光图案化装置、包括该光图案化装置的车灯及机动车辆的制作方法

本发明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及机动车辆。

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，例如利用不透明的材料对于光束进行部分遮挡来产生图案。但这种不透明材料的遮挡可能导致光学效率的损失。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种光图案化装置，其能够以简单的结构在光束中生成期望的3维光学图案。

本发明的目的还在于提供一种包括该光图案化装置的车灯及机动车辆。

本发明提供了一种光图案化装置，包括：

至少一个光源，每个光源配置成发出一光束；和

图案形成单元，配置成对所述光束进行图案化，所述图案形成单元具有光入射表面和光出射表面，所述光入射表面和光出射表面围绕所述图案形成单元的中心轴线设置，且相对于所述图案形成单元的中心轴线倾斜，

其中在所述光入射表面或光出射表面上设置有并排延伸的多个光偏折部。

在一实施例中，所述光图案化装置包括多个光源，所述多个光源围绕所述图案形成单元的中心轴线、朝向所述图案形成单元的光入射表面布置。

在一实施例中，所述多个光源的发光轴线相对于设置有所述光偏折部的所述光入射表面或光出射表面是倾斜的。

在一实施例中，所述多个光偏折部彼此邻接地布置。

在一实施例中，所述光偏折部的横截面具有圆弧形的轮廓或三角形的轮廓。

在一实施例中，所述光入射表面和光出射表面为环形表面或多边形表面。

在一实施例中，所述光入射表面是所述图案形成单元的内表面，而所述光出射表面为所述图案形成单元的外表面。

在一实施例中，所述光入射表面是所述图案形成单元的外表面，而所述光出射表面为所述图案形成单元的内表面。

在一实施例中，所述图案形成单元一体地形成或由多个区段构成。

在一实施例中，所述光图案化装置还包括图案调节装置，所述图案调节装置配置成控制至少一个光源的光强变化或亮灭来改变从图案形成单元输出的图案。

在一实施例中，所述图案调节装置包括配置成控制经过所述至少一个光源的驱动电流的驱动电路。

在一实施例中，所述光源包括发光二极管或卤素灯。

在一实施例中，所述图案形成单元由光栅形成。

本发明还提供了一种车灯，包括如上述任一实施例所述的光图案化装置。

本发明还提供了一种机动车辆，包括如上述任一实施例所述的光图案化装置或车灯。

如本发明的上述至少一个实施例中所述的光图案化装置，通过设有一系列光偏折部的图案形成单元对光束进行图案化，能够产生具有期望的3d效果的图案。

附图说明

图1示出根据本发明的一实施例的光图案化装置的示意性正视图；

图2示出根据本发明的一实施例的光图案化装置的示意性a-a剖面图；

图3示出根据本发明的一实施例的光图案化装置的示意性b-b剖面图；

图4示出根据本发明的一实施例的光图案化装置的示意性后视图；

图5示意性地示出光偏折部的工作原理；

图6示出根据本发明的一实施例的光图案化装置中光偏折部的横截面形状的示例的示意图；

图7示出根据本发明的一实施例的光学指示装臂中光偏折部的横截面形状的另一示例的示意图；

图8示出根据本发明的又一实施例的光图案化装置的示意性剖视图；

图9示意性地示出根据本发明的一实施例的光图案化装置的图案调节装置的视图；

图10示意性地示出图案调节装置的输出信号的示例；以及

图11示意性地示出根据本发明的一实施例的光图案化装置所形成的示例性的图案。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明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。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

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至图3示意性地示出了根据本发明的一实施例的用于车灯的光图案化装置100。该光图案化装置100包括：光源10和图案形成单元20。每个光源10发出一光束11。该光束11射向图案形成单元20并被图案形成单元20所图案化。光束11从所述图案形成单元20的光入射表面21入射，从光出射表面22出射。所述光入射表面21和光出射表面22围绕所述图案形成单元20的中心轴线o设置，且相对于所述图案形成单元20的中心轴线o倾斜。例如，光入射表面21和光出射表面22可以与所述图案形成单元20的中心轴线o成大于0度且小于90度的倾角。在图1至图3的示例中，在光出射表面22上设置有并排延伸的多个光偏折部23。然而，这不是必须的，例如，光偏折部23也可以设置在光入射表面21上。

借助于根据本发明的实施例的光图案化装置100中的图案形成单元20，可以生成预定的光学图案。例如，当光源10为一点光源(如发光二极管或卤素灯)时，经过图案形成单元20的光束11可能会形成一条亮线的图案。当光图案化装置100包括多个光源10且每个光源10发出一个光束时，经过图案形成单元20的多个光束可能会形成多条亮线的图案。

首先考虑一个光源10的情形，所述多个光偏折部23中的至少一个光偏折部23与所述光源10之间的光程可以和其它光偏折部23与所述光源10之间的光程不同。例如，所述多个光偏折部23中的至少一个光偏折部23与所述光源10之间的距离和其它光偏折部23与所述光源10之间的距离不同。

由于各个光偏折部23与光源10之间的距离并不都相同，当观察者观看从各个光偏折部23射出的各个光束部分时，会产生3维视觉效果。例如，如图2所示，光偏折部23的位置越靠近图案形成单元20的下端，与光源10之间的光程就越长。当观察者从图案形成单元20的下方观察时，即使各个光偏折部23并排地排列，观察者也会感觉到经过位于接近图案形成单元20下端的光偏折部23的光束部分与经过位于接近图案形成单元20上端的光偏折部23的光束部分相比，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。在本发明的实施例中，由于图案形成单元20的光入射表面21和光出射表面22相对于所述图案形成单元20的中心轴线o倾斜，各个光偏折部23与光源10的光程差异会更加显著，图案的弯曲效果也将更为明显。

图4示意性地示出了根据本发明的一实施例的光图案化装置100的后视图，即沿着与图1相反的方向观察得到的视图。图中的圆环表示光偏折部23。虽然在图4的示例中光偏折部23为同心圆环，但本发明的实施例不限于此，例如可以为椭圆环、多边形环等等。由图4还可得悉的是，光图案化装置100的图案形成单元20一体式地实施，其中，图案形成单元在此实施成具有圆形的横截面的喇叭状体。然而，还可考虑的是，光图案化装置100的图案形成单元20由多个子区段拼接而成，在子区段上相应成形有光偏折部23。还可考虑将相应的子区段固定在支架上并由此形成横截面不连续的图案形成单元。在此，术语“横截面”指的是垂直于图案形成单元20的中心轴线o形成的图案形成单元20的截面。

在一示例中，光图案化装置100包括多个光源10，所述多个光源10围绕所述图案形成单元20的中心轴线o、朝向所述图案形成单元20的光入射表面21布置。采用这种布置方式，从各个光源10发出的光束在经过图案形成单元20之后可以形成类似于烟花的图案，如图11所示。

作为示例，光源10的发光轴线o1相对于设置有所述光偏折部23的光入射表面21或光出射表面22是倾斜的。这种方式有利于增加各个光偏折部23与同一光源10之间的光程的差异，从而提高图案形成单元20所形成的图案的3维效果。

在一示例中，所述多个光偏折部23可以彼此邻接地布置，如图2所示。这可以提高从所述多个光偏折部23出射的光束的光强的均匀性。在一示例中，各个光偏折部23可以具有同样的尺寸(包括宽度、高度和轮廓形状等)，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，各个光偏折部23的尺寸也可以不同，甚至在相邻的光偏折部23之间可以设定一定的间隔。

作为示例，所述光偏折部23的横截面可以具有圆弧形的轮廓(如图6所示)或三角形的轮廓(如图7所示)。这有利于光偏折部23将光束向图案形成单元20的背对光源10的一侧偏折。

下面以具有圆弧形的横截面轮廓的光偏折部23为例，对光偏折部23的工作原理进行简要的介绍。

图5示意性地示出了图案形成单元20的局部示意图。在该图案形成单元20的局部上设有光偏折部23。需要说明的是，图5示出的是沿着第一方向x(该第一方向x垂直于光偏折部23延伸的方向)剖切得到的视图，这可以更清晰地示出光偏折部23的工作原理。该光偏折部23的横截面具有圆弧形的轮廓，该光偏折部23的宽度为d，图案形成单元20的光入射表面21至光出射表面22上的光偏折部23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表面21上的对应于该光偏折部23的中心的位置处的入射角为α，光偏折部23的材料折射率为n。在一示例中，所述光偏折部23可以满足：

h×sinα/n＜d/2(式1)

在满足式1的条件下，可以使至少入射到光入射表面21的与该光偏折部23对应的位置上的大部分光能够从该光偏折部23射出，这样，当迎着光偏折部23观察时，该光偏折部23是亮的，或者说，该光偏折部23对应的区域被点亮。当每个光偏折部23均满足式1时，图案形成单元20将呈现均匀的亮线图案。然而，在本发明的实施例中，并不限于所有光偏折部23都必须满足式1，例如，光源10所发出的光束部分在光入射表面21上的不同位置处的入射角可以不相同，这样，当光束部分的入射角非常大时，其所对应的光偏折部23可能就不再满足式1，这时，从该光偏折部23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光偏折部23的尺寸来获得不同的亮暗区域。

作为示例，每个光偏折部23的宽度d可以为：

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

其中r为光偏折部23的圆弧形轮廓的曲率半径。

作为示例，光偏折部23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，光入射表面21至光出射表面22上的光偏折部23的根部的距离h可以为0.1mm至5mm，例如小于0.3mm，如0.237mm。

在如上所述的实施例中，所述光偏折部23的横截面(沿垂直于该光偏折部23的延伸方向的方向剖切的截面)中具有圆弧形的轮廓，但本发明的实施例不限于此。光偏折部23的横截面也可以有其他任何形状的轮廓，例如，可以具有三角形的轮廓，如图7所示。

在一示例中，所述光入射表面21和光出射表面22可以为回转表面，即，可以通过一平面图形(如直线或曲线等)围绕图案形成单元20的中心轴线o旋转而形成的表面，如图1-3所示。图案形成单元20的这种形状可以有助于形成光强分布规则的对称图案。作为示例，图案形成单元20经过中心轴线o所截得的横截面可以具有曲线轮廓，如图2和图3所示。例如，该曲线轮廓的曲率可以沿着远离光源10的方向而逐渐增大。然而，本发明的实施例不限于此，该横截面也可以具有直线轮廓(例如图6和图7所示)。但在如图2和3所示的示例中的这种曲线轮廓有助于增大图案的可视角度，还可以提高图案中曲线的平滑程度，以提高照射效果。

在一示例中，如图2和图3所示，所述光入射表面21可以是所述图案形成单元20的外表面，而所述光出射表面22可以为所述图案形成单元20的内表面。这有利于将光源10布置在靠近图案形成单元20的小直径端的位置处，且易于将从图案形成单元20输出的光图案集中于图案形成单元20的前方区域，以增加该区域的照射亮度。

图8示出了根据另一实施例的光图案化装置100’。在该光图案化装置100’中，作为示例，所述光入射表面21可以是所述图案形成单元20的内表面，而所述光出射表面22可以为所述图案形成单元20的外表面。这可以用于将图案形成单元20形成的图案射向更为分散的方向。

在本发明的实施例中，所述光源10可以包括发光二极管或卤素灯。当采用多个发光二极管或卤素灯时，图案形成单元20所形成的图案的显示更为灵活。在图1的示例中示出了8个光源，但本发明的实施例不限于此，例如该光图案化装置100可以具有1个、2个、3个、4个、5个或更多个光源。不同的数量的光源也可以用于形成不同的图案。

作为示例，根据本发明的实施例的光图案化装置100”还可以包括图案调节装置40，所述图案调节装置40配置成控制各个光源10的光强变化(如亮灭或光强幅度变化)来(例如动态地)改变从图案形成单元20输出的图案。可以通过动态地改变各个光源10的光强来实现3维图案的动态效果。因此，通过点亮或熄灭全部或部分光源可以实现对于图案形成单元20输出的图案的改变，从而可以实现图案的动态变化，甚至实时的动态化。例如，可以通过间歇地点亮光源10来实现图案的闪烁效果，例如可以用于模仿动态的烟花图案。这种动态的3维图案对于提高车灯灯光的关注度具有很大意义。这可以避免行人或其他驾驶员忽视车灯的灯光。另外，图案的动态变化本身也可以用作一种指示信息，例如显示警示信息等。

作为示例，如图9所示，在该光图案化装置100”中，所述图案调节装置40可以配置成与各个光源电连接，以能够实现对其进行控制的目的。所述图案调节装置40可以包括配置成控制经过至少一个光源(如发光二极管或卤素灯)的驱动电流的驱动电路。在本领域中已知的任何用于驱动如发光二极管或卤素灯等光源接通或断开的驱动电路均可以在此使用，具体细节不再赘述。

图10给出了图案调节装置40向光源10输出的信号的一种示例。图10中的横坐标为时间t，纵坐标为信号幅度i。在该示例中，图案调节装置40向光源10输出的是正弦波电流信号，这可以控制光源10的发光强度按照一定的周期来变化，从而实现动态图案显示。然而，本发明的实施例不限于此，图案调节装置40向光源10输出的信号还可以具有其它形式，例如方波信号、脉宽调制信号等等。

出于清楚的需要，在图11中，图案中的亮线由黑色粗线条来表示，而图案的背景色没有示出。在实际中，该图案中的亮线可以具有任意颜色。图11仅仅是示例性的，其所对应的光图案化装置100、100’、100”中的光源的数量不必与图1中示出的光源的数量一致。需要说明的是，图11示出的图案是光图案化装置100、100’、100”所能呈现的总体图案的示例，但并不意味着观察者在所有的视角中都能看到完整的图案。由于图案形成单元20的折射效应，观察者在不同的视角中可能看到完整的图案或一部分图案。具体的视角可以根据图案形成单元20的轮廓的总体弯曲程度等参数来控制。

作为示例，所述图案形成单元20可以由光栅形成。在此情况下，每个光偏折部23可以对应于一个光栅单元，光栅的节距可以等于该光偏折部的宽度。利用光栅来形成图案形成单元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，但在本发明的实施例中，衍射效应不是主要的。尤其是，在光偏折部的宽度d与可见光波长相比相对较大的情况下(例如在0.1mm以上)，光偏折部主要通过折射来实现指示图案的显示。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。

作为示例，光源10与图案形成单元20之间的距离例如可以在3mm至200mm之间。上述所述图案形成单元20的厚度例如可以在5mm至200mm之间。

在一示例中，所述光源10在经过所述图案形成单元20的中心轴线o的平面(即图2的纸面所在的平面)中的发光角度大于30度，例如在90度至135度，例如120度左右。较大的发光角度有助于使各个图案形成单元20与光源10之间的距离差增大，从而获得明显的3维显示效果。

作为示例，所述光源10可以包括白光或单色光发光二极管。在光偏折部23的宽度d与可见光波长相比相对较大的情况下(例如在0.1mm以上)，光偏折部23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。

例如，图案形成单元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)。光偏折部23的折射率例如可以在1.3至2.0之间。

本发明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、100’、100”的车灯。从图案形成单元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。

在本发明的实施例中，图案形成单元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。

根据本发明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、车厢内灯等等。

本发明的实施例还提供了一种机动车辆，包括如上述任一实施例所述的光图案化装置100、100’、100”或车灯。

虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。附图中的尺寸比例仅仅是示意性的，并不能理解为对本发明的限制。

虽然本发明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，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。