CN113574424B - 用于车辆的照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于车辆的照明装置，所述照明装置具有光源(1)和用于产生预定的光分布的光学单元，其中，所述光学单元包括光学元件(2、2‘、2“)，该光学元件具有用于耦入由光源(1)发射的光(5)的光入射面(S1)和与光入射面(S1)间隔开地设置的光出射面(Sn)，该光出射面(Sn)用于耦出在光入射面(S1)上耦入的并且在主光引导方向(H)上在光学元件(2、2‘、2“)内部引导的光(5)，其中，所述光学元件(2、2‘、2“)构造为具有多个层(S1、S2、…Sn)的分层体，其中，多个层(S1、S2、…Sn)中的至少一定数量的层分别具有带有不同的折射率(n1、n2、n3)的材料的区段(A11、A12、A13、A21、A22、…Anm)。

Description

用于车辆的照明装置

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的照明装置，所述照明装置具有光源和用于产生预定的光分布的光学单元，其中，所述光学单元具有光学元件，该光学元件具有用于耦入由光源发射的光的光入射面和与光入射面间隔开地设置的用于耦出在光入射面上耦入的并且在主光引导方向上在光学元件内部引导的光的光出射面。

背景技术

由DE 10 2016 125 420 A1已知一种用于车辆的照明装置，该照明装置具有光源和配置给该光源的光学元件作为光学单元。光学元件被构造为透镜，该透镜通过压模或者注塑来制造。透镜具有光入射面和光出射面。为了避免或减少朝向光源的不期望的回反射，透镜至少在光入射面上具有抗反射涂层。已知的透镜状的光学元件具有光入射面和光出射面作为折射面。通过光入射面和/或光出射面的造型，能够实现光学元件的期望的折射作用，从而能够产生预定的光分布。

发明内容

本发明的任务是，改进具有光源和光学元件的用于车辆的照明装置，使得在光学元件的几何结构简单的情况下实现光学元件的预定的光学作用。

为了解决该任务，本发明的特征在于，所述光学元件构造为具有多个层的分层体，其中，所述多个层中的至少一定数量的层分别具有带有不同的折射率的材料的区段。

本发明涉及一种用于车辆的照明装置，所述照明装置具有光源和用于产生预定的光分布的光学单元，其中，所述光学单元包括光学元件，该光学元件具有用于耦入由光源发射的光的光入射面和与光入射面间隔开地设置的光出射面，该光出射面用于耦出在光入射面上耦入的并且在主光引导方向上在光学元件内部引导的光，其特征在于，所述光学元件构造为具有多个层的分层体，所述多个层中的至少一定数量的层中的每个层分别具有带有不同的折射率的材料的多个区段。

根据本发明，光学元件逐层地构造，其中，各个层分别具有带有不同折射率的材料的区段，从而折射的位置不仅在邻接于介质空气的光入射面和光出射面上实现，而且也在光学元件内部实现。本发明不仅规定了光的逐层的折射，而且除此之外规定了光在相应的层内部的折射。有利地，由此可以模仿光学元件的传统透镜形状，其中按照根据本发明构造为分层体的光学元件，光入射面和/或光出射面平面地构造。因此，光学元件能够具有简单的几何形状。本发明的基本构思是，将对于传统光学元件(透镜)中的光的折射所需的光学元件形状变换成板状光学元件的体积。有利地，通过选择在分层体的层区段中的折射率，能够与光学元件的形状无关地产生预定的光分布。因此，可以利用相同形状的光学元件产生不同的成像特性。由于光学元件的相同的造型，可以将该光学元件简单地固定在照明装置的壳体中。由于优选相同的外观，照明装置的设计具有统一的特征。

根据本发明的一种扩展方案，分层体的各个层平行于光入射面和/或光出射面延伸。在此有利的是，具有不同折射率的材料被逐层地依次施加，其中，这些层分别在其光学作用方面对应于传统地一体制造的光学元件的一个假想的层。有利地，能以这种方式简单地模仿传统的光学元件，其中传统的光学元件的形状折射作用通过根据本发明的光学元件的层的区段的材料折射作用来代替。

根据本发明的一种扩展方案，这些层具有相同的层厚度。层厚度越小，在相应的层中的区段的折射作用就越大。

根据本发明的一种扩展方案，层的层厚度处于10μm和30μm之间的范围中。有利地，光学元件能够在折射作用相对高的情况下具有相对扁平的结构。

根据本发明的一种扩展方案，光学元件的层彼此连接成一体的。光学元件可以作为单个的构件安装在照明装置的壳体中。

根据本发明的一种扩展方案，光学元件通过按顺序施加这些层来制造而成。在制造技术上能够简单地依次叠置多个层。

根据本发明的一种扩展方案，光学元件通过印刷层来制造而成。有利地，层的区段可通过单个的点形成，所述各个单个的点然后固化并形成层。由此保证了层的相对高的分辨率。

根据本发明的一种扩展方案，不同的层的在主光引导方向上依次设置的区段由不同折射率的材料构成，使得所述折射率在主光引导方向上改变至少三次。有利地，由此可以产生具有侧凹部的透镜的变换或模仿。

根据本发明的一种扩展方案，相应的层的区段矩阵式地成列且成行地延伸，其中各个层的区段分别具有相同的尺寸。有利地，由此可以对每个层施加具有不同或相同折射率的矩阵式布置的材料点。

根据本发明的一种扩展方案，各所述层的区段沿主光引导方向在投影方面彼此对齐地设置。因此，相同或不同折射率的区段在到一个面/平面上的投影中重叠。因此，光学元件具有简单且规则的结构。

根据本发明的一种扩展方案，光学元件被安装在透明的载体上。载体能够实现光学元件的足够的稳定性。

根据本发明的一种扩展方案，载体被构造为折射体。有利地，由此可以在光入射到光学元件中之前调节出一定的折射能力。由此，尤其可以省去照明装置的主光学器件。

根据本发明的一种扩展方案，光源和光学元件设置在一个罐形的壳体中。在此，罐形的壳体可以理解为具有至少一个开口的壳体的任意形状，该壳体通过封闭罩封闭。光学单元在此仅通过光学元件形成。可能时，封闭罩可以具有散射光学器件。在壳体内部，光学元件构成唯一的光学的光引导装置。

根据本发明的一种扩展方案，分层体的光入射面和/或光出射面具有抗反射涂层，从而减少或避免光朝光源方向的不期望的反射。

附图说明

下面借助于附图详细说明本发明的实施例。其中示出：

图1示出具有根据第一实施方式的光学元件的照明装置的示意性侧视图，

图2示出照明装置的第二实施方式的示意性的侧视图，其中光学元件对应于传统的侧凹的光学元件，

图3示出照明装置的光学元件的多个层的示意图，和

图4示出照明装置的另一实施方式的示意图。

具体实施方式

根据本发明的用于车辆的照明装置可以用于产生光分布。例如，照明装置可以用作用于产生白天行驶光分布、行驶方向指示光分布、制动/熄灭光分布的信号灯。

照明装置主要具有光源1，所述光源配设有光学元件2。光源1和光学元件2设置在罐状的壳体3中，该壳体的开口通过封闭罩4封闭。封闭罩4可以是染色的、玻璃般透明的、没有散射光学器件或者设有散射光学器件。

光学元件2形成光学单元，该光学单元在壳体3的内部空间内延伸。为了产生照明装置的预定的光分布，光学元件2是壳体3内的唯一的用于引导由光源1发出的光5的构件。

光学元件2板状地构成为分层体，所述分层体具有多个层S1、S2、...Sn。在朝向光源1的光入射侧上，第一层S1构造为光入射面，在该光入射面上，光5耦入到分层体2中。在背离光源1的光出射侧上，层Sn构造为光出射面，在该光出射面上耦入到分层体2中的光5且在主光引导方向H上通过分层体2引导的光5从分层体2中耦出。不仅光入射面S1而且光出射面Sn形成分层体2与介质空气的边界面。在光学元件2的内部，相邻的层S1、S2、...Sn面状地彼此贴靠地(没有中间空间地)布置。

各个层S1、S2、...Sn被布置成彼此平行并且各自在一个平面中延伸。

在本实施例中，各个层S1、S2、...Sn具有相同的层厚度d_s。层厚度d_s处于10μm至30μm的范围内，优选层厚度d_s处于10μm至20μm的范围内，优选层厚度为16μm。

分层体2的各个层S1、S2、...Sn彼此连接成一体的成一体式的或者一件式的。各个层S1、S2、...Sn依次通过借助材料施加器或者说分配器按顺序的施加来制造。在此，逐层地将材料滴和/或材料点沉积为具有相同或不同折射率的材料的区段A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm。一旦例如所施加的第一层S1的材料滴或材料点固化，就可以通过沉积相应的材料滴或材料点来施加另外的层S2。这继续进行，直至施加了最后一层Sn。

例如，材料施加器或者说分配器可以是压力单元，其将具有相同或不同折射率的透明塑料材料沉积到相应的层S1、S2、...Sn的相应的区段A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm上。如特别是从图3中可看出的，层S1、S2、...Sn一样大小地构成。它们具有相同数量的矩阵式布置的区段A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm。因此，各个层S1、S2、...Sn具有相同数量的列和行的具有选择性不同折射率的区段A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm。各个层S1、S2、...Sn的区段A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm分别相同大小地构成，即所述层具有相同的尺寸。

各个层S1、S2、...Sn的区段A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm彼此对齐地设置，使得它们在沿分层体2的主光引导方向H投影时彼此对齐地设置或者说彼此对齐地重叠。

根据本发明的按照图1的第一实施方式，光学元件2这样逐层地构造有区段A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm，使得光学元件在光学作用方面对应于传统的平凸透镜30，该平凸透镜具有在光耦入侧布置的平面的光入射面31和在背离光源1的一侧上布置的凸面的光出射面32。已知的具有平凸透镜30的照明装置在图1中相对于光学元件2侧向错开地设置，以便使光学元件2与平凸透镜30的等效性变得明显。实施例的相同的构件或构件功能设有相同的附图标记。

根据图1的分层体2在其面向光源1的部分(半部)中具有多个层S1、S2、...Sp，这些层分别包括具有第一折射率n1的材料的区段A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm(白色区段A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm)。在分层体2的背离光源1的部分(半部)中设置有层Sp1、...Sn，所述层的区段A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm具有第一折射率n1的材料(白色的区段A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm)和第二折射率n2的材料(黑色的区段A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm)。第一折射率n1的材料和第二折射率n2的材料的区段A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm的分布被选择为，使得分层体2的远离光轴F的区域中的光5的折射大于接近光轴F的区域中的光5的折射。在本实施例中，第二折射率n2的材料的区段A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm对应于在平凸透镜30的光出射面32外部的区域，而第一折射率n1的材料的区段A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm对应于平凸透镜30内部的区域。以这种方式，可以简单地根据常规透镜形状的尺寸推断出第一折射率n1的和第二折射率n2的材料的材料点或区段A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm的分布。

如从图1中可看到的那样，光学元件2具有方形的形状。尤其是，光入射面S1和光出射面Sn平行地并且分别平面地延伸。

根据本发明的图2的第二实施方式，如此构造光学元件2，使得该光学元件在其光学作用方面对应于具有侧凹部41的凸透镜40。为此，层S1、S2、...Sn分别具有折射率n1和n2的不同材料的区段A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm，使得在主光引导方向H上，在远离光轴F的区域内设置的数量的折射率为n1和n2区段A_ij至少改变四次或者说在远离光轴F的区域内设置的区段A_ij数量的折射率n1和n2至少改变四次。示例性地，在图2中示出线10，所述线沿主光引导方向H延伸并且位于远离光轴F的区域中，在所述区域中模仿或构造常规透镜40的侧凹部41。从光入射层S1出发，区段A_ij的材料或折射率n1、n2在主光引导方向H上直至光出射侧的层Sn改变四次，其中示例性地示出层S20、S25和S30。层S20在传统透镜40具有最大径向延伸的平面中延伸。因此，层S20在平面a中延伸。层S25在平面b中延伸，透镜40在该平面中具有其最小的径向延伸。层S30在平面c中延伸，透镜40的第二最大径向延伸位于该平面中。层S20和S30仅具有折射率为n1的区段A_ij，而层S25仅具有折射率为n2的区段A_ij。从线10与透镜40的交点中可知，在点42和43以及44和45之间的区域中的区段A_ij分别具有折射率为n1的材料并且在点43和44之间的区域中具有折射率为n2的材料。

因为透镜40旋转对称地构造，所以具有第一折射率n1的材料和具有第二折射率n2的材料的区段A_ij的分布在光学元件2中也相对于光轴F旋转对称地布置。

根据图4的本发明的另一实施方式，设置有光学元件2“，其层S1、S2、...Sn分别具有区段A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm，在各区段中折射率n1(白色面)和折射率n2(黑色面)以及折射率n3(阴影面)的材料分布地设置。在图4中仅示例性地示出了一些区段A。通过折射率n1、n2、n3的材料的相应分布，可以构建任意的光成形。

应当理解，折射率n1、n2、n3具有不同的值。

在朝向光源1的一侧上，一载体7与光学元件2“相连，该载体7优选地构造为折射体。在载体7的侧面上成形有保持元件8(保持机构)，借助于该保持元件，由光学元件2“和载体7形成的结构单元能够固定在壳体3上。

不言而喻，根据图1和图2的光学元件2和2‘同样可以与载体7固定连接。

根据本发明的一种未示出的备选的实施方式，光学元件2、2‘、2“在光输入侧和/或光输出侧可设有抗反射涂层。

各个层S1、S2、...Sn的区段A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm分别由透明的聚合物材料制成。

在按顺序施加各个层S1、S2、...Sn之后，优选地，对这样制造的光学元件2、2‘、2“进行热处理(例如退火)。

根据对于区段A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm所使用的材料的折射率n1、n2、n3，在光学元件2、2‘、2“内部形成光5沿主光引导方向H的多重折射。区段A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm因此对应于常规的透镜元件。最小的透镜元件对应于一个区段A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm。如果多个相邻的区段A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm具有相同的折射率n1或n2或n3，则透镜元件具有比区段A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm更大的尺寸。因此，光学元件2、2‘、2“具有多个不同大小的折射面，在所述折射面上引起光5的折射以用于产生期望的光分布或光成形。

透明载体7优选由玻璃或聚合物材料形成。

载体7可以构造为平面的光滑的板或者构造有设置在表面上的散射光学器件。

光源1例如可以构造为LED光源。

根据本发明的一种备选的实施方式，光学元件也可以是具有不同折射率n1、n2、n3、...nn的多种材料。

根据本发明的一种未示出的备选的实施方式，保持机构8也可以直接模制或者说成型在光学元件2、2‘、2“上。

附图标记列表

1                  光源

2、2‘、2“            光学元件

3                  壳体

4                  封闭罩

5                  光

7                  载体

8                  保持元件

10                 线

30                 平凸透镜

31                 光入射面

32                 光出射面

40                 凸透镜

41                 侧凹部

42                 点

43                 点

44                 点

45                 点

H                  主光引导方向

F                  光轴

S1、S2、...Sn、S_p1     层

A..                区段

ds                 层厚度

n1、n2、n3...nn      折射率

Z1、...Zn           行

Sp1、...Spn         列

Claims (15)

1.一种用于车辆的照明装置，所述照明装置具有光源(1)和用于产生预定的光分布的光学单元，其中，所述光学单元包括光学元件(2、2‘、2“)，该光学元件具有用于耦入由光源(1)发射的光(5)的光入射面(S1)和与光入射面(S1)间隔开地设置的光出射面(Sn)，该光出射面(Sn)用于耦出在光入射面(S1)上耦入的并且在主光引导方向(H)上在光学元件(2、2‘、2“)内部引导的光(5)，其特征在于，所述光学元件(2、2‘、2“)构造为具有多个层(S1、S2、...Sn)的分层体，其中，所述多个层(S1、S2、...Sn)中的至少一定数量的层中的每个层分别具有带有不同的折射率(n1、n2、n3)的材料的多个区段(A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm)。

2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述层(S1、S2、...Sn)平行于所述光学元件(2、2‘、2“)的光入射面(S1)和/或光出射面(Sn)延伸。

3.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述层(S1、S2、...Sn)具有相同的层厚度(d_s)。

4.根据权利要求3所述的照明装置，其特征在于，所述层厚度(d_s)处于10μm至30μm的范围内。

5.根据权利要求1至4之一所述的照明装置，其特征在于，所述光学元件(2、2‘、2“)的层(S1、S2、...Sn)彼此连接成一体的，其中相邻的层(S1、S2、...Sn)面状地彼此贴靠。

6.根据权利要求1至4之一所述的照明装置，其特征在于，所述光学元件(2、2‘、2“)通过按顺序施加所述层(S1、S2、...Sn)来制造而成。

7.根据权利要求1至4之一所述的照明装置，其特征在于，所述光学元件(2、2‘、2“)通过印刷所述层(S1、S2、...Sn)来制造而成。

8.根据权利要求1至4之一所述的照明装置，其特征在于，不同的层的在主光引导方向(H)上依次设置的区段(A A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm)由不同折射率(n1、n2)的材料(S1、S2、...Sn)组成，使得所述材料的折射率(n1、n2)在主光引导方向(H)上改变至少两次。

9.根据权利要求1至4之一所述的照明装置，其特征在于，相应的层(S1、S2、...Sn)的区段(A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm)矩阵式地成列(Sp1、Sp2、...Spn)且成行(Z1、Z2、...Zn)地布置，其中，各个层(S1、S2、...Sn)的区段(A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm)分别具有相同的尺寸。

10.根据权利要求1至4之一所述的照明装置，其特征在于，各所述层(S1、S2、...Sn)的区段(A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₂₁、A₂₂、...A_nm)沿主光引导方向(H)在投影方面彼此对齐地设置。

11.根据权利要求1至4之一所述的照明装置，其特征在于，所述光学元件(2、2‘、2“)被安装在透明的载体(7)上。

12.根据权利要求11所述的照明装置，其特征在于，所述载体(7)被构造为折射体。

13.根据权利要求1至4之一所述的照明装置，其特征在于，所述光源(1)和所述光学元件(2、2‘、2“)设置在罐形的壳体(3)中，所述壳体由封闭罩(4)封闭。

14.根据权利要求1至4之一所述的照明装置，其特征在于，所述分层体的光入射面(S1)和/或光出射面(Sn)设有抗反射涂层。

15.根据权利要求11所述的照明装置，其特征在于，所述分层体和/或所述载体(7)具有保持机构(8)，以用于固定在所述照明装置的壳体(3)上。

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