CN114787554A - 用于车辆信号灯的光导 - Google Patents

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Abstract

本发明的布置产生了一种光导(105)，该光导可以是任何弯曲的形状，该光导通过使用单个光源和单个光反射耦合器在光出射面处产生并获得均匀或均一的照明外观。本发明以一种光导系统为前提，该光导系统包括光导(105)；光源(1)；以及耦合器(130)，该耦合器定位在光源处被配置成接收产生的光。耦合器(130)被适配成产生准直的来自光源的光束。阶梯式反射表面由沿着光导的光反射面(115)的多个光反射小面(135)和多个侧向表面(140)形成，这些光反射小面和侧向表面配置成接收准直光并朝向光发射出射面引导准直光。此外，数个光反射小面(135)被配置成在光反射面的中间部分处以比光反射面的端部部分处的准直光的强度量小的强度量来收集准直光。

Description

用于车辆信号灯的光导
技术领域
本发明涉及汽车照明或信号装置，更特别地涉及具有相关联的光导单元的汽车照明或信号装置。
背景技术
原始设备制造商(OEM)和许多部件/系统供应商持续努力以提高车灯的照明效率和均一性。特别受关注的是期望通过使用单个光源获得均一性增强的点亮区域的照明外观或均匀的光发射区域的点亮外观。本发明涉及一种这种创新解决方案，以提供可以通过使用单个光源来产生均一性增强的点亮区域的光学装置布置。
在汽车照明和光信号单元领域，越来越普遍地使用基于光发射半导体部件(例如发光二极管(LED))的光源。LED发射的光可以以任何已知的合适方式与光导耦合。光导用于外部车辆照明应用和各种其他应用。LED发射的光束通常经由入射面进入光导并且通过出射面离开光导。在入射面与出射面之间，通常使用定位在光导内部的反射元件在光导内引导LED产生的光线。光导可以是弯曲的或直线的。光导也可以竖直地或水平地定向。
当光导为弯曲的形状时，在光出射面处实现均匀的点亮外观是一项困难的挑战。此外，当光导竖直地定向时，由于封装的限制，将光源定位成面向光导的光轴通常是一项困难的挑战。为了典型地解决这些缺点，常规的光导系统采用多个光源和多个耦合器以增加均一性并增强光发射区域，以便满足道路规定照明或信号功能要求。然而，使用多个光源和耦合器用于执行这样的光学功能持续并仍然给机动车辆照明装置设计中的空间限制带来挑战。
可能涉及这个技术的文献包括专利文献：
US 7,639,918 B2和US 7,686,497 B2；美国公开案US 2015 0233 539 A1，均出于所有目的通过引用并入本文。
因此，在本发明实现的各种目的中，一个目的是相比于以较为不期望的外观为代价来实现照明效果的、使用光学膜或漫射材料的替代方案，实现光学效率和增强的光效果控制。另一个目的是增强对照明效果的控制，从而满足规定的亮度强度要求。并且，另一个目的是利用受限制的光导空间系统内的单个光源单个光耦合器布置或最小化的光耦合器布置，以有效地影响点亮出射面处均匀的光分布外观。另一个目的是在光发射面或点亮出射面上一致地实现的百分之九十(90％)的亮度光度值或百分之十(10％)以内的亮度变化的亮度光度值。本发明在此克服了汽车领域的相关联的光导装置的设计和实施中的这些已知问题和缺点中的一个或多个问题和缺点。
发明内容
本发明涉及对于上述问题中的一个或多个问题的独特解决方案。相信本发明提供了一种机动车辆光信号单元布置和具有形成为曲线的光导的光导组件，该光导组件仍然可以通过有效地使用单个光源和单个耦合器或光耦合反射器来产生均一性增强的点亮区域外观或光发射区域外观。
因此，根据本发明的第一方面，设想用于照明或信号的车辆光导组件包括：光导，该光导包括光发射体、光发射面侧、以及与光发射面或出射面侧相反地设置的光反射面；光源，其中，光源的光发射轴线基本上垂直于光导的光轴；耦合器，该耦合器定位在光源处并且被配置成接收从光源发射的光束，其中，耦合器被适配成产生准直的来自光源的光束；其中，光导的光反射面是由交替地布置在光导的光反射面上的多个光反射小面和多个侧向表面形成的阶梯式反射表面；其中，多个反射小面起光学功能并且基本上与来自耦合器的光发射轴线成45度角，并且多个侧向表面不起光学功能并且平行于光发射轴线；其中，多个反射小面被配置成接收所述准直光束，并且多个反射小面沿着所述光轴朝向光发射面引导准直光束，并且其中，数个光反射小面被配置成在光反射面的中间部分处以比来自光反射面的端部部分的数个反射小面的准直光束部分的量小的量来收集准直光束部分；并且其中，光反射面的中间部分接收准直光束并且具有如下的发光强度值，该发光强度值高于在光反射面的端部部分上接收的准直光束的发光强度值。
本发明的进一步特征在于本文所述的特征的一个或任意组合，比如：其中，光导的宽度以弯曲、渐缩或过渡的方式从光导的光接收面向与光接收面相反的面逐渐减小；光发射面侧或出射面设置有多个出射小面，这些出射小面布置成相对于光导的光轴成阶梯式直角或基本上成90度角；其中，朝向出射面或光发射面侧引导的准直光束相对于在多个光反射小面上接收的准直光束成90度角；其中，光导产生沿着光导的出射面或光发射面侧均一或均匀分布的光束；其中，与来自光源的光束的分布宽度相比，分布在光发射面侧上的光的宽度更宽；其中，光源定位在印刷电路板(PCB)上；其中，光源为发光二极管(LED)型；其中，光源和耦合器靠近光接收面定位；并且其中，光导本体的光反射面符合S形形状。
因此，根据本发明的第二方面，设想机动车辆照明或信号装置包括：反射器组件；透镜；壳体；以及光导组件，其中，光导组件包括：光导，该光导包括光发射体、出射面或光发射面侧、以及与光发射面侧相反地设置的光反射面；光源，其中，光源的光发射轴线基本上垂直于光导的光轴；光耦合反射器或耦合器，该光耦合反射器或耦合器定位在光源处并且被配置成接收从光源发射的光束，其中，耦合器产生准直的来自光源的光束；其中，光导的光反射面是由交替地布置在光导的光反射面上的多个光反射小面和多个侧向表面形成的阶梯式反射表面布置；其中，多个反射小面起光学功能并且基本上与来自耦合器的光发射轴线成45度角，并且多个侧向表面不起光学功能并且平行于光发射轴线；其中，多个反射小面被配置成接收所述准直光束，并且多个反射小面沿着所述光轴朝向光发射面引导准直光束，并且其中，数个光反射小面被配置成在光反射面的中间部分处以比来自光反射面的端部部分的数个反射小面的准直光束部分的量小的量来收集准直光束部分；并且其中，光反射面的中间部分接收准直光束并且具有如下的发光强度值，该发光强度值高于在光反射面的端部部分上接收的准直光束的发光强度值。
应当了解，如本文所示和所述的上述方面和示例是非限制性的，因为本发明内存在其他方面和示例。
附图说明
图1A示出了根据本发明的机动车辆光导组件的立体图。
图1B示出了根据本发明的图1A所示的光导组件的光反射面的一部分的放大视图。
图2示出了根据本发明的图1A的光导组件的侧视图。
图3A和图3B进一步详细地展示了根据本发明的、具有图1A的相关联的元件特征的光导组件的操作。
图4描绘了根据本发明的示例性可生产的光导结构，该光导结构实现了光发射面处均一的点亮外观，并且提供了相关联的光束、耦合器、以及光反射表面元件的展示。
图5A和图5B提供了根据本发明的、描绘了真实感绘制(图5A)和亮度渲染(图5B)的点亮外观结果，其中在出射面或光发射面侧实现了良好的均一性或均匀的点亮外观。
具体实施方式
本发明提供了一种汽车照明和/或信号装置，该汽车照明和/或信号装置可以通过有效地使用单个光源和单个耦合器或单个光耦合反射器来产生均一性增强的点亮区域外观或光发射区域外观。
本披露特别关注并主要聚焦提供一种如图1A所示的照明系统布置或光导组件。图1A示出了根据本发明的机动车辆的光导组件的立体图。
除非另外定义，否则本文中所使用的所有技术术语和科学术语具有与本技术所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。
图1A示出了光导组件100，该光导组件包括：光导105，该光导包括光接收面110、光反射面115、与光反射面115相反设置的光发射面侧或出射面120；光发射体125，该光发射体联接光反射面115与光发射面侧120；光源1和耦合器130。
设想的是相关联的部件与部件组件之间的关系(例如至少是几何特性和材料特性)在解决上述背景技术部分中描述的一个或多个问题时出乎意料地重要。在下面的段落中更详细且具体地披露了部件和部件组件中的每一个部件和部件组件以及部件与部件组件的关系。
光源1
光源表示视觉感知的电磁辐射源或视觉感知辐射能量(包括电磁光谱内的“可见”光)的受激励源，但可以包括电磁能量或辐射能量(包括X射线、紫外线和红外线、微波光谱和无线电波光谱)的广泛的组合或范围。光源可以包括所有常规的并且合适的照明元件源，比如基于灯丝的灯或白炽灯、荧光灯、弧光或气体放电型灯、发光二极管(LED)或其他合适的常规光源。
光源1优选地包括一个或多个发光二极管(LED)，然而，在不超出本发明的精神和范围的情况下，可以使用其他光源。光源相对于光导设置在预定点处。光源以这样的方式定位，使得来自光源的光线平行于光导的纵向轴线进入光导。在示例中，光源布置在印刷电路板(PCB)133(但在图中未示出)上。PCB 133用于向光源供电，用于控制并承载光源。需要注意的是，来自光源1的光发射轴线L垂直于光导105的光轴OA。在实施例中，光源定位在光导105的光接收面110处并且靠近光反射面110。
耦合器130
耦合器130或光耦合反射器起收集周围产生的光的作用，并且使用所述耦合器的(多个)反射表面以特定方式或专门的方向(特定点、位置、随机方向或确定的目标区域)分布或重新引导这种相关联的产生的光。
耦合器130被适配成将来自光源1的光朝向光导105传输。如图1A所示，光导组件100包括单个耦合器，该单个耦合器定位在光导105的光接收面110处。因此，应当理解的是，耦合器130与光导105的光接收面110相关联。在实施例中，耦合器130靠近光反射面115定位。进而，与光线145在耦合器130与光反射面115之间的行进距离相比，光线145在耦合器130与光发射面侧120之间的行进距离更大。此外，耦合器130的参考轴线定向成与图1A和图3A所描绘的光导105中展示的纵向轴线L的方向对齐。耦合器130可以包括准直光学器件或准直器(在图中未示出)以产生准直光束11。耦合器130被布置成接收来自光源1的光束145，并且准直所接收的光束以产生准直光束11，使得光线145平行于光导105内参考的纵向轴线L进入光导105。在实施例中，光导105的光发射体125的宽度-厚度可以与耦合器130的宽度-厚度相同。在实施例中，耦合器130和光导105可以形成为单件。在另一个实施例中，耦合器130和光导105可以形成为两个分离件。
光导105
可以是光发射性介质125的精细部件的光导105起物质体的作用，光波(包括电磁粒子或光谱变化的光波)穿过该物质体。例如，光波行进通过或穿过引导材料或“介质”材料。光导105可以由单元化的、整体的构成主体部件或由构成主体部件的组合构建或形成。光发射性介质125的材料可以包括刚性体、或具有变化的柔性的材料体、或具有相对弹性的材料体或凝胶橡胶材料。光发射介质105可以由简单的几何形状或定制形状形成，并且可以包括各种着色剂或附加特征，这些着色剂或附加特征可以在各种水平上干扰光传输，但仍然允许在各种程度上通过“介质”主体的光传输。
光导105采用片材的形式。术语‘片材’被理解为意指在厚度方向上由两个面界定的形状，这两个面在至少一部分形状上基本平行于另一个面。片材本身的形状可以具有非平面的形状。光导105具有由光传输材料构建成的长形光发射体125。根据本发明的实施例，光导优选地由透明塑料通过注塑成型制成。如图1A所示，根据本发明的优选实施例，光导105可以是弯曲形式。在实施例中，光导105可以是单片式的或者换言之，例如由塑料材料成型的单件形成。
光导105包括光接收面110、光发射体125、光反射面115、以及与光反射面110相反设置的光发射面侧或出射面120。光接收面110被适配成接收来自光源1的光线145。在实施例中，光导105可以符合S形形状。然而，本发明不限于S形形状的光导。反而，根据本发明，光导105可以是任何弯曲的形状，该光导可以通过使用单个耦合器和单个光源产生均匀的或均一的点亮外观。
在实施例中，光导105的宽度可以以弯曲的方式从光导的光接收面110到与光接收面110相反的面逐渐减小。
光反射面115形成在光发射体125的侧表面上。光导组件100的光反射面115包括由多个光反射小面135和多个侧向表面140形成的阶梯式反射表面(图1B所描绘)。
如图1A和图1B所示，光反射小面135和侧向表面140可以跨越纵向轴线L的方向沿着光发射体125的侧表面被交替地布置。多个反射小面135起光学功能并且包括成角度的面。反射小面135优选地相对于与光源1对齐的光发射轴线L成45度角，但是所述反射小面可以基本定向成45度或定向在42度至48度的范围内，使得入射在其上的光线将通过光反射小面135经由光传输返回通过光发射体125并且通过光发射面侧120离开光导105而拥有全内反射(TIR)。在另一个实施例中，光反射小面135可以表示以任何其他角度定向的成角度的表面，这导致当在纵向轴线L[或光轴OA？]的方向上行进时，入射光线在光反射面115处为TIR。
此外，多个侧向表面140不起光学功能并且平行于光发射轴线L，使得侧向表面140通常不沿着光轴OA反射光线。
在实施例中，每个反射小面135的长度和每个侧向表面140的长度沿着光导105的纵向轴线L的方向可以相同。在另一个实施例中，每个反射小面135的长度和每个侧向表面140的长度沿着光导105的纵向轴线L的方向可以不同并且可以变化。
在实施例中，与光反射面的中间部分115c相比，反射小面135和侧向表面140密集地放置在光反射面115的端部部分115a、115b处。因此，如图2，数个光反射小面135被配置成在中间部分115c处以比来自端部部分115a和115b的数个反射小面135的准直光束部分的发光强度量小的发光强度量收集准直光束部分。此外，中间部分115c被配置成以如下的发光强度值接收准直光束，该发光强度值高于在端部部分115a和115b上接收的准直光束的发光强度值。在实施例中，端部部分115a、115b和中间部分115c可以具有相同的长度。在另一个实施例中，与每个端部部分115a、115b的长度相比，中间部分115c可以具有更长的尺寸。然而在另一个实施例中，端部部分115a、115b可以各自具有相同的长度。此外，在另一个实施例中，端部部分115a、115b各自可以具有不同的长度。
在实施例中，光发射面侧120被适配成接收来自光反射面115的准直光束11。朝向光发射面侧120引导的准直光束11相对于在多个光反射小面135上接收的准直光束11成90度角。光发射面120沿着纵向轴线L设置有多个出射小面150。多个出射面150相对于光导105的光轴OA成90度角并且可以基本定向成90度。然而，本发明并不限于相对于光导105的光轴OA成90度的小面。此外，光发射面或出射面120优选地包括形成在阶梯式小面布置200中的小面，该阶梯式小面布置可以根据专门的光发射效果或制造增强的合适需要而沿着光发射面120的任何地方从粗疏的阶梯尺寸变化到精细的阶梯尺寸。
由于上述光导105和耦合器130的配置，与来自光源的光束的分布宽度范围相比，光发射面侧120上的光分布宽度更大。
光轴OA
光轴OA起限定主光路的参考轴线的作用，光沿着该主光路传播通过光学系统，沿着该主光路存在某种程度的旋转对称。
术语“光轴”在本文中用于指代限定光沿其传播的路径的假想线或假想平面。
纵向轴线L
纵向轴线L起参考轴线的作用，该参考轴线限定光沿其传播的、从单个点光源1到目标点方向的主光路。纵向轴线是在光导105中通常接收准直光线的方向。
图3A和图3B更详细地描述了图1A所示的光导组件100的操作。图3B示出了来自光反射面115的一部分的光线145的路径。图3A示出了根据本发明的、在相关联的展示中描绘的光导组件100在操作期间产生的光线145的路径。光线的路径由附图标记145以通常方式示出。
操作时，光源1发出的光线或光束145由耦合器130准直以产生准直光束11。准直光束11然后沿着光导105的纵向轴线L朝向光反射面115传输。光反射小面135被适配成接收准直光束并且经由光导105的光发射体125朝向光导105的光发射面侧或出射面120引导准直光束11。在实施例中，这些反射小面135基本上成45度角，使得入射在其上的光线将返回通过光发射体125并且通过光导105的光发射面侧120离开光导105而由光反射小面135全内反射。
如之前所讨论的，光反射面115的中间部分115c被配置成接收准直光束并且具有如下的发光强度值，该发光强度值高于在光反射面115的端部部分115a、115b上接收的准直光束的发光强度值。因此，通过在光反射面115的不同部分接收具有变化的发光强度的准直光束，光束沿着光导105的光发射面侧120均匀地分布。
因此，利用本发明的光导组件105，通过使用单个耦合器和单个光源，沿着光发射面或出射面120在弯曲形状的光导处产生均一或均匀分布的光束。
尽管本披露是参照附图提供的，但是附图中所示的所有实施例均旨在通过示例的方式解释本发明的优选实施例，而非旨在限制本发明。
本领域技术人员应当了解，可以在不脱离本发明披露的原理和精神的情况下对本披露作出各种改变或修改，只要这些改变或修改落在权利要求及其同等物限定的范围内，这些改变或修改就旨在被本发明涵盖。
本文引用的任何数值包括以一个单位为增量从较低值到较高值的所有值，前提是在任何较低值与任何较高值之间存在至少2个单位的间隔。例如，如果说部件的量或过程变量的值(例如温度、压力、时间等)是例如从1到90、优选地从20到80、更优选地从30到70，旨在在此说明书中明确列举比如15到85、22到68、43到51、30到32等的值。对于小于一的值，一个单位视情况而定被认为是0.0001、0.001、0.01或0.1。这些仅是具体意图的示例，并且在所列举的最低值与最高值之间的所有可能的数值组合将被认为在本申请中以类似的方式明确说明。
除非另有说明，否则所有范围都包括两个端点和端点之间的所有数字。结合范围的“大约”或“大致”的使用适用于范围的两端。因此，“大约20到30”旨在涵盖“大约20到大约30”，至少包括特定端点。
所有文章和参考文献(包括专利申请和出版物)的披露内容出于所有目的通过引用并入。
描述组合的术语“基本由……组成”应包括确定的元件、成分、部件或步骤，并且包括对组合的基本特性和新颖特性没有实质性影响的这种其他元件、成分、部件或步骤。
元件编号清单
准直光束11
耦合器130
光源1
从光源到光反射面的光线3
从光反射面到光发射面的光线5
出射小面处的亮度强度或光度值18
120或出射面处的亮度强度或光度值20
光导组件100
光导105
光线或光束145
光接收面110
光反射面115
光发射面侧120
光发射体125
纵向轴线L
光轴OA
印刷电路板(PCB)133
多个反射小面135
多个侧向表面140
光反射面的端部部分115a、115b
光反射面的中间部分115c
多个出射小面150
阶梯式小面布置200

Claims (11)

1.一种用于照明或信号的车辆的光导组件，包括：
光导，所述光导包括光发射体、光发射面侧、以及与所述光发射面侧相反地设置的光反射面；
光源，其中，所述光源的光发射轴线基本上垂直于所述光导的光轴；
耦合器，所述耦合器定位在所述光源处并且被配置成接收从所述光源发射的光束，其中，所述耦合器被适配成产生准直的来自所述光源的光束；
其中，所述光导的所述光反射面是由交替地布置在所述光导的所述光反射面上的多个光反射小面和多个侧向表面形成的阶梯式反射表面；
其中，所述多个反射小面起光学功能并且基本上与来自所述耦合器的光发射轴线成45度角，并且所述多个侧向表面不起光学功能并且平行于所述光发射轴线；
其中，所述多个反射小面被配置成接收所述准直光束，并且所述多个反射小面沿着所述光轴朝向所述光发射面引导所述准直光束，并且其中，数个光反射小面被配置成在所述光反射面的中间部分处以比来自所述光反射面的端部部分的数个反射小面的准直光束部分的量小的量来收集准直光束部分；并且
其中，所述光反射面的所述中间部分接收所述准直光束并且具有发光强度值，所述发光强度值高于在所述光反射面的所述端部部分上接收的所述准直光束的发光强度值。
2.根据权利要求1所述的光导组件，其中，所述光导的宽度以弯曲的方式从所述光导的光接收面向与所述光接收面相反的面逐渐减小。
3.根据权利要求1所述的光导组件，其中，所述光发射面侧设置有多个出射小面，所述多个出射小面相对于所述光导的所述光轴基本上成90度角。
4.根据权利要求1所述的光导组件，其中，朝向所述光发射面侧引导的准直光束相对于在所述多个光反射小面上接收的准直光束成90度角。
5.根据权利要求1所述的光导组件，其中，所述光导沿着所述光导的光发射面侧产生均一或均匀分布的光束。
6.根据权利要求1所述的光导组件，其中，与来自所述光源的光束的分布宽度相比，分布在所述光发射面侧上的光的宽度更大。
7.根据权利要求1所述的光导组件，其中，所述光源定位在印刷电路板(PCB)上。
8.根据权利要求1所述的光导组件，其中，所述光源为发光二极管(LED)型。
9.根据权利要求2所述的光导组件，其中，所述光源和所述耦合器靠近所述光接收面定位。
10.根据权利要求1所述的光导组件，其中，所述光导本体的所述光反射面符合S形形状。
11.一种机动车辆的照明或信号装置，包括：
反射器组件；
透镜；
壳体；以及
光导组件，其中，所述光导组件包括：
光导，所述光导包括光发射体、光发射面侧、以及与所述光发射面侧相反地设置的光反射面；
光源，其中，所述光源的光发射轴线基本上垂直于所述光导的光轴；
耦合器，所述耦合器定位在所述光源处并且被配置成接收从所述光源发射的光束，其中，所述耦合器产生准直的来自所述光源的光束；
其中，所述光导的所述光反射面是由交替地布置在所述光导的所述光反射面上的多个光反射小面和多个侧向表面形成的阶梯式反射表面；
其中，所述多个反射小面起光学功能并且基本上与来自所述耦合器的光发射轴线成45度角，并且所述多个侧向表面不起光学功能并且平行于所述光发射轴线；
其中，所述多个反射小面被配置成接收所述准直光束，并且所述多个反射小面沿着所述光轴朝向所述光发射面引导所述准直光束，并且其中，数个光反射小面被配置成在所述光反射面的中间部分处以比来自所述光反射面的端部部分的数个反射小面的准直光束部分的量小的量来收集准直光束部分；并且
其中，所述光反射面的所述中间部分接收所述准直光束并且具有发光强度值，所述发光强度值高于在所述光反射面的所述端部部分上接收的准直光束的发光强度值。
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