CN109990242A - 光学装置、车灯和机动车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于车灯的光学装置、车灯和机动车辆。该光学装置包括：至少一个光源；光扩散部件，所述光扩散部件布置成对从所述光源发出的光束进行扩散以形成扩散光束；以及光导部件，所述光导部件具有光入射面、反射引导面和主光出射面，所述光入射面和主光出射面位于所述光导部件的彼此相反的两侧上，所述反射引导面位于所述光导部件的处在光入射面和主光出射面之间的侧面上，其中，所述光入射面配置为接收所述扩散光束，所述反射引导面配置为对从光入射面入射的光束进行至少一次反射并将经过反射的光束朝向主光出射面引导，所述主光出射面配置为将经过所述反射引导面反射的光束向光导部件外部输出。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于车灯的光学装置、一种车灯和一种机动车辆。
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。对于车灯的设计者而言，既要满足强制性规范(例如交通规则所规定的不同种类的车灯的照明范围和强度)，又要符合汽车设计的造型和空间要求，还要尽可能为用户提供定制化的点亮效果。这使得车灯的光学结构变得复杂。对于狭长的车灯，往往采用光束直接导入细长的光导来实现光束的较长距离的传递。这容易使车灯出射光束的均匀性产生问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于车灯的光学装置，其可以改善出射光束的强度均匀性和为出射光束的照射范围的设计提供更大的灵活度。
本发明的目的还在于提供包括上述光学装置的车灯及机动车辆。
本发明提供了一种用于车灯的光学装置，包括：至少一个光源；光扩散部件，所述光扩散部件布置成对从所述光源发出的光束进行扩散以形成扩散光束；以及光导部件，所述光导部件具有光入射面、反射引导面和主光出射面，所述光入射面和主光出射面位于所述光导部件的彼此相反的两侧上，所述反射引导面位于所述光导部件的处在光入射面和主光出射面之间的侧面上，其中，所述光入射面配置为接收所述扩散光束，所述反射引导面配置为对从光入射面入射的光束进行至少一次反射并将经过反射的光束朝向主光出射面引导，所述主光出射面配置为将经过所述反射引导面反射的光束向光导部件外部输出。
在一实施例中，所述光扩散部件包括反射构件，所述反射构件具有反射凹面，所述反射凹面用于对光束进行扩散，由此获得更为均匀的光强分布。
在一实施例中，所述反射构件还具有平坦的反射面，所述平坦的反射面用于将至少一部分被所述反射凹面反射的光束朝向所述光导部件的光入射面引导，这同样有助于提高光强均匀性，并且有助于有效地控制经过反射凹面扩散的光束的行进方向。
在一实施例中，所述反射凹面是白色的，以便提高反射光束的光强。
在一实施例中，所述光导部件的光入射面具有外凸的弧面形状，这可更好地控制入射到光入射面上的光束的方向，以提高均匀化效果。
在一实施例中，所述光源至所述反射凹面的距离大于20mm，以获得更好的均匀化效果。
在一实施例中，所述光导部件至所述反射凹面的距离大于40mm，以便于光导部件的光入射面对光束的接收。
在一实施例中，所述反射凹面由一曲线沿着一基准线扫描而形成，这确保了出射光束的光强均匀性。
在一实施例中，所述光源为发光二极管光源，所述发光二极管光源的发光轴线与基准面成0至45度的夹角，所述基准面是基准线的经过该发光二极管光源所在位置的法平面。
在一实施例中，所述反射凹面为连续的光滑表面，这也可以提高出射光束的光强均匀性。
在一实施例中，所述光扩散部件包括扩散板，所述扩散板配置为透射从所述光源发出的光束并对该光束进行扩散，由此使光束能够比较均匀地射向各个方向。
在一实施例中，所述光导部件的反射引导面从光入射面朝向主光出射面倾斜，所述主光出射面的宽度小于所述光入射面的宽度。这有助于控制光导部件的出射光束的方向性，以满足强制性规范对于车灯的光强分布的要求
在一实施例中，所述光导部件至少具有两个相互背对的所述反射引导面，以提高光束的光强均匀性。
在一实施例中，所述光导部件还包括辅光出射面，所述辅光出射面位于所述主光出射面和光入射面之间且与所述反射引导面中的至少一个相邻，从而实现更灵活的出光方向。
在一实施例中，所述光导部件的光入射面的长度大于光入射面与主光出射面之间的距离，从而在较长的空间长度上实现均匀的出光效果。
在一实施例中，所述光导部件的光入射面上设置有并行排布的多个棱镜，以用于调整光束的强度分布。
在一实施例中，所述光导部件的光入射面和/或主光出射面上设置有皮纹，其能够对光束进行散射，以进一步提高光的均匀性。
在一实施例中，所述光学装置包括沿着所述光导部件的光入射面的长度方向排列的多个所述光源，以提高光束的强度和在较长的空间长度上的光强分布的均匀性。
本发明的实施例还提供了一种车灯，该车灯包括如上任一实施例所述的光学装置。
本发明的实施例还提供了一种机动车辆，该机动车辆包括如上任一实施例所述的光学装置或车灯。
根据本发明的实施例的光学装置采用了光扩散部件和背向入射的光导部件，可以改善出射光束的强度均匀性和为出射光束的照射范围的设计提供更大的灵活度。
附图说明
图1示意性地示出根据本发明的一实施例的光学装置的正视图；
图2示意性地示出根据本发明的一实施例的光学装置的立体图；
图3示意性地示出根据本发明的一实施例的光学装置的A-A向剖视图；
图4示意性地示出根据本发明的一实施例的光学装置的B-B向剖视图；
图5示意性地示出根据本发明的一实施例的光学装置的另一B-B向剖视图，其中光源的出光方向与图4不同；
图6示意性地示出根据本发明的另一实施例的光学装置的A-A向剖视图；
图7示意性地示出根据本发明的一实施例的光学装置中的光扩散部件的反射凹面；
图8示意性地示出根据本发明的又一实施例的光学装置的A-A向剖视图；
图9示意性地示出根据本发明的一实施例的光学装置的光导部件的示例；
图10示意性地示出根据本发明的一实施例的光学装置中的光源的排布；以及
图11示意性地示出根据本发明的一实施例的车灯的局部剖视图。
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。
根据本发明的总体构思，提供一种用于车灯的光学装置，包括：至少一个光源；光扩散部件，所述光扩散部件布置成对从所述光源发出的光束进行扩散以形成扩散光束；以及光导部件，所述光导部件具有光入射面、反射引导面和主光出射面，所述光入射面和主光出射面位于所述光导部件的彼此相反的两侧上，所述反射引导面位于所述光导部件的处在光入射面和主光出射面之间的侧面上，其中，所述光入射面配置为接收所述扩散光束，所述反射引导面配置为对从光入射面入射的光束进行至少一次反射并将经过反射的光束朝向主光出射面引导，所述主光出射面配置为将经过所述反射引导面反射的光束向光导部件外部输出。
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至图2示意性地示出根据本发明的一实施例的用于车灯的光学装置100的外形图。图3是沿着图1中示出的面A-A截得的剖视图。从图3可以比较清楚地看出，该光学装置100可包括：光源10、光扩散部件20和光导部件30。所述光扩散部件20布置成对从所述光源10发出的光束40进行扩散以形成扩散光束。所述光导部件30具有光入射面31、反射引导面32和主光出射面33。所述光入射面31和主光出射面33位于所述光导部件30的彼此相反的两侧上，所述反射引导面32位于所述光导部件30的、处在光入射面31和主光出射面33之间的侧面上。所述光入射面31配置为接收所述扩散光束，所述反射引导面32配置为对从光入射面31入射的光束进行一次或更多次反射并将经过反射的光束朝向主光出射面33引导。所述主光出射面33配置为将经过所述反射引导面32反射的光束向光导部件30外部输出。
在上述光学装置100中，从光源10发出的光束40不是直接进入光导部件30，而是先经过另外的光扩散部件20进行均匀化之后，从光导部件30的背侧进入光导部件30，在经过光导部件30的反射引导面32的反射之后，从主光出射面33出射的光束将具有更加均匀的强度分布。这与其他方式(例如光源发出的光束直接从光导部件的侧方射入而从正面射出)相比，能够改善从光学装置射出的光束的均匀性。另外，由于光源发出的光是先照射到光扩散部件20，然后再照射到光导部件30上，因此，可以通过调整光束照射到光扩散部件20的方向来控制光束从光学装置的出射方向。
应当说明的是，虽然在图3中仅仅示出了一个LED光源，但本发明的实施例不限于此，例如可以替代地使用多个光源来实现更大的光束照射范围。
所谓光导部件或光导装置，是指主要以全反射方式使光在其内部进行传输的导光装置。其可以具有各种形状，例如圆柱形(可称为导光棒)、长条形(可称为导光条、灯条)、板形(可称为导光板)、环形(可称为导光环)等等。由于主要采用全反射方式进行传输，光导部件的光学效率高，光损失小。
在一示例中，如图3至图5所示，光扩散部件20可以包括反射构件21，所述反射构件21具有反射凹面22，所述反射凹面22用于对光束40进行扩散。所述反射凹面22具有弯曲的形状，可以使光束扩散以获得更为均匀的光强分布。例如，反射凹面22的横截线形状可以是抛物线形状、椭圆弧形状、圆弧形状等等曲线形状。
作为示例，如图7所示，反射凹面22可以由一曲线51沿着一基准线52扫描而形成。这可以确保光导部件30的出射光束在沿着基准线52的方向(例如水平方向)上的光强均匀性。该基准线52可以是直线，这样，反射凹面22可以形成一内柱面形状，如图7所示。这有利于出射光束沿着一个方向出射。替代地，该曲线51也可以是带有拐弯的曲线形状，这可以使出射光束沿着不止一个方向出射且光强分布是连续且均匀的。这对于在例如汽车的尾转向灯上的应用是有利的。
图4和图5示意性地示出了在根据本发明的实施例的光学装置100中光源的出光方向调整的示例。图4和图5示出的是光学装置100在沿着面B-B截得的剖视图。需要说明的是，在图4和图5的示例中，光导部件30不仅具有主光出射面33，还具有辅光出射面34，所述辅光出射面34位于所述主光出射面33和光入射面31之间且与所述反射引导面32相邻。也就是说，光束不仅可以从光导部件30正面的主光出射面33出射，还可以从光导部件30端部的辅光出射面34出射。在图4和图5中，由于光源10发出的光束照射到反射凹面22上的方向不一样，导致光束从光导部件30的出射方向也有很大差异。在图4中，光源10的光束发射方向(如发光轴线方向)布置成使得最终光束从光导部件30端部的辅光出射面34射出，而在图5中，光源10的光束发射方向布置成使得最终光束从光导部件30正面的主光出射面33射出。可见，通过调整光源10的光束发射方向可以显著地改变光导部件30的光束出射方向，这为光学装置100的光束照射范围的设计提供了灵活度和便利性。至于具体的光导部件30的光束出射方向，要依赖于反射凹面22的具体形状、光导部件30的光入射面31的形状、反射引导面32的方向等等因素。实际中可以根据实际需要来设定这些参数。
作为示例，所述光源10可以为固态光源，如发光二极管光源。例如，发光二极管光源的发光轴线可以与基准面53成0至45度的夹角，所述基准面53是基准线的经过该发光二极管光源所在位置的法平面。这可以为光学装置的光束出射范围的设计提供自由度。本领域技术人员应当理解，本发明的实施例不限于此，例如发光轴线也可以与基准面53成其它角度。
在一示例中，所述反射构件21还具有平坦的反射面23，所述平坦的反射面23用于将被所述反射凹面22反射的光束的一部分或全部朝向所述光导部件30的光入射面31引导。该平坦的反射面23可以有效地控制经过反射凹面22扩散的光束的行进方向，避免其偏离光导部件30的光入射面31。而且，平坦的反射面23对于光束的反射，也有助于提高光强的均匀性。该平坦的反射面23可以设置成从所述反射凹面22的一端向光导部件30延伸。从图2和图3可以看出，作为示例，反射构件21可以与承载光源10的印刷电路板11形成一个基本上封闭的结构，这可以将射向四周的光束部分尽可能多地反射向光导部件30，以提高光学效率。
在一示例中，反射凹面22可以是白色的，这有助于提高被反射的光束的光强。在另一示例中，反射凹面22也可以是金属化的，例如铝化的，而具有金属反射层。但本发明的实施例不限于此，例如反射凹面22也可以具有其它颜色，或者甚至是透明的，也可以是非金属化的(如采用全反射面)。
在一示例中，为了获得更好的均匀化效果，所述光源10至所述反射凹面22的距离可以大于一预定值，如大于20mm。作为示例，为了便于光导部件30的光入射面31对光束的接收，所述光导部件30(的光入射面31)至所述反射凹面22的距离可以大于另一预定值，如大于40mm。作为示例，所述反射凹面22可以为连续的光滑表面，这也可以提高出射光束的光强均匀性。
在一示例中，在如图6所示的光学装置100’，所述光导部件30的光入射面31具有外凸的弧面形状。与平坦的光入射面相比，该具有外凸的弧面形状的光入射面31可以更好地控制入射到光入射面31上的光束的方向，以提高均匀化效果。因而，该具有外凸的弧面形状的光入射面31与反射凹面22的距离可以比平坦的光入射面与反射凹面22的距离设置得更小，这有助于节省光学装置所占据的空间。
图8示出了根据本发明的另一实施例的光学装置100”。在该光学装置100”中，光散射部件不是由反射凹面22来实现，而是采用了扩散板20”。所述扩散板20”可以配置为透射从所述光源10发出的光束40并对该光束40进行扩散。例如，扩散板20”可以设置有光均匀化结构。该光均匀化结构能够对于透射通过扩散板20”的光束进行扩散以使从扩散板20”射出的光束能够比较均匀地射向各个方向。作为示例，光均匀化结构可以包括设置在所述扩散板20”的表面上的凸起或纹理，该凸起或纹理例如可以具有0.01mm至0.05mm的高度或深度，可具有任意截面形状。在另一示例中，光均匀化结构可以设置在扩散板20”中，例如以散射颗粒的形式分布于扩散板20”的材料中。这些散射颗粒可以在扩散板20”的制备过程中被混合入制作扩散板20”的材料中。作为示例，光均匀化结构也可以同时包括设置在所述扩散板20”的外表面上的凸起或纹理和分布于扩散板20”的材料中的散射颗粒。在图8所示出的实施例中，仍然可以设置反射器24，该反射器24可以将光束中射向四周的部分向扩散板20”反射，以提高光学效率。作为示例，该扩散板20”和光导部件30可以被固定于所述反射器24上。然而，本发明的实施例不限于此，例如，根据本发明的光学装置100”也可以不包含该反射器24。作为示例，扩散板20”与光源10之间的距离可以大于一定的阈值以提高均匀化效果，该阈值例如可以为20mm。
在一示例中，光导部件30的反射引导面32可以从光入射面31朝向主光出射面33倾斜，所述主光出射面33的宽度(在图3中是竖直方向上的尺寸)可以小于所述光入射面31的宽度(在图3中是竖直方向上的尺寸)。这有助于控制光导部件30的出射光束的方向性，以满足强制性规范对于车灯的光强分布的要求。作为示例，光入射面31的宽度可以在15mm至30mm范围内，而主光出射面33的宽度例如可以在10mm至20mm范围内。
作为示例，所述光导部件30可以至少具有两个相互背对的所述反射引导面32。这种布置有利于从光入射面31入射的光束在至少两个该反射引导面32之间来回反射以提高光束的光强均匀性。作为示例，所述光导部件30还可以包括至少一个辅光出射面34，所述辅光出射面34位于所述主光出射面33和光入射面31之间且与所述反射引导面32中的至少一个相邻。辅光出射面34的设置可以增大光导部件30的出光范围，尤其是对于光束需要在多个方向上出射的应用是有利的。
在一示例中，所述光导部件30的光入射面31的长度可以大于光入射面31与主光出射面33之间的距离。这种长条状的光导部件30有助于在较长的空间长度上实现均匀的出光效果。
作为示例，所述光导部件30的光入射面31上还可以设置有并行排布的多个棱镜36(或称为光学齿)，如图9所示。所述多个棱镜36可以用于调整光束在面B-B(例如水平面)中的强度分布。例如，其可以使得出射光束的在沿着面B-B的方向(例如水平方向)上呈现明暗相间的条纹状的光强分布。作为示例，棱镜36的典型的宽度为1mm至2mm，且可以在光入射面31的整个宽度上延伸，例如沿着竖直方向延伸。然而，本发明的实施例不限于此，棱镜36也可以沿着其它方向延伸以获得不同的光强分布效果。
在一示例中，所述光导部件30的光入射面31和/或主光出射面33上可以设置有皮纹。皮纹是指设置在光入射面31和/或主光出射面33上的凸起或纹理，其能够对光束进行散射，以进一步提高光的均匀性。该皮纹例如可以具有0.01mm至0.05mm的高度或深度，可具有任意截面形状，如三角形、半圆形、甚至不规则形状等。
在一示例中，所述光学装置100、100’、100”可以包括沿着所述光导部件30的光入射面31的长度方向排列的多个所述光源10。多个光源10可以提高光束的强度和在较长的空间长度上的光强分布的均匀性。相邻的所述光源10之间的间距例如可以在10mm至15mm之间。图10示出了多个光源排布的示例。
在本发明的实施例中，光源可以为发光二极管(LED)光源，该发光二极管光源例如可以设置在印刷电路板(PCB)11上，印刷电路板11例如可以与反射构件21连接。
在本发明的实施例中，所述光扩散部件20及光导部件30中的任一个可以由树脂、塑料等材料制成，例如由聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯制成，但本发明的实施例不限于此。
本发明的实施例还提供了一种车灯，该车灯包括如上述任一实施例所述的光学装置。图11给出了根据本发明的实施例的车灯的一种示例，在该示例中，其不仅包括上述的光学装置，还包括位于光导部件30外侧的外透镜60和用于固定光扩散部件20的壳体70。在本发明的实施例中所述的车灯例如用于实现位置灯、转向灯、刹车灯等功能。
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装置100、100’、100”或如上述任一实施例所述的车灯。
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 (20)
1.一种用于车灯的光学装置(100)，包括：
至少一个光源(10)；
光扩散部件(20)，所述光扩散部件(20)布置成对从所述光源(10)发出的光束进行扩散以形成扩散光束；以及
光导部件(30)，所述光导部件(30)具有光入射面(31)、反射引导面(32)和主光出射面(33)，所述光入射面(31)和主光出射面(33)位于所述光导部件(30)的彼此相反的两侧上，所述反射引导面(32)位于所述光导部件(30)的处在光入射面(31)和主光出射面(33)之间的侧面上，
其中，所述光入射面(31)配置为接收所述扩散光束，所述反射引导面(32)配置为对从光入射面(31)入射的光束进行至少一次反射并将经过反射的光束朝向主光出射面(33)引导，所述主光出射面(33)配置为将经过所述反射引导面(32)反射的光束向光导部件(30)外部输出。
2.根据权利要求1所述的光学装置(100)，其中，所述光扩散部件(20)包括反射构件(21)，所述反射构件(21)具有反射凹面(22)，所述反射凹面(22)用于对光束进行扩散。
3.根据权利要求2所述的光学装置(100)，其中，所述反射构件(21)还具有平坦的反射面(23)，所述平坦的反射面(23)用于将至少一部分被所述反射凹面(22)反射的光束朝向所述光导部件(30)的光入射面(31)引导。
4.根据权利要求2所述的光学装置(100)，其中，所述反射凹面(22)是白色的。
5.根据权利要求2所述的光学装置(100)，其中，所述光导部件(30)的光入射面(31)具有外凸的弧面形状。
6.根据权利要求2所述的光学装置(100)，其中，所述光源(10)至所述反射凹面(22)的距离大于20mm。
7.根据权利要求2所述的光学装置(100)，其中，所述光导部件(30)至所述反射凹面(22)的距离大于40mm。
8.根据权利要求2所述的光学装置(100)，其中，所述反射凹面(22)由一曲线沿着一基准线扫描而形成。
9.根据权利要求8所述的光学装置(100)，其中，所述光源(10)为发光二极管光源，所述发光二极管光源的发光轴线与基准面(53)成0至45度的夹角，所述基准面(53)是基准线的经过该发光二极管光源所在位置的法平面。
10.根据权利要求2所述的光学装置(100)，其中，所述反射凹面(22)为连续的光滑表面。
11.根据权利要求1所述的光学装置(100)，其中，所述光扩散部件(20)包括扩散板，所述扩散板配置为透射从所述光源(10)发出的光束并对该光束进行扩散。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的光学装置(100)，其中，所述光导部件(30)的反射引导面(32)从光入射面(31)朝向主光出射面(33)倾斜，所述主光出射面(33)的宽度小于所述光入射面(31)的宽度。
13.根据权利要求1至11中任一项所述的光学装置(100)，其中，所述光导部件(30)至少具有两个相互背对的所述反射引导面(32)。
14.根据权利要求13所述的光学装置(100)，其中，所述光导部件(30)还包括辅光出射面(34)，所述辅光出射面(34)位于所述主光出射面(33)和光入射面(31)之间且与所述反射引导面(32)中的至少一个相邻。
15.根据权利要求1至11中任一项所述的光学装置(100)，其中，所述光导部件(30)的光入射面(31)的长度大于光入射面(31)与主光出射面(33)之间的距离。
16.根据权利要求1至11中任一项所述的光学装置(100)，其中，所述光导部件(30)的光入射面(31)上设置有并行排布的多个棱镜。
17.根据权利要求1至11中任一项所述的光学装置(100)，其中，所述光导部件(30)的光入射面(31)和/或主光出射面(33)上设置有皮纹。
18.根据权利要求1至11中任一项所述的光学装置(100)，其中，所述光学装置(100)包括沿着所述光导部件(30)的光入射面(31)的长度方向排列的多个所述光源(10)。
19.一种车灯，包括根据权利要求1至18中任一项所述的光学装置(100)。
20.一种机动车辆，包括根据权利要求1至18中任一项所述的光学装置(100)或根据权利要求19所述的车灯。
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