CN113898917A - 光学组件和车辆发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学组件和车辆发光装置，具体而言，该光学组件(1)具有至少一个光学单元和主出光方向(A)，该光学单元具有初级光学部分(20)和投射光学部分(30)，该投射光学部分(30)沿着主出光方向(A)布置在初级光学部分(20)的下游、并且具有焦平面(F)，其中，初级光学部分(20)为全内反射式光导体、并且具有光入射面和光出射面，光出射面具有截止边缘，该截止边缘处在焦平面(F)中。

Description

光学组件和车辆发光装置

技术领域

本发明涉及一种光学组件和车辆发光装置。

背景技术

在现有技术中已知多种用于车辆的发光装置，例如US2009303742、CN101392882等等。在这些发光装置中，呈发光二极管的形式的光源发出的光经过反射器反射后朝具有截止轮廓的挡光板传播，并通过投射透镜向外投射，以形成期望的光分布。对于这种发光装置，需要光源、反射器、挡光板和投射透镜彼此的很高的定位精度。

发明内容

因此，本发明的目的在于提出一种光学组件和具有该光学组件的车辆发光装置，其能够以简单的结构实现期望的光分布。

根据本发明提出了一种光学组件，该光学组件具有至少一个光学单元，该光学单元具有初级光学部分和投射光学部分，该投射光学部分沿着该光学组件的主出光方向布置在初级光学部分的下游、并且具有焦平面，其中，初级光学部分为全内反射式光导体、并且具有光入射面和光出射面，光出射面具有截止边缘，该截止边缘处在焦平面中。

在提出的光学组件的这种方案中，期望的光分布主要取决于初级光学部分相对于投射光学部分的相对位置，即，初级光学部分的截止边缘处在投射光学部分的焦平面中，而对于光学组件的光源的位置，只要保证光源发出的光能够经由光入射面尽可能全部耦入初级光学部分中即可，因为全内反射式的初级光学部分具有高效率和低损失的优点，特别是在初级光学部分高度透明的情况下。因此，这种方案结构紧凑，对定位精度的要求相对较低。

根据本发明的实施方式，初级光学部分沿着主出光方向至少部分区段地具有逐渐变大的横截面。例如，这种区段可设置在初级光学部分的整个长度上，或者设置在初级光学部分的光入射段、光出射段、中间段或任何其他合适的部位。这特别有利于发散性光源，即，光源以大的发散张角(例如120°)发出光线。当这种光源发出的光线通过光入射面耦入到初级光学部分中、并通过全反射朝光出射面的传播时，由于初级光学部分的周向侧壁的横截面至少部分地朝光出射面的方向变大，在光线在这样的侧壁处反射时，原本张角很大的光线在传播路径上转向，使得光线更靠近光轴，从而有利于光线在主出光方向上的会聚。

例如，形成初级光学部分的周向侧面的纵向截面的轮廓是直的、凹陷的或突出的，或者上述造型的任意组合。对于弯曲的纵向截面，其通常连续弯曲。当然，同样可行的是，在一部分区段上的周向侧面的纵向截面的轮廓是直的，而在另一部分区段上的周向侧面的纵向截面的轮廓是凹陷或突出弯曲的。在有多个直的轮廓或弯曲轮廓的情况下，各轮廓的斜率或曲率也可彼此不同。

示例性地，初级光学部分为锥体，即，周向侧面的纵向截面的边缘是直的，其具有的半锥角在0°至50°之间。这种初级光学部分制造简单。

对于初级光学部分的周向侧面，其可具有任意的造型，只要保证光出射面具有截止边缘即可。特别当周向侧面不连续时，其可具有任意数量的面片。例如，当周向侧面具有四个面片时，其具有四边形的横截面。当然，周向侧面的横截面还可具有弧线段。

优选地，初级光学部分的纵向长度大于光出射面在横截面中的最大尺寸。由此保证耦入初级光学部分中的光线能够经过多次全反射，以实现光线的期望的会聚和混合。

根据本发明的实施方式，初级光学部分分配有至少一个光源。在此，光源发出的光为可见光。示例性地，光源为发光二极管，例如白色发光二极管。当然，根据需要，能发出其他颜色的光线的光源也是可行的。优选地，光源靠近初级光学部分的光耦入面，由此使得光源发出的光尽可能全部耦入到初级光学部分中，以实现高的光利用率。

根据本发明的实施方式，光学组件可具有多个光学单元，相应的光学单元的初级光学部分的光出射面的截止边缘协同作用。在设置有多个光学单元的情况下，通过它们形成的光分布组合地形成最终期望的光分布。换句话说，可通过一光学单元对另一光学单元的光分布在光通量方面进行补充，以满足最终期望的光分布。多个光学单元可相应具有不同的横截面，例如，在大小、形状或其他方面不同。

根据本发明的实施方式，截止边缘为形成近光光束的截止边缘。通过该截止边缘形成在竖向方向上的光分布的明暗分界线。为此，初级光学部分中的一个初级光学部分的截止边缘呈弯折状、并且具有水平边缘和倾斜边缘，其中，水平边缘和倾斜边缘形成15°或45°的角度，其他的初级光学部分的截止边缘的走向与水平边缘和倾斜边缘中的至少一个的走向相匹配。

根据本发明的实施方式，光学单元的光源具有不同的发光强度。相应的光源可分配给相应的光学单元的初级光学部分。光源的发光强度可根据最终需要的光通量来进行匹配。

根据本发明的实施方式，初级光学部分和/或投射光学部分一体地形成。这能够实现简单的装配。

特别在初级光学部分、投射光学部分分别一体地形成，并且初级光学部分与投射光学部分分开构成时，它们之间可具有呈气隙的形式的间距。但还可在它们之间填充透光的、优选无色的材料。特别通过这种材料，离开初级光学部分的光线除了到达所分配的投射光学部分之外，还可到达相邻的投射光学部分。

根据本发明的实施方式，截止边缘为水平截止线。这使得该光学单元可用于雾灯。

提出的光学组件的初级光学部分、投射光学部分由透明材料构成，例如玻璃、塑料。对于塑料，例如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯等等是可行的。还可选用硅酮。在初级光学部分和投射光学部分之间的部分也可由上述材料构成。

投射光学部分可为投射透镜。

对于提出的车辆发光装置，其具有上文所述的光学组件。该车辆发光装置尤其为前灯，例如近光灯、雾灯等等。

附图说明

下面借助附图进一步阐述本发明。其中，

图1示意性地示出了根据本发明的光学组件的立体图示；

图2示出了图1的光学组件的俯视图；

图3示出了图1的光学组件的一个光学单元；

图4示意性地示出了在图3的光学单元中的光路图；

图5示意性地示出了在图3的光学单元中的另一光路图；并且

图6示意性地示出了图1的光学组件产生的光分布。

具体实施方式

在下文中示例性地说明了本发明的实施方式。如本领域的技术人员应该意识到的那样，在不背离本发明的构思的情况下，所说明的实施方式可以各种不同的方式进行修改。因此，附图和说明书本质上为示例性而非限制性的。在下文中，相同的附图标记通常表示功能相同或相似的元件。

在图1中示意性地示出了根据本发明的用于车辆发光装置的光学组件1的立体图示。该光学组件1具有初级光学部分20和投射光学部分30。光学组件1还具有主出光方向A，参考该主出光方向A，投射光学部分30布置在初级光学部分20下游。

此外，光学组件包括光源10，其分配给相应的初级光学部分20。光源10发出的光经初级光学部分2传导到投射光学部分30之后，通过投射光学部分30以期望的光分布投射出去。

投射光学部分30可为投射透镜，其具有焦平面F(参见图2)。

对于在图1中示出的光学组件1，为了便于阐述和理解的目的，可将它分成多个光学单元。在本示例中，光学组件1分成三个光学单元1A、1B、1C。光学组件1的相应的组成部分，即，初级光学部分20、投射光学部分30、和必要时光源10也可相应地看作分成三个部分：初级光学部分20分成第一初级光学部分21、第二初级光学部分22和第三初级光学部分23，投射光学部分30分成第一投射光学部分31、第二投射光学部分32和第三投射光学部分33，光源10分成第一光源11、第二光源12和第三光源13，它们相应组合地形成上述光学单元。当然，光学组件1也可包括仅仅一个光学单元，或者包括其他数量的光学单元，而不限于图1中示出的三个。要说明的是，类似于“第一”、“第二”、“第三”等等的序数词仅用于阐述的目的，以进行区分，而并未表示特定的顺序。

现在借助于第二光学单元1B来阐述光学组件1。其他光学单元具有和第二光学单元1B基本上相同的结构，对于它们，可参考关于第二光学单元1B的说明，不同之处将另行说明。

第二光学单元1B的第二初级光学部分22为全内反射式光导体，并且例如由塑料、玻璃、硅酮或其他合适的材料制成。第二初级光学部分22具有第二光入射面22A、第二光出射面22B以及在它们之间的第二周向侧面22C。可看出的是，沿着主出光方向A，第二光入射面22A的面积小于第二光出射面22B的面积。在此，第二初级光学部分22构造成基本上锥形或漏斗形的，即至少局部地具有逐渐变大的横截面。虽然在图3至图5中示出了第二周向侧面22C的纵向轮廓是直的，但该纵向轮廓还可是凹陷的、突出的或上述造型的任意组合。不同的直的纵向轮廓段可具有不同的斜度和/或长度，不同的弧形的纵向轮廓段可具有不同的曲率和/或长度。重要的是，第二初级光学部分22在整个纵向长度上至少部分区段地具有逐渐变大的横截面。特别对于发出锥形光束的光源，第二初级光学部分22的这种造型有助于减小离开第二光出射面22B的光线的发散角，即，在主出光方向A上对光线具有会聚作用，从而可减小第二投射光学部分32的尺寸。

如尤其从图3中可见的那样，第二光出射面22B具有弯折状的边缘22U，即，水平边缘22D和倾斜边缘22E。水平边缘22D和倾斜边缘22E形成15°或45°的角度。因此，这种弯折边缘可对应于车辆近光灯的截止边缘，并且这种光学组件可用于车辆的近光灯。在这种情况下，边缘22U为第二光出射面22B的下边缘。

第二光出射面22B的形成截止边缘的边缘22U处在第二投射光学部分32的焦平面F上。

在图4中示意性地示出了通过第二光学单元1B的光路图，其中，用实线R1示出了在第二光出射面22B的截止边缘或其附近离开第二光出射面22B的光线R1，用虚线示出了在截止边缘上方离开第二光出射面22B的光线R2。经过第二投射光学部分32投射后，在图6的光分布S2中，R1形成光分布的上边缘，即明暗交界线，R2形成光分布的明暗交界线下面的点亮部分。

其他光学单元1A、1C与第二光学单元1B的不同之处主要在于光出射面，即，相应的光出射面21B、23B可具有不同的几何结构，例如它们的横截面大小、形状、高度、宽度、截止边缘等等可彼此不同。在其他方面，即，对应的光入射面21A、23A和周向侧面21C、23C类似于第二光学单元。

例如，在示出的示例中，第一光学单元1A的第一初级光学部分21的第一光出射面21B的截止边缘21D为直线，其延伸对应于第二光出射面22B的截止边缘的水平边缘22D；第三光学单元1C的第三初级光学部分23的第三光出射面23B的截止边缘23D同样为直线，但其延伸对应于第二光出射面22B的截止边缘的倾斜边缘22E。相应的光学单元的初级光学部分的截止边缘可都处在投射光学部分的焦平面中(参见图2)，各截止边缘组合地形成整个光学组件的截止边缘，以形成最终期望的光分布的明暗交界线。在图6中示出了通过三个光学单元形成的光分布S1、S2、S3，它们组合地形成近光光分布，其中，相应的光学单元的截止边缘形成组合的光分布的弯折的明暗截止线。

在未示出的示例中，各光学单元的截止边缘都可为直线，以例如形成雾灯光分布。

在附图中虽然以分开的形式示出了各光学单元，但它们的初级光学部分或投射光学部分还可一体的形成。为此，可相应地设置桥接部段。在初级光学部分和投射光学部分之间留有气隙的情况下，该气隙还可通过透光的、优选地无色的材料填充。当然，光学组件整体也可一体地形成，例如由塑料、玻璃制成，优选地由硅酮制成。

示例性地，各初级光学部分的光入射面可处在一个平面上，由此简化所分配的相应的光源的布置和安装。例如，如果光源是发光二极管，它们可布置在一块印刷电路板上。光出射面同样可在一个平面上，以改善投射清晰度。

光源10应布置成尽可能靠近光入射面，使得光源发出的光线尽可能多地耦入到初级光学部分中。但要注意的是，初级光学部分由于光源运行中产生的热辐射会热膨胀，应避免初级光学部分由于热膨胀而与光源接触。耦入初级光学部分中的光线在周向侧面处全反射，参见图5的光线追踪图。

要说的是，对于具有弯折截止线的光学单元，虽然它在附图中居中地布置，但它也可改变位置，例如布置在侧部，只要不影响组合的最终光分布即可。

各光学单元的光源可具有不同的发光强度，因此可通过选择相应的光源来适配期望的光分布中的相应的部位处的光通量。

此外，虽然在附图中示出了相应的光学单元的初级光学部分线性地延伸，但它们也可具有弯曲的走向，以匹配安装空间。

所提到的光学单元可用于车辆发光装置，例如前灯，诸如近光灯、远光灯或雾灯。通过这种光学单元，可实现车辆发光装置的紧凑的结构。

本发明不限于上述结构，也可以采用其他的各种变体。虽然已经通过有限数量的实施方式描述了本发明，但是受益于本公开，本领域技术人员可以设计出不脱离在此公开的本发明的保护范围的其他实施方式。因此，本发明的保护范围应仅由所附权利要求限定。

Claims (12)

1.一种光学组件(1)，该光学组件(1)具有至少一个光学单元，该光学单元具有初级光学部分(20)和投射光学部分(30)，该投射光学部分(30)沿着该光学组件的主出光方向(A)布置在所述初级光学部分(20)的下游、并且该投射光学部分(30)具有焦平面(F)，其特征在于，所述初级光学部分(20)为全内反射式光导体、并且具有光入射面和光出射面，所述光出射面具有截止边缘，该截止边缘处在所述焦平面(F)中。

2.根据权利要求1所述的光学组件(1)，其特征在于，所述初级光学部分(20)沿着所述主出光方向(A)至少部分区段地具有逐渐变大的横截面。

3.根据权利要求2所述的光学组件(1)，其特征在于，所述初级光学部分(20)为锥体，其具有的半锥角在0°至50°之间。

4.根据权利要求1所述的光学组件(1)，其特征在于，所述初级光学部分(20)分配有至少一个光源(10)。

5.根据权利要求4所述的光学组件(1)，其特征在于，所述光源(10)为发光二极管。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学组件(1)，其特征在于，所述光学组件(1)具有多个光学单元，相应的光学单元的初级光学部分的光出射面的截止边缘协同作用。

7.根据权利要求6所述的光学组件(1)，其特征在于，所述截止边缘为形成近光光束的截止边缘。

8.根据权利要求7所述的光学组件(1)，其特征在于，所述初级光学部分中的一个初级光学部分的截止边缘呈弯折状、并且具有水平边缘(22D)和倾斜边缘(22E)，其中，所述水平边缘(22D)和倾斜边缘(22E)形成15°或45°的角度，其他的初级光学部分的截止边缘的走向与所述水平边缘(22D)和倾斜边缘(22E)中的至少一个的走向相匹配。

9.根据权利要求6所述的光学组件(1)，其特征在于，分配给所述多个光学单元的光源分别具有不同的发光强度。

10.根据权利要求6所述的光学组件(1)，其特征在于，所述初级光学部分(20)和/或所述投射光学部分(30)一体地形成。

11.根据权利要求6所述的光学组件(1)，其特征在于，所述截止边缘为水平截止线。

12.一种车辆发光装置，其特征在于，所述车辆发光装置具有根据权利要求1至11中任一项所述的光学组件(1)。

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