CN101516676B - 一种汽车车灯、一种调节汽车车灯的方法和一种具有汽车车灯的汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于例如汽车头灯的具有可调节光束截止的灯。该灯包括固态光源(1)和反射器(2)、以及可移动的限束器(3)。为了调节所述截止，可以由致动器(4)移动光束限位器(3)。优点是：限束器(3)将入射光反射到所发射的光束中而不是吸收它，这提高了效率。而且，因为反射器(2)以及限束器(3)可以被定位在非常靠近可以是LED或激光二极管的光源的地方，所以它们可以是平坦的和很小的。这两种情况确保了可以非常快地调节所述光束截止。

Description

一种汽车车灯、一种调节汽车车灯的方法和一种具有汽车车灯的汽车
技术领域
本发明在第一方面中涉及一种汽车车灯，在第二方面中涉及一种调节这种汽车车灯的方法，以及在第三方面中涉及一种具有这种汽车车灯的汽车。
具体地，本发明在第一方面中涉及一种汽车车灯，其包括固态光源、相对于光源被可操作地定位以形成从光源发出的光束的准直反射器、可操作来在至少一个方向上限制光束的立体角的可调节限束器、用于调节限束器的致动器、以及被定位在光束的路径中的投影透镜。
背景技术
文献US4,985,816公开了一种在反射器中具有灯泡的汽车头灯，两个LCD矩阵定位在所述反射器中并且所述反射器被透镜终止。LCD矩阵被用作遮蔽设备，因为它们是可控的以吸收由头灯发射的所希望的部分光束。而且，所述头灯可以包括具有相似功能的可旋转的遮蔽构件。
所述公知的汽车车灯的缺点在于，它具有有限的和可变的效率，因为所述光的变化的、但相对较大的部分被遮蔽构件吸收。
在不久的将来，将实现使用对于不同条件具有不同设置的头灯的汽车照明(通常被称为“自适应前照明系统”或AFS)。请注意，通常和特别对于AFS来说，存在关于汽车车灯的光束和其他属性的规则。根据当前可用的技术，只可能利用多个反射器/灯的组合和可旋转的灯-反射器组合来创建这些不同的设置。显然，这样即昂贵又笨重。
DE-102004051485-A1公开了一个现有的自适应汽车头灯的例子。所述头灯包括具有两个相互垂直反射器的光源。一个反射器将光源发出的光发射向可移动反射镜。该反射镜将所述光以可调整方向发射向一透镜。另一个反射器将所述光发射向一转动透镜。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种前文所提及的类型的具有改进效率的汽车车灯。
本发明的另一个目的是提供一种具有符合AFS规则的改进功能的汽车车灯。
利用根据本发明的某些实施例的汽车车灯可以实现上述目的中的至少一个，该汽车车灯包括固态光源、相对于光源被可操作地定位以形成从光源发出的光束的准直反射器、可操作来在至少一个方向上限制光束的立体角的可调节限束器、用于调节所述限束器的致动器、以及定位在光束的路径中的投影透镜，其中所述可调节限束器包括相对于准直反射器可移动并被定位以将来自光源的光反射到朝着投影透镜的光束的可移动反射器。
通过提供用于将所希望的光束立体角之外的光束部分反射回所述光束的限束器，提高了整体效率并且至少在较高程度上保持不变。请注意，可以这样定位投影透镜：使得准直器的出射窗在道路上被成像，并且这样定位限束器：使得可以在道路上操控远光束截止。
在实施例中，可以将限束器固定在至少两个位置。该实施例在例如汽车头灯中是有利的，其中优选地存在多于一个的光束形状。例如，这种多功能头灯的众所周知的实例是具有“大灯”和“近光灯”功能的头灯。这种多功能对于其他汽车车灯也是可以设想的，比如具有“普通”和“雾灯”功能的尾灯。
特别地，可以将限束器固定在至少三个位置。这进一步改进了汽车车灯的适用性，并且提供了汽车上更紧凑照明(即需要更少的灯)的可能性。例如，可以通过为固定限束器提供三个合适的位置而在一个灯中包括“大灯”、“近光灯”和“雾灯”的功能。使用具有不同设置的头灯的汽车照明通常被称作“自适应前照明系统”或AFS。
请注意，通常和特别对于AFS来说，存在关于汽车车灯的光束和其他属性的规则。如果需要，技术人员将会容易地在这些规则的框架内应用本发明。
在特定实施例中，所述限束器可被连续地调节。例如这在以非平衡方式对汽车进行加载的情形中可能是有利的。通常，这可能导致各光束的方向不重合。然而，现在可以通过限制光束来校正这种不重合，特别是在方向上，即可能导致其他交通工具感到耀眼或者另外地在所述规则之外的部分立体角。
特别地，所述固态光源包括至少一个LED或激光二极管。特别地，这些固态光源提供了相对较强的光和小发射表面的可能性，但是特别地还提供下面的可能性：提供非常接近发射表面(即实际光源)的准直反射器。在其他光源(比如灯丝或放电灯，其或多或少将准直反射器限制于椭圆形或抛物线形反射器)中，这是不可能的。下面将进一步阐明这种差别的后果。
在实施例中，所述至少一个LED包括LED或LED组，其可被操作以发射白光。在大多数国家，要求发射白光作为主要的汽车照明，虽然存在例外，比如黄色主照明。当然，对于本发明以及其他固态光源(比如激光二极管)的适当组合来说，这些其他颜色也是可能的。
在上述小固态光源(其中准直反射器实际靠近并优选邻近光发射表面进行定位)的情况下，所述准直反射器和限束器都不需要具有清楚的椭圆形或抛物线形的形状以将所发射的光校准为有用的光束。特别地，所述固态光源包括至少两个光源，其将不同的光束发射到不同的立体角，并且所述限束器基本上是平坦的。即使对于这种最简单的可能形状，限束器也会很好地执行其功能。请注意，如果使用多个不同的光源，则所希望的光束形状(即在道路表面上具有相对较低的截止和在道路边上具有更远的光束)可以通过平坦的限束器实现。这些光源可以相对于限束器而被置于这样的位置：以便获得所希望的光束。在这种情况下，每一个独立光源(或模块)的部分出射束可以方便地被制成窄的或宽的。
可替代地，所述固态光源包括一个或多个光源，特别是基本上发射到相同立体角的至少一个LED模块，并且所述限束器具有基本上为光束的期望光束截止的镜像的截面形状。在这种情况下，使用单个光源(或模块)并且相应地调整限束器的形状。这是比较简单的并且因此是优选的，但却要求具有更高亮度的光源。在这种情况下，获取所希望光束的一个非常简单的方法是利用具有包括两个基本上平坦的平面的形状的限束器，所述平坦的平面沿着向前扩展的基本上水平的线而被连接，其中一个平面基本上水平而另一个平面形成了向下的角度。因为这两个平坦的平面，在本申请的上下文中该限束器仍然被称作“平坦的”。仍然不排除其他形状，比如曲面。
平坦的限束器的巨大优势在于，准直反射器作为整体的校准属性(即包括限束器)不太受移动限束器的影响。反之，在准直反射器和限束器是抛物线形或椭圆形的情况下(比如灯丝或放电灯的灯泡)，移动限束器或准直器中的任意其他部分通常会降低其光束成形质量，这依赖于设计。然而，如果该效率损失是可接受的，本发明的其他优点(比如快速调节灯)仍然可以用非平坦部分获得。
在实施例中，限束器可以围绕在光源附近(优选地与之相邻)出现的轴而倾斜，并且其中所述轴优选地处于与光源最接近(并且优选地与光源相邻)的限束器的末端。特别是在(但不限于)平坦限束器的情况下，可以将限束器方便地实施为可绕轴旋转，特别地如上所述。可替代地或另外，不排除移动限束器的其他方式(比如简单移动位置)，虽然比如对于近光灯，当限制(立体)角度时旋转是有利的。
在实施例中，限束器构成了准直反射器的一部分。特别地，限束器是准直反射器的外壁部分。由于限束器反射射线，所以对于准直反射器不需要在限束器的反射表面的另一侧上延伸。然而，限束器也可以是准直反射器内的分离的部分。在这两种情况下，有利的是，将限束器置于极限(立体)角的位置，从而使得限束器确实将光束限制在所需的方向上。
在实施例中，准直反射器包括四个片段，特别地为四个基本上平坦的平面。如已经提到的，可以作为限束器的下部片段可以由(至少)两个平坦平面(它们相对于彼此形成角度)组成。在所有情况下，总的准直反射器或多或少变成锥形。该实施例方便地利用了下面的情形：所述片段不需要是椭球面或抛物面，但可以或多或少地平坦，乃至基本平坦。这极大地降低了生产强度，并且提供了在两个垂直的方向上调整光束形状的可能性。然而，上部和下部片段可以是弯曲的。上部可以例如在两个方向上是弯曲的。下部优选地只在一个方向上是弯曲的以在光束中形成直线的截止。
在特定实施例中，根据本发明的汽车车灯进一步包括用于控制致动器的致动器控制器。虽然这种致动器控制器不是绝对必需的，但提供这种控制器使得操作所述汽车车灯更舒适，特别是如果致动器控制器是远程可控的。致动器控制器可以耦合到例如仪表板等上的开关。
在有利实施例中，致动器控制器可操作地连接到能够检测倾斜的传感器和能够检测垂直加速度的传感器中的至少一个传感器。这提供了响应于例如其上安装了灯的汽车的位置或轨道的测量偏差来校准光束的可能性。这种偏差可以例如由在路中的凸点、速度匝道等造成，或由汽车的加速或减速造成。通过测量相关联的倾斜和/或垂直加速度，致动器可以校正由此造成的任何不重合。
在这一点上，请注意，本发明的主要优点之一是，其制定了使用小的、可移动的反射器部分(即限束器)的步骤。这种限束器可以与小的固态光源一起使用，并且表现出巨大的优势：使得将被调节的部分的尺寸最小化变得可能。这又提供了提高调节速度和增加通用性的可能性。如果不是对本发明的所有实施例有效，这对于大多数实施例也是有效的。相反地，在公知的可调节头灯中，所有的准直反射器乃至完整的头灯被调节，这要进行更大量的调节，其必定会更慢。
在实施例中，致动器包括步进电机，限束器可操作地连接到该步进机。不需要复杂的致动器，特别是对于其中限束器可以被固定到至多两个位置的实施例。对于这样的实施例，具有复位机构的简单弹簧就足够了。然而，在可以被固定到三个或更多位置的情况下，具有反馈的致动器(如果不是所需的)是更优选的。这种致动器不限于步进电机，并且还可以包括压电设备、洛伦兹(Lorenz)致动器等等。然而，步进电机具有以下优点：它不需要(外部)反馈来调节限束器。仅仅对从已知的开始位置的步进数目进行计数就足以知道确切的位置。在实践中，步进电机可以直接耦合到限束器，或经传送、或有利地通过可被步进电机旋转的主轴(spindle)而耦合到限束器。通过旋转步进电机，主轴上的螺母被例如水平地移位，并且随后可能造成限束器的转动或旋转。其他用于利用步进电机移动限束器的合适的耦合机构或一些其他的方便的致动器可以容易地被技术人员设想出来。
在有利实施例中，汽车车灯进一步包括水平的光束调节器。请注意，到目前为止在本文中术语“垂直”与汽车车灯的使用中的垂直感测相关。而且为在所述垂直的方向上进行调节，有利的是能够在垂直方向上调节汽车车灯，比如对于雾灯的功能性，这通常不仅需要低光束，还需要更宽的光束。AFS规则也规定在某些情况下光束加宽。为了实现这种功能，可以例如在汽车车灯中提供附加的限束器。在第一位置(比如普通位置)，可以这样定位该附加限束器：使得它实际上将水平方向上的光束限制为所要求的“窄”光束，而在第二位置，这样移动所述限束器：使得它限制很少，并且从而光束被加宽。
在另一个实施例中，水平光束调节器包括准直反射器的至少一个(并且优选地为两个)垂直片段。优选地，该实施例涉及其中准直反射器包括平坦的或基本平坦的可移动片段的汽车车灯。这些是可旋转的等等，从而调节水平光束的宽度。然而，请注意在该实施例中，并且特别是如果其与垂直方向上的光束结合，可能通过在可移动片段与邻近片段之间的空隙产生光泄漏。
特别地，水平光束调节器包括可控光学设备，其可被操作以可调节地调节基本水平方向上的光束。这种光学设备(优选地为分离的设备)提供非常快和非常好的可控设备。
优选地，该光束设备是电润湿元件或各向异性液晶设备之一。电润湿元件利用这样的现象：其中在两种液体之间的弯月面可以通过将电压施加到包括所述液体的表面上来调节。特别地，所述表面的润湿性受到变化的弯月面(这意味着光学属性，特别是可调节的透镜光学能力，发生变化)的影响。通过(优选地在平行且交替的正负电极之间)提供一个或多个电压，可以提供一个或多个可调节柱透镜，通过所述柱透镜可以调节光束的宽度。这可以非常迅速地且高精度地进行。作为可替代方案，各向异性液晶设备提供相同的功能，且具有相似的电极布置和相似的电压。这些导致液晶材料的折射系数的变化，因此这可以影响其光学能力。这样，可以提供相似的可调节柱透镜，以用于类似地快速的和容易控制的光束的加宽。
优选地，所述光束设备(并且特别是各向异性液晶设备)位于所述投影透镜的面对远离光源的一侧上。这确保了将校准的光提供给所述光学设备的可能性，从而确保了最佳效率，以控制光学属性和能量效率，因为对于每一个光束宽度，光束保持相等的宽度。请注意，在现有技术的文献US4,985,816中，液晶矩阵位于透镜之前。电润湿设备对光束的准直度不太敏感，并且因此也可以被置于功能较少降低的投影透镜之前。
在实施例中，可以可调节地定位准直反射器，优选地可以连续地可调节地定位准直反射器。如前所述，虽然有利的是限束器是小的和可快速调节的，但是如果完整的准直反射器是可调节的(例如为了校准汽车的不平衡的负载等等)，它仍然是优选的。对于这种变化通常仅仅需要在每次使用期间校准一次。
在第二方面，本发明涉及一种调节根据本发明的汽车车灯中的准直反射器的方法，其中致动器包括步进电机、被可操作地连接到步进电机的限束器，所述方法包括下列步骤：操纵光源以发射光束；确定来自所发射光束和基准的偏差；以及通过操作致动器来调节准直反射器，直到所述偏差低于预先确定的极限。该方法使用了其中提供连接到主轴和可旋转轴等等的步进电机的实施例。特别地，所述步进电机被可操作地连接到准直反射器，因为总的光束属性期望由本方法影响。在生产汽车车灯期间，该方法例如作为质量控制步骤是有利的，其中所述灯被调节到符合制造商的规格。
在第三方面，本发明还提供设有至少一个根据本发明的汽车车灯的汽车。具有这样的车灯的汽车(和当然特别地具有至少两个头灯的汽车)将具有已经描述的优点，这涉及光束位置的调节速度，同时本发明可能具有的紧凑的结构提供更高的设计自由度。
附图说明
图1在截面图中非常概略地示出根据本发明的汽车车灯；以及
图2在垂直侧视图中概略地示出一种根据本发明的方法和灯。
具体实施方式
图中示出的和下面描述的实施例仅仅是给定用于帮助理解本发明的实例，并且不应当被解释为以任何方式限制本发明。
图1在截面图中非常概略地示出根据本发明的汽车车灯。图1没有按比例绘制。
汽车车灯包括光源1、准直反射器2、限束器3、致动器4、投影透镜5和可选的液晶(LC)光学设备6。
光源1包括白光LED组合，虽然任何其他颜色的LED或例如激光二极管也是可能的。这里使用的固态光源的发光表面可以制作的非常小(例如仅仅几mm2)并且可以设有或不设有小LED透镜。
这里仅仅示出了准直反射器2的一部分或片段，该准直反射器2可以被看作位于非常接近于光源的地方。因此其形状可以包括平坦平面；在该情况下，具有上片段以及联合操作的限束器3。两个垂直的部分在该图中没有示出，但是用于形成基本上围绕光源的发光表面的反射表面。请注意，所述垂直的片段之一或二者也可以被制作为可移动的，从而改变光束的水平扩展。可以提供相似的致动器。于是如果限束器3是在另外的完整圆周的准直反射器2内的分离部分，则优选来阻止光泄漏。换句话说，在限束器3下面存在另一个底部水平片段(未示出)。这是构造的简化形式，因为它允许了更多的生产工艺用于准直反射器。然而，请注意，应当小心：光没有照射在所述截止上方的道路上，从而更好地限定光束、和/或符合规则。如果在限束器反射镜下面存在反射镜通常会使得在所述截止上方存在光，这不是想要的。因此在限束器周围朝向底部“反射镜”的光泄漏应当被避免，比如通过紧密地安装配件或通过将底部“反射镜”的内部变黑来避免。将会明显的是，从射束的光学观点来看，没有底部反射镜但具有限束器的准直镜将是优选的。
在图1中，限束器3是可由致动器4驱动的可移动的反射器元件，其又可以被致动器控制器(这里未示出)来控制。致动器4可以在箭头A的方向上延伸，这使得限束器3以某个角度(被示为Δx)旋转。在图1中在两个位置示出了限束器3，一个以实线示出而一个以虚线示出。这些位置可以是分别对于例如近光灯和大灯的固定位置，  或者可以是在连续的范围中的位置。
还分别用双箭头和单箭头绘制了光束对于两个位置中每个位置的限制射线。在通过投影透镜5(其具有焦距f)之后，Δx的旋转对应于从透镜5出射的光束的角度Δα的变化。在实际的实例中，Δα＝0.5°且f＝40mm。根据基础数学，这给出了Δx＝0.35mm。当然，不同的角度和透镜给出不同的移位，但是在大多数情况下下面的线将使得该位移Δx非常小。还要注意，在相似的实际情况中，准直反射器2和/或限束器3的尺寸也非常小，比如分别为5-10mm深且大约5×6mm，但是不排除其他尺寸。由于这种小尺寸以及由此而来的小质量还有小位移，可以高速地实施调节。
为了执行所述调节，提供了致动器4，比如压电设备或优选地为步进电机。下面将阐明该问题。
在每个具有可转换光束加宽属性的情况中，可选的LC(液晶)光学设备6也可以是例如电润湿设备。这种设备的巨大的优点是，可以将光束的加宽限制在一个方向，特别是水平方向，而垂直方向不受(或只在很有限的程度上受)它的影响。两个光束设备通过提供可被“打开”和“关闭”的液体柱透镜而工作。光学设备6位于透镜5的后面，即对于最优光学性能具有最优的光束准直。
图2在侧视图中概略地示出一种根据本发明的方法和灯。相似的部件用相同的附图标号表示。因此，该灯包括LED 1和反射器2。用于调节该灯的致动器组件包括例如步进电机9、心轴10、底板11、致动器杆12以及致动器头13。
底板11用来使得心轴10和步进电机9相对于彼此保持在适当的位置。步进电机能够在箭头B的方向上旋转，这使得致动杆12在箭头C的方向上沿着心轴10移动。这又使得致动器头13沿着反射器2移动，从而使得后者在箭头D的方向上旋转或倾斜。
操作上面的灯可以服务于各种对象。例如，当设置所述灯的标准规格(即相对于LED 1的反射器2)从而使得水平光束从灯中射出时，所述灯可以安装在测试装置中并被点亮。可以检测发射的光束，并且如果需要校准，则可以操作步进电机从而校准发射的光束的方向。这可以在生产上帮助说明并校准LED 1和反射器2的属性的扩展。相对于LED准确定位反射器2是有利的。请注意，这可以用于根据本发明的汽车车灯中，还可以在例如工厂中作为单独的测试而设置。在这里，LED和反射器的组合可以被装配(临时地或永久地)并且如上面所述地安装在包括部件9到13的测试装置中。可以实施本发明的方法，并且可以设置LED-反射器的组合。
可替代地，所述方法和相应的灯可以用在例如汽车中，其中例如由于汽车非平衡的负载而需要对光束方向进行校准。在这样的情况下，驱动器可以操作步进电机，直到光束方向满足他的要求。可替代地，根据本发明的实施例，可以提供传感器(未示出)以用于测量倾斜和/或垂直加速度，其作为对与光束水平方向的偏差的测量。通过可操作地将步进电机耦合到传感器，主要光束的自动校准变得可能。
可替代地，对于所发射光束的上部，也可以通过让图2的致动器组件不在整个反射器2上工作而只在底部反射器上工作(比如图1中所示的)，来实施这样的设置或自动校准。在这种情况下，上部光束截止被设置，而非全部光束方向。
所示出的和描述的实施例是本发明的非限制性实例，而本发明的全部范围通过所附权利要求确定。

Claims (25)

1.一种汽车车灯，包括：
-固态光源(1)；
-准直反射器(2)；其相对于光源(1)可操作地进行定位以形成从光源(1)发出的光束；
-可调节的限束器(3)，其可操作来将光束的立体角限制在至少一个方向上；
-致动器，其用于调节所述限束器(3)；
其中所述可调节的限束器(3)包括可移动反射器，其可相对于准直反射器(2)移动并被定位以将来自光源(1)的光反射到所述光束中；和
-水平光束调节器，其包括可控光学设备(6)，所述可控光学设备可操作来基本在水平方向上可调节地调节所述光束，并且所述可控光学设备具有可调节的透镜光学能力。
2.权利要求1的汽车车灯，其中所述可控光学设备提供一个或多个可调节柱透镜。
3.权利要求1的汽车车灯，其中所述可控光学设备包括电润湿元件和/或各向异性液晶设备。
4.权利要求1的汽车车灯，其中限束器(3)可以被固定在至少两个位置上。
5.权利要求1的汽车车灯，其中限束器(3)可以被固定在至少三个位置上。
6.权利要求1的汽车车灯，其中限束器(3)是可连续调节的。
7.前述权利要求中任意一项的汽车车灯，其中固态光源(1)包括至少一个LED或激光二极管。
8.权利要求7的汽车车灯，其中所述至少一个LED包括可操作来发射白光的LED或LED组。
9.权利要求7的汽车车灯，其中固态光源(1)包括至少两个光源，其将不同的光束发射到不同的立体角，并且其中限束器(3)基本上是平坦的。
10.权利要求7的汽车车灯，其中固态光源(1)包括一个或多个光源，其基本上发射到相同的立体角，并且其中限束器(3)具有基本上为所述光束的期望光束截止的镜像的截面形状。
11.前述权利要求1-6中任意一项的汽车车灯，其中限束器(3)可以围绕位于光源(1)附近的轴而倾斜。
12.前述权利要求1-6中任意一项的汽车车灯，其中限束器(3)构成准直反射器(2)的一部分。
13.前述权利要求1-6中任意一项的汽车车灯，其中准直反射器(2)包括四个片段。
14.前述权利要求1-6中任意一项的汽车车灯，进一步包括用于控制致动器(4；9-13)的致动器控制器。
15.权利要求14的汽车车灯，其中所述致动器控制器可操作地连接到能够检测倾斜的传感器和能够检测垂直加速度的传感器中的至少一个传感器。
16.前述权利要求1-6中任意一项的汽车车灯，其中致动器包括步进电机(9)，限束器(3)可操作地连接到所述步进电机(9)。
17.权利要求1的汽车车灯，其中所述水平光束调节器包括准直反射器(2)的至少一个垂直片段。
18.前述权利要求1-6中任意一项的汽车车灯，其中准直反射器(2)能够被可调节地定位。
19.权利要求10的汽车车灯，其中所述一个或多个光源是至少一个LED模块。
20.权利要求11的汽车车灯，其中所述轴被定位为与光源(1)相邻，并且其中所述轴处于最接近于光源(1)的并且相邻所述光源(1)的限束器(3)的末端。
21.权利要求13的汽车车灯，其中所述四个片段是四个基本平坦的平面。
22.权利要求17的汽车车灯，其中所述水平光束调节器包括准直反射器(2)的两个垂直片段。
23.权利要求18的汽车车灯，其中准直反射器(2)能够被可调节地连续定位。
24.一种调节根据权利要求13-18和权利要求21-23中任意一项的汽车车灯中的准直反射器(2)的方法，其中致动器包括步进电机(9)，限束器(3)可操作地连接到该步进电机(9)，所述方法包括以下步骤：
-操作光源(1)以发射光束；
-确定所发射的光束和基准的偏差；以及
-通过操作致动器(9)来调节准直反射器(2)，直到所述偏差低于预先确定的极限；以及
调节水平光束调节器的可控光学设备(6)从而基本在水平方向上调节所述光束，所述可控光学设备具有可调节的透镜光学能力。
25.一种设有至少一个根据权利要求1-23中任意一项的汽车车灯的汽车。
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