用于可控光分布的波导的制作方法

本公开总体而言涉及一种被配置用于可控光分布的波导。

背景技术：

光管可以用在各种车辆应用中，包括车辆内部的照明区域、车辆外部或以上两者。例如，一些光管应用可以是基于功能性或实用性，而其他光管应用可以用于重点照明或具有美学品质。

技术实现要素：

根据本公开的实施例，提供一种用于可控光分布的波导。该波导可以包括从近端到远端纵向延伸的主体。而且，主体可以包括：多个散射凸缘，在第一纵向侧面上朝向近端轴向延伸，以及多个凹口，介于所述多个散射凸缘中的每个之间。

附图说明

以下将结合附图来描述优选示例性实施例，其中相同的附图标记表示相同的元件，且其中：

图1是波导的示例性环境的前视图；

图2图示了光引擎的示意图和波导的侧视图；

图3是图2的一部分的放大图，其图示了波导的多个散射凸缘；

图4是沿剖面线4-4截取的图2的波导的剖面图；

图5是图2中所示的散射凸缘的透视图；

图6是图2的波导的局部透视的底视图；

图7是示出跟踪穿过波导的光线的示图；

图8和图9是图示从图2中所示的散射凸缘中的一个反射和散射的示意图；

图10是三种不同类型的波导的性能特征的二维(2d)描述；

图11是图8的波导中的一个的性能特征的三维(3d)描述；以及

图12是图8的波导中的另一个波导的性能特征的三维(3d)描述。

具体实施方式

下面描述波导(或光管或光导)。波导可以是沿着一侧面具有多个切口的模制主体或挤压主体，用来反射和/或散射穿过主体的光以在相对侧面离开。更具体地，波导可以将很大一部分光或甚至大部分光向后散射或沿与其初始传播相反的方向散射(即，朝向与连接到波导的光源向后散射)。如将在下面更详细描述的，具有反向散射特性的波导可以被配置为照明预定的、期望的图案或提供更均匀的照明(例如，沿着波导的长度)。

图1示出了示例性环境。示出了车辆10的前视图，其具有若干波导12，示出一个波导在前挡风玻璃之上，并且示出另外两个波导，在每个侧视镜组件上有一个波导。波导可以具有数个汽车应用，例如，在车辆内部和/或车辆的外部。这些图图示了汽车的实施方式；然而，应当理解，实施例不限于汽车环境或汽车应用。仅举几个示例，例如，波导12可以用在商业和住宅建筑物或其他建筑实施方式中。本领域技术人员也将理解额外的实施方式。

图2示出了波导组件20的示意图；即，耦接到波导12的光引擎22。光引擎可以包括光源24和耦接到该光源的驱动器电路26，该驱动器电路26可以电耦接到电源28。驱动器电路可以包括处理器30、存储器32或两者，并且可以被配置为照明波导12，如下面将更详细地解释的。

波导12被示出具有纵向延伸的主体36(沿z轴)。主体36可以是实心的或中空的；然而，在至少一个实施方式中，波导的主体是实心的。仅举几个示例，主体36可以由任何合适的材料构成，包括丙烯酸、聚碳酸酯(pc)和各种透明塑料。在至少一些实施方式中，纵向侧面38(定向为图2和图3中的底侧面)可以具有用于引导光线离开相对侧面42的反射涂层或反射层40。而且，在其他实施方式中，侧面38不具有层40。在至少一个实施方式中，相对侧面42是平坦或光滑的；例如，在一个实施方式中，侧面42与z轴平行。在相对侧面的其它实施方式中，侧面42是凸面、凹面或具有另一合适的形状。

波导12可以在主体36的纵向侧面38上具有多个散射凸缘或反射凸缘或指状物50。如下所述，指状物50可以从波导主体36向外反射和/或散射光。在一些实施方式中，纵向侧面38的部分52可以不具有凸缘(例如，在主体的近端54附近、在远端56附近或在其间的其它区域处)；然而，这只是示例。

散射凸缘50可以是平坦的或弯曲的，向着近端54径向和轴向延伸。如下所述，在一些实施例中，每个凸缘50可以具有类似的倾斜角(θ)，具有类似的线性长度(flinear)、类似的轴向长度(flength)、类似的径向宽度(fwidth)和类似的径向深度(fdepth)(见图2-图4)。在凸缘50是弯曲的实施例中，如以下将更详细地解释，可以在沿着弯曲面的切线处测量倾斜角(θ)。在图3中，示出了从凸缘的径向最内部区域58相对于z轴(或与其平行的另一个纵向轴线)的测量。如图2所示，径向深度(fdepth)可以是主体36的总直径(d)的一部分。在一些实施方式中，径向深度(fdepth)小于或等于直径(d)的三分之一。在另一实施方式中，径向深度(fdepth)小于或等于直径(d)的一半。当然，这些只是示例；存在其中径向深度超过波导的一半的其它实施例。本领域技术人员将理解，具有较大径向深度(fdepth)的凸缘可以为波导主体36提供更大的柔韧性，而超过直径(d)的一半的径向深度可以使主体具有不合适的脆性。此外，凸缘的径向深度(fdepth)是影响光分布的一个参数；因此，取决于其它因素(例如，倾斜角(θ)、波导主体36的形状等)，可以期望具有较深或较浅的径向深度。

散射凸缘50可以具有面向近端54的第一表面或第一侧面60(例如，被示出为凸面)以及面向远端56的第二表面或第二侧面62(例如，被示出为凹面)(见图2、图3、图5和图6)。侧面60、62可以由具有大致弯曲形状(例如，具有与纵向侧面38重合的顶点或顶端66)的外围边缘64来限定。在至少一个实施例中，弯曲形状可以是抛物线的，并且对所有凸缘50来说是共同的。应当理解，纵向侧面38(由外围边缘64限定)相对于抛物线实施例来示出和描述；然而，也可以使用其它合适的形状，包括其他弯曲形状、平面形状或角形。

此外，在其他实施例中，第一侧面60是凹面，而第二侧面62是凸面。在其他实施例中，第一侧面60或第二侧面62中的一个具有凹形或凸形，而侧面60、62中的另一个具有不同的形状(例如，是平坦的、成角度的或具有一些其它特征)。这些仅仅是示例；其他实施方式也是可能的。

每个散射凸缘50可以通过凹口或间隙70而彼此间隔开(见图2、图3、图5和图6)。凹口70可以限定相邻凸缘50的形状；此外，在至少一个实施例中，凹口70从(下)纵向侧面38径向向内延伸并且远离波导主体36的近端54轴向延伸。在上述实施方式中，每个凹口70具有类似的轴向长度(nlength)(图3)。在一些实施方式中，凹口70的轴向长度(nlength)沿着凹口的线性长度基本上是恒定的(即，一个凸缘的侧面62与相邻凸缘的侧面60均匀地间隔开，例如，不管凸缘50是直的还是弯曲的)。

也存在其它实施方式，其中限定一个凸缘的凹面60与相邻凸缘的凸面62之间的凹口70的间隔是不均匀的间隔。无论如何，限定凹口的间隔对于特定波导实施例来说可以是均匀的或者可以不是均匀的。

波导12可以通过任何合适的工艺(例如，模塑、挤压等)来制造。然而，根据至少一个实施方式，通过挤压工艺来形成波导的主体36。可以在挤压后(例如，通过浸渍或喷涂主体36)采用反射层40(如果应用的话)。或者在一些实例中，可以使用共挤压工艺来形成反射层40，该工艺中透明材料和反射材料二者一起被同时挤压。因此，例如，挤压工具的形状可以限定纵向侧面38的弯曲形状或抛物线形状。在波导12的主体36已经固化或充分硬化之后，可以在纵向侧面38中切割出凹口70，以形成或限定散射凸缘50的形状并且限定它们之间的轴向长度(flength)和凹口长度(nlength)。根据一个实施例，使用激光来切割出凹口70，并且凹口的轴向长度(nlength)由激光的宽度来限定。根据另一个制造实施例，可以在模具中形成波导12，该模具具有限定凸缘50的形状和尺寸的特征。

在波导12的一些实施例中，主体36的直径(d)可以在25-100毫米(mm)之间；在至少一个实施例中，直径(d)可以为大约3.0-10.0mm。在波导的一些实施例中，凸缘50的径向深度(fdepth)可以在8.3-33mm之间；在至少一个实施例中，径向深度(fdepth)可以是大约0.3-5.0mm。在波导的一些实施例中，凹口70的轴向长度(nlength)可以是0.1-1.0mm；在至少一个实施例中，轴向长度(nlength)为大约0.2mm。本领域技术人员将理解，使轴向长度(nlength)最小化，从而使凸缘50之间的气隙最小化是可期望的。此外，在波导12的一些实施例中，倾斜角(θ)可以在20度和70度(°)之间。

还存在波导的其它实施例。例如，两个或更多个散射凸缘50可以具有不同的轴向长度(flength)。换句话来描述，沿着波导12的长度，凸缘50之间的凹口70可以分布不均匀。凹口的频率(例如，对于波导主体的给定长度)可以根据预定或期望的图案来提供更多或更少的散射光。例如，在至少一个实施例中，沿着波导12的长度提供更均匀的光分布，其中凹口70的频率从近端54到远端56逐渐增加或逐步增加。或者在另一示例中，可以通过沿着波导长度使多个凹口70聚集以彼此更靠近(例如，对于长度的至少一部分出现更高的频率)并且通过沿波导长度的不同部分将至少一些凹口70间隔开以彼此更远离来提供非均匀的光分布图案。

另一个实施例也可以通过使散射凸缘50的径向深度(fdepth)不同来提供预定的光分布图案或均匀性。结果，这也使凸缘的线性长度(flinear)不同。例如，可以通过从近端54到远端56逐渐或逐步地提供更深的切口(例如，在近端54处提供较浅切口，而在远端56处提供较深切口)同时提供相似轴向长度(flength)的散射凸缘50，即，均匀的凹口布置，来提供均匀分布。类似地，可以通过沿着波导的长度使具有通常较深切口的一些凹口70聚集以及使具有通常较浅切口的一些凹口聚集来提供具有均匀凹口分布的不均匀分布。

在一个实施例中，凹口可以彼此不同地间隔开以提供来自波导的均匀的光分布，在该波导中，单个光源(例如，24)位于近端54。该均匀分布导致在每个凸缘50处预定量的光强度的指数损失(例如，约5％)。因此在该实施例中，凹口70的间隔可以由每个连续凸缘50的轴向长度(flength)和与每个连续凹口70相关的从波导36的近端54测量的序号(n1，n2，n3，...)之间的关系来限定，其中n1＝1，n2＝2，n3＝3等。例如，如果每个凹口70从最靠近近端54的凹口开始连续编号，则序号为n1(第一凹口70)、n2(第二凹口70)、n3(第三凹口70)等。任何凸缘的轴向长度(flength)可以通过以下关系来确定：轴向长度(flength)＝e^(-n*β)，其中β是衰减系数(β)(例如，5％或0.05)。因此，例如，第四凸缘50的轴向长度(flength)将等于e^(-n4*β)。使用这种关系，可以提供具有任意数量的凸缘50和凹口70的任意长度的波导，其产生均匀的光分布。

当然在一些实施方式中，至少一些凸缘50的轴向长度(flength)和至少一些凸缘50的径向深度(fdepth)可以改变以产生多种不同的图案和光分布。

期望的照明图案的示例可以包括在一些商业车辆(诸如车辆10)上所需的图案。例如，在宽度大于80英寸的车辆上，根据政府规定，可能需要五个灯，例如，在挡风玻璃之上在车辆10的中心线附近的三个标识灯，以及在驾驶员和乘客侧门附近的与所述三个灯间隔开的两个示廓灯。在图1中示出这种布置的示例。在五个灯之间，可能存在较小的照明区域以增加装饰或美学品质。这种布置可以使用单个光引擎和单个波导(诸如引擎22和波导12)来实现。波导12的散射凸缘50可以被配置为在与政府规定的灯相对应的五个区域中充分地散射更多的光。此外，散射凸缘可以被配置使得它们之间的美学区域具有大致均匀的外观。当然，这只是示例。其他布置也是可能的。

在其它实施例中，波导的剖面形状可以不同。例如，图4示出了圆形的剖面形状；然而，包括椭圆形、蘑菇形等的其它形状也是可能的。

在波导组件20的操作期间，动力光引擎22可以经由光源24将光提供至波导12。光可以经由波导主体36的近端54接收，该光初始沿远端56的方向传播。光线78可以从波导的内表面80或者从波导的外表面82反射(见例如图7)。这些光线78中的一些可以离开波导(例如，穿过凸缘)，然后基于两个介质(例如，空气和塑料，或空气和玻璃，只是举几个示例)的折射率之间的差异以改变的角度重新进入附近的凸缘50。在一个示例中，光线78可以从内表面80的与凸缘表面62重合的一部分反射出来，然后径向向外被引导穿过(上)纵向侧面42。另外，由于反射光线78离开波导侧面42而发散，因此反射光线78可以在表面80处散射。基于凸缘表面62的倾斜角(θ)，在碰撞表面80的光线中，沿向后方向(朝向近端54)反射的光可以比沿向前方向(朝向远端56)反射的光多。当光线78从表面80反射时，光线78的散射(或反向散射)效应可以进一步有助于大部分光线78被引向近端54。而在一些实施例中，凸缘50的弯曲度可以被配置为散射光线78以提供期望的均匀性或图案。

图7示出了使用光线跟踪软件(例如，speos^tm)建模的传输到波导12的近端54的十个光线。跟踪光线78以证明散射凸缘50的配置导致多于50％的光线78沿向后方向(即，沿与初始传播方向相反的方向)反射和/或散射。更具体地说，十条光线78中的六条至少部分地引向近端54，而剩余的四条光线至少部分地引向远端56。本领域技术人员将理解，更多的光线可以穿过波导12，但是仅示出了十条光线来说明波导性能。

图8和图9示出了从散射凸缘50中的一个的反射和/或散射。图8和图9之间的主要差异是：图8示出了凸缘50之间的凹口70是直的，而图9示出了凸缘50之间的凹口70是弯曲的。因此，在凸缘的远区域90与其近区域92之间，图8(示出直的凸缘50)中的倾斜角(θ)可以是恒定的。然而，在图9(示出弯曲的凸缘50)中，倾斜角(θ)随着凸缘在远区域90与近区域92之间的弯曲度而变化。即，在图9中，倾斜角(θ)是由侧面62的曲面的切线和z轴形成的角度。在图8和图9中，光线被示出为从凸缘50的内表面80反射并最终(在纵向侧面42处)从波导主体36向外引导。

图8和图9还示出了若干角度：角度a(包括角度a1和a2)，角度b和出射角psi(ψ)以及上述倾斜角(θ)。出射角psi(ψ)是相对于纵向侧面42的法线测量的角度，根据一个实施例，角psi(ψ)或角psi(ψ)的范围可以基于倾斜角θ的值来选择。即，ψ＝sin^-1[x*sin(90-2*θ)]，其中x是与波导12的主体36相关的折射率，且空气是第二介质(并且其中，ψ、θ和90的单位是“度”)。角度a和角度b可以基于倾斜角(θ)的值来计算；即，角度a＝a1+a2，其中a1＝a2＝(90-θ)，且角度b＝(90-2*θ)。因此，可以通过确定倾斜角(θ)的值来确定psi(ψ)的值的期望范围，其中所述期望范围将与来自纵向侧面42的期望的光的传播或光的分布一致。

从图9可以看出，两个光线被示出为从内表面80反射并且离开主体36，一个光线在凸缘50的远区域90内，而另一个在凸缘的近区域92处。将观察到，不同的θ值导致光线相对于光源向前或向后发射。还将观察到，在至少一个实施例中，通过控制侧面(例如，60、62)的弯曲度，大部分光线可以被更多地沿向后方向引导。当凸缘50的弯曲度接近抛物线(如图2、图3和图9所示)时，尤其如此。

此外，应当理解，从内表面80反射、离开主体36的光也可以发散或散射。这种散射效应的贡献可以进一步有助于大部分光被沿向后方向引导。

图10-图12示出了本文所描述的波导12的一个实施例的性能。图10示出使用测试装置波导#1、波导#2和波导#3制成的性能比较图表。独立轴线表示在波导12中传播的光的反射和/或散射的方向性(例如，沿向后方向和向前方向)(即，横跨-50°到+50°，其中0°纵向侧面42的方向法线)。从属轴线表示照度(lux)的相对强度或大小。波导#1是在主体36的(下)纵向侧面38上具有粗糙表面或不平坦表面以散射光的波导；这个粗糙表面不包括凸缘。波导#2具有如上所述的平坦或直的凸缘50。波导#3具有弯曲的凸缘50(例如，具有如上所述的凸侧面60和凹侧面62)。根据图表数据，相对而言，波导#1在向后方向上没有明显的散射；此外，在向前方向和向后方向上的散射明显小于波导#2和波导#3的散射。波导#2在两个峰值处表现出显著的散射：在大约-16°(向后方向)处和在大约+12°(向前方向)处。波导#3在大约-5°处在向后方向上达到峰值，其具有三个测试装置的最大峰值。

图11和图12示出了图10所示主题的一些相同的主题。然而，在图11和图12中，数据以三维(3-d)格式(以坎德拉(cd)测量的相对大小，例如，0-1cd、1-2cd、...、5-6cd)呈现。因此，图11示出了如上所述的在-16°和+12°处的两个峰值。而图12示出了在大约-5°处的单个峰值。

因此，图10-图12示出了使用具有凸缘50的波导的向后反射和/或散射。此外，诸如在图2、图3和图6中所示的弯曲凸缘在向后方向上提供最大照度。

因此，已经描述了可耦接到光引擎的波导。波导在一个纵向侧面上具有多个凸缘，这些凸缘可以是平坦的或弯曲的。此外，凸缘的尺寸和方向可以被适当地配置为沿向后方向(即，沿与其初始传播相反的方向)反射和/或散射由光引擎发射到波导中的大量光。凸缘可以被预配置成提供均匀光分布的区域或任何合适的光分布图案。

应当理解，前述内容是对本发明的一个或更多个优选示例性实施例的描述。本发明不限于本文公开的特定实施例，而是仅由所附权利要求来限定。此外，上述描述中包含的陈述涉及特定实施例，但不应被解释为对本发明的范围或权利要求中使用的术语的定义的限制，除了术语或短语在上面被明确定义。各种其它实施例和所公开的实施例的各种变化和修改对于本领域技术人员将是明显的。所有这些其他实施例、变化和修改旨在落入所附权利要求的范围内。

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