CN109838752A - 光学指示装置、车灯及机动车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光学指示装置以及包括该光学指示装置的车灯及机动车辆。该光学指示装置包括：至少一个光源，其发出光束；和图案形成装置，在从光源发出的光束透射通过该图案形成装置时，在该图案形成装置中形成指示图案，其中，所述图案形成装置包括图案形成单元，该图案形成单元对光束进行图案化，并且在该图案形成单元的面向或背离所述光源的一侧上构造有彼此相邻地布置的多个光偏折部。

Description

光学指示装置、车灯及机动车辆

技术领域

本发明涉及光照明与信号指示领域，尤其涉及一种光学指示装置、包括该光学指示装置的车灯及机动车辆。

背景技术

随着技术的发展和社会的进步，人们对于光学照明或信号指示设备的要求不再仅仅限于提供照明或信号指示灯的功能。于是，对于光学照明或信号指示设备(例如用于机动车辆的车灯)的个性化的需求越来越多，可能需要提供更为丰富的光束图案和点亮效果。比如，可能期望照明或信号指示光包含某些信息或图案以满足个性化定制的要求。现有技术已经提供了在光学照明或信号指示装置产生图案的装置，例如利用不透明的材料对于光束进行部分遮挡来产生图案。但这种不透明材料的遮挡可导致光学效率的损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种光学指示装置，其能够以简单的结构高效地生成光学指示图案。

本发明提供了一种光学指示装置，包括：至少一个光源；图案形成装置，在从光源发出的光束透射通过图案形成装置时，在图案形成装置中形成指示图案，其中，图案形成装置包括至少一个图案形成单元，该图案形成单元对所述光束进行图案化，并且在该图案形成单元的面向或背离所述光源的一侧上构造有彼此相邻地布置的多个光偏折部。

优选地，光偏折部的横截面具有圆弧形的轮廓或三角形的轮廓，其中，光偏折部的宽度小于5mm且大于0.01mm，优选地，该宽度小于5mm且大于0.1mm。然而，在此应说明的是，任何能实现使入射光偏折的功能的其他横截面轮廓都是可行的。

在根据本发明的光学指示装置的一实施方式中，光学指示装置的相应的图案形成单元的光偏折部沿不同的走向延伸。该图案形成单元可彼此组合，以在从光源发出的光束透射通过图案形成装置时在组合的图案形成单元中呈现期望的图案。特别是在图案形成单元的光偏折部具有同一走向的情况下，还可由此减少图案形成单元的制造和存储成本。当然，图案形成单元还可一件式地实施，在这种情况下，在图案形成单元的一侧上构造有呈期望走向的光偏折部。

根据本发明的光学指示装置的光源与图案形成单元的距离能调节。通过改变光源与图案形成单元的距离，能简单地实现改变图案形成装置输出的指示图案。在此，还可设置成，光源彼此之间与图案形成单元的距离不同。光源与图案形成单元之间的距离越大，显示出的指示图案的尺寸就越大，反之就越小。

根据本发明的光学指示装置还包括图案调节装置，图案调节装置控制至少一个光源的亮灭来改变图案形成装臂输出的指示图案。在此，可对光源进行分组，分组后的光源子组发出相应的光束，图案调节装置可对分组的光源子组的亮灭进行控制，由此来改变图案形成装置输出的指示图案。为了对光源进行控制，图案调节装置包括控制经过至少一个光源的驱动电流的驱动电路。

在根据本发明的光学指示装置的一实施方式中，光源构造为发光二极管或卤素灯。

在根据本发明的光学指示装置的一实施方式中，图案形成单元由光栅形成。

本发明还提供了一种车灯，包括如上述任一实施例所述的光学指示装置。

本发明还提供了一种机动车辆，包括如上述任一实施例所述的光学指示装置或如上述实施例所述的车灯。

如本发明的上述至少一个实施例中所述的光学指示装置，通过具有一系列的延伸方向不同的光偏折部的多个图案形成单元对光束进行图案化，能够以较高的光学效率形成各种指示图案。

附图说明

图1示出根据本发明的一实施例的光学指示装置的示意图；

图1a示出根据本发明的另一实施例的光学指示装置的示意图；

图2示出根据本发明的一实施例的光学指示装置中的图案形成装置的示例的示意图；

图3示出根据本发明的另一实施例的光学指示装置的示意图；

图4示出根据本发明的又一实施例的光学指示装置中的图案形成装置的另一示例的示意图；

图5示出根据本发明的又一实施例的光学指示装置的示意图；

图6示出根据本发明的一实施例的光学指示装置中光偏折部的横截面形状的示例的示意图；

图7示出根据本发明的一实施例的光学指示装置中光偏折部的横截面形状的另一示例的示意图；

图8示出根据本发明的一实施例的光学指示装臂输出的指示图案的示例的示意性视图；

图9示出根据本发明的一实施例的光学指示装置输出的指示图案的另一示例的示意性视图；

图10示出根据本发明的一实施例的光学指示装置输出的指示图案的又一示例的示意性视图；

图11示出如图5所示的光学指示装置的侧向示意图；

图12示意性地示出第一或第二光偏折部的工作原理；以及

图13示出根据本发明的一实施例的光学指示装置中的图案形成装置的另一示例的示意图，其中第一图案形成单元和第二图案形成单元一体形成。

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。

另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或更多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。

图1示意性地示出了根据本发明的一实施例的用于车灯的光学指示装置100。该光学指示装置100可包括：光源10，配置成发出第一光束11和第二光束12；和图案形成装置20，所述图案形成装置20配置成在从光源10发出的第一光束11和第二光束12的横截面中形成指示图案。所述图案形成装置20可包括：第一图案形成单元21，配置成对所述第一光束11进行图案化，所述第一图案形成单元21包括沿着第一方向x平行延伸的多个第一光偏折部23；以及第二图案形成单元22，配置成对所述第二光束12进行图案化，所述第二图案形成单元22包括沿着第二方向y平行延伸的多个第二光偏折部24，所述第二方向y与所述第一方向x不同，例如所述第二方向y相对于所述第一方向x的倾角可以大于0度且小于180度。经过多个第一光偏折部23折射的第一光束11以及经过多个第二光偏折部24折射的第二光束12可以从车灯射出，用于形成照明和/或信号指示光束。

借助于根据本发明的实施例的光学指示装置100中的图案形成装置20，可以生成光学指示图案。例如，当光源10为一点光源(如发光二极管或卤素灯)时，经过图案形成装置20的光束可会形成一条亮折线的图案(例如如图8中的任意一条折线所示)。当光源10包括一列点光源时，光源10将发出多个光束，经过图案形成装置20的光束可会形成一组亮折线的图案(例如如图8所示)。图案形成装置20利用其上的光偏折部来形成图案，比直接采用不透明的遮光件来形成图案，具有更高的光学效率。

由于图案形成装置20上至少具有分别沿着两个不同的方向延伸的第一光偏折部23和第二光偏折部24，所以由图案形成装置20形成的指示图案可以是比较丰富的，例如可以形成方向指示箭头等带有指示信息的图案。

在上述图1所示的实施例中，第一光束11和第二光束12由同一光源10发出。这可以减少光源的布置并保持第一光束11和第二光束12的一致性。例如，第一光束11可以由一光源发出的光束的一部分(图1中是上半部分)形成，而第二光束12可以由该光源发出的光束的另一部分(图1中是下半部分)形成。而图1a示出了根据本发明的另一实施例的光学指示装置100’，其中，光学指示装置100’包括两个或更多个光源10a、10b，所述第一光束11和第二光束12分别由两个光源10a、10b发出。这有助于更加灵活地布置和调整指示图案的各个部分的参数(如亮度等)。

作为示例，光学指示装置可以为第一图案形成单元21和第二图案形成单元22分别设置各自独立的光源，也可以为它们设置共用光源。

在一示例中，所述多个第一光偏折部23可以彼此邻接地布置，同样，所述多个第二光偏折部24也可以彼此邻接地布置，如图2所示。这可以提高从所述多个第一光偏折部23和/或第二光偏折部24出射的光束的光强的均匀性。在一示例中，各个第一光偏折部23和/或第二光偏折部24可以具有同样的尺寸(包括宽度、高度和轮廓形状等)，这有助于形成连续均匀的图案。然而，在另外的示例中，例如为了形成不均匀的图案，各个第一光偏折部23和/或第二光偏折部24的尺寸也可以不同，甚至在相邻的第一光偏折部23和/或第二光偏折部24之间可以设定一定的间隔。

在一示例中，所述第一图案形成单元21具有面向光源10的第一表面211和背向光源10的第二表面212，所述多个第一光偏折部23可以位于所述第一表面211上(如图1所示)，或者，也可以位于第二表面212上(如图3所示)。第一光偏折部23位于第一表面211上或第二表面212上，有利于形成对于光束的偏折面。

类似地，在一示例中，所述第二图案形成单元22具有面向光源10的第三表面221和背向光源10的第四表面222，所述多个第二光偏折部24位于所述第三表面221上(如图1所示)或第四表面222上(如图3所示)。作为示例，第一光偏折部23和第二光偏折部24可以位于图案形成装置20的同一侧，也可以分别位于图案形成装置20的相对的两侧。

作为示例，所述第一光偏折部23的横截面和/或第二光偏折部24的横截面可以具有圆弧形的轮廓(如图6所示)或三角形的轮廓(如图7所示)。这有利于第一光偏折部23和/或第二光偏折部24将光束向第一图案形成单元21和/或第二图案形成单元22的背对光源10的一侧偏折。

下面以具有圆弧形的横截面轮廓的第一光偏折部23为例，对第一光偏折部23的工作原理进行简要的介绍。

图12示意性地示出了第一图案形成单元21的局部示意图。在该第一图案形成单元21的局部上设有第一光偏折部23。需要说明的是，图12示出的是沿着垂直于第一方向x(即第一光偏折部23延伸的方向)剖切得到的视图，这可以更清晰地示出第一光偏折部23的工作原理。该第一光偏折部23的横截面具有圆弧形的轮廓，该第一光偏折部23的宽度为d，第一图案形成单元21的第一表面(光入射表面)211至第二表面212上的第一光偏折部23的根部的距离为H，从光源10发出的相应的光束部分在第一表面211上的对应于该第一光偏折部23的中心的位置处的入射角为α，第一光偏折部23的材料折射率为n。在一示例中，所述第一光偏折部23可以满足：

H×sinα/n＜d/2 (式1)

在满足式1的条件下，可以使至少入射到第一表面211的与该第一光偏折部23对应的位置上的大部分光能够从该第一光偏折部23射出，这样，当迎着第一光偏折部23观察时，该第一光偏折部23是亮的，或者说，该第一光偏折部23对应的区域被点亮。当每个第一光偏折部23均满足式1时，第一图案形成单元21将呈现均匀的亮线图案。然而，在本发明的实施例中，并不限于所有第一光偏折部23都必须满足式1，例如，光源10所发出的光束部分在第一表面211上的不同位置处的入射角可以不相同，这样，当光束部分的入射角非常大时，其所对应的第一光偏折部23可能就不再满足式1，这时，从该第一光偏折部23出射的光的强度就会减小，而可形成图案中的暗区域。在另外的示例中，也可以根据实际的要求来调整上述第一光偏折部23的尺寸来获得不同的亮暗区域。

作为示例，每个第一光偏折部23的宽度d可以为：

d＝2×H×arcsin(n×sin(arctan(H(n-1))/2r)) (式2)

其中r为第一光偏折部23的圆弧形轮廓的曲率半径。

作为示例，第一光偏折部23的宽度d可以小于5mm，优选小于0.15mm，例如可以为大于0.01mm且小于0.15mm、或大于0.05mm且小于0.15mm或大于0.1mm且小于0.15mm。作为示例，第一表面211至第二表面212上的第一光偏折部23的根部的距离H可以为0.1mm至5mm，例如小于0.3mm，如0.237mm。

在如上所述的实施例中，所述第一光偏折部23的横截面(沿垂直于该第一光偏折部23的延伸方向的方向剖切的截面)中具有圆弧形的轮廓，但本发明的实施例不限于此。第一光偏折部23的横截面也可以有其他任何形状的轮廓，例如，可以具有三角形的轮廓，如图7所示。

本领域技术人员应当理解，第二光偏折部24以及下文将描述的第三光偏折部27和第四光偏折部28的原理与上述第一光偏折部23基本相同，具体细节将不再赘述。

在一示例中，所述多个第一光偏折部23的延伸方向x布置成在所述第一光束11的横截面中形成第一图案部分31，所述多个第二光偏折部24的延伸方向y布置成在所述第二光束12的横截面中形成第二图案部分32，所述第一图案部分31和第二图案部分32组合成第一指示图案，如图8所示。通过具有不同的延伸方向的第一光偏折部23和第二光偏折部24来组合形成指示图案，可以使得所形成的指示图案更为丰富多样。

在本发明的实施例中，图案形成装置中的图案形成单元的数量不限于两个。在一示例中，如图4所示，除去上述第一图案形成单元21和第二图案形成单元22之外，图案形成装置20’还可以包括第三图案形成单元25和第四图案形成单元26。所述第三图案形成单元25可以包括沿着第三方向z平行延伸的多个第三光偏折部27，所述第三方向z与所述第一方向x不同。第四图案形成单元26可以包括沿着第四方向q平行延伸的多个第四光偏折部28，所述第四方向q与所述第二方向y不同。作为示例，第三方向z可以与第二方向y相同，也可以与第二方向y不同。同样，第四方向q可以与第一方向x相同，也可以与第一方向x不同。在图案形成装置20’中设置更多的图案形成单元，可以用于形成更多的指示图案。

图5示出了根据本发明的又一实施例的光学指示装置的示意图，其中应用了如图4所示的图案形成装置20’。图5中仅示出了第一图案形成单元21和第三图案形成单元25。第二图案形成单元22和第四图案形成单元26被第一图案形成单元21和第三图案形成单元25遮挡，而没有被示出。在该示例中，第一图案形成单元21接收了来自两个光源10a、10a’的光束，而不是仅仅是来自一个光源的光束，这可以用于形成多个指示图案。在本发明的实施例中，照射到第一图案形成单元21上的光束的数量不限于此，第一图案形成单元21可以接收来自任意数量的光源的光束来形成各种指示图案。同样，在本发明的实施例中，第二图案形成单元22、第三图案形成单元25和第四图案形成单元26均可以接收来自任意数量的光源的光束来形成各种指示图案。例如，在图5中示出第三图案形成单元25接收来自两个光源10c和10c’的光束。在本发明的实施例中，光源的位置可以设置在例如第一图案形成单元21和第二图案形成单元22邻接处的位置上，也可以设置在任一图案形成单元的中间位置处，或者，也可以设置在其它位置处，只要光源所发出的光束能够照射到指定的图案形成单元上而形成指示图案即可。

图11示出如图5所示的光学指示装置300的(右)侧向示意图，示出了第三图案形成单元25和第四图案形成单元26。图10示意性地示出了该光学指示装置300所形成的指示图案。与图1示出的情形类似，在该光学指示装置300中，如图11所示，所述光源10c可以配置成发出第三光束13和第四光束14，所述多个第三光偏折部27的延伸方向布置成在所述第三光束13的横截面中形成第三图案部分33(参见图10)，所述多个第四光偏折部28的延伸方向布置成在所述第四光束14的横截面中形成第四图案部分34(参见图10)，所述第三图案部分33和第四图案部分34组合成第二指示图案。第二指示图案可以设置成与第一指示图案表示不同的信息。如图10所示，第一指示图案(图10中左边的图案)可以用于表示指向左的箭头，而第二指示图案(图10中右边的图案)可以用于表示指向右的箭头。而通过控制光源的合适的亮灭，就可以选择显示不同的指示图案。与第一光束11和第二光束12类似，第三光束13和第四光束14也可以由同一光源发出或由不同的光源发出。

作为示例，第一方向x和第二方向y可以成60度至120度的夹角。这可以使得第一指示图案的显示效果更好。在实际使用中，第一方向x和第二方向y可以相对于竖直方向成倾斜角度，从而实现期望的指示图案。

在本发明的实施例中，所述至少一个光源10可以包括一个或更多个发光二极管或卤素灯。当采用多个发光二极管或卤素灯时，指示图案的显示更为灵活。

作为示例，根据本发明的实施例的光学指示装置100、100’、200、300还可以包括图案调节装置40，所述图案调节装置40配置成控制各个光源的亮灭来(例如动态地)改变从图案形成装置20、20’输出的指示图案(如第一指示图案或第二指示图案)。在光学指示装置中设置多个光源10的情况下，指示图案中的不同部分往往分别于不同的光源(如发光二极管或卤素灯)相关联，因此，通过点亮或熄灭部分光源可以实现对于图案形成装置20、20’输出的指示图案的改变，从而可以实现图案的动态变化，甚至实时的动态化。指示图案的动态变化本身也可以用作一种指示信息，例如显示警示信息等。

作为示例，如图5所示，所述图案调节装置40配置成与各个光源电连接，以能够实现对其进行控制的目的。所述图案调节装置40可以包括配置成控制经过至少一个光源(如发光二极管或卤素灯)的驱动电流的驱动电路。在本领域中已知的任何用于驱动如发光二极管或卤素灯等光源接通或断开的驱动电路均可以在此使用，具体细节不再赘述。

在一示例中，所在光学指示装置中设置两个或更多个光源的情况下，所述两个或更多个光源中的至少一个光源至所述图案形成装置20、20’的距离与另一个光源至所述图案形成装置20、20’的距离不同。这种距离的差异也可以起到改变指示图案的作用。例如，如图9所示，指示图案中的五条折线从左向右逐渐变小。这就可以通过上述距离的差异来实现。光源至所述图案形成装置20、20’的距离越大，在指示图案中显示的尺寸就越大。如将多个光源至所述图案形成装置20、20’的距离设置成从左向右逐渐增大，就可实现如图9所示的指示图案的显示效果。

出于清楚的需要，在图8至图10中，指示图案中的亮线由黑色粗线条来表示，而指示图案的背景色没有示出。在实际中，该指示图案中的亮线可以具有任意颜色。

在本发明的实施例中，所述第一图案形成单元21和第二图案形成单元22可以是分立的，也可以一体形成，如图13所示。同样，第三图案形成单元25和第四图案形成单元26也可以与第一图案形成单元21和第二图案形成单元22一体形成，或者可以各自独立形成。作为示例，图案形成装置20、20’可以由单一部件制成，例如制成为一板状部件。这有助于简化工艺和提高光学效率。例如，图案形成装置20、20’可以由透明的玻璃、树脂或塑料材料制成，例如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。光偏折部(如第一光偏折部23、第二光偏折部24、第三光偏折部27和第四光偏折部28)的折射率例如可以在1.3至2.0之间。

作为示例，所述第一图案形成单元21、第二图案形成单元22、第三图案形成单元25和第四图案形成单元26中的任一个可以由光栅形成。在此情况下，每个光偏折部(如第一光偏折部23、第二光偏折部24、第三光偏折部27和第四光偏折部28)可以对应于一个光栅单元，光栅的节距可以等于该光偏折部的宽度。利用光栅来形成图案形成单元(如第一图案形成单元21、第二图案形成单元22、第三图案形成单元25和第四图案形成单元26)，可以简化制作工艺和系统结构。需要说明的是，光栅在光学系统中通常用于衍射，但在本发明的实施例中，衍射效应不是主要的。尤其是，在光偏折部的宽度d(例如在0.1mm以上)与可见光波长相比相对较大的情况下，光偏折部主要通过折射来实现指示图案的显示。这与现有技术中的光栅的通常意义上的应用是有很大区别的。

作为示例，光源10与图案形成装置20、20’之间的距离例如可以在5mm至200mm之间。上述所述第一图案形成单元21、第二图案形成单元22、第三图案形成单元25和第四图案形成单元26中的任一个的厚度例如可以在5mm至200mm之间。

在一示例中，所述光源10在垂直于所述第一图案形成单元21的第一表面211和第一光束40的中心轴线的平面(即图1的纸面所在的平面)中的发光角度大于30度。较大的发光角度有助于使各个第一图案形成单元21与光源10之间的距离差增大，从而获得明显的3维显示效果。

作为示例，所述光源10可以包括白光或单色光发光二极管。在光偏折部(如第一光偏折部23、第二光偏折部24、第三光偏折部27和第四光偏折部28)的宽度d与可见光波长相比相对较大的情况下(例如在0.1mm以上)，光偏折部对于白光的分色效果不明显，不会影响出射光的视觉效果。因此，该光源10可以采用白光发光二极管。所述光源10可以包括一个发光二极管，或是发光二极管的阵列。光源10可以由现有技术中已知的任何用于承载光源的部件来支撑，例如灯座、印刷电路板等等。

本发明的实施例还提供了一种包括如上述任一实施例所述的光学指示装置100、100’、200和300的车灯。从图案形成装置20、20’射出的光束可以用于形成车灯的照明和/或信号指示光，以提高视觉效果。

在本发明的实施例中，图案形成装置20、20’可以由任何已知的用于保持光学元件的合适的装置来支撑或悬挂，例如支座，吊臂等。

根据本发明的实施例的车灯可以包括任何类型的机动车辆照明灯和/或信号灯，例如前照灯、中央高位刹车灯、转向灯、位置灯、尾部刹车灯、车厢内灯等等。

本发明的实施例还提供了一种机动车辆，包括如上述任一实施例所述的光学指示装置100、100’、200和300或车灯。

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。附图中的尺寸比例仅仅是示意性的，并不能理解为对本发明的限制。

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 (13)

1.一种光学指示装置(100、100’、200、300)，包括：

至少一个光源(10；10a、10b、10a’、10c、10c’)；和

图案形成装置(20、20’)，在从光源(10；10a、10b、10a’、10c、10c’)发出的光束透射通过所述图案形成装置(20、20’)时，在所述图案形成装置(20、20’)中形成指示图案，

其中，所述图案形成装置(20、20’)包括至少一个图案形成单元，该图案形成单元对所述光束进行图案化，并且在该图案形成单元的面向或背离所述光源的一侧上构造有彼此相邻地布置的多个光偏折部。

2.根据权利要求1所述的光学指示装置(100、100’、200、300)，其中，所述光偏折部的横截面具有圆弧形的轮廓或三角形的轮廓。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的光学指示装置(100、100’、200、300)，其中，所述光偏折部的宽度小于5mm且大于0.01mm。

4.根据权利要求3所述的中任一项所述的光学指示装置(100、100’、200、300)，其中，所述光偏折部的宽度小于5mm且大于0.1mm。

5.根据权利要求1至2中任一项所述的光学指示装置(100、100’、200、300)，其中，相应的所述图案形成单元的光偏折部沿不同的走向延伸。

6.根据权利要求5所述的光学指示装置(100、100’、200、300)，其中，所述图案形成单元能彼此组合。

7.根据权利要求1至2中任一项所述的光学指示装置(100、100’、200、300)，其中，所述光源与所述图案形成单元的距离能调节。

8.根据权利要求1所述的光学指示装置(100、100’、200、300)，还包括图案调节装置(40)，所述图案调节装置控制至少一个光源的亮灭来改变图案形成装置输出的指示图案。

9.根据权利要求8所述的光学指示装置(100、100’、200、300)，其中，所述图案调节装置(40)包括控制经过所述至少一个光源的驱动电流的驱动电路。

10.根据权利要求1所述的光学指示装置(100、100’、200、300)，其中，所述光源为发光二极管或卤素灯。

11.根据权利要求1所述的光学指示装置(100、100’、200、300)，其中，所述图案形成单元由光栅形成。

12.一种车灯，包括根据权利要求1-11中任一项所述的光学指示装置(100、100’、200、300)。

13.一种机动车辆，包括根据权利要求1-11中任一项所述的光学指示装置(100、100’、200、300)或根据权利要求12所述的车灯。