CN106439735A - 导光单元、光导装置以及照明和/或信号指示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导光单元、光导装置以及照明和/或信号指示设备。所述导光单元包括：入光侧，用于接收入射光；出光侧，与入光侧相对设置，用于发出出射光；和第一反光侧，所述第一反光侧上设置有反光面，用于将从入光侧射入的至少一部分光朝向出光侧反射，其中，所述第一入射面和第二入射面具有曲面形状，所述入光侧上设置有第一入射面和第二入射面，所述第一入射面和第二入射面分别接收第一入射光部分和第二入射光部分，并分别对第一入射光部分和第二入射光部分在沿第一方向的平面中进行准直，其中，所述第一入射面和第二入射面中的一个入射面将与之对应的第一入射光部分或第二入射光部分朝向所述第一反光侧上的反光面引导。

Description

导光单元、光导装置以及照明和/或信号指示设备
技术领域
本发明涉及光照明及信号指示领域，尤其涉及一种导光单元、光导装置以及照明和/或信号指示设备。
背景技术
照明和/或信号指示设备广泛地应用于生产和生活中。在照明和/或信号指示设备中，为了使光能够被尽可能均匀的扩散和传播，经常需要使用光导装置，如导光板、导光棒、导光条等。传统的光导装置通常采用简单的平直面作为供光入射的光接收面，这样的光导装置的结构比较简单，但是光扩散的均匀性往往受到一定的限制。特别是在多光源(例如LED阵列)的应用中，通过光导装置之后的光均匀性往往不够理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种导光单元、光导装置以及照明和/或信号指示设备，其能够改善光的均匀性并提高光学效率。
本发明的实施例提供了一种导光单元，包括：
入光侧，用于接收入射光；
出光侧，与入光侧相对设置，用于发出出射光；和
第一反光侧，所述第一反光侧上设置有反光面，用于将从入光侧射入的至少一部分光朝向出光侧反射，
其中，所述第一入射面和第二入射面具有曲面形状，所述入光侧上设置有第一入射面和第二入射面，所述第一入射面和第二入射面分别接收第一入射光部分和第二入射光部分，并分别对第一入射光部分和第二入射光部分在沿第一方向的平面中进行准直，
其中，所述第一入射面和第二入射面中的一个入射面将与之对应的第一入射光部分或第二入射光部分朝向所述第一反光侧上的反光面引导。
在一实施例中，所述第一入射面和第二入射面在沿第一方向的平面中均具有凸透镜截面形状。
在一实施例中，所述第一入射面和第二入射面彼此邻接且具有不同的导光方向。
在一实施例中，所述第一入射面用于将第一入射光部分朝向出光侧引导，所述第二入射面将第二入射光部分朝向所述第一反光侧上的反光面引导。
在一实施例中，被引导向所述第一反光侧上的反光面的第一入射光部分或第二入射光部分具有10度至70度的发散角。
在一实施例中，所述第一反光侧上的反光面为全反射型反光面。
在一实施例中，所述第一反光侧上的反光面上设置有光学条纹。
在一实施例中，所述导光单元还包括与第一反光侧相对设置的第二反光侧，所述第二反光侧上设置有附加的反光面，所述第一入射面用于将第一入射光部分朝向所述附加的反光面引导，所述第二入射面将第二入射光部分朝向所述第一反光侧上的反光面引导。
在一实施例中，所述第二反光侧上的附加反光面为全反射型反光面。
在一实施例中，所述第二反光侧上的附加反光面上设置有光学条纹。
在一实施例中，所述第一入射面和/或第二入射面在与沿第一方向的平面垂直的平面中具有外凸的截面形状。
在一实施例中，所述第一方向是所述导光单元的厚度方向。
在一实施例中，所述导光单元的出光方向相对于入射光的光轴方向的倾角不大于75度。
本发明的实施例还提供一种光导装置，包括：多个并排设置于光导装置的受光侧上的、如之前任一实施例所述的导光单元。
在一实施例中，所述光导装置由同种材料一体形成。
本发明的实施例还提供一种照明和/或信号指示设备，包括：
如前述实施例所述的光导装置，
光源，用于为所述导光单元提供入射光。
在一实施例中，所述照明和/或信号指示设备还包括：
印刷电路板，
其中，所述光源包括并排设置在印刷电路板上的多个发光元件，每个发光元件与光导装置上的一个导光单元的入光侧相对，所述印刷电路板相对于导光单元的出光方向成不小于15度的夹角。
本发明的上述实施例提供了具有曲面形状的第一入射面和第二入射面以及反光面的导光单元，其能够实现对入射光的均匀扩散和提高光学耦合效率。
附图说明
图1示出根据本发明一实施例的导光单元的示意性俯视图；
图2示出根据本发明一实施例的导光单元的示意性正视图；
图3示出根据本发明另一实施例的导光单元的示意性俯视图；
图4示意性地示出两个相邻的导光单元；
图5示意性地示出根据本发明一实施例的光导装置的局部；以及
图6示意性地示出导光单元与承载在印刷电路板上的光源的位置关系。
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。
根据本发明的总体构思，提供一种导光单元，包括：入光侧，用于接收入射光；出光侧，与入光侧相对设置，用于发出出射光；和第一反光侧，所述第一反光侧上设置有反光面，用于将从入光侧射入的至少一部分光朝向出光侧反射，其中，所述入光侧上设置有第一入射面和第二入射面，所述第一入射面和第二入射面分别接收第一入射光部分和第二入射光部分，并分别对第一入射光部分和第二入射光部分在沿第一方向的平面中进行准直，其中，所述第一入射面和第二入射面具有曲面形状，所述第一入射面和第二入射面中的一个入射面将与之对应的第一入射光部分或第二入射光部分朝向所述第一反光侧上的反光面引导。
图1和图2示出根据本发明的一实施例的导光单元100。该导光单元100包括：入光侧110，用于接收入射光180；出光侧120，用于发出出射光；和第一反光侧130。出光侧120与入光侧110相对地设置，即分别为导光单元100的相对的两侧。所述第一反光侧130上设置有反光面131，用于将从入光侧110射入的至少一部分光朝向出光侧120反射。入光侧110上设置有第一入射面111和第二入射面112，所述第一入射面111和第二入射面112分别接收第一入射光部分181和第二入射光部分182，并分别对第一入射光部分181和第二入射光部分182在沿第一方向的平面中进行准直。第一入射面111和第二入射面112具有曲面形状。所述第二入射面112将与之对应的第二入射光部分182朝向所述第一反光侧130上的反光面131引导。应当理解，虽然在图1中示出的示例中，是第二入射面112将与之对应的第二入射光部分182朝向所述第一反光侧130上的反光面131引导，但是，应当理解，在另一示例中，也可以是第一入射面111将与之对应的第一入射光部分181朝向所述第一反光侧130上的反光面131引导。
在本发明的实施例中，第一入射面111和第二入射面112分别对第一入射光部分181和第二入射光部分182在沿第一方向(在图1所示的示例中为垂直于纸面的方向，亦为图2中的竖直方向)的平面中进行准直，这使得，第一入射光部分181和第二入射光部分182在第一方向上都被聚拢到导光单元100中，从而减少入射光的光学损失。这对于导光单元100为片状形状时尤其有利，在这种情况下，上述结构能够防止或减少入射光从导光单元100的顶面和底面逸出，而集中地射向出光侧120，从而提高光学效率和增强对比度。
在一示例中，为了实现上述准直效果，第一入射面111和第二入射面112在沿第一方向的平面中均具有凸透镜截面形状。需要说明的是，在本申请中所述的“准直”并不意味着经过准直的光必须完全平行，而是指第一入射面111和第二入射面112在沿第一方向的平面中具有正的光焦度，能够至少使经过其的入射光的发散方向被聚拢。具体的聚拢程度可以根据具体的设计要求(如导光单元100在第一方向上的厚度等)而定。
采用第一入射面111和第二入射面112的组合，能够尽可能多地接收入射光180，以利于使其在导光单元100中均匀地扩散，而反射面131的设置，能够改变从第一入射面111和第二入射面112射入的光的出射方向，这样，既保证了入射光在导光单元100中均匀地扩散，又可以使无论从第一入射面111还是第二入射面112射入的光能够沿着期望的(如大体一致的)方向出射。
在一示例中，所述第一入射面111和第二入射面112可以彼此邻接且具有不同的导光方向。在入光侧110上设置两个具有不同的导光方向的入射面，可以增加对于光在导光单元100中的扩散角度范围的设计灵活性。即，能够使光在导光单元100中在较大的角度范围内均匀地扩散。
在一示例中，如图1所示，第一入射面111用于将第一入射光部分181朝向出光侧120引导，第二入射面112将第二入射光部分182朝向第一反光侧130上的反光面131引导。在此情况下，虽然第一入射面111和第二入射面112可以将第一入射光部分181和第二入射光部分182分别引导向不同的方向，但是由于反光面131的作用，第一入射光部分181和第二入射光部分182最终可以以大体一致的方向出射，且具有均匀的出射强度。替代地，在另一示例中，也可以是第二入射面112将第二入射光部分182朝向出光侧120引导，第一入射面111将第一入射光部分181朝向第一反光侧130上的反光面131引导。
如上所述，第一入射面111和第二入射面112的形状可以根据所期望的光偏折方向来进行设计。下面给出一种计算第一入射面111的形状的示例。首先，可以根据期望的出射光均匀度来确定第一入射面111需要将第一入射光部分182偏折多少角度。第一入射面111的形状可以设计成不规则的曲面，也就是说，在第一入射面111的每个点上可以具有各自独立的光偏折角度。这可以为光学设计提供尽可能大的自由度，从而实现更好的光均匀度。为此，第一入射面111可以被分成具有各自独立的光偏折角度的若干个单元(如小块)，或者说，第一入射面111可以看成是由多个这种单元拼接而成。对于第一入射面111上的每个单元而言，光的入射方向和离开第一入射面111的方向是可以根据光均匀度的设计目标和光学原理(如反射定律、折射定律等)来设定的。例如，可以沿着某个方向(例如沿上述第一方向、或水平方向、竖直方向等)切割第一入射面111以获得一曲线轮廓。该曲线轮廓所在的平面可以被定义成X-Y平面，该曲线轮廓可以由多个直线段单元逐个相接来近似形成。每个直线段单元在X方向上的长度(或称为X步长)可以定义为STEPX，在Y方向上的长度(或称为Y步长)可以定义为STEPY，STEPY与STEPX的比值称为该直线段单元的斜率SLP。如果每个直线段单元的斜率被确定，则该曲线轮廓的形状也就能够被确定。当每个直线段单元足够小时，就可以获得近似光滑的曲线轮廓形状。上述X步长和Y步长的选取可以根据计算精度的要求来进行，例如0.1mm、0.05mm、0.01mm等等。
该直线段的斜率可以通过光学定律来确定。作为示例，该直线段的斜率可以由如下公式来计算：
在上述公式(1)中，SLP为该直线段单元的斜率，tan为正切运算符，arctan为反正切运算符，n为导光单元的折射率，α为光在第一入射光部分在该直线段上的入射角，θ为入射光经过该直线段单元后的偏折角度(即入射角与折射角的夹角)，其中各个角度以度(°)为单位进行计算。
通过逐一地求出各个直线段单元的斜率可以确定上述曲线轮廓的形状，以同样的方式，也可以求出沿着其它方向切割第一入射面111而获得的曲线轮廓的形状。根据沿着多个方向切割第一入射面111而获得的多个曲线轮廓的形状，可以进而求出整个第一入射面111的形状。上述直线段单元的划分以及曲线轮廓的选取均可以根据设计精度和要求来进行设定。
上述仅仅给出了计算第一入射面111的形状的一种示例，在实际中，该计算过程可能需要根据光线分布的设计而不断反复调整参数来进行计算。第二入射面112的形状可以根据与上述基本相同的方式来进行计算，具体过程不再赘述。
在一示例中，被引导向所述第一反光侧130上的反光面131的第一入射光部分181或第二入射光部分182可以具有10度至70度的发散角，例如30度、40度等。
作为示例，所述第一反光侧130上的反光面131可以为全反射型反光面。这可以有效地提高光在导光单元100中传播时的光学效率。全反射型反光面的实现，可以通过设置反光面131与第二入射面112(或第一入射面111)的形状和相互位置使来自第二入射面112(或第一入射面111)的光在反光面131处满足全反射条件。
在一示例中，第一反光侧130上的反光面131上可以设置有光学条纹132。该光学条纹132可以增加光在导光单元100中的扩散，有助于出射光的均匀分布。
在一示例中，如图3所示，该导光单元100还可以包括与第一反光侧130相对设置的第二反光侧140，所述第二反光侧140上设置有附加的反光面141。在此情况下，第一入射面111和第二入射面112可以将不同的入射光部分分别朝向第一反光侧130上的反光面131和第二反光侧140上的附加反光面141引导。作为示例，第一入射面111用于将第一入射光部分181朝向所述附加的反光面141引导，所述第二入射面112将第二入射光部分182朝向所述第一反光侧130上的反光面131引导。这种双反光面的结构可以进一步提高光在导光单元100中的扩散范围和均匀性。但这不是必须的，导光单元100也可以采用单反光面的结构，即仅导光单元100的一侧设置有反光面。
在一示例中，类似于反光面131，所述第二反光侧140上的附加反光面141也可以为全反射型反光面。作为示例，第二反光侧140上的附加反光面141上也可以设置有光学条纹，以增加光在导光单元100中的扩散，有助于出射光的均匀分布。
在一示例中，第一入射面111和/或第二入射面112在与沿第一方向的平面垂直的平面(例如，在图1的示例中是与纸面平行的平面，在图2中是水平的平面)中具有外凸的截面形状。在该示例中，第一入射面111和/或第二入射面112不仅在沿第一方向的平面中对入射光具有准直作用，在与沿第一方向的平面垂直的平面中也对光束具有一定的聚拢作用。这可以为导光单元100的设计提供更多的灵活性。
然而，第一入射面111和第二入射面112的曲面形状并不受限于此，其可以根据入射光的在导光单元100上的入射方向以及出射光的期望的出射方向和范围来计算得到。作为示例，第一入射面111和第二入射面112的曲面形状可以由光滑的曲面形成，也可以由多个平面段或曲面段拼接而成，这可以降低加工难度。
在一示例中，所述第一方向可以是所述导光单元100的厚度方向，例如在图1中为垂直于纸面的方向，在图2中为竖直方向。在导光单元100具有片状形状时，这种设计尤其有益。
借助于根据本发明的实施例的导光单元100，可以在对入射光进行均匀扩散的同时使出射光的出光方向相对于入射光的方向进行任意期望的角度的偏转。例如，可以使所述导光单元100的出光方向相对于入射光的光轴方向的倾角不大于75度。这为在照明和/或信号指示设备中的光源或其它光学元件的布置提供了灵活性。
多个根据本发明的实施例的导光单元100可以一起使用。例如，多个导光单元100可以并排布置，尤其是在多光源的系统中。图4示出两个并排布置的导光单元100。其中每个光源201与一个导光单元100对应，即每个光源201发出的光从一个导光单元100射入。在这种情况下，导光单元100可以使从对应的光源201发出的光在其中均匀地扩散，即使在相邻的两个导光单元100相接的位置处也能够保持良好的光均匀性。
本发明的实施例还提供一种光导装置300。如图5所示，该光导装置300包括：多个并排设置于光导装置300的受光侧301上的、如上述任一实施例所述的导光单元100。由于导光单元100能够对入射光进行有效分配和均匀扩散，光导装置300中的光均匀性和光学效率能够得到提高。作为示例，所述导光单元100可以用作光在光导装置300上的入口。
作为示例，光导装置300可以由同种材料一体形成，即导光单元100与光导装置300是一体的。这可以使光导装置300以简单的工艺形成。但本发明并不限于此，在另一示例中，导光单元100也可以通过粘接等方式设置于光导装置300的受光侧301上。
本发明的实施例还提供一种照明和/或信号指示设备，其包括：如上述实施例所述的光导装置300以及光源201，该光源201用于为所述导光单元100提供入射光。
在一示例中，照明和/或信号指示设备还可以包括印刷电路板401，所述光源201包括并排设置在印刷电路板401上的多个发光元件202，每个发光元件202与光导装置300上的一个导光单元100的入光侧110相对。由于导光单元100可以在保证入射光被均匀扩散的同时可以使出光方向相对于入射光的光轴转过任一期望的角度，因而导光单元100的入光侧110可以朝向任一期望的方向。由此，在保证每个发光元件202与光导装置300上的一个导光单元100的入光侧110相对的条件下，用于承载发光元件202的印刷电路板401可以与出光方向成较大的倾斜角，例如，相对于导光单元100的出光方向成不小于15度的夹角。在导光单元100的出射光具有一定的发散角的情况下，以出射光的主出射方向(例如沿出射光轴)为出光方向。而且，导光单元100的入光侧110可以布置成与置于印刷电路板401上的发光元件202靠近，如图6所示，这也可以提高光学耦合效率。这也为印刷电路板401的布置方式提供了更大的自由度，以满足结构设计的不同需要。
由于导光单元100的出射光方向性好、光强均匀且光损失小，上述照明和/或信号指示设备的出射光将具有良好的均匀性和对比度，从而具有出色的点亮效果。
根据本发明的实施例的导光单元、光导装置和照明和/或信号指示设备可以例如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，例如广告板照明灯等等。
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。为了清楚描述所需的部件，示意性附图中的比例并不表示实际部件的比例关系。
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 (17)

1.一种导光单元，包括：
入光侧，用于接收入射光；
出光侧，与入光侧相对设置，用于发出出射光；和
第一反光侧，所述第一反光侧上设置有反光面，用于将从入光侧射入的至少一部分光朝向出光侧反射，
其中，所述入光侧上设置有第一入射面和第二入射面，所述第一入射面和第二入射面分别接收第一入射光部分和第二入射光部分，并分别对第一入射光部分和第二入射光部分在沿第一方向的平面中进行准直，
其中，所述第一入射面和第二入射面具有曲面形状，所述第一入射面和第二入射面中的一个入射面将与之对应的第一入射光部分或第二入射光部分朝向所述第一反光侧上的反光面引导。
2.根据权利要求1所述的导光单元，其中，所述第一入射面和第二入射面在沿第一方向的平面中均具有凸透镜截面形状。
3.根据权利要求1所述的导光单元，其中，所述第一入射面和第二入射面彼此邻接且具有不同的导光方向。
4.根据权利要求1所述的导光单元，其中，所述第一入射面用于将第一入射光部分朝向出光侧引导，所述第二入射面将第二入射光部分朝向所述第一反光侧上的反光面引导。
5.根据权利要求1所述的导光单元，其中，被引导向所述第一反光侧上的反光面的第一入射光部分或第二入射光部分具有10度至70度的发散角。
6.根据权利要求1所述的导光单元，其中，所述第一反光侧上的反光面为全反射型反光面。
7.根据权利要求1所述的导光单元，其中，所述第一反光侧上的反光面上设置有光学条纹。
8.根据权利要求1所述的导光单元，还包括与第一反光侧相对设置的第二反光侧，所述第二反光侧上设置有附加的反光面，所述第一入射面用于将第一入射光部分朝向所述附加的反光面引导，所述第二入射面将第二入射光部分朝向所述第一反光侧上的反光面引导。
9.根据权利要求8所述的导光单元，其中，所述第二反光侧上的附加反光面为全反射型反光面。
10.根据权利要求8所述的导光单元，其中，所述第二反光侧上的附加反光面上设置有光学条纹。
11.根据权利要求1所述的导光单元，其中，所述第一入射面和/或第二入射面在与沿第一方向的平面垂直的平面中具有外凸的截面形状。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的导光单元，其中，所述第一方向是所述导光单元的厚度方向。
13.根据权利要求1-11中任一项所述的导光单元，其中，所述导光单元的出光方向相对于入射光的光轴方向的倾角不大于75度。
14.一种光导装置，包括：多个并排设置于光导装置的受光侧上的、根据权利要求1-13中任一项所述的导光单元。
15.根据权利要求14所述的光导装置，其中所述光导装置由同种材料一体形成。
16.一种照明和/或信号指示设备，包括：
根据权利要求14或15所述的光导装置，
光源，用于为所述导光单元提供入射光。
17.根据权利要求16所述的照明和/或信号指示设备，还包括：
印刷电路板，
其中，所述光源包括并排设置在印刷电路板上的多个发光元件，每个发光元件与光导装置上的一个导光单元的入光侧相对，所述印刷电路板相对于导光单元的出光方向成不小于15度的夹角。
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