CN108800052A - 一种光导及具有该光导的车灯 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光导，包括设于所述光导底部的耦合部、与所述耦合部连接的转折部及与所述转折部连接的出射部，所述耦合部包括：第一入射面，设于所述耦合部的底部，平行于一第一方向的纵截面为拱形；第二入射面，为两组设于所述耦合部的内侧面，分别与所述第一入射面的两端相连接，将所述第一入射面夹在中间；第一反射面，为两组设于所述耦合部的外侧面，分别与所述第二入射面相对应；所述转折部包括：至少一第二反射面，为自由曲面，连接所述耦合部与所述出射部的外表面；所述出射部包括：至少一出射面。采用上述技术方案后使光源的光均匀出射，同时确保光的强度满足要求；降低车灯成本及发热量。

Description

一种光导及具有该光导的车灯

技术领域

本发明涉及车辆照明领域，尤其涉及一种光导及具有该光导的车灯。

背景技术

光导是对光源发出的光的传播进行作用以改变其光学特性的部件，在车灯中广泛应用。车灯的信号灯功能不但要满足法律法规，还要具有较好的光学美观效果，外观上既看起来晶莹剔透，又能对灯内结构进行遮挡。特别是某些功能的车灯需用同一根光导实现日间行车灯和位置灯功能，在满足法规亮度要求的前提下，要保证光的均匀性，而日间行车灯功能要求的发光强度很高，但是为了实现的光的均匀，无疑会降低发光强度，两者相反。此外，考虑车灯的成本和发热量，车灯内的LED光源的数量和功率不能很多和很高。

因此，需要设计一种新的光导，既能保证发光强度，又能保证光的均匀性，同时在有限的空间内保证车灯发热量不会很高。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种光导及具有该光导的车灯，通过将光源发出的光多次反射并发散，使得光更加均匀。

本发明公开了一种光导，包括设于所述光导底部的耦合部、与所述耦合部连接的转折部及与所述转折部连接的出射部，所述耦合部包括：第一入射面，设于所述耦合部的底部，平行于一第一方向的纵截面为拱形；第二入射面，为两组设于所述耦合部的内侧面，分别与所述第一入射面的两端相连接，将所述第一入射面夹在中间；第一反射面，为两组设于所述耦合部的外侧面，分别与所述第二入射面相对应；所述转折部包括：至少一第二反射面，为自由曲面，连接所述耦合部与所述出射部的外表面；所述出射部包括：至少一出射面；与所述第一入射面对应布设的光源发出的光包括第一部分光和第二部分光，其中第一部分光由所述第一入射面入射，沿一第二方向传播，再经所述第二反射面全反射后沿一第三方向由所述出射面出射；第二部分光由所述第二入射面入射，被所述第一反射面全反射后沿所述第二方向传播，再被所述第二反射面全反射后沿所述第三方向由所述出射面出射；所述第一方向、第二方向及第三方向互相垂直；所述第二反射面的反射边界由所述第一反射面及所述出射面分别在所述第二方向及第三方向上的投影的区域决定。

优选地，所述第一入射面的与所述第一方向平行的纵截面为一弧线，所述弧线与所述光源的距离自弧线顶部至两端缘逐渐变小。

优选地，所述第一入射面包括与所述一对第二入射面分别对应的两个入射面单元，所述入射面单元沿第一方向延伸。

优选地，所述第二反射面由至少一个反射面单元组成，每一反射面单元对应所述出射面的一个出射面单元，所述反射面单元的角度使得入射至所述反射面单元的沿所述第二方向传播的光被全反射为沿所述第三方向传播，并朝对应的所述出射面单元出射；所有反射面单元连续衔接形成自由曲面。

优选地，所述第二反射面使得由所述第一入射面入射的第一部分光被所述第二反射面全反射后相互平行，沿第三方向出射。

优选地，所述第一反射面为朝向所述耦合部凹陷的自由曲面。

优选地，所述耦合部呈倒锥形。

优选地，所述第二反射面在第三方向上的投影小于或等于所述出射面在第三方向上的投影。

优选地，所述第二反射面在所述第二方向上的投影大于或等于所述第一反射面在所述第二方向上的投影。

本发明还公开了一种车灯，包括上述的光导，及与所述第一入射面对应的光源。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.使光源的光均匀出射，同时确保光的强度满足要求；

2.降低车灯成本及发热量。

附图说明

图1为符合本发明一实施例中光导的立体图；

图2为图1中光导的仰视图；

图3为图1中光导的侧视图；

图4为图3中A-A截面的示意图；

图5为图4中A-A截面的光路示意图；

图6为图5中A-A截面的光路原理图；

图7为图1中光导的纵截面图；

图8为图7中纵截面的局部结构示意图；

图9为图8中纵截面的局部光路示意图；

图10为图7中纵截面的光路示意图；

图11为图1中光导的另一侧视图；

图12为图11中C-C截面的示意图；

图13为图1中光导的应用示意图。

附图标记：

100-耦合部、110-第一入射面、111-入射面单元、120-第二入射面、130-第一反射面、200-转折部、210-第二反射面、300-出射部、310-出射面、400-光源、500-PCB板。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

参阅图1、图7及图13，为符合本发明一实施例中光导的立体图、纵截面图和应用示意图。所述光导包括：

-耦合部100

所述耦合部100设于所述光导的底部，接收设于PCB板500上的光源400发出的光，图7及图10中标出了所述光源400的位置，即设于所述耦合部100的正下方，所述光源400可以是LED。所述耦合部100可以是倒锥形，其作用是将所述光源400发出的光进行耦合准直，是光导领域常用的结构。

-转折部200

所述转折部200与所述耦合部100连接，在图1及图13中表示为倾斜状的连接部位，用于改变来自所述耦合部100的光的传播方向。所述转折部200包括一第二反射面210，为倾斜状的自由曲面，连接所述耦合部100与下文所述出射部300的外表面，用于反射来自所述耦合部100的光。

-出射部300

所述出射部300与所述转折部200连接，引导光出射。所述出射部300可以是长方体形状。所述出射部300包括一出射面310，光自所述出射面310出射。所述出射面310上可根据功能需求设置条状或枕状花纹。

参阅图2，为图1中光导的仰视图，可以看到所述耦合部100的具体结构，所述耦合部100包括：

-第一入射面110

所述第一入射面110设于所述耦合部100的底部，包括两个入射面单元111。所述光源400布设于所述第一入射面110正下方，其发出的光可通过所述第一入射面110入射至所述光导内。所述第一入射面110平行于一第一方向的纵截面为拱形，详见图3及图4，图4为图3中A-A处的截面。图4展示的A-A截面即平行于所述第一方向的纵截面，所述第一方向为图3中垂直于屏幕所在平面的方向，也就是垂直于所述光导侧面的方向。可以看到，所述第一入射面110在图4中为A-A截面上的一段向上凸起的拱形弧线。

进一步地，为了使所述光源400发出的光能够均匀入射至所述光导内，所述弧线与所述光源400的距离自弧线顶部至两端缘逐渐变小。其光路原理在图5及图6中体现，因为LED光源本身为具有中间亮周边暗的特性，所以必须采用上述的结构来抵消这种特性，最终才能保证出射的光较为均匀。由LED的发光特性可知，假设图6中a处单位面积的光的量为1，那么b处单位面积的光的量cosθ,为了使b处接收到的光线无限接近1，只能将曲面A的a处远离所述光源400，而b处尽量靠近所述光源400的中心，即b处与所述光源400的中心的距离为a处与所述光源400的中心的距离乘以cosθ，随着θ角度的增大，所述第一入射面110的末端最接近所述光源400的中心，最终得到一自由曲面，即为所述第一入射面110。在本发明其他实施例中，也可不按照公式cosθ设计上述距离，只需保证第一入射面110与光源400的距离自顶部至两端逐渐减小即可。上述结构使得进入所述光导的光强度变得均匀。

-第二入射面120

所述第二入射面120在图8中示出，为两组设于所述耦合部100的内侧面，分别与所述第一入射面110的两端相连接，将所述第一入射面110夹在中间。两个入射面单元111分别于两组所述第二入射面120对应，所述入射面单元111沿所述第一方向延伸，并在A-A截面处衔接。

-第一反射面130

所述第一反射面130为为两组设于所述耦合部100的外侧面，分别与所述第二入射面120相对应。

参阅图8，为图7中纵截面的局部结构示意图，图7所示纵截面与所述第一方向垂直。从图8中可以看到所述第一入射面110朝向底部，由于图7的截取方向与A-A截面垂直，因此无法看到所述第一入射面110的向上凸起的拱形弧线，而是看到与所述第一方向垂直的纵截面上的曲线。所述第一入射面110的两边为接近竖直方向的第二入射面120，所述第二入射面120实际上为所述耦合部100的内侧面，不暴露在所述耦合部100外部。与所述第二入射面120相应地设有两组第一反射面130，形成所述耦合部100的外侧面。图8中还示出了所述第二反射面210，与所述第一入射面110、第二入射面120、第一反射面130共同作用改变光的传播方向。

参阅图9及图10，为图8中各光学面的光路示意图及图7中纵截面的光路示意图，所述光源400发出的光包括第一部分光和第二部分光，其中第一部分光由所述第一入射面110入射，沿一第二方向传播，再经所述第二反射面210全反射后沿一第三方向由所述出射面310出射。需要注意的是，自所述第一入射面110入射的第一部分光并不严格按照平行于所述第二方向传播，而是大致朝着所述第二方向指示的方向传播，只要能到达所述第二反射面210即可，所述第二部分光可在A-A截面上呈扇形发散。所述第二部分光由所述第二入射面120入射，被所述第一反射面130全反射后沿所述第二方向传播，再被所述第二反射面210全反射后沿所述第三方向由所述出射面310出射。所述第二方向即图9中竖直向上的方向，所述第三方向即图9中水平向右的方向，所述出射面310可垂直于所述第三方向。所述第一方向、第二方向及第三方向互相垂直，实际上上述三个方向构成了立体空间的三个坐标轴。

所述第二反射面210的反射边界由所述第一反射面130及所述出射面310分别在所述第二方向及第三方向上的投影的区域决定。也就是说，所述第二反射面210的作用范围，应当能够接收到来自所述第一反射面130的光，并能够使被所述第二反射面210反射后的光从所述出射面310出射，保持光路的连续性，确保所述光源400发出的光尽可能多的由所述出射面310出射，提升光照强度，减少光能损失。

具体地，所述第二反射面210在第三方向上的投影小于或等于所述出射面310在第三方向上的投影。这样保证被所述第二反射面210反射后的光按照所述第三方向传播后均能到达所述出射面310的范围内。所述第二反射面210在所述第二方向上的投影大于或等于所述第一反射面130在所述第二方向上的投影。这样可保证被所述第一反射面130反射的第二部分光沿所述第二方向传播后均能被所述第二反射面210反射。以上区域范围的设置可使得所述光源400发出的光被最大程度地利用，使光能损失降到最小。这样以来，在满足同样光学强度的情况下，与现有技术相比，本发明对光源的利用效率高，可是当减少光源中LED的数量，减少发热及能耗。

作为所述光导的进一步改进，所述第二反射面210由至少一个反射面单元组成，每一反射面单元对应所述出射面310的一个出射面单元，所述反射面单元的角度使得入射至所述反射面单元的沿所述第二方向传播的光被全反射为沿所述第三方向传播，并朝对应的所述出射面单元出射。上述描述从微元结构的角度描述所述第二反射面210的结构特征，由于光是在空间中发散传播，因此对于所述第二反射面210而言，每一个微小的面积上均可能接收光，并对光进行反射作用，这样的微小面积就被称为反射面单元。所述反射面单元应当具有合适的布设角度，能够将沿所述第二方向传播的光反射为沿第三方向传播，例如对于所述第一部分光而言，其入射方向受到所述第一入射面110的影响，那么根据所述第一入射面110的弧度，所述第一部分光入射后的传播方向是可确定的，从而可以相应地根据光学反射原理确定每一小部分光对应的反射面单元的角度，使入射的光被反射为沿所述第三方向传播。这样将所有反射面单元连续衔接形成自由曲面，组成所述第二反射面210。这样，所述第二反射面210使得由所述第一入射面110入射的第一部分光被所述第二反射面210全反射后相互平行，沿第三方向出射，以形成均匀的光学效果。所述第二部分光则可通过设计所述第一反射面130的角度使其被所述第一反射面130反射后相互平行，同样采用了微元面积反射的原理，不再赘述。

参阅图11及图12，为了配合所述第二反射面210的作用范围，所述第一反射面130为朝向所述耦合部100凹陷的自由曲面，使得所述第二部分光沿所述第二方向传播时，朝向所述第二反射面210的对应区域集中分布。图12中C-C截面图可以看出，所述第一反射面130朝向所述耦合部100的中心内凹。

本发明还公开了一种车灯，包括上述的光导，及与所述第一入射面110对应的光源400。所述车灯还可包括PCB板500，用于搭载所述光源400，并为所述光源400提供电能。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种光导，包括设于所述光导底部的耦合部、与所述耦合部连接的转折部及与所述转折部连接的出射部，其特征在于，

所述耦合部包括：

第一入射面，设于所述耦合部的底部，平行于一第一方向的纵截面为拱形；

第二入射面，为两组设于所述耦合部的内侧面，分别与所述第一入射面的两端相连接，将所述第一入射面夹在中间；

第一反射面，为两组设于所述耦合部的外侧面，分别与所述第二入射面相对应；

所述转折部包括：至少一第二反射面，为自由曲面，连接所述耦合部与所述出射部的外表面；

所述出射部包括：至少一出射面；

与所述第一入射面对应布设的光源发出的光包括第一部分光和第二部分光，其中第一部分光由所述第一入射面入射，沿一第二方向传播，再经所述第二反射面全反射后沿一第三方向由所述出射面出射；第二部分光由所述第二入射面入射，被所述第一反射面全反射后沿所述第二方向传播，再被所述第二反射面全反射后沿所述第三方向由所述出射面出射；

所述第一方向、第二方向及第三方向互相垂直；

所述第二反射面的反射边界由所述第一反射面及所述出射面分别在所述第二方向及第三方向上的投影的区域决定。

2.如权利要求1所述的光导，其特征在于，

所述第一入射面的与所述第一方向平行的纵截面为一弧线，所述弧线与所述光源的距离自弧线顶部至两端缘逐渐变小。

3.如权利要求1所述的光导，其特征在于，

所述第一入射面包括与所述一对第二入射面分别对应的两个入射面单元，所述入射面单元沿第一方向延伸。

4.如权利要求1-3任一项所述的光导，其特征在于，

所述第二反射面由至少一个反射面单元组成，每一反射面单元对应所述出射面的一个出射面单元，所述反射面单元的角度使得入射至所述反射面单元的沿所述第二方向传播的光被全反射为沿所述第三方向传播，并朝对应的所述出射面单元出射；

所有反射面单元连续衔接形成自由曲面。

5.如权利要求4所述的光导，其特征在于，

所述第二反射面使得由所述第一入射面入射的第一部分光被所述第二反射面全反射后相互平行，沿第三方向出射。

6.如权利要求1-3任一项所述的光导，其特征在于，

所述第一反射面为朝向所述耦合部凹陷的自由曲面。

7.如权利要求1-3任一项所述的光导，其特征在于，

所述耦合部呈倒锥形。

8.如权利要求4所述的光导，其特征在于，

所述第二反射面在第三方向上的投影小于或等于所述出射面在第三方向上的投影。

9.如权利要求8所述的光导，其特征在于，

所述第二反射面在所述第二方向上的投影大于或等于所述第一反射面在所述第二方向上的投影。

10.一种车灯，其特征在于，包括如权利要求1-3任一项所述的光导，及与所述第一入射面对应的光源。