光圖案化裝置與車燈的製作方法

2023-12-05 17:41:11

本實用新型涉及光照明與信號指示領域，尤其涉及一種光圖案化裝置與包括該光圖案化裝置的車燈。

背景技術：

隨著技術的發展和社會的進步，人們對於光學照明或信號指示設備的要求不再僅僅限於提供照明或信號指示燈的功能。於是，對於光學照明或信號指示設備(例如用於機動車輛的車燈)的個性化的需求越來越多，可能需要提供更為豐富的光束圖案和點亮效果。比如，可能期望照明或信號指示光包含某些信息或圖案以滿足個性化定製的要求。現有技術已經提供了在光學照明或信號指示裝置產生圖案的裝置。但在現有的光學照明或信號指示裝置中，尤其是在機動車輛的車燈中，還缺乏能夠對照明或信號指示光進行圖案化的同時形成具有3維光學效應的圖案的裝置。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種光圖案化裝置，其能夠以簡單的結構來對照明或信號指示光進行3維圖案化。

本實用新型的目的還在於提供一種包括該光圖案化裝置的車燈。

本實用新型的實施例提供了一種用於車燈的光圖案化裝置，包括：光源；和配光裝置，所述配光裝置具有彼此相對的光入射側和光出射側，在配光裝置的所述光入射側上設置有平行延伸的多個第一光偏折部，且在配光裝置的所述光出射側上設置有平行延伸的多個第二光偏折部，所述多個第一光偏折部分別用於接收來自光源的光束的不同部分並將其朝向第二光偏折部偏轉，所述多個第二光偏折部將經過第一光偏折部偏轉的各個光束部分進行偏折以形成燈光圖案，其中，所述第一光偏折部的延伸方向與第二光偏折部的延伸方向的夾角大於零。

在一實施例中，所述第一光偏折部和第二光偏折部均由柱面透鏡形成。

在一實施例中，每個第二光偏折部的寬度為d，所述光入射側上的第一光偏折部的頂部至所述光出射側上的第二光偏折部的根部的距離為H，從光源發出的相應的光束部分在光入射側上、與該第二光偏折部的中心對應的位置處且在該第二光偏折部的橫截面所在平面中的入射角為α，配光裝置的材料折射率為n，則一部分第二光偏折部或所有第二光偏折部滿足：

H×sinα/n<d/2。

在一實施例中，每個第二光偏折部的寬度為：

d＝2×H×arcsin(n×sin(arctan(H(n-1))/2r))，

其中r為第二光偏折部的橫截面輪廓的曲率半徑。

在一實施例中，所述第一光偏折部的橫截面輪廓的曲率半徑大於、等於或小於所述第二光偏折部的橫截面輪廓的曲率半徑。

在一實施例中，所述多個第一光偏折部彼此鄰接地布置，且所述多個第二光偏折部彼此鄰接地布置。

在一實施例中，所述第一光偏折部的延伸方向垂直於第二光偏折部的延伸方向。

在一實施例中，所述第二光偏折部的延伸方向與從光源發出的光束的中心軸線垂直或與從光源發出的光束的中心軸線成傾斜角。

在一實施例中，光源與所述配光裝置的光入射側緊貼設置。

在一實施例中，所述第一光偏折部及第二光偏折部的寬度小於0.15毫米。

在一實施例中，所述光源在垂直於所述第一光偏折部的平面中的發光角度大於30度。

在一實施例中，所述光源包括一個或更多個白光或單色光發光二極體。

在一實施例中，所述光源為點光源或面光源。

在一實施例中，所述第一光偏折部的寬度等於所述第二光偏折部的寬度。

在一實施例中，所述第一光偏折部的寬度大於或小於所述第二光偏折部的寬度。

在一實施例中，所述第一光偏折部的延伸方向與第二光偏折部的延伸方向的夾角在20度和90度之間。

本實用新型的實施例提供了一種車燈，包括根據上述任一實施例所述的光圖案化裝置。

如本實用新型的上述至少一個實施例中所述的光圖案化裝置，通過在配光裝置設置一系列的光偏折部來而形成具有3維效果的圖案，從而提高車燈的照明和/或信號指示光的視覺效果。該光圖案化裝置還可實現光學效率的提升。

附圖說明

圖1示出根據本實用新型的一實施例的光圖案化裝置的立體示意圖；

圖2示出根據本實用新型的一實施例的光圖案化裝置的側視示意圖；

圖3示出根據本實用新型的一實施例的光圖案化裝置的俯視示意圖；

圖4示出根據本實用新型的一實施例的光圖案化裝置的側視示意圖，其中配光裝置傾斜放置；

圖5示意性地示出第二光偏折部的工作原理；以及

圖6示出根據本實用新型的一實施例的光圖案化裝置的示意圖，其中光源緊貼配光裝置放置。

具體實施方式

下面通過實施例，並結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步具體的說明。在說明書中，相同或相似的附圖標號表示相同或相似的部件。下述參照附圖對本實用新型實施方式的說明旨在對本實用新型的總體實用新型構思進行解釋，而不應當理解為對本實用新型的一種限制。

根據本實用新型的總體構思，提供一種用於車燈的光圖案化裝置，包括：光源；和配光裝置，所述配光裝置具有彼此相對的光入射側和光出射側，在配光裝置的所述光入射側上設置有平行延伸的多個第一光偏折部，且在配光裝置的所述光出射側上設置有平行延伸的多個第二光偏折部，所述多個第一光偏折部分別用於接收來自光源的光束的不同部分並將其朝向第二光偏折部偏轉，所述多個第二光偏折部將經過第一光偏折部偏轉的各個光束部分進行偏折以形成燈光圖案，其中，所述第一光偏折部的延伸方向與第二光偏折部的延伸方向的夾角大於零。

另外，在下面的詳細描述中,為便於解釋,闡述了許多具體的細節以提供對本披露實施例的全面理解。然而明顯地，一個或更多個實施例在沒有這些具體細節的情況下也可以被實施。

圖1示意性地示出了根據本實用新型的一實施例的光圖案化裝置100。該光圖案化裝置100包括：光源10和配光裝置20。所述配光裝置20具有彼此相對的光入射側21和光出射側22。該光入射側21用於接收來自光源10的光束40，例如可以面向光源10布置。從光入射側21射入、穿過配光裝置20的光從光出射側22射出。例如，該光出射側22可以背向光源10布置。在配光裝置20的所述光入射側21上設置有平行延伸的多個第一光偏折部31，且在配光裝置20的所述光出射側22上設置有平行延伸的多個第二光偏折部32，所述多個第一光偏折部31分別用於接收來自光源10的光束40的不同部分並使其朝向第二光偏折部32偏轉，所述多個第二光偏折部32將經過第一光偏折部31偏轉的各個光束部分進行偏折，從而形成燈光圖案。所述第一光偏折部31的延伸方向與第二光偏折部32的延伸方向的夾角大於零(即兩者不平行)。經過第二光偏折部32折射的、帶有燈光圖案的光束可以從車燈射出，用於形成照明和/或信號指示光束。

藉助於根據本實用新型的實施例的光圖案化裝置100，可以實現對光束的圖案化。例如，當光源10為一點光源(如發光二極體)時，經過光圖案化裝置100的光束可能會形成一個放大的四邊形圖案。具體地，當光束40通過第一光偏折部31時，由於第一光偏折部31的偏轉作用，光束40將被朝向第二光偏折部32引導，且光束40的橫截面形狀將變成近似於一條亮線。而第二光偏折部32的折射作用將對橫截面圖案近似於一條亮線的光束40進行擴展。由於第一光偏折部31的延伸方向與第二光偏折部32的延伸方向不垂直，因此，經過配光裝置20之後，光束40可以在二維上被擴展和成形，以形成期望的圖案，例如矩形、平行四邊形、菱形等。當光源10包括一列點光源時，經過光圖案化裝置100的光束可能會形成一組二維形狀的圖案，這些形狀還可以相互重疊。

作為示例，當所述第一光偏折部的延伸方向與第二光偏折部的延伸方向的夾角在20度和90度之間時，所形成的圖案的效果更好。

作為示例，第一光偏折部31對於光束的偏轉作用可以通過折射來實現。例如，第一光偏折部31可以具有凸出曲面(例如圓柱面)的表面輪廓。這有助於聚攏光束，提高光學效率。例如，第一光偏折部31可以將光束40中70％、80％或90％甚至更大比例的部分引導至第二光偏折部32。

由於各個第一光偏折部31與光源10的距離可能會有所不同，再加之第一光偏折部31和第二光偏折部32對於光束的折射效應，從各個第二光偏折部32射出的光束部分的光程之間將存在差異。例如，如圖1所示，經不同的第一光偏折部31入射、從不同的第二光偏折部32射出的光束部分可以經歷不同的光程。

由於這種光程的差異，當觀察者觀看從各個第二光偏折部32(或第二光偏折部32的不同部分)射出的各個光束部分時，會產生3維視覺效果。例如，在圖1所示的情形中，觀察者會感覺到從配光裝置20的光出射側22上的某些部分射出的光束部分(例如從位於光出射側22外周處的第二光偏折部32射出的光束部分)與其它光束部分相比，是從更遠的位置發出的。於是，在視覺上會感覺到圖案存在縱深感，甚至可能會產生圖案(例如線)的彎曲，從而產生3維效果。

當光源10包括多個點光源，例如一排發光二極體時，由於不同的點光源將導致不同的光束的各個光束部分之間的光程差異更為明顯，因而，3維效果也將更為顯著。

光源10與配光裝置20的擺放方式也可能會影響3維效果。例如，如圖2和圖4所示，第二光偏折部32的延伸方向可以與從光源10發出的光束40的中心軸線41垂直(例如圖2所示)，也可以與從光源10發出的光束40的中心軸線41成傾斜角(例如圖4所示)。將配光裝置20相對於光束40的中心軸線41傾斜放置，有利於進一步增大從光源10至各個第二光偏折部32之間的各個光束部分之間的光程差(參見圖4)，從而使得從不同的第二光偏折部32或第二光偏折部32的不同部分出射的光束中的3維視覺效果得到增強。通常而言，該傾斜角度越大，3維視覺效果也越強。

作為示例，配光裝置20(或第二光偏折部32的延伸方向)可以相對於從光源10發出的光束40的中心軸線41成20度至70度的傾斜角，例如30度至60度的傾斜角，如45度的傾斜角。

作為示例，第一光偏折部31和第二光偏折部32可以均由柱面透鏡形成，即第一光偏折部31和第二光偏折部32的表面可以由圓柱面的至少一部分形成。如圖1至4所示。然而本實用新型不限於此，第一光偏折部31和第二光偏折部32還可以具有其它形狀。

圖3示出了第二光偏折部32對於光束的示例性的折射效應。示例性的光束40的部分在經過第二光偏折部32時被會聚，但在經過會聚點後又在與圖3的紙面平行的平面內擴散，從而實現了對於光束的擴展。由於光源10可能存在一定範圍的發射角且配光裝置20的光入射側21的表面也不平坦(設置有第一光偏折部31)，因此光束40的不同部分在配光裝置20的光入射側21上的入射角不同。從而，經過不同的第一光偏折部31的各個光束部分將沿著各個不同的方向到達各個第二光偏折部32的不同部分。因此，第二光偏折部32對於光束的折射也可以在多種方向上進行，例如對於圖3的示例，光束40的部分也可以在與圖3的紙面成傾角的平面內擴散。

下面以具有圓柱面輪廓的第二光偏折部32為例，對第二光偏折部32對於光束部分的折射進行進一步的介紹。

圖5示意性地示出了單個第二光偏折部32(其與多個第一光偏折部31相對，假定第二光偏折部32與第一光偏折部31垂直)。該第二光偏折部32在與第二光偏折部32的延伸方向垂直的方向(即圖5中的X方向)上的截面中具有部分圓形的輪廓，該第二光偏折部32的寬度為d，所述光入射側21上的第一光偏折部31的頂部至所述光出射側22上的第二光偏折部32的根部的距離為H，從光源10發出的相應的光束部分在光入射側21上、與該第二光偏折部32的中心對應的位置處且在該第二光偏折部32的橫截面所在平面中的入射角為α，配光裝置20的材料折射率為n。在一示例中，一部分第二光偏折部32或所有第二光偏折部32滿足：

H×sinα/n<d/2 (式1)

在滿足式1的條件下，可以使至少入射到第一光偏折部31上的大部分光能夠從第二光偏折部32射出，這樣，當迎著配光裝置20的光出射側22觀察時，該第二光偏折部32是亮的，或者說，該第二光偏折部32對應的區域被點亮。當每個第二光偏折部32均滿足式1時，配光裝置20整體將呈現均勻的亮圖案。然而，在本實用新型的實施例中，並不限於所有第二光偏折部32都必須滿足式1，例如，光源10所發出的光束部分在各個第二光偏折部32上的入射角可以不相同，這樣，當光束部分的入射角非常大時，其所對應的第二光偏折部32可能就不再滿足式1，這時，從該第二光偏折部32出射的光的強度就會減小，而可能形成圖案中的暗區域。在另外的示例中，也可以根據實際的要求來調整上述第二光偏折部32的尺寸來獲得不同的亮暗區域。需要說明的是，在本實用新型的實施例中，第一光偏折部31可以具有彎曲的表面，例如圓柱面，這樣，經過第一光偏折部31的光束部分在第二光偏折部32上的入射光也可以與圖5的紙面所在的平面成大於0且小於90度的傾斜角，這可以促進從第二光偏折部32出射的光束在與圖5的紙面垂直的平面中的擴散和成形。

作為示例，每個第二光偏折部32的寬度d可以為：

d＝2×H×arcsin(n×sin(arctan(H(n-1))/2r)) (式2)

其中r為第二光偏折部32的曲率半徑。

作為示例，第二光偏折部32的寬度d可以小於5mm，優選小於0.15mm，例如可以為大於0.01mm且小於0.15mm、或大於0.05mm且小於0.15mm或大於0.1mm且小於0.15mm。作為示例，所述光入射側21上的第一光偏折部31的頂部至所述光出射側22上的第二光偏折部32的根部的距離H可以為0.1mm至5mm，例如小於0.3mm，如0.237mm。

在本實用新型的實施例中，第一光偏折部31的延伸方向可以與第二光偏折部32的延伸方向垂直，也可以與第二光偏折部32的延伸方向成大於0且小於90度的夾角。例如，當第一光偏折部31的延伸方向與第二光偏折部32的延伸方向垂直時，更有利於提高光學效率，而當第一光偏折部31的延伸方向與第二光偏折部32的延伸方向成大於0且小於90度的夾角時，有利於提高所形成的圖案的多樣性。

在一示例中，第一光偏折部31的橫截面輪廓的曲率半徑可以等於所述第二光偏折部32的橫截面輪廓的曲率半徑。然而，在另外的示例中，例如為了改變從配光裝置20出射的光束的圖案的形狀以提高視覺效果(例如使之更為細長或彎曲)，第一光偏折部31的橫截面輪廓的曲率半徑可以大於或小於所述第二光偏折部32的橫截面輪廓的曲率半徑。

作為示例，所述多個第二光偏折部32彼此鄰接地布置，如圖1所示。這可以提高從所述多個第二光偏折部32出射的光束的光強的均勻性。類似地，多個第一光偏折部31也可以彼此鄰接地布置。在一示例中，各個第一光偏折部31或第二光偏折部32可以具有同樣的尺寸(包括寬度、高度、入射面和出射面的形狀等)，這有助於形成連續均勻的圖案。然而，在另外的示例中，例如為了形成不均勻的圖案，各個第一光偏折部31或第二光偏折部32的尺寸也可以不同，甚至在相鄰的第一光偏折部31或第二光偏折部32之間可以設定一定的間隔。作為示例，第一光偏折部31的尺寸(包括寬度、高度、入射面和出射面的形狀等)可以與第二光偏折部32相同，也可以不同。

在如圖1所示的實施例中，光源10與第一光偏折部31間隔一定距離設置，但本實用新型不限於此。例如，光源10可以與配光裝置20的光入射側緊貼設置，如圖6所示。這種方式可以使得，配光裝置20上的某些第一光偏折部31與光源10之間的距離儘可能短，而經過不同的第一光偏折部31、第二光偏折部32的各個光束部分之間的光程差可以被加大，從而增強3維效果。例如，在圖6中，穿過配光裝置20的中間部分的光束部分在配光裝置20的出射光中可能由於光程較短而給人以突兀感更強的3維視覺效果。

在一示例中，所述光源10在垂直於所述第一光偏折部31的延伸方向的平面(即圖2的紙面所在的平面)中的發光角度大於30度。較大的發光角度有助於增大經過不同的第一光偏折部31、第二光偏折部32的各個光束部分之間的光程差，從而提高3維效果。

作為示例，所述光源10可以包括一個或更多個白光或單色光發光二極體。在第一光偏折部31和第二光偏折部32的寬度與可見光波長相比相對較大的情況下(例如在0.1mm以上)，第一光偏折部31和第二光偏折部32對於白光的分色效果不明顯，不會影響出射光的視覺效果。因此，該光源10可以採用白光發光二極體。所述光源10可以包括一個發光二極體，或是發光二極體的陣列。光源10可以由現有技術中已知的任何用於承載光源的部件來支撐，例如燈座、印刷電路板等等。

作為示例，所述光源10既可以是點光源，也可以是面光源(例如可以由有機發光二極體(OLED)來製成)。作為示例，在配光裝置20上的第一光偏折部31和第二光偏折部32可以成線條形式延伸，例如參見圖1。作為示例，所述配光裝置20可以為一體件，從而簡化製作工藝，且有助於提高光學效率。例如，配光裝置20可以由透明的玻璃、樹脂或塑料材料製成，例如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。第一光偏折部31和第二光偏折部32的折射率例如可以在1.3至2.0之間。第一光偏折部31和第二光偏折部32可以具有相同的折射率。出於製作方便的考慮，可以使第一光偏折部31和第二光偏折部32具有同樣的寬度。然而，這不是必須的，例如，為了提供更大的光學設計的靈活性以形成更為豐富的圖案，可以使第一光偏折部31的寬度大於或小於所述第二光偏折部32的寬度。

雖然說明書附圖中僅僅示出了幾個第一光偏折部31和第二光偏折部32，但應當理解，這是示意性的，僅僅是為了表示清楚，在本實用新型的實施例中在配光裝置20上可以採用更多的第一光偏折部31和第二光偏折部32，例如數十、數百個、甚至上千個第一光偏折部31和第二光偏折部32。

在本實用新型的一實施例中，所述配光裝置20上的第一光偏折部31和第二光偏折部32均可以由光柵結構形成。在此情況下，每個第一光偏折部31和第二光偏折部32都可以對應於一個光柵單元，光柵的節距可以等於相應的第一光偏折部31或第二光偏折部32的寬度。利用光柵來形成配光裝置20，可以簡化製作工藝和系統結構。需要說明的是，光柵在光學系統中通常用於衍射，但在本實用新型中，衍射效應不是主要的。尤其是，在第一光偏折部31和第二光偏折部32的寬度與可見光波長相比相對較大的情況下(例如在0.1mm以上)，第一光偏折部31和第二光偏折部32主要是通過折射來實現所需的3維顯示效果。這與現有技術中的光柵的通常意義上的應用是有很大區別的。

本實用新型的實施例還提供了一種包括如上述任一實施例所述的光圖案化裝置100的車燈。從配光裝置20射出的光束可以用於形成車燈的照明和/或信號指示光，以提高視覺效果。

在本實用新型的實施例中，配光裝置20可以由任何已知的用於保持光學元件的合適的裝置來支撐或懸掛，例如支座，吊臂等。

根據本實用新型的實施例的車燈可以包括任何類型的機動車輛照明燈和/或信號燈，例如前照燈、中央高位剎車燈、轉向燈、位置燈、尾部剎車燈等等。

雖然結合附圖對本實用新型進行了說明，但是附圖中公開的實施例旨在對本實用新型優選實施方式進行示例性說明，而不能理解為對本實用新型的一種限制。附圖中的尺寸比例僅僅是示意性的，並不能理解為對本實用新型的限制。尤其是，為了清楚地示出第一光偏折部31和第二光偏折部32，在附圖中誇大了它們的尺寸。

雖然本實用新型總體構思的一些實施例已被顯示和說明，本領域普通技術人員將理解，在不背離本總體實用新型構思的原則和精神的情況下，可對這些實施例做出改變，本實用新型的範圍以權利要求和它們的等同物限定。