CN103782085B - 光学装置，尤其是用于机动车辆的光学装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的光学装置（1），尤其是用于机动车辆的照明和/或信号指示装置，包括面光源（3）。该装置的特征在于：其包括光束成形部件（2），光束成形部件偏转由面光源的一个面发出的光束的第一光线（202，203），但不偏转由面光源的同一面发出的光束的第二光线（201）。

Description

光学装置，尤其是用于机动车辆的光学装置
技术领域
本发明涉及一种光学装置，特别是用于机动车辆的光学装置，例如照明和/或信号指示和/或内部照明装置，特别地，具有光度功能，其通过确保车辆能够被其他车辆看到或确保所述车辆的驾驶员能够看到车辆外部而有助于车辆在道路上的使用。
背景技术
在信号指示以及照明领域，各种规章约束使得照明条件下的灯的外观的变化余地很小，因为光束的光度特性被非常严格地规定了。然而，对于该类型的产品而言，风格和美感因素是非常重要的特征，并且车辆部件制造商试图提供具有“显著特征”的产品，以使它们能够被终端用户更容易地识别。
使用面光源以向机动车辆提供照明和/或信号指示和/或内部照明功能是已知的。当前正在开发有机发光二极管的形式的新型的面光源。使用这些光源来提供照明和/或信号指示功能将是有用的。然而，这些光源具有一些缺陷。当前获得的方向性的程度是以(cosθ)11为形式的，其中θ表示相对于发射表面的法线的发射角度，而(cosθ)11表示相对于沿发射表面的法线方向发射的强度而沿方向θ发射的光的强度。方向性的程度不足以有效地提供特定的信号指示功能，尤其是刹车信号指示功能。这是因为，为提供该信号功能，在竖直平面内需要更大的方向性；换言之，二极管发出的光必须更少地在竖直方向上扩散。
为克服该缺陷，已知有机发光二极管在其发光表面上具有用于改进其方向性的层。通过这种方式，实现以(cosθ)15为形式的方向性，其中θ表示相对于发射表面的法线的发射角度，而(cosθ)15表示沿方向θ的照明度。与前述情形相对照，该方案导致产生水平面中的方向性，该方向性太大不适合提供刹车类型的信号指示功能。
考虑到矩形有机发光二极管具有5mm x 220mm的发光表面、相对于光轴垂直地设置、并具有相对于其法线的观察角度的cos11倍的全局发光指示器(global emissionindicator)。这给予了我们图1中所示的无限远处的分布(50lm的任意通量)。水平和竖直横截面是相同的并且具有随cosine11变化的轮廓。这些截面之一被显示在图2中。通过使用该系统，我们获得了如图11所示的光度网格(photometric grid)。该光度网格不符合用于刹车类型的信号指示装置的标准化的光度网格。这是因为当大量的光沿15°以上的方向向上以及沿15°以下的方向向下发出时，所发射的光强度(尤其是光轴附近的光强度)不足。
此外，由有机发光二极管获得的亮度水平是有限的。因此需要扩大发光面积以获得照明和/或信号指示功能。
发明内容
本发明的目的是提供一种光学装置，其能够克服前述缺陷并改进已知的现有技术的光学装置。特别地，本发明提供了一种简单并且便宜的光学装置，使得具有有限尺寸的有机发光二极管可用于提供用于机动车辆的照明和/或信号指示和/或内部照明功能。
根据本发明，一种用于机动车辆的光学装置，尤其是用于机动车辆的照明和/或信号指示和/或内部照明装置，包括面光源和光束成形部件，光束成形部件偏转由面光源的一个面发出的光束的第一光线，但该光束成形部件不偏转由面光源的同一面发出的光束的第二光线。
面光源的发光面积可大于1cm2，或大于5cm2，或大于10cm2。
面光源可包括有机发光二极管。
光学装置可以包括被封闭外透镜所封闭的壳体，所述面光源和所述成形部件位于所述壳体内。
成形部件可由透明的一体式构件形成。
成形部件可包括主要通过反射使光线偏转的反射元件。
反射元件可包括第一反射元件，尤其是第一平面反射元件，和第二反射元件，尤其是具有抛物线截面的第二反射元件，所述抛物线截面的焦点位于经由第一反射元件看到的面的中央的图像的位置，或大致位于经由第一反射元件看到的面的中央的图像的位置。
成形部件可包括主要通过折射使光线偏转的偏转元件。
偏转元件可包括上部部分和下部部分，所述上部部分和下部部分通过机械连接元件连接。
第一光线和第二光线可穿过所述成形部件。
本发明的另一目的是提供一种包括上文定义的光学装置的机动车辆。
附图说明
附图以举例的方式示出了根据本发明的机动车辆的照明和/或信号指示装置的不同实施例。
图1是示出表面有机二极管类型的光源在无限远处的照明分布的示意图，其中不同的基本同心的曲线表示照明等级。
图2是根据形成在表面发光二极管的发射表面的法线与发射方向之间的角度的照明强度的变化的示意图。
图3是根据本发明的光学装置的第一实施例的正视图。
图4是根据本发明的光学装置的第一实施例的透视图。
图5是根据本发明的光学装置的第一实施例的在竖直平面内的透视图。
图6是由根据本发明的光学装置发出的在无限远处的照明分布的示意图。
图7是对于在包含本发明的光轴的水平平面内发射的光线而言的、在根据形成在根据本发明的光学装置的光轴的法线与根据本发明的光学装置的输出端处的发射方向之间的角度的照明强度的变化的示意图。
图8是从根据本发明的光学装置形成的光束的一部分发出的在无限远处的照明分布的示意图。
图9是对于在包含本发明的光轴的竖直平面内发射的光线而言的、根据形成在根据本发明的光学装置的光轴与根据本发明的光学装置的输出端处的发射方向之间的角度的照明强度的变化的示意图。
图10示出了用于刹车信号灯的标准化的光度网格，以及在该网格中找到的用于根据本发明的光学装置的21lm的光通量的发光强度的值。
图11示出了用于刹车信号灯的标准化的光度网格，以及在该网格中找到的使用不具有任何用于成形光束的光学装置的有机发光二极管发出的21lm光通量的发光强度的值。
图12示出了从根据本发明的光学装置的光轴观察的该光学装置的照明外观。
图13示出了从相对于水平面中的光轴成10°角的方向观察的根据本发明的光学装置的照明外观。
图14示出了从相对于竖直平面中的光轴成10°角的方向观察的根据本发明的光学装置的照明外观。
图15是根据本发明的光学装置的第二实施例的透视图。
图16是根据本发明的光学装置的第二实施例在竖直平面中的横截面视图。
图17和18示出了根据第二实施例的、从装置的光轴观察的该光学装置的照明外观。
图19是根据本发明的光学装置的第三实施例在竖直平面中的横截面视图。
具体实施方式
下面将结合图2至5描述第一实施例。光学装置1是用于机动车辆的照明和/或信号指示装置，尤其是刹车信号灯。该装置包括面光源3和光束成形部件2，该光束成形部件2偏转由面光源的一个面31发出的光束的第一光线202、203，该光束成形部件不偏转由面光源的同一面31发出的光束的第二光线201。
面光源是矩形的并且是细长的。例如，它长约220mm，高约5mm。该光源意图被安装以在水平方向上延伸，使其发光面31被竖直地定向。光学装置的光轴90垂直于该发光面31。其在该发光面的高度的中心处切割所述光源，优选地在面F的中心处切割所述光源。
成形部件2由诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等透明材料制成。它可例如通过挤压或模制制成。该成形部件平行于光源的长度延伸。例如成形部件的横截面在光源的整个长度范围上保持不变。可替换地，该横截面可以变化以形成风格上的效果。
所述成形部件包括上部部分41、中部部分42(示出了其一半)和下部部分(未示出)。下部部分例如与上部部分相对于通过光轴的水平面对称。
上部部分41形成第一组件，该第一组件允许由光源发出的光线沿与光轴90大致平行的方向穿过第一组件的输出面25射出。
下部部分43形成第二组件，该第二组件允许由光源发出的光线沿与光轴90大致平行的方向穿过第二组件的第二输出面射出。
中部部分42具有机械地连接上部部分和下部部分的功能。它也是由透明材料制成的，从而由光源发出的光线可穿过它。该光线穿过的过程中，由光源发出的光线没有偏转(或没有明显的偏转)。
因此，通过光束成形装置，由光学装置的输出端发出的光以三个光带101、102、103的方式射出，如图12所示。通过其光源发出21lm的光通量的该光学装置，还可以获得图10所示的光度网格。因此刹车信号装置可由具有上文给出的尺寸的有机发光二极管类型的光源构造而成。
由光源发出的第一光线202、203与在平面P中的光轴形成足够大的角度，以防止它们穿过成形部件的中部部分42。平面P优选地是垂直于光源的面31的垂直平面。因此，这些第一光线朝向上部部分(或下部部分)发射，在表面26处进入该部分，并如下文所述被该部分引导。当光线处于上部部分内部时，例如由成形部件的表面22形成的第一反射元件22通过反射使光线偏转。该反射例如是由于光学表面处的全反射而实现的，上部部分的折射率大于其所处于的环境的折射率。可替换地，面22可以例如通过金属涂层处理。在已经被反射之后，第一光线被例如由第二表面24形成的第二反射元件24再次反射。该反射例如是由于光学表面处的全反射而实现的，上部部分的折射率大于其所处于的环境的折射率。可替换地，该表面24可以例如通过金属涂层处理。提供表面23以将表面26连接到第二反射元件24。
第一反射元件22优选是平坦的并且第二反射元件例如是具有抛物线截面的柱形，经由第一反射元件22观察，抛物线的焦点F’位于面31的中心F的像的位置处。
在被反射之后，如果需要，第一光线可通过穿过引导部的输出表面25处的光学表面而被再次偏转。事实上，该面可与竖直平面形成角δ。
由光源发出的第二光线201与平面P中的光轴形成充分小的角度，以穿过成形部件的中部部分42。因此，这些第二光线在中部部分的所述位置处发射到成形部件的外侧。为此，第二光线在进入成形部件的同时穿过第一光学表面28，接下来在它们穿过成形部件射出的同时穿过第二光学表面27。因此，它们在由第二光学表面27形成的面21处穿过成形部件射出。
三个光带101、102和103实际上是由穿过成形部件的下部部分的面21和25以及未示出的另一个面射出的光线形成的。在给定成形部件的几何形状的情况下，应当注意，当观察者在水平平面中远离光轴移动经过10°时，所有的光带依然可见。另一方面，当观察者在竖直平面中远离光轴移动经过10°时，光带消失。这是因为如图6-9所示，成形部件能够将从面31以相对于竖直平面P中的光轴的大角度发射的光线“变直”；换言之，在成形部件的输出端处该角度被减小。另一方面，从面31以相对于水平平面中的光轴的大角度发射的光线的方向不被纠正。
对于由光学装置发出的全局光束(global beam)而言，在图6中获得了其在无限远处的分布。通过该分布的水平截面如图7所示。对于从光学装置发出的上光带102而言，在图8中获得了其在无限远处的分布。穿过该分布的竖直截面在图9中示出。
在光学装置的第一实施例中，成形部件例如由单个挤压部分制成，该挤压部分具有大于或等于光源长度(在例子中为220mm)的长度，并且其横截面按照下面的方式构造：
中部部分的横截面是环的一部分，其具有内径r1，使得2x r1大于光源的高度并且(为使系统的整体尺寸最小化)优选地接近光源的高度(例如，如果光源高5mm，则r1被制造成等于3.5mm)，并且该环具有尽可能小并且依然与成型元件的制造相兼容的外径r2，和/或其具有上部部分和下部部分之间的机械连接的功能(例如，r2-r1＝2.5mm)。
穿过有机发光二极管的上边缘的直线D与光轴之间的角度α限定了在中间光带中能够完全观察到光源的场的竖直口径的一半。在该区域中被看到的光线并未被成形部件偏转。例如，α＝5°。
直线D与第一反射元件22的法线之间的角度β大于或等于(优选地等于，以使成形部件的整体尺寸最小化)成形部件的材料中的全反射的角度(对于PMMA而言，β＝asin(1/1.49)，因此β＝42.2°)。在这些条件下，从光源发出的并照射到第一反射装置22的所有光线都被全反射。
在给定光源的方向性的情况下，以大于角度γ发射的光可以被认为是可以忽略的。换言之，相对于1而言是可以忽略不计的。
在该例子中，如果k＝11并且γ＝37°，则上面的比为0.067。
F’是F相对于面22的平面的镜像。
M是具有角度α(沿直线D发射)的界限光线(limit ray)的内反射光线和与平行于光轴并穿过面22的上边缘(该边缘有具有角度γ的界限光线确定)的直线的交点。
最后，由于在平面22上反射获得的光源的像相对于系统的光轴是倾斜的，因此由上抛物线截面部形成的光束的最大强度不一定位于水平轴上：棱镜角δ可用于在角度上将从上光带发出的光束偏移(例如，δ＝6°)。
根据选定参数的值，抛物线截面部上的反射可以是用于所有光线的全内反射(这就是本文所考虑的例子)。如果不是这样，那么面24可以被金属涂覆。在这种情况下，效率可能会被非常轻微的降低。
下面将结合图15至18描述第二实施例。光学装置1’的第二实施例与上文描述的第一实施例的不同之处在于，用于将表面26连接到第二反射元件24(并且不具有光学功能)的表面23被修改以形成表面231和232。其目的是使用漫射表面以在光带101、102和103之间形成发光背景。为此，一些光线必须穿过表面22从成形部件中射出。为使该效果显著(或简单地是可见的)，该漫射表面232应当被赋予合适的形状，使得它切割以大于角度γ但接近该角度的角发射的光线(如果该角大于47°，则在该例子中，只有1％的光通量被收集)。这些光线在穿过表面22从成形部件22中射出之前在漫射表面232上反射。如图17和18所示，这使其可以获得位于光带101和102和/或光带101和103之间的低强度的发光区域104。
下面结合图19描述第三实施例。光学装置1’的第三实施例与上文描述的第一实施例的不同之处在于：在上部部分41”和下部部分中，光线通过折射偏转，而不是通过反射偏转。为此，上部部分和下部部分包括光学表面251，252，253和254。这些光学表面例如是柱形的，其横截面是笛卡尔曲线的一部分。中部部分42”可与第一实施例中描述的相同。
由光源发出的第一光线302、303与平面P中的光轴形成足够大的角度以防止它们穿过成形部件的中部部分42”。因此，这些第一光线朝向上部部分41”(或下部部分)发射并在表面28处进入该部分。接着，第一光线在穿过光学表面时被偏转。例如，光线302在面28处进入上部部分而不被偏转，并且在光学表面251处穿过上部部分射出同时被光学表面251偏转。类似地，光线303在面28处进入上部部分而不被偏转，并且在光学表面252处穿过上部部分射出同时被光学表面252偏转。
由光源发出的第二光线301与平面P中的光轴形成足够小的角度以穿过成形部件的中部部分42。因此，这些第二光线在中间部分42”的位置处被发射到成形部件的外侧。为此，第二光线在它们进入成形部件的同时穿过第一光学表面28，接下来在它们穿过成形部件射出的同时穿过第二光学表面27。于是，它们在由第二光学表面27形成的面21处穿过成形部件射出。
通过该第三实施例，清楚地，假定下部部分与上部部分对称，则观察者在所描绘的示例中看到的不是三个光带，而是九个光带。
这些不同的实施例可以被组合，除非因技术原因证明它们是不兼容的。
在不同实施例中，在平面P上的投影中，第二光线是在由直线D、相对于光轴的其镜像以及光源界定的扇形区域中发出的光线和这样一种光线，该光线的延长线在光学表面27后仅切割直线D或其镜像。扇形区域中的平面P上的第一光线的投影切割直线D或其相对于光轴的镜像，在光学表面27之前切割直线D或其镜像。
在不同实施例中，光学装置包括由封闭外透镜92封闭的壳体91，在壳体91内容纳面光源并设置成形部件。成形部件由透明的一体式构件形成。第一和第二光线穿过成形部件。穿过成形部件的中部部分的第二光线被认为是没有被成形部件偏转。在所描述的实施例中，只有从面31的纵轴发出的光线才属于这种情况。这是因为从面31的上边缘发出的、平行于光轴的光线在穿过第一光学表面28时被稍微地偏转，并且随后在穿过第二光学表面27时被再次稍微地偏转。
优选地，在本文中，如果光线在平面P中的投影不通过这种方式被偏转5°以上，就认为该光线未被偏转。作为推论，只有光线在平面P中的投影被偏转大于5°才认为该光线被偏转。
在不同的实施例中，光学装置是包括由外透镜92封闭的壳体的照明和/或信号指示装置。该光学装置还具有光轴90。
在不同的实施例中，面光源的发光面积优选地大于1cm2，或大于5cm2，或大于10cm2。
在不同的实施例中，所述装置具有用于相对于成形部件定位和保持光源的元件。上文描述的装置具有沿其长度的恒定的横截面。然而，可以想象到，其横截面的几何形状也可以沿该装置而变化。还可以想象到，该装置可以不是图中所示的直线形的，而是可能具有至少一个曲线或曲面。
光源可包括多个面发光元件，特别是多个有机发光二极管。
有机发光二极管可以是顺应性的类型。例如，它可以被形成为沉积在表面(尤其是弯曲表面)上的膜的形式。可替换地，它可以是通过印刷不同的层的方法、尤其是在弯曲表面上印刷的方法制成的。
该类型的有机发光二极管装置60如图20所示。该装置包括有机发光二极管62和电压发生器61。有机发光二极管包括多个层，即阴极63、阳极65和有机层64。当有机层接通电压时，它发出光辐射66，光辐射66通过对该辐射透明的阳极65传播。如果需要，有机层可包括由不同的有机材料制成的不同的子层641-645。优选地，使用包括补充的子层的有机发光二极管。除发光子层643之外，有机层包括用于促进电子向发光子层643传输的子层641和用于促进空穴向发光子层643传输的子层645。有机层还可以包括阻止空穴从下部的子层643-645传输而来的子层642，和阻止电子从上部的子层641-643传输而来的子层644。这些子层的集合形成微腔，微腔的厚度被调整，以形成光谐振。因此，选择性干涉反射器被制造，形成谐振腔。例如，可以使用FR2926677中描述的那种类型的有机发光二极管。
根据本发明的光学装置例如可用于以下功能：发出车辆位置信号、发出变向信号、发出倒车信号、发出刹车信号、以及点亮雾灯。
如果光学装置被停止致动，即，如果面光源不发光，则面朝装置看去的观察者看到光源就好像光源位于面21和25、或251至254中的每一个面上一样。在使用有机发光二极管的情况下，面21和25、或251至254因此具有金属的外观。

Claims (13)

1.一种用于机动车辆的光学装置(1；1’)，包括面光源(3)，其特征在于：该光学装置包括光束成形部件(2；2’)，该光束成形部件将由面光源的一个面发出的光束的第一光线(202，203)偏转，该光束成形部件不使由面光源的同一面发出的光束的第二光线(201)偏转，
其中所述光束成形部件包括主要通过反射使光线偏转的偏转元件(22，24)，
其中所述偏转元件(22，24)包括第一反射元件和第二反射元件，并且
其中第一光线(202，203)先由第一反射元件通过反射偏转，并且然后由第二反射元件通过反射偏转，第一光线(202，203)和第二光线(201)分别形成光带(102，103；101)。
2.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，面光源的发光面积大于1cm2。
3.根据权利要求1或2所述的光学装置，其特征在于，面光源包括有机发光二极管。
4.根据权利要求1或2所述的光学装置，其特征在于，该光学装置包括被封闭外透镜(92)所封闭的壳体(91)，所述面光源和光束成形部件位于所述壳体内。
5.根据权利要求1或2所述的光学装置，其特征在于，所述光束成形部件由透明的一体式构件形成。
6.一种用于机动车辆的光学装置(1”)，包括面光源(3)，其特征在于：该光学装置包括光束成形部件(2”)，该光束成形部件将由面光源的一个面发出的光束的第一光线(302，303)偏转，该光束成形部件不使由面光源的同一面发出的光束的第二光线(301)偏转，
其中所述光束成形部件包括主要通过折射使光线偏转的偏转元件(251，252，253，254)。
7.根据权利要求1或2所述的光学装置，其特征在于，偏转元件(22，24)包括上部部分和下部部分，所述上部部分和下部部分通过机械连接元件(21)连接。
8.根据权利要求1或2所述的光学装置，其特征在于，所述第一光线和第二光线穿过所述光束成形部件。
9.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述光学装置用于机动车辆的照明和/或信号指示和/或内部照明装置。
10.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述第一反射元件是第一平面反射元件。
11.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述第二反射元件是具有抛物线截面的第二反射元件，所述第二反射元件的焦点位于经由第一反射元件看到的所述面的中央的像的位置，或大致位于经由第一反射元件看到的面的中央的像的位置。
12.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，面光源的发光面积大于5cm2。
13.根据权利要求12所述的光学装置，其特征在于，面光源的发光面积大于10cm2。
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