本發(fā)明涉及光照明及信號指示領(lǐng)域，尤其涉及一種導(dǎo)光單元、光導(dǎo)裝置以及照明和/或信號指示設(shè)備。

背景技術(shù)：

照明和/或信號指示設(shè)備廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)和生活中。在照明和/或信號指示設(shè)備中，為了使光能夠被盡可能均勻的擴(kuò)散和傳播，經(jīng)常需要使用光導(dǎo)裝置，如導(dǎo)光板、導(dǎo)光棒、導(dǎo)光條等。傳統(tǒng)的光導(dǎo)裝置通常采用簡單的平直面作為供光入射的光接收面，這樣的光導(dǎo)裝置的結(jié)構(gòu)比較簡單，但是光擴(kuò)散的均勻性往往受到一定的限制。特別是在多光源(例如LED陣列)的應(yīng)用中，通過光導(dǎo)裝置之后的光均勻性往往不夠理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種導(dǎo)光單元、光導(dǎo)裝置以及照明和/或信號指示設(shè)備，其能夠改善光的均勻性并提高光學(xué)效率。

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種導(dǎo)光單元，包括：

入光側(cè)，用于接收入射光；

出光側(cè)，與入光側(cè)相對設(shè)置，用于發(fā)出出射光；和

第一反光側(cè)，所述第一反光側(cè)上設(shè)置有反光面，用于將從入光側(cè)射入的至少一部分光朝向出光側(cè)反射，

其中，所述第一入射面和第二入射面具有曲面形狀，所述入光側(cè)上設(shè)置有第一入射面和第二入射面，所述第一入射面和第二入射面分別接收第一入射光部分和第二入射光部分，并分別對第一入射光部分和第二入射光部分在沿第一方向的平面中進(jìn)行準(zhǔn)直，

其中，所述第一入射面和第二入射面中的一個(gè)入射面將與之對應(yīng)的第一入射光部分或第二入射光部分朝向所述第一反光側(cè)上的反光面引導(dǎo)。

在一實(shí)施例中，所述第一入射面和第二入射面在沿第一方向的平面中均具有凸透鏡截面形狀。

在一實(shí)施例中，所述第一入射面和第二入射面彼此鄰接且具有不同的導(dǎo)光方向。

在一實(shí)施例中，所述第一入射面用于將第一入射光部分朝向出光側(cè)引導(dǎo)，所述第二入射面將第二入射光部分朝向所述第一反光側(cè)上的反光面引導(dǎo)。

在一實(shí)施例中，被引導(dǎo)向所述第一反光側(cè)上的反光面的第一入射光部分或第二入射光部分具有10度至70度的發(fā)散角。

在一實(shí)施例中，所述第一反光側(cè)上的反光面為全反射型反光面。

在一實(shí)施例中，所述第一反光側(cè)上的反光面上設(shè)置有光學(xué)條紋。

在一實(shí)施例中，所述導(dǎo)光單元還包括與第一反光側(cè)相對設(shè)置的第二反光側(cè)，所述第二反光側(cè)上設(shè)置有附加的反光面，所述第一入射面用于將第一入射光部分朝向所述附加的反光面引導(dǎo)，所述第二入射面將第二入射光部分朝向所述第一反光側(cè)上的反光面引導(dǎo)。

在一實(shí)施例中，所述第二反光側(cè)上的附加反光面為全反射型反光面。

在一實(shí)施例中，所述第二反光側(cè)上的附加反光面上設(shè)置有光學(xué)條紋。

在一實(shí)施例中，所述第一入射面和/或第二入射面在與沿第一方向的平面垂直的平面中具有外凸的截面形狀。

在一實(shí)施例中，所述第一方向是所述導(dǎo)光單元的厚度方向。

在一實(shí)施例中，所述導(dǎo)光單元的出光方向相對于入射光的光軸方向的傾角不大于75度。

本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種光導(dǎo)裝置，包括：多個(gè)并排設(shè)置于光導(dǎo)裝置的受光側(cè)上的、如之前任一實(shí)施例所述的導(dǎo)光單元。

在一實(shí)施例中，所述光導(dǎo)裝置由同種材料一體形成。

本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種照明和/或信號指示設(shè)備，包括：

如前述實(shí)施例所述的光導(dǎo)裝置，

光源，用于為所述導(dǎo)光單元提供入射光。

在一實(shí)施例中，所述照明和/或信號指示設(shè)備還包括：

印刷電路板，

其中，所述光源包括并排設(shè)置在印刷電路板上的多個(gè)發(fā)光元件，每個(gè)發(fā)光元件與光導(dǎo)裝置上的一個(gè)導(dǎo)光單元的入光側(cè)相對，所述印刷電路板相對于導(dǎo)光單元的出光方向成不小于15度的夾角。

本發(fā)明的上述實(shí)施例提供了具有曲面形狀的第一入射面和第二入射面以及反光面的導(dǎo)光單元，其能夠?qū)崿F(xiàn)對入射光的均勻擴(kuò)散和提高光學(xué)耦合效率。

附圖說明

圖1示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的導(dǎo)光單元的示意性俯視圖；

圖2示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的導(dǎo)光單元的示意性正視圖；

圖3示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的導(dǎo)光單元的示意性俯視圖；

圖4示意性地示出兩個(gè)相鄰的導(dǎo)光單元；

圖5示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的光導(dǎo)裝置的局部；以及

圖6示意性地示出導(dǎo)光單元與承載在印刷電路板上的光源的位置關(guān)系。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。在說明書中，相同或相似的附圖標(biāo)號表示相同或相似的部件。下述參照附圖對本發(fā)明實(shí)施方式的說明旨在對本發(fā)明的總體發(fā)明構(gòu)思進(jìn)行解釋，而不應(yīng)當(dāng)理解為對本發(fā)明的一種限制。

根據(jù)本發(fā)明的總體構(gòu)思，提供一種導(dǎo)光單元，包括：入光側(cè)，用于接收入射光；出光側(cè)，與入光側(cè)相對設(shè)置，用于發(fā)出出射光；和第一反光側(cè)，所述第一反光側(cè)上設(shè)置有反光面，用于將從入光側(cè) 射入的至少一部分光朝向出光側(cè)反射，其中，所述入光側(cè)上設(shè)置有第一入射面和第二入射面，所述第一入射面和第二入射面分別接收第一入射光部分和第二入射光部分，并分別對第一入射光部分和第二入射光部分在沿第一方向的平面中進(jìn)行準(zhǔn)直，其中，所述第一入射面和第二入射面具有曲面形狀，所述第一入射面和第二入射面中的一個(gè)入射面將與之對應(yīng)的第一入射光部分或第二入射光部分朝向所述第一反光側(cè)上的反光面引導(dǎo)。

圖1和圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的導(dǎo)光單元100。該導(dǎo)光單元100包括：入光側(cè)110，用于接收入射光180；出光側(cè)120，用于發(fā)出出射光；和第一反光側(cè)130。出光側(cè)120與入光側(cè)110相對地設(shè)置，即分別為導(dǎo)光單元100的相對的兩側(cè)。所述第一反光側(cè)130上設(shè)置有反光面131，用于將從入光側(cè)110射入的至少一部分光朝向出光側(cè)120反射。入光側(cè)110上設(shè)置有第一入射面111和第二入射面112，所述第一入射面111和第二入射面112分別接收第一入射光部分181和第二入射光部分182，并分別對第一入射光部分181和第二入射光部分182在沿第一方向的平面中進(jìn)行準(zhǔn)直。第一入射面111和第二入射面112具有曲面形狀。所述第二入射面112將與之對應(yīng)的第二入射光部分182朝向所述第一反光側(cè)130上的反光面131引導(dǎo)。應(yīng)當(dāng)理解，雖然在圖1中示出的示例中，是第二入射面112將與之對應(yīng)的第二入射光部分182朝向所述第一反光側(cè)130上的反光面131引導(dǎo)，但是，應(yīng)當(dāng)理解，在另一示例中，也可以是第一入射面111將與之對應(yīng)的第一入射光部分181朝向所述第一反光側(cè)130上的反光面131引導(dǎo)。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，第一入射面111和第二入射面112分別對第一入射光部分181和第二入射光部分182在沿第一方向(在圖1所示的示例中為垂直于紙面的方向，亦為圖2中的豎直方向)的平面中進(jìn)行準(zhǔn)直，這使得，第一入射光部分181和第二入射光部分182在第一方向上都被聚攏到導(dǎo)光單元100中，從而減少入射光的光學(xué)損失。這對于導(dǎo)光單元100為片狀形狀時(shí)尤其有利，在這種情況下，上述結(jié)構(gòu)能夠防止或減少入射光從導(dǎo)光單元100的頂面和底面逸出， 而集中地射向出光側(cè)120，從而提高光學(xué)效率和增強(qiáng)對比度。

在一示例中，為了實(shí)現(xiàn)上述準(zhǔn)直效果，第一入射面111和第二入射面112在沿第一方向的平面中均具有凸透鏡截面形狀。需要說明的是，在本申請中所述的“準(zhǔn)直”并不意味著經(jīng)過準(zhǔn)直的光必須完全平行，而是指第一入射面111和第二入射面112在沿第一方向的平面中具有正的光焦度，能夠至少使經(jīng)過其的入射光的發(fā)散方向被聚攏。具體的聚攏程度可以根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求(如導(dǎo)光單元100在第一方向上的厚度等)而定。

采用第一入射面111和第二入射面112的組合，能夠盡可能多地接收入射光180，以利于使其在導(dǎo)光單元100中均勻地?cái)U(kuò)散，而反射面131的設(shè)置，能夠改變從第一入射面111和第二入射面112射入的光的出射方向，這樣，既保證了入射光在導(dǎo)光單元100中均勻地?cái)U(kuò)散，又可以使無論從第一入射面111還是第二入射面112射入的光能夠沿著期望的(如大體一致的)方向出射。

在一示例中，所述第一入射面111和第二入射面112可以彼此鄰接且具有不同的導(dǎo)光方向。在入光側(cè)110上設(shè)置兩個(gè)具有不同的導(dǎo)光方向的入射面，可以增加對于光在導(dǎo)光單元100中的擴(kuò)散角度范圍的設(shè)計(jì)靈活性。即，能夠使光在導(dǎo)光單元100中在較大的角度范圍內(nèi)均勻地?cái)U(kuò)散。

在一示例中，如圖1所示，第一入射面111用于將第一入射光部分181朝向出光側(cè)120引導(dǎo)，第二入射面112將第二入射光部分182朝向第一反光側(cè)130上的反光面131引導(dǎo)。在此情況下，雖然第一入射面111和第二入射面112可以將第一入射光部分181和第二入射光部分182分別引導(dǎo)向不同的方向，但是由于反光面131的作用，第一入射光部分181和第二入射光部分182最終可以以大體一致的方向出射，且具有均勻的出射強(qiáng)度。替代地，在另一示例中，也可以是第二入射面112將第二入射光部分182朝向出光側(cè)120引導(dǎo)，第一入射面111將第一入射光部分181朝向第一反光側(cè)130上的反光面131引導(dǎo)。

如上所述，第一入射面111和第二入射面112的形狀可以根據(jù) 所期望的光偏折方向來進(jìn)行設(shè)計(jì)。下面給出一種計(jì)算第一入射面111的形狀的示例。首先，可以根據(jù)期望的出射光均勻度來確定第一入射面111需要將第一入射光部分182偏折多少角度。第一入射面111的形狀可以設(shè)計(jì)成不規(guī)則的曲面，也就是說，在第一入射面111的每個(gè)點(diǎn)上可以具有各自獨(dú)立的光偏折角度。這可以為光學(xué)設(shè)計(jì)提供盡可能大的自由度，從而實(shí)現(xiàn)更好的光均勻度。為此，第一入射面111可以被分成具有各自獨(dú)立的光偏折角度的若干個(gè)單元(如小塊)，或者說，第一入射面111可以看成是由多個(gè)這種單元拼接而成。對于第一入射面111上的每個(gè)單元而言，光的入射方向和離開第一入射面111的方向是可以根據(jù)光均勻度的設(shè)計(jì)目標(biāo)和光學(xué)原理(如反射定律、折射定律等)來設(shè)定的。例如，可以沿著某個(gè)方向(例如沿上述第一方向、或水平方向、豎直方向等)切割第一入射面111以獲得一曲線輪廓。該曲線輪廓所在的平面可以被定義成X-Y平面，該曲線輪廓可以由多個(gè)直線段單元逐個(gè)相接來近似形成。每個(gè)直線段單元在X方向上的長度(或稱為X步長)可以定義為STEP_X，在Y方向上的長度(或稱為Y步長)可以定義為STEP_Y，STEP_Y與STEP_X的比值稱為該直線段單元的斜率SLP。如果每個(gè)直線段單元的斜率被確定，則該曲線輪廓的形狀也就能夠被確定。當(dāng)每個(gè)直線段單元足夠小時(shí)，就可以獲得近似光滑的曲線輪廓形狀。上述X步長和Y步長的選取可以根據(jù)計(jì)算精度的要求來進(jìn)行，例如0.1mm、0.05mm、0.01mm等等。

該直線段的斜率可以通過光學(xué)定律來確定。作為示例，該直線段的斜率可以由如下公式來計(jì)算：

在上述公式(1)中，SLP為該直線段單元的斜率，tan為正切運(yùn)算符，arctan為反正切運(yùn)算符，n為導(dǎo)光單元的折射率，α為光在第一入射光部分在該直線段上的入射角，θ為入射光經(jīng)過該直線段單元后的偏折角度(即入射角與折射角的夾角)，其中各個(gè)角度以度 (°)為單位進(jìn)行計(jì)算。

通過逐一地求出各個(gè)直線段單元的斜率可以確定上述曲線輪廓的形狀，以同樣的方式，也可以求出沿著其它方向切割第一入射面111而獲得的曲線輪廓的形狀。根據(jù)沿著多個(gè)方向切割第一入射面111而獲得的多個(gè)曲線輪廓的形狀，可以進(jìn)而求出整個(gè)第一入射面111的形狀。上述直線段單元的劃分以及曲線輪廓的選取均可以根據(jù)設(shè)計(jì)精度和要求來進(jìn)行設(shè)定。

上述僅僅給出了計(jì)算第一入射面111的形狀的一種示例，在實(shí)際中，該計(jì)算過程可能需要根據(jù)光線分布的設(shè)計(jì)而不斷反復(fù)調(diào)整參數(shù)來進(jìn)行計(jì)算。第二入射面112的形狀可以根據(jù)與上述基本相同的方式來進(jìn)行計(jì)算，具體過程不再贅述。

在一示例中，被引導(dǎo)向所述第一反光側(cè)130上的反光面131的第一入射光部分181或第二入射光部分182可以具有10度至70度的發(fā)散角，例如30度、40度等。

作為示例，所述第一反光側(cè)130上的反光面131可以為全反射型反光面。這可以有效地提高光在導(dǎo)光單元100中傳播時(shí)的光學(xué)效率。全反射型反光面的實(shí)現(xiàn)，可以通過設(shè)置反光面131與第二入射面112(或第一入射面111)的形狀和相互位置使來自第二入射面112(或第一入射面111)的光在反光面131處滿足全反射條件。

在一示例中，第一反光側(cè)130上的反光面131上可以設(shè)置有光學(xué)條紋132。該光學(xué)條紋132可以增加光在導(dǎo)光單元100中的擴(kuò)散，有助于出射光的均勻分布。

在一示例中，如圖3所示，該導(dǎo)光單元100還可以包括與第一反光側(cè)130相對設(shè)置的第二反光側(cè)140，所述第二反光側(cè)140上設(shè)置有附加的反光面141。在此情況下，第一入射面111和第二入射面112可以將不同的入射光部分分別朝向第一反光側(cè)130上的反光面131和第二反光側(cè)140上的附加反光面141引導(dǎo)。作為示例，第一入射面111用于將第一入射光部分181朝向所述附加的反光面141引導(dǎo)，所述第二入射面112將第二入射光部分182朝向所述第一反光側(cè)130上的反光面131引導(dǎo)。這種雙反光面的結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步提高 光在導(dǎo)光單元100中的擴(kuò)散范圍和均勻性。但這不是必須的，導(dǎo)光單元100也可以采用單反光面的結(jié)構(gòu)，即僅導(dǎo)光單元100的一側(cè)設(shè)置有反光面。

在一示例中，類似于反光面131，所述第二反光側(cè)140上的附加反光面141也可以為全反射型反光面。作為示例，第二反光側(cè)140上的附加反光面141上也可以設(shè)置有光學(xué)條紋，以增加光在導(dǎo)光單元100中的擴(kuò)散，有助于出射光的均勻分布。

在一示例中，第一入射面111和/或第二入射面112在與沿第一方向的平面垂直的平面(例如，在圖1的示例中是與紙面平行的平面，在圖2中是水平的平面)中具有外凸的截面形狀。在該示例中，第一入射面111和/或第二入射面112不僅在沿第一方向的平面中對入射光具有準(zhǔn)直作用，在與沿第一方向的平面垂直的平面中也對光束具有一定的聚攏作用。這可以為導(dǎo)光單元100的設(shè)計(jì)提供更多的靈活性。

然而，第一入射面111和第二入射面112的曲面形狀并不受限于此，其可以根據(jù)入射光的在導(dǎo)光單元100上的入射方向以及出射光的期望的出射方向和范圍來計(jì)算得到。作為示例，第一入射面111和第二入射面112的曲面形狀可以由光滑的曲面形成，也可以由多個(gè)平面段或曲面段拼接而成，這可以降低加工難度。

在一示例中，所述第一方向可以是所述導(dǎo)光單元100的厚度方向，例如在圖1中為垂直于紙面的方向，在圖2中為豎直方向。在導(dǎo)光單元100具有片狀形狀時(shí)，這種設(shè)計(jì)尤其有益。

借助于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的導(dǎo)光單元100，可以在對入射光進(jìn)行均勻擴(kuò)散的同時(shí)使出射光的出光方向相對于入射光的方向進(jìn)行任意期望的角度的偏轉(zhuǎn)。例如，可以使所述導(dǎo)光單元100的出光方向相對于入射光的光軸方向的傾角不大于75度。這為在照明和/或信號指示設(shè)備中的光源或其它光學(xué)元件的布置提供了靈活性。

多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的導(dǎo)光單元100可以一起使用。例如，多個(gè)導(dǎo)光單元100可以并排布置，尤其是在多光源的系統(tǒng)中。圖4示出兩個(gè)并排布置的導(dǎo)光單元100。其中每個(gè)光源201與一個(gè)導(dǎo)光單 元100對應(yīng)，即每個(gè)光源201發(fā)出的光從一個(gè)導(dǎo)光單元100射入。在這種情況下，導(dǎo)光單元100可以使從對應(yīng)的光源201發(fā)出的光在其中均勻地?cái)U(kuò)散，即使在相鄰的兩個(gè)導(dǎo)光單元100相接的位置處也能夠保持良好的光均勻性。

本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種光導(dǎo)裝置300。如圖5所示，該光導(dǎo)裝置300包括：多個(gè)并排設(shè)置于光導(dǎo)裝置300的受光側(cè)301上的、如上述任一實(shí)施例所述的導(dǎo)光單元100。由于導(dǎo)光單元100能夠?qū)θ肷涔膺M(jìn)行有效分配和均勻擴(kuò)散，光導(dǎo)裝置300中的光均勻性和光學(xué)效率能夠得到提高。作為示例，所述導(dǎo)光單元100可以用作光在光導(dǎo)裝置300上的入口。

作為示例，光導(dǎo)裝置300可以由同種材料一體形成，即導(dǎo)光單元100與光導(dǎo)裝置300是一體的。這可以使光導(dǎo)裝置300以簡單的工藝形成。但本發(fā)明并不限于此，在另一示例中，導(dǎo)光單元100也可以通過粘接等方式設(shè)置于光導(dǎo)裝置300的受光側(cè)301上。

本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種照明和/或信號指示設(shè)備，其包括：如上述實(shí)施例所述的光導(dǎo)裝置300以及光源201，該光源201用于為所述導(dǎo)光單元100提供入射光。

在一示例中，照明和/或信號指示設(shè)備還可以包括印刷電路板401，所述光源201包括并排設(shè)置在印刷電路板401上的多個(gè)發(fā)光元件202，每個(gè)發(fā)光元件202與光導(dǎo)裝置300上的一個(gè)導(dǎo)光單元100的入光側(cè)110相對。由于導(dǎo)光單元100可以在保證入射光被均勻擴(kuò)散的同時(shí)可以使出光方向相對于入射光的光軸轉(zhuǎn)過任一期望的角度，因而導(dǎo)光單元100的入光側(cè)110可以朝向任一期望的方向。由此，在保證每個(gè)發(fā)光元件202與光導(dǎo)裝置300上的一個(gè)導(dǎo)光單元100的入光側(cè)110相對的條件下，用于承載發(fā)光元件202的印刷電路板401可以與出光方向成較大的傾斜角，例如，相對于導(dǎo)光單元100的出光方向成不小于15度的夾角。在導(dǎo)光單元100的出射光具有一定的發(fā)散角的情況下，以出射光的主出射方向(例如沿出射光軸)為出光方向。而且，導(dǎo)光單元100的入光側(cè)110可以布置成與置于印刷電路板401上的發(fā)光元件202靠近，如圖6所示，這也可以提 高光學(xué)耦合效率。這也為印刷電路板401的布置方式提供了更大的自由度，以滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不同需要。

由于導(dǎo)光單元100的出射光方向性好、光強(qiáng)均勻且光損失小，上述照明和/或信號指示設(shè)備的出射光將具有良好的均勻性和對比度，從而具有出色的點(diǎn)亮效果。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的導(dǎo)光單元、光導(dǎo)裝置和照明和/或信號指示設(shè)備可以例如用于車輛的照明和信號指示，也可以廣泛用于其它照明和/或信號指示領(lǐng)域，例如廣告板照明燈等等。

雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是附圖中公開的實(shí)施例旨在對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行示例性說明，而不能理解為對本發(fā)明的一種限制。為了清楚描述所需的部件，示意性附圖中的比例并不表示實(shí)際部件的比例關(guān)系。

雖然本發(fā)明總體構(gòu)思的一些實(shí)施例已被顯示和說明，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，在不背離本總體發(fā)明構(gòu)思的原則和精神的情況下，可對這些實(shí)施例做出改變，本發(fā)明的范圍以權(quán)利要求和它們的等同物限定。