CN108302457B - 用于照亮顶灯的光学模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的光学模块(10)，包括：‑能够发射初级光束的至少一个光源(16)‑能够接收所述初级光束并且包括截止构件(28，30)的主光学装置(12)，所述截止构件被布置成将所述初级光束转换成次级光束，该次级光束沿纵向定向并且呈现出总体上横向延伸的预定底部截止，‑投射装置(14)，其被布置成投射最终光束，该最终光束呈现出由具有截止的所述次级光束的反转图像形成的顶部截止，其特征在于，所述主光学装置(12)包括光偏转构件(38)，所述光偏转构件(38)被布置成将所述初级光束的所述光线的一部分偏转到所述次级光束的截止以下以朝向所述投射装置。

Description

用于照亮顶灯的光学模块
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆的光学模块，其旨在投射具有顶部截止的最终光束。
本发明更具体地涉及一种用于机动车辆的光学模块，包括：
-能够发射初级光束的至少一个光源，
-能够接收所述初级光束并且包括截止构件的主光学装置，所述截止构件被布置成将所述初级光束转换成次级光束，该次级光束沿纵向定向并且呈现总体上横向延伸的预定底部截止，
-投射装置，其布置成投射最终光束，该最终光束呈现出由具有截止的所述次级光束的反转图像形成的顶部截止。
背景技术
已知光学模块旨在发射具有截止的光束。截止轮廓总体上横向延伸，以标记由光束照亮的底部区域与光束几乎不照亮的顶部区域之间的边界。因此，这种截止使得可以控制光束的范围，以避免使位于车辆前方的车辆的驾驶员炫目。
通过这种具有截止的光束特别地产生进光功能。截止可以呈现出纯水平轮廓，由倾斜截止部分分离的分段轮廓，或者甚至呈现出水平部分和上升倾斜部分(例如相对于水平部分的15°角)的“V”形轮廓。
一些规定允许位于截止上方的某些点被光束照亮。这些点通常称为“顶灯(overhead light)”，因为它们对应于位于其他车辆上方的区域的照明，其中在这些点处，一些信号板被布置在道路上的塔架上。
顶灯相对于车辆的位置以及它们被照亮的亮度被赋予非常严格的规定。
已经提出通过改变光学模块的投射透镜的结构来产生这些顶灯的照明。
然而，投射透镜从车辆的外部直接可见。因此，透镜的这种结构修改对于外部观察者是可以察觉的。因此，这些解决方案在美学上并不令人满意。
还提出了设置反射镜以将光线向上反射以朝向顶灯。
然而，这种解决方案规定了使用添加到光学模块中的附加反射元件。这样的元件体积庞大，安装成本高昂。
发明内容
本发明提供之前描述类型的光学模块，其特征在于，所述主光学装置包括光偏转构件，所述光偏转构件被布置成将所述初级光束的所述光线的一部分偏转到所述次级光束的截止以下以朝向所述投射装置。
根据本发明的其他方面：
-所述主光学装置是以半透明或透明材料制成的实心部件；
-所述截止构件由在主光学装置的底面中产生的槽形成，所述槽具有顶部横向截止边缘，该截止边缘的轮廓对应于所述预定截止的形状，所述截止轮廓能够是直线轮廓，或者作为替代，能够是具有水平部分和与水平部分形成角度(特别是15°的角度)的倾斜部分的轮廓；
-所述截止边缘形成在如下两者的交叉处：
-第一上游拦截面，特别是基本上水平的，其布置成将来自光源的所有光线反射在所述截止边缘上方以朝向所述投射装置；以及
-在截止边缘下方延伸的下游第二面，特别是基本上竖直的；
-所述偏转构件由在所述主光学装置中特别是在所述拦截面中产生的出射面形成，所述出射面与所述拦截面形成一角度，以将所述初级光束的从所述主光学装置特别是在所述截止边缘下方输出的一部分，例如朝向所述截止构件的下游第二面传递；
-所述出射面以特别是在拦截面下方的凸起的形式形成，该凸起延伸以特别地突出到主光学装置之外；
-所述出射面形成于在所述拦截面(30)中挖出的凹口中；
-由所述偏转构件偏转的光线投射在最终光束的截止线上方，以产生规范的所谓“顶灯”功能，通过出射面而离开的偏转光线特别地被引导向截止构件的下游面，出射面与下游面配合，使得由出射面偏转的并且穿过所述下游面的所述部分的光线产生所述规范的顶灯功能；
-所述主光学装置包括至少一个准直构件，特别是准直器，以用于准直由相关光源发射的光线；
-所述主光学装置包括内部全反射面，所述内部全反射面被布置成接收所述准直光束并将其聚焦在所述截止构件的高度处；
-所述光学模块包括设置在所述截止构件的下游的输出面；
-所述投射装置被聚焦在所述截止构件的高度处；
-所述投射装置具有与所述截止构件的边缘重合的横向焦线。
-所述投射装置由透镜形成。
本发明还涉及一种用于机动车辆的照明装置，包括第一光学模块和第二光学模块，所述第一光学模块是前述的光学模块，所述第二光学模块能够产生分段的光束，该分段的光束旨在与由第一光学模块投射的光束结合地被接通从而通过两个光束的叠加产生规范的近光型的照明功能。
附图说明
在阅读以下的详细说明的情况下，本发明的其他特征和优点将出现，为了理解以下的详细说明，将参考附图，其中：
-图1是从上方观察的立体图，其表示根据本发明的教导制造的光学模块，为了清楚起见，已经省略了光源；
-图2A是根据图1的剖切平面22的剖视图，其表示图1的光学模块中的光线从光源到最终光束的路径；
-图2B是类似于图2A的视图的更大规模的详细视图，其表示光学模块的变型实施例；
-图3是从下方观察的立体图，其表示图1的光学模块；
-图4是主视图，其表示由图1的光学模块发射的最终光束照亮的屏幕；
-图5是俯视图，其表示包括图1的光学模块的机动车照明装置，该光学模块与第二光学模块相关联以形成规范的近光光束；
-图6是类似于图4的视图，其表示由图1的光学模块以及图5的照明装置的第二光学模块同时照亮的屏幕。
具体实施方式
下面在说明书中，将以非限制性的方式采用以下取向：
-纵向，沿最终光束的输出方向被从后向前地引导；
-竖直，从底部引导向顶部；
-横向，被引导为垂直于纵向和竖直方向。
纵向横向平面称为“水平”平面。
以下，在说明书中，参照光线的从光源到最终光束的移动方向，使用术语“上游”和“下游”。
横向取向对应于最终光束的截止轮廓的水平高度的取向。竖直方向用作几何坐标而不参考重力方向。竖直取向被定义为与最终光束的截止轮廓的水平高度正交。
在以下的说明中，具有相同结构或相似功能的元件将用相同的附图标记表示。
图1示出了用于机动车辆的光学模块10，其旨在沿纵向方向“L”发射具有顶部截止的最终光束。
该光学模块例如是参与近光功能的光学模块10。然后将这种光学模块10布置在机动车辆(未示出)的前部，以照亮车辆前方的道路。
光学模块10主要包括主光学装置12和投射装置14。
如图2A所示，光学模块10还包括至少一个光源16，这里是两个光源16。光源16在这里由发光二极管形成。这里有九个发光二极管。发光二极管全部由通常的印刷电路板支承，该印刷电路板在主光学装置12上方的水平面中延伸。
每个光源16能够以受控的方式发射初级光束，该初级光束大致竖直向下以被引导向主光学装置12的输入面18。
主光学装置12通过以半透明或透明材料(例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC))制成的实心部件以块的形式形成。主光学装置12在其上后部分上包括所述顶部水平输入面18。
输入面18设置有多个准直构件20，每个准直构件20与光源16相关联。每个构件20在这里由输入面18的一部分形成，输入面18的该部分构造为透镜以准直由相关联的光源16发射的初级光束。因此，来自光源16的光线在主光学装置12中基本上沿竖直方向传播。
顶部输入面18竖直地设置在内部全反射面22的上方，内部全反射面22被布置成接收由准直构件20准直的初级光束。该全反射面22界定主光学装置12的纵向后方。它具有倾斜的斜坡形式，以将入射光线全部向前朝向前部输出面24反射，该输出面24界定光学装置12的前方。
在这里，通过输出面2的竖直截面在凹曲面的在水平面中延伸的方向上的平移(该平移形成母线)来形成输出面24。光源16本身平行于输出面24的曲率而排列。
主光学装置12装备有截止构件，该截止构件被布置成将所述反射的初级光束变换成次级光束，该次级光束沿纵向定向并且呈现出整体横向延伸的预定底部截止。
截止构件由在主光学装置12的底面中产生的槽26形成。槽26具有凹陷的顶部横向边缘28，称为截止边缘28，该截止边缘28的轮廓对应于预定截止的形式。这里是一个水平平坦截止。
截止边缘28更具体地由第一基本上水平的上游拦截面30和在截止边缘28下方延伸的基本竖直的下游第二面32的交叉线形成。
拦截面30与全反射面22邻接。该拦截面30被布置为将次级光束的光线全部反射到边缘28上方以朝向输出面24。因此，该拦截面30保证来自光源的光线引导至截止边缘28的上方。因此，没有旨在形成具有最终截止的光束的光线通过槽26的竖直下游面32。
输出面24设置在截止边缘28的纵向下游。
在纵向竖直剖视平面中，如图2A所示，全反射面22被构造为抛物线，以将反射的光线聚焦在截止边缘28的高度。
投射装置14设置在主光学装置12的输出面24的纵向下游并且与该输出面24相距一定的距离。投射装置14用于投射呈现顶部截止的最终光束，通过由主光学装置12的输出面24投射的具有截止的次级光束的反转图像形成该顶部截止。
图4示出了位于距离照明装置25米处的横向竖直屏幕33上的且由最终光束照亮的区域31，该区域31与光轴成直角，该光轴与该屏幕33的交点对应于x轴和y之间的交点。可以看出，由最终光束照亮的区域的顶部通过截止线35而被界定。截止线28具有水平的直线形式。最终光束在这里是一个规范的近光。
更具体地，投射装置14由以透明或半透明材料制成(例如PMMA或PC)的透镜形成。透镜包括后输入表面34和相对的投射面36。
输入面34纵向设置在距离主光学装置12的输出面24一定距离处，以便将光线在进入投射装置14之前出射到露天的大气中。
投射装置14在这里由与主光学装置12不同的部件形成。
投射装置14聚焦在截止构件的高度上。更具体地，投射装置14具有圆柱形形状，并且其包括与截止边缘28重合的横向焦线。这使得可以投射出如下的最终光束，该最终光束呈现由截止边缘28的反转图像形成的尖锐截止。在通过截止边缘28的水平焦平面的任一侧上，该图像当然通过竖直对称而反转。
根据本发明的教导，主光学装置12包括光偏转构件，该光偏转构件被布置成将初级光束的光线的一部分偏转到次级光束的截止下方以朝向投射装置。因此，这些偏转的光线在通过投射装置14之后向上投射，以照亮竖直地设置在最终光束的截止线上方的顶灯37。
如图4所示，这里有六个顶灯37。第一组三个顶灯37(即中心灯37和横向地布置在中心点各侧的4°的位置处的两个灯37)在截止线上方的2°位置处对准。第二组三个顶灯37(即中心灯37和横向地布置在中心点各侧的8°的位置处的两个灯37)在截止线上方4°的位置处对准。
为此，偏转构件由在拦截面30中产生的出射面38形成。出射面38更特别地与拦截面30形成一个角度，以将初级光束的一部分透射出主光学装置12。来自准直的初级光束的光线因此直接撞击出射面38或者在全反射面22上的反射之后撞击出射面38，其中入射角小于折射角，使得所述光线通过出射面38以被引导至在截止边缘28的下方的下游竖直面32。所述偏转的光线因此重新进入主光学装置12以引导向输出面24，然后引导至投射装置14。
假设由出射面38偏转的光线通过截止边缘28下方，则由投射装置14将偏转的光线的图像投射到最终光束的截止线之上。应当理解，出射面38的位置被确定为使得在最终光束中由所述偏转的光线照亮的灯37对应于顶灯37。
在图2A所示的示例中，出射面38被制造成在拦截面30下方以竖直地向外突出地延伸的凸起(bulge)的形式形成。该凸起更具体地具有棱柱形式的竖直纵向部分，该棱镜的前部通过所述出射面38而被界定，并且其后部通过后表面40而被界定。该凸起的后表面40有利地定向成将入射光线全部反射到出射面38，以参与顶灯37的照明。由偏转构件偏转的光线因此投射在最终光束的截止线上方，以产生称为“顶灯”的规范功能。
根据图2B所示的本发明的变型，出射面38被制成在拦截面30中挖出的凹口中。在竖直截面中，凹口的后部因此通过出射面38而被界定。
如图3所示，出射面38在水平面上平行于主光学装置12的输出面24延伸。输出面24在水平面上具有曲率，出射面38本身沿着曲线延伸。出射面38连续地延伸为与几个光源16(例如六个光源16)相对。这些是布置在图3左侧的光源16。因此，这六个光源16中的每一个照亮相关的顶灯。
在未示出的变型中，出射面在拦截面下不连续地延伸。然后出射面的每个部分被布置成与相关联的光源重合，所述每个部分与出射面的相邻部分横向分离。
如图5所示，例如，先前描述的光学模块10形成用于机动车辆的照明装置41的一部分，该光学装置41包括根据本发明的教导制造的所述第一光学模块10，并且包括能够产生分段的光束的第二光学模块42，该分段的光束旨在与第一光学模块10结合地被接通。由两个光学模块10,42投射的光束的叠加使得可以产生规范的近光类型的照明功能，如图6所示。
因此，屏幕33的由来自第一光学模块10的最终光束照亮的区域31如前所述保持。顶灯37也保持在其位置。
由第二光学模块42照亮的第二区域44与第一照明区域31重叠。该第二区域44具有在屏幕33的一半上(这里是右半部分)且在第一照明区域31的截止线35上方延伸的顶部。这种所谓的顶部由第一顶部水平线46来界定其顶侧，并通过倾斜的第二线路48(例如15°)来从旁侧界定至屏幕的中心，该第二线路基本上在屏幕33的中心穿过第一区域31的截止线35。因此，两个光束的叠加照亮了一个全局区域31,44，该区域的顶部通过包括第一底部水平高度35和倾斜的第二部分48的界线来界定，该第一底部水平高度35由第一区域31的截止线35形成，并且该倾斜的第二部分48延长该水平第一高度35。该倾斜部分48由第二区域44的斜线48形成。最后，由第二区域44的顶部水平线46形成第二顶部高度46。
第一水平高度35使得可以通过避免对迎面而来的车辆的驾驶员造成炫目而照亮道路，而第二高度46可以以更大的范围照亮道路的一侧。这里的截止轮廓适用于在要求车辆在道路右侧行驶的国家运行的车辆。
可选地，可以控制第二光学模块42，以使光束根据车辆的车轮的枢转方向向左或向右移位，由第一光学模块10发射的最终光束相对于车辆保持固定。这使得可以将照明装置41赋予“弯曲光”功能，这使得可以以弯曲的方式最佳地照亮道路。即使通过第二光学模块42的转动，或者甚至通过选择性地接通形成第二光学模块42的发光矩阵的发光二极管，可以使光束移位。
根据本发明的教导制造的光学模块10使得可以形成具有截止的光束并同时照亮顶灯。
具有截止的光束和顶灯由相同的光源同时照亮。因此，该解决方案是特别成本有效和紧凑的，因为它不需要使用专用于顶灯的照明的光源。
此外，使得能够照亮顶灯的光线偏转构件被布置在主光学装置12中。当光学模块10安装在车辆上时，该主光学装置12对于观察者不是直接可见的。因此，偏转构件不可见，并且光学模块保持完整和精美的美学外观。
此外，实现根据本发明的教导制造的光学模块12的照明装置41使得可以以固定的方式照亮顶灯37，同时允许通过第二光学模块42产生“弯曲光”。

Claims (16)

1.一种用于机动车辆的光学模块（10），包括：
- 能够发射初级光束的至少一个光源（16）
- 能够接收所述初级光束并且包括截止构件的主光学装置（12），所述截止构件被布置成将所述初级光束转换成次级光束，该次级光束沿纵向定向并且呈现出总体上横向延伸的预定底部截止，
- 投射装置（14），其被布置成投射最终光束，该最终光束呈现出由具有截止的所述次级光束的反转图像形成的顶部截止，
其特征在于，所述主光学装置（12）包括光偏转构件，所述光偏转构件被布置成将所述初级光束的光线的一部分偏转到所述次级光束的截止以下以朝向所述投射装置，
所述主光学装置（12）是以半透明或透明材料制成的实心部件，
所述截止构件由在主光学装置（12）的底面中产生的槽（26）形成，所述槽（26）具有顶部横向截止边缘（28），该截止边缘的轮廓对应于所述预定底部截止的形状，
其中所述主光学装置（12）包括至少一个准直构件（20），以用于准直由相关光源（16）发射的光线，并且
其中所述主光学装置（12）包括内部全反射面（22），所述内部全反射面（22）被布置成接收准直后的光束并将其聚焦在所述截止构件的高度处。
2.根据权利要求1所述的光学模块（10），其特征在于，所述截止边缘（28）形成在如下两者的交叉处：
- 第一上游拦截面（30），其布置成将来自光源（16）的所有光线反射在所述截止边缘（28）上方以朝向所述投射装置（14）;以及
- 在截止边缘（28）下方延伸的下游第二面（32）。
3.根据权利要求2所述的光学模块（10），其特征在于，所述光偏转构件由在所述主光学装置中产生的出射面（38）形成，所述出射面（38）与所述第一上游拦截面（30）形成一角度，以将所述初级光束的从所述主光学装置（12）输出的一部分朝向所述截止构件的下游第二面传递。
4.根据权利要求3所述的光学模块（10），其特征在于，所述出射面（38）以在第一上游拦截面（30）下方的凸起的形式形成，该凸起延伸以突出到主光学装置之外。
5.根据权利要求3所述的光学模块（10），其特征在于，所述出射面（38）形成于在所述第一上游拦截面（30）中挖出的凹口中。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的光学模块（10），其特征在于，由所述光偏转构件偏转的光线投射在最终光束的截止线（35）上方，以产生规范的所谓 “顶灯（37）”功能。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的光学模块（10），其特征在于，所述光学模块（10）包括设置在所述截止构件的下游的输出面（24）。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的光学模块（10），其特征在于，所述投射装置（14）被聚焦在所述截止构件的高度处。
9.根据权利要求8所述的光学模块（10），其特征在于，所述投射装置（14）具有与所述截止构件的边缘（28）重合的横向焦线。
10.根据权利要求1-5中任一项所述的光学模块（10），其特征在于，所述投射装置（14）由透镜形成。
11.根据权利要求1所述的光学模块（10），其特征在于，所述准直构件（20）是准直器。
12.根据权利要求2所述的光学模块（10），其特征在于，所述第一上游拦截面（30）是基本上水平的。
13.根据权利要求2所述的光学模块（10），其特征在于，所述下游第二面（32）是基本上竖直的。
14.根据权利要求3所述的光学模块（10），其特征在于，所述出射面（38）在所述第一上游拦截面（30）中产生。
15.根据权利要求3所述的光学模块（10），其特征在于，所述初级光束的所述一部分在所述截止边缘（28）下方。
16.一种用于机动车辆的照明装置（41），包括第一光学模块和第二光学模块（42），所述第一光学模块是根据前述权利要求中任一项所述的光学模块（10），并且所述第二光学模块能够产生分段的光束，该分段的光束旨在与由第一光学模块（10）投射的光束结合地被接通从而通过两个光束的叠加产生规范的近光型的照明功能。
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