CN108375043B - 光束调整装置、光学组件与照明和/或信号指示装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种光束调整装置、光学组件与照明和/或信号指示装置。该光束调整装置包括：光准直部，所述光准直部布置成对光束进行准直；和多焦点聚光部，所述多焦点聚光部用于对经过准直的光束进行会聚，所述多焦点聚光部包括两个或更多个会聚表面，所述两个或更多个会聚表面中的至少两个表面的焦点在空间上彼此分离。

Description

光束调整装置、光学组件与照明和/或信号指示装置

技术领域

本发明涉及光照明与信号指示领域，尤其涉及一种光束调整装置、一种光学组件与包括该光学组件的照明和/或信号指示装置。

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。在这种情况下，单个光源往往难以满足要求，因此，为了获得丰富的点亮效果(例如差异化的景深、多个光点等等)，在现有技术中，往往需要采用数量更多的光源，而光源的数量增加往往会占据更大的空间，而这对于灯具的设计空间造成了不利的影响，制约了灯具造型设计的空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种光束调整装置，其能够通过对光束进行多焦点会聚来利用单光源提供类似于多光源的点亮效果。

本发明的目的还在于提供一种包括该光束调整装置的光学组件以及照明和/或信号指示装置。

本发明的实施例提供了一种光束调整装置，包括：光准直部，所述光准直部布置成对光束进行准直；和多焦点聚光部，所述多焦点聚光部用于对经过准直的光束进行会聚，所述多焦点聚光部包括两个或更多个会聚表面，所述两个或更多个会聚表面中的至少两个表面的焦点在空间上彼此分离。

在一实施例中，所述两个或更多个会聚表面的焦点均位于所述多焦点聚光部的同一轴线上。

在一实施例中，所述两个或更多个会聚表面沿着所述多焦点聚光部的径向依次布置。

在一实施例中，所述两个或更多个会聚表面的焦点位于与多焦点聚光部的轴线垂直的同一平面中。

在一实施例中，所述两个或更多个会聚表面中的各个会聚表面的峰点位于与多焦点聚光部的轴线垂直的同一平面中。

在一实施例中，所述两个或更多个会聚表面的焦点分别位于与所述多焦点聚光部的轴线垂直的至少两个不同的平面中。

在一实施例中，所述两个或更多个会聚表面中的各个会聚表面的峰点分别位于与所述多焦点聚光部的轴线垂直的至少两个不同的平面中。

在一实施例中，所述光准直部与多焦点聚光部整体形成为单个部件，所述光准直部形成于所述部件的光入射侧，所述多焦点聚光部形成于所述部件的光出射侧。

在一实施例中，所述光束调整装置还包括反射器，所述反射器布置成对从所述两个或更多个会聚表面出射的光进行反射。

在一实施例中，所述两个或更多个会聚表面位于所述部件的侧表面上，所述部件还包括布置用于将经过光准直部准直的光束引导至所述两个或更多个会聚表面的反射面，所述反射面位于所述部件的、与光准直部相反的一侧。

在一实施例中，所述光束调整装置还包括位于所述部件的侧表面外部的多个反射镜，所述多个反射镜相对于所述部件的侧表面从近至远依次布置，用于分别反射经过所述两个或更多个会聚表面会聚的光束。

在一实施例中，所述光准直部具有第一光入射面、第二光入射面和全反射面，所述第一光入射面位于所述光准直部的中间部分，用于对光束的中心部分进行准直，所述第二光入射面位于所述第一光入射面的径向外侧，用于将光束的外周部分引导至所述全反射面，所述全反射面布置于所述第二光入射面的径向外侧，用于对经由第二光入射面入射的光束部分进行准直。

本发明的实施例还提供了一种光学组件，包括：光源，所述光源用于发出光束；以及根据上述实施例中任一项所述的光束调整装置。

在一实施例中，所述光学组件还包括光导装置，所述光导装置的光入射端朝向所述两个或更多个会聚表面布置，用于接收从所述两个或更多个会聚表面出射的光。

本发明的实施例提供了一种照明和/或信号指示装置，包括根据上述实施例中任一项所述的光学组件。

如本发明的上述至少一个实施例中所述的光束调整装置和光学组件，通过多个具有不同的焦点的会聚表面来将单个光源发出的光束的分布转换成类似于多个光源发出的光束的分布，能够提高车灯的照明和/或信号指示光的显示效果。

附图说明

图1示意性地示出根据本发明的一实施例的光束调整装置的光入射方向的视图；

图2示意性地示出如图1所示的光束调整装置的光出射方向的视图；

图3示意性地示出如图1所示的光束调整装置的侧向剖视图；

图4示意性地示出根据本发明的另一实施例的光束调整装置的光出射方向的视图；

图5示意性地示出如图5所示的光束调整装置的侧向剖视图；

图6示意性地示出根据本发明的又一实施例的光束调整装置的光出射方向的视图；

图7示意性地示出如图6所示的光束调整装置的侧向剖视图；

图8示意性地示出根据本发明的一实施例的光束调整装置的会聚表面的工作原理；

图9示意性地示出根据本发明的还一实施例的光束调整装置；

图10示意性地示出根据本发明的再一实施例的光束调整装置；

图11a和11b示意性地示出根据本发明的另一实施例的光束调整装置；以及

图12和图13示意性地示出根据本发明的一实施例的包含光导装置的光学组件。

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。

根据本发明的总体构思，提供一种光束调整装置，包括：光准直部，所述光准直部布置成对光束进行准直；多焦点聚光部，所述多焦点聚光部用于对经过准直的光束进行会聚，所述多焦点聚光部包括两个或更多个会聚表面，所述两个或更多个会聚表面中的至少两个表面的焦点在空间上彼此分离。

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1-3示意性地示出了根据本发明的一实施例的一种光束调整装置100。该光束调整装置100包括：光准直部10和多焦点聚光部20。光准直部10布置成对光束30(例如从光源40发出)进行准直。多焦点聚光部20用于对经过准直的光束进行会聚。多焦点聚光部20包括三个会聚表面21、22、23。这三个会聚表面21、22、23的焦点在空间上是彼此分离的。如图3所示，分别位于F1、F2和F3三个点。这样可以将光束30经过三个会聚表面21、22、23的不同的部分分别会聚于不同的会聚点处。在此情况下，焦点F1、F2和F3可以看成是虚源点。或者说，当迎着该光束调整装置100的出光方向观察(在图3的示例中是在F3的右侧从右向左看)时，光束30经过该光束调整装置100之后仿佛是转变成了从焦点(或虚源点)F1、F2和F3发出的光束的组合。由此，该光束调整装置100能够使单个点光源呈现类似于多个点光源的照射效果。

在本发明的实施例中，会聚表面的个数不限于三个，例如，可以设置两个或多于三个的会聚表面，这些会聚表面中的至少两个表面的焦点在空间上彼此分离。这样就可以实现类似于多个点光源的照射效果。

在图3的示例中，会聚表面21、22、23的焦点F1、F2和F3均位于所述多焦点聚光部20的同一轴线y上。而会聚表面21、22、23可以沿着所述多焦点聚光部20的径向依次布置。这样通过对每个会聚表面21、22、23的形状和位置的调整，就可以使它们的焦点在轴线y上间隔开来。在图2的示例中，会聚表面21、22、23被示出为同心的圆和圆环形状，这种方式易于实现三个会聚表面21、22、23的焦点的共轴。然而，本发明的实施例不限于此，也可以采用其它形式的会聚表面21、22、23，只要其能够实现三个会聚表面21、22、23的焦点的共轴即可。

采用如上所述的会聚表面的焦点共轴的实施例，可以实现将单个点光源的发光效果转换成类似于位于同一轴线上的多个点光源的发光效果。

图8示意性地示出了会聚表面21、22、23的任一位置对于光束30的会聚效应。图8中31表示会聚表面21、22、23在该位置处的切线，32表示会聚表面21、22、23在该位置处的法线。α为该位置处的入射光与切线31的夹角，β为该位置的出射光与垂直于多焦点聚光部20的轴线y的平面的夹角，γ为该位置的出射光与法线32的夹角，N1为会聚表面21、22、23内侧的介质(即多焦点聚光部20的材料介质，例如可以为PMMA(折射率1.49)或聚碳酸酯(折射率1.586))的折射率，N2为会聚表面21、22、23外侧的介质(即外界环境介质，例如空气)的折射率，H为该位置至多焦点聚光部20的轴线y的高度，D为该位置沿轴线y至焦点F的距离。在实际中，H和D是可以根据设计要求给定的，而角度α、β和γ满足以下关系式：

基于式1，即可以得到角度α、β和γ，也就是说可以得到会聚表面上的该位置的切线31和法线32与期望的入射光和出射光的夹角。由此就可以确定会聚表面21、22、23上的各个位置的表面形状。作为示例，对于PMMA，角度α可以取47度至60度的角度，对于聚碳酸酯，角度α可以取50度至65度的角度。作为示例，H可以为3至10mm，如5mm。D可以为6至20mm，如9.7mm。

图4和图5示意性地示出了根据本发明的另一实施例的光束调整装置100’。该实施例与图1-3所示的实施例相比，区别在于，会聚表面21’、22’、23’、24’、25’的焦点F1’、F2’位于与多焦点聚光部20的轴线y垂直的同一平面K中(为清楚起见，图5仅示出两个会聚表面21’、22’的焦点，会聚表面23’、24’、25’的焦点也同样可以位于平面K中)。作为示例，会聚表面21’、22’、23’、24’、25’可以分别具有峰点(即各个会聚表面21’、22’、23’、24’、25’中位置最突出的点)P1、P2、P3、P4、P5，各个会聚表面21’、22’、23’、24’、25’的这些峰点P1、P2、P3、P4、P5也可以位于与多焦点聚光部20的轴线y垂直的同一平面中。例如如图5所示的两个峰点P1和P2与一垂直于轴线y的平面Z的距离D1’和D2’相等，即它们位于与多焦点聚光部20的轴线y垂直的同一平面中。作为示例，在图4的示例中，各个会聚表面21’、22’、23’、24’、25’被示出为占据均等的扇形区域。这种结构易于实现会聚表面21’、22’、23’、24’、25’的焦点的共面。然而，本发明的实施例不限于此，也可以采用其它形式的会聚表面21’、22’、23’、24’、25’，只要其能够实现各个会聚表面21’、22’、23’、24’、25’的焦点位于与多焦点聚光部20的轴线y垂直的同一平面中即可。

采用如上所述的会聚表面的焦点共面的实施例，可以实现将单个点光源的发光效果转换成类似于位于同一平面上的多个点光源的发光效果。

图6和图7示意性地示出了根据本发明的又一实施例的光束调整装置100”。该实施例与图1-3所示的实施例相比，区别在于，会聚表面21”、22”、23”、24”、25”的焦点分别位于与所述多焦点聚光部20的轴线y垂直的至少两个不同的平面中，即它们不位于与多焦点聚光部20的轴线y垂直的同一平面中(为清楚起见，图7仅示出三个会聚表面21”、22”、23”的焦点，会聚表面24”、25”的焦点没有示出)。作为示例，会聚表面21”、22”、23”、24”、25”可以分别具有峰点(即各个会聚表面21”、22”、23”、24”、25”中位置最突出的点)P1”、P2”、P3”、P4”、P5”，各个会聚表面21”、22”、23”、24”、25”的这些峰点P1”、P2”、P3”、P4”、P5”也可以分别位于与所述多焦点聚光部20的轴线y垂直的至少两个不同的平面中，即这些峰点P1”、P2”、P3”、P4”、P5”也不共面。例如如图7所示的三个峰点P1”、P2”、P3”与一垂直于轴线y的平面Z的距离D1、D2和D3均不相等，会聚表面21”、22”、23”的焦点F1”、F2”、F3”分别位于与多焦点聚光部20的轴线y垂直的平面K1、K2、K3中。而且，如图6所示，这些峰点P1”、P2”、P3”、P4”、P5”距离轴线y的距离也可以根据设计需要而任意设置。这种方式提供了对于光束焦点(或虚源点)布置的更为灵活的设计。在实际中可以根据设计的需要来自由地设计会聚表面的数量和表面形状。

采用如上所述的会聚表面的焦点异面的实施例，可以实现将单个点光源的发光效果转换成类似于任意布置的多个点光源的发光效果。这可以为灯具的发光效果的设计提供更大的自由度。

在上述给出的焦点共轴、焦点共面和焦点异面三种类型的实施例中，焦点共轴的情形能够使光束调整装置100、100’、100”获得最大的光学效率(例如可达90％)，而焦点共面和焦点异面的情形可以提供离轴的照射效果。

上述图4至图7给出的示例中的各个会聚表面21’、22’、23’、24’、25’、21”、22”、23”、24”、25”的表面形状均可以借助于上述参照图8所述的方式来确定，具体内容不再赘述。

在本发明的一实施例中，如图3所示，光准直部10例如可以具有第一光入射面11、第二光入射面12和全反射面13，所述第一光入射面11位于所述光准直部10的中间部分，用于对光束30的中心部分进行准直，所述第二光入射面12位于所述第一光入射面11的径向外侧，用于将光束30的外周部分引导(例如偏转)至所述全反射面13，所述全反射面13布置于所述第二光入射面12的径向外侧，用于对经由第二光入射面12入射的光束部分进行准直。光准直部10的这种结构能够允许光源40的位置更加靠近光准直部10，从而有利于提高光学效率和减小灯具的尺寸。然而，本发明的实施例不限于此，也可以采用其它任意形式的光准直部10，例如如图11a所示的反射式准直器10’(例如具有抛物面等曲面形状)和图11b所示的透射式的光准直器10”作为光准直部10。需要说明的是，在图11a所示的实施例中，光源40可以位于光准直部10和多焦点聚光部20之间。

在一示例中，如图1-7所示，所述光准直部10与多焦点聚光部20可以整体形成为单个部件，所述光准直部10形成于所述部件的光入射侧51，所述多焦点聚光部20形成于所述部件的光出射侧52。将光准直部10与多焦点聚光部20形成为一个整体部件，可以减小光束调整装置的占据空间和节省成本并减小光路调试的工作量。作为示例，如图5和图7所示，在多焦点聚光部20的轴线方向上，多焦点聚光部20的厚度(例如会聚表面的峰点的最大高度)可以小于光准直部10的厚度，从而进一步减小部件的尺寸。

在一实施例中，如图9所示，光束调整装置200还可以包括反射器60，例如平面反射镜或曲面反射镜(例如具有抛物面、椭圆面、双曲面等形状)，所述反射器60布置成对从会聚表面21、22、23出射的光进行反射。如图9所示，该反射器60可以布置于多焦点聚光部20的外部。由于会聚表面21、22、23的焦点不同，因此，经过反射器60反射的光可以提供不同的景深。

图10示出了根据本发明的另一实施例的光束调整装置300。在该光束调整装置300中，会聚表面26、27、28位于由光准直部10和多焦点聚光部20一体形成的部件的侧表面53上。该部件还包括布置用于将经过光准直部10准直的光束引导至会聚表面26、27、28的反射面54，所述反射面54位于所述部件的、与光准直部10相反的一侧。借助于反射面54，经过会聚表面26、27、28会聚的光被向光束调整装置300的四周引导，以增大传播范围。作为示例，光束调整装置300还可以包括位于所述部件的侧表面53外部的多个反射镜70，所述多个反射镜70相对于所述部件的侧表面53从近至远依次布置，用于分别反射经过这些会聚表面26、27、28会聚的光束。由于会聚表面26、27、28具有各自不同的焦点，经过多个反射镜70反射的光可以提供更为丰富的点亮效果。所述多个反射镜70的方向可以根据光路设计的需要而设置，例如所述多个反射镜70可以具有彼此相同或不同的方向，如图10所示。图10中还示出了在与会聚表面26、27和28相反的一侧上的另一表面29。该表面29可以具有与会聚表面26、27和28不同的会聚特性，而使得从光源40发出的光在光束调整装置300的不同的侧面上能够具有不同的行进方向或会聚程度。这为灯具的光路设计提供了更大的灵活性。

本发明的实施例还提供了一种光学组件500，包括：光源，所述光源用于发出光束30；以及根据上述任一实施例所述的光束调整装置100、100’、100”、200、300。作为示例，如图12所示，该光学组件500还可以包括光导装置80，所述光导装置80的光入射端81朝向所述会聚表面21、22、23布置，用于接收从所述会聚表面21、22、23出射的光。

图13中给出了光导装置80的示例性结构。在该示例中，光导装置80的轴线与光束调整装置100的轴线重合。假定光导装置80的光入射端81的端面半径为R，某一会聚表面21的焦点为F1，该会聚表面21上的某个位置A沿光束调整装置100的轴线方向到光入射端81的距离为D1，到焦点F1的距离为D2，相对于光束调整装置100的轴线的高度为H。要使得来自于该位置A的光线能够进入光导装置80的光入射端81，需要满足

R≥(H/D2)×(D2-D1) (式2)

在实际中，可以根据会聚表面21、22、23上的点位置来设定光导装置80的光入射端81的端面半径R，为了使来自不同的会聚表面的光都能够进入光导装置80，希望在高度H的范围内存在多个会聚表面21、22、23上的点。作为示例，H可以在3mm至10mm之间，例如5mm。作为示例，R可以在1mm至5mm之间，例如2mm。作为示例，D2可以在5mm至20mm之间，例如9.7mm。作为示例，D1可以在3mm至15mm之间，例如6.7mm。由于会聚表面21、22、23具有不同的焦点，进入光导装置80的光入射端81的光的方向和强度分布更为均匀，因此有助于提高光导装置80的光强均匀性，尤其是在光入射端81附近的光强分布均匀性。

所谓光导装置，是指主要以全反射方式使光在其内部进行传输的导光装置。其可以具有各种形状，例如圆柱形(可称为导光棒)、长条形(可称为导光条、灯条)、板形(可称为导光板)、环形(可称为导光环)等等。由于主要采用全反射方式进行传输，光导装置的光学效率高，光损失小。由于光导装置80利用全反射的方式将从光导装置80的光入射端81射入的光向光出射端传导，因此，在光导装置80中，通常要求入射光在侧表面82处满足全反射条件，但是，在侧表面82上某些希望光出射的位置处可以设置某些去耦结构(例如微型凸起等)来破坏全反射条件以使光线能够在指定位置出射。

本发明的实施例还提供了一种照明和/或信号指示装置，包括如上述任一实施例所述的光学组件500。

在本发明的上述实施例中，会聚表面的数量是示意性的，两个或更多个会聚表面都是可行的。除非存在技术冲突，各种形式的多焦点聚光部20，例如图2和图3所示的多焦点共轴、图4和图5示出的多焦点共面、图6和图7示出的多焦点异面的多焦点聚光部20均可以与本发明的实施例中给出的各种光准直部10的实施例以及反射器60、多个反射镜70和光导装置80等组合使用。

作为示例，所述光源40可以包括白光或单色光发光二极管，也可以是本领域已知的其它光源，如白炽灯等。作为示例，所述光准直部10和多焦点聚光部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)或聚碳酸酯。

在本发明的实施例中，光学组件500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照明和/或信号指示装置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。根据本发明的实施例的照明和/或信号指示装置还可以用于车灯之外的领域，例如路灯、广告灯等等。

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。

Claims (12)

1.一种光束调整装置，其特征在于，包括：

光准直部，所述光准直部布置成对光束进行准直；和

多焦点聚光部，所述多焦点聚光部用于对经过准直的光束进行会聚，所述多焦点聚光部包括两个或更多个会聚表面，所述两个或更多个会聚表面中的至少两个表面的焦点在空间上彼此分离，

其中，所述光准直部与多焦点聚光部整体形成为单个部件，所述光准直部形成于所述部件的光入射侧，所述多焦点聚光部形成于所述部件的光出射侧；

其中，所述两个或更多个会聚表面的焦点位于与多焦点聚光部的轴线垂直的至少一个平面中，并且所述两个或更多个会聚表面的焦点不位于所述多焦点聚光部的同一轴线上。

2.根据权利要求1所述的光束调整装置，其中，所述两个或更多个会聚表面的焦点位于与多焦点聚光部的轴线垂直的同一平面中。

3.根据权利要求2所述的光束调整装置，其中，所述两个或更多个会聚表面中的各个会聚表面的峰点位于与多焦点聚光部的轴线垂直的同一平面中。

4.根据权利要求1所述的光束调整装置，其中，所述两个或更多个会聚表面的焦点分别位于与所述多焦点聚光部的轴线垂直的至少两个不同的平面中。

5.根据权利要求4所述的光束调整装置，其中，所述两个或更多个会聚表面中的各个会聚表面的峰点分别位于与所述多焦点聚光部的轴线垂直的至少两个不同的平面中。

6.根据权利要求1所述的光束调整装置，还包括反射器，所述反射器布置成对从所述两个或更多个会聚表面出射的光进行反射。

7.根据权利要求1所述的光束调整装置，其中，所述两个或更多个会聚表面位于所述部件的侧表面上，所述部件还包括布置用于将经过光准直部准直的光束引导至所述两个或更多个会聚表面的反射面，所述反射面位于所述部件的、与光准直部相反的一侧。

8.根据权利要求7所述的光束调整装置，其特征在于，还包括位于所述部件的侧表面外部的多个反射镜，所述多个反射镜相对于所述部件的侧表面从近至远依次布置，用于分别反射经过所述两个或更多个会聚表面会聚的光束。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的光束调整装置，其中，所述光准直部具有第一光入射面、第二光入射面和全反射面，所述第一光入射面位于所述光准直部的中间部分，用于对光束的中心部分进行准直，所述第二光入射面位于所述第一光入射面的径向外侧，用于将光束的外周部分引导至所述全反射面，所述全反射面布置于所述第二光入射面的径向外侧，用于对经由第二光入射面入射的光束部分进行准直。

10.一种光学组件，其特征在于，包括：

光源，所述光源用于发出光束；以及

根据权利要求1至9中任一项所述的光束调整装置。

11.根据权利要求10所述的光学组件，其特征在于，还包括光导装置，所述光导装置的光入射端朝向所述两个或更多个会聚表面布置，用于接收从所述两个或更多个会聚表面出射的光。

12.一种照明和/或信号指示装置，其特征在于，包括根据权利要求10或11所述的光学组件。

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