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CN104566110A - 具有光线引导装置的照明设备 - Google Patents

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CN104566110A
CN104566110A CN201410573526.9A CN201410573526A CN104566110A CN 104566110 A CN104566110 A CN 104566110A CN 201410573526 A CN201410573526 A CN 201410573526A CN 104566110 A CN104566110 A CN 104566110A
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Abstract

本发明涉及照明和/或信号指示设备(11)和光线引导装置(N)，其由导光板(1)形成，导光板(1)包括光入射面(4)、光出射面(3)和反射面(2)，反射面(2)具有朝向后部的椭圆轮廓，适合于确保经由光入射面(4)进入所述板(1)的光线朝向焦点(F)的反射，所述焦点(F)位于与所述板(1)的所述光出射面(3)相齐的位置处。

Description

具有光线引导装置的照明设备
技术领域
本发明涉及用于车辆的照明和/或信号指示设备的领域。特别是，本发明涉及用于机动车辆的包括光线引导装置的照明和/或信号指示设备。本发明还涉及光线引导装置本身。
背景技术
这样的照明设备通常包括发射光线的光源和其中来自光源的光线通过反射传播的光引导装置。
在现有技术中，特别在汽车领域中，已知的是在该类型的照明设备中组合多个照明功能，以便简化通常由这些不同功能导致的电气布线。专利文件EP2306073描述了其中使用多个光引导装置与一个或更多个光源来组合这些功能的示例。
然而，这样的照明设备的主要缺点之一涉及到以下事实：这样的构造尤其在这些设备的输出处生成的光束的水平上系统地产生功效和效率的损失。而且这种设备通常设计起来庞大和昂贵。
本发明目的在于解决由现有技术的缺点带来的这些问题。
发明内容
因此，本发明的目的之一是解决与提高包括光线引导装置的照明和/或信号指示设备的性能同时使它们较不紧凑相关的问题。
而且，这样的设备的优点之一是与现有技术的照明和/或信号指示设备相比具有非常低的制造成本。
为此目的，本发明涉及由导光板形成的光线引导装置，该导光板具有光入射面、光出射面和反射面，该反射面具有朝向后部的椭圆轮廓，该反射面适合于确保经由光入射面进入该板的光线朝向位于与所述板的光出射面相齐的位置(或位于所述板的光出射面的水平处)的焦点的反射。
在特别的实施例中：
-该焦点位于与该板的出射面的上边缘的一定距离处；
-该焦点位于该板的出射面的上边缘上；
-该导光板由出射面纵向地界定，该出射面是该板中的在该板的前端垂直地和横向地延伸的边缘表面；
-该出射面是平面；
-该导光板由反射面纵向地界定，该反射面是位于该板的后部的边缘表面并且在具有椭圆轮廓的垂直纵向平面中是弯曲的；
-光入射面、反射面和出射面在该板的所有宽度上延伸；
-该反射面从光出射面的下边缘延伸；
-反射面的横截面尤其在反射面的整个长度上具有屋顶形状的棱镜轮廓；应当理解，在一点处的出射面的横截面是在该点处出射面在出射面的法向平面上的截面；
-反射面的横截面具有直线形的轮廓；
-导光板由前表面来垂直地界定，该前表面是从光出射面的上边缘延伸的边缘表面；
-该前表面是平面；
-该前表面具有通过弯曲连接的两个平面部分；
-导光板由该入射面垂直地界定，该入射面是横向地并且纵向地延伸的边缘表面；
-该入射面从反射面的边缘延伸到前表面的边缘；
-导光板由两个导光面横向地界定；
-在两个导光面之间测量的板的宽度与这些导光面的尺寸相比是小的；这些导光面通过在这些面处的内反射来界定光线在该引导装置中的传播区域；
-导光面是平面；
-导光板具有对应于入口面和出射面的宽度的恒定厚度；
-导光板由例如聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯等的透明材料一体制成，并且
-在反射面的部分或整体上具有反射区域。
本发明还涉及一种尤其用于车辆的照明和/或信号指示设备，其具有光轴，并且包括光源和透镜，该设备包括被布置在所述光源和透镜之间的光线引导装置，使得由光源在该引导装置中发射的光线在该引导装置中传播以到达所述透镜，并且在从该透镜上出射时，具有包含所述设备的光轴的基本上水平的方向。
在特殊的实施例中：
-该光源适合于沿着主发射轴发射光锥，导光板的焦点被布置为使得由光源发射的在平行于主发射轴的方向上的光线在平行于光轴的方向上离开引导装置；
-由该引导装置形成的导光板被垂直地布置；
-该板被布置为使得导光面中的至少一个被布置在与光轴交叉的平面中，尤其包含该透镜的光轴；
-相对于透镜来布置导光板，使得焦点对应于所述透镜的物方焦点；
-光源被布置在与导光板的入射面相齐的位置(或在导光板的入射面的水平处)；
-该设备包括多个导光板，每个导光板与光源相关联，该光源被布置在与相关联的板的入射面相齐的位置(或在相关联的板的入射面的水平处)，这些板被布置成扇形，这些板在与它们的出射面相齐的位置(或在它们的出射面的水平处)是切向的并且逐步发散以产生在每个光源之间的间隔；
-切向出射面形成与透镜相关联的场曲(field curve)，并且
-光源被布置在同一印刷电路上。
附图说明
在阅读参考以下部分并且通过说明的方式给出的以下描述和两个优选实施例的非限制示例之后，本发明的其它优点和特征将变得更加清楚：
-图1表示根据本发明的第一实施例的第一变型的照明和/或信号指示设备的侧视图；
-图2示出根据本发明的第一实施例的第二变型的照明和/或信号指示设备的侧视图；
-图3表示根据本发明的第二实施例的照明和/或信号指示设备的平面图；
-图4A示出在本发明的任何实施例中的引导装置的反射面的第一构造的平面图；以及
-图4B表示在本发明的任何实施例中的引导装置的反射面的第二构造的平面图。
具体实施方式
在说明书和权利要求的上下文中，将通过非限制示例的方法采用参考在图中由箭头Ox指示的大体发射方向的从后部指向到前部的纵向方向、竖直地向上的方向以及横向，这三个方向由在图中所示的三面体“L,V,T”来指示。
在图1和2中表示的第一实施例中，用于机动车辆的照明和/或信号表示设备11具有光轴Ox并且被设计为沿着纵向光轴Ox整体上向前投射光束。
该设备11包括至少一个光源9和被布置在源9和透镜6之间的至少一个光线引导装置N，从而由光源9发射的在引导装置N中的光线在引导装置N中传播以到达透镜6，并且在从透镜6出射时具有包含所述设备11的光轴的基本上水平的方向。
透明材料的引导装置N具有适合于与光源9协作的入射面4。
该引导装置N由导光板1或在此在纵向竖直平面上延伸的板形成。该导光板1被竖直布置。这样的板1由例如聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等的透明材料一体制成。该导光板1具有拥有椭圆轮廓的边缘。替代地，该板1可被制造为多个部分。
该板1被包含在两个平行主面之间，该两个平行主面由轮廓界定，特别是由四个面或边缘表面形成的轮廓界定。
为了更加精确，该导光板1在纵向上由三个面界定，该三个面对应于：
-光出射面3，特别是在板1的前端竖直地和横向地延伸的板1的边缘表面；
-反射面2，特别是横向地延伸到板的后部并且在竖直纵向平面中以椭圆轮廓弯曲的边缘表面，以及
-前表面7，其在竖直方向上对导光板1进行界定并且尤其在从光出射面3的上边缘延伸出的边缘表面上。
该导光板1在竖直方向上由对应于横向地和纵向地延伸的边缘表面的光入射面4界定。入射面4从反射面2的边缘延伸到前表面7的边缘。
前表面7、入射面4、反射面2和光出射面3在板1的整个宽度上延伸。
反射面2和前表面7在入射面4和出射面3的远端之间延伸。应注意到，反射面7从光出射面3的下边缘延伸出。
应注意到，该椭圆轮廓的反射面2与位于与入射面4相齐的位置处的光源9共轭，而焦点F位于与导光板1的出射面3相齐的位置处。
如之前陈述的，导光板1被包含在由具有四个面的轮廓界定的引导装置的两个平行主面之间。两个平行主面(被称为侧向导光面12和13)在横向上对该导光板1进行界定。这两个侧向导光面12和13是平面。如之前陈述的，它们还相互平行，从而导光板1具有恒定的横向厚度，该厚度相比于其纵向和竖直尺寸是小的。这样的厚度在大约1和5mm之间，竖直尺寸在大约10和50mm之间，而纵向尺寸在大约20和70mm之间。应当注意，该恒定厚度对应于入射面4和出射面3的宽度。
在两个导光面12、13之间测量的导光板1的宽度相比于这些导光面12、13的尺寸是小的。这些导光面12、13通过在这些面12、13处的内反射来对光线在引导装置N中的传播区域进行界定。
以不限制本发明的方法，应当认为由引导装置N形成的导光板1被竖直地布置并且入射面4是直线形的并且位于水平面内。对于其部分，出射面3是平面并且与入射面4正交，即垂直。在该构造中，板1被布置为使得导光面12、13中的至少一个被布置在与光轴相交的平面(尤其是包含透镜6的光轴Ox的平面)中。
替代地，应注意，出射面3可以是倾斜的。
椭圆轮廓的反射面2具有位于与光引导装置的入射面4相齐的位置处的焦点。光源9的中心或某一其它点被布置在该焦点处。光源9被布置在支撑板8上，该支撑板8包括用于连接到该光源9的印刷电路。
该源9优选由平面几何形状的至少一个发光二极管(LED)构成。应当注意到，光源9相对于入射面4的布置是特别的，因为在它们之间具有0.1mm到0.5mm的间隙。这样的布置使得可以改进设备11的可靠性，尤其是面对引导装置N的振动时。
该光源9(尤其是其发射表面)可具有各种形状：可以是细长、圆形、矩形、正方形等形状。
光源9被水平地布置在与入射面4相齐的位置处，并且适合于沿着基本上竖直的主发射轴发射光锥，导光板1的焦点F被布置为使得由光源9在平行于主发射轴的方向发射的光线在平行于光轴的方向离开引导装置。
如之前陈述的，光源9在优选构造中被布置为尽可能靠近引导装置N的入射面4。
由该光源9发射的光线被配置为通过相对于反射面2的全反射在导光板1中传播。从上文看到的，如图4A和4B中表示的，光线以直线运动。相应地，椭圆轮廓的反射面2具有将光线朝向出射面3的焦点F反射的功能，同时出射面3具有通过折射将光线射到导光板1之外以便在该照明和/或信号指示设备11的出口处形成光束。
该焦点F位于导光板1的出射面3的上边缘上。替代地，该焦点F可位于离开板1的出射面3的上边缘的一定距离处。
被布置为非常靠近入射面4的该光源9沿着基本上竖直的主发射轴发射光束。该光束的光线首先被入射面4折射并且在板1中作为小的光锥传播，具有在发射表面的法线的两侧上的大约角β的光束孔径。
角β的值将取决于构成板1的材料的折射率；当板1由聚碳酸酯(PC)制成时，其将是大约40°。椭圆轮廓反射面2的范围被选择为使得从光源9看该反射面2所处于的角α至少以通常大约45°的角α在该源的法线两侧上延伸，以便覆盖尽可能多的来自光源9的光通量。
由光源9发射的光束的所有光线进入板1，以在其中被在垂直于图1和2的平面的竖直方向上引导，之后在图1和图2的竖直平面中在其中被朝向出射面3的焦点F反射。然后，光源9能够产生像素，该像素的角宽度直接与引导装置N的厚度相关。
构成板1的材料并不需要反射面2被涂覆有铝，因为由光源9发射的大部分光线以大于全反射角的入射角到达。
相应地，然后位于图1和2的平面中、由光源9发射并且相对于源的法线向前倾斜的光线i1在后表面2上具有大于全反射角的入射角。该光线i1被反射为朝向焦点F的光线r1。
由光源9朝向反射面2、在类似于源的法线的方向上发射的光线i3通常具有基本上等于全反射角的入射角。该光线i3然后被反射为朝向焦点F的光线r3。
应当注意到，反射面2被涂覆有铝的程度不是系统地如下文描述的情况，由源9相对于源的法线向后发射的光线i2通常具有小于全反射角的入射角。然后光线i2被反射为朝向焦点F的光线r2。
各种光线r1、r2和r3在与反射面2相齐的位置处，例如在与反射区域R相齐的位置处被反射。
应当注意到，在图1和2中，一些光线i4被直接朝向导光板1的出射面3发射，它们以使得所述光线能够通过折射被传输到导光板1之外的入射角到达导光板1的出射面3。如之前陈述的，其它光线r1、r2或r3在出射面3的方向被折射面2反射，它们以使得所述反射的光线能够通过折射被传输到导光板1之外的入射角到达出射面3。应当注意到以下事实：使反射面2符合椭圆形，使得它能够具有两个焦点：一个在源处，另一个在出射面3上。
反射区域R在反射面2的一部分或整个反射面2上。其被布置在纵向面上，以致在导光板1中反射在所述板1中传播的任何光线。
该区域R包括适合于通过折射使在导光板1中到达它(至少部分到达它)的光线r1、r2或r3转向的表面。其包括能够实现该反射的任何光学手段，例如：
-对所涉及的表面的处理，使得它本质上是反射性的，特别是当反射面2的轮廓是椭圆的时候；这特别是沉积薄的反射涂层的问题；
-包括该反射区域R的反射面2的椭圆轮廓的光学特性，其提供待反射的光线的入射角，使得该光线能够根据全反射原理在该区域的表面处被反射，如图4A中所示那样；
-该反射区域R的构造，使得其具有类似于屋顶形状的棱镜的特性的特性，然后针对指向该区域的一些光线，使得双内反射能够产生，如图4B中所示那样。
在一变型中，可基于这些反射手段的组合来产生该反射区域R。例如，通过组合上述两个反射手段，可以在该反射区域R的表面的一部分上沉积反射层并且在具有全反射功能的该表面的剩余部分上中断该层。可由光学专家来精确地确定在待涂覆有铝的区域和全反射区域之间的界定。
如之前所陈述的，反射区域R可因此部分地或全部被反射材料涂层覆盖，以在板1中反射光线。实际上，反射材料涂层在反射面2的入射和出射面的附近端部上轻微侵入，从而由光源9反射的所有光线都用于形成光束。
在与导光板1的反射面2相关联的反射区域R上预先制造每个反射材料涂层。这是例如使用已知铝沉积技术来沉积材料或者施加由反射材料制成的粘合膜的问题。
在图4A(其是反射面2的平面图)中，该椭圆轮廓反射面2(其在横截面上具有拥有直线形轮廓的形状)具有如下光学特性：提供待反射的光线的入射角，使得该光线能够在该区域R的表面处根据全反射原理被反射。这些光学特性尤其由构成板1并且乃至构成反射面2的材料的属性得到。反射面2在一点处的横截面表示反射面2在该点处在反射面的法向平面上的截面。
在图4B(其是反射面2的平面图)中，该反射面2具有如下横截面，该横截面特别是在该反射面的整个长度上具有成屋顶形状的棱镜的形状的轮廓。这样的构造使得能够产生针对被朝向反射面2引导的一些或所有光线的双内反射。这样的构造具有的优点是：在反射的水平处的损耗是可忽略的。而且，通过采用针对被朝向反射面2引导的光线的两个全内反射，则可以避免将板1的反射面2的反射区域R涂覆铝，这实现制造成本的降低和光产量的改进。实际上，铝化工艺是非常昂贵的。
而且，被已知为投射透镜的透镜6被布置在与出射面3相齐的位置处，并且适合于重新获得离开导光板1的光线。位于所述出射面3上的焦点F对应于该透镜6的主物方焦点。经由出射面3上的焦点被传输到外部的光线形成了被透镜6沿着纵向光轴Ox投射的光束。
该透镜6因此提供在竖直平面中在光轴的方向上的准直(即形成平行光线束)。因此来自焦点的出射的光线具有被包含在水平面π中的方向，该水平面π包含光轴Ox。
在与出射面3相齐的位置处来自导光板1的出射光束的孔径可被配置为使得光线能够以优选方式进入透镜6。通过利用焦点F在竖直方向上偏移光源9来获得这样的优化。相应地，焦点F在出射面3上的位置是源在与入射面4相齐的位置处的位置的函数。
在图1和2中示出照明和/或信号指示设备11的两个变型。这两个变型通过它们的导光板1的前表面7是不同的这样的事实来相互区分。事实上，在图1所示的变型中，根据弯曲的效果的原理产生的该前表面7包括通过弯曲连接的两个平面部分。在该变型中，焦点F则位于该正边缘7穿过出射面3的位置。由于该弯曲的效果，离开导光板1的光束的范围可被优化。在该情形中，考虑到弯曲的效果，通过相对于焦点F偏移光源9来获得离开导光板1的光束的孔径的构造。
来自透镜6的在出口处获得的光束是具有下截止线(cut-off)的相对开放的竖直光束。
在图2所示的变型中，导光板1的前表面7是平面。相应地，在不使用弯曲的效果的情况下来优化光束。既然如此，通过相对于焦点F偏移光源9来获得离开导光板1的光束的孔径的布置。作为光源9的该偏移的函数，该焦点F然后可基本上位于板1的出射面3的上边缘之下。
在图3中表示的该照明和/或信号指示设备11的第二实施例中，在该方面与之前的实施例不同，设备11包括全局地横向对齐的多个板1。在本实施例中，该设备11包括16个板。这些板1中的每个具有与联系第一实施例描述的导光板1相同的特性和形状。
该设备11还包括被布置在与该多个导光板1的出射面3相齐的位置处的透镜6。该透镜适合于重新获取离开导光板1的光线。每个导光板1相对于透镜6来布置，使得位于这些板1的每个中的出射面3的焦点F对应于该透镜6的主物方焦点。换言之，透镜6具有多个物方焦点，每个物方焦点对应于导光板1的焦点F。经由出射面3上的焦点被传输到外面的光线形成了由透镜6沿着纵向光轴投射的光束。该透镜6提供了在竖直平面中在光轴的方向上的准直(即形成平行光线束)。相应地，来自焦点F的出射光线具有被包含在水平面π内的方向，该水平面π包含光轴Ox。
这些导光板1被布置为类似扇形，并且在与它们的出射面3相齐的位置处是切向的，并且逐步发散以产生在这些导光板1中的每个的光源9之间的间隔。
更特别地，源自于由侧向导光面12和/或13形成的平面与由每个导光板1的出射面3形成的平面相交的导光板1的边缘或多个边缘是相互邻近的，以致形成与透镜相关联的场曲10。该场曲10可被构造为在该设备11中使用的透镜6的函数。实际上，场曲的该构造使得能够减小可由透镜6引起的场像差。
每个板1包括以类似于第一实施例的方式被布置在与其入射面4相齐处的光源9。
这些光源可被布置在同一印刷电路上，但这不是对本发明的限制。每个光源9可产生一像素，该像素的角宽度直接关联到引导装置N的厚度。在这些板1的每个中的光线的行为与针对第一实施例描述的情形相同。
这些光轴是相互倾斜的，使得通过照射不是必然在纵向光轴上的优先方向，每个板1有助于光束的形成。
相应地，该照明和/或信号指示设备11则使得能够产生由竖直像素(或光点)的组合构成的光束，每个竖直像素特别是由光源9产生，光源9可依据来自连接到所述源的控制系统的命令被关闭或打开。相应地，这样的照明和/或信号指示设备11可例如使得能够产生ADB(自适应驾驶光束)类型的功能。由照明和/或信号指示设备11实施的这样的功能使得能够以“部分道路照明模式”来照射车辆所占据的道路，即在远光光束中产生与以相向方向来临的车辆或以相同方向行驶的车辆所存在的位置相对应的一个或更多个暗窗口，以便避免在对道路的最大区域照明的同时使这些车辆上的人目眩。
这两个实施例的设备11具有多个优点，例如低紧密度(特别是在宽度的方面)和/或提高的性能(特别是从照明功效的观点来看)。

Claims (17)

1.一种光线引导装置(N)，其特征在于，其由包括光入射面(4)、光出射面(3)和反射面(2)的导光板(1)形成，所述反射面(2)具有朝向后部的椭圆轮廓，适合于确保经由所述光入射面(4)进入所述导光板(1)的光线朝向焦点(F)反射，所述焦点(F)位于与所述导光板(1)的所述光出射面(3)相齐的位置。
2.根据前一权利要求所述的光线引导装置(N)，其特征在于，所述焦点(F)位于离开所述导光板(1)的所述光出射面(3)的上边缘一距离处。
3.根据权利要求1所述的光线引导装置(N)，其特征在于，所述焦点(F)位于所述导光板(1)的所述光出射面(3)的上边缘上。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的光线引导装置(N)，其特征在于，所述导光板(1)在纵向上由所述光出射面(3)界定，所述光出射面(3)是所述导光板(1)的竖直地并且横向地在所述导光板(1)的前端处延伸的边缘表面。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的光线引导装置(N)，其特征在于，所述导光板(1)在纵向上由反射面(2)界定，所述反射面(2)是位于所述导光板(1)的后部并且在具有椭圆轮廓的竖直纵向平面中弯曲的边缘表面。
6.根据权利要求5所述的光线引导装置(N)，其特征在于，所述反射面(2)的横截面具有屋顶形状的棱镜轮廓，特别是在所述反射面(2)的整个长度上具有屋顶形状的棱镜轮廓。
7.根据权利要求5所述的光线引导装置(N)，其特征在于，所述反射面(2)的横截面具有直线形的轮廓。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的光线引导装置(N)，其特征在于，所述导光板(1)在竖直方向上由前表面(7)界定，所述前表面(7)是从所述光出射面(3)的上边缘延伸的边缘表面。
9.根据前一权利要求所述的光线引导装置(N)，其特征在于，所述前表面(7)是平面。
10.根据权利要求8所述的光线引导装置(N)，其特征在于，所述前表面(7)具有通过弯曲连接的两个平面部分。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的光线引导装置(N)，其特征在于，所述导光板(1)在竖直方向上由所述入射面(4)界定，所述入射面(4)是横向地并且纵向地延伸的边缘表面。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的光线引导装置(N)，其特征在于，所述导光板(1)在横向上由两个导光面(12、13)界定。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的光线引导装置(N)，其特征在于，所述导光板(1)具有对应于所述入射面(4)和所述出射面(3)的宽度的恒定厚度。
14.一种照明和/或信号指示设备(11)，尤其用于车辆，具有光轴(Ox)并且包括光源(9)和透镜(6)，其特征在于，所述照明和/或信号指示设备包括被布置在所述光源(9)和所述透镜(6)之间的根据权利要求1-13中的任一项所述的光线引导装置(N)，从而在所述光线引导装置(N)中由所述光源(9)发射的光线在所述光线引导装置(N)中传播以到达所述透镜(6)，并且在从所述透镜(6)出射时，具有包含所述照明和/或信号指示设备(11)的所述光轴(Ox)的基本上水平的方向。
15.根据前一权利要求所述的照明和/或信号指示设备，其特征在于，所述光源(9)适合于沿着主发射轴发射光锥，所述导光板(1)的焦点(F)被布置为使得由所述光源(9)在平行于所述主发射轴的方向发射的光线在平行于所述光轴(Ox)的方向离开所述光线引导装置(N)。
16.根据权利要求14和15中的任一项所述的照明和/或信号指示设备(11)，其特征在于，所述导光板(1)被相对于所述透镜(6)布置，使得焦点(F)对应于所述透镜(6)的物方焦点。
17.根据权利要求14-16中的任一项所述的照明和/或信号指示设备(11)，其特征在于，其包括多个导光板(1)，每个导光板(1)与光源(9)相关联，该光源(9)被设置在与相关联的导光板(1)的入射面(4)相齐的位置，所述导光板(1)被布置成扇形，所述导光板(1)在与它们的出射面(3)相齐的位置处是切向的，并且逐步发散以产生在每个光源(9)之间的间隔。
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