CN101581425A - 集成式三模式前灯 - Google Patents

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CN101581425A CNA2009101330633A CN200910133063A CN101581425A CN 101581425 A CN101581425 A CN 101581425A CN A2009101330633 A CNA2009101330633 A CN A2009101330633A CN 200910133063 A CN200910133063 A CN 200910133063A CN 101581425 A CN101581425 A CN 101581425A
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C·霍尔瓦斯
T·潘伊克
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Abstract

本发明涉及集成式三模式前灯。提供用于三种不同发光功能的高强度放电灯汽车前灯系统(100)。前灯系统是提供近光、远光和白天行驶灯(DRL)功能的单个单元。两个光学部件用于容易而有效地在不同工作模式之间进行切换。第一光学部件是选择性地阻挡光束输出的一部分的光闸(158)。第二，单个透镜(200)或透镜部分(180，182)可以在光束路径内移动或移动到光束路径中以改变发散性。

Description

集成式三模式前灯
技术领域
[0001]本发明涉及车辆前灯系统，且更具体地涉及采用高强度放电灯的前灯系统，其中三种不同的发光功能或模式集成到单个组件中。本发明的选择方面可以应用于有关前灯装置中且可应用于前灯领域之外。
背景技术
[0002]放电车辆光源是本领域公知的且通常称为氙灯。由于较高的发光强度、较高的亮度、以及由于放电灯的非常高的效率而引起的较低功率消耗这些有益效果，这些放电光源日益渗透到车辆发光市场中。
[0003]氙灯的一个不利方面与发光系统的高成本有关。作为发光系统，根据本发明的发光系统包括灯、前灯单元(反射体、透镜等)、以及灯的驱动电子元件。与放电光源有关的增加的成本限制了这种类型的灯应用于中等价格和廉价车辆级别中。在某种程度上，有效的放电前灯组件必须能够用单个单元执行多项任务或以多个模式工作。一些方案在近光和远光应用或功能之间提供分开的光源。更近以来，所谓的双氙前灯单元通过应用单个氙灯系统并机械地切换前灯系统结构以便发生从无闭束(cut-off free)的远光工作模式到闭束式(beamcut-off)近光工作模式的变化，从而执行近光和远光功能。
[0004]美国专利No.7,029,155教导了一种机动车辆前灯，该前灯允许用单个结构获得至少两个功能，即白天行驶灯(DRL)功能/模式和红外光束功能/模式。具体地，反射体从高强度放电光源接收光并将光以光束引导，其中滤光器选择性地设置在光路或光束中。滤光器确保充分高的光束吸收和传播。因而，前灯组件在没有滤光器的情况下以第一模式工作，然后在滤光器位于光路中时以第二模式工作。在第三工作模式中，红外滤光器选择性地置于光路中，以便仅仅传送红外光束。
[0005]在其它情况下，分开的白炽光源用于提供远光操作，而高强度放电操作提供近光操作。可选地，白炽光源被提出作为辅助光源且位于前灯单元内部或外部以执行DRL工作模式。应当理解的是，使用分开的白炽光源，不管是包含在前灯组件内还是在前灯组件外部，都给发光系统增加了附加成本。该附加光源也限制了前灯的几何形状和设计，增加了前灯布线成本，限制了设计自由度。因而，虽然双氙放电前灯系统可以提供在远光和近光工作模式之间的单个前灯系统的方案的一部分，但是放电灯，尤其是高强度放电灯，如汽车氙灯，难于降低亮度(dim)。功率水平降低至低于百分之六十到七十(60-70％)可能潜在地在大大低于设计值的功率水平时灭弧。此外，在需要更少的光时降低亮度至DRL工作模式进一步加重在前灯中产生低光强度的设计问题，该光强度对于DRL工作模式来说仍足够强以便能由迎面而来的车驾驶员以需要的安全水平发觉，而同时使用相同的前灯系统来实现近光和远光工作模式。
[0006]因而，需要一种以有效、高效和成本较低的方式来满足这些需要和其它需要的能降低亮度的三模式前灯系统。
发明内容
[0007]一种能降低亮度的三模式前灯组件使用由可调整镇流器/点火器单元驱动的能降低亮度的放电光源。光投射单元包括修正近光应用的光分布的第一光学部件、和在降低亮度的同时修正DRL应用的光分布的第二光学部件。
[0008]所述前灯发光系统包括放电光源、将来自于光源的光作为光束向外引导的反射体、能相对于反射体移动以在近光和远光模式之间切换的光闸、和能在第一和第二位置之间移动以在近光/远光模式和白天行驶灯(DRL)模式之间改变光束的发散性的装置。
[0009]所述前灯系统还包括在以DRL模式使用时用于选择性地降低放电光源的亮度的装置。
[0010]所述系统包括光闸，所述光闸在处于近光模式时选择性地阻挡所述光束的至少一部分。
[0011]所述前灯系统具有光闸，所述光闸被安装用于在近光和远光模式之间选择性地转动。
[0012]在可选实施例中，光闸选择性地滑动以提供近光和远光模式。
[0013]光束发散性改变装置优选地包括透镜或用于使光源或反射体镜大体上以轴向方向移动的致动器。所述透镜可以被安装用于在近光/远光模式和DRL模式之间选择性地转动，或在近光/远光模式和DRL模式之间选择性地滑动。
[0014]在其它实施例中，所述透镜在径向方向具有不同的透光度。
[0015]所述透镜可以包括涂层，所述涂层厚度在径向方向不同。
[0016]一种用单个前灯组件提供近光、远光和DRL功能的方法，所述前灯组件包括放电光源，所述方法包括选择性地阻挡所述光束的一部分以在远光和近光功能之间切换。也提供在近光/远光模式和DRL模式之间选择性地改变光束的发散性。
[0017]选择性地降低放电光源的亮度也有助于DRL模式。
[0018]本发明的主要益处在于提供以三个独立模式(即远光、近光和DRL)有效地工作的单个前灯系统。
[0019]另一益处在于所述系统易于在这些功能之间进行切换。
[0020]另一益处导致降低的制造成本。
[0021]又一益处在于前灯的减少的空间需求。
[0022]又一益处在于，由于放电光源必须能够承受启动时的高热冲击，因此实现光源的较长寿命。即，放电光源用于所有三种模式中，且在切换到DRL模式并然后切换到高功率工作模式时，所述高功率工作模式能够更快地且以较低的热冲击有效地实现。
[0023]本发明的其它益处和效果在阅读和理解以下详细说明之后变得显而易见。
附图说明
[0024]图1是前灯系统的第一优选实施例的透视图。
[0025]图2是与图1类似、但是采用以相反方向转动的透镜部分的视图。
[0026]图3是又一实施例的透视图，其中，光闸被转动且透镜选择性地滑动到位。
[0027]图4是带有可选择性地转动的光闸和可轴向移动的透镜的第四优选实施例的正视图。
[0028]图5是与高强度放电灯有关的灯功率相对于流明的图示。
具体实施方式
[0029]图1示出了包括壳体102的前灯组件100，壳体102封装光源，优选为高强度电弧放电光源104。电弧放电光源可以是适于车辆照明应用的任何常规电弧放电光源，或可以是在已授权专利EP1177939B1；US5,769,525；和EP0816749B1中描述的双氙前灯系统中公开的HID光源类型，这些专利的细节在此作为参考引入。透光外壳(如石英外壳)封装填料，填料通过在相对地隔开的电极之间施加电势而被选择性地激励，以产生电弧。如图1所示，在优选实施例中，电极大体上沿与壳体(更具体地反射体表面106)的纵轴线一致的纵轴线对齐。然而，在一些具体的灯设计中，电极或电弧方向的这种设置可能不同。反射体表面通常是转动表面，例如抛物面、椭圆面或其它球状表面，反射体表面可以或可以不扭转以变成非转动对称的，或者可以或可以不由所示平面108截取。反射体接收从光源104发出的光，并将所接收的光以希望方向向外引导并形成光束。例如重要的是光不包括朝迎面而来的驾驶员引导的眩光，且具体的光束图案也通常由现有规定确定。
[0030]应当理解，对于车辆照明的当前高强度放电光源，光源对于近光和远光工作提供2700和3600之间的流明。光源自身的输出在这两种工作模式之间并不改变。相反，在此表示为光闸120的不透光光闸用来控制系统的光输出。光闸安装到壳体，以围绕轴线122选择性地转动，且在以参考箭头124表示的方向完全向上转动时将覆盖壳体中的开口126的大致下半部。借助于这样设置到位的光闸，来自放电光源的光的大致一半被有效地阻挡而不能离开壳体。因而，借助于光闸处于直立或被致动的位置，前灯组件有效地以近光模式工作。当车辆驾驶员需要远光工作时，该模式通过将光闸120移动到退动(deactuated)位置或无效位置而实现，在该位置中，整个开口126用于贡献光束。在双氙反射体的当前模型中，单个金属光闸用作远光模式和近光模式之间的光学开关。当切换时，该金属光闸板上下移动，在近光模式中阻挡约一半光束，而在远光模式中允许全部光束通过前透镜130。也应当理解，远光/近光光闸120可以是通过致动器(即借助于滑动运动)朝光束内侧推动或朝外侧拉动的光闸。
[0031]为了切换到DRL模式，也必须改变光束发散性或光束强度分布。为此，本领域技术人员将理解，光源可以相对于反射体移动。这是将光源相对于反射体“散焦”和籍此修改来自放电灯的光束输出角的一种途径。在轴向方向移动光源修正光束且使得它更发散对于工程师和制造者来说提出了更具挑战性的设计。另一方面，如图1所示，透镜可以选择性地设置在光束路径内。在此，第一和第二透镜部分140，142可转动地安装到壳体。这些透镜部分在图1的开口构造中示出，但是附图标记144图示了希望的移动方向，其中透镜部分围绕相应轴线146枢转，且其中光闸然后与壳体中的开口126变成对齐并覆盖的关系。当第一和第二透镜部分被致动到覆盖开口126并跨越从前灯输出的光束的位置时，在第一和第二透镜部分之间存在分界线148。如在此所示，透镜部分是转动到位的两个配对的半部。可选地，透镜也可以是单个或整体式透镜，或多于两个的透镜部分可以用于使光束散焦并增加其发散性。透镜旨在是透明材料，以不会损失大量的光束能量，而是仅仅改变光束发散性以用于以DRL模式使用前灯。例如，可以希望将透镜表面用厚度不同且在径向方向变化的材料涂覆。例如，在边缘处增加涂层厚度将降低靠近边缘处的透镜的透光度。在光学中，这称为变迹法且有效地用于降低从透镜边缘的光衍射。在任何情况下，透镜上的透明涂层可以用于修改光束的强度分布，因而满足DRL光束发散性的规定要求和强度要求。
[0032]如上文提到的，也可以通过以轴向方向移动大的前透镜130以使光束散焦来改变光束发散性。这具有与将光源移出焦点之外或将反射镜相对于光源轴向移动以使得光源有意地处于焦点之外相同的效果。如果使用附加的透镜，其中透镜通常是发散的凹透镜，或半个透镜引入到光束中，可以使用图1的实施例或图2-4的可选实施例。另外，散焦可以通过使用三个独立的透镜元件实现，所述透镜元件中的至少一个相对于其它两个透镜移动，如用于常规变焦透镜系统中的那样。例如，所述透镜之一可以是反射体的前透镜130。于是散焦通过将中间透镜相对于其它两个透镜移动或将第一和第三透镜相对于系统中的固定的第二透镜移动并改变变焦透镜系统的有效焦距来实现。
[0033]如图2所示，示意性地图示光闸158且重点在于透镜半部的可选结构。透镜半部160，162以箭头164所示的方向围绕相应轴线166选择性地转动。在此，轴线166以大体水平的方向或相对于图1实施例的轴线146以九十度(90°)设置。在大致所有其它方面，图2的结构和操作与图1的实施例相同。当完全转动到光束路径中时，分界线168在透镜部分之间形成。也可以想到，第二或下部透镜部分162是有效地阻挡从开口126的下部半圆形部分输出的光的光闸。由于光将仅仅通过开口上半部发送，仅仅第一或上部透镜部分160需要被选择性地引入光束中以改变用于DRL模式工作的光的发散性。
[0034]图3是又一实施例，其中第一和第二透镜部分180，182设计成选择性地滑动到光束路径中。在该特定情况下，方向箭头184表示第一和第二透镜部分180，182致动移动成沿分型线186成邻接关系。此外，光闸188如方向箭头190所示的那样选择性地转动，以再次阻挡开口的下部半圆形部分，以用于近光工作。应当理解，在远光模式中，光闸188移出光束之外且不影响光束输出。同样，在DRL模式中，光闸188向上转动以阻挡通过开口126输出的光的大部分，且透镜180，182设置成改变光束的发散性。
[0035]图4的实施例通过以轴向方向移动单个透镜200来提供DRL模式的改变的发散性。因而，在图4所示的第一或最左侧位置202中，透镜提供用于远光模式的希望发散性。对于近光模式，光闸204如方向箭头206所示的那样向上转动到前灯壳体的开口126的下部半圆形部分的路径中。在被致动的光闸位置中，前灯于是以近光模式工作。对于第三模式或DRL模式，透镜200移动到第二或右侧位置208。此外，光闸204也可以向上移动以减少离开前灯组件的光的量。
[0036]可选地，图4也可以表示在上文提到的变焦透镜系统。即，附图标记202可以指代第一透镜，附图标记208可以指代可移动透镜部分，且外部透镜210可以用作该组件的第三透镜。即，第一和第三透镜202，210将在位置上保持固定，而中间透镜208将改变光束输出的焦点或发散性。
[0037]远光、近光和DRL模式需要的光强度可以多个物理单位表达。例如，图5的曲线图示了灯功率与灯流明，其中HID车灯降低亮度至等于当前使用的DRL应用的白炽灯的光通量水平。300-400流明的降低亮度的光能级对于DRL工作模式是有效的。在2700-3600流明之间的流明能级用于远光和近光应用两者。然而应当注意，需要的流明能级取决于反射体设计。即，反射体效率和几何形状都有助于反射体设计且可以改变特定前灯组件的需要流明能级。可选地，远光和近光模式中的光能级也以勒克斯单位给出，勒克斯是描述参考屏幕的照明强度的照明单位(瓦每平方米(watts/m2))。对于远光，光束中心是最亮的部分且它必须满足当前标准的100勒克斯单位规定。在近光模式中，照明分布更复杂且在参考屏幕上限定了多个点。这些点中的一些具有最小勒克斯值，即驾驶员想要看到道路时，其它点具有最大勒克斯值，例如，在迎面而来的交通方向。在DRL模式中，光束强度是相关的物理测量，以坎德拉单位给出。即，DRL模式的目的在于不照明车辆前面的路面，而是使得使用DRL模式前灯工作的车辆能由交通流中的其它车辆发觉到。
[0038]总之，提供基于高强度放电灯的汽车前灯系统，包括集成到单个前灯单元中的三种不同发光功能。能降低亮度的放电灯的驱动电子元件也可以用于减少DRL模式中的灯的功率输出。三种功能是近光、远光、和白天行驶灯光束，所有这些使用带有一系列光闸和透镜/多个透镜的相同前灯组件，以提供希望的光输出、发散性和强度。通过改变透镜或光闸的位置，即通过在被致动和退动位置之间滑动或转动，容易在这些模式之间进行切换。这有效地改变了光分布，籍此实现标准远光/近光工作或第三工作模式的增加的DRL光分布。
[0039]此外，通过调节镇流器电输出，光输出可以在大范围的光源内降低亮度，以实现远光/近光或DRL光分布和强度。该方案排除了使用通常作为辅助光源提出用于前灯单元内部或外部以用于DRL工作模式的独立白炽或卤白炽灯光源。因而，光投射单元特征在于两个光学部件。第一光学部件修改近光应用的光分布，而第二光学部件在降低亮度的同时修改用于DRL应用的光分布。DRL光分布模式可以通过使用附加透镜实现，所述附加透镜以多个模式移动和使用。透镜可以选择性地转动到投射光路中或透镜选择性地滑动到投射光路中。可选地，透镜以投射光路的轴向方向移动。使用线性致动器，光源也可以移出远光和近光工作模式的位置以产生改变的光分布。
[0040]由于光源对于所有三种模式总是接通，光源被预加热且可以容易地在较低热冲击的情况下更快地切换到高功率工作模式。在透镜移动到投射光路中时，简单致动器可以使得透镜轴向移动，或使得透镜或透镜部分转动到位。类似地，电磁致动器或压电位移器可以用于实现该功能。
[0041]本发明已经参考优选实施例进行描述。显而易见的是，在阅读和理解前述详细说明之后，将想到变型和修改。本发明旨在解释为包括所有这种变型和修改。
  附图标记   部件
  100   前灯组件
  102   壳体
  104   电弧放电光源
  106   反射体表面
  108   平面
  120   光闸
  122   轴线
  124   参考箭头(向上转动)
  126   开口
  130   前透镜
  140   第一透镜部分
  142   第二透镜部分
  144   移动方向
  146   轴线
  148   分界线
  158   光闸
  160   透镜半部
  162   透镜半部
  164   方向箭头
  166   轴线
  168   分界线
  180   第一透镜部分
  182   第二透镜部分
  184   方向箭头
  186   分型线
  188   光闸
  190   方向箭头
  200   透镜
  202   第一(最左侧)位置
  204   光闸
  206   方向箭头
  208   第二(右侧)位置
  210   外部透镜

Claims (10)

1.一种用于车辆的前灯发光系统(100)，包括：
放电光源(104)；
反射体(106)，所述反射体(106)将从光源接收的光作为光束向外引导；
光闸(158)，所述光闸(158)能相对于反射体移动以在近光和远光模式之间进行切换；和
能在第一和第二位置之间移动以在近光/远光模式和白天行驶灯(DRL)模式之间改变光束的发散性的装置(200，180/182)。
2.根据权利要求1所述的前灯系统，还包括当系统以DRL模式使用时用于选择性地降低所述放电光源的亮度的装置。
3.根据权利要求2所述的前灯系统，其中，所述放电光源降低亮度装置包括在远光和近光模式之间进行切换时用于调节灯的光通量的装置。
4.根据权利要求3所述的前灯系统，其中，所述放电光源降低亮度装置包括用于改变光束强度的装置。
5.根据权利要求1所述的前灯系统，其中，所述光闸(120)在处于近光模式时选择性地阻挡所述光束的至少一部分。
6.根据权利要求1所述的前灯系统，其中，所述光闸(120)被安装用于在近光和远光模式之间选择性地转动。
7.根据权利要求1所述的前灯系统，其中，所述光闸(120)被安装用于在近光和远光模式之间选择性地滑动。
8.根据权利要求1所述的前灯系统，其中，所述投射光束发散性改变装置包括透镜(206)。
9.根据权利要求8所述的前灯系统，其中，所述透镜被安装用于下列两种情况之一：在近光/远光模式和DRL模式之间选择性地转动，和在近光/远光模式和DRL模式之间选择性地滑动。
10.一种为汽车前灯组件(100)提供近光、远光和白天行驶灯(DRL)功能的方法，所述前灯组件(100)包括发光的放电光源(104)和反射体(106)，所述反射体将从光源发出的光引导成希望光束，所述方法包括：
选择性地阻挡所述光束的一部分，以使得所述前灯组件在远光和近光功能之间进行切换；和
在近光/远光模式和DRL模式之间选择性地改变光束的发散性。
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