CN108780215A - Tir主体的布置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光学装置和包括光学装置的前照明组件。光学装置包括透明材料的主体16，其被布置为在至少一个光输入部分24a、24b处接收光。光的至少一部分由于全内反射在主体16的外表面28a、28b处被反射。提供不透明的壳体12，以至少部分地覆盖主体16。主体16由凸起30、36保持在壳体12中，凸起30、36布置为抵靠外表面28a、28b。

Description

TIR主体的布置
技术领域
本发明涉及一种光学装置和包括光学装置的前照明组件。特别地，本发明涉及一种光学装置，其包括透明材料的反射器主体。
背景技术
已知不同类型的光学装置，其可以接收从光源发射的光，并可选地修正光以发射期望性质的输出束。这种光学装置可以例如包括诸如透镜、反射器或准直器的光学元件。
一种已知类型的光学元件是TIR（全内反射）元件，例如透镜、反射器和/或准直器。TIR元件可以是光学透明材料的主体，包括光输入部分和光输出部分，光可以在光输入部分进入主体，光可以在光输出部分从主体内部发射。光在主体内部被引导。在主体的外表面处，光可以基于由主体的折射率与周围空间（例如空气）相比较的差异导致的全内反射的原理被反射。
EP 2327927 B1描述了用于光源、特别是LED的透镜元件。透镜元件包括具有边界表面的光传导材料的主体。该主体传导源自光源的光。由于边界表面处的全反射，光的部分被反射。
发明内容
可以认为一个目的在于提出例如用于在机动车辆中使用的光学装置、并且特别是前照灯，在该光学装置中包括透明主体的光学元件有效利用光源的光。
根据本发明的一方面，提出了根据权利要求1的光学装置和根据权利要求14的前照明组件。从属权利要求涉及优选实施例。
根据本发明的光学装置包括透明材料的主体。该主体包括至少一个光输入部分，可以通过该光输入部分接收光并在主体内部中传导。
由于全内反射（TIR），在光输入部分处接收的光的至少一部分可以在该主体的外表面处被反射。该主体可以因此被称为TIR主体。该TIR主体可以根据期望的光学目标来成形，例如为透镜、准直器和/或反射器。
特别地，TIR主体可以包括至少一个光输出部分，例如输出表面，可以在光输出部分处将从光输入部分接收并在主体内部引导的光传输到TIR主体的外面。光轴可以被定义在例如光输入表面的中心和光输出表面的中心之间。
发明人已经考虑到，在使用TIR主体将光的输入束变换为在光输出部分处发射的光的输出束时，可能存在位于不同位置处且处于不同角度下的从主体发射的散射光部分。为了避免这种散射光部分对光学装置的输出束的贡献，发明人提出了提供不透明壳体以至少部分覆盖TIR主体。可以提供壳体例如以部分地完全围绕主体，特别是针于垂直于光轴的方向。因此，从主体内部发射的散射光部分可以在不透明的壳体处吸收。
根据本发明，主体通过抵靠（abut against）主体的外表面布置的凸起保持在壳体内。
发明人已经考虑到，TIR主体和壳体之间的任何接触可以导致在各个位置处光学性质的改变。由于TIR主体的外表面处的反射的期望效应依赖于全内反射，周围介质的折射率和上釉角（glazing angle）的任何改变可能导致不希望的效应，诸如将光传输到TIR主体的外部或反射到不期望的方向。因此，在TIR主体中传导到光输出部分的光的发光强度可以通过在不期望的位置处耦合输出的光部分来降低。另外，将在TIR主体的光输出部分处发射的光束的束形状可能由于在壳体和TIR主体之间的接触点处所引起的效应而失真。
所提出的TIR主体通过抵靠外表面的凸起的在壳体内安装使接触最小化，并因此引起最小化的失真。
壳体可以包括壳体壁，其可以布置在距TIR主体一定距离处，例如平行于TIR主体的外表面。凸起可以从这些壳体壁延伸以建立该距离。凸起可以与壳体壁一体形成，例如形成塑料材料。
优选地，主体单独通过凸起的抵靠接触保持，例如使得凸起、或其头部抵靠外表面，而没有例如通过壳体壁的平面接触的TIR主体的附加固定。
在每个凸起和外表面之间的接触点可以例如为点状以使接触表面最小化。优选地，除单独通过压力外，凸起不固定至TIR主体，即没有胶合或各个形状的形锁合（form-locking）。
根据优选实施例，壳体可以包括至少上壳体部分和下壳体部分，使得TIR主体布置在两壳体部分之间。特别地，壳体可以由上半部和下半部构成。凸起可以布置在上壳体部分和下壳体部分二者处，延伸以抵靠TIR主体。上壳体部分和下壳体部分可以例如通过形状配合（form-fitting）元件以确保对准而连接，并且可以例如通过胶合、焊接或机械锁合而固定至彼此。例如，提供在一个壳体部分处的定位凸起可以被容纳在另一壳体部分处的定位保持件中。
可以提供凸起以从多于一个方向接触TIR主体。优选地，凸起可以被布置为从相对方向（诸如从上方和下方、从前方和后方和/或从两个侧面）接触TIR主体。例如，凸起可以从壳体壁的顶部和底部以及从其侧面部分延伸。
提供的凸起的数目和定位可以根据将保持的TIR主体的形状变化。尽管在一些实施例中，在上壳体部分和下壳体部分处布置的凸起数目可以不同，但在一些情况下优选在两侧提供相同数目的凸起。以这种方式，所导致的任何失真效应可以是对称的。
优选地，主体可以钳制在相对侧处抵靠外表面的凸起之间。术语“钳制”指的是以形状配合的方式定位主体，使得它在壳体中呈现为不动。为了避免由内应力导致的光学性质的改变，优选地避免、或至少最小化将凸起压靠在外表面的力。以这种方式，主体可以牢固地保持而不导致内应力。
优选的TIR主体可以特别地具有大体扁平的形状，即具有大于厚度（例如在TIR主体的高度方向的延伸）的两倍、优选地大于厚度的四倍的宽度和/或长度。
TIR主体的上表面部分和下表面部分可以是基本上扁平的。两个表面部分可以是基本上平面且平行的。特别优选的是，布置TIR主体使得凸起和外表面之间的接触区域至少基本上布置在两平面、优选地平行平面之间。特别地，两平面可以至少基本上平行于光轴。
光学装置还可以包括除TIR之外的其他光学元件。特别地，可以布置至少一个透镜元件，以接收在输出部分处从TIR主体发射的光。透镜元件也可以通过与TIR主体相同的壳体保持，以实现低部件数量。特别地，透镜可以保持在不同壳体部分之间，例如钳制在上壳体部分和下壳体部分之间。壳体可以包括开口，可以通过该开口发射光。透镜元件可以被提供在壳体的这种开口中。
优选地，接触TIR主体的凸起的数目相对较小以降低失真。例如，TIR主体可以通过来自每侧的仅一个或两个凸起来保持。然而，如将关于优选实施例示出的，TIR主体的形状可以更复杂，且包括不止一个、而是两个或更多个光输入部分（以及优选地定义多个光轴的各个光输出部分）。一般地，优选每输入部分提供2-12个凸起，优选地4-8个。对于包括上部分和下部分的壳体，每输入部分可以提供在每个壳体部分上的1-6个并且优选地3-4个凸起。
在优选实施例中，凸起可以具有至少基本上圆柱形，例如具有圆形或其他横截面形状。可替换地，凸起可以形状不同，例如为扁平翼片（fin）、圆锥或金字塔形。它们可以布置例如至少基本上垂直于光轴地延伸。特别优选提供具有头部的凸起，头部优选地比柄部（shaft）细，包括例如圆状或至少部分逐渐变细的形状以减小接触面积。被布置为接触TIR主体的凸起的顶部区域可以例如是平面（但优选地小于凸起柄的横截面）或者具有凸形形状。凸起可以布置为至少基本上垂直于壳体壁。
根据本发明的光学装置可以特别地用于前照明组件中，即将被用作车辆的前部照明。可以使用不同类型的光源，诸如例如一个或多个LED元件或激光照明元件（例如被布置为由一个或多个激光束源激活的一个或多个磷光体元件）。从光学装置的输出部分发射的光可以直接用作前部照明束，或者可以提供附加的光学元件（诸如例如一个或多个透镜）以进一步更改束形状。
本发明的这些和其他方面将从后续描述的实施例中变得清楚并通过对其的参考得以阐明。
附图说明
在附图中，
图1示出了根据本发明的实施例的前照明组件的透视图；
图2示出了其中上壳体部分被取下的前照明组件的俯视图；
图3示出了根据图1、图2的前照明组件中的TIR主体中反射的光束示意性部分视图；
图4示出了根据图1、图2的前照明组件的透视分解视图。
具体实施方式
图1以透视图示出了前照明组件10。前照明组件包括壳体12，壳体12包括上壳体部分12a和下壳体部分12b。
在前照明组件10的前部提供由壳体12保持的双透镜元件14。
图2示出了示出了其中上壳体部分12a被取下的前照明组件10的俯视图。如所示，TIR主体16被布置在壳体12中。TIR主体16的输入准直部分22a、22b通过壳体12的开口凸出，使得光输入表面24a、24b被布置在两个LED光源18a、20a的前方，两个LED光源18a、20a被提供在电路板20a、20b上。
TIR主体16由两个形状基本上相同的元件16a、16b并排布置构成。TIR元件16a、16b中的每一个包括准直器部分22a、22b，准直器部分22a、22b包括与各个LED光源18a、18b相对布置的光输入表面24a、24b。在每个TIR元件16a、16b的相对端，布置有弯曲光输出表面26a、26b的形状的光输出部分。
如图2中示意性示出的，来自LED光源18a、18b的光通过输入准直器22a、22b处的输入表面24a、24b，进入TIR主体16的TIR元件16a、16b中的每一个。光在TIR主体16中被内部引导，使得在光输出表面26a、26b处发射束。所发射的束由双透镜元件14投射以形成光照束。
图3示意性地示出了光在固体透明TIR主体16中是如何被传导的。如示意性示出的，由于全内反射，在TIR主体16中所引导的光由于全内反射在TIR主体16的上外表面和下外表面28a、28b处被反射。
TIR主体16的形状也在图4的分解视图中示出。如所描述的，TIR主体16是大体扁平形状的，该大体扁平形状具有大体平面的上表面和下表面。技术人员将理解，在这里示出TIR主体16的上表面和下表面28a、28b的扁平形状，以更容易理解与TIR主体16的安装相关的本发明的中心方面，而在实际实施例中，形状可以根据光学考虑而不同，例如提供有凸出或凹入部分。因此，在这里称之为“大体平面”和“大体平行”的上表面和下表面可以在实际实施例中具有更复杂的形状，以实现期望的光学效应，其具体细节在本发明的范围之外。
在LED 18a、18b的操作中，TIR主体16用于实现将通过透镜14发射的车辆前照光的期望的束形状和强度分布。尽管来自LED 18a、18b的光的主要部分如图3中示意性示出的那样在TIR主体16的内部中被引导并在其外表面28a、28b处被反射，但是一般将存在从TIR主体16内部发射的光的某些散射部分，诸如图3中以点划线示意性指示的。这种在光输出表面26a、26b外侧的位置处发射的散射光部分被壳体12吸收。
如图所示，壳体12包括壳体壁38a、38b，多个凸起30从壳体壁38a、38b延伸向TIR主体的方向。示例中示出的凸起30是具有圆形横截面的圆柱形的。它们与壳体12一体形成，以从壳体壁38a、38b基本上垂直地延伸。
如图3中所示，凸起30因此在TIR主体16的外表面28a、28b和基本上平行的壳体壁38a、38b之间建立一距离。如示例中所示出，凸起30具备圆状头部32。
如图所示，上壳体部分和下壳体部分12a、12b二者都具备凸起30。TIR主体16因此由凸起30保持，凸起30从上方和下方（即从相对的方向）用其头部32抵靠外表面28a、28b。此外，提供从壳体12的侧壁部分凸出、从相反方向接触TIR主体16以建立TIR主体16的限定位置的凸起36。可以提供其他凸起（图2中未示出）以从不同方向（诸如前方和后方）抵靠TIR主体16，使得它在所有轴上牢固地定位。
凸起彼此间隔开。在所示出的示例中，在每个壳体部分12a、12b上提供七个上凸起和下凸起。凸起30、36的头部32是壳体12和TIR主体16之间仅有的接触点。因此，壳体部分对TIR主体的外表面28a、28b的接触表面被最小化。由于圆状头部32，每个凸起30、36仅引起点状接触区域。因此，对于TIR主体16的光学性质的任何影响被最小化。此外，由于在两侧提供相同数目的凸起，光学性质的任何影响将是至少基本上对称的。
TIR主体16和透镜14二者都固定在壳体部分12a、12b之间。壳体部分12a、12b在彼此上方的对准是通过在上壳体部分和下壳体部分12a、12b的角部中提供的形状配合的元件34实现的。
应注意，上面提及的实施例说明而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不偏离所附权利要求的范围的情况下，设计许多替代实施例。例如，上述凸起的数目和形状、以及TIR主体的形状可以不同。在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。词语“包括”不排除存在除权利要求中所列出的元件或步骤之外的元件或步骤。元件前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这种元件。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实并不表示这些措施的组合不能用于获益。

Claims (15)

1.一种光学装置，包括
- 透明材料的主体（16），被布置为在其至少一个光输入部分（24a、24b）处接收光，以由于全内反射而在所述主体（16）的外表面（28a、28b）处反射所述光的至少一部分，并且在至少一个光输出部分处向外发光，
其中所述主体是大体扁平的且被成形以实现光学效应，
其中所述主体的外表面包括基本上为平面和/或平行的上表面部分和下表面部分，以及
- 不透明壳体（12），以至少部分地覆盖所述主体（16），所述主体（16）由凸起（30、36）保持在所述壳体（12）中，所述凸起（30、36）被布置为抵靠所述外表面（28a、28b）。
2.根据权利要求1所述光学装置，其中
- 所述壳体（12）包括至少上壳体部分和下壳体部分（12a、12b），所述主体（16）被布置在所述上壳体部分和下壳体部分（12a、12b）之间，
- 其中，凸起（30、36）被布置在所述上壳体部分和下壳体部分（12a、12b）二者处，延伸以抵靠所述主体（16）。
3.根据权利要求2所述的光学装置，其中
- 所述壳体部分（12a、12b）通过一个或多个形状配合的元件（34）连接。
4.根据前述权利要求中任一项所述的光学装置，其中
- 所述壳体（12）包括布置在距所述主体（16）一距离处的壳体壁（38a、38b），所述凸起（30、36）被布置在所述壳体壁（38a、38b）和所述主体（16）之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的光学装置，其中
- 所述主体（16）被钳制在所述凸起（30、36）之间，所述凸起（30、36）在相对侧抵靠所述表面（28a、28b）。
6.根据前述权利要求中任一项所述的光学装置，其中
- 多个所述凸起（30）和所述外表面（28a、28b）之间的接触区域至少基本上布置在两平面中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的光学装置，其中
- 至少一个透镜元件（14）被布置为接收在所述主体（16）的输出部分（26a、26b）处从所述主体（16）发射的光。
8.根据权利要求7所述的光学装置，其中
- 所述透镜元件（14）被提供在所述壳体（12）的开口中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的光学装置，其中
-所述主体（16）包括所述光输入部分（24a、24b）中的一个或多个，
- 并且所述壳体（12）包括每输入部分2-12个的所述凸起（30）。
10.根据前述权利要求中任一项所述的光学装置，其中
- 所述壳体（12）包括至少上壳体部分和下壳体部分（12a、12b），所述主体（16）被布置在所述上壳体部分和下壳体部分（12a、12b）之间，
- 其中每输入部分（24a、24b）的1-6个凸起（30）被布置在所述上壳体部分（12a）处，且每输入部分（24a、24b）的1-6个凸起（30）被布置在所述下壳体部分（12b）处。
11.根据前述权利要求中任一项所述的光学装置，其中
- 所述凸起（30、36）具有至少基本上圆柱形。
12.根据前述权利要求中任一项所述的光学装置，其中
-所述凸起（30、36）被提供有圆状或至少部分逐渐变细的头部（32），所述头部布置为抵靠所述外表面（28a、28b）。
13.根据前述权利要求中任一项所述的光学装置，其中
- 所述主体（16）仅由所述凸起（30、36）保持，不接触所述壳体（12）的其他部分。
14.一种前照明组件，包括
- 至少一个光源（18a、18b），
- 以及根据前述权利要求任一项所述的光学装置（10），所述光学装置（10）被布置为接收在所述输入部分（24a、24b）处接收来自所述光源（18a、18b）的光。
15.根据权利要求14所述的前照明组件，其中
- 所述光源（18a、18b）包括至少一个LED元件或至少一个激光照明元件。
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