CN104620044B - 前大灯照明单元 - Google Patents

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Abstract

用于前大灯、尤其是机动车前大灯的照明单元，所述照明单元由多个光源(1)、带有多个光引导件(3)的光引导单元(2)以及连接在后面且带有焦平面(E)的投影透镜组成，其中每个光引导件(3)分别具有光退耦面(4)，其中a.)至少两个相邻光引导件(3)的光退耦面(4)相对于焦平面(E)相互偏移，和/或b.)至少每两个彼此相邻的光引导件(3)在接触区域(12)中沿着延伸(b和b')相互接触，其中相应延伸(b和b')相对于焦平面来测量相互偏离。

Description

前大灯照明单元
技术领域
本发明涉及前大灯、尤其是机动车前大灯的照明单元，所述照明单元由多个光源、带有多个光引导件的光引导单元以及连接在后面且带有焦平面的投影透镜组成，其中每个光引导件分别具有光耦合输出面。
背景技术
这种类型的照明单元在车辆构造中是常见的并且例如用于不耀眼远光灯的成像，其方式是通过将通常由多个人造光源射出光线并且由相对应的多个并排布置的光引导件在辐射方向上将光线集束。光引导件具有相对小的横截面并且因此非常集中地沿着辐射方向发送与所述光引导件分别关联的各个光源的光线。在此上下文中，在AT510437A4中公开光线模块，该光线模块具有采取光导体形式的光引导件，在此称为光隧道，还具有多个光源。
一方面集中的光引导件辐射是所希望的，例如为了履行有关机动车前大灯近光的明/暗线的合法规定，而另一方面由此在希望均匀照射的曝光区域、例如在机动车前大灯前场形成干扰的不均匀性，因此采取措施以便于减少这些不均匀性。
因此光源以及光引导件一般而言能够尽可能地彼此靠近布置，以便于在曝光中最小程度地保持强度较小的照射部分。而光源以及光引导件由于技术原因不能彼此任意地靠近布置，因此需要其他的措施以便于提高光线分布的均匀性。
在此，已知的方法提供曝光的“模糊化”。例如使用用来散焦集中辐射的光学透镜，通过该透镜，全部光引导单元移出光学透镜的焦平面。在微米范围具有特殊结构的光学透镜也是已知的，通过这些特殊结构能够实现光散射，其中该光散射防止在传统光学透镜中出现的不利颜色失真。
在此，对于两个列出的措施、即用来散焦的措施以及用来光散射的措施而言，共同之处是：它们都影响前大灯的全部曝光。因此更均匀的光线分布的有利效果相比较于全部光引导件的模糊成像处于不利效果，对此例如不能实现有关机动车前大灯近光的明/暗线的规定，或者必须在均匀和/或分散的辐射和聚焦的辐射之间做出不利的妥协。
发明内容
因此，本发明的任务是实现一种用于前大灯的照明单元，该照明单元一方面能够局部地实现均匀的光线分布，例如在前场，并且此外还允许同时在希望和或需要光引导件集中辐射的区域中进行光引导件集中辐射。
通过以下方式来解决该任务：通过一种用于前大灯的照明单元，所述照明单元由多个光源、带有多个光引导件的光引导单元以及连接在后面且带有焦平面的投影透镜组成，其中每个光引导件分别具有光耦合输出面，其特征在于，
a)至少两个相邻光引导件的光耦合输出面相对于透镜的焦平面相互偏移，其中所述光耦合输出面是第一光耦合输出平面以及至少一个第二光耦合输出平面的部分，其中各个光耦合输出面彼此相邻，其中第一光耦合输出平面和第二光耦合输出平面相对于焦平面相互偏移，其中所述光引导件布置在至少两个上下相叠布置的排中，以及其中最上面排的光引导件的光耦合输出面相对于所述焦平面背向主辐射方向偏移确定的间距。
优选地，b)至少每两个彼此相邻的光引导件在接触区域沿着延伸彼此接触，其中相应的延伸相对于焦平面来测量与透镜相互偏离。
这能够实现各个光耦合输出面和/或与其关联的光引导件的有效、节约成本并且健壮的局部模糊成像，对此能够在所希望的区域以简单的方式实现均匀的曝光(均匀化)。例如这种区域位于前大灯前场的水平部分，然而，远光区域的照射应该尽可能集中和对准地进行，以便于例如针对性地不使迎面而来的车辆被曝光。
在此，在本发明的特别简单的一实施方式中规定：至少两个至少部分地上下相叠布置的光引导件的光耦合输出面相对于焦平面相互偏移。
为了获得尽可能宽且均匀的曝光，在一有利的实施方式中，光引导件布置在上下相叠布置的至少两排中。在此，光引导件应该尽可能彼此靠近地被引导，由此减少曝光中的不均匀性。
为了额外地减少曝光中的局部不均匀性，在符合目的的变体中规定：一排的全部光耦合输出面相比于下面布置的一排的光耦合输出面相对于焦平面偏移。因为投影透镜连接在光耦合输出面后面，所述投影透镜使进入的光路反向，所以上面一排的偏移导致曝光的(即通常为前大灯前场)“下面”部分辐射的均匀化。例如这能实现前大灯前场的均匀照射。在此，只要不另外列出，全部的位置说明都涉及的是前大灯以及其处于集成状态的元件、尤其是涉及集成在车辆中、位于水平位置的状态。
根据经验，当光引导件布置在上下相叠布置的恰恰三排中时，根据本发明的前大灯的构造特别有效。在这种布置中，例如上面一排能够照射前大灯前场，中间一排用来照射明/暗线的区域(即明/暗界限的区域)，并且下面一排的目的是照射前大灯的远光区域。
为了在根据本发明的前大灯的前场的曝光中实现定义的局部均匀化，在本发明的改进方案中规定:最上面一排光引导件的光耦合输出面相对于焦平面背向主辐射方向偏移确定的间距。备选地，例如当上面两排参与前场照射时，上面两排也能够共同地偏移。一般而言，能够选择其中希望进行曝光均匀化的任意变体。因此，同样地能够使参与形成远光的那排光耦合输出面或者预先给定数量的光耦合输出面偏移。主辐射方向是相应光耦合输出面的辐射光强通常实现最大值的方向。一般而言，主辐射方向位于后接的投影透镜的焦平面的法线方向上。
为了保证光引导件有效且简单的辐射，在一有利的实施方式中，每个光耦合输出面由所属光引导件在辐射侧的平面末端区域来构成，所述末端区域由限制光引导件的壁的辐射侧末端构成。在此，光引导件为如下反射体，所述反射体实施为空心的并且反射性地、尤其用铝涂敷其反射面。
详细而言，在此，每个壁能够由两个大致竖直的壁区段和两个大致水平的壁区段组成，所述壁区段在横截面上构成矩形，由此实现光引导件的特别节约成本且有效的构造。
在此，在本发明的一改进方案中规定：上下相叠布置的光引导件彼此相邻并且拥有共同的水平壁区段，由此能够实现光引导单元的特别紧凑的构造。
为了以特别简单的方式和方法来实现局部水平的均匀化，在一有利的变体中，至少一个光引导件的竖直壁区段相对于至少一个光引导件的至少一个水平壁区段以阶梯状偏移长度a。
为了实现恒定的局部均匀化，在此，在本发明的一改进方案中能够规定：至少一个光引导件的竖直壁区段相对于恰恰一个光引导件的恰恰一个水平壁区段以阶梯状偏移长度a。
长度a的例如为0.5mm的值已经能实现足够的均匀性。在此，各个光耦合输出面的成像已经发生重叠。如果要进一步提高均匀性，就要增大长度a。增大长度a例如能够以1/10mm的阶梯宽度在各个阶梯中进行。如果要降低均匀性，则能够以相同的方式减少长度a。长度a的准确值根据待实现的均匀性以及与此有关系的全部光学系统(光源、光引导件、光耦合输出面、投影透镜)来确定。根据本发明的一备选方案，这些光引导件实施为光导体。在本发明的含义中，将光导体理解为如下结构，即在所述结构中进入的光通过壁上的全反射沿着光导体的延伸反射，其中光导体实施为实心主体。在该上下文中优选的是：光导体由透明塑料制成。备选地，该光导体能够由玻璃或者由任意其他材料、例如适合于光导的硅树脂制造。在该上下文中有利的是：所述光耦合输出面为至少一个光耦合输出平面的部分，其中各个光耦合输出面彼此相邻。从而实现根据本发明的照明单元的一种特别简单的技术构造，该构造能节约成本地制造。
在本发明的一备选实施变体的改进方案中规定：光耦合输出面是第一光耦合输出平面以及至少一个第二光耦合输出平面的部分，其中各个光耦合输出面彼此相邻，其中第一和第二光耦合输出平面相对于焦平面相互偏移。
在此特别有利的是：通过将恰恰一个第二光耦合输出平面相对于焦平面背离主辐射方向偏移长度c，使第一光耦合输出平面和所述第二光耦合输出平面相对于焦平面彼此偏移。
长度c的例如为0.5mm的值已经能实现足够的均匀性。在此，各个光耦合输出面的成像已经发生重叠。如果要进一步提高均匀性，就要增大长度c。增大长度c例如能够以1/10mm阶梯宽度在各个阶梯中进行。如果要降低均匀性，则能够以相同的方式减少长度c。长度c的准确值根据待实现的均匀性以及与此有关系的全部光学系统来确定。局部(优选水平的)均匀化的其他可能性通过上文列出的特征b)(如在上文定义的)给出。在此，长度b和b'的准确值根据待实现的均匀性以及与此有关系的全部光学系统来确定。
此外，能够直接地在各个光导体的光耦合输出面上设置散射光的光学器件，由此给出用来局部均匀化的额外可能性。在该上下文中，将表达方式“直接地”理解为如下的布置：在所述布置中散射光的光学器件要么直接接触光耦合输出面，要么与该光耦合输出面(例如由于装配的原因)有少许间距。在此重要的是：散射光的光学器件仅仅能够影响散射光的光学器件设置在其上的各个光耦合输出面。散射光的光学器件能够是专业人员已知的任意如下光学元件，所述光学元件能够实现对入射光束的模糊成像。为此目标优选地使用柱状透镜，原因在于柱状透镜能够水平散射入射的光束。备选地，同样能够对实施为反射体的光引导件提供额外的光学器件，所述光学器件布置在投影透镜和相应反射体的耦合输出面4之间，并且引起光束的相对应的额外散射。
附图说明
接下来根据多个示例性而非限制性的实施方式对本发明连同其他优点进行进一步解释，所述实施方式在附图中图解。在此
图1示出根据本发明的光引导单元的第一实施方式的透视图，
图2示出图1的透视细节图，
图3示出图1中呈现的光引导单元的透视竖直截图，
图4示出根据本发明的光引导单元的曝光，
图5从斜后方示出根据本发明的光引导单元的第二实施方式的透视图，
图6示出图5中呈现的光引导单元的透明竖直截图，
图7以沿着图6的切削平面101的水平、平面截图示出光束的光路，
图8以沿着图6的切削平面100的水平、平面截图示出的光束的光路，以及
图9示出根据本发明的光引导单元的第三实施方式的竖直截图。
具体实施方式
在图1中呈现带有根据本发明的光引导单元2的照明单元的第一实施方式，在所述光引导单元2中并排布置光引导件3。光引导件3在此实施为反射体并且具有光耦合输出面4，这些光耦合输出面设立用于在后接的、未呈现的投影透镜方向上辐射光线。在此，这些光引导件3大致沿属于投影透镜的光轴x的方向定向，其中光耦合输出面4(除了构成上面一排的光耦合输出面4)位于投影透镜的(图3中呈现的)焦平面E中。因而，属于投影透镜的焦点F直接位于光耦合输出面4上。在此，焦平面E不仅在竖直方向上而且在水平方向上根据场曲率轻微地弯曲。在此，光引导件3布置在三个居中的上下相叠的排中，其中其光耦合输出面4通过限制光引导件3的壁9彼此分离。
图2示出图1的细节。在此说明两个示范性的光耦合输出面4a和4b，其中光耦合输出面4a通过两个竖直壁区段6'和6''以及一个水平壁区段7与周围的光耦合输出面4、尤其是光耦合输出面4b隔开。在此光耦合输出面4a的竖直壁区段6'和6''相对于布置在下面的水平壁区段7以阶梯状后退长度a，即背离主辐射方向偏移。备选地，还有一种变体是可能的，即在所述变体中壁区段6'和6''不同程度地偏移，和/或在所述变体中偏移沿着壁区段6'和6''的延伸变化。光耦合输出面4a以及最上面排的全部光耦合输出面4(例如在图1中可看到的)以阶梯状相对于下面布置的水平壁区段7偏移相同的长度a，由此使带有光耦合输出面4a、位于一排中的光耦合输出面4同样地相对于焦平面E(参见图3)偏移并且接着分别发出的光束同样地水平均匀化。因此实现曝光的水平“模糊化”。此处应该提及的是：备选地能够通过水平壁区段7的偏移实现竖直的散射。不仅竖直的壁区段6'和6''能够偏移，而且水平的壁区段7也能够偏移，由此不仅在竖直方向上而且在水平方向上引起散射。
图3在光引导单元2的第一实施方式的透明、竖直截图中示出对应的光源1，所述光源布置在光引导单元2后面并且由此相对于未呈现的投影透镜布置。由光源1射出的光束通过光引导件3指引、经过光耦合输出面4从光引导单元2中发出，以便于通过投影透镜例如投影到车辆前面区域中。在本发明框架内优选的光源尤其是如下发光二极管(LED)，所述发光二极管在非常小的结构大小的情况下以高的光效率为特征。对于提及的应用，常见的LED具有毫米和更小的范围的边缘长度(Kantenlaengen)并且在矩阵中、即以组的形式最终在共同的电路板上直接并排布置，其中所述矩阵和/或组的外部形式优选地大约对应于应该被投影的曝光。光引导单元2中的光引导件3同样直接上下相叠(以及一般而言也并排)布置以便在各个光源1的大小给定的情况下产生均匀的曝光之后，各个光引导件之间的壁9必然地非常薄。详细而言，光耦合输出面4在此由辐射侧的末端区域5a、5b、5c等构成，所述末端区域由限制光引导件3的壁9(例如参见图2壁区段6'、6''和7)的辐射侧末端构成。
图4示例性地示出如下曝光，该曝光能够通过根据本发明的光引导单元2的每个实施方式获得。在此，能够看到围绕水平轴H和竖直轴V以矩阵形式布置的场，其中这些场内的那些区域对应于明亮的照射，并且这些场之间的那些区域对应于曝光中较暗的区域呈现。这些场以三排布置，其中上面两排的场呈现为在水平方向上通过带有延伸a'的较暗区域彼此间隔开。在下面一排中，能清楚地看到通过根据本发明的照明单元取得的效果：并排布置的场沿着延伸a''互相接触和/或重叠，这意味着，在这些区域避免了不希望的不均匀性。
在图5中呈现根据本发明的光引导单元2的第二实施方式的透视图。相比较于第一实施方式，光引导件3在此不实施为反射体，而是实施为光导体，所述光导体如开头所描述的那样能够由塑料、玻璃或者任意其他适合用来光导的材料实施。在此，光导体实施为实心主体，这意味着：光导体由唯一的、贯穿的光学介质组成并且在该介质内进行光导。类似于在第一实施方式中，这些光导体以三个上下相叠布置的排实施。光引导件3和/或光导体在辐射侧朝向共同的面板14走向，该面板在辐射侧由光耦合输出平面10(见图7和图8)限制。
图6示出根据图5的第二实施方式的竖直截面。面板14的辐射侧的表面是(根据场曲率)弯曲的，其中焦平面E处于面板14内。在此示出带有由光导体构成的光引导件3的光引导单元2，所述光引导件在辐射侧朝向共同的面板14行进并且在前侧汇入第一光耦合输出平面10。光耦合输出平面10在此由相应排内与光导关联并且分别直接并排布置的各个光耦合输出面4组成(参见图7和图8，但是在其延展方面大致类似于图1。根据本发明通过如下方式实现均匀化：每至少两个彼此相邻的光引导件3在接触区域12中彼此沿着延伸b'和b''(参见图7和图8)接触，其中相应延伸b'和b''相对于焦平面E测量是彼此偏离的。因此从图6中能推断：光导体以三排布置，其中在上面排中并排布置的那些光导体在面板14前已经相互接触，由此与布置在下面的排中相比更早进行光混合。在此，由光源1(图6中未呈现)发出的光线通过光射入面13进入光导体。
图7和图8示出根据图6的光导体的上面的排和/或中间的排的截图。因此，在图7中呈现光导体的中间排的剖面，其中光导体沿着延伸b、相对于焦平面E测量相互接触。此外，图7示出从光射入面13向外的示例性光路，其中两个示范性的射束在从前面射出之前围成第一角度α。在图8中呈现根据图6的光导体的上面排的剖面。在此能清楚地看到：光导体之间的接触区域具有比图7中可见的延伸(b)更大的延伸b'。因此在光导体中被引导的光束能够更早地混合，由此扩大经过前面和/或光耦合输出平面10的光束。因此，由图8中示出的示范性光束围成的角度α'大于角度α，其中，这些光束能够沿着延伸a''(图4中示出)沿着焦平面E重叠。由此实现上面的光导体排的照射的水平、局部均匀化(并且由此同样也能够实现如图4示出的均匀的曝光)。
图9示出根据本发明的光引导单元2的第三实施方式。光引导件3和/或光导体又在辐射侧朝向共同的面板14走向，所述面板在辐射侧由光耦合输出平面10和11限制。面板14的辐射侧表面是(根据场曲率)弯曲的。在此，面板14的厚度为z。与两个实施方式不同的是，存在两个光耦合输出平面，即第一光耦合输出平面10和第二光耦合输出平面11，这些光耦合输出平面彼此相对于焦平面E偏离长度c。在此，第一光耦合输出平面10位于焦平面E中。两个光耦合输出平面10和11由与相应排内的光导体关联并且分别直接并排布置的各个光耦合输出面4组成，其中每个光耦合输出面4要么属于第一光耦合输出平面10要么属于第二光耦合输出平面11。属于光耦合输出平面11的全部光耦合输出面4具有至焦平面E相同的间隔。在以备选的实施方式中，也能够设置任意数量的光耦合输出平面，这取决于曝光中哪些区域应该更均匀。
此处要指出的是：在该申请中，将这种表达方式，即“物体A和物体B相对于焦平面E彼此(或者相互)偏移预先给定的长度(或者间距)”理解为：物体A和物体B相对于焦平面E的法线间距彼此偏离预先给定的长度(或者间距)。
三种提及的实施方式的混合变体也是可能的。因此，例如第二实施方式能够以特别简单的方法结合第三实施方式，原因在于在两个变体中都使用光导体。也能够规定，属于各个光耦合输出面4的延伸b和/或长度a和c与那些相邻光耦合输出面4偏离，或者它们同样在各个光耦合输出面4内部局部地改变。
此外，能够额外地在任意实施方式的光耦合输出面4上直接设置散射光的光学器件，所述散射光的光学器件引起光束的水平散射(例如仅仅在水平方向上散射的柱状光学器件)并且因此额外地支持光均匀化。这尤其对于基于光导体的实施方式能简单地实现。

Claims (9)

1.用于前大灯的照明单元，所述照明单元由多个光源(1)、带有多个光引导件(3)的光引导单元(2)以及连接在后面且带有焦平面(E)的投影透镜组成，其中每个光引导件(3)分别具有光耦合输出面(4)，
其特征在于，
至少两个相邻光引导件(3)的光耦合输出面(4)相对于焦平面(E)相互偏移，其中所述光耦合输出面(4)是第一光耦合输出平面（10）以及至少一个第二光耦合输出平面(11)的部分，其中各个光耦合输出面(4)彼此相邻，其中第一光耦合输出平面（10）和第二光耦合输出平面(11)相对于焦平面(E)相互偏移，其中所述光引导件(3)布置在至少两个上下相叠布置的排中，以及其中最上面排的光引导件(3)的光耦合输出面(4)相对于所述焦平面(E)背向主辐射方向偏移确定的间距。
2.根据权利要求1中所述的照明单元，其特征在于，
至少每两个彼此相邻的光引导件(3)在接触区域(12)中沿着延伸(b和b')接触，其中相应延伸(b和b')相对于焦平面(E)测量相互偏离。
3.根据权利要求1中所述的照明单元，其特征在于，至少两个至少部分地上下相叠布置的光引导件(3)的光耦合输出面(4)相对于焦平面(E)相互偏移。
4.根据权利要求1中所述的照明单元，其特征在于，一排的全部光耦合输出面(4a)相比于下面布置的一排的光耦合输出面(4b)相对于焦平面(E)偏移。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的照明单元，其特征在于，所述光引导件(3)布置在恰恰三个上下相叠布置的排中。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的照明单元，其特征在于，通过将恰恰一个第二光耦合输出平面(11)相对于焦平面(E)背离主辐射方向偏移，使第一光耦合输出平面(10)和所述第二光耦合输出平面(11)相对于焦平面(E)彼此偏移。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的照明单元，其特征在于，直接在光耦合输出面4上设置散射光的光学器件。
8.根据权利要求7所述的照明单元，其特征在于，所述光学器件是仅仅水平散射的光学器件。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的照明单元，其特征在于，所述前大灯是机动车前大灯。
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