CN106152015A - 用于机动车辆的双功能近远光照明模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于机动车辆的前照灯的照明模块，所述照明模块用于产生具有至少部分倾斜的截止线的近光。该同一模块还包括能够产生远光类型的光束的附加的照明功能，照明模块的尺寸保持相同。两个各自的近光和远光功能的光源被布置在模块的光学部分的焦点附近，使得照明模块保持紧凑。

Description

用于机动车辆的双功能近远光照明模块

技术领域

本发明涉及尤其是用于机动车辆的照明模块。照明模块具有双重功能，也就是说，它包括近光类型的第一照明功能以及此外的补充近光功能的远光类型的第二照明功能。

背景技术

汽车前照灯通常设置有不同的模块，每一个模块致力于产生不同类型的照明：远光、低光(也称近光)、雾灯等等。为了限制由同一前照灯内的不同模块的布置产生的体积，并且同时为了降低相关的费用，希望组合不同的模块和/或减小同一前照灯内的模块的大小。

特别地，文献US2011/0008753A1描述了一种装置，所述装置能够组合涉及雾灯和低光灯的功能。为此，该文献提出了使用两个发光的半导体元件，每一个元件能够选择性地被控制以产生司机需要的灯光类型。这种类型的模块允许在单一的模块内雾灯和低光灯之间的兼容性。然而，它不能提供近光和远光灯功能两者。

发明内容

本发明的一个目标是在用于产生近光的模块中合并附加的照明功能。优选地，本发明的目标是给近光模块增加形成远光的照明功能，而无需增大其尺寸或增加其它机械元件。

本发明提出了一种尤其是用于机动车辆的照明模块，包括光学元件和至少一个第一光源，所述光学元件用于产生呈现至少部分倾斜的截止线的至少一个第一光束，所述模块的特征在于：光学元件包括具有光轴和焦点的至少一个光学部分，第一光源布置在焦点处并且适于朝向光学元件发射第一光线以产生第一光束，所述模块还包括第二光源，第二光源被布置为距离焦点一段距离并且相对于第一光源在竖直轴线上向下偏移，第二光源适于朝向光学元件发射第二光线以产生至少部分照亮截止线以上的第二光束。

倾斜截止线部分应当被理解为是指这样的截止线部分，其相对于截止线的其余部分是倾斜的。

有利地，第一光束呈现近光照明截止线类型的截止线。在这种情况下，第一光束用于形成近光类型的光束的部分。

有利地，光学元件被布置为从第一光线投射第一光源的多个像，使得这些像的顶部边缘被对准和/或叠加以形成第一光束的截止线的所述倾斜部分。

根据本发明的特征，第二光源相对于焦点竖直偏移一段距离，使得第二光源的由第二光线经光学元件的投射形成的多个像被布置为至少部分在第一光束的截止线以上。如果需要，第二光束可以具有互补的远光类型的光分布。

优选地，第二光源相对于第一光源在横向轴线上偏移，使得光束被集中在光轴上以在其上形成光斑，所述光斑具有远光特征。例如，第二光源相对于焦点横向偏移一段距离，使得第二光源的由第二光线经光学元件的投射形成的多个像被集中在光轴上。

有利地，第一光源呈现包括边缘的发光区，该边缘布置在光学元件的光学部分的焦点处。

如果需要，第一光源可以面向光学元件定向，使得所述边缘为倾斜的边缘。例如，倾斜的边缘面向光学元件的横向轴线延伸。

有利地，第二光源与第一光源面向光学元件的定向相同地面向光学元件定向。

优选地，当第一光源被打开、第二光源被关闭时，产生包括第一光束的近光类型的光束。

有利地，当第一光源和第二光源被打开时，产生包括第一光束和第二光束的重叠和/或并列的远光类型的光束。

可选地，当第二光源被打开同时使用低于产生第二光束所需要的电功率的电功率被供电、第一光源被关闭时，产生日间行车灯类型的光束。

优选地，两个光源之间的距离小于或等于光学部分的焦距的一部分。例如，如果f表示所述焦距，两个光源之间的距离可以小于或等于f*tan(0.57°)，即约f/100。

有利地，第一光源和第二光源中的每一个都由能够选择性地被启动的半导体发光芯片组成。例如，第一光源和第二光源由双芯片类型的同一发光二极管形成。

作为一种变形，第一光源和第二光源由包括至少两个二极管的二极管矩阵形成，每一个二极管形成光源中的一个。

优选地，光学部分为透镜。

有利地，光学部分的材料包括硅树脂、玻璃、聚碳酸酯或PMMA。

优选地，第一光束用于形成近光类型的光束的部分。如果需要，光学元件可以包括具有光轴、焦点的至少一个第二光学部分，并且第三光源布置在第二光学部分的焦点附近以产生形成所述近光类型的光束的部分的至少一个第二光束。

附图说明

结合所附的附图、参照下面的纯粹以指示性和非限制性方式给出的说明，将更好地理解本发明，在附图中：

-图1为根据本发明的灯模块的分解图；

-图2为根据本发明的光学元件的平面图；

-图3A为与图2类似的视图，图示了从根据本发明的灯模块的第一二极管发出的光束的示例性的轨迹；

-图3B为由图3A的第一二极管产生的光束的等照度图；

-图4A为与图2类似的视图，图示了从根据本发明的灯模块的第二二极管发出的光束的示例性的轨迹；

-图4B为由图4A的第二二极管产生的光束的等照度图；

-图5A为与图2类似的视图，图示了从根据本发明的灯模块的第三二极管发出的光束的示例性的轨迹；

-图5B为由图5A的第三二极管产生的光束的等照度图；

-图6A为与图2类似的视图，图示了从根据本发明的灯模块的第四二极管发出的光束的示例性的轨迹；

-图6B为由图6A的第四二极管产生的光束的等照度图；

-图7A为与图2类似的视图，图示了从根据本发明的灯模块的第五二极管发出的光束的示例性的轨迹；

-图7B为由图7A的第五二极管产生的光束的等照度图；

-图8为图示两个光源之间的位移的视图；

-图9为图示像的从第一位置到第二位置的位移的视图；

-图10为从光学部分的后面观察的图示两个光源的视图；

-图11为在近光模式下由光学元件的5个LED产生的等照度图；

-图12为在远光模式下由光学元件的5个LED产生的等照度图；

-图13为组合近光和远光的、由光学元件的6个LED产生的等照度图。

具体实施方式

参照图1，根据本发明的灯模块1包括与基板3连接的散热器2、设置有电连接器5的印刷电路板类型的电子板4、六个在后面的说明中将被称为LED的发光二极管6、61、62(它们中的四个享用相同的附图标记6)、根据本发明的透明材料的光学元件7以及适于紧密配合在光学元件7周围的保护和固定外壳8。外壳8例如利用第一系列螺钉9固定在基板3上。电子板4例如利用第二系列螺钉10锚定在基板3上。基板3还包括用于定位二极管6的六个位置6a。这种模块1用于例如固定在车辆前照灯内部。

参照图2，根据本发明的透明材料的光学元件7是实心的并且例如用PC(聚碳酸酯)制造，并且作为光学透镜。

该光学元件示意性地包括两个横向耳片11、12和位于耳片11、12之间的中心主体13。主体13以两个端臂14、15为边缘，每一个端臂都与耳片11、12连接，臂14、15中的每一个都沿与其所连接的耳片11、12呈直角的方向延伸。两个耳片11、12严格对齐，使得光学元件7可以通过其耳片11、12支撑在平坦表面上。

有利地，该光学元件7的主体13被分成五个实心的基础部分16、17、18、19、20，每一个并且分别以输入表面21、22、23、24、25和输出表面26、27、28、29、30为特征。该光学元件7因而具有形成两个端臂14、15的两个基础端部16、17和定位在端部16、17之间的三个基础中间部18、19、20。五个输出表面26、27、28、29、30是接触的，以形成光学元件7的连续的整体输出表面。五个输入表面21、22、23、24、25是彼此分开的，并且基本上与两个耳片11、12对齐。每一个部分16、17、18、19、20都是细长的，输入表面21、22、23、24、25和输出表面26、27、28、29、30形成部分16、17、18、19、20中的每一个的沿其纵向轴线的两个端部。三个基础中间部18、19、20每一个都具有两个壁31、32、33、34、35、36，所述两个壁始于输入表面23、24、25并且朝向界定同一部分18、19、20的输出表面28、29、30的两个边缘延伸。例如可以被镀铝的这些壁31、32、33、34、35、36用于防止由放置在部分18、19、20的输入表面23、24、25处的光源产生的光束穿过相邻的部分的输出表面。两个基础端部16、17仅具有单一的壁37、38，所述单一的壁用于防止放置在它们中的一个的输入表面21、22处的光源照射相邻的基础部分的输出表面，因为端部16、17中的每一个都仅具有单一的相邻的基础部分。两个相邻的基础部分16、17、18、19、20的壁31、32、33、34、35、36、37、38利用弯曲的壁区段交汇。光学元件7因而呈现与五个基础部分16、17、18、19、20交替地对齐的一系列四个中空部39、40、41、42，每一个中空部因而由基础部分的壁和相邻的基础部分的壁界定。两个端部基础部分16、17的两个输入表面21、22处于从三个基础中间部18、19、20的输入表面23、24、25向后退的位置。对于五个基础部分16、17、18、19、20中的每一个，输入表面和输出表面分开的平均距离基本上恒定。输入表面21、22、23、24、25是平坦的，并且输出表面26、27、28、29、30呈圆形。

优选地，部分16、17、18、19、20的每一个输出表面26、27、28、29、30假定具有基本上位于对应的输入表面21、22、23、24、25的高度上的焦点。每一个输出表面的形状基本上为椭圆体部分的形状。

每一个输出表面的焦点落在同一部分的输入表面的高度上的事实意味着在输入表面附近有点或水平区段使得大部分来自于该点或线上的多个点的光线平行于同一平面从输出表面射出。

参照图1，散热器2和基板3构成优选为金属的单件式元件。基板3可以被比作具有安装面43的小厚度板，安装面设置有切除部44，切除部的轮廓与电子板4的轮廓相似，切除部44用于接收板4。该面43具有中心突起部45，所述中心突起部部分地形成切除部44的边缘并且有助于部分地扩大围绕切除部44的边缘。

参照图1，六个LED6、61、62在切除部44之外的区域内固定在基板3的设置有切除部44的面43上。

更具体地，参照图1，六个LED6、61、62沿着界定切除部44的边缘设置，三个LED6放置在突出部45上，并且另外三个LED6、61、62放置在基板3的高度低于突出部45的高度的表面43上。以这种方式，三个端部LED6、61、62框住三个升高的中间LED6。每一个LED6、61、62具有大致呈方形并且具有小厚度的光电发射元件。

LED6、61、62相对于向前的方向(即，模块的发射方向)不同地转向。换句话说，从前方观察，这些LED具有不同的定向。例如，在位于LED的前方并且与灯模块的发射的光轴垂直的投射平面上的投射中，这些LED在投射的平面内呈现不同的定向。这样，两个LED可以以如下方式设置，从前方观察它们的光电发射元件的边缘呈现不同的定向。倾斜的边缘面向光学元件的横向轴线延伸。从前方观察，这些边缘在它们之间可以形成45°角。这六个LED6、61、62被设置为沿相同的方向发射光束。

如图1所示，根据本发明的光学元件7被固定在基板3上，使得固定在基板3上的六个LED6、61、62分别定位在光学元件7的输入表面21、22、23、24、25处，如图2所示，除了面向两个LED6的输入面21，使得每一个LED都可以朝向其所关联的输入表面21、22、23、24、25发送光束，光束穿过输入表面21、22、23、24、25然后穿过同一部分的输出表面26、27、28、29、30。这样，来自每一个输入表面21、22、23、24、25可以或者直接到达对应的输出表面26、27、28、29、30，或者在到达输出表面之前在壁31、32、33、34、35、36、37、38上被预先反射。壁31、32、33、34、35、36、37、38防止由与基础部分16、17、18、19、20同高度放置的LED发射的光束到达相邻的基础部分的输出表面26、27、28、29、30。基础部分16、17、18、19、20单独地并且独立地起作用，以便获得没有杂散干扰的合成光束。

图3A-7B通过将合成光束分解为多个分量图示了根据本发明的灯模块1的使用的示例，每一个分量源自模块1的与对应的LED关联的基础部分16、17、18、19、20。基础部分16包括两个光源61、62：第一LED61产生至少一个第一光束，该第一光束为近光分量，第二LED62产生至少一个第二光束，该第二光束为远光分量。源自基础部分16的第二LED的光束图示在图11-13中。

近光通常包括倾斜截止线。优选地，第一光束产生近光的倾斜截止线的至少一部分，截止线的所述部分由近光截止线的倾斜截止线的一部分限定。

参照图3A和3B，以这种方式，位于模块1的左侧并且与对应的端部LED6关联的端部基础部分17可以用作产生向左侧的超范围聚焦的照明。该照明更集中和强烈。

参照图4A和4B，与对应的LED6关联的左侧的中间基础部分20可以用作产生向左侧水平延伸的照明。该照明不那么强烈并且相对于车辆横向散布。

参照图5A和5B，与对应的LED6关联的中心的中间基础部分19可以用作产生同等地向右侧和左侧水平延伸的照明。该照明不那么强烈并且相对于车辆横向散布。

参照图6A和6B，与对应的LED6关联的右侧的中间基础部分18可以用作产生向右侧水平延伸的照明。该照明不那么强烈并且相对于车辆横向散布。

参照图7A和7B，位于模块1的右侧的端部基础部分16与两个对应的端部LED61和62(在图1中图示)关联。优选地，第一LED61产生相对于水平轴线以45°角倾斜的左侧范围的照明。该照明更集中和强烈，并且被图示在图7B的等照度图中。由第二LED62产生的照明被图示在图11-13中。由部分16、17、18、19、20产生的照明水平地延伸。它们致力于照亮司机前方的马路。后者尤其可被用于产生车辆的近光灯所需要的照明的一部分。在图3B-7B中图示的不同照明分布示出了这些分量包括水平截止线，也就是说，没有照明超过在光束的等照度图中指示水平面的线。

部分16的第二光源62适于产生远光灯。第二光源的位置以如下方式确定，当光源位于该位置中时，它产生对应于远光灯的照明。

远光灯不具有任何截止线。远光灯的强度沿着光轴是集中和强烈的。它们的光至少部分越过近光灯的水平截止线。法规要求的强度可能为40500坎德拉的量级。由近光灯产生的照明提供较好的可见性，不会使马路的其它使用者炫目，并且通常包括水平截止线和倾斜截止线以便照亮位于马路的一侧的标志和人行道或路边。近光灯的强度为36000坎德拉的量级。

图8图示了两个光源的位置之间的位移矢量。两个光源由附图标记61和62表示。位移矢量包括沿轴线z的竖直分量(-δz)和沿轴线y的横向分量(δy)，轴线y和z图示在附图中。竖直轴线50和水平轴线51之间的交叉点52为部分16的光轴的标定点。术语竖直被理解为照明模块在正常的使用条件下设置时。

图9示意性地图示了分别由第一光源产生的像和由第二光源产生的像之间的像的布局的差异。

优选地，第一LED61的中心63稍微位于光轴以上。LED的边缘以45°倾斜并且与光轴相交。实际上，LED的边缘产生截止线。由第一光源产生的像被图示在图9中。像都位于截止线910以下。优选地，像被对准和/或叠加以形成第一光束的截止线的所述倾斜部分。法律要求远光向前发射超过100米的最小距离。由远光产生的照明因此必须沿光轴是集中和强烈的。

为了提高由第一LED61产生的像，位移矢量必须包括向下定向的竖直分量，-δz，使得第二位置位于光轴之下，如图8所示。第二光源62相对于焦点竖直偏移一段距离，使得第二光源62的由第二光线经光学元件的投射形成的多个像被布置为至少部分在第一光束的截止线以上。第二光束呈现互补的远光类型的光分布。图9图示了像的位移。在用于第一光源的近光的截止线之下的像被移动到截止线以上，并且促成远光的体积920(宽度和厚度)。

此外，第二LED62相对于第一位置也横向偏移，使得形成用于第一LED61的15度的截止线的倾斜像被叠加在由沿竖直轴线z的偏移-δz引起的水平和竖直像上。该偏移δy被图示在图8中。第二LED62相对于焦点横向偏移一段距离，使得第二光源62的由第二光线经光学元件的投射形成的多个像被集中在光轴上。像的重叠有助于远光沿部分16的光轴的集中。该光束的集中由图9的中心椭圆形915图示。在图8中LED61和62的这两个位置位于外表面26的焦点附近，所述焦点位于光轴上。第一光源61的中心基本上向上偏移并且偏移到焦点的左侧，并且第二光源62的中心基本上向下偏移并且偏移到焦点的右侧。两个光源彼此接近的事实保证光学模块是紧凑的并且在由两个光束产生的照明中具有连续性。左侧和右侧相对于沿光的传播方向定向的光轴被定义。

描述了不同的实施例以结合在单一的光学模块或光学模块的一部分中的两种类型的光。

在优选实施例中，光学元件7的光学部分16假定光源在两个位置中的每一个位置。结果，为了产生近光，第一光源61被打开并且第二光源62被关闭。为了独有地产生远光类型的光束，第一光源被关闭并且第二光源被打开。也可以通过打开两个光源组合两种类型的光束，以产生更强的远光类型的光束。

有利地，两个LED之间的距离取决于透镜的尺寸和其光学特性。然而，透镜的大小越小，光源的位置必须越精确。

优选地，光学元件7的尺寸在高度方向上为20mm的量级，并且在宽度方向上为110mm的量级。对于具有该尺度量级的大小的光学元件，在相同的光学部分中用于产生远光类型和近光类型的光束的两个光源之间的距离优选地在2至5mm之间，更优选地在3至4mm之间。有利地，该距离小于光学部分的焦距的一小部分。该一小部分优选地为f*tan(0.57°)的量级，即f/100，如果f为光学部分的焦距的话。该距离利用包括至少两个发光表面的可寻址二极管的矩阵更容易行得通。二极管矩阵提供具有可被单独地打开的紧密的发光表面的优点。此外，发光表面小于单独的LED的发光表面。还具有好处在于发光表面对于远光的最大强度是邻近的，没有位于太高位置。其结果是当两个光源邻近时有两个光源产生的照明被均匀地分布。

图10图示了基础部分16的输入表面21。它包括分别用于产生包括近光灯的倾斜截止线和远光灯的照明的两个LED61、62。仅有LED的发光表面被呈现，它们的连接表面没有被呈现。这些LED的位置中的每一个被限定在基础部分16的光轴以上和以下。光源相对于光轴的位置确定了光线的传播方向。第一LED产生其强度位于水平和倾斜截止线以下的照明。第二LED产生远光灯，其光束相对于近光灯的光束被提升并且更集中。在图10中，两个发光表面是邻近的，如在可寻址二极管的矩阵中那样。

图11为光学元件7的部分16的等照度图。只有专用于近光灯的LED被打开。可以看见具有近光灯特性的水平截止线和15度的倾斜截止线。

图12图示了与图10类似的等照度图，但是只有专用于远光灯的LED62被打开。如在图9的视图的背景下描述的，照明的分布被向上移动，并且光强被集中在对应于光轴的图的中心附近。

图13图示了涉及光学元件7的第三等照度图，其中专用于近光灯和远光灯的LED被打开。其结果是照明分布在水平截止线以上和以下，光强集中在图的中心附近。

如图3A、4A、5A、6A、7A清楚地示出的，由灯模块1的每一个LED6、61、62产生的光束仅仅穿过LED或多个LED所关联的基础部分16、17、18、19、20，不能被引向相邻的基础部分16、17、18、19、20的输出表面26、27、28、29、30。从其演化得到根据本发明的灯模块1适于产生清楚、准确的合成光束，因为它不受由于模块1的不同基础部分16、17、18、19、20之间的光干扰导致的任何杂散光束的影响。

虽然在附图中相同地图示了LED6、61、62，它们实质上可以在同一灯模块1内具有不同结构、几何形状和光特性，根据特定的照明需要选择LED。

优选地，光源为发光二极管，并且关于这一点已经给出了上述说明。这种二极管提供很好的光束质量，而仍保持较小尺寸。因此它完美地适于根据本发明的灯模块，所述灯模块的尺寸必须被限制为例如能够被合并到机动车辆中。

然而，用于本发明的光源的类型不限于发光二极管的类型。光源也可以为白炽灯、气体放电灯、激光源或能够产生具有类似于上述性质的性质的光束的任何类型的光源。

现在前照灯制造者只需要使用单一的制造工具(例如模具)设计单一的光学元件，使得能够制造与不同类型的光束灯(优选地，近光灯和远光灯)兼容的单一的光学模块。

根据本发明的光学模块具有紧凑的几何形状，并且因此具有较小的体积。

优选地，由模块在模块的输出表面的输出侧发出的光线形成一部分或全部马路照明光束、信号指示或车辆内部照明。以这种方式，装配另一个光学偏置元件或盖是无意义的。换句话说，灯装置在输出表面之后可以无需透镜、反射器或盖。

Claims (15)

1.一种尤其是用于机动车辆的照明模块，包括光学元件(7)和至少一个第一光源(61)，所述光学元件用于产生呈现至少部分倾斜的截止线(910)的至少一个第一光束，所述模块的特征在于：

-光学元件包括具有光轴和焦点的至少一个光学部分(16)，第一光源(61)布置在焦点处并且适于朝向光学元件发射第一光线以产生第一光束，

-所述模块还包括第二光源(62)，第二光源被布置为距离焦点一段距离并且相对于第一光源(61)在竖直轴线(50)上向下偏移，第二光源适于朝向光学元件发射第二光线以产生至少部分照亮截止线以上的第二光束。

2.根据权利要求1所述的照明模块，其中第二光源(62)相对于第一光源(61)在横向轴线(51)上偏移。

3.根据权利要求1或2所述的照明模块，其中第一光源呈现包括边缘的发光区，该边缘布置在光学元件的光学部分的焦点处。

4.根据权利要求3所述的照明模块，其中第一光源面向光学元件定向，使得所述边缘为倾斜的边缘。

5.根据权利要求4所述的照明模块，其中第二光源与第一光源面向光学元件的定向相同地面向光学元件定向。

6.根据前述权利要求中任一项所述的照明模块，其中当第一光源(61)被打开、第二光源(62)被关闭时，产生包括第一光束的近光类型的光束。

7.根据前述权利要求中任一项所述的照明模块，其中当第一光源(61)和第二光源(62)被打开时，产生包括第一光束和第二光束的重叠和/或并列的远光类型的光束。

8.根据前述权利要求中任一项所述的照明模块，其中当第二光源被打开同时使用低于产生第二光束所需要的电功率的电功率被供电、第一光源被关闭时，产生日间行车灯类型的光束。

9.根据前述权利要求中任一项所述的照明模块，其中两个光源(61、62)之间的距离小于或等于光学部分的焦距的一部分。

10.根据前述权利要求中任一项所述的照明模块，其中第一光源(61)和第二光源(62)中的每一个都由能够选择性地被启动的半导体发光芯片组成。

11.根据权利要求10所述的照明模块，其中第一光源(61)和第二光源(62)由双芯片类型的同一发光二极管形成。

12.根据权利要求1-9中任一项所述的照明模块，其中第一光源(61)和第二光源(62)由包括至少两个二极管的二极管矩阵形成，每一个二极管形成光源中的一个。

13.根据前述权利要求中任一项所述的照明模块，其中光学部分(16)为透镜。

14.根据前述权利要求中任一项所述的照明模块，其中光学部分(16)的材料为PVC、玻璃、聚碳酸酯或PMMA。

15.根据前述权利要求中任一项所述的照明模块，其中第一光束用于形成近光类型的光束的部分，并且其中光学元件(7)包括具有光轴、焦点的至少一个第二光学部分(17、18、19、20)，并且第三光源布置在第二光学部分的焦点附近以产生形成所述近光类型的光束的部分的至少一个第二光束。