CN114026359A - 旨在利用全内反射进行操作的光学部件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学部件，该光学部件具有使用全内反射来引导光的部分(10)，该光学部件包括：‑输入光界面(2)；‑后表面(4)；‑截止边缘(6)；‑在该截止边缘下游的第一反射表面(11)；‑第二反射表面(21)；‑输出光界面(9)，该输出光界面对布置在该截止边缘(6)上的焦点行进行成像，返回表面返回进入焦点行的光线(r1，3/4)，第一光线(r1)经过该截止边缘(6)旁边并到达该第一反射表面(11)，该第一反射表面将这些第一光线反射到该第二反射表面(21)上，然后该第二反射表面将这些第一光线反射到该输出照准器(9)上。

Description

旨在利用全内反射进行操作的光学部件
本发明涉及机动车辆照明设备领域。本发明更具体地涉及一种光学部件，该光学部件被布置成利用全内反射进行操作并且被设计成形成具有截止部的光束。
已知使用光导，在这些光导中，光从入射光界面(diopter)被引导到出射光界面(diopter)。光通过此光导的、定位在入射光界面(diopter)与出射光界面(diopter)之间的反射表面的全内反射传播到出射光界面(diopter)。给定这些反射表面特定的形状和位置，使得可以获得具有给定光度的光束。
在近光束的情况下，或者更一般地在具有截止线(该截止线将照亮区域与包含正被跟随或迎面而来的车辆的黑暗区域界定开)的光束的情况下，这些反射表面被布置成形成光束并且形成光束的截止线。例如，反射表面可以形成集光器，该集光器将光线朝向截止边缘聚焦，该截止边缘由使两个其他表面分开的脊形成。然后光学系统被布置成对截止边缘进行成像。这然后将在光束中形成截止线。
然而，寄生反射可能会将一些光线携带进入由截止线界定的黑暗区域，从而产生炫目的风险。原则上，当设计光学部件时，寻求尽可能减少这些寄生光线。
在一些现有的光导中，截止边缘下游和下方的表面竖直地布置，或者换句话说，截止边缘由锐角形成。在这种情况下，经过截止边缘附近的光线不会照射到在截止边缘下游的第一反射表面上。因此，由于这个角度，成像光学系统必须延伸到明显低于截止边缘的水平，以便于成像系统恢复这些光线。
申请人已经观察到，能够通过减小光学部件内部的、由截止边缘分开的表面之间的角度来减小该高度。然而，在这样做时，经过截止边缘附近的一些光线照射到在截止边缘下游的第一反射表面上，并且直接返回到成像光学系统。因此，这些光线实际上如它们在成像光学系统的焦点行下方经过一样被引导，并且因此在截止部上方返回，从而增加了寄生光线的数量。
本发明的一个目的是改进旨在利用全内反射进行操作并且被设计成形成具有截止部的光束的光学部件，特别是同时降低炫目的风险，特别是不过度增加其高度。
为此，本发明的第一主题涉及一种旨在利用全内反射操作的光学部件，所述光学部件包括至少一个光导部分，所述光导部分包括：
-入射光界面(diopter)，
-返回表面，
-截止边缘，
-在所述截止边缘下游的第一全内反射表面，
-第二全内反射表面，
-对焦点行进行成像的出射光界面(diopter)，所述焦点行布置在所述截止边缘上，
所述入射光界面(diopter)和所述返回表面被布置成使得所述返回表面将来自所述入射光界面(diopter)的光线朝向所述焦点行返回，
这些光线包括第一光线，所述第一光线经过所述截止边缘附近并到达所述第一反射表面，所述第一反射表面被布置成将这些第一光线朝向所述第二反射表面反射，从而从所述第二反射表面产生末端(terminal)全内反射，这些第一光线通过所述末端(terminal)全内反射被朝向所述出射光界面(diopter)反射。
因此，通过防止由第一反射表面反射的光线直接到达出射光界面(diopter)，根据本发明的光学部件降低或者甚至消除了炫目的风险。
而且，这使得可以生产具有角度不明显的截止边缘的部件，并且因此与光导部分的长度相比具有较低的高度。
另外，这也使得对于相同厚度但没有该第一反射表面的同一个光导部分，可以获得更大厚度的光束。
这也使得可以避免水平上方过度的亮度集中。
根据本发明的照明设备可以可选地具有以下特征中的一个或多个：
-所述第一反射表面包括至少一个小面，所述至少一个小面被布置成将所述第一光线朝向所述第二反射表面反射，从而产生所述末端(terminal)全内反射；这通过使用小面管理一些光线简化了第一反射表面的设计，因为正是该小面的斜面的布置使得因此可以返回对应的光线；
-所述第一反射表面包括一个或多个棱镜，所述一个或多个棱镜被称为第一棱镜，所述第一棱镜均具有反射斜面，对应的光线从所述反射斜面反射，所述或每个小面由所述反射斜面或所述反射斜面之一形成；这是形成小面的简单方法；
-当所述第一反射表面具有多个棱镜时，所述反射斜面随着这些反射斜面远离所述截止边缘朝向所述出射光界面(diopter)移动而变得越来越不陡峭；
-当所述第一反射表面具有多个棱镜时，所述第一棱镜之间的节距是恒定的；这使得可以在两个棱镜之间具有总体上高度相同的连接表面，并且避免了在塑料加工方面可能导致更大注塑应力的厚度变化；
-当所述第一反射表面具有多个棱镜时，所述第一棱镜之间的节距是大约1mm；这个小节距使得可以进一步离散化并更好地控制全反射；
-所述第二反射表面包括至少一个小面，所述至少一个小面被布置成将由所述第一反射表面反射的这些光线中的一些光线朝向所述出射光界面(diopter)反射；这个或这些小面是棱镜，所述棱镜被称为第二棱镜；
-所述第一反射表面从截止线到所述出射光界面(diopter)的长度是所述出射光界面(diopter)的高度的两倍，优选地为四倍；借助于第一表面的布置，有可能获得这样的比率而不会增加炫目的风险，因此使得可以具有长形且薄的光学部件；
-所述出射光界面(diopter)的高度小于或等于6mm；
-所述光学部件包括多个所述光导部分；
-所述光学部件包括板，所述板的下游区段承载所述光导部分的出射光界面(diopter)，所述板包括直接或间接地相邻布置的所述光导部分；因此，就其深度而言，特别是就出射光界面(diopter)与对应入射光界面(diopter)之间的距离而言，存在薄的光学部件；
-所述光导部分可以经由光学非活性接合部分间接地成对布置；换句话说，接合部分不接收在这些光导部分中传播的任何光线。
本发明的另一个主题是包括根据本发明的光学部件的车辆照明设备。该照明设备尤其可以是车辆前灯。
根据本发明的车辆照明设备可以包括：
-根据本发明的光学部件，
-面向所述入射光界面(diopter)的光源，
所述照明设备被布置成使得由所述光源发射的所述光线从所述出射光界面(diopter)出射，从而有助于产生具有截止部、尤其具有平坦截止部的照明光束。
特别地，该照明光束可以是侧面照明光束，也被称为“转弯”功能。
本发明的另一个主题是包括根据本发明的车辆照明设备的车辆。
除非另外指明，术语“后部”、“前部”、“下部”、“上部”、“顶部”、“底部”、“右侧”、“水平”以及它们在性或数量方面的变化是指光学部件的光发射方向。除非另外指明，否则术语“上游”和“下游”是指光传播的方向。
本发明的其他特征和优点将在阅读以下非限制性示例的详细描述后变得显而易见，为了理解这些描述，应当参考附图，在附图中：
[图1]图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的光学部件的平面视图；
[图2]图2示出了从上方观察的图1的立体图；
[图3]图3示出了图1的后视图；
[图4]图4示出了从下方观察的图1的立体图；
[图5]图5示出了沿着图1中的平面AA’的截面立体图；
[图6]图6示出了与图5的截面相对应的截面；
[图7]图7示出了利用如下光学部件获得的光束，该光学部件与图1的光学部件类似，但是具有平坦的第一反射表面；
[图8]图8示出了用图1所图示的光学部件获得的光束。
图1至图5图示了根据本发明的光学部件1的一个示例性实施例。
在该示例中，轴线X、Y、Z分别对应于光学部件1旨在安装在其中的车辆的纵向方向、横向方向和竖直方向。在图1至图6中，光学部件1因此相对于这些轴线X、Y、Z以其在该车辆中预期的取向定向。
在该示例中，光学部件1旨在执行侧面照明功能。在这种情况下，如图1至图3所图示，光学部件1的前部和后部因此相对于纵向轴线X和横向轴线Y大致成对角线，光学部件的光轴O在这种情况下在靠近于纵向轴线X与横向轴线Y之间形成的平分线的方向上定向。换句话说，一旦根据这些取向将光学部件1安装在车辆中，该光学部件就允许包括它的照明设备向侧面和对角(在这种情况下在车辆的左侧和前部之间)照明。
总体上，如该示例中所图示，特别是在图1中，该光学部件1可以包括多个光导部分10。这些光导部分10一起以整体方式形成光学部件1。这些光导部分10尤其可以与整个光学部件1一体式地形成单件。
根据本发明，如在这种情况下，光导部分10可以并排布置，特别是在这种情况下，以扇形布置。这使得当光学部件1联接到光源时，可以加宽由该光学部件形成的整个照明光束。
如在这种情况下，这些光导部分10可以通过光学部件的一部分(被称为接合部分30)彼此连接，该部分在两个相邻的光导部分10之间形成物质连续性。
在该专利申请中，为了说明这些光导部分10的布置，图5和图6中的切割面和截面取自这些光导部分10中的一个光导部分，特别是从光学部件1的右侧开始的第四个光导部分(特别是在图1中，从底部开始的第四个光导部分)。同样，附图中的附图标记基本上位于该第四个光导部分10上。
该专利申请的各种说明和图示可以转用于光学部件1的每个光导部分10。
在这种情况下，图6示意性地图示了光学部件1中(更确切地说，在这种情况下在光导部分10之一中)的光线r1、r2的路径，以及各种全内反射(或TIR)表面4、5、11、21。
光学部件1被布置成在光线r1、r2的入射光界面(diopter)2与同一光导部分的出射光界面(diopter)9之间引导这些光线。这种布置优选地使得非常少或者甚至没有光线穿过接合部分30。
出射光界面(diopter)9在第一反射表面11与第二反射表面21之间延伸。如在这种情况下，这两个反射表面11、21可以基本上水平延伸，出射光界面(diopter)9自下而上延伸。
在这种情况下，第一反射表面11和第二反射表面21形成光导部分10的上部部分的前部部分。该前部部分在出射光界面(diopter)9与另一个全内反射表面(特别是返回表面4)之间延伸。
在这种情况下，如在图3至图5中可以看出，每个光导部分10包括下部部分，该下部部分在入射光界面(diopter)2与返回表面4之间向下延伸。在该示例中，该下部部分形成入射准直器3。
总体上，如在这种情况下，光学部件1可以在每一侧包括用于紧固到车辆照明设备的紧固装置。在这种情况下，光学部件1包括两个这样的紧固装置。在这种情况下，这些紧固装置是两个紧固凸耳32、33，这两个紧固凸耳与光学部件1的其余部分一体式地形成。
从图1中可以更具体地看出，光学部件1包括形成后突片31的部分，使得能够对光学部件1竖直地、特别是在Z方向上进行定位。
同样，如在这种情况下，可以设置参考销34、35，特别是不同形状的参考销，以便确保光学部件1在照明设备中的位置更精确。
如在图5中可以看出，在每个光导部分10处，下表面包括由脊形成的截止边缘6，该脊将第一反射表面11与形成折叠部5的另一全内反射表面5分开。第一反射表面11在截止边缘6的下游从截止边缘6朝向出射光界面(diopter)9延伸，并且在这种情况下延伸直到该出射光界面(diopter)。折叠部5在截止边缘6的上游从截止边缘6朝向准直器3延伸，并且在这种情况下延伸直到该准直器。
第二反射表面21可以通过其他表面连接到返回表面4。
总体上，如在这种情况下，光导部分10的所有上部部分可以与接合部分30一起形成板8。在图1和图2中，实质上该板8是可见的。该板8相对于光学部件1的宽度特别薄。
例如，如图5所图示，第一反射表面11从截止边缘6到出射光界面(diopter)9的长度L是出射光界面(diopter)9的高度h的四倍。例如，如在这种情况下，出射光界面(diopter)9的高度h可以小于6毫米(mm)。
在图示的示例中，存在的每个上部部分由第一反射表面11和折叠部5形成。在这种情况下，光导部分10的第一反射表面11的长度为大约25mm。
图6是纵向截面，特别是沿着所考虑的图示的光导部分10延伸的最大尺寸。该图使得可以图示每个光导部分10的操作。
一旦光学部件1已经被定位在照明设备(在这种情况下是前灯P)中，光源就被布置成与入射光界面(diopter)2相对，该入射光界面(diopter)在准直器3的底部形成。
总体上，入射光界面(diopter)2被布置成接收几乎所有或甚至所有由光源40发射的光线。准直器3将这些光线r1、r2朝向返回表面4聚焦。借助于返回表面4与入射光界面(diopter)2的布置，该返回表面将光线r1、r2从入射光界面(diopter)2返回到截止边缘6。
总体上，如在这种情况下，出射光界面(diopter)9可以形成投影构件，该投影构件被布置成对截止边缘6进行成像。
例如，如在这种情况下，出射光界面(diopter)9可以具有如下的曲率，该曲率被布置成使得该出射光界面(diopter)9形成具有焦点行的会聚系统。焦点行被布置成叠加在截止边缘6上。
可以定义由返回表面4返回的多种类型的光线：第一光线r1、第二光线r2和第三光线(未示出)。
下面将更详细地描述第一光线r1的路径。
总体上，如在这种情况下，每个光导部分10可以被布置成使得在截止边缘6处经过的光线直接到达出射光界面(diopter)9。这些光线是所述第二光线。由于该截止边缘6叠加在焦点行上，这些第二光线r2然后平行于对应光导部分10的光轴方向出射，根据该图示的示例，该光轴水平定向。
总体上，如在该示例中，第三光线(未示出)可以在截止边缘6的略上游照射到折叠部5上。折叠部5被定向成使得该折叠部将这些第三光线返回到第二反射表面21，该第二反射表面借助于其布置而将这些光线返回到出射光界面(diopter)9。因此，这些第三光线将经过截止边缘6上方，并因此经过焦点行，使得出射光界面(diopter)9将这些第三光线向下折射。
第二光线r2形成光束的上限，这些第三光线被引导到该上限以下。因此，出射光界面(diopter)9从这些光线投射出具有由该上限形成的截止线的光束，该截止线对应于截止边缘6的形状。
然而，在上部部分长形且薄的情况下，如在该示例中，特别是在板8的情况下，从对应的光导部分10的内部看，折叠部5与第一反射表面11之间的角度不是非常明显，特别是在180°至225°之间。存在这样的风险，即，一些光线(特别是所述第一光线)(已经被返回表面4偏转之后直接经过截止边缘6上方)将到达第一反射表面11，而不是直接到达出射光界面(diopter)9。在这种情况下，存在这些第一光线r1将被第一反射表面11向上反射并然后到达出射光界面(diopter)9的风险。因此，这些第一光线实际上来自焦点行的下方，并且因此被向上折射，从而产生炫目的风险。
为了避免这种情况，第一反射表面11包括从截止边缘6开始的布置(这里是棱镜13的形式)，使得可以防止第一光线r1(紧挨着截止边缘6(在这种情况下在上方)经过)在从第一反射表面11全内反射之后直接传播到出射光界面(diopter)9。
在这种情况下，这些棱镜13(被称为第一棱镜13)由交替的肋和脊形成，这些肋和脊总体上垂直于对应光导部分10的光轴定向。因此，每个第一棱镜13包括朝向上游定向的斜面或反射小面14以及朝向下游定向的接合小面15。
正是这些反射小面14被布置成允许第一反射表面11通过来自这些反射小面14的全内反射来偏转第一光线r1。通过这种偏转，反射小面14以一定角度从第二反射表面21发出这些第一光线r1，该角度使得可以从所述第二反射表面21产生全内反射。这些第一光线r1然后在从所述第二反射表面21反射之后被朝向出射光界面(diopter)9反射。这种反射因此被称为末端(terminal)全内反射。
反射小面14的斜面随着这些斜面远离截止边缘6朝向出射光界面(diopter)9移动而越来越不陡峭。这些第一光线在第一反射表面11上的撞击点越远离截止边缘6，第一光线r1就实际上越具有越来越掠射的性质。
在这种情况下，直到出射光界面(diopter)9都布置有第一棱镜13。然而，可以仅将这些第一棱镜布置在第一反射表面11的上游部分上，例如在第一反射表面11的前12至15毫米和/或至少前三分之一上。
在这种情况下，第一棱镜13之间的节距是恒定的。这简化了光学部件1的设计，并且潜在地避免了部件厚度的变化。如在该示例中，第一棱镜之间的节距可以为大约1mm。
在这种情况下，第二反射表面21是光滑的。然而，作为替代方案，该第二反射表面也可以包括多个棱镜(被称为第二棱镜)，这些棱镜的反射小面被布置成将由第一反射表面11反射的第一光线r1朝向出射光界面(diopter)9反射。
这些第二棱镜可以具有与第一棱镜13相同的特征，特别是关于它们的节距和/或它们的反射小面14的斜面。
每个光导部分10因此均能够形成具有上截止部的光束。如图8所图示，所有这些光束的总和形成了整个侧面照明光束F。可以观察到，整个光束F具有布置在地平线H上的截止线C。在截止线C上方，所图示的等照度曲线表示寄生的光线，但是其数量足够低以至于不会引起炫目。
在没有第一棱镜13的情况下，获得了图7的光束F’。尽管所述光束也具有水平截止线C’，然而，在截止线C’上方存在更多的寄生光线。炫目的风险更高。
而且，这些第一棱镜13使得可以将某些光线(特别是第一光线r1)重新注入截止线C之下，并且因此使得光束F的竖直厚度比没有第一棱镜13时获得的光束F’的竖直厚度更大。
因此，尽管光导部分10的厚度小，并且因此光学部件1的板8的厚度小，但是角部照明光束的效率和质量已经得到提高。
尽管本发明在角部照明的情况下特别有益，但是本发明可以应用于具有截止部的其他类型的光束，比如雾光束，或者甚至近光束。

Claims (11)

1.一种旨在利用全内反射进行操作的光学部件(1)，所述光学部件包括至少一个光导部分(10)，所述光导部分包括：
-入射光界面(2)，
-返回表面(4)，
-截止边缘(6)，
-在所述截止边缘下游的第一全内反射表面(11)，
-第二全内反射表面(21)，
-对焦点行进行成像的出射光界面(9)，所述焦点行被布置在所述截止边缘(6)上，
所述入射光界面和所述返回表面被布置成使得所述返回表面将来自所述入射光界面的光线(r1、r2)朝向所述焦点行返回，
所述光学部件的特征在于，这些光线(r1、r2)包括第一光线(r1)，所述第一光线经过所述截止边缘(6)附近并到达所述第一反射表面(11)，所述第一反射表面被布置成将这些第一光线(r1)朝向所述第二反射表面(21)反射，从而从所述第二反射表面产生末端全内反射，这些第一光线通过所述末端全内反射被朝向所述出射光界面(9)反射。
2.如权利要求1所述的光学部件(1)，其中，所述第一反射表面(11)包括至少一个小面(14)，所述至少一个小面被布置成将所述第一光线(r1)朝向所述第二反射表面(21)反射，从而产生所述末端全内反射。
3.如权利要求2所述的光学部件(1)，其中，所述第一反射表面(11)包括一个或多个棱镜，所述一个或多个棱镜被称为第一棱镜(13)，所述第一棱镜均具有反射斜面，对应的光线从所述反射斜面被反射，所述或每个小面(14)由所述反射斜面或所述反射斜面之一形成。
4.如权利要求3所述的光学部件(1)，其中，当所述第一反射表面(11)具有多个第一棱镜(13)时，随着所述反射斜面远离所述截止边缘(6)朝向所述出射光界面(9)移动，所述反射斜面变得越来越不陡峭。
5.如权利要求3或4所述的光学部件(1)，其中，当所述第一反射表面(11)具有多个第一棱镜(13)时，所述第一棱镜之间的节距是恒定的。
6.如权利要求3至5中任一项所述的光学部件(1)，其中，当所述第一反射表面(11)具有多个第一棱镜(13)时，所述第一棱镜之间的所述节距为大约1mm。
7.如前述权利要求中任一项所述的光学部件(1)，其中，所述第二反射表面(21)包括至少一个小面，所述至少一个小面被布置成将由所述第一反射表面(11)反射的这些光线中的一些光线朝向所述出射光界面(9)反射。
8.如前述权利要求中任一项所述的光学部件(1)，其中，所述第一反射表面(11)从所述截止线到所述出射光界面(9)的长度(L)是所述出射光界面的高度(h)的两倍。
9.如前述权利要求中任一项所述的光学部件(1)，包括多个所述光导部分(10)。
10.如权利要求9所述的光学部件，包括板(8)，所述板的下游区段承载所述光导部分(10)的出射光界面(9)，所述板包括直接或间接地相邻布置的所述光导部分。
11.一种车辆照明设备(P)，包括：
-如前述权利要求中任一项所述的光学部件(1)，
-面向所述入射光界面(2)的光源(40)，
所述照明设备被布置成使得由所述光源发射的光线(r1、r2)从所述出射光界面(9)出射，从而有助于产生具有截止部(C)、尤其具有平坦截止部的照明光束(F)。
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