CN104121547A - 全反射式配光环、光反射装置以及照明和/或信号指示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全反射式配光环、光反射装置以及照明和/或信号指示装置。全反射式配光环包括：第一表面，所述第一表面允许光线透射通过；第二表面，所述第二表面布置成使得从第一表面透射通过的光线的至少一部分入射到所述第二表面上的入射角大于或等于全反射的临界角以将透射通过第一表面的光线的所述至少一部分全反射；和第三表面，所述第三表面设有配光部，所述配光部接收被第二表面全反射的光线并对其进行配光。该全反射式配光环、光反射装置以及照明和/或信号指示装置能够避免不必要的反光和改善点亮效果。

Description

全反射式配光环、光反射装置以及照明和/或信号指示装置

技术领域

本发明涉及光反射配光领域，尤其涉及一种全反射式配光环、光反射装置以及照明和/或信号指示装置。

背景技术

各种用于光反射的装置广泛地应用于各种光学系统中，例如在灯具中，尤其是在机动车辆的车灯中。然而，在通常的灯具中使用的用于光反射的装置中，涂覆有由金属层(例如铝、银等)制成的反射层，以实现反射功能和照明效果。然而，金属反射层不仅会反射由灯具的光源发出的光线，还可以反射外界的光线，例如当太阳光照射到灯具的光反射器上时，可能会产生不期望的耀眼的眩光，给人以不适的感觉。而且金属反射层的反射可能导致不必要的发热。另外，在当前的灯具中，还缺乏实现良好的环形照明和/或信号指示效果的用于光反射的装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种全反射式配光环，其能够利用全反射将光线反射以实现环形点亮配光效果。

本发明的目的还在于提供一种光反射装置，其具有全反射式配光环，其能够避免不必要的反光和改善点亮效果。

本发明的目的还在于提供一种照明和/信号装置，其具有全反射式配光环，其能够避免不必要的反光和改善点亮效果。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案通过以下方面来实现：

根据本发明的一个方面，提供一种全反射式配光环，包括：

第一表面，所述第一表面允许光线透射通过；

第二表面，所述第二表面布置成使得从第一表面透射通过的光线的至少一部分入射到所述第二表面上的入射角大于或等于全反射的临界角以将透射通过第一表面的光线的所述至少一部分全反射；和

第三表面，所述第三表面设有配光部，所述配光部接收被第二表面全反射的光线并对其进行配光。

进一步地，所述全反射式配光环可以具有中心孔，所述中心孔由所述全反射式配光环的内表面所限定。

更进一步地，所述第一表面可以是所述内表面的至少一部分或所述全反射式配光环的底表面的至少一部分，所述第二表面是所述全反射式配光环的侧壁表面的至少一部分。

更进一步地，所述第三表面可以是所述内表面的至少一部分或所述全反射式配光环的底表面的至少一部分。

进一步地，所述第二表面和第一表面之间的夹角可以不小于一极限值且小于90度，所述极限值依赖于光线在第一表面上的入射角、第一表面外侧介质的折射率、第二表面外侧介质的折射率和第一表面与第二表面之间的介质的折射率。

更进一步地，所述极限值可以等于所述全反射的临界角。

进一步地，所述全反射式配光环可以具有对称轴线，所述第一表面或第三表面可以相对于所述对称轴线倾斜。

进一步地，所述配光部可以包括散射凸起、定向配光面、扩光部或聚光部。

进一步地，所述第一表面和第二表面之间可以设置有至少部分透明的介质，所述介质是具有同一折射率的介质，或者包括具有不同折射率的不同介质，或者包括具有可变的折射率的介质。

进一步地，所述全反射式配光环可以由至少部分透明的材料一体形成。

根据本发明的另一方面，提供一种光反射装置，包括：

上述任一种全反射式配光环；和

光反射镜，所述光反射镜具有用于反射光的曲面，

其中所述光反射镜的曲面朝向全反射式配光环的更靠近第一表面的一侧。

进一步地，所述光反射镜可以是全反射式光反射镜。

根据本发明的另一方面，提供一种照明和/或信号指示装置，包括：

光源；和

上述任一种全反射式配光环，所述全反射式配光环用于对光源发出的光线进行配光以实现至少一部分照明和/或信号指示功能。

根据本发明的另一方面，提供一种照明和/或信号指示装置，包括：

光源；和

上述任一种光反射装置，所述光反射装置用于对光源发出的光线进行配光以实现至少一部分照明和/或信号指示功能。

本发明的上述技术方案中的至少一个方面能够避免使用现有的光反射器中的金属反射层，因而能够现有的光反射器中的金属反射层反射外界光而导致的眩光问题，还可以实现新的点亮效果。

附图说明

图1示出根据本发明一实施例的全反射式配光环的原理的示意图；

图1a示意性地示出在根据本发明一实施例的全反射式配光环中入射光线、第一表面和第二表面之间的关系；

图2示出根据本发明一实施例的全反射式配光环的立体示意图；

图3示出根据本发明一实施例的全反射式配光环的从第三表面一侧观察到的示意图；

图4示出根据本发明另一实施例的全反射式配光环的原理的示意图；和

图5示出根据本发明一实施例的光反射装置的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号表示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

图1示意性地示出根据本发明一实施例的全反射式配光环100的原理。全反射式配光环100可以包括第一表面1、第二表面2和第三表面3。第一表面1允许光线4透射通过。在一示例中，第一表面1可以是完全透明表面，也可以是允许一部分光线4透射通过的部分透明(例如半透明)的表面。光线4在经过第一表面1时可能发生折射，这是由第一表面1两侧的介质的折射率来决定的。光线4在透射通过第一表面1之后到达第二表面2。第二表面2布置成能够将透射通过第一表面1的光线4的至少一部分全反射向第三表面3。通常，第二表面2应布置成与第一表面1是不平行的。

在一示例中，第二表面2可以布置成使得从第一表面1透射通过的光线4的至少一部分入射到所述第二表面2上的入射角大于或等于全反射的临界角以将透射通过第一表面1的光线4的所述至少一部分全反射。

图1a示意性地给出了在一个示例中的入射的光线4、第一表面1和第二表面2之间的关系。在这个示例中，假定第一表面1和第二表面2之间的介质的折射率是恒定的。其中，光线4入射到第一表面1上的入射角为θ1，光线4入射到第二表面2上的入射角为θ2，第二表面2和第一表面1之间的夹角是θx，第一表面1的受光侧外部的介质的折射率为n1，第二表面2和第一表面1之间的介质的折射率为n2，第二表面2外部的折射率为n3。第二表面2布置成使得θ2大于光线4在第二表面2处产生全反射的临界角，根据全反射原理可知，在此情况下，第二表面2能够将光线4全反射。第二表面2的布置在实际中例如可以通过将第二表面2与第一表面1之间的夹角θx设置成大于一个极限值来实现，所述极限值依赖于光线在第一表面上的入射角、第一表面外侧介质的折射率、第二表面外侧介质的折射率和第一表面与第二表面之间的介质的折射率。例如，在图1a所示的示例中，根据全反射原理可知，θ2所对应的全反射的临界角是arcsin(n3/n2)(本领域技术人员应当理解，n2应当大于n3，这是全反射产生的必要条件)，又可以根据折射定律和全反射原理得出θx在满足全反射条件下应当大于等于[arcsin(n1/n2×sinθ1)+arcsin(n3/n2)]，又考虑入射角θ1是根据实际的光源位置和反光需要来选取的，假定极限的情况θ1＝0(即垂直入射)，可知只要满足θx≥arcsin(n3/n2)，即，第二表面2与第一表面1之间的夹角大于临界角，就可能用于实现全反射反光功能。而θx的极限值可以根据实际需要的光线4的入射角θ1以及折射率n1、n2和n3来确定。通常考虑θx不超过90度。

需要说明的是，在第一表面1是弯曲表面的情况下，图1a中示出的用于表示第一表面的直线对应于光线4在第一表面1的入射位置处的切线，即第二表面2和第一表面1之间的夹角θx可以用第二表面2与该切线方向的夹角来表示。以上图1a仅仅给出了一种示例，在根据本发明的其他示例中，第一表面1和第二表面2之间的介质的折射率可以不是恒定的，例如第一表面1和第二表面2之间的介质可以由具有不同折射率的不同介质组合而成，或者包括具有可变的折射率的介质。

第三表面3可以设有配光部31。所述配光部31接收被第二表面2全反射的光线并对其进行配光。在本发明的实施例中，并不需要第二表面2将从第一表面1入射的所有光线都全反射至第三表面3，而只需要将光线的一部分全反射至第三表面3即可，例如将光线能量的30％，50％，70％或90％全反射至第三表面3。配光部31可以是用于对光线进行光分布调整或光强调整的任何装置，例如可以包括散射凸起、定向配光面、扩光部或聚光部等等。例如，如果希望实现诸如背景光等散射效果或增大全反射光反射环的可视角度，则配光部31可以包含对光具有散射作用的部分。而如果期望将光线分配至指定的方向或区域，则配光部31可以包含能够定向配光的部分，如定向配光面，定向配光面可以由粗糙表面构成，也可以由将光线引导至指定方向的镜面反射器构成。同样，配光部31也可以实现扩光或聚光等功能。配光部31可以具有一种配光功能，也可以由具有不同配光功能的不同部分组合而成。借助于配光部31，从第三表面3出射的光可以实现各种不同的点亮效果，以获得期望的照明和信号指示功能。

如图1-3所示，全反射式配光环100可以具有中心孔6。中心孔6由全反射式配光环100的内表面61所限定。在一示例中，第一表面1可以由全反射式配光环100的内表面61的一部分或全部构成。第二表面2可以由全反射式配光环100的侧壁表面62的一部分或全部构成。然而，这不是必须的，例如，第一表面1也可以由全反射式配光环100的底表面63的一部分或全部构成，如图4所示。

在图1-图3的示例中，第三表面3是全反射式配光环100的底表面63。然而这并不是必须的，例如，第三表面3可以仅仅是全反射式配光环100的底表面63的一部分，或者，第三表面3可以设置成是全反射式配光环100的内表面61的一部分或全部，参见图4。在替代的示例中，第一表面1和第三表面3可以分别是全反射式配光环100’的内表面61的一部分，或者，第一表面1和第三表面3可以分别设置于全反射式配光环100，100’的底表面63和与之相对的顶表面(未示出)。

在一示例中，全反射式配光环100，100’可以具有对称轴线。第一表面1或第三表面3可以相对于所述对称轴线倾斜，例如图1和图4所示。第一表面1或第三表面3的这种倾斜设置可以限定入射光线的入射方向，以便提高沿期望方向入射的光线的入射效率。

在本发明的实施例中，在第一表面1和第二表面2之间设置的介质可以是至少部分透明的介质，所述介质是具有同一折射率的介质，或者包括具有不同折射率的不同介质，或者包括具有可变的折射率的介质。例如，为了优化光线的出射角度，可以采用两层或更多层折射率不同的介质来构成全反射式配光环，以通过多次折射来获得期望的光线出射角度。或者，还可以采用折射率渐变材料来构成全反射式配光环。

在一实施例中，根据本发明的全反射式配光环100，100’可以由至少部分透明的材料一体制成，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯、玻璃、其它树脂、塑料等，也可以由多种材料或多块部件组合制成。

根据本发明的全反射式配光环100，100’可以具有圆环形状，如图2和3所示，但是，其也可以为任何其它形状，例如方形，三角形，六边形等等。本领域技术人员可以根据诸如灯具等的需要来设定其形状。

全反射式配光环100，100’的尺寸可以根据灯具的造型和照明或信号指示功能来灵活设定，例如可以具有50mm-200mm的相对较大的直径，也可以例如具有20mm左右的较小的直径。全反射式配光环100，100’的壁厚也可以根据工艺和成本等要求来设定，例如小于30mm，小于10mm，小于5mm等等。

采用本发明所述的全反射式配光环100，100’，可以避免使用现有技术的光反射器中的金属反射层。其优点主要在于：

首先，由于全反射的角度选择性，全反射式配光环对于来自所期望的角度范围和方向的光线(例如光源发出的光线)具有良好的反射效果，但对于来自非期望的角度范围和方向的光线(例如外界的太阳光等干扰光)反射很弱或基本不反射，这避免了现有的光反射器中的金属反射层反射外界光而导致的眩光问题。

其次，根据本发明所述的全反射式配光环可以整体采用透明或半透明材料制成，因此其能够实现现有的由金属反射层遮蔽的光反射器所无法实现的点亮效果。

第三，根据本发明所述的全反射式配光环的制造过程可以避免金属反射层的涂覆工艺，从而节约成本。

本发明还提供一种光反射装置1000，如图5所示。该光反射装置1000包括上述任何一种全反射式配光环100，100’以及光反射镜200。光反射镜200具有用于反射光的曲面201，该曲面201朝向全反射式配光环100，100’的更靠近第一表面1的一侧。全反射式配光环100，100’和光反射镜200的组合能够同时兼顾中心和边缘的点亮效果。在一示例中，光反射镜200可以是全反射式光反射镜。然而，这不是必须的，其也可以是常规的涂覆有金属层的光反射镜。

本发明还提供一种包括上述实施例中所述的任何一种全反射式配光环100，100’的照明和/或信号指示装置。该照明和/或信号指示装置设置有光源，所述全反射式配光环用于对光源发出的光线进行配光以实现照明和/或信号指示功能。

本发明还提供一种包括上述实施例中所述的任何一种光反射装置200的照明和/或信号指示装置。该照明和/或信号指示装置设置有光源，所述光反射装置用于对光源发出的光线进行配光以实现照明和/或信号指示功能。

本领域技术人员应当理解，根据本发明的照明和/或信号指示装置，并不一定需要实现所有的照明和/或信号指示功能，只需要实现至少一部分照明和/或信号指示功能即可。

在一实施例中，在上述照明和/或信号指示装置中，光源可以置于全反射式配光环的几何中心位置，或位于全反射式配光环的边界的中心，或者位于全反射式配光环或光反射镜的几何轴线上。在上述照明和/或信号指示装置中，可以设置一个或更多个光源。

根据本发明的照明和/或信号指示装置可以用于车辆的照明和信号指示，也可以广泛用于其它照明和/或信号指示领域，例如手电筒，摄影用反光板等等。

虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。

虽然本发明总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (14)

1.一种全反射式配光环，包括：

第一表面，所述第一表面允许光线透射通过；

第二表面，所述第二表面布置成使得从第一表面透射通过的光线的至少一部分入射到所述第二表面上的入射角大于或等于全反射的临界角以将透射通过第一表面的光线的所述至少一部分全反射；和

第三表面，所述第三表面设有配光部，所述配光部接收被第二表面全反射的光线并对其进行配光。

2.根据权利要求1所述的全反射式配光环，其特征在于，所述全反射式配光环具有中心孔，所述中心孔由所述全反射式配光环的内表面所限定。

3.根据权利要求2所述的全反射式配光环，其特征在于，所述第一表面是所述内表面的至少一部分或所述全反射式配光环的底表面的至少一部分，所述第二表面是所述全反射式配光环的侧壁表面的至少一部分。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的全反射式配光环，其特征在于，所述第三表面是所述内表面的至少一部分或所述全反射式配光环的底表面的至少一部分。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的全反射式配光环，其特征在于，所述第二表面和第一表面之间的夹角不小于一极限值且小于90度，所述极限值依赖于光线在第一表面上的入射角、第一表面外侧介质的折射率、第二表面外侧介质的折射率和第一表面与第二表面之间的介质的折射率。

6.根据权利要求5所述的全反射式配光环，其特征在于，所述极限值等于所述全反射的临界角。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的全反射式配光环，其特征在于，所述全反射式配光环具有对称轴线，所述第一表面或第三表面相对于所述对称轴线倾斜。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的全反射式配光环，其特征在于，所述配光部包括散射凸起、定向配光面、扩光部或聚光部。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的全反射式配光环，其特征在于，所述第一表面和第二表面之间设置有至少部分透明的介质，所述介质是具有同一折射率的介质，或者包括具有不同折射率的不同介质，或者包括具有可变的折射率的介质。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的全反射式配光环，其特征在于，所述全反射式配光环由至少部分透明的材料一体形成。

11.一种光反射装置，包括：

根据权利要求1-10中任一项所述的全反射式配光环；和

光反射镜，所述光反射镜具有用于反射光的曲面，

其中所述光反射镜的曲面朝向全反射式配光环的更靠近第一表面的一侧。

12.根据权利要求11所述的光反射装置，其特征在于，所述光反射镜是全反射式光反射镜。

13.一种照明和/或信号指示装置，包括：

光源；和

根据权利要求1-10中任一项所述的全反射式配光环，所述全反射式配光环用于对光源发出的光线进行配光以实现至少一部分照明和/或信号指示功能。

14.一种照明和/或信号指示装置，包括：

光源；和

根据权利要求11或12所述的光反射装置，所述光反射装置用于对光源发出的光线进行配光以实现至少一部分照明和/或信号指示功能。