本公開總體而言涉及一種被配置用于可控光分布的波導。

背景技術：

光管可以用在各種車輛應用中，包括車輛內部的照明區(qū)域、車輛外部或以上兩者。例如，一些光管應用可以是基于功能性或實用性，而其他光管應用可以用于重點照明或具有美學品質。

技術實現(xiàn)要素：

根據(jù)本公開的實施例，提供一種用于可控光分布的波導。該波導可以包括從近端到遠端縱向延伸的主體。而且，主體可以包括：多個散射凸緣，在第一縱向側面上朝向近端軸向延伸，以及多個凹口，介于所述多個散射凸緣中的每個之間。

附圖說明

以下將結合附圖來描述優(yōu)選示例性實施例，其中相同的附圖標記表示相同的元件，且其中：

圖1是波導的示例性環(huán)境的前視圖；

圖2圖示了光引擎的示意圖和波導的側視圖；

圖3是圖2的一部分的放大圖，其圖示了波導的多個散射凸緣；

圖4是沿剖面線4-4截取的圖2的波導的剖面圖；

圖5是圖2中所示的散射凸緣的透視圖；

圖6是圖2的波導的局部透視的底視圖；

圖7是示出跟蹤穿過波導的光線的示圖；

圖8和圖9是圖示從圖2中所示的散射凸緣中的一個反射和散射的示意圖；

圖10是三種不同類型的波導的性能特征的二維(2d)描述；

圖11是圖8的波導中的一個的性能特征的三維(3d)描述；以及

圖12是圖8的波導中的另一個波導的性能特征的三維(3d)描述。

具體實施方式

下面描述波導(或光管或光導)。波導可以是沿著一側面具有多個切口的模制主體或擠壓主體，用來反射和/或散射穿過主體的光以在相對側面離開。更具體地，波導可以將很大一部分光或甚至大部分光向后散射或沿與其初始傳播相反的方向散射(即，朝向與連接到波導的光源向后散射)。如將在下面更詳細描述的，具有反向散射特性的波導可以被配置為照明預定的、期望的圖案或提供更均勻的照明(例如，沿著波導的長度)。

圖1示出了示例性環(huán)境。示出了車輛10的前視圖，其具有若干波導12，示出一個波導在前擋風玻璃之上，并且示出另外兩個波導，在每個側視鏡組件上有一個波導。波導可以具有數(shù)個汽車應用，例如，在車輛內部和/或車輛的外部。這些圖圖示了汽車的實施方式；然而，應當理解，實施例不限于汽車環(huán)境或汽車應用。僅舉幾個示例，例如，波導12可以用在商業(yè)和住宅建筑物或其他建筑實施方式中。本領域技術人員也將理解額外的實施方式。

圖2示出了波導組件20的示意圖；即，耦接到波導12的光引擎22。光引擎可以包括光源24和耦接到該光源的驅動器電路26，該驅動器電路26可以電耦接到電源28。驅動器電路可以包括處理器30、存儲器32或兩者，并且可以被配置為照明波導12，如下面將更詳細地解釋的。

波導12被示出具有縱向延伸的主體36(沿z軸)。主體36可以是實心的或中空的；然而，在至少一個實施方式中，波導的主體是實心的。僅舉幾個示例，主體36可以由任何合適的材料構成，包括丙烯酸、聚碳酸酯(pc)和各種透明塑料。在至少一些實施方式中，縱向側面38(定向為圖2和圖3中的底側面)可以具有用于引導光線離開相對側面42的反射涂層或反射層40。而且，在其他實施方式中，側面38不具有層40。在至少一個實施方式中，相對側面42是平坦或光滑的；例如，在一個實施方式中，側面42與z軸平行。在相對側面的其它實施方式中，側面42是凸面、凹面或具有另一合適的形狀。

波導12可以在主體36的縱向側面38上具有多個散射凸緣或反射凸緣或指狀物50。如下所述，指狀物50可以從波導主體36向外反射和/或散射光。在一些實施方式中，縱向側面38的部分52可以不具有凸緣(例如，在主體的近端54附近、在遠端56附近或在其間的其它區(qū)域處)；然而，這只是示例。

散射凸緣50可以是平坦的或彎曲的，向著近端54徑向和軸向延伸。如下所述，在一些實施例中，每個凸緣50可以具有類似的傾斜角(θ)，具有類似的線性長度(flinear)、類似的軸向長度(flength)、類似的徑向寬度(fwidth)和類似的徑向深度(fdepth)(見圖2-圖4)。在凸緣50是彎曲的實施例中，如以下將更詳細地解釋，可以在沿著彎曲面的切線處測量傾斜角(θ)。在圖3中，示出了從凸緣的徑向最內部區(qū)域58相對于z軸(或與其平行的另一個縱向軸線)的測量。如圖2所示，徑向深度(fdepth)可以是主體36的總直徑(d)的一部分。在一些實施方式中，徑向深度(fdepth)小于或等于直徑(d)的三分之一。在另一實施方式中，徑向深度(fdepth)小于或等于直徑(d)的一半。當然，這些只是示例；存在其中徑向深度超過波導的一半的其它實施例。本領域技術人員將理解，具有較大徑向深度(fdepth)的凸緣可以為波導主體36提供更大的柔韌性，而超過直徑(d)的一半的徑向深度可以使主體具有不合適的脆性。此外，凸緣的徑向深度(fdepth)是影響光分布的一個參數(shù)；因此，取決于其它因素(例如，傾斜角(θ)、波導主體36的形狀等)，可以期望具有較深或較淺的徑向深度。

散射凸緣50可以具有面向近端54的第一表面或第一側面60(例如，被示出為凸面)以及面向遠端56的第二表面或第二側面62(例如，被示出為凹面)(見圖2、圖3、圖5和圖6)。側面60、62可以由具有大致彎曲形狀(例如，具有與縱向側面38重合的頂點或頂端66)的外圍邊緣64來限定。在至少一個實施例中，彎曲形狀可以是拋物線的，并且對所有凸緣50來說是共同的。應當理解，縱向側面38(由外圍邊緣64限定)相對于拋物線實施例來示出和描述；然而，也可以使用其它合適的形狀，包括其他彎曲形狀、平面形狀或角形。

此外，在其他實施例中，第一側面60是凹面，而第二側面62是凸面。在其他實施例中，第一側面60或第二側面62中的一個具有凹形或凸形，而側面60、62中的另一個具有不同的形狀(例如，是平坦的、成角度的或具有一些其它特征)。這些僅僅是示例；其他實施方式也是可能的。

每個散射凸緣50可以通過凹口或間隙70而彼此間隔開(見圖2、圖3、圖5和圖6)。凹口70可以限定相鄰凸緣50的形狀；此外，在至少一個實施例中，凹口70從(下)縱向側面38徑向向內延伸并且遠離波導主體36的近端54軸向延伸。在上述實施方式中，每個凹口70具有類似的軸向長度(nlength)(圖3)。在一些實施方式中，凹口70的軸向長度(nlength)沿著凹口的線性長度基本上是恒定的(即，一個凸緣的側面62與相鄰凸緣的側面60均勻地間隔開，例如，不管凸緣50是直的還是彎曲的)。

也存在其它實施方式，其中限定一個凸緣的凹面60與相鄰凸緣的凸面62之間的凹口70的間隔是不均勻的間隔。無論如何，限定凹口的間隔對于特定波導實施例來說可以是均勻的或者可以不是均勻的。

波導12可以通過任何合適的工藝(例如，模塑、擠壓等)來制造。然而，根據(jù)至少一個實施方式，通過擠壓工藝來形成波導的主體36?？梢栽跀D壓后(例如，通過浸漬或噴涂主體36)采用反射層40(如果應用的話)?；蛘咴谝恍嵗?，可以使用共擠壓工藝來形成反射層40，該工藝中透明材料和反射材料二者一起被同時擠壓。因此，例如，擠壓工具的形狀可以限定縱向側面38的彎曲形狀或拋物線形狀。在波導12的主體36已經(jīng)固化或充分硬化之后，可以在縱向側面38中切割出凹口70，以形成或限定散射凸緣50的形狀并且限定它們之間的軸向長度(flength)和凹口長度(nlength)。根據(jù)一個實施例，使用激光來切割出凹口70，并且凹口的軸向長度(nlength)由激光的寬度來限定。根據(jù)另一個制造實施例，可以在模具中形成波導12，該模具具有限定凸緣50的形狀和尺寸的特征。

在波導12的一些實施例中，主體36的直徑(d)可以在25-100毫米(mm)之間；在至少一個實施例中，直徑(d)可以為大約3.0-10.0mm。在波導的一些實施例中，凸緣50的徑向深度(fdepth)可以在8.3-33mm之間；在至少一個實施例中，徑向深度(fdepth)可以是大約0.3-5.0mm。在波導的一些實施例中，凹口70的軸向長度(nlength)可以是0.1-1.0mm；在至少一個實施例中，軸向長度(nlength)為大約0.2mm。本領域技術人員將理解，使軸向長度(nlength)最小化，從而使凸緣50之間的氣隙最小化是可期望的。此外，在波導12的一些實施例中，傾斜角(θ)可以在20度和70度(°)之間。

還存在波導的其它實施例。例如，兩個或更多個散射凸緣50可以具有不同的軸向長度(flength)。換句話來描述，沿著波導12的長度，凸緣50之間的凹口70可以分布不均勻。凹口的頻率(例如，對于波導主體的給定長度)可以根據(jù)預定或期望的圖案來提供更多或更少的散射光。例如，在至少一個實施例中，沿著波導12的長度提供更均勻的光分布，其中凹口70的頻率從近端54到遠端56逐漸增加或逐步增加。或者在另一示例中，可以通過沿著波導長度使多個凹口70聚集以彼此更靠近(例如，對于長度的至少一部分出現(xiàn)更高的頻率)并且通過沿波導長度的不同部分將至少一些凹口70間隔開以彼此更遠離來提供非均勻的光分布圖案。

另一個實施例也可以通過使散射凸緣50的徑向深度(fdepth)不同來提供預定的光分布圖案或均勻性。結果，這也使凸緣的線性長度(flinear)不同。例如，可以通過從近端54到遠端56逐漸或逐步地提供更深的切口(例如，在近端54處提供較淺切口，而在遠端56處提供較深切口)同時提供相似軸向長度(flength)的散射凸緣50，即，均勻的凹口布置，來提供均勻分布。類似地，可以通過沿著波導的長度使具有通常較深切口的一些凹口70聚集以及使具有通常較淺切口的一些凹口聚集來提供具有均勻凹口分布的不均勻分布。

在一個實施例中，凹口可以彼此不同地間隔開以提供來自波導的均勻的光分布，在該波導中，單個光源(例如，24)位于近端54。該均勻分布導致在每個凸緣50處預定量的光強度的指數(shù)損失(例如，約5％)。因此在該實施例中，凹口70的間隔可以由每個連續(xù)凸緣50的軸向長度(flength)和與每個連續(xù)凹口70相關的從波導36的近端54測量的序號(n1，n2，n3，...)之間的關系來限定，其中n1＝1，n2＝2，n3＝3等。例如，如果每個凹口70從最靠近近端54的凹口開始連續(xù)編號，則序號為n1(第一凹口70)、n2(第二凹口70)、n3(第三凹口70)等。任何凸緣的軸向長度(flength)可以通過以下關系來確定：軸向長度(flength)＝e^(-n*β)，其中β是衰減系數(shù)(β)(例如，5％或0.05)。因此，例如，第四凸緣50的軸向長度(flength)將等于e^(-n4*β)。使用這種關系，可以提供具有任意數(shù)量的凸緣50和凹口70的任意長度的波導，其產(chǎn)生均勻的光分布。

當然在一些實施方式中，至少一些凸緣50的軸向長度(flength)和至少一些凸緣50的徑向深度(fdepth)可以改變以產(chǎn)生多種不同的圖案和光分布。

期望的照明圖案的示例可以包括在一些商業(yè)車輛(諸如車輛10)上所需的圖案。例如，在寬度大于80英寸的車輛上，根據(jù)政府規(guī)定，可能需要五個燈，例如，在擋風玻璃之上在車輛10的中心線附近的三個標識燈，以及在駕駛員和乘客側門附近的與所述三個燈間隔開的兩個示廓燈。在圖1中示出這種布置的示例。在五個燈之間，可能存在較小的照明區(qū)域以增加裝飾或美學品質。這種布置可以使用單個光引擎和單個波導(諸如引擎22和波導12)來實現(xiàn)。波導12的散射凸緣50可以被配置為在與政府規(guī)定的燈相對應的五個區(qū)域中充分地散射更多的光。此外，散射凸緣可以被配置使得它們之間的美學區(qū)域具有大致均勻的外觀。當然，這只是示例。其他布置也是可能的。

在其它實施例中，波導的剖面形狀可以不同。例如，圖4示出了圓形的剖面形狀；然而，包括橢圓形、蘑菇形等的其它形狀也是可能的。

在波導組件20的操作期間，動力光引擎22可以經(jīng)由光源24將光提供至波導12。光可以經(jīng)由波導主體36的近端54接收，該光初始沿遠端56的方向傳播。光線78可以從波導的內表面80或者從波導的外表面82反射(見例如圖7)。這些光線78中的一些可以離開波導(例如，穿過凸緣)，然后基于兩個介質(例如，空氣和塑料，或空氣和玻璃，只是舉幾個示例)的折射率之間的差異以改變的角度重新進入附近的凸緣50。在一個示例中，光線78可以從內表面80的與凸緣表面62重合的一部分反射出來，然后徑向向外被引導穿過(上)縱向側面42。另外，由于反射光線78離開波導側面42而發(fā)散，因此反射光線78可以在表面80處散射?；谕咕壉砻?2的傾斜角(θ)，在碰撞表面80的光線中，沿向后方向(朝向近端54)反射的光可以比沿向前方向(朝向遠端56)反射的光多。當光線78從表面80反射時，光線78的散射(或反向散射)效應可以進一步有助于大部分光線78被引向近端54。而在一些實施例中，凸緣50的彎曲度可以被配置為散射光線78以提供期望的均勻性或圖案。

圖7示出了使用光線跟蹤軟件(例如，speos^tm)建模的傳輸?shù)讲▽?2的近端54的十個光線。跟蹤光線78以證明散射凸緣50的配置導致多于50％的光線78沿向后方向(即，沿與初始傳播方向相反的方向)反射和/或散射。更具體地說，十條光線78中的六條至少部分地引向近端54，而剩余的四條光線至少部分地引向遠端56。本領域技術人員將理解，更多的光線可以穿過波導12，但是僅示出了十條光線來說明波導性能。

圖8和圖9示出了從散射凸緣50中的一個的反射和/或散射。圖8和圖9之間的主要差異是：圖8示出了凸緣50之間的凹口70是直的，而圖9示出了凸緣50之間的凹口70是彎曲的。因此，在凸緣的遠區(qū)域90與其近區(qū)域92之間，圖8(示出直的凸緣50)中的傾斜角(θ)可以是恒定的。然而，在圖9(示出彎曲的凸緣50)中，傾斜角(θ)隨著凸緣在遠區(qū)域90與近區(qū)域92之間的彎曲度而變化。即，在圖9中，傾斜角(θ)是由側面62的曲面的切線和z軸形成的角度。在圖8和圖9中，光線被示出為從凸緣50的內表面80反射并最終(在縱向側面42處)從波導主體36向外引導。

圖8和圖9還示出了若干角度：角度a(包括角度a1和a2)，角度b和出射角psi(ψ)以及上述傾斜角(θ)。出射角psi(ψ)是相對于縱向側面42的法線測量的角度，根據(jù)一個實施例，角psi(ψ)或角psi(ψ)的范圍可以基于傾斜角θ的值來選擇。即，ψ＝sin^-1[x*sin(90-2*θ)]，其中x是與波導12的主體36相關的折射率，且空氣是第二介質(并且其中，ψ、θ和90的單位是“度”)。角度a和角度b可以基于傾斜角(θ)的值來計算；即，角度a＝a1+a2，其中a1＝a2＝(90-θ)，且角度b＝(90-2*θ)。因此，可以通過確定傾斜角(θ)的值來確定psi(ψ)的值的期望范圍，其中所述期望范圍將與來自縱向側面42的期望的光的傳播或光的分布一致。

從圖9可以看出，兩個光線被示出為從內表面80反射并且離開主體36，一個光線在凸緣50的遠區(qū)域90內，而另一個在凸緣的近區(qū)域92處。將觀察到，不同的θ值導致光線相對于光源向前或向后發(fā)射。還將觀察到，在至少一個實施例中，通過控制側面(例如，60、62)的彎曲度，大部分光線可以被更多地沿向后方向引導。當凸緣50的彎曲度接近拋物線(如圖2、圖3和圖9所示)時，尤其如此。

此外，應當理解，從內表面80反射、離開主體36的光也可以發(fā)散或散射。這種散射效應的貢獻可以進一步有助于大部分光被沿向后方向引導。

圖10-圖12示出了本文所描述的波導12的一個實施例的性能。圖10示出使用測試裝置波導#1、波導#2和波導#3制成的性能比較圖表。獨立軸線表示在波導12中傳播的光的反射和/或散射的方向性(例如，沿向后方向和向前方向)(即，橫跨-50°到+50°，其中0°縱向側面42的方向法線)。從屬軸線表示照度(lux)的相對強度或大小。波導#1是在主體36的(下)縱向側面38上具有粗糙表面或不平坦表面以散射光的波導；這個粗糙表面不包括凸緣。波導#2具有如上所述的平坦或直的凸緣50。波導#3具有彎曲的凸緣50(例如，具有如上所述的凸側面60和凹側面62)。根據(jù)圖表數(shù)據(jù)，相對而言，波導#1在向后方向上沒有明顯的散射；此外，在向前方向和向后方向上的散射明顯小于波導#2和波導#3的散射。波導#2在兩個峰值處表現(xiàn)出顯著的散射：在大約-16°(向后方向)處和在大約+12°(向前方向)處。波導#3在大約-5°處在向后方向上達到峰值，其具有三個測試裝置的最大峰值。

圖11和圖12示出了圖10所示主題的一些相同的主題。然而，在圖11和圖12中，數(shù)據(jù)以三維(3-d)格式(以坎德拉(cd)測量的相對大小，例如，0-1cd、1-2cd、...、5-6cd)呈現(xiàn)。因此，圖11示出了如上所述的在-16°和+12°處的兩個峰值。而圖12示出了在大約-5°處的單個峰值。

因此，圖10-圖12示出了使用具有凸緣50的波導的向后反射和/或散射。此外，諸如在圖2、圖3和圖6中所示的彎曲凸緣在向后方向上提供最大照度。

因此，已經(jīng)描述了可耦接到光引擎的波導。波導在一個縱向側面上具有多個凸緣，這些凸緣可以是平坦的或彎曲的。此外，凸緣的尺寸和方向可以被適當?shù)嘏渲脼檠叵蚝蠓较?即，沿與其初始傳播相反的方向)反射和/或散射由光引擎發(fā)射到波導中的大量光。凸緣可以被預配置成提供均勻光分布的區(qū)域或任何合適的光分布圖案。

應當理解，前述內容是對本發(fā)明的一個或更多個優(yōu)選示例性實施例的描述。本發(fā)明不限于本文公開的特定實施例，而是僅由所附權利要求來限定。此外，上述描述中包含的陳述涉及特定實施例，但不應被解釋為對本發(fā)明的范圍或權利要求中使用的術語的定義的限制，除了術語或短語在上面被明確定義。各種其它實施例和所公開的實施例的各種變化和修改對于本領域技術人員將是明顯的。所有這些其他實施例、變化和修改旨在落入所附權利要求的范圍內。

如本說明書和權利要求書中所使用的，當與一個或更多個組件或其他項的列表結合使用時，術語“例如”、“舉例來說”、“諸如”和“如”以及動詞“包括”、“具有”、“包含”以及它們其他動詞形式各自要解釋成開放式的，這意味著該列表不被視為排除其他、附加組件或項。其它術語應使用其最廣泛的合理含義來解釋，除非在需要不同解釋的環(huán)境中使用它們。