CN113669693A - 厚壁光导光学系统及灯具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种厚壁光导光学系统及灯具，光源发出光线进入第一光学花纹，第一光学花纹收集来自于光源的光线，第一光学花纹将收集的光线准直后在厚壁光导结构内传播；光线在厚壁光导结构内的传播方向和行车方向存在夹角，光线从第一光学花纹传播至第二光学花纹，第二光学花纹更改光线的传播方向由水平变成竖直；光线从第二光学花纹传播至第三光学花纹，第三光学花纹反射来自第二光学花纹的光线，将其传播方向更改为和行车方向一致；经过第三光学花纹的光线继续传播，光线传播至第四光学花纹，光线通过第四光学花纹发生扩散，入射至空间。本发明实现光源无需布置在厚壁结构下方提高空间灵活性，提高点亮均匀性、减小造型限制度。

Description

厚壁光导光学系统及灯具

技术领域

本发明涉及汽车照明技术领域，具体地，涉及一种厚壁光导光学系统及灯具，尤其是一种汽车动态信号灯光学系统。

背景技术

汽车造型成为整车卖点的重要组成部分，汽车前大灯作为整车造型中重要的一环，整灯造型其倾斜度也变的越来越大。随着技术和时间的发展，整车厂对于整灯信号灯的均匀性要求也在持续增加，对于车灯信号灯而言，以前大灯为例，常见的实现方式为一个厚壁光导结构，入光端放置两颗不同颜色的LED，以实现多功能，以此必然存在一颗LED离焦的情况，会有均匀性欠缺的问题。目前市场上汽车的品类和品种日益丰富，各汽车品牌与车型之间竞争压力大，成本是其中一个重要的影响因素，如果能够降低整灯的成本，无疑是增加竞争力的好帮手。

就目前市场上有的厚壁光导结构，其实现功能的方式主要有两种：一种是LED直射式，即LED发出的光经过一个聚光器准直后，经过造型面上的配光花纹直接出射；另一种是弯折式，LED排布于厚壁光导结构的聚光准直器的下方位置，LED发出的光经过一个聚光器准直后，随后经过一个45度的斜面或者锥面，更改光的传播方向，最后经过造型面上的配光花纹直接出射。弯折式较直射式点亮效果更均匀，因为在造型面不会有LED发出的光直接出射的问题。

就直射式而言，如果想要保证前端依随造型面并且每一个单元的长度一致，以保证整体均匀性，则需要使用柔性PCB，此时成本较高。如果使用硬板PCB，则会造成每一个单元的长度不一致，均匀性表现不一。就弯折式而言，其只经过一次折反射，只需要一块硬板PCB，成本优势更佳，将光的传播方向由竖直方向更改为水平方向，可是此方案LED光源和设置LED光源的PCB板排布于厚壁光导结构的聚光准直器的下方位置，如此设置LED光源对车灯内竖向的空间有很高空间要求，但整车造型和车灯发展趋势却是空间，尤其是竖向空间越来越小、窄，因此此方案伴随着整车造型和车灯发展趋势存在空间越来越难以满足，甚至由于空间越来越小。但光源能量却不变甚至由于越来越新颖整车造型光源能量越来越高，因此导致热问题越来越严重，而要解决热问题则需在LED光源和PCB板下方或附近设置散热装置，导致竖向空间更加难以满足。

对于一般的厚壁结构，其为将LED发出的光，传到至行车方向，且满足相应功能的法规。为实现较好均匀性，使用一次弯折的方式，比如将LED出光方向放置于与行车方向垂直的方式，通过一个45度面更改光的传播方向为水平方向，此时因为在行车方向看不到LED直接出射的光，整个光学系统表现的点亮均匀性较高，但此方案对空间要求，尤其是垂直空间存在要求，如果空间受限方案无法实现。若垂直方向空间受限制，无法采用弯折这种方式，只能LED经过聚光器直接出射，此时空间受限问题得到解决，但这时候，就会有看到LED出射光直射的情况，此时整个光学系统表现点亮均匀性较差。

一块硬板PCB，经过同一区域实现不同功能的汽车信号灯，硬板PCB和设置于其上的LED光源是设置于厚壁光导结构的聚光准直结构的后方，即硬板PCB和LED光源利用了车灯空间的深度这一空间维度(这个车坐标系X轴)而非竖向空间维度。

另一方面实际情况往往要求同一个厚壁光导结构实现多个功能复用，例如日间行车灯/前位置灯/前转向灯功能复用，使用厚壁光导系统如何实现多个功能复用、保证多个功能的均匀性、并且减小竖直方向空间限制性是需要解决的问题。

公开号为CN207569782U的专利文献公开了一种利用全反射的光导结构及采用该光导结构的照明装置，属于车用照明技术领域。它包括线路板、LED颗粒、光导、装饰圈和外配光镜，LED颗粒利用全反射的原理，将LED颗粒布置在光导上面的线路板上，进入面将光从光源传到耦合器，通过耦合将光输入光导内部，并进入主反射面进行反射，随后光到达离开面，通过外配光镜将光线发到照明装置前方；主反射面与LED颗粒装配面的垂直方向呈45°。但是该专利文献仍然存在光学效率低，均匀性不佳，空间自由度小，限制性大的缺陷。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种厚壁光导光学系统及灯具。

根据本发明提供的一种厚壁光导光学系统，包括光源和厚壁光导结构，所述厚壁光导结构上设置有第一光学花纹、第二光学花纹、第三光学花纹及第四光学花纹；

所述光源发出光线进入所述第一光学花纹，所述第一光学花纹收集来自于所述光源的光线，所述第一光学花纹将收集的光线准直后在所述厚壁光导结构内传播；

光线在所述厚壁光导结构内的传播方向和行车方向存在夹角，光线从第一光学花纹传播至所述第二光学花纹，所述第二光学花纹更改光线的传播方向由水平变成竖直；

光线从所述第二光学花纹传播至所述第三光学花纹，所述第三光学花纹反射来自所述第二光学花纹的光线，将其传播方向更改为和行车方向一致；

经过所述第三光学花纹的光线继续传播，光线传播至所述第四光学花纹，光线通过所述第四光学花纹发生扩散，入射至空间。

优选的，所述第一光学花纹包括第五光学花纹和第六光学花纹；

所述第五光学花纹和所述第六光学花纹用于收集来自所述光源的光线。

优选的，所述第二光学花纹为45°的圆锥面、45°的斜面或者抛物面。

优选的，所述第二光学花纹上设置有网格状的花纹、条纹或皮纹。

优选的，所述第三光学花纹包括若干个45°面，若干个所述45°面与竖直方向呈45°，若干个所述45°面之间相互平行。

优选的，若干个所述45°面错落设置。

优选的，每两个所述45°面之间连接有台阶面的光学面。

优选的，所述第四光学花纹设置于所述厚壁光导结构的正面，所述第四光学花纹为方块状的花纹。

优选的，所述厚壁光导结构所用材料为聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯。

本发明还提供一种灯具，包括上述的厚壁光导光学系统。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过厚壁件的光学设计，使得同一个厚壁光导实现多个功能复用且多功能点亮效果均匀、满足法规；

2、本发明保证所有LED光源位于同一个硬板PCB板子上，无需使用软板，节省成本；

3、本发明空间自由度更大，限制性更小，尤其是竖直方向自由度更大，能解决整灯造型日渐狭窄发展趋势导致竖直空间越来越小的问题，保证空间灵活性同时，减小安装风险和热问题风险；

4、本发明LED光源的出射方向无需沿着行车方向，能够灵活与行车方向存在夹角，满足各种不同以及复杂造型的灵活适应性，设计自由度更大；

5、本发明提及的厚壁光导结构，通过将LED光源发出的光进行多次折反射，即从LED光源出射方向更改为垂直方向，进一步更改为行车方向，同时尽可能的提高光学效率，保证整个光学系统的光学表现。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的厚壁光导光学系统的轴侧意图一；

图2为本发明的厚壁光导光学系统的轴侧意图二；

图3为本发明的厚壁光导光学系统的轴侧意图三；

图4为图3的A区域的局部放大图；

图5为图3的B区域的光路图；

图6为图5的C区域的光路图；

图7为本发明的厚壁光导光学系统的轴侧意图四。

图中示出：

光源1 第五光学花纹301

第一LED光源101 第六光学花纹302

第二LED光源102 第二光学花纹4

厚壁光导结构2 第三光学花纹5

第一光学花纹3 第四光学花纹6

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1：

如图1～7所示，本实施例提供的一种厚壁光导光学系统，包括光源1和厚壁光导结构2，厚壁光导结构2上设置有第一光学花纹3、第二光学花纹4、第三光学花纹5及第四光学花纹6，光源1发出光线进入第一光学花纹3，第一光学花纹3收集来自于光源1的光线，第一光学花纹3将收集的光线准直后在厚壁光导结构2内传播，光线在厚壁光导结构2内的传播方向和行车方向存在夹角，光线从第一光学花纹3传播至第二光学花纹4，第二光学花纹4更改光线的传播方向由水平变成竖直，光线从第二光学花纹4传播至第三光学花纹5，第三光学花纹5反射来自第二光学花纹4的光线，将其传播方向更改为和行车方向一致，经过第三光学花纹5的光线继续传播，光线传播至第四光学花纹6，光线通过第四光学花纹6发生扩散，入射至空间。厚壁光导结构2所用材料为聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯。

第一光学花纹3包括第五光学花纹301和第六光学花纹302，第五光学花纹301和第六光学花纹302用于收集来自光源1的光线。第二光学花纹4为45°的圆锥面、45°的斜面或者抛物面，第二光学花纹4上设置有网格状的花纹、条纹或皮纹。第三光学花纹5包括若干个45°面，若干个45°面与竖直方向呈45°，若干个45°面之间相互平行，若干个45°面错落设置，每两个45°面之间连接有台阶面的光学面。第四光学花纹6设置于厚壁光导结构2的正面，第四光学花纹6为方块状的花纹。

本实施例还提供一种灯具，包括上述的厚壁光导光学系统。灯具为汽车车灯。

实施例2：

本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1的更为具体的说明。

本发明公开一种光学系统，包括LED光源和厚壁光导结构。其中，厚壁光导结构包括第一光学花纹3、第二光学花纹4、第三光学花纹5及第四光学花纹6。

第一光学花纹3是厚壁光导结构的入射准直结构部分，第一光学花纹3由具有全反射及准直功能的波前面旋转所得,即由第五光学花纹301和第六光学花纹302组成，第一光学花纹3尽可能的收集来自于LED光源的光线，将光线准直后在厚壁光导内传播。

第二光学花纹4由一个45度的圆锥面或者45度的斜面，或者抛物面或者根据实际角度需要画的一个倾斜面构成，其目的是更改光的传播方向由水平变成竖直。为了保证整个光学系统的均匀性，这个倾斜面上可以做网格的花纹，或者条纹或者加皮纹等。此时光的传播方向由水平变成了竖直方向。

第三光学花纹5为一个从竖直方向来看和竖直方向成45度的平面、同时若干个45°面之间成平行关系、并且每两个45°面之间连接有台阶面的光学面(上述说明主要针对第三光学花纹5之中对应每一个准直单元的光学面，例如图3中的B区域这一部分中的第三光学花纹5，而整个厚壁光导结构包括许多个如区域B一样的单元)。45度的折射面做成错落有致的，以便更多的利用来自第二光学花纹4的光线，由此第三光学花纹5尽可能的收集从第二光学花纹4传播过来的光线，将其传播方向更改为与行车方向一致。

第四光学花纹6为出光面，光线通过厚壁光导正前方花纹四发生扩散，入射至空间，实现相应功能，满足相应法规。

第一光学花纹3的直射式准直结构，解决空间限制，尤其是竖直空间限制，LED光源的光线入射进准直结构第二光学花纹4后，传播方向和行车方向存在夹角，能够解决造型限制，提高灵活自由度。

若干个45度面错落面，具体来说从竖直方向来看和竖直方向成45度的平面、同时若干个45°面之间成平行关系、并且每两个45°面之间连接有台阶面的光学面。因为光线的可逆性，入射至第三光学花纹5的光线的方向为垂直于行车方向，分布方向为光学花纹面二的宽度方向，如图6中D指示部分光学花纹面二的宽度方向，此分布方向不与行车方向垂直，而是存在一定夹角，若是光学花纹面二的宽度方向和行车方向垂直，那么只需要一个45度面就可以实现，将竖直方向的光更改为水平方向的光，正因为光学花纹面二的宽度方向和行车方向存在一定夹角，因此，要想更多的收集从第二光学花纹4入射来的光，就需要第三光学花纹5具有若干个45度面，每一个45°面都是跟着光学花纹面二的宽度方向排布，因此形成了若干个错落的45度面，目的是接受更多从第二光学花纹4传播出来的光。

从竖直方向来看和竖直方向成45度，此夹角为45°或实际项目需求角度。光学花纹3由若干个45度光学面错落而成的原因是因为：从LED出射的光其方向并非行车方向，初始的光经过光学花纹1的准直后，光的出射方向也和行车方向有一定夹角。经过第二光学花纹4后，将其传播方向更改为竖直方向传播，此时想要尽可能的收集从第二光学花纹4传播过来的光，将其方向更改为与行车方向一致，因此将45度的折射面做成错落有致的，以便更多的利用来自第二光学花纹4的光，将其传播方向更改为和行车方向一致。

光路：LED光源发出光线进入厚壁光导结构第一光学花纹3，第一光学花纹3尽可能的收集来自于LED的光，将光准直后在厚壁光导内传播，光线传播方向和行车方向存在夹角，光线传播至第二光学花纹4，更改光的传播方向由水平变成竖直，光传播至第三光学花纹5，若干个45°错落面尽可能多地反射和利用来自第二光学花纹4的光，将其传播方向更改为和行车方向一致，经过第三光学花纹5的光线继续传播，与第四光学花纹6相遇，通过厚壁光导正前方花纹四发生扩散，入射至空间，实现相应功能，满足相应法规。

LED光源包括第一LED光源101和第二LED光源102，第一LED光源101和第二LED光源102共用PCB板，使PCB板与厚壁光导整体所占空间较小，且从成本的角度更优。

厚壁光导所用材料可以为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)。

第一LED光源101发出的光线耦合进厚壁光导后，在第一光学花纹3的准直，第二光学花纹4和第三光学花纹5的共同作用下更改其传播方向，进行散射弥合使更多的光线能朝行车方向均匀进行传播。

第四光学花纹6设置于厚壁光导正面，厚壁光导正面的小花纹为小方块状的花纹，对第四光学花纹6进行优化，可以使多功能点亮时有更好的点亮效果。

厚壁光导可以通过在第一光学花纹3，第二光学花纹4以及光学花纹3上增加网格状花纹或者条纹或者皮纹，来进一步优化整个光学系统的点亮效果，即均匀性。

整个系统实现光源无需布置在厚壁结构下方提高空间灵活性(较常规一次反射准直结构位于下方来说)，提高点亮均匀性、减小造型限制度(较常规直射式系统来说)。初始LED光源发出的光方向和行车方向存在一定夹角，第三光学花纹5为若干个错落的45度面，其原因为尽可能更为高效的利用从竖直方向上传播过来的光。

初始LED光源发出的光方向和行车方向存在一定夹角，通过更改其传播方向，从水平传播更改为竖直方向传播，随后再更改为水平方向传播。如此厚壁可以保证整个光学系统只要使用一块硬板PCB,无需如现有技术中直射式方案由于造型及均匀性限制使用软板导致成本增加，本发明方案具有成本优势。若没有空间限制，LED光源的出光方向和行车方向一致，那么本方案同样适用。

本发明实现光源无需布置在厚壁结构下方提高空间灵活性，提高点亮均匀性、减小造型限制度。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种厚壁光导光学系统，其特征在于，包括光源(1)和厚壁光导结构(2)，所述厚壁光导结构(2)上设置有第一光学花纹(3)、第二光学花纹(4)、第三光学花纹(5)及第四光学花纹(6)；

所述光源(1)发出光线进入所述第一光学花纹(3)，所述第一光学花纹(3)收集来自于所述光源(1)的光线，所述第一光学花纹(3)将收集的光线准直后在所述厚壁光导结构(2)内传播；

光线在所述厚壁光导结构(2)内的传播方向和行车方向存在夹角，光线从第一光学花纹(3)传播至所述第二光学花纹(4)，所述第二光学花纹(4)更改光线的传播方向由水平变成竖直；

光线从所述第二光学花纹(4)传播至所述第三光学花纹(5)，所述第三光学花纹(5)反射来自所述第二光学花纹(4)的光线，将其传播方向更改为和行车方向一致；

经过所述第三光学花纹(5)的光线继续传播，光线传播至所述第四光学花纹(6)，光线通过所述第四光学花纹(6)发生扩散，入射至空间。

2.根据权利要求1所述的厚壁光导光学系统，其特征那在于，所述第一光学花纹(3)包括第五光学花纹(301)和第六光学花纹(302)；

所述第五光学花纹(301)和所述第六光学花纹(302)用于收集来自所述光源(1)的光线。

3.根据权利要求1所述的厚壁光导光学系统，其特征那在于，所述第二光学花纹(4)为45°的圆锥面、45°的斜面或者抛物面。

4.根据权利要求3所述的厚壁光导光学系统，其特征那在于，所述第二光学花纹(4)上设置有网格状的花纹、条纹或皮纹。

5.根据权利要求1所述的厚壁光导光学系统，其特征那在于，所述第三光学花纹(5)包括若干个45°面，若干个所述45°面与竖直方向呈45°，若干个所述45°面之间相互平行。

6.根据权利要求5所述的厚壁光导光学系统，其特征那在于，若干个所述45°面错落设置。

7.根据权利要求5所述的厚壁光导光学系统，其特征那在于，每两个所述45°面之间连接有台阶面的光学面。

8.根据权利要求1所述的厚壁光导光学系统，其特征那在于，所述第四光学花纹(6)设置于所述厚壁光导结构(2)的正面，所述第四光学花纹(6)为方块状的花纹。

9.根据权利要求1所述的厚壁光导光学系统，其特征那在于，所述厚壁光导结构(2)所用材料为聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯。

10.一种灯具，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的厚壁光导光学系统。

Images