CN106918009B - 一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统 - Google Patents

一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统 Download PDF

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Abstract

一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统，该系统以LED作为输入光源，光线由入射面(1)进入该系统并在全反射面(2)作用下转换均匀分布到出射面(3)，最终通过出射面(3)均匀发出。本系统所需纵向空间较小，可以获得较大面积的均匀发光面，且只需要一颗LED，从而可以实现具备较小的结构空间、多变的造型和前后分明的层次感，比肩OLED的均匀发光面光源。

Description

一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统
技术领域
本发明涉及一种车载信号灯光学装置，具体地，涉及一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统。
背景技术
在进入LED光源之前，车灯光源都是灯泡状的，很难做到均匀发光的面光源。随着LED技术的进步，信号灯逐渐进入LED时代。起初LED光源的信号灯多以LED配合反射面，形成直射式或者反射式面光源。这种形式的灯具往往能看到一个个独立的LED单元腔体甚至是点状发光的LED本身，因此均匀性不是很好。于是配合厚壁注塑内配光镜的LED发光形式逐渐得到发展，此类灯具虽然在效率上比反射面式的有一定的提高，但是均匀性仍不够理想，并且发光面积相较反射式还有所减小。
因此LED直射式或者反射式配合散射体或者皮纹内配形成的光学系统应运而生，虽然从点灯效果上看能够达到较为均匀的视觉效果，但是其发光形式只能是二维的、平面化的，无法做到OLED面光源较小的结构空间、多变的造型及其前后分明的层次感。
因为采用这种方案的灯具一般需要较深的结构空间，用以布置在散射材料内配光镜背后的LED和反射镜等组件。
随着LED技术及相关车灯设计的成熟，各大车灯厂开始将目光投向OLED光源，期望掀起车灯领域的又一次革命。OLED光源相较于传统需要二次配光的LED光源来说，OLED平面发光属于各向同性的自发光，表面各点的亮度几乎一致，并且纵深尺寸超薄，能够根据造型的需要制作出各种复杂的造型，设计时只要多片OLED前后层叠配置，就可以体现出一种很强的立体感。
然而OLED寿命大约只有1万个小时(实验室恒温、恒湿、稳态条件下)，比起LED的10万个小时的寿命短很多，其次，OLED在抗振动、耐温能力及耐湿性等可靠性方面也不如LED。其中，尤其是因为其使用温度严格、苛刻，OLED的耐温能力远不及LED，且OLED目前成本非常昂贵，因此其作为车灯光源的前景也不是十分明朗。
然而，OLED面光源的均匀性和层次感还是有其独特特点和技术优势。
因此我们希望利用LED光源实现一种比肩OLED的均匀薄片式面光源，并且成本要远低于现有OLED水平。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：当前LED配合散射材料或者皮纹内配的光学系统，虽然从点灯效果上看能够达到较为均匀的视觉效果，但是需要较深的结构空间布置LED和反射镜等组件，无法做到OLED面光源较小的结构空间、多变的造型和前后分明的照明层次感。本发明的目的在于提供一种全新的车载信号灯光学系统，该光学系统可以获得可以比肩OLED的均匀较大发光面，同时具备较小的结构空间、多变的造型和前后分明的照明层次感。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
.一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统，包括入射面(1)、全反射面(2)及出射面(3)，其特征在于：
入射面(1)对LED发射的光线进行能量再分配，并通过形成入射面(1)的自由曲面的折射，将所收集的原本呈高斯分布的LED光线均匀分布到全反射面(2)上，在全反射面(2)的全反射作用下，LED发射的光线均匀分布到出射面(3)，并通过出射面(3)均匀发出，形成均匀的面发光点灯。
根据本发明所述一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统，其特征在于：
全反射面(2)由基面和设置于所述基面上的多个台阶小平面组成，所述基面为与入射面(1)匹配的自由曲面。
根据本发明所述一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统，其特征在于：单个台阶小平面尺寸大小为0.25-0.8mm*0.25-0.8mm。
根据本发明，优选的是，单个台阶小平面尺寸大小为0.25-0.55mm*0.25-0.55mm。
根据本发明，优选的是，单个台阶小平面尺寸大小为0.30mm*0.30mm。
根据本发明所述一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统，其特征在于：
所述台阶小平面以倾斜状设置于所述基面上，其倾斜角度与入射到该台阶小平面的光线夹角保持不变。
这样，确保台阶小平面全反射后的光线朝向一致。
根据本发明所述一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统，其特征在于：
在入射面(1)和台阶小平面上设置光学皮纹。
根据本发明所述一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统，其特征在于：
所述光学皮纹为VDI系列皮纹。
根据本发明所述一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统，其特征在于：
所述面发光系统为截面为尺寸渐减的坡形或楔形板片状，所述入射面设置于所述面发光系统的一光线入射端，所述全反射面和出射面以放射状分别形成于板片状面发光系统的二板片状侧面，
所述板片状面发光系统自光线入射端至放射状形成于板片状面发光系统二板片状侧面，所述板片状的截面为尺寸渐减的坡形或楔形。
根据本发明所述一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统，其特征在于：
所述板片状面发光系统的入射端处的截面厚度为5-10mm，所述板片状面发光系统的远离入射端、以放射状分别形成于板片状面发光系统的二板片状侧面的远端边缘之间的厚度为2-4mm。
根据本发明所述一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统，其特征在于：
所述板片状面尺寸为35-40mm*35-40mm。
根据本发明所述一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统，其特征在于：
所述板片状面发光系统光线入射端为一缺口形，所述入射面为形成于缺口的全反射面一侧、以一定角度倾斜于全反射面设置的凹弧形入射面。
根据本发明所述一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统，其特征在于：
所述板片状面发光系统光线入射端为一圆形缺口。
根据本发明所述一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统，其特征在于：
所述板片状面发光系统侧面上设置皮纹。
根据本发明所述一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统，为了提高与出射面(3)相交的侧面发光均匀性，可以在这些侧面上添加皮纹。LED发出的光线由入射面(1)进入该系统并在全反射面(2)全反射作用下均匀分布到出射面(3)上，最终通过出射面(3)均匀发出，形成均匀点灯的面发光系统。
收集LED光线的面(1)对LED发射的光线具有能量再分配作用，将原本呈高斯分布的LED光线均匀地分布到全反射面(2)上。为了使全反射面(2)获得均匀能量分布，其所在的基面为与入射面(1)匹配的自由曲面。
全反射面(2)是由多个台阶小平面组成的，每个台阶小平面与入射到该台阶小平面的光线的夹角保持不变，这样确保台阶小平面全反射后的光线朝向一致。
本发明的有益效果是：
1.本发明利用了光学二次配光，可以获得可以比肩OLED的较大面积均匀发光面光源；
2.本发明光学系统由于纵向空间较小，可以获得较小的结构空间、多变的造型和前后层次感分明的面光源；
3.本光学系统多个标准件组合在一起可以实现信号灯中的尾灯、制动灯、转向灯等功能，具有较强的通用性；
附图说明
图1为本发明的光学系统结构的前视立体图；
图2为本发明光学系统结构的等轴视图；
图3为本发明光学系统结构的光线入射端部放大示意图；
图4是本发明光学系统结构的光线传输示意图；
图5是本发明光学系统结构横断面处及其光线传输示意图。
图中：1-入射面，2-全反射面，3-出射面。
具体实施方式
为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步地详细描述。
实施例
一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统，包括入射面(1)、全反射面(2)及出射面(3)。入射面(1)对LED发射的光线进行能量再分配，并通过形成入射面(1)的自由曲面的折射，将所收集的原本呈高斯分布的LED光线均匀分布到全反射面(2)上，在全反射面(2)的全反射作用下，LED发射的光线均匀分布到出射面(3)，并通过出射面(3)均匀发出，形成均匀的面发光点灯。
所述全反射面(2)由基面和设置于所述基面上的多个尺寸大小为0.25-0.55mm*0.25-0.55mm的台阶小平面组成，所述基面为与入射面(1)匹配的自由曲面。
所述面发光系统为截面为尺寸渐减的坡形或楔形板片状，所述板片状面尺寸为35-40mm*35-40mm。所述入射面设置于所述面发光系统的一光线入射端，所述全反射面和出射面以放射状分别形成于板片状面发光系统的二板片状侧面，所述板片状面发光系统自光线入射端至放射状形成于板片状面发光系统二板片状侧面，所述板片状的截面为尺寸渐减的坡形或楔形。
所述板片状面发光系统的入射端处的截面厚度为5-10mm，所述板片状面发光系统的远离入射端、以放射状分别形成于板片状面发光系统的二板片状侧面的远端边缘之间的厚度为2-4mm。
所述板片状面发光系统光线入射端为一圆形缺口形，所述入射面为形成于缺口的全反射面一侧、以一定角度倾斜于全反射面设置的凹弧形入射面。
如图4，图5所示，LED光线由入射面(1)进入该系统并在全反射面(2)作用下转换均匀分布到出射面(3)，最终通过出射面均匀发出。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的技术方案，而并非用作为对本发明的限定，任何基于本发明的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统，所述面发光系统为一均匀薄片式面光源，包括入射面(1)、全反射面(2)及出射面(3)，其特征在于：
入射面(1)对LED发射的光线进行能量再分配，并通过形成入射面(1)的自由曲面的折射，将所收集的原本呈高斯分布的LED光线均匀分布到全反射面(2)上，
在全反射面(2)的全反射作用下，LED发射的光线均匀分布到出射面(3)，
并通过出射面(3)均匀发出，形成均匀的面发光点灯，
全反射面(2)由基面和设置于所述基面上的多个台阶小平面组成，所述基面为与入射面(1)匹配的自由曲面，
所述面发光系统为截面为尺寸渐减的坡形或楔形板片状，所述入射面设置于所述面发光系统的一光线入射端，所述全反射面和出射面以放射状分别形成于板片状面发光系统的二板片状侧面，
所述板片状面发光系统自光线入射端至放射状形成于板片状面发光系统二板片状侧面，所述板片状的截面为尺寸渐减的坡形或楔形，
所述板片状面尺寸为35-40mm*35-40mm，
每个台阶小平面与入射到该台阶小平面的光线的夹角保持不变。
2.如权利要求1所述一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统，其特征在于：单个台阶小平面尺寸大小为0.25-0.8mm*0.25-0.8mm。
3.如权利要求2所述一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统，其特征在于：
所述台阶小平面以倾斜状设置于所述基面上，其倾斜角度与入射到该台阶小平面的光线夹角保持不变。
4.如权利要求1所述一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统，其特征在于：
在入射面(1)和台阶小平面上设置光学皮纹。
5.如权利要求4所述一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统，其特征在于：
所述光学皮纹为VDI系列皮纹。
6.如权利要求1所述一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统，其特征在于：
所述板片状面发光系统的入射端处的截面厚度为5-10mm，所述板片状面发光系统的远离入射端、以放射状分别形成于板片状面发光系统的二板片状侧面的远端边缘之间的厚度为2-4mm。
7.如权利要求1所述一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统，其特征在于：所述板片状面发光系统光线入射端为一缺口形，所述入射面为形成于缺口的全反射面一侧、以一定角度倾斜于全反射面设置的凹弧形入射面。
8.如权利要求1所述一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统，其特征在于：所述板片状面发光系统光线入射端为一圆形缺口。
9.如权利要求1所述一种实现车载信号灯均匀点灯的面发光系统，其特征在于：所述板片状面发光系统侧面上设置皮纹。
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