CN108119866A - 低轮廓高效的车辆照明模块 - Google Patents

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Abstract

一种车辆照明模块包括具有射入表面和射出表面的硅树脂透镜以及光源。透镜在射入表面和射出表面之间限定近零拔模。射入表面被配置为将从光源发出的入射光成形为从射出表面发出并包含至少69％的入射光的准直光模式。为此，射入表面包括多个多面近场透镜元件，多面近场透镜元件各自具有不同的焦距并且各自限定近零拔模。射出表面包括多个微光学元件，该多个微光学元件被配置成将准直光模式成形为预定的发射光模式。

Description

低轮廓高效的车辆照明模块
技术领域
本公开总体涉及机动车照明。更具体地，本公开涉及包括定义近零拔模的透镜的低轮廓照明模块。
背景技术
诸如投影灯、多腔灯和其他照明元件的传统车辆前照灯需要诸如光源、光收集器、光分配器等的多个部件。这样的照明元件受到与提供期望的准直照明模式(例如近光灯、远光灯、雾灯模式等)所需的透镜形状相关联的尺寸限制。透镜光透射效率也是设计约束，并且传统的车辆前照灯很少超过50％的效率，即很少透射超过50％的光源发射的光作为具有所需模式的准直光束。由于光收集器中的光的收集较弱和光的破坏，光源发射的大部分光被浪费了。
由于这种效率的损失，前照灯需要显著的能量使用，相当于更高瓦特消耗和热管理问题。相应地，如上所述，使用常规技术不能在不会失去将光的发射控制成所需模式所需的光学控制的情况下实现满足日/夜光强度的规定要求的较小轮廓前照灯。
因此，在本领域中认为需要允许这种较小轮廓同时满足光强度的规定要求并且还提供减少的能量使用和光浪费的照明部件。
发明内容
根据本文所述的目的和益处并且为了解决上述总结和其他问题，在一个方面，提供了一种车辆照明模块，其包括具有射入表面和射出表面的硅树脂透镜，该透镜在射入表面和射出表面之间限定了近零拔模。该模块还包括光源。射入表面被配置为将从光源发出的入射光成形为从射出表面发出并包含至少69％的入射光的准直光模式。射入表面包括多个多面近场透镜元件，该多个多面近场透镜元件各自具有不同的焦距并且各自限定近零拔模。射出表面包括多个微型光学元件，其被配置为将准直的光模式成形为预定的发射光模式。
在实施例中，预定发射光模式是近光灯模式、远光灯模式、雾灯模式、日间行车灯模式和静态弯道灯模式中的一种。在实施例中，多个微光学元件中的一个或多个的直径各自为2mm或更小。在其他实施例中，多个微光学元件中的一个或多个的直径各自为0.5mm或更小。
在另一方面，提供了一种车辆前照灯组件，其包括一个或多个如上所述的包含在壳体中的车辆照明模块。
在另一方面，提供了一种用于车辆照明模块的透镜，包括限定射入表面和射出表面的硅树脂透镜体，该透镜体还在射入表面和射出表面之间限定近零拔模。如上所述，射入表面被配置为将从光源发出的入射光成形为从射出表面发出的包含至少69％的入射光的准直光模式。为了实现这一点，射入表面包括多个各自具有不同焦距并且各自限定近零拔模的多面近场透镜元件。射出表面包括多个微光学元件，其被配置为将准直光模式成形为预定的发射光模式，该模式可以是近光灯模式、远光灯模式、雾灯模式、日间行车灯模式和静态弯道灯模式中的一种。
在实施例中，多个微光学元件中的一个或多个的直径各自为2mm或更小。在其它实施例中，多个微光学元件中的一个或多个的直径各自为0.5mm或更小。射出表面可以限定四边形、圆形或其它形状。
在下面的描述中，示出和描述了所公开的车辆照明模块、因此透镜以及包括该模块的照明组件的实施例。应当理解，模块、透镜等能够具有其他不同的实施例，并且其各种细节能够在各种显而易见的方面进行修改，而不脱离如所附权利要求书中阐述和描述的装置和方法。因此，附图和描述应当被认为是说明性的而不是限制性的。
附图说明
并入本文并形成说明书的一部分的附图说明了所公开的车辆照明模块的若干方面，并且与描述一起用于解释其某些原理。在图中：
图1A示出了根据本公开的用于车辆照明模块的透镜的后视图；
图1B示出了图1A的透镜的侧视图；
图2A示出了根据本公开的用于车辆照明模块的透镜的主视图，其被配置用于近光应用；
图2B示出了根据本公开的用于车辆照明模块的透镜的主视图，其被配置用于远光应用；
图3示出了根据本公开的车辆照明模块的侧视图；
图4A示出了根据本公开的包括一对车辆照明模块的前照灯组件的实施例；以及
图4B示出了根据本公开的包括一对车辆照明模块的前照灯组件的替代实施例。
现在将详细参考所公开的车辆照明模块的实施例，其示例在附图中示出，其中相同的附图标记表示相同的特征。
具体实施方式
图1A-1B示出了根据本公开的用于车辆照明模块的透镜100。所描绘的透镜通常制造为限定射入表面120和射出表面130的一体式主体110。在所示实施例中，一体式主体110由硅树脂材料制造。众所周知，硅树脂是光学半透明的材料，并且确实提供比常规用于制造照明模块的透镜的诸如聚碳酸酯、玻璃、丙烯酸树脂等的材料更好的透光性。在实施例中，用于制造透镜100的合适的硅树脂等级可以具有小于0.002％/mm吸光率、约1.41/2的折射率和每个入射角小于0.1％的光的扩散性的性能。在一个实施例中，由Dow Corning(Auburn、MI)制造并以品牌名称MS-1002出售的可成型硅树脂适用于所述应用。然而，如将理解的，满足上述参数的其它可成型硅树脂同样适用，因此本实施例将不被认为是限制性的。
硅树脂在制造透镜100中的使用赋予其它意想不到的益处。特别地，由于硅树脂的流动性和固化性，可以提供具有近零拔模的性能的透镜体110。应当理解，如本文所使用的，“近零拔模(near-zero draft)”是指没有或略微负的拔模。众所周知，为了从模具中安全地取出成型部件，通常需要一定量的拔模，即从水平面的正角度。没有这样的拔模，成型部件可能难以取出，并可能在取出期间受到损坏。由于在模具壁中的拔模，在成型部件的外部产生类似的拔模。
这在图1A-1B中示出，其中以虚线叠加的是由诸如聚碳酸酯、丙烯酸树脂、混合物等的常规材料制造的透镜140的轮廓。如图所示，传统的透镜140包括多个拔模区域150，其在图1B中明显可见。另一方面，由于硅树脂的流动性和固化性，透镜体110不需要这样的拔模，因为成型体可以通过简单地将其压出模具而被推出。
这在车辆照明模块领域中是更有利的，因为在这样的拔模区域150中有明显的光(高达5％的收集的入射光)损失。此外，这样的拔模区域150产生了眩光，进一步增加了照明模块设计的难度。由于缺少这样的拔模区域，与传统材料制造的透镜相比，本公开的透镜体110允许改进的光透射和减少的光损耗。
众所周知，从诸如发光二极管(LED)的光源发出的光通常在距光源的发光部分180度的半径处具有显著的散射。为此，透镜体射入表面120设置有多个多面近场透镜元件160，其被配置为将从光源(未示出)发出的入射光(参见箭头)成形为从射出表面130发出的准直光模式。多面近场透镜元件160中的一个或多个可以限定不同于由其他的多面近场透镜元件160限定的焦距的焦距，因此结合工作以准直来自一个或多个光源(在该图中未示出)的入射光。受让人福特全球技术公司(Ford Global Technologies,LLC)的美国专利第9,156,395号文献中公开了用于如本文所述的用于透镜体射入表面120的多面近场透镜元件160的示例性但非限制性的设计。美国专利第9,156,395号文献的公开内容通过引用整体并入本文。
通过多面近场透镜元件160和如上所述的透镜体110的优异的透光特性，提供从射出表面130发出的包含收集的入射光的69％或更多的准直光模式，显著超过了常规透镜和照明模块难以提供50％的效率的能力。这允许使用较小的光源来提供所需的发光量，节省能量并减少照明模块中的热量产生。
参考图2A和2B，射出表面130限定多个被配置为将准直光模式成形为预定的发射光模式的微光学元件170。该发出的光模式可以是根据在日间/夜间/可见条件下车辆照明模块被操作的近光灯模式、远光灯模式、雾灯模式、日间行车灯模式、静态弯道灯模式等。通过使用硅树脂来制造透镜体110也获得了这种额外的好处。“微光学”是指比用于车辆照明模块透镜的传统光学元件小得多的光学元件。例如，通过在制造中使用硅树脂，具有2mm及以下、甚至0.5mm或以下的宽度的微光学元件170是可能的。
这种微光学元件170允许明显更好的光束控制和更精确的光学性能。作为非限制性示例，对于限定20×20mm的区域的射出表面130(该区域沿一个方向引导/传播/楔入发射的光、射出表面包括400个微光学元件170，每个微光学元件170限定1×1mm的区域以单独地控制发射的光的方向/传播/楔入)，实现了发射光的控制增加400倍。
使用硅树脂制造透镜体110还产生更多的优点。图2A和2B中描绘的透镜100分别用于近光灯应用和远光灯应用，并且相应地配置微光学元件170。由于如上所述由透镜体110提供的光的改进的收集和透射，所以透镜体的尺寸可以显著减小。在图2A所示的非限制性示例中，提供用于近光灯应用的透镜100，其具有大约90mm宽、45mm高和50mm深度的尺寸。在图2B所示的非限制性示例中，提供了用于远光灯应用的透镜100，其具有大约80mm宽、40mm高和47mm深度的尺寸。
这可以与例如其中透镜具有70mm直径和200mm深度的尺寸的常规投影光束照明模块的尺寸进行比较。这允许形成有显著更小的尺寸的照明模块，该照明模块仍然以各种管理机构要求的强度、距离和光传播模式提供光发射，但是显著降低了能量成本和散热。尽管较新的基于LED的投影光束照明模块可能较小(例如，130mm的深度和50-60mm的光圈)，但是与诸如本文描述的晶体似的设计相比，这样的基于LED的模块仍然需要复杂的设计(除透镜之外的反射镜、屏蔽以及其他机构)。
图3示出了包括如上所述的一个或多个透镜100的代表性车辆照明模块180以及被布置为发射可以如上所述由射入表面120收集的光的诸如LED灯190的光源。如所讨论的，从LED灯190发射的光在180度半径上散射。通过多面近场透镜元件160，部分归因于上述近零拔模特征，该散射光通过透镜体110被有效地收集并透射。通过所描述的多面近场透镜元件160，使得入射光的准直直到大约3度是可能的。准直的光模式通过射出表面130射出，由微光学元件170成形为期望的光束模式。
图4A和图4B示出了包括上述车辆照明模块180的前照灯组件200。图4A示出了前照灯组件200，其包括保持一对照明模块180的外壳210。一个模块180包括配置为近光前照灯的透镜体110a，而另一模块包括配置为远光前照灯的透镜体110b。这通过如上所述的微光学元件170配置来完成。
每个透镜体110a、110b包括限定用于发射准直光模式的四边形形状的射出表面130(参见箭头)。在常规照明模块中，这种四边形射出表面形状导致光透射效率的显著损失。通过上述的特征和益处，避免了这种效率损失，并且使得更紧凑的四边形透镜100和前照灯组件200的使用成为可能。然而，如将理解的那样，也设想使用包括限定出圆形形状的射出表面130的透镜体110。
这在图4B中示出，示出了前照灯组件200，其包括保持一对照明模块180的外壳210，照明模块180包括具有限定圆形形状的射出表面130的透镜100。一个模块180包括配置为近光前照灯的透镜体110c，而另一个模块包括配置为远光前照灯的透镜体110d。同样，这些照明模式通过如上所述的微光学元件170配置来实现。
通过上述特征，提供了表现出优良光透射效率的透镜100。在一个示例中，将透镜100结合到照明模块180中，该照明模块180包括以1250流明发射光的LED灯190。透镜100提供860流明的准直光模式输出，其代表69％的透射效率。在另一个示例中，将透镜100结合到照明模块180中，照明模块180包括以1250流明发射光的LED灯190。透镜100提供900流明的准直光模式输出，其代表72％的透射效率。
为了说明和描述的目的，提出了前述内容。其并不旨在详尽无遗或将实施例限制为所公开的精确形式。根据上述教导，本发明的许多修改和变化是可能的。当依照所附权利要求公平、合法、公正地享有的广度来解释时，所有这些修改和变化都落在所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种车辆照明模块，包括：
具有射入表面和射出表面的硅树脂透镜，所述透镜在所述射入表面和所述射出表面之间限定近零拔模；以及
光源；
其中所述射入表面被配置为将从所述光源发出的入射光成形为从所述射出表面发出的并且包含至少69％的所述入射光的准直光模式。
2.根据权利要求1所述的车辆照明模块，其中所述射入表面包括多个多面近场透镜元件，所述多面近场透镜元件各自具有不同的焦距并且各自限定近零拔模。
3.根据权利要求1所述的车辆照明模块，其中所述射出表面包括多个微光学元件，所述多个微光学元件被配置为将所述准直光模式成形为预定发射光模式。
4.根据权利要求3所述的车辆照明模块，其中所述预定发射光模式是近光灯模式、远光灯模式、雾灯模式、日间行车灯模式以及静态弯道灯模式中的一种。
5.根据权利要求3所述的车辆照明模块，其中所述多个微光学元件中的一个或多个的直径各自为2mm或更小。
6.根据权利要求3所述的车辆照明模块，其中所述多个微光学元件中的一个或多个的直径各自为0.5mm或更小。
7.一种车辆前照灯组件，包括：
一个或多个车辆照明模块，每个所述模块包括：在射入表面和射出表面之间限定近零拔模的硅树脂透镜，以及光源；以及
一个或多个车辆照明模块的外壳；
其中所述射入表面包括多个近场透镜元件，所述近场透镜元件被配置成将从所述光源发出的入射光成形为从所述射出表面发出并且包含至少69％的所述入射光的准直光模式。
8.根据权利要求7所述的车辆前照灯组件，其中所述射入表面包括多个多面近场透镜元件，所述多面近场透镜元件各自具有不同的焦距，并且各自限定近零拔模。
9.根据权利要求7所述的车辆前照灯组件，其中所述射出表面包括多个微光学元件，所述多个微光学元件被配置成将所述准直光模式成形为预定发射光模式。
10.根据权利要求9所述的车辆前照灯组件，其中所述预定发射光模式是近光灯模式、远光灯模式、雾灯模式、日间行车灯模式和静态弯道灯模式中的一种。
11.根据权利要求9所述的车辆前照灯组件，其中所述多个微光学元件中的一个或多个的直径各自为2mm或更小。
12.根据权利要求9所述的车辆前照灯组件，其中所述多个微光学元件中的一个或多个的直径各自为0.5mm或更小。
13.一种用于车辆照明模块的透镜，包括限定射入表面和射出表面的硅树脂透镜体，所述透镜体进一步限定所述射入表面和所述射出表面之间的近零拔模；
其中所述射入表面被配置成将从光源发出的入射光成形为从所述射出表面发出的包含至少69％的所述入射光的准直光模式。
14.根据权利要求13所述的透镜，其中所述射入表面包括多个多面近场透镜元件，所述多面近场透镜元件各自具有不同的焦距并且各自限定近零拔模。
15.根据权利要求13所述的透镜，其中所述射出表面包括多个微光学元件，所述多个微光学元件被配置成将所述准直光模式成形为预定发射光模式。
16.根据权利要求15所述的透镜，其中所述预定发射光模式是近光灯模式、远光灯模式、雾灯模式、日间行车灯模式和静态弯道灯模式中的一种。
17.根据权利要求15所述的透镜，其中所述多个微光学元件中的一个或多个的直径各自为2mm或更小。
18.根据权利要求15所述的透镜，其中所述多个微光学元件中的一个或多个的直径各自为0.5mm或更小。
19.根据权利要求13所述的透镜，其中所述射出表面限定四边形形状。
20.根据权利要求13所述的透镜，其中所述射出表面限定圆形形状。
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