CN107152645A - 光扩散元件、照明装置以及机动车辆 - Google Patents

光扩散元件、照明装置以及机动车辆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光扩散元件、照明装置和机动车辆。所述光扩散元件包括：光入射部，位于光扩散元件的第一侧的中央部分，用于接收入射光；中央光反射部，位于光扩散元件的与第一侧相反的第二侧的中央部分；光出射部，位于光扩散元件的第二侧、中央光反射部两边的位置处，供光线从光扩散元件射出；和光引导部，位于光扩散元件的第一侧、光入射部两边的位置处，其中，所述中央光反射部配置成将来自光入射部的入射光至少部分地向光引导部反射，所述光引导部设有棱镜阵列，所述棱镜阵列配置成将被中央光反射部反射的光至少部分地朝向光出射部反射。

Description

光扩散元件、照明装置以及机动车辆
技术领域
本发明涉及光照明领域，尤其涉及一种光扩散元件、照明装置以及使用该照明装置的机动车辆。
背景技术
照明装置是工业生产和日常生活所必不可少的常用装置。然而，如今，在许多场合中对照明区域存在比较苛刻的要求。例如，在某些机动车辆照明的应用中或者LED照明的应用中，可能需要仅对于某个不规则的形状的照明区域进行均匀的照明，而传统的照明装置主要仅适应于对规则形状的区域进行照明。因此，这对于照明装置的灵活性和适应性提出了挑战。
为此，现有技术中存在对于能够适应于不同的照明区域形状的照明装置的需求。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种光扩散元件，其能够使照明装置适应于各种形状的照明区域的照明。
本发明的目的还在于提供一种照明装置，其具有该光扩散元件，能够满足不规则形状的照明区域的照明要求。
本发明的目的也在于提供一种具有该照明装置的机动车辆。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案通过以下方式来实现：
根据本发明的第一方面，提供一种光扩散元件，包括：
光入射部，位于光扩散元件的第一侧的中央部分，用于接收入射光；
中央光反射部，位于光扩散元件的与第一侧相反的第二侧的中央部分；
光出射部，位于光扩散元件的第二侧、中央光反射部两边的位置处，供光线从光扩散元件射出；和
光引导部，位于光扩散元件的第一侧、光入射部两边的位置处，
其中，所述中央光反射部配置成将来自光入射部的入射光至少部分地向光引导部反射，所述光引导部设有棱镜阵列，所述棱镜阵列配置成将被中央光反射部反射的光至少部分地朝向光出射部反射。
在一实施例中，所述棱镜阵列可以设置成以全反射方式对来自中央光反射部的光进行反射。
在一实施例中，所述棱镜阵列的棱镜反射表面与夹角A的角平分线所成的角度可以为80-100度，所述夹角A是出光轴线和光出射部的对应于该棱镜反射表面的光出射表面朝向光扩散元件的第一侧形成的夹角。
在一实施例中，所述棱镜的反射表面可以与夹角A的角平分线垂直。
在一实施例中，所述棱镜阵列、中央光反射部和光入射部可以基本上相互平行地延伸。
在一实施例中，所述中央光反射部可以由V形槽形成，其中V形槽的斜面构成中央光反射部的反射面。
在一实施例中，所述V形槽的斜面的方向可以配置成对来自光入射部的入射光进行全反射。
在一实施例中，所述V形槽的斜面与夹角B的角平分线所成的角度可以为80-100度，所述夹角B为光入射部上的光入射方向和光出射部的对应于该斜面的光出射表面朝向光扩散元件的第一侧形成的夹角。
在一实施例中，所述V形槽的斜面与夹角B的角平分线垂直。
在一实施例中，所述光出射部的光出射表面可以垂直于出光轴线或相对于出光轴线倾斜。
在一实施例中，所述光扩散元件可以由透光材料一体形成。
根据本发明的另一方面，提供一种照明装置，包括：
光源；
根据上述任一实施例所述的光扩散元件；以及
光导部件，所述光导部件将从光源发出的光引导到所述光扩散元件的光入射部。
在一实施例中，所述光导部件可以包括：
位于光导部件的一端的入光面，用于接收从光源发出的光；
出光面，位于光导部件的朝向光扩散元件的一侧；
出光引导面，位于光导部件的与出光面相反的一侧，
其中，进入光导部件的光在经过出光引导面的反射之后从出光面朝向光扩散元件的光入射部射出。
在一实施例中，所述出光引导面可以设有棱镜阵列，所述棱镜阵列以全反射方式将在光导部件中传递至出光引导面上的光反射向出光面。
在一实施例中，所述出光引导面上的棱镜阵列可以设置成使经由该棱镜阵列反射向出光面的光在出光面界面处不满足全反射条件以能够从出光面射出。
在一实施例中，所述出光引导面上的棱镜阵列的延伸方向可以与光扩散元件上的棱镜阵列的延伸方向基本上垂直。
在一实施例中，所述光导部件可以由导光棒、光导纤维或导光板制成。
根据本发明的另一方面，提供一种机动车辆，包括如上述任一实施例所述的照明装置。
本发明的上述技术方案中的至少一个方面能够通过设置中央光反射部和棱镜阵列的组合来以简化结构来实现高效和均匀的照明。根据本发明的光扩散元件、照明装置和机动车辆，可以适应于各种不同形状的照明区域的照明要求。
附图说明
图1-3示意性地示出根据本发明的一实施例的光扩散元件的工作原理；
图4示出根据本发明的一实施例的光扩散元件从光入射侧观察的示意图；
图5示出如图4所示的光扩散元件从光出射侧观察的示意图；
图6示出如图4所示的光扩散元件的示意性剖视图；和
图7示出根据本发明的一实施例的照明装置的示意图。
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1-3示意性地示出根据本发明的一实施例的光扩散元件100的工作原理。为了更好地说明光扩散元件100的工作原理，在图1-3中还示出了光导部件200。该光扩散元件100包括光入射部101、中央光反射部102、光出射部103以及光引导部104。光入射部101位于光扩散元件100的第一侧的中央部分，用于接收入射光。中央光反射部102位于光扩散元件100的与第一侧相反的第二侧的中央部分，用于将来自光入射部101的入射光至少部分地向光引导部104反射。光出射部103位于光扩散元件100的第二侧、中央光反射部102两边的位置处，供光线106从光扩散元件射出。光引导部104位于光扩散元件100的第一侧、光入射部101两边的位置处，用于将被中央光反射部12反射的光至少部分地朝向光出射部103反射。
如图1-3所示，光引导部104设有棱镜阵列1041，所述棱镜阵列1041用于将来自中央光反射部102的光至少部分地朝向光出射部103反射。作为示例，棱镜阵列1041可以设置成以全反射方式对来自中央光反射部102的光进行反射。这可以通过根据光扩散元件100的折射率、中央光反射部102的反射光的方向来设定棱镜阵列1041的棱镜反射表面的角度以使其满足全反射条件来实现。然而，这不是必须的，棱镜阵列1041也可以不以全反射方式来对光进行反射，例如可以通过设置金属反射层等方式来实现对光的反射。
借助于棱镜阵列1041，尤其是全反射棱镜阵列，可以使得光线均匀高效地从与各个棱镜对应的位置射出光扩散元件100。这样，既可以保证照明的均匀性，又可以获得良好的光学效率。
作为示例，棱镜阵列1041中的棱镜反射表面1042与图2中所示夹角A的角平分线1043所成的角度可以为80-100度，例如85度至95度，该夹角A是出光轴线107和光出射部103的对应于该棱镜反射表面1042的光出射表面1031(在图2的情形中该光出射表面1031与该棱镜反射表面1042都位于光入射部101的上方或下方)朝向光扩散元件100的第一侧(即光入射侧，图1-3中示出的左侧)的夹角。或者，棱镜阵列1041中的棱镜反射表面1042与夹角A的角平分线1043可以相互垂直。出光轴线107如图2和3所示，是指沿着光线106从光扩散元件100期望的出射方向的轴线，该出射方向通常指向光扩散元件100或照明装置的正前方。需要说明的是，光扩散元件100的出光轴线107与在光入射部101上的光入射方向108(例如光导部件200的出射光的光轴方向)不一定重合。
作为示例，棱镜阵列1041、中央光反射部102和光入射部101可以基本上相互平行地延伸。这尤其适合于对狭长形状的照明区域进行照明。
作为示例，中央光反射部102可以由V形槽形成，其中V形槽的斜面1021构成中央光反射部102的反射面。作为示例，V形槽的斜面1021的方向可以配置成对来自光入射部101的入射光进行全反射。这可以通过根据光扩散元件100的折射率、在光入射部101上的光入射方向来设定V形槽的斜面1021的方向以使其满足全反射条件来实现。然而，这不是必须的，V形槽的斜面1021也可以不以全反射方式来对光进行反射，例如可以通过设置金属反射层等方式来实现对光的反射。
中央光反射部102，例如V形槽，可以有效地实现将入射光向两边扩散。特别地，在采用来自非平行光源或者光导部件200的入射光时，由于非平行光源或者光导部件200发出的光都具有一定的发散角，中央光反射部102的反射面可以将在发散角以内的不同方向的入射光反射向两边远近不同的位置上，如图1所示。也就是说，利用入射光的角范围来对其进行扩散。这可以避免对光束的准直，可以简化光扩散元件100的结构。
在一示例中，所述V形槽的斜面1021与图3中示出的夹角B的角平分线109所成的角度为80-100度，例如85度至95度。夹角B是光入射部101上的光入射方向108和光出射部103的与该斜面1021相对应的光出射表面1031(在图2的情形中该光出射表面1031与该斜面1021都位于光入射部101的上方或下方)朝向光扩散元件100的第一侧(即光入射侧，图1-3中示出的左侧)的夹角。或者，V形槽的斜面1021与夹角B的角平分线109垂直，如图3所示。
本领域技术人员应当理解，本发明中的中央光反射部102不限于V形槽，例如可以采用梯形槽、弧形槽等，只要能够提供所需的中央光反射部102的光反射面即可。
在上述实施例中，光出射部103的光出射表面1031可以垂直于出光轴线107，也可以不垂直于出光轴线107，例如相对于出光轴线107倾斜。甚至在中央光反射部102两边的光出射表面1031可以具有彼此独立的方向以满足不同的照明要求。
作为示例，光扩散元件100可以由透光材料一体形成。
图4-6示出了光扩散元件100的一种具体示例。如图4和5所示，根据本发明的一实施例的光扩散元件100总体上具有类似“扫帚”状的不规则形状，在光入射侧示出有棱镜阵列1041和光入射部101，在光出射侧示出有中央光反射部102和光出射部103。由于所采用的中央光反射部102(如V形槽)和棱镜阵列1041的组合对于光扩散元件100的整体上的对称性、曲率变化都没有特定的要求，只要在每个横断面上能够满足如图1-3所示的要求即可。因此，光扩散元件100的整体上的形状可以是不规则的，甚至可以如图4和5所示在右上方的尾部处还可以存在一定的弯折和扭曲。例如，在光扩散元件100的各个平行的横断面上，各部分的尺寸可以不同。在单个横断面上，光入射部101两边的棱镜阵列1041也可以是不对称的，如图6所示。然而，根据本发明实施例的光扩散元件100不限于图4-6示出的示例，其可以具有各种对称的、不对称的、直的、弯的、规则的或不规则的形状。
本发明的实施例还提供一种照明装置300，如图7所示。该照明装置300包括：光源301，例如LED；如上任一实施例所述的光扩散元件100；以及光导部件200。光导部件200配置成将从光源301发出的光引导到光扩散元件100的光入射部101。
作为示例，光导部件200可以包括：位于光导部件200的一端的入光面201，用于接收从光源301发出的光；出光面202，位于光导部件200的朝向光扩散元件100的一侧；以及出光引导面203，位于光导部件200的与出光面202相反的一侧。进入光导部件200的光在经过出光引导面203的反射之后从出光面202朝向光扩散元件100的光入射部101(在图7中未示出)射出。
如上所述，光扩散元件100的光入射部100可以进行平直地或扭转地延伸，作为示例，光导部件200的出光面202也可以与光扩散元件100的光入射部100对应地进行平直地或扭转地延伸，从而使从光导部件200的出光面202射入到光扩散元件100的光入射部100的光保持一致。
作为示例，光导部件200的出光引导面203也可以设有棱镜阵列2031。该棱镜阵列2031以全反射方式将在光导部件200中传递至出光引导面203上的光反射向出光面202。由于出光引导面203上的棱镜阵列2031的结构与光扩散元件100上的棱镜阵列1041结构类似，因此在图7中没有示出棱镜阵列的具体结构。在图7中光线由箭头示意性地表示。
作为示例，出光引导面203上的棱镜阵列2031可以设置成使经由该棱镜阵列2031反射向出光面202的光在出光面界面处不满足全反射条件以能够从出光面202射出。
作为示例，出光引导面203上的棱镜阵列2031的延伸方向与光扩散元件100上的棱镜阵列1041的延伸方向基本上垂直。以这种方式，从光源301发出的光可以先在光导部件200中借助于出光引导面203上的棱镜阵列2031沿一方向被扩散或均匀化，而后再由光扩散元件100上的棱镜阵列1041在与该方向垂直的另一方向上进行扩散或均匀化。从而，光线在两个相互垂直的方向上都实现了扩散或均匀化以提高照明光在两维方向上的照明效果。
作为示例，光导部件200可以由导光棒、光导纤维或导光板制成。但光导部件200不限于此，其还可以由具有各种所需要的形状的现有技术已知的导光材质制成。光导部件可以具有圆柱形、长条形等各种形状。
本发明的实施例还提供一种机动车辆，该机动车辆包括根据任一上述示例中所述的照明装置300。
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 (18)

1.一种光扩散元件，包括：
光入射部，位于光扩散元件的第一侧的中央部分，用于接收入射光；
中央光反射部，位于光扩散元件的与第一侧相反的第二侧的中央部分；
光出射部，位于光扩散元件的第二侧、中央光反射部两边的位置处，供光线从光扩散元件射出；和
光引导部，位于光扩散元件的第一侧、光入射部两边的位置处，
其中，所述中央光反射部配置成将来自光入射部的入射光至少部分地向光引导部反射，所述光引导部设有棱镜阵列，所述棱镜阵列配置成将被中央光反射部反射的光至少部分地朝向光出射部反射。
2.根据权利要求1所述的光扩散元件，其特征在于，所述棱镜阵列设置成以全反射方式对来自中央光反射部的光进行反射。
3.根据权利要求2所述的光扩散元件，其特征在于，所述棱镜阵列的棱镜反射表面与夹角A的角平分线所成的角度为80-100度，所述夹角A是出光轴线和光出射部的对应于该棱镜反射表面的光出射表面朝向光扩散元件的第一侧形成的夹角。
4.根据权利要求3所述的光扩散元件，其特征在于，所述棱镜的反射表面与夹角A的角平分线垂直。
5.根据权利要求1所述的光扩散元件，其特征在于，所述棱镜阵列、中央光反射部和光入射部基本上相互平行地延伸。
6.根据权利要求1所述的光扩散元件，其特征在于，所述中央光反射部由V形槽形成，其中V形槽的斜面构成中央光反射部的反射面。
7.根据权利要求6所述的光扩散元件，其特征在于，所述V形槽的斜面的方向配置成对来自光入射部的入射光进行全反射。
8.根据权利要求7所述的光扩散元件，其特征在于，所述V形槽的斜面与夹角B的角平分线所成的角度为80-100度，所述夹角B为光入射部上的光入射方向和光出射部的对应于该斜面的光出射表面朝向光扩散元件的第一侧形成的夹角。
9.根据权利要求8所述的光扩散元件，其特征在于，所述V形槽的斜面与夹角B的角平分线垂直。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的光扩散元件，其特征在于，所述光出射部的光出射表面垂直于出光轴线或相对于出光轴线倾斜。
11.根据权利要求1-9中任一项所述的光扩散元件，其特征在于，所述光扩散元件由透光材料一体形成。
12.一种照明装置，包括：
光源；
根据权利要求1-11中任一项所述的光扩散元件；以及
光导部件，所述光导部件将从光源发出的光引导到所述光扩散元件的光入射部。
13.根据权利要求12所述的照明装置，其特征在于，所述光导部件包括：
位于光导部件的一端的入光面，用于接收从光源发出的光；
出光面，位于光导部件的朝向光扩散元件的一侧；
出光引导面，位于光导部件的与出光面相反的一侧，
其中，进入光导部件的光在经过出光引导面的反射之后从出光面朝向光扩散元件的光入射部射出。
14.根据权利要求13所述的照明装置，其特征在于，所述出光引导面设有棱镜阵列，所述棱镜阵列以全反射方式将在光导部件中传递至出光引导面上的光反射向出光面。
15.根据权利要求14所述的照明装置，其特征在于，所述出光引导面上的棱镜阵列设置成使经由该棱镜阵列反射向出光面的光在出光面界面处不满足全反射条件以能够从出光面射出。
16.根据权利要求14或15所述的照明装置，其特征在于，所述出光引导面上的棱镜阵列的延伸方向与光扩散元件上的棱镜阵列的延伸方向基本上垂直。
17.根据权利要求11-15中任一项所述的照明装置，其特征在于，所述光导部件由导光棒、光导纤维或导光板制成。
18.一种机动车辆，包括根据权利要求11-17中任一项所述的照明装置。
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