可均匀照明的车辆光导装置和总成的制作方法

可均匀照明的车辆光导装置和总成的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种光导装置，包括光腔室，该光腔室由各向同性发光的顶部、底部、背部表面和具有半透明透镜的前部表面限定。光导装置也包括腔室中的反射膜片，该反射膜片限定膜片与顶部表面之间的顶部间隙和膜片与底部表面之间的底部间隙。光导装置还包括位于膜片和腔室背部表面之间的LED光源。光导装置也可以配置以具有部分透射透镜的前部表面并且无反射膜片。本实用新型还提供了一种车辆照明总成，包括多个相互连接的光腔室部分，这些腔室部分包含光导装置。
【专利说明】可均匀照明的车辆光导装置和总成
【技术领域】
[0001]本实用新型总体上涉及一种提供均匀照明的光腔室，特别涉及一种由LED光源照明的、充气的车辆光腔室。
【背景技术】
[0002]光导管和光导装置已经被用来照明大面积的区域，以用于风格化和其他功能。这些光导装置和光导管通常拥有较厚的壁。因此，制造这些部件是很困难的。因此，光导管具有受限的设计和造型灵活性，尤其是对于大型的应用。此外，大多数光导管设计会出现热斑(hot spot)，导致其不产生高度均匀的光分布。
[0003]因此，需要提供一种光导管和光导装置，这种光导管和光导装置在提供制造和设计上显著的灵活性的同时，还能展现出高度的光均匀性。
实用新型内容
[0004]本实用新型一方面提供一种光导装置，这种光导装置包括光腔室，该光腔室是由各向同性发光的顶部、底部、背部表面和具有半透明透镜的前部表面限定的。光导装置也包括腔室中的反射膜片(reflective diaphragm),它限定膜片和底部表面之间的顶部间隙，以及膜片和底部表面之间的底部间隙。光导装置还包括位于膜片和腔室背部表面之间的LED光源。
[0005]本实用新型另一方面提供一种光导装置，这种光导装置包括光腔室，该光腔室是由各向同性发光的顶部、底部、背部表面和具有部分透射透镜的前部表面限定的。这种光导装置也包括腔室中的LED光源。更进一步的，部分透射透镜的透射率大约是来自LED光源的入射光和由各向同性的发光表面散射的光的总和的15%-40%。
[0006]本实用新型的再一方面是提供一种车辆照明总成，包括多个相互连接的光腔室部分，每个部分由有透镜元件的前部表面和各向同性发光的顶部、底部、背部表面限定。车辆照明总成也包括每个部分中的LED光源。此外，每个LED光源发出光，这些光在各向同性的发光表面散射，并通过透镜元件射出腔室部分。
[0007]通过研究以下说明书、权利要求以及附图，本领域技术人员将会理解和领会本实用新型各个方面、目的和特点。
【专利附图】

【附图说明】
[0008]在附图中:
[0009]图1是根据本实用新型的一方面的光导装置的透视图，这种光导装置具有光腔室，该光腔室由LED光源照明，由各向同性的发光表面限定，并且包括反射膜片和半透明透镜;
[0010]图1A是图1中所描述光导装置的在线IA -1A的剖视图；
[0011]图2是根据本实用新型另一方面的光导装置的透视图，这种光导装置具有光腔室，该光腔室由LED光源照明，由各向同性的发光表面限定，并且包括部分透射透镜。
[0012]图2A是图2所描述的光导装置在线IIA -1IA的剖视图；
[0013]图3是根据本实用新型的又一方面的具有相互连接光腔室部分的车辆照明总成的透视图，这些相互连接的光腔室部分由LED光源照明，由各向同性的发光表面限定，并且包括反射膜片和半透明透镜。
[0014]图4是根据本实用新型的再一方面的具有相互连接光腔室部分的车辆照明总成的透视图，这些相互连接的光腔室部分用LED光源照明，由各向同性的发光表面限定，并且包括部分透射透镜。
【具体实施方式】
[0015]为描述本实用新型，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“后”、“前”、“垂直”、“水平”以及其
派生词应当如图1中的取向与本实用新型相关联。然而，本实用新型也可以采取多种替代方位，除非有明确相反的规定。还有，附图中示出和下面的说明书中说明的具体装置和过程仅仅是由所附权利要求限定的实用新型构思的示例性实施例。因此，关于本文所公开的实施例的具体尺寸和其它物理特性不应被认为是限制性的，除非权利要求中另有明确说明。
[0016]根据本实用新型的一方面，如图1和图1A中描述，光导装置10设置为向各种照明应用提供均匀照明。光导装置10包括光腔室2，该腔室由各向同性发光的内部表面——顶部表面21，底部表面22，和背部表面23——所限定。光腔室2也由具有半透明透镜16的前部表面24限定。半透明透镜16应当在较大的光谱范围内是实质半透明的。光腔室2可以由横跨腔室的最长轴线的腔室长度13、和右端11和左端12进一步限定。
[0017]光导装置10也包括反射膜片6，它被置于光腔室2中。具体地，将反射膜片6设置于腔室中，以使其限定其顶部边缘和顶部表面21之间的顶部间隙7。更进一步地，将反射膜片6设置于腔室中，以使其限定其底部边缘和底部表面22之间的底部间隙8。因此，在腔室2中存在一对间隙,反射膜片6的每侧有一个。
[0018]光导装置10还包括LED光源4，它设置于光腔室2内，以在腔室中发出入射光19。具体地，LED光源4位于反射膜片6和背部表面23之间。LED光源4可以设置于光腔室2的一端(右端11或者左端12)，并定向为将入射光19引导向腔室2的另外一端。如图1所示，光源4位于腔室2中的左端12，并定向为将入射光19发射向右端11。
[0019]光腔室2可以由横跨其长度13的、基本恒定的横截面积限定。光腔室2设置为长方体的形状，该长方体有一对相对的、平行的端部，例如，右端11和左端12 (如图1和图1A所示)。然而，光腔室2的其他的形状也是可行的，只要它具有足够的空间来封闭光源4和反射膜片6。例如，光腔室2可以配置为长的圆柱体形状，具有相对的、平行的端部。在圆柱体结构中，腔室2中的前部表面24可以是圆柱体上的平坦的、有刻面的表面。这个平滑的表面可以包含半透明透镜16，作为圆柱形腔室2的“窗口”。同样地，将圆柱形的腔室2中的其余表面设置为也是由各向同性的发光表面限定。在其他的光腔室2的结构中，穿过腔室2长度13的横截面积可以是连续变化的，或者以少数几个或者多个离散步骤变化的。因此，腔室2可以具有适应于最终应用的多种的形状。
[0020]光腔室2还可封闭有实质上气态的介质，例如，环境空气。腔室2中也可以使用其他的气态介质。例如，氮气，氩气，氦气或者氧气的混合物也是可以的。可以选择腔室2中的气体介质的不同混合物、压力和体积，以产生来自LED光源4的特定照明效果，包括颜色。
[0021]设置腔室2中的各向同性的发光表面21 (顶部)、22 (底部)、和23 (背部)以提供散射光17，散射光17来自于从LED光源4发出的入射光19。具体地，入射光19射向各向同性的发光表面21、22和23,并在所有方向上散射(B卩180度)。在光导领域中已知的各种材料可用于表面21、22和23，用来产生此效果。例如，可以为这些表面21、22和23选择具有96%或者更大反射系数的材料。例如，白色哑光漆可用于各向同性的发光表面21、22和23,来确保入射光19的各向同性的散射。有色高分子材料同样适用于各向同性的发光表面
21、22和23。因此射向腔室2中的这些各向同性的发光表面的入射光19继续在腔室2中沿其长度13散射和传播。
[0022]反射膜片6可以由多种已知材料制成，以产生实质地反射入射光19和散射光线17的表面。例如，膜片6可以是金属成分制成的镜面元件。因此，用于反射膜片6的材料应该具有较高光学反射率的特征，和/或以这种材料涂覆、喷涂、溅镀或者进行表面处理。比如，含铝或银的涂料可用于制造膜片6。因此，射向反射膜片6的光线17和19继续作为反射光线18在腔室2中传播。优选地，膜片6的厚度相对小于到腔室2中背部表面23和前部表面24的总距离。
[0023]同样优选地，将反射膜片6安置为相比背部表面23更邻近于半透明透镜16。例如，反射膜片6可以安置为接近透镜16，距其约为透镜16到背部表面23之间距离的三分之一。此外，膜片6可以定向为其主要表面(即最大表面)分别平行于背部表面23和前部表面24 (见图1和1A)。
[0024]同样优选的是，控制膜片6分别到顶部表面21和底部表面22之间的顶部间隙7和底部间隙8的尺寸。一种方法是设置间隙7和间隙8，以使得它们的总长度相对于顶部表面21和底部表面22之间的距离存在约在1:4到1:9的范围内的比例。例如，当顶部间隙和底部间隙分别设置成0.5cm并且顶部表面21和底部表面22之间的距离是4cm的时候，这个比例是1:4。还优选地控制间隙7和间隙8的大小，使得它们大致彼此相等。
[0025]各种已知的LED技术可用于LED光源4。广泛的光输出和功率密度可供光源4使用。此外，LED光源4可以使用某些LED技术，以产生具有特定的所需颜色的入射光线19。可选地，半透明透镜16可以被着色或者使用滤色器改变，使得从光腔室2外部观看时通过滤色器的透射光线20 (下面进一步详述)表现出所需的颜色或者是美学外观。
[0026]如图1和IA所示，光导装置10操作为在腔室2的长度13方向上产生实质均匀的透射光式样。具体地，LED光源4在腔室2产生入射光线19。一部分的这些入射光线19射向反射膜片6，并继续作为反射光线18在腔室2中传播。另一部分的入射光线19射向腔室2中各向同性的发光表面21、22和23。然后这些光线19从这些表面21、22和23向所有(或者大部分)方向上散射形成散射光线17。反过来，大量这些散射光线17被反射膜片6反射，形成反射光线18。最终，入射光线19、反射光线18和散射光线17通过沿着反射膜片6的边缘的间隙7和8穿过或者透出。然后，这些“透出的”光线沿着腔室2的长度13的方向穿过透镜16，形成透射光线20。沿长度13方向通过间隙7和8漏出并通过透镜16射出腔室的所有透射光线20形成由光导装置10发射出的高度均匀的光式样。
[0027]很多因素会影响来自光导装置10发出的实质均匀的透射光式样的透射光线20的均匀性程度和强度。这些因素包括:对光源4的LED光源的选择，腔室2中LED光源的数量，间隙7和8的大小，膜片6相对于透镜16和背部表面23的位置，腔室2中的横截面积，腔室2中LED光源4的位置和方向。例如，将间隙7和8的大小减小到使得总体间隙和整个腔室的厚度(即透镜16和背部表面23之间的距离)之间的比例是1:9，这可以具有产生射出透镜16的一组非常均匀的透射光线20的效果。这是因为，相对于在腔室2中由各向同性的发光表面21、22和23以及反射膜片6散射、传播和反射的光线，直接通过间隙7和8的部分入射光19较少。另一方面，将间隙7和8配置以较小的尺寸趋向于导致腔室2中的额外光散射，减少光导装置10的整体光产生效率。对于总体间隙(即间隙7和8的总距离)和整个腔室厚度的比例远低于1:9的小间隙尺寸来说，尤其如此。
[0028]如图2和2A所示，描述了根据本实用新型的另一方面的、为各种照明应用提供均匀照明的光导装置30。光导装置30是光导装置10的修改版本，它们有共同的功能和操作。除非另有说明，光导装置30包括与光导装置10中相同或者类似的元件。例如，光导装置30包括光腔室32，它是由各向同性的发光表面51 (顶部)、52 (底部)和53 (背部)所限定的。此外，光腔室32由具有部分透射透镜46的前部表面54所限定。以与光腔室2相同的方式，光腔室32也可封闭有实质上气态的介质，比如，环境空气(见图1)。光导装置30也包括腔室32内的LED光源34，LED光源34优选位于腔室32的一端，并定向为朝向向另一端。
[0029]如图2和2A所不,光导装置10和光导装置30之间主要有两个不同点。第一,光导装置30不包括反射膜片元件(例如见图1中反射膜片6)。第二点不同是，光导装置30用部分透射透镜46代替半透明透镜(例如见图1中半透明透镜16)。在这里，部分透射透镜46对来自LED光源34的入射光49和来自各向同性的发光表面51、52和53的散射光47的总和具有约15-40%的光透射率。光腔室32可以更进一步的由横跨腔室的最长轴线的腔室长度43、右端41和左端42限定。光腔室32也可以具有横跨腔室长度43的基本恒定的横截面积。光腔室32也可以设置成长方体形状，该长方体有相对的、平行的端部41和42。进一步地，如本实用新型中前面结合腔室2 (见图1)所描述的一样，腔室32可以具有其他形状、结构和横截面积。
[0030]参照图2和2A，光导装置30操作为在腔室32的长度43方向上产生实质均匀透射的光式样。具体地，在腔室32中，LED光源34产生入射光线49。一部分这些入射光线49射向部分透射透镜46，并继续作为反射光线48在腔室32中传播。另一部分入射光线49射向腔室32中各向同性的发光表面51、52和53。这些入射光线49随后从表面51、52和53向多个方向散射，形成散射光线47。反过来,一些散射光线47反射出部分透射透镜46,形成额外的反射光线48。最终，一部分的入射光线49、反射光线48和散射光线47沿腔室32长度43方向穿过和/或透过部分透射透镜46。然后，这些“透过的”光线穿过部分透射透镜46，形成透射光线50。透过部分透射透镜46的所有透射光线50共同产生从光导装置30发射出的高度均匀的光式样。
[0031]如图3和图4所示，类似于光导装置10和30(见图1，图1A，图2，图2A)的光腔室部分可用于根据本实用新型的另一方面的车辆照明总成60 (图3)和90 (图4)。具体地，如图3所示，车辆照明总成60可以包括3个相互连接的光腔室部分70，它被设置于风格化的车辆尾灯的配置上。光腔室部分70在结构和功能上类似于光导装置10和光腔室2 (见图1)。每个光腔室部分70分别由具有半透明透镜元件76的前部表面84以及各向同性发光的顶部表面81、底部表面82、背部表面83限定。更进一步的，每个光腔室部分70包括LED光源74。如图3所示，在水平方向上从左横跨到右的部分70包括各自右端71和左端72。对于其本身，设置在垂直方向上的部分70包括顶端73a和底端73b。每个腔室部分70也由穿过其长度的实质恒定的横截面积限定。然而，每个腔室部分70 (因此车辆照明总成60)可以具有多种其他的形状，与可用于光腔室2的频谱配置相匹配(见图1)。
[0032]每个部分70还包括设置于其范围内的反射膜片66。具体地，在该部分内设置反射膜片66，以使其限定其顶部边缘和顶部表面82之间的顶部间隙67。更进一步地，在部分70内设置反射膜片66，以使其同样限定其底部边缘和底部表面82之间的底部间隙68。因此，每个部分70内存在一对间隙67和68,反射膜片66的每侧有一个。
[0033]车辆照明总成60按照下列方针和原则进行操作。首先，每个部分70中的LED光源74发射入射光线79。部分这些入射光线79射向反射膜片66，并且继续作为反射光线78在部分70中传播。另一部分的入射光线79射向部分70中各向同性的发光表面81、82和83。这些光线79随后从各向同性的发光表面向所有(或大部分)方向散射，形成散射光线77。反过来，许多这些散射光线77被反射膜片66反射，形成反射光线78。最终，入射光线79、反射光线78和散射光线77沿反射膜片66的边缘穿过和/或透过间隙67和68。然后这些“透过”的光线沿着部分70穿过透镜76形成透射光80。透过间隙67和68并经过透镜76射出部分70的所有透射光线80共同形成高度均匀的光式样。总体来说，来自每个部分70的透射光线80提供了从车辆照明总成60发射的高度均匀的光式样。
[0034]如上面关于光腔室2的描述(见图1)，优选地控制每个部分70中膜片66分别与顶部表面81、底部表面82之间的顶部间隙67和底部间隙68的大小。一种方法是设置间隙67和68，使得它们的总距离相对于顶部表面81和底部表面82之间距离存在约1:4-1:9范围内的比率。例如，当顶部间隙67和底部间隙68分别设置为0.5cm,且顶部表面81和底部表面82之间的距离是4cm的时候，这个比率是1:4。同样优选地控制间隙67和68的大小，使得它们彼此大致相等。
[0035]参照图4，车辆照明总成90包括3个相互连接的光腔室部分100，其被设置在风格化的车辆尾灯的配置中。光腔室部分100在结构和功能上类似于光导装置20(见图2)。每个光腔室部分100分别由具有部分透射透镜元件106的前部表面114以及各向同性发光的顶部表面111、底部表面112和背部表面113限定。更进一步的，每个光腔室部分100包括LED光源104。如图4所示，在水平方向上从左横跨到右的部分100各自包括右端101和左端102。设置在垂直方向上的部分100包括顶端103a和底端103b。每个腔室部分100也是由穿过其长度的、实质恒定的横截面积限定。此外，类似可用于光腔室32 (见图2)的总体配置一样，每个腔室部分100也可以具有多种其他的形状和配置。因此，车辆照明总成90也具有显著的外形灵活性。
[0036]每个光腔室部分100操作为在该部分的长度方向产生实质均匀的透射光式样。具体地，LED光源104产生入射光线109。一部分入射光线109射向部分透射透镜106，并且作为反射光108继续在腔室100中传播。另一部分入射光线109射向腔室100内各向同性的发光表面111、112和113。这些入射光线109从这些各向同性的发光表面向多方向散射，形成散射光107。反过来，一些这些散射光线107反射出部分透射透镜106，形成额外的反射光线108。在这里，部分透射透镜106对来自LED光源104的入射光109和来自各向同性发光表面111、112、113的散射光107的总和具有约15-40%的光透射率。[0037]最终，部分入射光线109、反射光线108和散射光线107沿部分100的长度方向穿过和/或透过部分透射透镜106。随后这些“透过”的光线穿过部分透射透镜106，形成透射光线50。透过部分透射透镜106的所有透射光线110产生从每个部分100发射出的高度均匀光式样。来自每个部分100的透射光线110共同提供由车辆照明总成90发射出的高度均匀的光式样。
[0038]如图3和图4所示，光腔室部分70和100可以采用不同的方式相互连接来形成总成，例如车辆照明总成60和90。此外，任何数量的部分70和100的组合可以被设置在一起以形成类似于总成60或90的总成。每个部分(例如部分70和100)应当具有其自己的LED光源(例如LED光源74和104)。然而，并不需要相互连接的部分70或100的分隔。也就是说，来自一个部分中的一个LED光源74或104的入射光线79或109可以发射、散射、反射或者以其他方式传播到其他相互连接部分。最后，如前面所述，部分70和100可以配置为不同的形状并且以不同的方式相互连接，以形成所需的照明总成的形状和结构。
[0039]光导装置10和30、车辆照明总成60和90、以及由这些光导装置和总成衍生出来的装置可用于各种车辆和非车辆照明应用。例如，光导装置10和30可以用于车辆尾灯总成(类似总成60和90)上，以产生高度均匀的照明，并具有腔室设计和制造上的显著灵活性。光导装置10和30的其他车辆应用包括照明窗台板，地面照明灯和客舱灯。光导装置10和30以及类似车辆照明总成60和90的总成也可用于需要均匀光输出和设计灵活性的其他家庭应用。例如，这些光导装置和总成可用于为实现风格化效果的内藏式照明。这些光导装置和总成的其他应用包括发光玩具和需要显著外形灵活性和均匀照明的其他消费品。
[0040]这些光导装置和总成具有很多优于传统光导方法的优点。例如，它们在结构上可以采用相对较薄的壁，从而提高其可制造性。这些光导装置和总成的光生成效率堪比于并可以超过传统光导管结构。这些光导装置和总成的照明式样比其传统的对应物更加均匀。最后，在上述光腔室和部分中，相对很容易对LED光源进行增减——这也是提高制造性的另一方面。
[0041]在不脱离本实用新型构思的前提下，上述结构可以进行变化和改进。这些构思旨在由以下权利要求覆盖，除非这些权利要求通过其文字另有明确的说明。
【权利要求】
1.一种光导装置，其特征在于，包含: 光腔室，其由各向同性发光的顶部、底部、背部表面和具有半透明透镜的前部表面限定; 位于腔室中的反射膜片，该膜片限定膜片与顶部表面之间的顶部间隙和膜片与底部表面之间的底部间隙；以及 LED光源，其位于膜片和腔室的背部表面之间。
2.根据权利要求1所述的光导装置，其特征在于:在光腔室中，间隙的总长度与光腔室的顶部和底部表面之间的距离的比率大约是1:4到1:9。
3.根据权利要求1所述的光导装置，其特征在于:光腔室由穿过腔室长度的、实质恒定的横截面积进一步定义。
4.根据权利要求1所述的光导装置，其特征在于:LED光源配置为在腔室中发射光，该光由反射膜片反射，由各向同性发光表面散射，穿过间隙，并且通过半透明透镜射出腔室。
5.根据权利要求1所述的光导装置，其特征在于:反射膜片位于半透明透镜附近，在透镜至背部表面之间距离的约三分之一处。
6.根据权利要求1所述的光导装置，其特征在于:光腔室封闭有气态的介质。
7.根据权利要求3所 述的光导装置，其特征在于:光腔室配置为长方体的形状，该长方体具有相对的、平行的两端。
8.根据权利要求7所述的光导装置，其特征在于:LED光源位于光腔室的一端，并且定向为向光腔室的另一端发射光线。
9.一种光导装置，其特征在于，包含: 光腔室，其由各向同性发光的顶部、底部、背部表面和具有部分透射透镜的前部表面限定；以及 位于腔室中的LED光源； 其中，透镜对于来自LED光源的入射光和从各向同性发光表面散射的光的总和具有约15%到40%的透射率。
10.根据权利要求9所述的光导装置，其特征在于:光腔室由穿过腔室长度的、实质恒定的横截面积进一步定义。
11.根据权利要求9所述的光导装置，其特征在于:LED光源配置为在腔室中发射光，该光由各向同性发光表面散射，最后通过部分透射透镜射出腔室。
12.根据权利要求9所述的光导装置，其特征在于:光腔室封闭有气态的介质。
13.根据权利要求10所述的光导装置，其特征在于:光腔室配置为长方体形状，该长方体具有相对的、平行的两端。
14.根据权利要求13所述的光导装置，其特征在于:LED光源位于光腔室的一端，并定向为向光腔室的另一端发射光线。
15.一种车辆照明总成，其特征在于，其包含: 多个相互连接个光腔室部分，每个部分由具有透镜元件的前部表面和各向同性发光的顶部、底部、和背部表面限定；以及 位于每个部分中的LED光源； 其中，每个LED光源发射入射光,该入射光在各向同性发光表面散射，最后通过透镜兀件射出腔室部分。
16.根据权利要求15所述的车辆照明总成，其特征在于:还包含位于每个部分的前部表面和LED光源之间的反射膜片，膜片限定膜片与顶部表面之间的顶部间隙和膜片与底部表面之间的底部间隙。
17.根据权利要求16所述的车辆照明总成，其特征在于:间隙的总长度与每个部分中顶部和底部表面之间的距离的比率约是1:4到1:9。
18.根据权利要求16所述的车辆照明总成，其特征在于:每个光腔室部分由穿过腔室部分的长度的、实质恒定的横截面积进一步限定。
19.根据权利要求15所述的车辆照明总成，其特征在于:每个部分中的透镜元件是部分透射的，对来自LED光源的入射光和由各向同性发光表面散射的光的总和具有约15%到40%的透射率。
20.根据权利要求15所述的车辆照明总成，其特征在于:相互连接的光腔室部分被设置在尾灯配置中。
【文档编号】F21Y101/02GK203744127SQ201420011856
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年1月8日 优先权日:2013年1月8日
【发明者】阿伦·库马尔, 摩晒陀·色姆萨若·达萨纳亚克, 史蒂文·达雷尔·米勒 申请人:福特全球技术公司