光图案化装置与车灯的制作方法

本实用新型涉及光照明与信号指示领域，尤其涉及一种光图案化装置与包括该光图案化装置的车灯。

背景技术：

随着技术的发展和社会的进步，人们对于光学照明或信号指示设备的要求不再仅仅限于提供照明或信号指示灯的功能。于是，对于光学照明或信号指示设备(例如用于机动车辆的车灯)的个性化的需求越来越多，可能需要提供更为丰富的光束图案和点亮效果。比如，可能期望照明或信号指示光包含某些信息或图案以满足个性化定制的要求。现有技术已经提供了在光学照明或信号指示装置产生图案的装置。但在现有的光学照明或信号指示装置中，尤其是在机动车辆的车灯中，还缺乏能够对照明或信号指示光进行图案化的同时形成具有3维光学效应的图案的装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种光图案化装置，其能够以简单的结构来对照明或信号指示光进行3维图案化。

本实用新型的目的还在于提供一种包括该光图案化装置的车灯。

本实用新型的实施例提供了一种用于车灯的光图案化装置，包括：光源；和配光装置，所述配光装置具有彼此相对的光入射侧和光出射侧，在配光装置的所述光入射侧上设置有平行延伸的多个第一光偏折部，且在配光装置的所述光出射侧上设置有平行延伸的多个第二光偏折部，所述多个第一光偏折部分别用于接收来自光源的光束的不同部分并将其朝向第二光偏折部偏转，所述多个第二光偏折部将经过第一光偏折部偏转的各个光束部分进行偏折以形成灯光图案，其中，所述第一光偏折部的延伸方向与第二光偏折部的延伸方向的夹角大于零。

在一实施例中，所述第一光偏折部和第二光偏折部均由柱面透镜形成。

在一实施例中，每个第二光偏折部的宽度为d，所述光入射侧上的第一光偏折部的顶部至所述光出射侧上的第二光偏折部的根部的距离为H，从光源发出的相应的光束部分在光入射侧上、与该第二光偏折部的中心对应的位置处且在该第二光偏折部的横截面所在平面中的入射角为α，配光装置的材料折射率为n，则一部分第二光偏折部或所有第二光偏折部满足：

H×sinα/n<d/2。

在一实施例中，每个第二光偏折部的宽度为：

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

其中r为第二光偏折部的横截面轮廓的曲率半径。

在一实施例中，所述第一光偏折部的横截面轮廓的曲率半径大于、等于或小于所述第二光偏折部的横截面轮廓的曲率半径。

在一实施例中，所述多个第一光偏折部彼此邻接地布置，且所述多个第二光偏折部彼此邻接地布置。

在一实施例中，所述第一光偏折部的延伸方向垂直于第二光偏折部的延伸方向。

在一实施例中，所述第二光偏折部的延伸方向与从光源发出的光束的中心轴线垂直或与从光源发出的光束的中心轴线成倾斜角。

在一实施例中，光源与所述配光装置的光入射侧紧贴设置。

在一实施例中，所述第一光偏折部及第二光偏折部的宽度小于0.15毫米。

在一实施例中，所述光源在垂直于所述第一光偏折部的平面中的发光角度大于30度。

在一实施例中，所述光源包括一个或更多个白光或单色光发光二极管。

在一实施例中，所述光源为点光源或面光源。

在一实施例中，所述第一光偏折部的宽度等于所述第二光偏折部的宽度。

在一实施例中，所述第一光偏折部的宽度大于或小于所述第二光偏折部的宽度。

在一实施例中，所述第一光偏折部的延伸方向与第二光偏折部的延伸方向的夹角在20度和90度之间。

本实用新型的实施例提供了一种车灯，包括根据上述任一实施例所述的光图案化装置。

如本实用新型的上述至少一个实施例中所述的光图案化装置，通过在配光装置设置一系列的光偏折部来而形成具有3维效果的图案，从而提高车灯的照明和/或信号指示光的视觉效果。该光图案化装置还可实现光学效率的提升。

附图说明

图1示出根据本实用新型的一实施例的光图案化装置的立体示意图；

图2示出根据本实用新型的一实施例的光图案化装置的侧视示意图；

图3示出根据本实用新型的一实施例的光图案化装置的俯视示意图；

图4示出根据本实用新型的一实施例的光图案化装置的侧视示意图，其中配光装置倾斜放置；

图5示意性地示出第二光偏折部的工作原理；以及

图6示出根据本实用新型的一实施例的光图案化装置的示意图，其中光源紧贴配光装置放置。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号表示相同或相似的部件。下述参照附图对本实用新型实施方式的说明旨在对本实用新型的总体实用新型构思进行解释，而不应当理解为对本实用新型的一种限制。

根据本实用新型的总体构思，提供一种用于车灯的光图案化装置，包括：光源；和配光装置，所述配光装置具有彼此相对的光入射侧和光出射侧，在配光装置的所述光入射侧上设置有平行延伸的多个第一光偏折部，且在配光装置的所述光出射侧上设置有平行延伸的多个第二光偏折部，所述多个第一光偏折部分别用于接收来自光源的光束的不同部分并将其朝向第二光偏折部偏转，所述多个第二光偏折部将经过第一光偏折部偏转的各个光束部分进行偏折以形成灯光图案，其中，所述第一光偏折部的延伸方向与第二光偏折部的延伸方向的夹角大于零。

另外，在下面的详细描述中,为便于解释,阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或更多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。

图1示意性地示出了根据本实用新型的一实施例的光图案化装置100。该光图案化装置100包括：光源10和配光装置20。所述配光装置20具有彼此相对的光入射侧21和光出射侧22。该光入射侧21用于接收来自光源10的光束40，例如可以面向光源10布置。从光入射侧21射入、穿过配光装置20的光从光出射侧22射出。例如，该光出射侧22可以背向光源10布置。在配光装置20的所述光入射侧21上设置有平行延伸的多个第一光偏折部31，且在配光装置20的所述光出射侧22上设置有平行延伸的多个第二光偏折部32，所述多个第一光偏折部31分别用于接收来自光源10的光束40的不同部分并使其朝向第二光偏折部32偏转，所述多个第二光偏折部32将经过第一光偏折部31偏转的各个光束部分进行偏折，从而形成灯光图案。所述第一光偏折部31的延伸方向与第二光偏折部32的延伸方向的夹角大于零(即两者不平行)。经过第二光偏折部32折射的、带有灯光图案的光束可以从车灯射出，用于形成照明和/或信号指示光束。

借助于根据本实用新型的实施例的光图案化装置100，可以实现对光束的图案化。例如，当光源10为一点光源(如发光二极管)时，经过光图案化装置100的光束可能会形成一个放大的四边形图案。具体地，当光束40通过第一光偏折部31时，由于第一光偏折部31的偏转作用，光束40将被朝向第二光偏折部32引导，且光束40的横截面形状将变成近似于一条亮线。而第二光偏折部32的折射作用将对横截面图案近似于一条亮线的光束40进行扩展。由于第一光偏折部31的延伸方向与第二光偏折部32的延伸方向不垂直，因此，经过配光装置20之后，光束40可以在二维上被扩展和成形，以形成期望的图案，例如矩形、平行四边形、菱形等。当光源10包括一列点光源时，经过光图案化装置100的光束可能会形成一组二维形状的图案，这些形状还可以相互重叠。

作为示例，当所述第一光偏折部的延伸方向与第二光偏折部的延伸方向的夹角在20度和90度之间时，所形成的图案的效果更好。

作为示例，第一光偏折部31对于光束的偏转作用可以通过折射来实现。例如，第一光偏折部31可以具有凸出曲面(例如圆柱面)的表面轮廓。这有助于聚拢光束，提高光学效率。例如，第一光偏折部31可以将光束40中70％、80％或90％甚至更大比例的部分引导至第二光偏折部32。

由于各个第一光偏折部31与光源10的距离可能会有所不同，再加之第一光偏折部31和第二光偏折部32对于光束的折射效应，从各个第二光偏折部32射出的光束部分的光程之间将存在差异。例如，如图1所示，经不同的第一光偏折部31入射、从不同的第二光偏折部32射出的光束部分可以经历不同的光程。

由于这种光程的差异，当观察者观看从各个第二光偏折部32(或第二光偏折部32的不同部分)射出的各个光束部分时，会产生3维视觉效果。例如，在图1所示的情形中，观察者会感觉到从配光装置20的光出射侧22上的某些部分射出的光束部分(例如从位于光出射侧22外周处的第二光偏折部32射出的光束部分)与其它光束部分相比，是从更远的位置发出的。于是，在视觉上会感觉到图案存在纵深感，甚至可能会产生图案(例如线)的弯曲，从而产生3维效果。

当光源10包括多个点光源，例如一排发光二极管时，由于不同的点光源将导致不同的光束的各个光束部分之间的光程差异更为明显，因而，3维效果也将更为显著。

光源10与配光装置20的摆放方式也可能会影响3维效果。例如，如图2和图4所示，第二光偏折部32的延伸方向可以与从光源10发出的光束40的中心轴线41垂直(例如图2所示)，也可以与从光源10发出的光束40的中心轴线41成倾斜角(例如图4所示)。将配光装置20相对于光束40的中心轴线41倾斜放置，有利于进一步增大从光源10至各个第二光偏折部32之间的各个光束部分之间的光程差(参见图4)，从而使得从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维视觉效果得到增强。通常而言，该倾斜角度越大，3维视觉效果也越强。

作为示例，配光装置20(或第二光偏折部32的延伸方向)可以相对于从光源10发出的光束40的中心轴线41成20度至70度的倾斜角，例如30度至60度的倾斜角，如45度的倾斜角。

作为示例，第一光偏折部31和第二光偏折部32可以均由柱面透镜形成，即第一光偏折部31和第二光偏折部32的表面可以由圆柱面的至少一部分形成。如图1至4所示。然而本实用新型不限于此，第一光偏折部31和第二光偏折部32还可以具有其它形状。

图3示出了第二光偏折部32对于光束的示例性的折射效应。示例性的光束40的部分在经过第二光偏折部32时被会聚，但在经过会聚点后又在与图3的纸面平行的平面内扩散，从而实现了对于光束的扩展。由于光源10可能存在一定范围的发射角且配光装置20的光入射侧21的表面也不平坦(设置有第一光偏折部31)，因此光束40的不同部分在配光装置20的光入射侧21上的入射角不同。从而，经过不同的第一光偏折部31的各个光束部分将沿着各个不同的方向到达各个第二光偏折部32的不同部分。因此，第二光偏折部32对于光束的折射也可以在多种方向上进行，例如对于图3的示例，光束40的部分也可以在与图3的纸面成倾角的平面内扩散。

下面以具有圆柱面轮廓的第二光偏折部32为例，对第二光偏折部32对于光束部分的折射进行进一步的介绍。

图5示意性地示出了单个第二光偏折部32(其与多个第一光偏折部31相对，假定第二光偏折部32与第一光偏折部31垂直)。该第二光偏折部32在与第二光偏折部32的延伸方向垂直的方向(即图5中的X方向)上的截面中具有部分圆形的轮廓，该第二光偏折部32的宽度为d，所述光入射侧21上的第一光偏折部31的顶部至所述光出射侧22上的第二光偏折部32的根部的距离为H，从光源10发出的相应的光束部分在光入射侧21上、与该第二光偏折部32的中心对应的位置处且在该第二光偏折部32的横截面所在平面中的入射角为α，配光装置20的材料折射率为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满足：

H×sinα/n<d/2 (式1)

在满足式1的条件下，可以使至少入射到第一光偏折部31上的大部分光能够从第二光偏折部32射出，这样，当迎着配光装置20的光出射侧22观察时，该第二光偏折部32是亮的，或者说，该第二光偏折部32对应的区域被点亮。当每个第二光偏折部32均满足式1时，配光装置20整体将呈现均匀的亮图案。然而，在本实用新型的实施例中，并不限于所有第二光偏折部32都必须满足式1，例如，光源10所发出的光束部分在各个第二光偏折部32上的入射角可以不相同，这样，当光束部分的入射角非常大时，其所对应的第二光偏折部32可能就不再满足式1，这时，从该第二光偏折部32出射的光的强度就会减小，而可能形成图案中的暗区域。在另外的示例中，也可以根据实际的要求来调整上述第二光偏折部32的尺寸来获得不同的亮暗区域。需要说明的是，在本实用新型的实施例中，第一光偏折部31可以具有弯曲的表面，例如圆柱面，这样，经过第一光偏折部31的光束部分在第二光偏折部32上的入射光也可以与图5的纸面所在的平面成大于0且小于90度的倾斜角，这可以促进从第二光偏折部32出射的光束在与图5的纸面垂直的平面中的扩散和成形。

作为示例，每个第二光偏折部32的宽度d可以为：

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

其中r为第二光偏折部32的曲率半径。

作为示例，第二光偏折部32的宽度d可以小于5mm，优选小于0.15mm，例如可以为大于0.01mm且小于0.15mm、或大于0.05mm且小于0.15mm或大于0.1mm且小于0.15mm。作为示例，所述光入射侧21上的第一光偏折部31的顶部至所述光出射侧22上的第二光偏折部32的根部的距离H可以为0.1mm至5mm，例如小于0.3mm，如0.237mm。

在本实用新型的实施例中，第一光偏折部31的延伸方向可以与第二光偏折部32的延伸方向垂直，也可以与第二光偏折部32的延伸方向成大于0且小于90度的夹角。例如，当第一光偏折部31的延伸方向与第二光偏折部32的延伸方向垂直时，更有利于提高光学效率，而当第一光偏折部31的延伸方向与第二光偏折部32的延伸方向成大于0且小于90度的夹角时，有利于提高所形成的图案的多样性。

在一示例中，第一光偏折部31的横截面轮廓的曲率半径可以等于所述第二光偏折部32的横截面轮廓的曲率半径。然而，在另外的示例中，例如为了改变从配光装置20出射的光束的图案的形状以提高视觉效果(例如使之更为细长或弯曲)，第一光偏折部31的横截面轮廓的曲率半径可以大于或小于所述第二光偏折部32的横截面轮廓的曲率半径。

作为示例，所述多个第二光偏折部32彼此邻接地布置，如图1所示。这可以提高从所述多个第二光偏折部32出射的光束的光强的均匀性。类似地，多个第一光偏折部31也可以彼此邻接地布置。在一示例中，各个第一光偏折部31或第二光偏折部32可以具有同样的尺寸(包括宽度、高度、入射面和出射面的形状等)，这有助于形成连续均匀的图案。然而，在另外的示例中，例如为了形成不均匀的图案，各个第一光偏折部31或第二光偏折部32的尺寸也可以不同，甚至在相邻的第一光偏折部31或第二光偏折部32之间可以设定一定的间隔。作为示例，第一光偏折部31的尺寸(包括宽度、高度、入射面和出射面的形状等)可以与第二光偏折部32相同，也可以不同。

在如图1所示的实施例中，光源10与第一光偏折部31间隔一定距离设置，但本实用新型不限于此。例如，光源10可以与配光装置20的光入射侧紧贴设置，如图6所示。这种方式可以使得，配光装置20上的某些第一光偏折部31与光源10之间的距离尽可能短，而经过不同的第一光偏折部31、第二光偏折部32的各个光束部分之间的光程差可以被加大，从而增强3维效果。例如，在图6中，穿过配光装置20的中间部分的光束部分在配光装置20的出射光中可能由于光程较短而给人以突兀感更强的3维视觉效果。

在一示例中，所述光源10在垂直于所述第一光偏折部31的延伸方向的平面(即图2的纸面所在的平面)中的发光角度大于30度。较大的发光角度有助于增大经过不同的第一光偏折部31、第二光偏折部32的各个光束部分之间的光程差，从而提高3维效果。

作为示例，所述光源10可以包括一个或更多个白光或单色光发光二极管。在第一光偏折部31和第二光偏折部32的宽度与可见光波长相比相对较大的情况下(例如在0.1mm以上)，第一光偏折部31和第二光偏折部32对于白光的分色效果不明显，不会影响出射光的视觉效果。因此，该光源10可以采用白光发光二极管。所述光源10可以包括一个发光二极管，或是发光二极管的阵列。光源10可以由现有技术中已知的任何用于承载光源的部件来支撑，例如灯座、印刷电路板等等。

作为示例，所述光源10既可以是点光源，也可以是面光源(例如可以由有机发光二极管(OLED)来制成)。作为示例，在配光装置20上的第一光偏折部31和第二光偏折部32可以成线条形式延伸，例如参见图1。作为示例，所述配光装置20可以为一体件，从而简化制作工艺，且有助于提高光学效率。例如，配光装置20可以由透明的玻璃、树脂或塑料材料制成，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之间。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。出于制作方便的考虑，可以使第一光偏折部31和第二光偏折部32具有同样的宽度。然而，这不是必须的，例如，为了提供更大的光学设计的灵活性以形成更为丰富的图案，可以使第一光偏折部31的宽度大于或小于所述第二光偏折部32的宽度。

虽然说明书附图中仅仅示出了几个第一光偏折部31和第二光偏折部32，但应当理解，这是示意性的，仅仅是为了表示清楚，在本实用新型的实施例中在配光装置20上可以采用更多的第一光偏折部31和第二光偏折部32，例如数十、数百个、甚至上千个第一光偏折部31和第二光偏折部32。

在本实用新型的一实施例中，所述配光装置20上的第一光偏折部31和第二光偏折部32均可以由光栅结构形成。在此情况下，每个第一光偏折部31和第二光偏折部32都可以对应于一个光栅单元，光栅的节距可以等于相应的第一光偏折部31或第二光偏折部32的宽度。利用光栅来形成配光装置20，可以简化制作工艺和系统结构。需要说明的是，光栅在光学系统中通常用于衍射，但在本实用新型中，衍射效应不是主要的。尤其是，在第一光偏折部31和第二光偏折部32的宽度与可见光波长相比相对较大的情况下(例如在0.1mm以上)，第一光偏折部31和第二光偏折部32主要是通过折射来实现所需的3维显示效果。这与现有技术中的光栅的通常意义上的应用是有很大区别的。

本实用新型的实施例还提供了一种包括如上述任一实施例所述的光图案化装置100的车灯。从配光装置20射出的光束可以用于形成车灯的照明和/或信号指示光，以提高视觉效果。

在本实用新型的实施例中，配光装置20可以由任何已知的用于保持光学元件的合适的装置来支撑或悬挂，例如支座，吊臂等。

根据本实用新型的实施例的车灯可以包括任何类型的机动车辆照明灯和/或信号灯，例如前照灯、中央高位刹车灯、转向灯、位置灯、尾部刹车灯等等。

虽然结合附图对本实用新型进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本实用新型优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本实用新型的一种限制。附图中的尺寸比例仅仅是示意性的，并不能理解为对本实用新型的限制。尤其是，为了清楚地示出第一光偏折部31和第二光偏折部32，在附图中夸大了它们的尺寸。

虽然本实用新型总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体实用新型构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本实用新型的范围以权利要求和它们的等同物限定。