CN105318246A - 用于车辆的前照灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于车辆的前照灯，该前照灯具有一定数量的基于半导体的光源，所述光源设置在基板上，并且该前照灯还具有光学单元，该光学单元具有至少一个设有透镜面的透镜用以产生预定的光分布，其中，所述透镜面能借助透镜方程来计算，该透镜方程由补充了变形参数的圆锥曲线方程构成，从而算出与圆锥曲线形状有差异的透镜面，其中，一方面设置第一变形参数用于按照沿着光轴的和垂直于光轴的方向的不同变形度来改变透镜面，并且另一方面设置第二变形参数用于按照沿着光轴的和垂直于光轴的方向的相同变形度来改变透镜面。

Description

用于车辆的前照灯

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的前照灯，该前照灯具有一定数量的基于半导体的光源，所述光源设置在基板上，并且该前照灯还具有光学单元，该光学单元具有至少一个设有透镜面的透镜用以产生预定的光分布，其中，所述透镜面可借助透镜方程来计算，该透镜方程由补充了变形参数的圆锥曲线方程构成，从而算出与圆锥曲线形状有差异的透镜面。

背景技术

例如由DE102012106490A1已知一种用于车辆的前照灯，该前照灯具有多个矩阵式设置的基于半导体的光源(LED光源)和沿主照射方向设置在前面的光学单元，该光学单元包括初级透镜和次级透镜。次级透镜根据预定的光分布塑造在输入侧入射的光。为此，次级透镜的光输出侧的透镜面借助补充了变形参数的圆锥曲线方程来计算。变形参数构成为非球面项，在所述非球面项中，非球面系数分别与透镜面的点的横向距离的偶次幂相乘。为此使用以下方程：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+K)c^2{r}^2}}+\underset{k=1}{\overset{5}{\Σ}}{\mathrm{\α}}_{2k}{r}^{2k}$

其中，

z＝光学表面上的z坐标，

r＝光学表面上的点与z轴的横向距离，

c＝非球面基线的顶点曲率，

K＝锥形常数，

α＝非球面系数。

对透镜面精度的要求越高，就必须向透镜方程的代表圆锥曲线方程的第一项添加越多的非球面项。在具有要求高修正度的透镜的前照灯中、如在LED矩阵式前照灯中，需要大量的非球面系数，这增加了耗费。此外，在附加的非球面项中不能进行在透镜面改变方面的直接的几何方面的意义，这增大了计算难度。

发明内容

因此，本发明的任务在于，这样进一步改进包括设有透镜的光学单元的用于车辆的前照灯，使得透镜面的计算更简单且更快速地进行，并且能够实现相对高的修正度。

为了解决所述任务，结合权利要求1的前序部分，本发明的特征在于，一方面设置第一变形参数用于按照沿着光轴的和垂直于光轴的方向的不同变形度来改变透镜面，并且另一方面设置第二变形参数用于按照沿着光轴方向和垂直于光轴的方向的相同变形度来改变透镜面。

本发明的特殊优点在于，确保有针对性地寻找最佳的透镜面轮廓，其中，确定透镜面的优化步骤可实现几何方面的意义。通过这种方式，这种解决途径相比于在无规律寻找的情况下可更好地实行。因为根据本发明的变形参数更易于实现几何外观方面的意义，所以可更好地保证所找到的透镜面解决方案的质量。不同的透镜面可更好地被相互比较，或者透镜面形状的其它变型方案在边界条件改变时可更加容易地被推导出。由于为了描述透镜面而仅需要少量的描述参数，所以透镜面形状的优化变得快速、更稳健且更易于理解。因此，透镜的高修正度能够更快速且更有针对性地实现。

根据本发明，设置第一变形参数，该第一变形参数的变化能够实现透镜面沿不同方向的变化。亦即该第一变形参数引起沿光轴的和垂直于光轴的方向的不同的变形度。几乎是透镜面的横向各向同性的变化。另外，设置第二变形参数，该第二变形参数的变化导致透镜面沿光轴方向和垂直于该光轴的方向的相同变形度。因此发生均匀的变化、即几乎是各向同性的变化。有利的是，由此可通过第一变形参数和/或第二变形参数的变化引起透镜面有针对性的变化，从而可更迅速且更容易地找到目标透镜面形状。

根据本发明的一种扩展方案，第一变形参数这样设计，使得该第一变形参数的变化引起透镜面的回转椭球形变化。另外，第二变形参数这样设计，使得该第二变形参数的变化引起透镜面的球形变化。第二变形参数因此能够实现透镜面的各向同性变化。第一变形参数引起透镜面形状以不同的变形度沿光轴方向和垂直于光轴的方向变化。第一变形参数的变化因此引起透镜面的横向各向同性变化。因此是透镜面描述的横向各向同性的变化。

根据本发明的一种优选实施方式，变形参数分别构成级数，并且该级数的加数由变形系数和位置向量的积构成。变形参数与待计算的透镜面在笛卡尔坐标系中的位置坐标有关。该位置坐标用作表面描述的控制变量并且描述在空间中与透镜顶点之一的距离。

根据本发明的一种优选实施方式，透镜面的计算从借助圆锥曲线方程所描述的圆锥形状(初始状态)出发向满足光学技术要求的透镜面(目标状态)进行，在此透镜表面通过持续变形来改变。

本发明的其它优点由其它从属权利要求给出。

附图说明

下面参考附图详细阐述本发明的实施例。其中：

图1示出包括光源和设有透镜的光学单元的前照灯的侧视图；

图2示出在透镜方程的变形参数U变化时透镜的透镜面的视图；

图3示出在透镜方程的变形参数V变化时透镜的透镜面的视图。

具体实施方式

用于车辆的前照灯用于产生预定的光分布如近光分布、远光分布、高速公路光分布或自适应光分布。

按照根据图1的本发明一种实施方式，前照灯具有一定数量的基于半导体的光源1，所述光源设置在基板2上。基板2构造为电路板、优选构造为刚性电路板，该电路板沿着与光学单元4的光轴3垂直的方向延伸，该光学单元沿主照射方向H设置在光源1前方。基于半导体的光源1构造为LED光源，这些LED光源矩阵式地设置在基板2上。基板2因此承载有多个这些基于半导体的光源。

沿主照射方向H设置在光源1前方的光学单元4包括初级光学元件5和沿主照射方向H设置在该初级光学元件前方的次级光学元件6。初级光学元件5设置在基板2附近。

次级光学元件6构造为具有拱顶形透镜面7的透镜。该透镜6使由光源1发出的光束L准直，如图1可见。光学单元4因此也可看作是准直单元。

通常，透镜面借助这样的透镜方程来计算，所述透镜方程表示为顶点式圆锥曲线方程，该圆锥曲线方程具有作为多项式展开来添加的非球面项。该透镜方程按照z坐标来求解，所述z坐标同时沿光轴方向指向。因此得出下述显式透镜方程。

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+K)c^2{r}^2}}+\underset{k=1}{\overset{5}{\Σ}}{\mathrm{\α}}_{2k}{r}^{2k}$

其中，

z＝光学表面上的z坐标，

r＝光学表面上的点与z轴的横向距离，

c＝非球面基线的顶点曲率，

K＝锥形常数，

α＝非球面系数。

非球面项用作变形参数并且由此描述透镜面与圆锥形状的差异。

按照本发明，从以隐式的形式存在的顶点式圆锥曲线方程出发。该透镜方程被补充变形参数，在此，第一变形参数U和第二变形参数V引起透镜面7的变化，该变化具有不同优选方向。通过第一变形参数U的变化实现透镜面7的回转椭球形变化。通过第二变形参数V的变化实现透镜面7的球形变化。根据本发明的透镜方程如下表示：

其中：

k＝锥形常数，

R＝透镜面7的曲率半径，

第一变形参数U构成为级数展开：

$U\left(\stackrel{\→}{r}\right)=U_1{\stackrel{\→}{r}}^2+U_2{\stackrel{\→}{r}}^4+\mathrm{...}$

其中，该级数是变形系数U₁、U₂…U_n和位置向量乘积之和。变形系数U₁、U₂…U_n在这些项中用作展开系数。在每个下一项中位置向量的幂增加2。

第二变形参数V构成级数展开：

$V\left(\stackrel{\→}{r}\right)=V_1{\stackrel{\→}{r}}^4+V_2{\stackrel{\→}{r}}^6+\mathrm{...}$

其中，级数的加数由变形系数V₁、V₂…V_n和位置向量的乘积形成。项的幂从四开始并且在每个下一项中增加二。因此，第二变形参数V的项如第一变形参数U的项那样具有偶次幂。

由透镜方程可知，第一变形参数U与z坐标相乘，在此，z坐标沿光轴3方向指向。第二变形参数V设置为透镜方程中的加数。

通过第一变形参数U和/或第二变形参数V的变化，可从初始状态出发——在该初始状态下U＝0且V＝0并且透镜面7因此借助圆锥曲线方程来描述——实现圆锥形的透镜面朝向目标状态稳定连续地变形，在该目标状态下透镜面7满足用于产生预定光分布的光学前提。

第一变形参数U的变化引起透镜面7沿光轴3方向和沿垂直于光轴3的方向的不同变化，如图2可见。在该图中示例性示出两种变形U_D1和U_D2，这两种变形由不同的第一变形参数U引起。可以看出，两个变形参数U_D1和U_D2引起透镜面7的回转椭球形变化。但是与U_D1相比，变形参数U_D2沿光轴3方向比沿横向于该光轴的方向引起相对更大的变化。因此，第一变形参数U引起透镜面7的横向各向同性的变形。

在图3中示例性示出两个第二变形参数V_D1和V_D2，这两个第二变形参数引起透镜面7的几乎各向同性的变形。与变形参数V_D1相比，变形参数V_D2使透镜面7均匀地沿光轴3方向和垂直于光轴3的方向变形。

因此，引起不同的变形优选方向或者说不同变形轮廓的变形参数一方面U和另一方面V能够实现使透镜面7更加有针对性地从圆锥形状出发接近具有所希望的光学特性的理想透镜形状。有利的是，尤其是可由此减小透镜6的顶点厚度。

根据本发明的一种未示出的实施方式，光学单元也可仅具有一个唯一的透镜。

备选地，光学单元也可包括多个透镜，其中，至少一个透镜根据按照本发明的透镜方程来计算并且其余透镜根据已知的透镜方程来计算。

附图标记列表

1光源

2基板

3轴线

4光学单元

5初级光学元件

6次级光学元件

7透镜面

H主照射方向

L光束

U第一变形参数

V第二变形参数

位置向量

Claims (10)

1.用于车辆的前照灯，该前照灯具有一定数量的基于半导体的光源，所述光源设置在基板上，并且该前照灯具有光学单元，该光学单元具有至少一个设有透镜面的透镜用以产生预定的光分布，其中，所述透镜面能借助透镜方程来计算，该透镜方程由补充了变形参数的圆锥曲线方程构成，从而确定出与圆锥曲线形状有差异的透镜面，其特征在于，一方面设置第一变形参数(U)用于按照沿着光轴(3)方向和垂直于光轴(3)的方向的不同变形度来改变透镜面(7)，并且另一方面设置第二变形参数(V)用于按照沿着光轴(3)方向和垂直于光轴(3)的方向的相同变形度来改变透镜面。

2.根据权利要求1所述的前照灯，其特征在于，第一变形参数(U)设置用于透镜面(7)的回转椭球形变化并且第二变形参数(V)设置用于透镜面(7)的球形变化。

3.根据权利要求1或2所述的前照灯，其特征在于，所述变形参数(U、V)分别构成级数，其中，级数的加数由变形系数(U₁、U₂…U_n；V₁、V₂…V_n)和位置向量的积构成。

4.根据权利要求1至3之一所述的前照灯，其特征在于，变形参数(U、V)的级数的位置向量由偶次幂构成。

5.根据权利要求1至4之一所述的前照灯，其特征在于，第一变形参数(U)和坐标(z)构成透镜方程中的一个积，透镜(6)的光轴(3)沿着该坐标延伸，并且第二变形参数(V)构成以隐式的形式存在的透镜方程的多个加数之一。

6.根据权利要求1至5之一所述的前照灯，其特征在于，所述透镜方程由下述项描述：

其中：

k＝锥形常数，

R＝透镜面的曲率半径，

＝在空间中的位置矢量，

U＝第一变形参数，

V＝第二变形参数。

7.根据权利要求1至6之一所述的前照灯，其特征在于，多个基于半导体的光源(1)矩阵式地设置。

8.根据权利要求1至7之一所述的前照灯，其特征在于，所述光学单元(4)具有一个或多个透镜，其中，至少一个透镜根据所述透镜方程来计算。

9.根据权利要求1至8之一所述的前照灯，其特征在于，通过使用透镜方程，透镜(6)从初始状态出发通过透镜面(7)的持续变形能进入目标状态，在所述初始状态下透镜面(7)由圆锥曲线方程描述，在所述目标状态下透镜(6)具有所要求的光学特性。

10.根据权利要求1至9之一所述的前照灯，其特征在于，通过至少一个透镜(6)能产生预定的光分布，在该透镜中，透镜面(7)通过在透镜方程中的第一变形参数(U)和/或第二变形参数(V)的变化来计算。