CN103629625B - 模块化微结构导光装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模块化微结构导光装置，其是由至少一微结构导光单元所组成，每一微结构导光单元包含一光源；一光耦合元件，用以将光源平行射出；以及一导光体，包含至少二入射面、一微结构均光区、一全反射区及一出射面，其中二入射面分别将光线引导至微结构均光区及全反射区，微结构均光区及全反射区并将光线反射，从出射面射出。

Description

模块化微结构导光装置

技术领域

本发明是有关一种导光灯具的技术，特别是指一种应用于车辆导光灯具系统的模块化微结构导光装置。

背景技术

在夜间行车时，由于LED光源指向性高，LED车灯给予用路人都会感觉一颗一颗的亮点且有刺眼的感觉，给人的视觉感受大同小异，不会有太多的差异性。但随着车辆设计美观趋势，灯具除了提供安全照明及警示功能之外，其视觉效果是否容易引起注意已成为车厂设计时必要的考量，因此车用导光技术已从平面效果演变至2D甚至2.5D的视觉效果。目前市面上LED昼行灯的设计手法大多以透镜式与反射式设计为大宗，但要达到均匀与柔和的视觉感受，仍以透镜式较佳。

先前技术或现有的导光装置大多为大面积导光体或长形的导光条，主要是在导光元件两端放置光源或在导光条下方排列多颗LED光源，由此达到均匀发光的视觉效果，但此类做法会造成整体产品制造技术需求高，且光源数量众多使成本增加。此外，多数灯具外观造型与灯组结构设计由原厂决定，因此导光装置的结构需配合灯具一并由原厂提供，导光装置的应用自由度较低。

有鉴于此，本发明遂针对上述现有技术的缺失，提出一种模块化微结构导光装置，以有效克服上述的问题。

发明内容

本发明的主要目的在提供一种模块化微结构导光装置，其是在导光体中设置二入射面以将光路切割，分别将光线引导至微结构均光区及全反射区，使出射面发出的光线可产生均匀发光的视觉感。

本发明的另一目的在提供一种模块化微结构导光装置，其可提升导光灯具的光使用效率，减少导光灯具中光源数量的使用，且将多个本发明的微结构导光单元排列组合，不受导光形状与灯具外观的限制，组成不同形状的图形，大幅提升造型设计自由度。

为达上述的目的，本发明提供一种模块化微结构导光装置，其是由至少一微结构导光单元所组成，每一微结构导光单元包含一光源、一光耦合元件与一导光体，其中光源与光耦合元件摆置于导光体结构的侧方，用以提供灯具所需的光线；导光体结构分为光线入射面、微结构均光区、全反射区与光线出射面等四个部分，通过调整光入射面的特性分隔光路，使光源的光线可分布至微结构均光区与全反射区，再利用微结构均光区的锯齿结构与全反射区角度设计，搭配光线出射面上的多个不同曲率的扩散透镜，可达到整体均匀发光与车用灯具的需求。

其中，所述出射面上更包括多个扩散透镜。

其中，所述多个扩散透镜具有不同曲率。

其中，所述多个扩散透镜为至少一柱状透镜或至少一球状透镜，亦或由所述柱状透镜及所述球状透镜所组成。

其中，所述微结构均光区于靠近所述出射面的一侧为锯齿、圆形网点、三角菱镜、圆锥体或V型沟槽表面结构。

其中，所述至少二入射面的斜率不同。

其中，所述至少一微结构导光单元可随意排列组成，形成不同的发光图案。

底下通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1为本发明模块化微结构导光装置一实施例的立体图。

图2为本发明模块化微结构导光装置中光耦合元件的数学模型。

图3为本发明模块化微结构导光装置中导光体的数学模型。

图4为本发明中一微结构导光单元的出光面的一实施例俯视图。

图5A及图5B为两种不同的模块化为结构导光装置的实施例示意图。

附图标记说明：10-模块化微结构导光装置；12-光源；14-光耦合元件；16-导光体；162-第一入射面；164-第二入射面；166-微结构均光区；168-主反射区；169-出射面；18-扩散透镜；182-柱状透镜；184-球状透镜；20-车灯。

具体实施方式

本发明是一种模块化微结构导光装置，用于车灯的导光，可使光线均匀不刺眼，提高夜间行车的安全性，并使车灯产生具有光型的照明效果。

请参考图1，其为本发明模块化微结构导光装置中一个微结构导光单元的示意图，此微结构导光单元10包含一光源12、一光耦合元件14与一导光体16，其中光源12与光耦合元件14摆置于导光体16结构的侧方，用以提供灯具所需的光线，光源12可为LED；导光体16结构分为二入射面162、164、微结构均光区166、全反射区168与出射面169等四个部分，光耦合元件14用以将光源12的光线平行射出，而第一入射面162及第二入射面164则将光线分成二个光路，其中第一入射面162让光线继续直线前进，照射在全反射区168上，被全反射区168反射后从出射面169射出，全反射区168为主照明区，此区域的面积愈大则亮度愈大；第二入射面164是将光线向下折射，此第二入射面164可包含不止一个角度的斜面，将光线分散，而导光体16的下方为微结构均光区166，其靠近出射面169的一侧为锯齿表面，可增加光反射面积，将穿过第二入射面164照射在微结构均光区166上的光线反射，从出射面169射出。其中，微结构均光区166于靠近出射面169的一侧表面除可呈锯齿状外，亦可呈圆形网点、三角菱镜、圆锥体、V型沟槽等表面结构。

在出射面169的外表面设有多个扩散透镜18，包含柱状透镜或球状透镜，亦或由上述两者组合而成，每一扩散透镜18的曲率不尽相同，可使投射出的光线有不同的光型。

当光源12射出光后，经过光耦合元件14将光线平行射出至导光体16，导光体16的第一反射面162将光线导向全反射区168，光线再由全反射区168反射后从出射面169射出，而导光体16的第二反射面164为另一条光路，将光线向下折射至微结构均光区166，经过微结构均光区166的锯齿结构将光线反射至出射面169；全反射区168及微结构均光区166的反射光从出射面169射出后经扩散透镜18散射出所需的光型。

图2为光耦合元件的数学模型，其是通过计算线段角度与位置后所建立，在光耦合元件中心设有一平凸集光透镜，其坐标与角度的方程式如下：

θ_r＝sin^-1(sin(90-θ)/n);

θ₂＝tan^-1(n×sin(θ_r)/n×cos(θ_r)-1)

y(i+1)=y(i)

x(i+1)=(y(i+1)-y0)/tan(θ)

$x1(i+1)=\frac{(x(i+1)\×\tan (90-{\mathrm{\θ}}_r)+x1\left(i\right)\×\tan \left({\mathrm{\θ}}_2\right)+y1\left(i\right)-y(i+1)}{\tan (90-{\mathrm{\θ}}_r)+\tan \left({\mathrm{\θ}}_2\right)}$

y1(i+1)=(x1(i)-x1(i+1))×tan(θ₂)+y1(i)

而计算光耦合元件的出射面的坐标与角度的方程式如下：

θ_t＝sin^-1(sin(θ_ee)/n)

θ_n=|θ-θ₁|

θ_rr＝sin^-1(sin(θ_n)/n)

θ_r1=θ_rr+θ₁

θ₄=(θ_t-θ_ee+90+θ_r1)/2

$x2(i+1)=\frac{x2\left(i\right)\×\tan (90-{\mathrm{\θ}}_1)+x0\×\tan \left(\mathrm{\θ}\right)+y2\left(i\right)-y0}{\tan \left(\mathrm{\θ}\right)+\tan (90-{\mathrm{\θ}}_1)}$

y2(i+1)=(x2(i+1)-x0)×tan(θ)+y0

$x1(i+1)=\frac{x2(i+1)\×\tan \left({\mathrm{\θ}}_{r1}\right)-x1\left(i\right)\×\tan \left({\mathrm{\θ}}_4\right)+y1\left(i\right)-y2(i+1)}{\tan \left({\mathrm{\θ}}_{r1}\right)+\tan \left({\mathrm{\θ}}_4\right)}$

y1(i+1)=(x1(i+1)-x1(i))×tan(θ₄)+y1(i)

图3为导光体的数学模型，其是通过计算线段角度与位置后所建立，导光体的光线入射面与微结构均光区特性关系式如下：

θ₃≥sin^-1(1/n)

θ₂=90-2×θ₃

θ₁=tan^-1(n×sin(θ₂)/n×cos(θ₂)-1)

y(i+1)=y(i)+Δy

x(i+1)=(Δy)/tan(θ1)+x(i)

x1(i+1)=x1(i)+Δx1

y1(i+1)=(x1(i+1)-x(i+1))×tan(θ₂)+y(i+1)

图4为本发明中一微结构导光单元10的出光面169的一实施例俯视图，此实施例中可看出出光面上扩散透镜的设计，其中一边为柱状透镜182，另一边为球状透镜184，由于球状透镜184较为密集，因此照射出的光型在人眼视觉中左边为柱状一条一条的光柱，而右边则是一片密集的光，看不出有十二个光圈。

图5A及图5B为两种不同的模块化微结构导光装置的实施例示意图，图5A中每一车灯20内设有六个微结构导光单元10，将每两个微结构导光单元10排成一排形成长条状，并将的以扩散方式摆设，形成一种发光图样的导光装置，因此二车灯20相邻处为光线最亮处；图5B中每一车灯20内设有四个微结构导光单元10，将四个微结构导光单元10以阶梯状排列，又形成另一种特殊发光图样的导光装置。因此，可依照设计者的想法及使用者需求，将微结构导光单元10任意排列组合，以产生不同的发光图样与造型。

此外，此模块化微结构导光装置设计中，更可通过改变扩散透镜的曲率与更换不同的LED光色，如红色、黄色、琥珀色与白色等，可应用符合不同灯种的需求，例如：尾灯、倒车灯、方向灯、侧边方向灯、道路标示与室内阅读灯等多种用途。

综上所述，本发明提供的模块化微结构导光装置是设置一种独特的导光体，将光源摆放在导光体的侧边，导光体通过调整光入射面的特性分隔光路，使光源的光线可分布至微结构均光区与全反射区，微结构均光区的锯齿结构可使光线散射更均匀，而全反射区则为主要的照明区，在提供均匀发光的视觉感的同时达到照明需求，更减少了光源的数量；小型的微结构导光单元不会受到灯具结构与外观的限制，将多个微结构导光单元排列组合后可形成不同形状的图案，同时通过改变扩散透镜的曲率及更换不同的LED光色以因应不同灯种需求，可大幅提升造型设计的自由度。

以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围。故即凡依本发明申请范围所述的特征及精神所为的均等变化或修饰，均应包括于本发明的申请专利范围内。

Claims (7)

1.一种模块化微结构导光装置，其特征在于，其是由至少一微结构导光单元所组成，每一所述微结构导光单元包括：

一光源；

一光耦合元件，用以将所述光源平行射出；以及

一导光体，所述光源及所述光耦合元件设于所述导光体的一侧边，所述导光体包含至少二入射面、一微结构均光区、一全反射区及一出射面，其中所述微结构均光区设于所述导光体的下方，所述至少二入射面中的一第一入射面让所述光耦合元件所射出的光线直线前进照射在所述全反射区上，一第二入射面则将光线向下引导至所述微结构均光区，所述微结构均光区及所述全反射区并将光线反射，从设于所述导光体上方的所述出射面射出。

2.根据权利要求1所述的模块化微结构导光装置，其特征在于，所述出射面上更包括多个扩散透镜。

3.根据权利要求2所述的模块化微结构导光装置，其特征在于，所述多个扩散透镜具有不同曲率。

4.根据权利要求2所述的模块化微结构导光装置，其特征在于，所述多个扩散透镜为至少一柱状透镜或至少一球状透镜，亦或由至少一柱状透镜及至少一球状透镜所组成。

5.根据权利要求1所述的模块化微结构导光装置，其特征在于，所述微结构均光区于靠近所述出射面的一侧为锯齿、圆形网点、三角菱镜、圆锥体或V型沟槽表面结构。

6.根据权利要求1所述的模块化微结构导光装置，其特征在于，所述至少二入射面的斜率不同。

7.根据权利要求1所述的模块化微结构导光装置，其特征在于，所述至少一微结构导光单元可随意排列组成，形成不同的发光图案。