[发明专利]用于车灯的透镜、汽车前照灯及汽车

说明书

技术领域

本发明涉及汽车灯具技术领域，尤其涉及一种用于车灯的透镜、一种采用该透镜的汽车前照灯及一种包括该前照灯的汽车。

背景技术

汽车车灯中常用的投射式照明系统，一般都包括光源、反射镜、遮光板以及透镜。反射镜为椭球形，光源的发光中心设置在椭球形反射镜的近焦点处，光源发出的光线经过椭球形反射镜反射后汇聚于椭球形反射镜的远焦点附近，遮光板设置于椭球形反射镜的远焦点处，其形状与近光所要求的明暗截止线形状一致，最后通过透镜形成带有明暗截止线的类平行光近光照明光形。汽车前照灯的特点是光源发出的光线由透镜的内侧镜面向外侧镜面射出，入射光线在透镜焦点附近聚焦后射向内侧镜面，射出光线为接近水平方向。因此，车灯用透镜仅考虑水平平行光线或接近水平方向光线的聚焦，而太阳光射向透镜一般由上方斜向下射向透镜，并且角度不断变化。

如图1所示，传统的透镜采用平凸透镜，其内侧镜面为平面，朝向光源设置，外侧镜面为非球面，光源的光线在平凸透镜焦点附近聚焦后由平凸透镜的内侧镜面向外侧镜面射出，射出光线为接近水平方向。传统的平凸透镜材质为透明塑料或玻璃，如PC(Polycarbonate，聚碳酸酯)、PMMA(Polymethyl Methacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)等。根据其直径大小及焦距，其最大厚度为20毫米至50毫米不等，这种透镜的有利之处在于通过非球面凸透镜设计，校正球面凸透镜成像所存在像差问题，使透镜成像更加清晰，不失真。但是这种透镜同时也带来了白天太阳光照射到透镜，经透镜反射后在透镜前部聚焦，以及经过透镜折射后汇聚，在反射镜后部聚焦，烧毁灯内零件的问题。并且随着太阳光入射角度不同，聚焦位置在一定范围内呈动态变化。如图2、图3和图4所示，分别为与水平方向成30°、45°和60°角的平行光线射向平凸透镜外侧镜面的聚焦模拟。其中，图2显示与水平方向成30°角的平行光线经过平凸透镜后在平凸透镜内侧镜面的一侧形成内聚焦；图3显示与水平方向成45°角的平行光线经过平凸透镜后在平凸透镜内侧镜面的一侧形成内聚焦，经内侧镜面反射后的光线则在平凸透镜外侧镜面的一侧形成外聚焦；图4显示与水平方向成60°角的平行光线经过平凸透镜时，大部分照射到内侧镜面时入射角大于全反射角，形成全反射，在平凸透镜外侧镜面的一侧形成较强光能的外聚焦。

公开号CN 101298906A的专利公开了一种基于双凸透镜的汽车前照灯，利用内侧镜面为球面、外侧镜面为自由曲面的双凸透镜设计方案，减小了反射聚焦焦距，降低了太阳光经透镜反射后聚焦烧毁车灯或汽车上其他零部件的风险。如图5所示，太阳光L3以一定角度的平行光入射，经双凸透镜4反射后，反射光L1聚焦在A处附近，经平凸透镜6反射后，反射光L2聚焦在B附近，可以看出，经双凸透镜反射的聚焦点位置小于经平凸透镜反射的聚焦点位置。但是这种设计方案仍存在如下几个缺点：

(1)该双凸透镜仅能缩小太阳光反射后的焦距，降低太阳光经透镜反射后聚焦烧毁车灯或汽车上其他零部件的风险，并不能完全消除反射后聚焦的问题。

(2)该双凸透镜不能解决太阳光透过透镜后在内侧镜面的一侧形成内聚焦烧毁透镜内侧零部件的问题。

(2)该双凸透镜由于其光路原理，尺寸依然偏厚，用料较多，导致成本高，质量大等缺陷，不利于行车过程中的抗振性能，并且，光线在透镜中的光程较大，导致光线在透镜内部传播时被透镜吸收的光能较多，降低了投射式照明系统的光效。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于车灯的透镜、一种采用该透镜的汽车前照灯及一种包括该前照灯的汽车，能够避免太阳光经透镜反射形成外聚焦及穿过透镜形成内聚焦，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于车灯的透镜，透镜包括第一镜面和与第一镜面相对的第二镜面，第一镜面为曲面或平面，第二镜面包括多个同心圆式的环状面。

优选地，所有环状面均为曲面或均为锥面。

优选地，在第一镜面和所有环状面均为曲面时，曲面的方程为：

式中，x、y分别为第一镜面和环状面的半径值；

c_x＝1/R_x，c_y＝1/R_y，R_x、R_y分别为第一镜面和环状面的曲率半径；

k_x、k_y分别为第一镜面和环状面的圆锥系数，-1＜k_x＜1，-1＜k_y＜1。