CN103697388B - 一种车用光导灯具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用光导灯具，包括光导圆环和LED光源，LED光源发出的光进入光导圆环内，光导圆环的顶部有两个光线收集面和一个平坦的光线出射面，底部为齿状反射面；齿状反射面由多个表面积相等的台阶状的导光齿连接构成，每个导光齿都具有与LED光源所在平面平行的齿平面以及与齿平面呈130°～140°夹角的齿斜面，导光齿的齿斜面高度不一致，经每个导光齿的齿斜面反射后从光线出射面射出的光线强度相当。该光导灯具能降低漏光发生几率，提高光线利用率，实现较小直径的均匀光环目视效果，同时降低成本。

Description

一种车用光导灯具

技术领域

本发明涉及一种车用灯具，具体涉及一种汽车室外、室内以及背景光指示灯用的光导灯具。

背景技术

为了使汽车室外的位置灯、室内的旋钮指示灯等形成圆环的人眼照明效果，传统的做法（参见图1）是采用多颗LED灯3进行环状排布，在需要环形照明效果的区域内一般采用四颗或六颗LED灯3均匀的布置于环形区域，这些LED灯发出的光直接照射到具有漫反射能力的环形配合结构件4上，通过环形配合结构件4的漫反射，人眼能观察到一个环形的光圈；但是光圈中靠近LED灯位置比远离LED灯位置的亮度高，整个光圈目视不均匀，一般LED灯数目越少，不均匀的感觉越强烈；为了能使光圈目视均匀，需要采用多颗LED灯，成本较高。

日本ALPS公司发明了一种公开号为US2007/0159846A1的表面发光装置专利（参见图2），该专利中，由一颗LED灯构成的LED光源2发出的光入射到环形的光导结构5中，光线在光导结构5中发生内部全反射，光线弥散于整个光导结构5中，通过锯齿形状的导光齿6，光线被反射并从光导结构中相对于锯齿的平面射出，射出的光线被人眼观察到。由于该专利设置了导光齿6，并调整了导光齿6的结构（即导光齿6的齿深高度不一致，相邻齿间的夹角小），在减少了LED灯数目的基础上实现了均匀的目视效果；但是该专利中LED光源发出的光被收集到并从光导结构5中射出被人眼观察到的光线并不多，只有少部分光线能被光导结构利用，光线利用率较低，导光齿6的齿深高度不一致，光导结构的模具加工困难，相邻导光齿之间的夹角小，如果LED光源具有大小、组装公差，入射到光导结构中的光线具有一定的扩散角度，而锯齿形状的导光齿面上不能构成全反射条件，光线会从光导结构5的内外侧面折射出去，发生漏光现象，特别是在模具和注塑工艺中引入加工误差后，锯齿形状的导光齿的尖端会有一个倒角，此倒角会加剧漏光。

德国海拉公司发明了一种专利号为US6880945的车灯专利（参见图3），该专利中，由一颗LED灯构成的LED光源2发出的光被光线收集面7内部全反射进入到环形的光导结构5中，光线在光导结构5中发生内部全反射传输，光线弥散于整个光导结构5中，通过锯齿形状的导光齿6，光线被反射并从光导结构中相对于锯齿的平面射出，射出的光线被人眼观察到。由于该专利设置了导光齿并设置了两个光线收集面7，对于直径较大的光导结构，在减少了LED灯数目的基础上实现了均匀的目视效果且光线利用率较高；但是该专利是通过在光导结构5中进行多次内部全反射的方式来实现均匀化效果，为了达到均匀化目的，需要的光导结构较长，其均匀化效果受到了光导结构长度的限制，对于较小直径的光导结构，其不能实现均匀的目视效果，同时锯齿形状的导光齿6，其相邻齿之间的夹角小，如果LED光源具有大小、组装公差，入射到光导结构中的光线具有一定的扩散角度，而锯齿形状的导光齿面上不能构成全反射条件，光线会从光导结构5的内外侧面折射出去，发生漏光现象，特别是在模具和注塑工艺中引入加工误差后，锯齿形状的导光齿的尖端会有一个倒角，此倒角会加剧漏光。

发明内容

本发明的目的是提供一种车用光导灯具，以降低漏光发生几率，提高光线利用率，实现较小直径的均匀光环目视效果，同时降低成本。

本发明主要利用内部全反射原理，内部全反射原理是光学的最基本现象之一，其原理为：光在高折射率的介质内部传输，遇到高低折射率界面时，当入射角大于临界角后，光线会百分之百反射回高折射率介质。

本发明所述的车用光导灯具，包括光导圆环和LED光源，LED光源发出的光进入光导圆环内；光导圆环的顶部有两个光线收集面和一个平坦的光线出射面，底部为齿状反射面；所述光线收集面为以LED光源所在平面为主轴的抛物面，两个光线收集面具有共同的焦点且相对于LED光源所在平面成钝角对称相接，LED光源位于两个光线收集面对接位置的正下方，设在该焦点处；所述齿状反射面由多个表面积相等的台阶状的导光齿连接构成，每个导光齿都具有与LED光源所在平面平行的齿平面以及与齿平面呈130°～140°夹角的齿斜面，导光齿的齿斜面高度不一致，经每个导光齿的齿斜面反射后从光线出射面射出的光线强度相当。

两个抛物面形的光线收集面用于将LED光源发出的光均分为两等份，并全反射每一等份的光（入射到两个光线收集面上的入射角度大于其内部全反射临界角，光线收集面上无需镀反射膜），使其分别进入光导圆环内，以平行于导光齿的齿平面方向传导；导光齿的齿平面用于传导光线，并在在有扩散光源入射时，构成全反射，反射部分光线；导光齿的齿斜面用于对光线起转折（即全反射）作用，使到达齿斜面的光线经全反射后直接从光线出射面射出，被人眼识别；将每个导光齿的齿平面与齿斜面之间的夹角设计为130°～140°的固定角，是因为固定角度转折的齿降低了模具加工的难度，同时130°～140°的大角度以及齿平面反射扩散光源，也降低了漏光发生几率，降低了加工误差导致的漏光现象；将导光齿的表面积设计为相等（即每个导光齿占光导圆环的圆周角度相等），将导光齿的齿斜面高度设计为不一致（即如果齿斜面高度较高，相应的齿斜面的面积较大，齿平面的面积就会较小；而如果齿斜面高度较低，相应的齿斜面的面积较小，齿平面的面积就会较大），从而保证经每个导光齿的齿斜面反射后从光线出射面射出的光线强度相当，实现光环均匀控制；在光线强的区域，齿斜面接收到的光线较多，为了能使其反射的光线强度相当，因此需要降低齿斜面的高度；在光线弱的区域，齿斜面接收到的光线较少，为了能使其反射的光线强度相当，因此需要增加齿斜面的高度；靠近LED光源的区域，接受到光线收集面反射来的光线较少，故需要最大的高度差，以反射更多的光线，紧接着的区域接受到光线收集面反射来的光线逐渐增多，故齿斜面的高度差减少，以减少反射光线，在接下来的光导圆环转折部分接受到光线收集面反射来的光线又减少，故齿斜面的高度差再次增加，以实现经每个导光齿的齿斜面反射后从光线出射面射出的光线强度相当。

进一步，所述齿状反射面关于LED光源对称，齿状反射面的两对称部沿圆周方向都依次具有齿斜面高度不同的大齿区、小齿区、中齿区、尾齿区和末齿区，并在末齿区相交形成圆环；每个对称部中小齿区、中齿区和尾齿区内导光齿的数量均为大齿区内导光齿数量的1～3倍，末齿区内导光齿的数量为两个；大齿区内每个导光齿的齿斜面高度为尾齿区内每个导光齿的齿斜面高度的3～3.5倍，小齿区内每个导光齿的齿斜面高度为尾齿区内每个导光齿的齿斜面高度的0.5～0.7，中齿区内每个导光齿的齿斜面高度为尾齿区内每个导光齿的齿斜面高度的1～1.5倍，末齿区内每个导光齿的齿斜面高度为尾齿区内每个导光齿的齿斜面高度的0.2～0.5。

进一步，为了使形成的光环目视更均匀，所述的两个光线收集面之间的夹角为120°～140°。

进一步，为了方便LED光源与光导圆环的配合，在两个光线收集面对接处下方设有一穹顶，该穹顶同时位于LED光源的正上方；穹顶与LED光源之间可以是空气，也可以填充不同于光导圆环材质的其它材质，比如环氧树脂。

进一步，为了能使LED光源发出的光都能通过穹顶，并被两个光线收集面反射，提高光线收集率，所述穹顶的特征曲线为半圆形或三角形，其半圆形的直径或三角形的长边比LED光源的发光面长0.2mm～1mm。

进一步，所述LED光源为贴片形式的LED或者插件形式的LED，LED的封装形式可以是无透镜封装，也可以采用加透镜的封装。

进一步，所述光导圆环为一次注塑零件，其材质为塑料或玻璃材料，比如PC或PMMA。

进一步，为了使从光导圆环出射的光更加均匀，所述光导圆环的材质中添加了具有散射特征的钛氧化物或者钡氧化物。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）采用一颗LED灯构成一个LED光源，采用两个光线收集面提高了光线利用率，使用更低功率的LED灯就能实现同样亮度的均匀的光环，降低了成本。

（2）齿状反射面上的导光齿转折角度为130°～140°之间的一个具体数值，角度固定，降低了模具加工的难度，导光齿的齿平面与齿斜面之间的大角度以及齿平面反射扩散光源并连接齿斜面，也降低了漏光发生几率，减少了加工误差导致的漏光现象。

（3）本发明通过控制齿斜面的高度（即光线强的区域，齿斜面高度低，光线弱的区域，齿斜面高度高）来实现均匀性的控制，从LED光源发出的光经光线收集面第一次全反射后进入光导圆环内，在齿状反射面的齿斜面上进行第二次全反射，然后从光导圆环的光线出射面射出，形成均匀的光环；与现有技术中通过多次全反射来实现均匀光环的方案不同，本发明不受光导圆环直径的限制，实现了更小直径光导圆环产生均匀光环的效果。

附图说明

图1为传统的实现圆形光环的灯具结构示意图。

图2为现有的室内圆环指示灯的结构示意图。

图3为现有的室外位置指示灯的结构示意图。

图4为本发明的结构示意图。

图5为本发明的透视图。

图6为本发明中LED光源与光线收集面的位置示意图。

图7为本发明中LED光源与光导圆环的配合细节图。

图8为本发明中齿状反射面的示意图。

图9为本发明中齿状反射面的一个对称部的齿区分布图。

图10为本发明中齿状反射面的两个对称部在末齿区相交的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本实施例中车用光导灯具的光导圆环直径为40mm。

如图1至图10所示的车用光导灯具，包括光导圆环1和LED光源2，光导圆环1由添加三氧化二钛的PC塑料一次注塑成型，LED光源2由一颗LED灯构成，LED灯为加透镜封装的贴片式LED，LED光源2发出的光进入光导圆环1内；光导圆环1的顶部有两个光线收集面11和一个平坦的光线出射面12，底部为齿状反射面13；光线收集面11为以LED光源2所在平面为主轴的抛物面，两个光线收集面11具有共同的焦点且相对于LED光源2所在平面成140°对称相接，LED光源2设在该焦点处，光导圆环1沿远离LED光源的圆周方向越来越薄；在两个光线收集面11对接处下方设有一穹顶14，该穹顶14同时位于LED光源2的正上方，穹顶14与LED光源2之间填充了环氧树脂，穹顶14的特征曲线为半圆形，其直径比LED光源2的发光面长0.5mm；齿状反射面13由多个表面积相等的台阶状的导光齿连接构成，每个导光齿都具有与LED光源2所在平面平行的齿平面a（其平行误差为±0.1mm）以及与齿平面a呈135°夹角的齿斜面b，导光齿与导光齿之间通过齿平面a连接。齿状反射面13关于LED光源2对称，齿状反射面13的两对称部沿圆周方向都依次具有齿斜面高度不同的大齿区Ⅰ、小齿区Ⅱ、中齿区Ⅲ、尾齿区Ⅳ和末齿区Ⅴ，并在末齿区Ⅴ相交形成圆环；每个对称部中大齿区Ⅰ内导光齿的数量为四个，小齿区Ⅱ内导光齿的数量为十一个，中齿区Ⅲ内导光齿的数量为十一个、尾齿区Ⅳ内导光齿的数量为十一个，末齿区Ⅴ内导光齿的数量为两个；大齿区Ⅰ内每个导光齿的齿斜面高度为尾齿区Ⅳ内每个导光齿的齿斜面高度的3.25倍，小齿区Ⅱ内每个导光齿的齿斜面高度为尾齿区Ⅳ内每个导光齿的齿斜面高度的0.6，中齿区Ⅲ内每个导光齿的齿斜面高度为尾齿区Ⅳ内每个导光齿的齿斜面高度的1.25倍，末齿区Ⅴ内每个导光齿的齿斜面高度为尾齿区Ⅳ内每个导光齿的齿斜面高度的0.35；上述齿状反射面的分区及齿斜面b的高度比例能保证经每个齿区的导光齿的齿斜面b反射后从光线出射面12射出的光线强度相当，形成均匀的光环目视效果。

其工作原理如下：

LED光源2发出的光从穹顶14射出后被两个光线收集面11内部全反射，分为两组与导光齿齿平面a平行的光线，分别向光导圆环沿远离LED光源的周向传导，这些光线经过光导圆环1的内外侧面的内部全反射作用，光弥散于整个圆环空间；在光线传导过程中，遇到与行进方向成大约45°角的齿斜面b，光线入射到齿斜面b入射角大约为45°，此角度大于临界角，满足内部全反射条件，光线被反射并垂直于入射光约90°传输，这部分第二次全反射（即被齿斜面b反射）的光入射到光线出射面12上，此时入射角近似0°，光线不再发生内部全反射，直接从光线出射面12射出进入空气被人眼识别；如果LED光源2发出的光有一定的扩散角度，则扩散的光线相对于导光齿的齿平面部分会以接近90°入射构成全反射条件，导光齿的齿平面a反射这些扩散光源，但是其对光线转折角度小，小角度转折后的光线射到光导圆环1的内外侧面上，仍然满足全反射条件，光线通过光导圆环1的内外侧面再次发生内部全反射，光线继续在光导圆环内部传输，并最终通过导光齿的齿斜面b全反射后通过光线出射面12射出。由于齿状反射面13采用了齿斜面高度不一致的导光齿，保证了经每个导光齿的齿斜面b反射后从光线出射面12射出的光线强度相当，从而形成了均匀的光环目视效果。

本实施例中，光导圆环1也可以由添加钡氧化物的PMMA塑料或玻璃材料一次注塑成型；LED光源2的LED灯也可以是不加透镜封装的插件式LED；两个抛物面形的光线收集面11之间的夹角也可以为120°～140°之间的其它数值，比如120°、130°等；导光齿的齿平面与齿斜面之间的夹角也可以为130°～140°之间的其它数值，比如130°、140°等；齿状反射面13的大齿区Ⅰ内导光齿的数量也可以为三个，小齿区Ⅱ内导光齿的数量为也可以为九个，中齿区Ⅲ内导光齿的数量为十个、尾齿区Ⅳ内导光齿的数量为九个；大齿区Ⅰ内每个导光齿的齿斜面高度也可以为尾齿区Ⅳ内每个导光齿的齿斜面高度的3～3.5倍之间的其它数值，比如3、3.5、3.3等，小齿区Ⅱ内每个导光齿的齿斜面高度也可以为尾齿区Ⅳ内每个导光齿的齿斜面高度的0.5～0.7之间的其它数值，比如0.5、0.55、0.7等，中齿区Ⅲ内每个导光齿的齿斜面高度也可以为尾齿区Ⅳ内每个导光齿的齿斜面高度的1～1.5倍之间的其它数值，比如1、1.3、1.5等，末齿区Ⅴ内每个导光齿的齿斜面高度也可以为尾齿区Ⅳ内每个导光齿的齿斜面高度的0.2～0.5之间的其它数值，比如0.2、0.4、0.5等。

本发明中车用光导灯具的光导圆环直径也可以为20mm或100mm，但是其齿状反射面的分区、导光齿的数量以及齿斜面的高度差不相同，比如光导圆环的直径为20mm时，需要分成7个齿区，而光导圆环的直径为100mm时，只需分成3个齿区；这些分区以及齿斜面高度的调整都应满足经每个导光齿的齿斜面反射后从光线出射面射出的光线强度相当，且能形成均匀的光环目视效果。

Claims (7)

1.一种车用光导灯具，包括光导圆环（1）和LED光源（2），所述光导圆环（1）的直径为40mm，LED光源发出的光进入光导圆环内，光导圆环（1）的顶部有两个光线收集面（11）和一个平坦的光线出射面（12），底部为齿状反射面（13），LED光源（2）位于两个光线收集面（11）对接位置的正下方；其特征是：所述齿状反射面（13）由多个表面积相等的台阶状的导光齿连接构成，每个导光齿都具有与LED光源（2）所在平面平行的齿平面（a）以及与齿平面呈130°～140°夹角的齿斜面（b），导光齿的齿斜面高度不一致，经每个导光齿的齿斜面反射后从光线出射面射出的光线强度相当；

所述齿状反射面（13）关于LED光源（2）对称，齿状反射面（13）的两对称部沿圆周方向都依次具有齿斜面高度不同的大齿区（Ⅰ）、小齿区（Ⅱ）、中齿区（Ⅲ）、尾齿区（Ⅳ）和末齿区（Ⅴ），并在末齿区相交形成圆环；当每个对称部中大齿区（Ⅰ）内导光齿的数量为四个时，小齿区（Ⅱ）内导光齿的数量为十一个、中齿区（Ⅲ）内导光齿的数量为十一个、尾齿区（Ⅳ）内导光齿的数量为十一个、末齿区（Ⅴ）内导光齿的数量为两个；当每个对称部中大齿区（Ⅰ）内导光齿的数量为三个时，小齿区（Ⅱ）内导光齿的数量为九个、中齿区（Ⅲ）内导光齿的数量为十个、尾齿区（Ⅳ）内导光齿的数量为九个、末齿区（Ⅴ）内导光齿的数量为两个；大齿区（Ⅰ）内每个导光齿的齿斜面高度为尾齿区（Ⅳ）内每个导光齿的齿斜面高度的3～3.5倍，小齿区（Ⅱ）内每个导光齿的齿斜面高度为尾齿区（Ⅳ）内每个导光齿的齿斜面高度的0.5～0.7，中齿区（Ⅲ）内每个导光齿的齿斜面高度为尾齿区（Ⅳ）内每个导光齿的齿斜面高度的1～1.5倍，末齿区（Ⅴ）内每个导光齿的齿斜面高度为尾齿区（Ⅳ）内每个导光齿的齿斜面高度的0.2～0.5。

2.根据权利要求1所述的车用光导灯具，其特征是：所述的两个光线收集面（11）之间的夹角为120°～140°。

3.根据权利要求2所述的车用光导灯具，其特征是：在两个光线收集面（11）对接处下方设有一穹顶（14），该穹顶位于LED光源（2）的正上方。

4.根据权利要求3所述的车用光导灯具，其特征是：所述穹顶（14）的特征曲线为半圆形或三角形，其半圆形的直径或三角形的长边比LED光源（2）的发光面长0.2mm～1mm。

5.根据权利要求3所述的车用光导灯具，其特征是：所述LED光源（2）为贴片形式的LED或者插件形式的LED。

6.根据权利要求3所述的车用光导灯具，其特征是：所述光导圆环（1）为一次注塑零件，其材质为塑料或玻璃材料。

7.根据权利要求6所述的车用光导灯具，其特征是：所述光导圆环（1）的材质中添加了具有散射特征的钛氧化物或者钡氧化物。