CN110966569A - 包括具有散射部分的无源表面的、由透明或半透明材料制成的单件式光学部件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由透明或半透明材料制成的单件式光学部件(1)，其包括：多个有源表面，所述多个有源表面被布置为形成光束，包括入射折射界面和出射折射界面(5)；无源表面(6)，该无源表面连接有源表面，无源表面中的至少一个无源表面包括散射部分(7)，以便散射到达该散射部分的光线。

Description

包括具有散射部分的无源表面的、由透明或半透明材料制成 的单件式光学部件

技术领域

本发明涉及发光装置领域，尤其是发光机动车辆装置，其中，由透明或半透明材料制成的单件式光学部件用于引导光和/或形成相应的光束。

背景技术

为此，这种光学部件包括有源表面，该有源表面被特别地布置成引导和偏离光线，特别是通过全内反射或通过折射。这种光学部件的一个示例在文献FR3039883A1中进行了描述。

然而，可以观察到，对于这些光学部件中的某些光学部件，被称为寄生光线的光线在光束中沿不希望的方向发射。这可能导致在由发光装置发射的光束中产生额外亮度的区域或发光不均匀性。这可能不利于舒适性和安全性，特别是在近光的情况下。

近光发射用于照亮道路的光束，该光束包括截止，在该截止上方几乎没有光线被发射，使得可以避免跟随或迎面而来的车辆遭受眩光。因此，在这种情况下，避免将终止于截止上方并且冒着使这些车辆的驾驶者遭受眩光的风险的寄生光线尤为重要。

发明内容

因此，本发明所要解决的一个技术问题是，通过由透明材料制成的光学部件来避免在发光装置产生的光束中形成寄生光线。

为此，本发明的第一主题是由透明或半透明材料制成的单件式光学部件，该单件式光学部件包括：

-多个有源表面，所述多个有源表面被布置为形成光束，所述多个有源表面包括入射折射界面和出射折射界面，以及

-无源表面，该无源表面连接有源表面；

无源表面中的至少一个无源表面包括散射部分，以便散射到达该散射部分的光线。

具体地，申请人已经注意到，形成到光束中的某些寄生光线实际上在从这些光学部件的光学无源表面出射之前被它们反射，该光束使用透明或半透明的单件式光学部件产生。这是由于下列事实，即由包含这种光学部件的光学模块的光源最初发射的某些光线不能如所期望的那样到达光学有源表面，即被布置为形成光束的有源表面，而是到达光学无源表面。这些光学无源表面被称为无源的，因为它们不应接收这些光线，或者至少应仅接收少量这些光线，并且没有被设计成使这些光线偏离以形成光束。

借助于本发明，例如通过向前散开这些寄生光线来去除这些寄生光线和/或减小这些寄生光线的影响。这样，降低了光束中的不期望的发光集中。

根据本发明的光学部件可以可选地具有下列特征中的一个或更多个：

-散射部分覆盖有多个结构，所述多个结构被布置成散射到达相应的散射部分的光线；因此，散射机构可以在光学部件的制造期间直接产生；

-散射部分是有波纹的；这使得可以更容易地计算该表面部分；

-散射部分包括彼此平行的条纹；

-光学部件是通过模制获得的，条纹平行于脱模方向；这允许条纹通过模制利用简单的脱模步骤产生；

-所述多个结构由相应的无源表面中的周期性变化形成；这允许更容易地计算该表面部分；

-在相应的无源表面的散射部分中的周期性变化或无源表面中的所述至少一个无源表面中的周期性变化仅布置在彼此垂直的两个变化方向上；这是生产凸起(embossment)的一个示例；

-光学部件是通过模制获得的，所述两个变化方向正交于脱模方向；这允许这些变化通过模制利用简单的脱模步骤产生；

-周期性变化由至少一个正弦函数限定；利用这种类型的函数获得了特别有效的结果；

-有源表面中的一个有源表面是偏转器，其被布置成接收来自入射折射界面的光线并将它们向下游转向，特别是朝向出射折射界面转向；这允许产生包含截止的光束，其中，很少的寄生光线在截止上方。

本发明的另一个主题是一种发光车辆装置，特别是前照灯，该发光车辆装置包括根据本发明所述的光学部件和至少一个光源，所述至少一个光源将其光线基本上朝向入射折射界面发射。

光源可以是发光二极管(LED)。

本发明的另一主题是一种车辆，该车辆包括特别是连接到车辆的电源的根据本发明所述的车辆照明和/或信号指示装置。

除非另外指出，术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“横向”、“纵向”和“水平”参照从相应的发光模块发出的光的方向。除非另外指出，术语“上游”和“下游”参照光的传播方向。

附图说明

通过阅读下列非限制性示例的详细描述，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，为了理解该描述，读者可参照附图，其中：

图1是从根据本发明第一示例的光学部件的前面和上面看的立体图；

图2是从图1的光学部件的后面和下面看的立体图；

图3是图1的光学部件的纵向截面图，其中还示出了光源；

图4是诸如图1的光学部件的表面变化的示例的立体图；

图5和6示出了投射到特别是在25米处的竖直屏幕上的光束的等照度曲线，这些光束分别是利用诸如图1中的光学部件但是没有周期性的表面变化获得的以及利用图1的光学部件获得的；

图7是从根据本发明第二示例的光学部件的前面和上面看的立体图；

图8是从图7的光学部件的后面和下面看的立体图；

图9是图7和8的光学部件在图8所示的平面P中的横截面。

具体实施方式

图1至图3示出了根据本发明第一示例性实施例的光学部件1。这里是由透明或半透明材料，特别是聚碳酸酯(PC)制成的单件式光学部件1的问题。

在该示例中，这是发光的车辆前照灯模块的光学部件的问题。

光学部件1包括多个第一准直器2′和多个第二准直器2″。这些准直器2′、2″中的每一个准直器包括入射折射界面2，该入射折射界面2旨在接收由光源21发射的光线r1、r2、r3，这里，该光源21旨在面向并靠近相应的准直器2′、2″的自由端放置，在该示例中，在相应的准直器2′、2″的自由端的上方以便向下发射光。

在该示例中，光源是发光二极管21或LED。

这些光线r1、r2、r3通过折射进入准直器2′、2″，并因此进入光学部件1。

所述多个第一准直器在这里包括两个准直器2′，所述两个准直器分别光耦合到反射单元3，该反射单元3部分地光耦合到用于产生截止的截止产生单元4，该截止产生单元4部分地耦合到出射单元5。因此，这些各种各样的元件彼此耦合并且被布置成形成由光源21发射的光线，从而形成包含截止的光束。

每个准直器2′被布置成在这里通过折射和全内反射将由LED21发射的光线r1、r2、r3以进一步集中的光束的形式沿着反射单元3的方向发送。

该反射单元3在这里是折射界面，其被布置成通过全内反射将这些光线r1、r2、r3朝向截止产生单元4反射，并且更具体地，朝向该截止产生单元4的脊部4a反射。例如，反射单元4可以将这些光线r1、r2、r3朝向布置在该脊部4a上的聚焦区反射。

这些光线r1、r2、r3以三种不同的方式通过该脊部4a，如将在下面解释的那样，然后到达出射单元5，这里是光学部件1的出射折射界面5。然后，这些光线通过折射通过出射折射界面5而从光学部件1出射。

该出射折射界面5被布置为形成用于投射脊部4a的像的单元。

因此，通过最靠近脊部4a而没有遇到偏转器的表面(特别是在出射折射界面5的聚焦区中)的光线r1被出射折射界面5平行于发光模块的光轴O折射。

相比之下，通过该脊部4a上方的光线r2和r3被出射折射界面5向下折射。

这些被向下折射的光线中的某些光线r2首先被反射单元3直接反射到出射折射界面5上，这些光线在脊部4a上方通过。其它被向下折射的光线r3首先被脊部4a后方的反射构件3反射，并且因此通过全内反射被偏转器4朝向出射折射界面5反射，这些光线也在脊部4a上方通过。

因此，光线r1、r2、r3中的大部分光线或者甚至全部光线参与从光学部件1出射的光束的形成。该光束是由光学模块发射的光束。

此外，如图6所示，该光束包含上截止线L。该上截止线L对应于脊部4a的像，因此该脊部4a形成偏转器4的截止产生边缘，光线在最高程度上被发送到截止线(光线r1)或截止线以下(光线r2和r3)。

这里，该光束是近光的中心部分。具体地，可以看出脊部4a包括对应于截止线L的形状的倾斜部分和两个在该倾斜部分的两侧的水平部分。该截止线在图6中用虚线示出，其上方的等照度曲线表示不产生眩光的非常低的强度。大多数光线在该截止线L下方发送。

所述多个第二准直器在这里包括五个准直器2″，所述五个准直器分别从上游到下游光耦合到反射单元3″、截止产生单元4″和出射单元5″，根据与图3所示的相同的原理，这些部件被布置为形成由光源发射的光线，以便形成包含水平截止的光束。不同之处在于，这里的截止脊部4a″处于水平面中。

中心部分和包含水平截止的光束被同时发射，以形成近光。

因此，形成准直器2′、2″的入射折射界面2的折射界面、反射单元3、3″、形成截止产生单元的偏转器4、4″以及出射折射界面5、5″通过它们的布置而允许形成光束，使得该光束对应于近光。因此，这些折射界面形成光学部件1的有源表面。

因此，另外可以看出，所有表面都没有被设计用于接收由LED21最初发射的光线。这些表面不参与光束的形成。因此这些表面被称为无源表面。

这实质上是连接有源表面的表面的问题。

在这些无源表面中，前上表面6和左侧表面10可在图1至图3中看到。可以看出，这些无源表面6、10包括波纹，并且在下文中将这些无源表面称为上波纹表面6和侧波纹表面10。

这些波纹允许从光束中去除最大量的或者甚至全部的寄生光束。

图5示出了利用与图1至图3中的光学部件相同(除了无源表面没有波纹之外)的光学部件(未示出)获得的光束。

在区域Za中可以观察到截止线上方的发光突起。因此，所获得的光束不是如所期望的那样。这个额外亮度的区域是由于已经到达左侧表面和前上表面的寄生光线。由于这些表面不是为此设计的，因此这些光线可以如这里一样在光束中被转向到不期望的位置。

在某些情况下，这些光线甚至可能导致跟随或迎面而来的车辆的驾驶者遭受眩光。

为了对此进行补救，如在该示例中那样，本发明提出无源表面中的至少一个无源表面包括散射部分，以便散射到达该无源表面的光线。

在图1至图3所示的该示例中，前上表面6包括这种散射部分，该散射部分被称为上散射部分7。同样，左侧表面10包括三个散射部分，称为侧散射部分11。

这些散射部分7、11覆盖有多个散射结构8、12，这些散射结构被布置为散射到达相应的散射部分的光线。因此，这些光线将被发射到投射场外部(即离开图6所示的屏幕)，或者被散开，使得它们将不会在该光束中形成额外亮度的不舒适区。

这些结构8、12在这里被布置成使得散射部分7、11是有波纹的。

在侧散射部分11中，这些波纹在单个给定的并且在这里为纵向方向上排序。因此，这些波纹形成了在与该纵向方向正交的方向上彼此平行的条纹12。如这里一样，这些条纹平行于光学部件1的脱模方向D/D′。

在上散射部分7中，这些波纹在彼此垂直的两个给定的方向上排序，在这里是在横向方向Y和纵向方向X上。因此，波纹形成枕形部12，该枕形部允许在光学部件1的脱模方向D/D′上脱模。

因此，散射部分7、11的波纹允许光学部件1通过利用两个板模制来产生，而不需要添加板或复杂的运动来产生散射结构。

在该示例性实施例中，通过在相应的无源表面6、10中的周期性变化产生所述多个散射结构8、12和相应的波纹，已经获得了特别有利的结果。

图4示出了可应用于散射表面p的规则的周期性变化的示例，该规则的周期性变化仅沿彼此垂直的两个变化方向X′、Y′排序，所述方向特别地旨在与光学部件的脱模方向(在这里，该脱模方向是竖直方向Z′)正交。换句话说，在图4中，表面在纵向方向L和横向方向Y′上均在竖直方向Z′上变化。

这里，这些变化也形成枕形部b。

在该示例中，周期性变化由至少一个正弦函数限定。

然而，正弦分量的系数可以在波纹排序的方向上变化，这些方向在下面被称为传播方向X′和Y′。

通常，根据本发明，如在该示例中那样，该表面可以由下列等式限定：

Z′＝X′_厚度*sin(X′_周期*π*x)+Y′_厚度*sin(Y′_周期*π*y)

其中：

X′_厚度：变化沿X′的厚度，即最大峰间高度，

X′_周期：X′上的变化周期，

Y′_厚度：变化沿Y′的厚度，即最大峰间高度，

Y′_周期：Y′上的变化周期，

x：沿纵向轴线X′的纵向值，

y：沿横向轴线Y′的纵向值。

X′、Y′和Z′将根据波纹表面的方向而取向。

例如，关于侧散射部分11，正弦变化仅沿着纵向轴线X排序，在XZ平面中具有关于该轴线X的变化。在竖直传播方向或横向传播方向上没有变化。

因此，系数的值可以是：

X′_厚度＝0.3mm

X′_周期＝21

Y′_厚度＝0mm

Y′_周期＝0

应当注意，关于图4的示例，Y对应于Z′、X对应于X′，以及Z对应于Y′(在图4中，表面是水平的，然而在光学部件1中它是竖直的，如图2中可以看到的那样)。

关于上散射部分7，正弦变化仅沿两个轴线排序：纵向轴线，在竖直的XZ平面中具有关于该轴线X的变化；以及横向轴线Y，在竖直的YZ平面中具有关于该轴线Y的变化。

由于该方向与图4中的相同，因此Y近似对应于Y′、X近似对应于X′，以及Z近似对应于Z′。

因此，系数的值可以是：

X′_厚度＝0.3mm

X′_周期＝21

Y′_厚度＝0.3mm

Y′_周期＝21

图7至图9示出了根据本发明第二示例性实施例的光学部件101。

根据该第二示例的光学部件101与第一示例类似。下面将仅讨论关键区别。关于其它特征，可以参考上述描述(应当注意，在第一示例和第二示例之间，执行相同功能的装置已经通过增加100的附图标记来标记)。

光学部件101包括单一的多个第一准直器102′，所述多个第一准直器分别旨在接收由光源发射的光线，就像第一示例的所述多个第二准直器2″一样。

除了准直器2″的折射界面之外，光学部件101还包括形成有源表面的折射界面，分别为：反射单元103、偏转器104和投射单元105或出射折射界面105。

这些有源表面103、104、105以与第一示例中相同的方式耦合，以形成包含截止的光束。因此，读者可以参照用于说明光线路径和利用偏转器104在光束中形成截止线的图3和相应的描述。

这里，该光束是具有水平截止线的光束。具体地，可以看出，脊部104a包含在水平的XY平面中，该脊部的像形成截止线。

光学部件101旨在安装在前照灯(未示出)中，该前照灯具有光学部件(未示出)，该光学部件是类似的，但是其脊部具有在近光的中心处的倾斜截止的形状，例如具有倾斜部分和在该倾斜部分的两侧的两个水平部分。

在该装置中也可以使用具有相同光学部件的附加模块，或者也产生水平截止的至少一个附加模块，以便将其光束叠加在来自所示出的光学部件101的光束上。

在该第二示例中，仅一个无源表面106包括散射部分107，该散射部分107被布置为散射到达其的光线。这里是前上表面的问题。

根据与第一示例中的原理相同的原理，这些光线将被发射到投射场外部或散开，使得它们将不会在该光束中形成额外亮度的不舒适区。

如在图7和图9中可以看到的那样，该无源表面106包括形成散射枕形部108的波纹。

这些波纹在这里是周期性变化。

这里，其也是图4的示例性表面变化，该示例性表面变化已经被应用于散射表面106。因此，周期性变化由至少一个正弦函数限定。

这里，该结构因此再次由前述等式限定，但是具有不同系数的正弦分量，并且还具有附加条件。

因此，无源表面106的限定可以被限定为：

1.如果：

X′_厚度*sin(X′_周期*π*x)+Y′_厚度*sin(Y′_周期*π*y)＜0

则：Z′＝0

2.如果：

X′_厚度*sin(X′_周期*π*x)+Y′_厚度*sin(Y′_周期*π*y)≥0

则：

Z′＝X′_厚度*sin(X′_周期*π*x)+Y′_厚度*sin(Y′_周期*π*Y)

因此，系数的值可以是：

X′_厚度＝0.3mm

X′_周期＝35

Y′_厚度＝0.3mm

Y′_周期＝35

X′、Y′和Z′根据波纹表面的方向取向。因此，关于图4的示例，Y对应于Z′、X对应于X′以及Z对应于Y′。

如图9中可以看到的那样，由于这些条件，观察到变化的削减，在某些枕形部108之间留下某些小的平坦表面部分109。

因此，通常，根据本发明，基于给定的正弦等式，特别是上述正弦等式，可以调整无源表面的产生寄生光线的变化，以便使从光学部件出射的光束中的这些寄生光线的数量最小化。

Claims (11)

1.一种由透明或半透明材料制成的单件式光学部件(1)，包括：

多个有源表面，所述多个有源表面被布置为形成光束，并包括入射折射界面(2)和出射折射界面(5)；

无源表面(6，10)，所述无源表面连接所述有源表面，

所述无源表面中的至少一个无源表面包括散射部分(7，11)，以便散射到达所述散射部分的光线。

2.根据权利要求1所述的光学部件(1)，其中，所述散射部分(7，11)覆盖有多个结构(8，12)，所述多个结构被布置为散射到达相应的散射部分的光线。

3.根据权利要求1或2所述的光学部件(1)，其中，所述散射部分(7，11)是有波纹的。

4.根据前述权利要求中任一项所述的光学部件(1)，其中，所述散射部分(11)包括彼此平行的条纹(12)。

5.根据权利要求4所述的光学部件(1)，其中，所述光学部件是通过模制获得的，所述条纹(12)平行于脱模方向(D/D′)。

6.根据权利要求2或根据从属于权利要求2的权利要求3至5中任一项所述的光学部件(1)，其中，所述多个结构(8，12)通过在相应的无源表面(6，10)中的周期性变化形成。

7.根据权利要求6所述的光学部件(1)，其中，在所述相应的无源表面的所述散射部分中的所述周期性变化或在所述无源表面中的所述至少一个无源表面中的所述周期性变化仅布置在彼此垂直的两个变化方向上。

8.根据权利要求7所述的光学部件(1)，其中，所述光学部件是通过模制获得的，所述两个变化方向正交于所述脱模方向(D/D′)。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的光学部件(1)，其中，所述周期性变化由至少一个正弦函数限定。

10.根据前述权利要求中任一项所述的光学部件(1)，其中，所述有源表面中的一个有源表面是偏转器(3)，所述偏转器被布置成接收来自所述入射折射界面(2)的光线并将该光线向下游转向。

11.一种发光车辆装置，所述发光车辆装置包括根据前述权利要求中任一项所述的光学部件(1)和至少一个光源，所述至少一个光源将其光线基本上朝向所述入射折射界面发射。

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