CN103090314B - 导光元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于灯单元或汽车前灯的导光元件(1)，其中该光元件(1)带有至少一个入光区(2)用于以至少一个光源投入光，而该导光元件(1)进一步带有至少一个出光区(3)，用于投出该光，其中在该入光区(2)旁设置了分束区(4)，至少一个第一导光部件(5)和至少一个第二导光部件(6)从其以彼此远离的方向行进，而在该些导光部件(5、6)跨越的区域中设置了导光连接元件(7)，在其背向该些导光部件(5、6)的那面转变成该出光区(3)，而该些导光部件(5,6)在其背向该出光区(3)的那面带有光学结构元件(8)。

Description

导光元件

技术领域

本发明涉及用于灯单元或汽车前灯的导光元件，其中该光元件带有至少一个入光区，用于以至少一个光源投入光，而该导光元件进一步带有至少一个出光区，用于投出该光。本发明还涉及带有这样的导光元件的至少一个光源的灯单元或汽车前灯。

背景技术

已知有各种用于聚焦光的导光元件。来自一个或多个光源，如发光二极管（LED）、卤素灯、氙气灯或放电灯，的光被投入进该导光元件的入光区中，然后以各种方式达到出光区。然后在那里显露出来的光会创建光功能，如位置灯、日间行车灯（DRL）或闪光信号灯。

AT 009 091 U1显示了带有入光区和出光区的导光元件，其中导光棒设于以扇形方式展开的区域之间并带有不同横截面。在此，该些导光棒被配置成在该导光元件中的凹槽。

EP 1895228 A1显示了带有三个区域的装置，其中该第一区域用于投入光，该第二区域将光均匀分布而光在该第三区域再次浮现。在该第二区域的相应光学元件提供了均匀的亮度。

WO 2011/021135 A1显示了用于照明光源的镜头设置，其以壶状打开并由条状导光元件组成。一个照明光源（如LED）的光经由该些导光元件而以板状光出射面的方向分布。

DE 698 33 421 T2描述了用于汽车信号灯的出光光学元件，其包含物料不透光的板，其中制有了带有凹和凸表面的开口，用作圆柱透镜，并使整个不透光板得以有均匀的光分布。

这些已知解决方案的缺点特别是在于经由该出光光学元件而射出的光通常会因结构上的原因而分布不均，当使用带有非常明显的主束方向的光源（如LED）时更是如此，且这是不理想的。结果，通过该出光区而射出的光的亮度会不均，或该光源会显得突出。

由于在脱模区中的小尺寸凹槽和开口可引起毛刺并导致大幅的光损失，故此往往只能以经济的注塑方法来困难地制造已知的导光元件。因此，在生产方面的工具和模具和操作方面（维护费用）相对而言是昂贵的。

发明内容

因此，本发明的一个目的为提供无论使用什么光源均会产生均匀光分布的导光元件。

本发明以上述的导光元件来实现该目的，其中在入光区和出光区之间设置了分束区，在此，该导光元件从该入光区伸出的部分分为至少一个第一导光部件和至少一个第二导光部件，而其以彼此远离的方向行进，其中在该些导光部件跨越的区域中设置了导光连接元件，在其背向该些导光部件的那面转变成该出光区，而该些导光部件在其背向该出光区的那面带有光学结构元件，而在该连接元件中设有支线（substrands），其从该些导光部件而起并通到该出光区中。

由于并非直接输入连接元件而是横跨该些导光部件，故此无论使用什么光源，如本发明所述的导光元件均会产生均匀的光亮强度。另外，可通过合适的连接元件配置来将在该出光区中出现的光的量调整至最佳，而该特定的光源的辐射特性可被考虑在内。该些光学结构元件将入射光转向至该连接元件中的导光棒或沟槽中，并从而有助于均匀的光分布。全赖本发明的解决方案，该出光区有利地带有光滑表面呈流线型，使已在该导光元件中的光的均质化变得有可能。然而，该出光区的表面当然可具有任何所需的配置，如结构化的配置。

本发明的导光元件符合适用于汽车部件（如ECE、SAE和CCC）的规则，而该导光元件的光分布特别均匀。在此，均匀指光分布不会突然在强度上变化。然而，射出的光没有必要每处都带有相同强度；举例来说，该光分布可在中央带有最大的强度并在朝向外侧区域时逐渐减弱。

在本发明的一个变体中，在该分束区中，在该些导光部件分开那处设有至少一个分岔元件。有利地，该分岔元件在光学上比该导光元件的其他部分薄。举例来说，该分岔元件可被配置成该导光元件大大变薄的一处或以空气形成，即开口或穿孔位置。该分岔元件用于确保将入射光尽可能充分地转向到该些导光部件中。另外，该分岔元件用于避免该光源在出射光分布中被看成直接的一点。

在本发明的一个变体中，该些支线的横截面被配置成带有不同的直径。举例来说，该些直径可在一个方向增长或缩短。这样一来，该出射光的强度分布就可另外成形。举例而言，该些支线可被配置成导光棒和/或导光沟槽。通过该些支线，该入射光就可被引入该出光区。该些导光棒或导光沟槽的方向决定了整个导光元件的主束方向。该些导光棒可被分开制造、由开口构成或通过注塑成型。可在制造后冲压或打开或者在注塑期间直接制造出该些沟槽。因此该些支线亦可彼此连接，而当其被制造成导光沟槽时是即时显然易见的；但当被配置成导光棒时，在彼此并列设置的导光棒之间亦可存有微弱的连接处。

在本发明的一个变体中，该些导光棒起源于该分束区外的导光部件处，并被配置成在该分束区的阴影区以出光区的方向延伸。从入射光束的方向来看，该阴影区位于分岔元件的后面（如有）。因此，该些导光棒或导光沟槽亦延伸到该分束区遮蔽的连接元件区域中，并确保在导光元件的出光处有均匀的光分布。这避免该光源被看起来是一强光点，而当使用发光二极管时这问题尤其常见。

有利地，该些结构元件带有棱形结构。该棱形结构以已知的方式配置，并从该分束区将抵达的光束偏转至该连接元件中或至在那里形成的支线（导光棒或沟槽）中。然后，该光从此进入该出光区并射出。通过将这棱形结构适当地成型，该光已可被预均质化。该棱形结构的可调整参数包括该些棱体的密度和/或数量和/或深度和/或宽度。

当该些导光元件带有不同的横截面直径时，可达成对光分布的又一影响。然后就可，例如通过使该第一导光部件设有的横截面直径比第二导光部件的横截面直径长（或反过来亦可），来控制该光分布。

为了将该导光元件更佳地定位，在该入光区和该分束区之间设有至少一个进光元件。有利地，该进光元件被配置成导光件。这样一来，由于来自该光源的光经由该进光元件而送往该分束区中，故此就有可能将光源和导光元件定位成完全彼此独立。因此，该导光元件有很多种不同的用途。

在本发明的一个变体中，该入光区、该分束区和该些导光部件被配置成单件。此外，该连接元件和该出光区可被配置成单件。在本发明的另一变体中，该入光区、该分束区、该些导光部件、该连接元件和该出光区被配置成单件。

为了方便组装如本发明所述的导光元件，在该入光区区域的导光元件中设有互锁和/或定位元件，用于组装该导光元件。举例来说，若要将该导光元件连接至光源模组（光从其进来），这些互锁和/或定位元件可保证牢固固定并同时可拆卸，其同时让该导光元件可相对于该些光源最佳地定位。因此，将会在该光源模组（或应与该导光元件连接的物件）上以已知的方式设有相应的固定元件。该些互锁和/或定位元件进一步用于定心和同样地定位的元件，即以确保该导光元件可以用可重复的方式组装，使得可保证有所需的光功能或射出所需的光分布。

此外，可根据本发明的一个变体，通过在该出光区中提供至少一个额外出光区，来增加光的出射量或者增大该发光面和/或该被照亮的表面。有利地，为此在该出光区中设有至少一个在光束方向打开的壳元件，在其背向该入光区的那面设置了额外出光区。有利地，提供了带有第一额外出光区的第一壳元件和带有第二额外出光区的第二壳元件。

如本发明所述，上述问题通过上述的灯单元或汽车前灯获进一步解决，其中设有至少一个导光元件，用于从至少一个光源投入光。该汽车前灯用于例如创建光功能，如位置灯、日间行车灯（DRL）或闪光信号灯。

若要创建如位置灯或DRL，则需白光；若用于闪光灯，则需黄光。若现须将这些光功能合并到单一个导光系统，则要么需提供这两种颜色的光源，要么需两种不同的LED，然后可任意切换。因此如本发明的一个变体所述，该光源模组被设计成向该导光元件带来多种颜色的光。这可通过提供多个光源或通过可投出多种颜色的单一光源而得以实现。因此，可根据所需的光功能而任意带来白和/或黄光。

有利地，该光源模组（或其光源）可被调暗。这就是说该些光源被设置成可被调暗或可改变其强度。这样一来就可实现如在不同法律法规中所需的不同的光强度。

在本发明的一个变体中，在该光源模组中设有至少一个LED芯片。这样的光源是为人所熟知的；当然，可使用技术人员所知的任何其他光源。

附图说明

此后，将通过在附图中所示的非限制性示例实施例的方式，更详细地说明本发明。其示意性地显示了：

图1，如本发明所述的导光元件（有面板）的以某倾斜角度从前面看的透视图，

图2，如本发明所述的导光元件（无面板）的以某倾斜角度从前面看的透视图，

图3，从侧面看的透视图，

图4，以某倾斜角度从后面看的透视图，

图5，该导光元件的连接元件沿图3的线A-A的截面图，以及

图6，本发明的导光元件的一个变体的侧视图。

具体实施方式

图1显示了如本发明所述的导光元件1的从前面看的倾斜视图。该导光元件1是在例如注塑过程中以例如导光的塑胶、玻璃或其他导光物料制成的。光来自至少一个光源，如发光二极管（LED），被带入并通过入光区2，然后通过出光区3再次离开。在本例子中的光源、LED芯片23被设置在该光源模组20中、在带有相应接点的电路板22上。举例来说，可在该电路板22中设有一些相应的插接式连接，以固定该些LED芯片23。该光源模组20进一步包含散热器21，以带走操作该些LED芯片23时所产生的热力。

基本上需要至少一个光源，但为了覆盖更广泛的光功能，提供多个不同的光源（或可提供多种颜色的一个光源）可为有利的。举例来说，用于位置灯和/或DRL（日间行车灯）时需白光，而用于闪光灯时则需黄光。可以一个LED芯片23或多个LED芯片而将这两项功能合并到单一个导光系统中，然后按需要切换该些LED芯片。

有利地，该些光源可被调暗，使得可根据上述法律法规实现不同的光强度。

本发明的导光元件可在灯单元或在汽车前灯中与这样的光源模组20共同使用。

在图1中，大部分的导光元件1都被面板30包围。这用来尽量减少因在该导光元件上的微观表面缺陷或类似者而致使的杂散光的出现，并因此确保了均匀的光分布。此外，这避免了该光在不必要的地方出现或在该前灯系统中被反射。在图2至图4中可见下文所述的导光元件1的各个元件。

在该入光区2和该出光区3之间，设置了分束区4，在此，该导光元件1从该入光区伸出的部分分为第一5和第二导光部件6，而其以彼此远离的方向行进。如一个变体所述，在该分束区中4，在该些导光部件5、6分出来那处可设有分岔元件13（见图3）。该分岔元件13在光学上比该导光元件1的其他部分薄，举例来说，其以空气形成，即作为开口或穿孔点。另一变体将为该导光元件1的大大变薄的一点，通过将较薄的元件层和作为该分岔元件13的其余部分的空气结合起来，这样就与光学上较薄的区域近似。其以与该导光元件1的其他部分不同的、光学上较薄的物料来设计也是可以的。

为了可任意地将该出光区3相对于该入光区2或该光源布置，在本示意实施例中，在该入光区2和该分束区4之间设有导光件形式的进光元件12。正如从图2的侧视图中可见，在该示意实施例中所描述的进光元件12为短而直的，但其亦可为较长和弯曲的。

在该导光元件1上，优选地为在该进光元件12上（或总体来说在该入光区2附近），设有互锁和/或定位元件，以此可将该导光元件1安装在其预定位置。该些互锁和/或定位元件被设计成例如闭锁凸榫，其在该导光元件1的使用处（如该光源模组20）与相应元件起相互作用。此连接可如常见的闭锁连接设计而可拆卸。与此同时，该些互锁和/或定位元件40用于定位，即是说用于可重复地组装该导光元件1。

该些互锁和定位元件40原则上有相同配置，但其亦可用于一方面通过与在该灯单元上相应的相配件相互作用来固定，并另一方面用于定位且不会有相应的相配作用，即用于（可重复地）保证所需的光分布。

如从图2中可清楚地看出，该些导光部件5、6以彼此远离的方向延伸——基本上其可涵盖的角度达180°。该些导光部件5、6并非以直线行进，而是以曲线——因此，应理解该些导光部件5、6之间的角度为在该分束区4和该些相应导光部件5、6的端点之间以直线连接时所涵盖的角度，或者为该些导光部件5、6在某点的切线之间的角度。

可根据可用的设计空间和涵盖范围的大小来选择该些导光部件5、6的趋势。应确保该些导光部件5、6的弧度既不会使该入射光出现全反射，也不会导致过度损失光。基本上，技术人员可从以上信息找到有关该些导光部件5、6的配置指示。

在该些导光部件5、6涵盖的区域中，设置了导光连接元件7，在其背向该些导光部件5、6的那面转变成该出光区3。

该导光连接元件7带有例如有支线的扇形进光件，其从该些导光部件5、6而起并通到该出光区3中。在以上所示的示例实施例中，该些支线被配置成导光棒9。图5显示了图3的导光元件1沿线A-A的截面——在该些导光部件5、6之间可见该连接元件7与该些导光棒9在一起。

在所示的示例实施例中，该些导光部件5、6以及各个导光棒9的横截面直径基本上是相同的。然而为了影响该光分布，亦可在此选择不同的直径。举例来说，该些导光棒9沿着该连接元件7可有不同直径，如其可增长或缩短。为了建立在该光分布的最大强度，该些大致上位于中央的导光棒9可较粗或较阔。此外，可将个别导光棒9设计成其直径会沿着其长度增长和/或缩短，或者沿着其趋势在横截面上有其他变化。举例来说，导光棒9的直径在其于该些导光部件5、6的起源点上较窄，然后沿着该出光区3的方向增长。

亦可通过改变该些导光部件5、6的横截面直径，如通过使该第一导光部件5的直径较该第二导光部件6的直径长，而达到改变该光分布。

当然，亦可通过该些支线的不同设计而将该连接元件7制成导光的，例如通过提供导光沟槽、沟槽和棒的组合以及技术人员所知的类似解决方案。该些支线亦可彼此连接，而当其例如被配置成导光沟槽时是显然易见的。但也可且当被配置成导光棒时，在相邻导光棒之间亦可存有连接，而其可由例如制造过程决定。该些支线的横截面可呈圆形，或理论上亦可呈多边形或有棱角,或以不同的方式配置。使用有棱角的设计会在该些角落和边缘损失光，使得优选形状为圆形或椭圆形。

该些支线或导光棒9的方向限定了该整个导光元件1的主束方向，并因此可被配置以配合所应用的区域。该些导光棒9被设计成其沿着该出光区3的方向延伸，甚至延伸到该分束区4的阴影区10中。在该分束区4中，从该入光区2出来的部分导光元件1完全分为该些导光部件5、6——这样一来，就会在该分束区4产生阴影部分。

在一方面，这样做的好处是避免了该光源与该导光元件1耦合的区域那处的光强度增加——若使用发光二极管，则可能会出现光的圆偏（circular intensity）大幅增强，其会扰乱该导光元件1的均匀亮度。然而在另一方面，阴影部分继而对亮度产生干扰，而其由上述实施例的该些支线（导光棒9）补救。

因此，该些导光棒9被配置成使得其源于该分束区4外并沿该出光区3的方向延伸，弯进该分束区4的阴影区域。因此，该些导光棒9一致地进入该出光区3，使得该导光元件1获得均匀的亮度。

在该入光区2带入的光经由该进光元件12（如有）而进入该分束区4，该光在此被引入该些导光部件5、6中。全赖在该些导光部件5、6中的光学结构元件8（见图3），然后该光会被导入至该连接元件7或该些导光棒9，而其会从此通过该出光区3而再次离开。

该光学结构元件8被设置在该些导光部件5、6背向该出光区3的那面。该些结构元件8被配置成棱形结构11——即一排棱体；该光可如此被导入该连接元件7中的其他配置也是可以的。全赖这棱形结构11适当地成型，该光已可被预均质化。该棱形结构11的可调整参数包括该些棱体的数量和/或深度和/或宽度。

如所示实施例所述的出光区3被设计成带有平滑表面往往在设计上是有利的。然而该出光区3亦可以其他方式配置，例如为了达到较高的光效增大该被照亮的表面或该发光面——图6显示了一个这样的变体，其中如本发明所述的导光元件1是从侧面看的（此视图与处于已组装状态的俯视图对应）。在该出光区3中设有两个额外出光区51、53，其被配置成在该光束方向打开的壳元件50、52，在其背向该入光区2的那面设置该些额外出光区。带有该第一额外出光区51的第一壳元件50和带有该第二额外出光区53的第二壳元件52被设置在该导光元件1的相对两侧。

设置该些额外出光区51、53增加了该被照亮的表面面积，而其因能见度更高而为有利的（如在日间行车灯的情况下）。该被照亮的面积的具体光分布由法律规定，并不得低于某阀值。

该些额外出光区51、53可被配置成带有平滑表面，但亦可带有额外的结构，以增大该发光面或影响在这些区域射出的光的量。

该整个导光系统1被设计成单件是有利的；因此，入光区2、分束区4、导光部件5、6、连接元件7和出光区3形成单件。或者，仅该入光区2、分束区4和该些导光部件5、6被配置成单件，或仅该连接元件7和出光区3被配置成单件。

附图标记列表

1  导光元件

2  入光区

3  出光区

4  分束区

5  第一导光部件

6  第二导光部件

7  连接元件

8  结构元件

9  导光棒

10 阴影区

11 棱形结构

12 进光元件

13 分岔元件

20 光源模组

21 散热器

22 (带有接点的）电路板

23 LED芯片

30 面板

40 互锁或定位元件

50 第一壳元件

51 第一额外出光区

52 第二壳元件

53 第二额外出光区

Claims (22)

1.导光元件(1)，用于灯单元，其中该导光元件(1)带有至少一个入光区(2)，用于以至少一个光源投入光，而该导光元件(1)进一步带有至少一个出光区(3)，用于投出该光，其中

在该入光区(2)和该出光区(3)之间设置了分束区(4)，在此，该导光元件(1)从该入光区(2)伸出的部分分为至少一个第一导光部件(5)和至少一个第二导光部件(6)，而其以彼此远离的方向行进，其中在该些导光部件(5、6)跨越的区域中设置了导光连接元件(7)，在其背向该些导光部件(5、6)的那面转变成该出光区(3)，而该些导光部件(5、6)在其背向该出光区(3)的那面带有光学结构元件(8)，其特征在于在该连接元件(7)中设有支线，其从该些导光部件(5、6)而起并通到该出光区中(3)，其中该些支线被配置成导光棒(9)和/或导光沟槽。

2.如权利要求1所述的导光元件(1)，其特征在于所述的灯单元为汽车前灯。

3.如权利要求1所述的导光元件(1)，其特征在于在该分束区(4)中，在该些导光部件(5、6)分出来那处设有至少一个分岔元件(13)。

4.如权利要求3所述的导光元件(1)，其特征在于该分岔元件(13)在光学上比该导光元件的其他部分薄。

5.如前述任一项权利要求所述的导光元件(1)，其特征在于该些支线的横截面被配置成带有不同的直径。

6.如权利要求1所述的导光元件(1)，其特征在于该些导光棒(9)和/或导光沟槽起源于该分束区(4)外或者远离该分束区(4)的导光部件(5、6)处，并被配置成在该分束区(4)的阴影区(10)以该出光区(3)的方向延伸。

7.如权利要求1-4中任一项所述的导光元件(1)，其特征在于该些结构元件(8)带有棱形结构(11)。

8.如权利要求1-4中任一项所述的导光元件(1)，其特征在于该些导光部件(5、6)带有不同的横截面直径。

9.如权利要求1-4中任一项所述的导光元件(1)，其特征在于在该入光区(2)和该分束区(4)之间设有至少一个进光元件(12)。

10.如权利要求9所述的导光元件(1)，其特征在于该进光元件(12)被配置成导光件。

11.如权利要求1-4中任一项所述的导光元件(1)，其特征在于该入光区(2)、该分束区(4)和该些导光部件(5,6)被配置成单件。

12.如权利要求1-4中任一项所述的导光元件(1)，其特征在于该连接元件(7)和该出光区(3)被配置成单件。

13.如权利要求1至4中任一项所述的导光元件(1)，其特征在于该入光区(2)、该分束区(4)、该些导光部件(5、6)、该连接元件(7)和该出光区(3)被配置成单件。

14.如权利要求1-4中任一项所述的导光元件(1)，其特征在于在该入光区(2)区域中的该导光元件(1)设有互锁和/或定位元件(40)，用于组装该导光元件(1)。

15.如权利要求1-4中任一项所述的导光元件(1)，其特征在于在该出光区中提供至少一个额外出光区(51、53)。

16.如权利要求15所述的导光元件(1)，其特征在于在该出光区(3)中设有至少一个在光束方向打开的壳元件(50、52)，在其背向该入光区(2)的那面设置了额外出光区(51、53)。

17.如权利要求16所述的导光元件(1)，其特征在于提供了带有第一额外出光区(51)的第一壳元件(50)和带有第二额外出光区(53)的第二壳元件(52)。

18.灯单元，其带有至少一个光源模组(20)和至少一个如权利要求1至17中任一项所述的导光元件(1)，用于从至少一个光源模组(20)投入光。

19.如权利要求18所述的灯单元，其特征在于所述的灯单元为汽车前灯。

20.如权利要求18或19所述的灯单元，其特征在于该光源模组(20)被设计成向该导光元件(1)带来多种颜色的光。

21.如权利要求18或19所述的灯单元，其特征在于该光源模组(20)可被调暗。

22.如权利要求18或19所述的灯单元，其特征在于在该光源模组(20)中设有至少一个LED芯片(23)。