微透镜阵列12、菲林片13、第二微透镜阵列14、透光区15、遮光区16、出射透镜单元17、入射透镜单元18、第二菲林片19。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

参照图1-9所示，一种采用微透镜阵列的汽车照明灯具，包括从左至右依次设置的LED10、聚光透镜11、第一微透镜阵列12、菲林片13、第二微透镜阵列14，第一微透镜阵列12包括多个入射透镜单元18；菲林片13包括多个透光区15和遮光区16；透光区15设置有图案层；第二微透镜阵列14包括多个出射透镜单元17，各出射透镜单元17的光轴设置为平行；入射透镜单元18的光轴与对应的出射透镜单元17的光轴设置为不完全平行；图案层处于第二微透镜阵列14的至少一半出射透镜单元17的焦点附近，与焦点的距离小于0.2倍出射透镜单元17的焦距。

各入射透镜单元18的曲率设置为完全一致或不完全一致；各出射透镜单元17的曲率半径设置为不完全一致；图案层的各图案设置为一致或不完全一致。

各入射透镜单元18竖直与水平方向的曲率设置为不完全一致；各出射透镜单元17竖直与水平方向的曲率设置为不完全一致。

入射透镜单元18与出射透镜单元17的间距设置为相同或者设置为不同。

菲林片13和第二微透镜阵列14之间可以设置有第二菲林片19，第二菲林片19设置有第二遮光区。

LED10与聚光透镜11封装设置为一体结构。聚光透镜11和第一微透镜阵列12共同组成复合体，或第一微透镜阵列12与菲林片13共同组成复合体，或菲林片13与第二微透镜阵列14共同组成复合体，或第一微透镜阵列12、菲林片13、第二微透镜阵列14共同组成复合体。通过这样的结构设置，可将灯具的外形尽量做到小巧。

聚光透镜设置为折射或全反射的单透镜或多透镜复合。

第一微透镜阵列12和第二微透镜阵列14设置为平凸透镜、双凸透镜、凸平透镜、凹凸透镜、多微透镜组合中的任一种。

本发明用于汽车照明和投影领域，包括而不局限于远光大灯、近光大灯、日行灯、转向灯等，或是投影到特定物体表面形成特定图案，更具体地，涉及利用微透镜阵列技术的灯具。本发明同样可用于在较近距离的地面或车内投射特定图案光斑，起到氛围、迎宾或信号功能。

在汽车照明的应用时光斑水平宽，竖直窄，并且中心光强大，边缘视场光强小，特别是近光灯水平展开宽，从而通过偏转入射透镜单元的光轴，可以扩展水平方向的视场，并通过合适地设置菲林片上的图案层实现目标设计，本发明通过偏转入射透镜单元可以提升能量利用率，本发明的遮光区因遮挡损失的能量更少，透光区透射能量更多，从而能量利用率也更高，减小能耗与材料，并能扩展光斑大小，满足法规要求。

入射透镜单元竖直与水平方向的曲率设置为不完全一致，用于使得在菲林片前形成上下窄水平宽的扁光斑，再经过菲林片后，减小能量损失，提升光能利用率。

聚光透镜出射的光可以并非准直光，经过与第一微透镜阵列的配合工作，使得光斑大小沿第一微透镜阵列的光轴自然扩展。

入射透镜单元的曲率设置为完全一致或不完全一致，如果菲林片处于更接近入射透镜单元焦点时，有利于提升中心能量，偏离入射透镜单元焦点时有利于增大光斑大小。

第一实施方式，请查阅图3-4。一种采用微透镜阵列的汽车照明灯具，包括从左至右依次设置的LED10、聚光透镜11、第一微透镜阵列12、菲林片13、第二微透镜阵列14，第一微透镜阵列12包括多个入射透镜单元18；菲林片13包括多个透光区15和遮光区16；透光区15设置有图案层；第二微透镜阵列14包括多个出射透镜单元17，各出射透镜单元17的光轴设置为平行；入射透镜单元18的光轴与对应的出射透镜单元17的光轴设置为不完全平行；图案层处于第二微透镜阵列14的至少一半出射透镜单元17的焦点附近，与焦点的距离小于0.2倍出射透镜单元17的焦距。本实施方式中，图案层的数量与入射透镜单元18以及出射透镜单元17的数量一致，而图案层的各图案不完全一致。LED10的光源经聚光透镜会聚后，接近准直出射，由于入射透镜单元18进行偏转设置，从而经过第一微透镜阵列12后光线分别汇聚，并且能量分别处于图案层的不同位置；最后经过出射透镜单元17的分别作用后，在特定投影距离的接收屏或投影面上复合为一个扩展光斑。其中，入射透镜单元18越远离微透镜阵列中心，透镜的光轴偏转角度越大，这样各个对应的出射透镜单元17通道图案能量在中心处能复合叠加增强，大角度能量渐弱，从而可以合理的控制光能分布。另外，通过偏转入射透镜单元18可以提升能量利用率，具体请查阅图3-4所示，图3为现有技术中两微透镜阵列的透镜单元光轴平行对齐时的光能在菲林片上的分布情况，图4为本实施方式，可以看出，本实施方式的遮光区因遮挡损失的能量更少，透光区透射能量更多，从而能量利用率也更高。

第二实施方式，请查阅图5，一种采用微透镜阵列的汽车照明灯具，包括从左至右依次设置的LED10、聚光透镜11、第一微透镜阵列12、菲林片13、第二微透镜阵列14，第一微透镜阵列12包括多个入射透镜单元18；菲林片13包括多个透光区15和遮光区16；透光区15设置有图案层；第二微透镜阵列14包括多个出射透镜单元17，入射透镜单元18和出射透镜单元17的光轴不完全平行，聚光透镜11出射光线并非准直光束，第一微透镜阵列12的基面包络面为曲面，图案层的数量与入射透镜单元18以及出射透镜单元17的数量一致，而图案层的各图案不完全一致；LED光源经聚光透镜会聚后，仍具有一定扩散角度，与入射透镜单元18的偏转光轴相匹配，从而经过第一微透镜阵列12后光线分别汇聚，并且能量分别处于图案层的不同位置，最后经过对应成像的出射透镜单元17的分别作用后，在特定投影距离的接收屏或投影面上复合为一个扩展光斑。其中，入射透镜单元18越远离第一微透镜阵列12阵列中心，透镜的光轴偏转角度越大；这样各个对应的透镜单元通道图案能量在中心处能复合叠加增强，大角度能量渐弱，从而可以合理的控制光能分布。另外，通过偏转入射透镜单元18可以提升能量利用率，因为遮光区因遮挡损失的能量更少，透光区透射能量更多，从而可以减小能耗。

第三实施方式，请查阅图6，一种采用微透镜阵列的汽车照明灯具，包括从左至右依次设置的LED10、聚光透镜11、第一微透镜阵列12、菲林片13、第二微透镜阵列14，第一微透镜阵列12包括多个入射透镜单元18；菲林片13包括多个透光区15和遮光区16；透光区15设置有图案层；第二微透镜阵列14包括多个出射透镜单元17，入射透镜单元18和出射透镜单元17的光轴不完全平行，图案层的数量与入射透镜单元18以及出射透镜单元17的数量一致，而图案层的各图案不完全一致；LED10的光源经全内反射聚光透镜会聚准直后出射，从而经过第一微透镜阵列12后光线分别汇聚，并且能量分别处于图案层的不同位置，最后经过对应成像的出射透镜单元17的分别作用后，在特定投影距离的接收屏或投影面上复合为一个扩展光斑。其中各入射透镜单元18的曲率不完全一样，中心曲率半径更小(曲率更大)，而故意设置菲林片与中心的焦斑附近，从而中心能量更强；其他区域偏离焦点，故而中心能量更弱，而扩散斑更大。这样各个对应的透镜单元通道图案能量在中心处的小角度区域，光能复合叠加增强，有利于提升最大照度值，另外扩展后的大角度能量较弱，从而可以合理的控制光能分布。另外，通过偏转入射透镜单元18可以提升能量利用率，因为遮光区因遮挡损失的能量更少；透光区透射能量更多，从而可以减小能耗。

第四实施方式，请查阅图7。在第三实施方式的基础上，聚光透镜11和第一微透镜阵列12共同组成复合体，菲林片13与第二微透镜阵列14共同组成复合体，其有益于减小光学的界面反射损失，提升能量利用率，也有益于减小杂光，并且减小零件数，有利于提升组装精度。

第五实施方式，请查阅图8，一种采用微透镜阵列的汽车照明灯具，包括从左至右依次设置的LED10、聚光透镜11、第一微透镜阵列12、菲林片13、第二微透镜阵列14，第一微透镜阵列12包括多个入射透镜单元18；菲林片13包括多个透光区15和遮光区16；透光区15设置有图案层；第二微透镜阵列14包括多个出射透镜单元17。入射透镜单元18和出射透镜单元17的光轴不完全平行，图案层的数量与入射透镜单元18以及出射透镜单元17的数量一致，而图案层的各图案根据投影原理进行设置，故而略有区别，使得各通道在应用投影距离处的光斑能复合为一体；LED光源经聚光透镜会聚后，仍具有一定汇聚角度，与由于入射透镜单元18的偏转光轴相匹配，从而经过第一微透镜阵列12后光线分别汇聚，并且能量分别处于图案层的不同位置；最后经过对应成像的出射透镜单元17的分别作用后，在特定投影距离的接收屏或投影面上复合为一个光斑图案。其中入射透镜单元18越远离微透镜阵列中心，透镜的光轴偏转角度越大。另外通过偏转入射透镜单元18可以提升能量利用率，因为遮光区因遮挡损失的能量更少；透光区透射能量更多，从而可以减小能耗。本实施方式中，第一微透镜阵列12中的入射透镜单元18的平均间距大于第二微透镜阵列14的出射透镜单元17的平均间距。该实施例可用于在较近距离的地面或车内投射特定图案光斑，起到氛围、迎宾或信号功能。

第六实施方式，请查阅图9，一种采用微透镜阵列的汽车照明灯具，包括从左至右依次设置的LED10、聚光透镜11、第一微透镜阵列12、菲林片13、第二微透镜阵列14，第一微透镜阵列12包括多个入射透镜单元18；菲林片13包括多个透光区15和遮光区16；透光区15设置有图案层；第二微透镜阵列14包括多个出射透镜单元17。入射透镜单元18和出射透镜单元17的光轴不完全平行，聚光透镜11出射光线并非准直光束，图案层的数量与入射透镜单元18以及出射透镜单元17的数量一致，而图案层的各图案基本一致；LED光源经聚光透镜会聚后，仍具有一定发散角度，与由于入射透镜单元18的偏转光轴相匹配，从而经过第一微透镜阵列12后光线分别汇聚，并且能量分别处于图案层的不同位置，最后经过出射透镜单元17的分别作用后，在特定投影距离的接收屏或投影面上复合为一个光斑。其中，入射透镜单元18越远离微透镜阵列中心，透镜的光轴偏转角度越大。另外通过偏转入射透镜单元18可以提升能量利用率，因为遮光区因遮挡损失的能量更少；透光区透射能量更多，从而可以减小能耗。本实施方式中，第一微透镜阵列12中的入射透镜单元18的平均间距小于第二微透镜阵列14的出射透镜单元17的平均间距，此种设计更有利于扩散光斑角度大小。

第七实施方式，请查阅图10，一种采用微透镜阵列的汽车照明灯具，在第一实施方式的基础上，菲林片13和第二微透镜阵列14之间设置有第二菲林片19，第二菲林片设置有第二遮光区，通过这样的结构设置，用于遮挡杂光，避免不同通道的光窜扰到临近通道的光路中，尤其是针对竖直方向，因为竖直方向有较严格的杂光要求，防止形成眩光干扰其他道路使用者；在水平方向，一定程度上允许窜扰光的存在，因为可以增加水平方向光扩散角。

以上实施例仅表达了本发明的七种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。