CN215336121U - 导光元件、车灯及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及车灯，公开了一种导光元件、车灯及车辆。本实用新型提供的导光元件包括导光元件主体，导光元件主体的后端设置为入光端、前端设置为出光端，入光端的左右两端设置为倒角结构，倒角结构上设置有第一反射面，入光端设置有开口朝后的凹槽结构，凹槽结构的后方设置有光源，入光端与出光端之间设置有上下贯通的空气透镜结构；凹槽结构、空气透镜结构和第一反射面相配合，使得光源发出的光线经凹槽结构进行一次准直形成一次准直光束，一次准直光束中射至空气透镜结构的光线经空气透镜结构进行二次准直后从出光端出射，射至第一反射面的光线经第一反射面反射准直后从出光端出射。该导光元件能够实现均匀点亮的效果，且光学效率高。

Description

导光元件、车灯及车辆

技术领域

本实用新型涉及车灯，具体地，涉及一种导光元件。此外，本实用新型还涉及一种包括该导光元件的车灯和车辆。

背景技术

随着LED光源在汽车行业中的广泛应用，汽车灯具的造型也日益多变，但由于LED自身朗伯发光的特性并不能满足各种设计要求，就需要对LED发出的能量进行二次光学设计，重新分布LED发出的能量。当前，线条带状或者是贯穿式的发光造型车灯成为了市场的主流方向，实现均匀发光且具有高效率的发光单元成为实现线性发光特性的关键。

与LED光源相配合使用的导光元件在设计过程中一般是利用光的折射和全反射原理，以能够实现对LED光源的光线进行收集再分配。目前，已有的导光元件设置为先利用锥形反射面对光线进行多次全反射后，将部分LED发出的光线配合全反射透镜头部类似菲涅尔透镜的锯齿进行准直，另外一部分LED发出的光线直接通过全反射透镜头抛物全反射面进行准直，以实现发光单元的均匀发光。

但是，现有技术中导光元件不能对LED光源发出的全角度的光线进行收集，存在LED能源的浪费；在结构设计上，LED光源通常设置在导光元件主体的一侧，LED光源发出的光线从侧面入射至内，存在光学损失大、系统效率低的问题，同时也不利于LED光源的安装，可能会与其他零件形成干涉。

实用新型内容

本实用新型第一方面所要解决的问题是提供一种导光元件，该导光元件能够实现长条状均匀点亮的效果，且光学效率高。

本实用新型第二方面所要解决的问题是提供一种车灯，该车灯能够实现长条状均匀点亮的效果，且光学效率高。

本实用新型第三方面所要解决的问题是提供一种车辆，该车辆中车灯能够实现长条状均匀点亮的效果，且光学效率高。

为了实现上述目的，本实用新型第一方面提供一种导光元件，包括导光元件主体，所述导光元件主体的后端设置为入光端、前端设置为出光端，所述导光元件主体的入光端的左右两端设置为倒角结构，所述倒角结构上设置有第一反射面，所述入光端设置有开口朝后的凹槽结构，所述凹槽结构的后方设置有光源，所述入光端与所述出光端之间设置有上下贯通的空气透镜结构；所述凹槽结构、所述空气透镜结构和所述第一反射面相配合，使得所述光源发出的光线经所述凹槽结构进行一次准直形成一次准直光束，所述一次准直光束中射至所述空气透镜结构的光线经所述空气透镜结构进行二次准直后从所述出光端出射，所述一次准直光束中射至所述第一反射面的光线经所述第一反射面进行反射准直后从所述出光端出射。

优选地，所述凹槽结构设置为由聚光器截面以过所述光源的竖直轴线为旋转轴旋转所形成的结构体，所述聚光器截面为水平设置且入光面朝后的聚光杯与经该聚光杯中心线的前后向竖直平面相交形成的截面。

更优选地，所述聚光器截面旋转的角度为150°-210°。

作为一种优选的结构形式，所述空气透镜结构包括位于所述凹槽结构前方的折射部和位于所述折射部两侧的全反射部，所述折射部的两侧分别设置有至少一个所述全反射部。

优选地，所述折射部和所述全反射部形成为上下贯通的一体结构。

更优选地，所述折射部包括由后向前设置的第一折射面和第二折射面，所述第一折射面和所述第二折射面之间为镂空结构；所述全反射部包括位于所述第二折射面一侧的第三折射面和与所述第三折射面的后端连接的第二反射面，相邻的所述全反射部之间为镂空结构，所述第二反射面能够将从该第二反射面对应的所述第三折射面入射的光线反射至所述出光端，并从所述出光端出射。

具体地，所述第一折射面设置为前凸曲面，所述第二折射面设置为后凸曲面。

作为另一种优选的结构形式，所述第一反射面设置为抛物面形的反射曲面。

优选地，所述出光端设置为具有花纹结构的平面或者曲面。

本实用新型第二方面提供一种车灯，包括至少一个发光单元，每个所述发光单元包括根据上述任意一项技术方案所述的导光元件和与所述导光元件对应设置的光源。

优选地，所述发光单元设置为多个，多个所述导光元件沿左右方向依次排列且所述出光端连接为一体。

本实用新型第三方面提供一种车辆，包括根据上述任意一项技术方案所述的车灯。

通过上述技术方案，本实用新型的导光元件在入光端设置凹槽结构，以能够在凹槽结构与空气透镜结构、第一反射面的配合下，使得光源发出的光线先经凹槽结构进行进行上下方向的一次准直形成一次准直光束，一次准直光束中射至空气透镜结构的光线经该空气透镜结构进行左右方向的二次准直后从出光端出射，一次准直光束中射至第一反射面的光线经该第一反射面进行反射准直后从出光端出射，不仅能够使得出光端的出射光线分布较均匀，实现长条状均匀点亮的效果，还能够对光源发出的全角度的光线进行有效收集，以提高光学效率，应用于车灯中能够减少光源颗粒，降低灯具系统的成本。

在本实用新型的优选实施方式中，凹槽结构设置为由聚光器截面以过光源的竖直轴线为旋转轴旋转所形成的结构体，使得凹槽结构朝向光源的一面以及凹槽结构的上下侧面均为曲面，以能够对光源发出的光线进行高效的汇聚、准直作用，提高导光元件的光学效率，对光源的能量利用率高。

有关本实用新型的其他优点以及优选实施方式的技术效果，将在下文的具体实施方式中进一步说明。

附图说明

图1是本实用新型中导光元件和光源的一种具体实施方式的结构示意图；

图2是图1所示的导光元件和光源的俯视图之一；

图3是图1所示的光源发出的光线在导光元件中的传播示意图；

图4是图1所示的导光元件和光源的俯视图之二；

图5是图4的A-A剖面图；

图6是本实用新型中车灯发光单元的一种具体实施方式的结构示意图。

附图标记说明

1导光元件主体 11入光端

12出光端 13第一反射面

14凹槽结构 15空气透镜结构

151第一折射面 152第一折射面

153第三折射面 154第二反射面

2光源 a聚光器截面

b后端面 c内侧面

d外侧面

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

首先需要说明的是，在下文的描述中为清楚地说明本实用新型的技术方案而涉及的一些方位词，例如“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等，基于导光元件主体1，“前”是指导光元件主体1的出光方向所指的方向，“后”是指与“前”相反的方向，前后延伸的方向即为附图中的X轴；“左”是指沿导光元件主体1出光方向的左侧，“右”是指沿导光元件主体1出光方向的右侧，左右延伸的方向即为附图中的Y轴；“上”是指沿导光元件主体1出光方向的上方，“下”是指沿导光元件主体1出光方向的下方，上下延伸的方向即为附图中的Z轴。术语为基于附图所示的方向或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“接触”、“连接”应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，或者是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。需要解释的是，“径向”指的是与过光源2的竖直轴线垂直的直线方向。

本实用新型第一方面提供的一种导光元件，参见图1至图5，包括导光元件主体1，导光元件主体1的后端设置为入光端11、前端设置为出光端12，导光元件主体1的入光端11的左右两端设置为倒角结构，倒角结构上设置有第一反射面13，入光端11设置有开口朝后的凹槽结构14，凹槽结构14的后方设置有光源2，入光端11与出光端12之间设置有上下贯通的空气透镜结构15；凹槽结构14、空气透镜结构15和第一反射面13相配合，使得光源2发出的光线经凹槽结构14进行一次准直形成一次准直光束，一次准直光束中射至空气透镜结构15的光线经空气透镜结构15进行二次准直后从出光端12出射，一次准直光束中射至第一反射面13的光线经第一反射面13进行反射准直后从出光端12出射。

本实用新型中，导光元件采用透明材质制成，具体可以是聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、硅胶、玻璃等；光源2可以采用RGB光源、双色LED光源、多色LED光源或激光光源，光源2可以设置为包括至少1颗LED光源；导光元件主体1可以设置为长方体结构，其长度延伸方向为Y轴方向，凹槽结构14可以位于入光端11沿长度方向的任意位置，优选为位于入光端11沿长度方向的中间部位，以能够更好地对光源2的光线进行准直和扩散分配。

上述基础技术方案所提供的导光元件，光源2发出的全角度光线经凹槽结构14入射并经该凹槽结构14进行上下方向的一次准直以形成径向180°的一次准直光束(即与正X轴向的夹角为-90°—+90°，从Z方向看，光线在上下方向上是平行的)，一次准直光束的一部分光线经导光元件主体1传输至空气透镜结构15，再经空气透镜结构15进行二次准直(左右方向的准直)后沿X轴方向从出光端12准直出射；一次准直光束的另一部分光线进入导光元件主体1进行传输至第一反射面13，并经第一反射面13反射后也沿X轴方向准直出射。这两部分光线涵盖了光源2发出的所有光线，使得光源2发出的全角度光线能够较为均匀地分布在出光端12的出光面上，以形成导光元件均匀点亮的效果。

需要说明的是，本实用新型中，一次准直为对光线进行上下方向的准直，即将径向平面上的光线经反射或折射准直为沿径向出射的光线，二次准直为对光线进行左右方向的准直，即将沿径向出射的光线经反射或折射准直为沿X轴方向出射。

本实用新型中，凹槽结构14设置为能够接收光源2发出的全角度光线，并将光源2入射的光线进行上下方向的准直。作为本实用新型中凹槽结构14的一种优选实施方式，参见图1，凹槽结构14设置为由聚光器截面a以过光源2的竖直轴线为旋转轴旋转所形成的结构体，参见图5，聚光器截面a为水平设置且入光面朝后的聚光杯与经该聚光杯中心线的前后向竖直平面相交形成的截面。根据本实用新型，聚光器截面a的旋转轴可以是经过光源2上任意一点的竖直轴线，优选情况下，聚光器截面a的旋转轴可以是经过光源2的发光中心的竖直轴线，或者是经过光源2的发光中心附近的点的竖直轴线。此时，凹槽结构14朝向光源2的后端面b形成为向后凸出的曲面，凹槽结构14的外侧面d也形成为外凸曲面，从而使得光源2发出的光线中，从凹槽结构14朝向光源2的后端面b入射的光线能够进行上下方向的准直、汇聚，从凹槽结构14的内侧面c入射的光线进入凹槽结构14传输至凹槽结构14的外侧面d时，也能够有效进行上下方向的准直、汇聚，以实现将光源2发出的光线全部收集利用，提高导光元件的光学效率，对光源的能量利用率高。

本实用新型中，聚光器截面a旋转的角度可以根据光源2的出光范围和角度进行相应的设置，优选情况下，聚光器截面a旋转的角度为150°-210°。具体地，凹槽结构14设置为由聚光器截面a绕旋转轴旋转180°(即与+X轴的夹角为-90°—+90°)所得的结构体，从而凹槽结构14的两端与入光端11能够位于同一平面上，以使得导光元件的结构便于安装，避免与其他零件形成干涉。

作为本实用新型中空气透镜结构15的一种优选实施方式，空气透镜结构15包括位于凹槽结构14前方的折射部和位于折射部两侧的全反射部，折射部的两侧分别设置有至少一个全反射部。折射部用于对接收到的光线进行折射准直后沿X轴方向出射，全反射部用于对接收到的光线进行全反射准直后沿X轴方向出射。其中，折射部与多个全反射部可以分别独立地设置，也可以形成为一体，优选情况下，折射部和全反射部形成为上下贯通的一体结构，能够提高空气透镜结构15对接收到的光线的准直效果，提升光学精度。

进一步优选地，折射部包括由后向前设置的第一折射面151和第二折射面152，第一折射面151和第二折射面152之间为镂空结构；全反射部包括位于第二折射面152一侧的第三折射面153和与第三折射面153的后端连接的第二反射面154，相邻的全反射部之间为镂空结构，第二反射面154能够将从该第二反射面154对应的第三折射面153入射的光线反射至出光端12，并从出光端12出射。此时，全反射部形成为齿状结构，当光源2发出的光线经过凹槽结构14产生径向180°的一次准直光束后，一次准直光束的第一部分光线(主要位于左右方向上的中心位置)依次经过第一折射面151和与之对应的第二折射面152进行两次折射后，沿X方向准直出射，一次准直光束的第二部分光线(主要位于一次准直光束中心位置的左右两侧)经至少一个全反射部作用后，沿X方向准直出射，一次准直光束的第三部分光线(主要位于一次准直光束的最左侧和最右侧)经过第一反射面13反射后沿X方向准直出射，从而实现对光源2发出的光线进行收集再分配，使得光线更加均匀地分布至出光端12，形成导光元件均匀点亮的效果；光线经某一个全反射部作用的过程为，先经第三折射面153折射，再经第二反射面154反射。

第一折射面151和第二折射面152可以设置为平面或者曲面，优选情况下，第一折射面151设置为前凸曲面，以使得第一折射面151能够对接收的光线进行更好地折射和扩散，从而使得光线能同时入射至第二折射面152和多个第三折射面153，对光线的分布效果更优；第二折射面152设置为后凸曲面，以能够对其接收的光线进行更好的折射与汇聚准直作用，提高对光线的利用率。

本实用新型中，第一反射面13和第二反射面154分别设置为全反射面，以提高对光线的反射效率，第一反射面13和第二反射面154可以设置为平面，也可以设置为曲面，优选情况下，第一反射面13设置为抛物面形的反射曲面，以进一步提高对接收的光线的反射和汇聚效果，具体地，第一反射面13可采用拉伸抛物面方法设计，即第一反射面13为抛物线沿Z轴方向上下拉伸的拉伸抛物面。

本实用新型中，出光端12设置为具有花纹结构的平面或者曲面，以使得出光端12的点灯效果更加均匀。

本实用新型第二方面提供了一种车灯，参见图6，包括至少一个发光单元，每个发光单元包括根据上述任意一项所述的导光元件和与导光元件对应设置的光源。本实用新型中的发光单元可以进行组合使用，以能够实现多种车灯功能，例如制动灯、转向灯、位置灯、日间行车灯等。

优选情况下，发光单元设置为多个，多个导光元件沿左右方向依次排列且出光端12连接为一体，以提高多个发光单元之间的结构稳定性。

作为本实用新型中车灯的一种相对优选的具体实施例，包括多个发光单元，每个发光单元包括导光元件和与导光元件对应设置的光源2，光源2为LED光源，导光元件包括长方体结构的导光元件主体1，导光元件主体1的后端设置为入光端11、前端设置为出光端12，导光元件沿左右方向依次排列且出光端12连接为一体，导光元件主体1的入光端11的左右两端设置为倒角结构，倒角结构上设置有第一反射面13，入光端11设置有开口朝后的凹槽结构14，光源2位于凹槽结构14的后方，凹槽结构14设置为由聚光器截面a以过光源2的发光中心的竖直轴线为旋转轴旋转180°所形成的结构体，聚光器截面a为水平设置且入光面朝后的聚光杯与经该聚光杯中心线的前后向竖直平面相交形成的截面；入光端11与出光端12之间设置有上下贯通的空气透镜结构15，空气透镜结构15包括位于凹槽结构14前方的折射部和位于折射部两侧的全反射部，折射部的两侧分别设置有两个全反射部，折射部包括由后向前设置的第一折射面151和第二折射面152，第一折射面151设置为前凸曲面，第二折射面152设置为后凸曲面，第一折射面151和第二折射面152之间为镂空结构；全反射部包括位于第二折射面152一侧的第三折射面153和与第三折射面153的后端连接的第二反射面154，相邻的全反射部之间为镂空结构，第一反射面13和第二反射面154分别设置为全反射面，出光端12设置为具有花纹结构的曲面。

上述的车灯在使用时，将光源2打开，光源2发出的光线中，位于上下方向中间部分的光线经过凹槽结构14上向后凸出的后端面b准直后沿径向出射，上下两侧大角度的光线，先经过凹槽结构14的内侧面c折射至外侧面d上进行全反射后也沿径向出射，以使得光源2发出的光线形成径向180°的一次准直光束；一次准直光束的第一部分光线(主要位于左右方向上的中心位置)经过前凸的第一折射面151和与之对应的后凸的第二折射面152进行两次折射后，沿X方向准直出射，一次准直光束的第二部分光线(主要位于一次准直光束中心位置的左右两侧)经过锯齿状的第三折射面153折射、再经第二反射面154反射后沿X方向准直出射，一次准直光束的第三部分光线(主要位于一次准直光束的最左侧和最右侧)经过抛物面形的第一反射面13反射后沿X方向准直出射，以将180°径向准直的光线变成X向准直的光线出射，可以实现超过60mm的均匀点灯效果。

本实用新型第三方面提供了一种车辆，包括根据上述任意一项所述的车灯。因此至少具有上述导光元件和车灯实施例的技术方案所带来的所有有益效果。

由以上描述可以看出，本实用新型的导光元件在入光端11设置凹槽结构14，以能够在凹槽结构14与空气透镜结构15、第一反射面13的配合下，使得光源2发出的光线先经凹槽结构14进行进行上下方向的一次准直形成一次准直光束，一次准直光束中射至空气透镜结构15的光线经该空气透镜结构15进行左右方向的二次准直后从出光端12出射，一次准直光束中射至第一反射面13的光线经该第一反射面13进行反射准直后从出光端12出射，不仅能够使得出光端12的出射光线分布较均匀，实现长条状均匀点亮的效果，还能够对光源2发出的全角度的光线进行有效收集，以提高光学效率，应用于车灯中能够减少光源颗粒，降低灯具系统的成本。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (12)

1.一种导光元件，其特征在于，包括导光元件主体(1)，所述导光元件主体(1)的后端设置为入光端(11)、前端设置为出光端(12)，所述入光端(11)的左右两端设置为倒角结构，所述倒角结构上设置有第一反射面(13)，所述入光端(11)设置有开口朝后的凹槽结构(14)，所述凹槽结构(14)的后方设置有光源(2)，所述入光端(11)与所述出光端(12)之间设置有上下贯通的空气透镜结构(15)；

所述凹槽结构(14)、所述空气透镜结构(15)和所述第一反射面(13)相配合，使得所述光源(2)发出的光线经所述凹槽结构(14)进行一次准直形成一次准直光束，所述一次准直光束中射至所述空气透镜结构(15)的光线经所述空气透镜结构(15)进行二次准直后从所述出光端(12)出射，所述一次准直光束中射至所述第一反射面(13)的光线经所述第一反射面(13)进行反射准直后从所述出光端(12)出射。

2.根据权利要求1所述的导光元件，其特征在于，所述凹槽结构(14)设置为由聚光器截面(a)以过所述光源(2)的竖直轴线为旋转轴旋转所形成的结构体，所述聚光器截面(a)为水平设置且入光面朝后的聚光杯与经该聚光杯的中心线的前后向竖直平面相交形成的截面。

3.根据权利要求2所述的导光元件，其特征在于，所述聚光器截面(a)旋转的角度为150°-210°。

4.根据权利要求1所述的导光元件，其特征在于，所述空气透镜结构(15)包括位于所述凹槽结构(14)前方的折射部和位于所述折射部两侧的全反射部，所述折射部的两侧分别设置有至少一个所述全反射部。

5.根据权利要求4所述的导光元件，其特征在于，所述折射部和所述全反射部形成为上下贯通的一体结构。

6.根据权利要求5所述的导光元件，其特征在于，所述折射部包括由后向前设置的第一折射面(151)和第二折射面(152)，所述第一折射面(151)和所述第二折射面(152)之间为镂空结构；

所述全反射部包括位于所述第二折射面(152)一侧的第三折射面(153)和与所述第三折射面(153)的后端连接的第二反射面(154)，相邻的所述全反射部之间为镂空结构，所述第二反射面(154)能够将从该第二反射面(154)对应的所述第三折射面(153)入射的光线反射至所述出光端(12)，并从所述出光端(12)出射。

7.根据权利要求6所述的导光元件，其特征在于，所述第一折射面(151)设置为前凸曲面，所述第二折射面(152)设置为后凸曲面。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的导光元件，其特征在于，所述第一反射面(13)设置为抛物面形的反射曲面。

9.根据权利要求1至7中任意一项所述的导光元件，其特征在于，所述出光端(12)设置为具有花纹结构的平面或者曲面。

10.一种车灯，其特征在于，包括至少一个发光单元，每个所述发光单元包括根据权利要求1至9中任意一项所述的导光元件和与所述导光元件对应设置的光源(2)。

11.根据权利要求10所述的车灯，其特征在于，所述发光单元设置为多个，多个所述导光元件沿左右方向依次排列且所述出光端(12)连接为一体。

12.一种车辆，其特征在于，包括根据权利要求10或11所述的车灯。

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