CN108061276A - 光导体和照明*** - Google Patents

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CN108061276A CN201711092062.XA CN201711092062A CN108061276A CN 108061276 A CN108061276 A CN 108061276A CN 201711092062 A CN201711092062 A CN 201711092062A CN 108061276 A CN108061276 A CN 108061276A
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Abstract

一种光导体(2、8、10、12)，其包括以彼此隔开的关系布置在光导体的表面(6)上的多个球状弯曲的光提取区域(5)，且光提取区域(5)具有特定高度(h)和表面曲率的特定半径(R)，所有的光提取区域(5)的相应高度(h)与相应半径(R)的h/R比至少基本相等，且在[0.1；0.45]的范围内，特别在[0.1；0.4]的范围内。一种照明***(1)，包括：一个以上光导体(2)；以及一个以上光源(4)，其用于照射光导体(2)的至少一个光入射区域(3)，能够从光导体(2)的前面(7)辐射的有用光(N)能够未散射地从照明***(1)辐射，并且/或者发射到有用光路径的外部的干涉光(S)能够被照明***(1)吸收。本发明特别适用于车辆照明***。

Description

光导体和照明***
技术领域
本发明涉及一种在其表面上具有多个球形弯曲的光提取区域的光导体，所述光提取区域彼此间隔开并且具有特定的高度和特定的表面曲率半径。本发明还涉及一种照明***，该照明***包括一个以上的光导体以及一个以上的用于照射光导体的至少一个光入射区域的光源。本发明还涉及一种用于制造光导体的方法。本发明特别适于在车辆照明***中使用。
背景技术
DE 10 2012 215 165 A1公开了一种复合装饰，特别用于车辆中的装饰元件中，包括至少部分透光的装饰层和具有发光区的发光层，其中这些发光区和装饰层中的一者以上能够相对于彼此移动。
DE 10 2011 082 343 B4公开了一种具有装饰层和导光层的复合装饰，其中装饰层被打孔以在装饰层中形成开口，并且导光层设置有干涉点，该干涉点用作当光耦合到导光层中时可单独识别的发光点、线或区域。对于观察复合装饰的装饰层的所有角度，确实地，当从某一个角度观察装饰层时，由干涉点形成的一个以上的发光点、线或区域被装饰层隐藏，但是它们从一个以上的其它观察角度是可见的。
DE 10 2014 116 180 A1公开了一种用于车辆内部的照明***，包括发射可见光的光源和相对于光源布置的组件，该组件以从光源发出的光穿过该组件的方式布置，并且还包括：透明基体，其具有表面区域，从光源发出的光穿过该表面区域；以及透镜状屏幕结构，其具有多个规则布置的透镜元件，并且形成在透明基体的表面区域上。该发明还描述了使用照明***及其组件以照亮车辆的内部，其中，产生了能够被内部空间的观察者/乘员依据观察的角度而不同地感受到的三维照明效果。
发明内容
本发明的目的是至少部分克服现有技术的缺点，并且具体为，利用简单的方法提供高度规则的表面照明和/或高度规则的外观，同时增加创造设计效果的可能性。
根据独立权利要求的特征实现该目的。特别地，能够在从属权利要求中得到优选实施方式。
所述目标通过一种光导体实现，该光导体在其表面上具有多个球形弯曲的光提取区域，所述光提取区域彼此间隔开并且具有特定的高度和特定的表面曲率半径，其中对于所有的所述光提取区域，相应的高度与相应的半径的h/R比至少基本相等，并且在[0.1；0.45]的范围内，特别是在[0.1；0.4]的范围内。所涉及的区域是包含0.1与0.45之间的子集的值的数学范围，其中值0.1和0.45本身是该子集的一部分。
该光导体的一个优点在于，由于相等的h/R比，即使来自不同尺寸的光提取区域的光也以几乎相同的发射特性(诸如以相等的角度分布或光强度图案)局部地辐射，结果，通过光提取区域产生了高度规则的外观的光图案。能够通过在表面区域上布置光提取区域而容易地创造光设计效果。能够通过改变光提取区域的密度和/或高度而容易地在光导体的表面上改变光提取的不同程度。
[0.1；0.45]特别是[0.1；0.4]的范围提供了如下优点，即从光导体提取的在期望的方向上的光的一部分(“有用光”)比在不期望的方向上的光(“干涉光”)大。从而，在该区域中，有用光的提取有效性特别高。与此相比，0.45以上的大h/R比导致了低效的光提取。
光提取区域还可以称为干涉点。
光导体可以是诸如一种塑料(例如环氧树脂、PC、PMMA、ABS、硅树脂等)或者一种玻璃这样的透明体。光导体还可以设计为通过全内反射导光，并且也可以称为TIR体。
球形弯曲的光提取区域特别地理解为光导体的表面区域，该表面区域至少在一个平面中具有形状为圆形的部分的表面曲率的横截面。因此，光提取区域具有相对于光导体的相邻表面区域的特定(最大)高度h。相对应的(圆的)半径R与表面曲率相关联。
光提取区域的h/R比至少基本相等，特别地是相同的。特别地，至少基本相等的h/R比可以理解为比率彼此之间的不同足够小，使得从光导体辐射的有用光的分布不妨碍实际目的。例如，在标称值的+/-10％、特别是+/-5％、特别是+/-2％、特别是+/-1％的范围内浮动的h/R比可以看作是基本相等或几乎相等。
如果至少两个光提取区域的高度不同，则它们的半径相应地不同。例如，该高度可以增加，以使用光提取区域提取更多光。然而，为了维持光提取区域局部产生的均匀的光辐射图案，半径必须相应地扩大。
在一个实施方式中，光提取区域的高度以及半径随着与光导体的光入射区域的距离增加而增大。这也使得光能够被光导体在整个区域上的以均匀亮度发射。所述增大可以是连续的或者几乎连续的，替代地为阶段式地或者分区域地，这样简化了生产。替代地或者附加地，出于相同的目的，光提取区域的密度可以随着与光入射区域的距离增加而增大。
如果h/R比在[0.25；0.35]的范围内，则具有附加的优点，即从光提取区域提取的有用光的角度分布(光强度分布)宽。
在特别有利的实施方式中，h/R比至少为大约0.3，特别是正好0.3。该值产生高的提取效率和宽的光辐射的特别有利的组合。如果h/R比至少为大约0.3，则，例如，这可以对应于+/-10％、特别地+/-5％、特别地+/-2％、特别地+/-1％的浮动范围。
在另一实施方式中，至少两个光提取区域的高度是不同的。由此，能够容易地改变光提取的不同程度，或者能够设定每个光提取区域的不同的光量。
进一步的发展提供了在0.1mm到1mm的范围内的半径R。另一实施方式提供了在0.01mm到1mm的范围内的高度h。
在又一实施方式中，至少一个光提取区域具有球形帽状；特别地，所有的光提取区域具有球形帽状。这使得能够实现尤其均匀的并且易于生产的光提取区域，特别是通过使用球形刀具(ball cutter)的简单钻孔的方式。
在又一实施方式中，至少一个光提取区域具有球形线状；特别地，所有的光提取区域具有球形线状。特别地，球形线状可以理解为由球形帽状的表面的横向运动产生的线形。例如，当从上方观看时，在其他方面为筒形截面形状的球形线形式的端部截面具有半圆形的周边轮廓。这使得能够实现易于生产的光提取区域，特别是借助球形刀的简单的钻孔和横向位移的方式。球形线状的光提取区域具有还可以通过调节它们的长度而简单地改变光提取程度的附加优点。
在一个附加实施方式中，光导体设置为具有背面和前面的板状形状，前面设置为用于提取有用光，并且光提取区域设置在前面和/或背面上。以该方式，能够提供具有大的光辐射区域的扁平的光导体。在一个进一步的实施方式中，光可以通过侧表面耦合到光导体中。光导体可以具有恒定的厚度。
在一个进一步的实施方式中，光提取区域布置成并且/或者尺寸确定成在整个区域上提供有用光的均匀明亮的辐射。特别是在侧面光入射或辐射的情况下，这能够通过随着与光导体的光入射侧的距离增加而增大光提取区域的高度或半径来实现。由此，光导体还能够以高度均匀的亮度辐射大面积的光。替代地或者附加地，出于相同的目的，光提取区域的密度可以随着与光入射区域的距离增加而增大。
一般地，可以将光提取区域的尺寸和/或密度选择为使得对于到观察者的通常距离，光提取区域不被自觉地看作是不同的区域。例如，如果光提取区域的密度足够高或者光提取区域彼此间的横向间隔足够近，则可以有光导体的表面、特别是前面是规则的或已被均匀地加工的印象。
另一实施方式提供了：光提取区域布置为并且/或者尺寸确定用于整个区域上的有用光的不均匀亮度的辐射。从而，可以特别容易地引入诸如字体、符号、图案等的可变亮度设计效果。然而，由于光提取区域由于它们相等的h/R比而具有相同的发射特性，所以通过该方法产生的不同亮度不依据角度而改变。
另一实施方式提供了：至少一个光提取区域是凹陷。可以使凹陷直接在光导体中，例如通过利用球形刀具的材料去除。在凹陷的情况下，高度h还可以理解为凹部相对于周围表面区域的深度。为了使凹部设置有不同的深度h，例如，可以使用不同半径的钻头。
在又一实施方式中，至少一个光提取区域是突起。这可以例如通过诸如铸造元件这样的工具的方式来生产。与突起互补的凹槽可以例如通过球形刀具引入到工具中。
本发明的目的还通过一种照明***实现，该照明***包括一个以上的如上所述的光导体，以及一个以上的用于照射光导体的至少一个光入射区域的光源。照明***产生了与光导体相同的优点，并且能够相似地进行设计。
特别地，从光导体的一侧(“前侧”)辐射的有用光能够从照明***未散射地(unscattered)发射，这意味着没有散射元件(例如漫射盘)光学地连接在光导体的下游。这实现了特别简单并且低价的结构。
在一个附加实施方式中，照明***以如下方式设计：从光导体辐射的在有用光路径外部的干涉光可以被照明***吸收。其一个实例是布置在光导体后方的光吸收表面。
在另一实施方式中，照明***是车辆照明***。车辆可以是机动车辆(诸如汽车、卡车、公共汽车等，或摩托车)、轨道车辆和水上运输工具(诸如船只或船舶)或飞行器(如飞机或直升机)。
在另一实施方式中，照明***构成用于车辆的内部照明***或其一部分(诸如模块)。这种内部车辆照明能够以特别有利的方式适用于以最小的光泽(sheen)照射内部表面，如黑色皮革，或作为发光和/或设计元件。
在另一实施方式中，照明***表示复合装饰的组件。
然而，照明***还可以是车辆的外部照明或其一部分(例如模块)，诸如头灯、尾灯等。
在一个进一步的实施方式中，光导体的光提取区域布置为从外部可见(即，从照明***的外部观察照明***时，特别是观察其发光表面时)。从而，光提取区域还可以用作设计元件。
所述目的还通过制造如上所述的光导体的方法实现，其中，光提取区域是用球形刀具生产的。例如，这可以通过直接钻入光导体中并且/或者通过将孔引入到用于制造光导体的工具中而实现。具有相应地变化的半径的刀头可用于改变光提取区域的半径。球形刀具可以横向移动(即，垂直于钻孔方向)，以产生球形线。
附图说明
在下面的实施例的示意性说明中，本发明的上述性质、特征和优点以及实现它们的方式将变得更清楚和更容易理解，并且下面将参考附图更详细地说明。
图1示出具有根据第一实施例的光导体的照明***的横截面图，该光导体具有若干个光提取区域；
图2示出根据图1的光导体的在光提取区域附近的细节；
图3示出h/R比为0.3的光强度分布的极坐标图；
图4示出h/R比为0.1的光强度分布的极坐标图；
图5示出h/R比为0.5的光强度分布的极坐标图；
图6示出根据第二实施例的光导体的平面图；
图7示出根据第三实施例的光导体的平面图；以及
图8示出根据第四实施例的光导体的平面图。
参考标记列表
1 照明***
2 光导体
3 侧表面
4 LED
5 光提取区域
6 光导体的背面
7 光导体的前面
8 光导体
9 横排
10 光导体
11 光提取区域的组
12 光导体
13 光提取区域的组
14 光提取区域的组
A 细节
h 光提取区域的高度
Iv 光强度
L 光提取区域的光
N 有用光
R 半径
S 干涉光
极坐标角
x 垂直方向
具体实施方式
图1示出具有根据第一实施例的板状光导体2的照明***1的横截面图。光导体2具有侧表面3，该侧表面3充当使光L耦合进入的光入射表面。在该情况下，例如，光L由对准侧表面3的若干LED 4产生。在侧表面3处耦合进入的光L在光导体2中通过全内反射传播。当光L照射到光提取区域5时，该光L以其随后能够离开光导体2的方式偏转。从而光提取区域5用作光传导中的干涉点。此处，光提取区域5布置在光导体2的背面6。
从光提取区域5偏转的光L的一部分在背面6处离开光导体2。作为干涉光S，其不再被使用。例如，其能够被吸收表面(未示出)吸收，并且/或者能够被反射表面(未示出)反射，并且适当时，其能够随后被至少部分地用作有用光。从光提取区域5偏转的光L的另一部分在前面7处离开光导体2，并且作为有用光N被进一步使用。
如图2详细所示，光提取区域5体现为具有球形帽状表面的球状弯曲突起。光提取区域5具有高度h。特别地，将恒定半径R指定给球形帽状表面。所有的光提取表面5均具有相等的h/R比，在当前情况下为0.3。
图1所示的光提取区域5可以具有不同的高度h和/或半径R，只要维持相同的h/R比即可。特别地，进一步远离侧表面3的光提取区域5可以具有较大的高度h和较大的半径，以局部地辐射较大量的光。通过这种方式，从光提取区域5辐射的特定量的光能够保持恒定，从而有助于有用光N在整个前面7上的均匀的明亮照射。
作为球形帽状的表面的替代，光提取区域5可以具有相应的球形线状，其在与图像平面垂直的方向上纵向延伸。
替代地或附加地，光提取区域5可以设置在前面7上。
照明***1例如可以是诸如头灯这样的外部车辆照明，或者是诸如装饰照明这样的内部车辆照明，或者其可以是其组件。
特别地，在有用光N发射之后，有用光N可以从前面7未散射地从照明***1辐射出。因此可以省略散布层。这对于光导体2或光提取区域5同时可见或者可以从外部观察光导体2或光提取区域5是特别有利的。光提取区域5可以用作设计元件。
图3示出了对于0.3的h/R比的有效光N沿极坐标角的光强度分布Iv的极坐标图；在h/R＝0.3时，有用光N在相对大的立体角范围内发射，特别是还在垂直于前面7的方向x上发射。
图4示出类似于图3的对于0.1的h/R比的极坐标图。与0.3的h/R比不同，在比较窄的立体角范围内进行发射。垂直方向x的光辐射几乎为零。
图5示出类似于图3的对于0.5的h/R比的极坐标图。与0.1的h/R比不同，在更窄的立体角范围内进行发射，同时辐射的主方向更加从垂直方向x偏离。沿着垂直方向x的光辐射非常低。
图6示出根据第二实施例的光导体8的背面6的平面图。在该光导体8中，光提取区域5布置为横排9，该横排9在光导体8的长度方向上均匀地间隔开。从而光提取区域5形成了矩形矩阵形状的表面图案。光提取区域5例如可以在各个横排9中具有相等的高度h。单独的横排9的光提取区域5的高度h可以随着与侧表面3的距离增加而增加；具体地，例如，从横排9到横排9地逐个增加、或以每n>＝2个横排9的块增加等。
替代地，光提取区域5可以按组排列。组可以以矩阵状的方式排布在光导体上。
图7示出根据第三实施例的光导体10的平面图。光导体10具有以菱形组11布置的光提取区域5。组11或光提取区域5均不布置成矩阵图案。
图8示出根据第四实施例的光导体12的平面图。光导体12的结构与光导体10的结构相似。然而，现在将光提取区域5布置在不同形状的组13、14中。
应理解，本发明不限于列举的实施例。
一般而言，只要没有明确排除在外，例如表达为“只有一个”等，则“一”等单数或复数形式应当理解为特别是“至少一个”或“一个以上”等的意义。
此外，数字可以准确地表示给定的数字，或者也可以包括常规容差范围，只要这一点不被明确排除在外。

Claims (15)

1.一种光导体(2、8、10、12)，该光导体包括以彼此隔开的关系布置在该光导体的表面(6)上的多个球状弯曲的光提取区域(5)，并且所述光提取区域(5)具有特定高度(h)和表面曲率的特定半径(R)，其中，
所有的光提取区域(5)的相应的高度(h)与相应的半径(R)的h/R比至少基本相等，并且
所述h/R比在[0.1；0.45]的范围内，特别是在[0.1；0.4]的范围内。
2.根据权利要求1所述的光导体(2、8、10、12)，其中，所述光提取区域(5)的高度(h)随着与所述光导体的光入射区域(3)的距离增加而增大。
3.根据前述权利要求之一所述的光导体(2、8、10、12)，其中，所述h/R比在[0.25；0.35]的范围内，并且特别地至少为大约0.3。
4.根据前述权利要求之一所述的光导体(2、8、10、12)，其中，两个以上的光提取区域的所述高度(h)不同。
5.根据前述权利要求之一所述的光导体(2、8、10、12)，其中，至少一个光提取区域(5)具有球形帽状，并且特别地，所有的光提取区域(5)具有球形帽状。
6.根据前述权利要求之一所述的光导体(2)，其中，至少一个光提取区域(5)具有球形线状，并且特别地，所有的光提取区域(5)具有球形线状。
7.根据前述权利要求之一所述的光导体(2、8、10、12)，其中，所述光导体(2、8、10、12)设置为具有背面(6)和前面(7)的板状，所述前面(7)被设置为用于提取有用光(N)，并且所述光提取区域(5)被设置在所述前面(7)和/或所述背面(6)上。
8.根据前述权利要求之一所述的光导体(2、8)，其中，所述光提取区域(5)被布置为用于有用光(N)在区域上的均匀明亮的辐射。
9.根据权利要求1至7之一所述的光导体(10、12)，其中，所述光提取区域(5)被布置并且在尺寸上确定为用于有用光(N)在区域上的均匀明亮的辐射。
10.一种照明***(1)，包括：一个以上的根据权利要求7所述的光导体(2、8、10、12)；以及一个以上的光源(4)，该光源用于照射所述光导体(2、8、10、12)的至少一个光入射区域(3)，
其中，能够从所述光导体(2、8、10、12)的所述前面(7)辐射的有用光(N)能够未散射地从所述照明***(1)辐射，
并且/或者
辐射到有用光路径的外部的干涉光(S)能够被所述照明***(1)吸收。
11.根据权利要求10所述的照明***(1)，其中，所述照明***(1)是车辆照明***。
12.根据权利要求10或11所述的照明***(1)，其中，所述照明***(1)是车辆内部照明***。
13.根据权利要求12所述的照明***(1)，其中，所述照明***(1)是复合装饰的组件。
14.根据权利要求10至13的任意一项所述的照明***(1)，其中，所述光导体(2、8、10、12)的光提取区域(5)布置成从外部可见。
15.一种制造根据权利要求1至10的任意一项所述的光导体的方法，其中，利用球形刀具制造所述光提取区域(5)。
CN201711092062.XA 2016-11-09 2017-11-08 光导体和照明*** Pending CN108061276A (zh)

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DE102016121475.2 2016-11-09

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