CN108302479A - 用于机动车辆的具有衍射屏幕的照明模块 - Google Patents

用于机动车辆的具有衍射屏幕的照明模块 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种用于机动车辆的照明模块，所述照明模块包括光学装置，所述光学装置用于在不借此改变所述照明模块的投影透镜的几何形状的情况下以成角度方式偏离通过光学装置的光线的至少一部分。

Description

用于机动车辆的具有衍射屏幕的照明模块
发明领域
本发明涉及照明投影器领域，尤其涉及用于机动车辆的照明投影器领域。本发明涉及具有能够以预定的方式偏离从模块的至少一个光源发出的光线的至少一部分的光学装置的照明模块。
背景技术
机动车辆配备有被设计成在夜间或光度降低期间照亮车辆前方的道路的投影器或前照灯。已知如何使用例如发光二极管或LED的半导体型光源来产生光束。特别地，举例来说，同一照明模块可以用于实施机动车辆的几种照明功能，例如，“近光”或“远光”功能。通常，可由多个例如LED的基本光源组成的光源发出的光线通过包括投影透镜和/或反射器元件的光学系统在共同预定方向上定向，以便提供预定的光印象。然而，为了实现某些规定的照明功能，可能有必要在除了这个共同方向以外的方向上偏离光线的至少一部分。举例来说，这是用于照亮为司机指示方向的高架公路标志的情况。已知如何生产具有光学结构的投影透镜，例如在玻璃中模制从而构成用于其入射表面的一部分的透镜的棱镜或环形物。照射在透镜的表面的这个部分上的光线以预定的方式偏离，而表面的这个部分之外的入射光线总体沿着透镜的光学轴线在主要的共同方向上被引导。然而，这种镜片的生产是复杂和成本高昂的。此外，光学结构从车辆的外部在透镜上可见，这对于某些应用是不期望的。
本发明的目的是减轻先前技术提出的问题中的至少一个。更精确地，本发明的目的是提出一种能够在不需要借助于特定透镜的模制的情况下以预定方式偏离来自光源的光线的至少一部分的装置。
发明内容
本发明的主题是一种用于机动车辆的照明模块，所述模块包括用以实现机动车辆的第一照明功能的第一光源和设置在所述第一光源下游的投影透镜。所述模块区别之处在于，所述模块包括设置有衍射图案的屏幕，所述屏幕设置在透镜的焦平面与所述投影透镜之间，以使得当所述第一光源发射光线(110'、210'、310'、410')时，来自所述第一光源的所述光线的至少一部分通过所述屏幕。
优选地，所述屏幕垂直于所述透镜的所述光学轴线而设置。
优选地，所述屏幕的设置可以使得来自所述第一光源的所述光线的第一部分通过所述屏幕，而来自所述第一光源的所述光线的第二部分照射在所述透镜上而不通过所述屏幕。
优选地，所述衍射图案可以包括以成角度方式偏离来自所述第一光源并且通过所述屏幕的所述光线的图案。优选地，所述光线相对于所述透镜的所述光学轴线偏离达预定角度，所述角度由所述屏幕的所述衍射图案限定。
优选地，所述衍射图案可以包括漫射来自所述第一光源的通过所述屏幕的所述光线的图案。
优选地，所述模块可以包括用以实现所述机动车辆的第二照明功能的第二光源，所述设置使得当所述第二光源发射光线时，来自所述第二光源的所述光线同样通过所述模块的所述透镜。
优选地，来自所述第二光源的所述光线的至少一部分可以通过所述屏幕。
优选地，所述模块可以包括设置有衍射图案的第二屏幕，所述屏幕设置在所述透镜的所述焦平面与投影透镜之间，以使得来自所述第二光源的所述光线的至少一部分通过所述第二屏幕。
所述两个屏幕可以优选地设置在与距离所述透镜相同的距离处并且在同一平面中。
优选地，使来自所述第一光源的所述光线通过的所述屏幕的所述部分或所述屏幕和使来自所述第二光源的所述光线通过的所述屏幕的所述部分或所述屏幕可以包括不同的衍射图案。
所述第一屏幕的所述衍射图案可以优选地在通过它的光束中引起模糊效果。优选地，所述第二屏幕的所述衍射图案可以以成角度方式偏离通过它的光束。
优选地，分别由来自所述第一和所述第二光源的所述光线实现的光束可以由根据预定轮廓划分所述光束的弯曲元件分离。所述弯曲元件可以优选地包括遮蔽件。优选地，所述弯曲元件可以是不能改变其位置的固定或不动的弯曲元件。
所述第一和所述第二屏幕可以优选地由边缘界定，所述边缘与由划分分别来自所述第一和所述第二光源的光束的所述弯曲元件产生的所述预定轮廓重合。
优选地，所述屏幕可以设置在与在所述透镜的方向上定向的所述弯曲元件的边缘相距0.1与0.5mm之间的距离处。
优选地，所述衍射图案可以包括全息图案。优选地，所述衍射图案可以是全息图案。
优选地，所述屏幕可以以由塑料或合成材料制成的薄膜或膜片的形式来实现。
优选地，所述屏幕中的至少一个可以胶合到所述透镜的面向所述光源的所述表面上。
优选地，所述屏幕可以胶合到所述透镜的所述表面的一个边缘。
优选地，所述光源可以包括半导体元件，尤其是发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)或激光二极管。
优选地，所述光源中的一个可以实现“远光”照明功能。
优选地，所述光源中的一个可以实现“近光”照明功能。
通过利用根据本发明的方法，能够以预定的方式在除了主要方向之外的方向上偏离来自光源的光线的至少一部分，所述主要方向大体对应于由所述光源发射的所有光线所通过的投影透镜的光学轴线。通过提供包括衍射或全息图案的薄屏幕，不再有必要对特定透镜塑形以便完成所期望的结果。因为所述屏幕可以进一步胶合到预先存在的投影透镜上，所以安装所提出的解决方案所需的空间大大降低。所提出的解决方案进一步使得能够依赖于在所述屏幕的表面上所实现的图案而以各种方式作用于通过所述屏幕的所述光束。举例来说，所述图案可以使得通过它的所述光线在比布置有所述屏幕的所述透镜的所述光学轴线更垂直的方向上以成角度方式偏离。举例来说，这使得能够在仍然使用车辆的“远光”功能的同时照亮高架公路标志，从而仅偏离所述光束的所述光线的一部分。所述图案也可以使得通过所述屏幕的所述光束所产生的光印象的边缘变得更模糊。举例来说，这使得能够通过在具有多个光源的光模块中的固定的弯曲元件来隐藏在光印象之间产生的空间。不同类型的图案的组合可用于许多其它特定应用中。
附图说明
借助于示例性描述和附图将更好地理解本发明的其它特征和优点，其中：
-图1以示意性方式示出了穿过根据本发明的优选实施例的装置的横截面；
-图2以示意性方式示出了穿过根据本发明的优选实施例的装置的横截面；
-图3a以示意性方式示出了利用两个光源、两个反射器和一个弯曲元件来实现其照明印象互补的两个不同的照明功能的现有技术的已知装置；
-图3b以示意性方式示出了由图3a的装置实现的照明印象；
-图4a以示意性方式示出了穿过根据本发明的优选实施例的装置的横截面，所述装置利用两个光源、具有衍射图案的屏幕、两个反射器和弯曲元件来实现其照明印象互补的两个不同的照明功能；
-图4b以示意性方式示出了由图4a的装置实现的照明印象；
-图5a以示意性方式示出了穿过根据本发明的优选实施例的装置的横截面，所述装置利用两个光源、具有衍射图案的两个屏幕、两个反射器和弯曲元件来实现其照明印象互补的两个不同的照明功能；
-图5b以示意性方式示出了由图5a的装置实现的照明印象；
-图6以示意性方式示出了具有图5a的装置的衍射图案的屏幕的前视图。
具体实施方式
在下面的描述中，类似的附图标记将用于描述贯穿本发明的不同实施例的类似概念。因此，数字100、200、300和400描述了根据本发明的四个不同实施例中的照明模块。
除非另有说明，否则对于一个给定实施例详细描述的技术特征可以与在以示例性和非限制性方式描述的其它实施例的上下文中描述的技术特征组合。
为了呈现的清晰起见，在本说明书的上下文中将不详细描述先前技术中关于用于机动车辆的照明模块的操作并且对本发明没有任何直接影响的众所周知的元件。
在描述的过程期间，表述“光源”可以以相同的方式指代单个光源或将多个基本源(例如，发光二极管或LED型中的一个)组合在一起的光源。
本发明利用了设置有衍射图案的屏幕。这样的屏幕通过先前技术中本身已知的生产装置在薄膜或薄膜片上实现，并且生产装置因此在本说明书的上下文中将不再对其进行详细描述。基于计算机方法的已知的技术使得能够制作具有角漫射轮廓的衍射屏幕。优选地，漫射屏幕的衍射元件包括全息漫射器，尤其是基于由激光类型的相干光源产生的三维全息图的全息漫射器。举例来说，在专利文献US 5365354中描述了这样的全息漫射器。
这种屏幕的衍射元件是用于处理光线的元件。衍射元件的尺寸具有接近于其照射在其上的光线的波长范围的数量级。优选地，衍射元件具有角漫射轮廓。换句话说，衍射元件被配置成将所接收到的光漫射到预定的角度场。
图1给出了根据本发明的第一实施例的照明模块100的图示。所述模块包括光源110，例如，发光二极管或LED。投影透镜120沿着光线的发射方向位于光源下游，投影透镜120的功能是用以使光线在共同的方向上对准。举例来说，模块100装备机动车辆的前灯，并且其可以实现远光功能。为了在执行这个功能时确保高架公路标志的照明，与由投影透镜的光学轴线给出的共同方向相比，有利的是在垂直向上偏离光束的至少一部分。因此，模块100包括设置有例如上文已经描述的衍射图案的屏幕130。特定来说，它可以是全息漫射器。屏幕的尺寸在图1中被夸大了；实际上，它是一个很小厚度的薄膜片。屏幕130设置在投影透镜的焦平面与投影透镜之间，以使得光线110’的至少一部分通过屏幕。选择屏幕130的衍射图案以使得光线110’的这个部分以成角度方式垂直向上偏离，以产生能够照亮高架公路标志的光锥140。因为为了照亮这样的高架标志，具有10lm的光通量就足够了，所以光线110’的相当小的一部分以所描述的方式偏离就足够了。因此，提供与投影透镜的照射表面相比尺寸减小的屏幕就足够了。来自光源110的光线的第二主要部分110”通过投影透镜120而没有首先通过屏幕130，并且因此不会遭受所描述的角度偏离。不言而喻，图1中所示的不同元件通过未示出的例如臂或脚的支撑装置维持在它们各自的位置。
图2示出了根据本发明的第二实施例的照明模块200的图示。所述模块包括光源210。投影透镜220在光线的发射方向上位于光源的下游，投影透镜220的功能是使光线在共同的方向上对准。模块200包括设置有例如上文已经描述的衍射图案的屏幕230。特定来说，它可以是全息漫射器。屏幕的尺寸在图2中被夸大了；实际上，它是一个很小厚度的薄膜片。屏幕230胶合到投影透镜230的照射的表面，以使得光线210’的至少一部分通过屏幕。优选地，选择屏幕230的衍射图案以使得光线210’的这个部分以成角度方式垂直向上偏离。对于多个可想到的应用，尤其是高架道路标志的照明，与投影透镜的照射表面相比，提供尺寸减小的屏幕就足够了。优选地，屏幕胶合在投影透镜的表面的边缘附近。来自光源210的光线的第二主要部分210”通过投影透镜220而不首先通过屏幕230，并且因此不会遭受所描述的角度偏离。
图3a示出了例如在专利文献EP2302292A1中详细描述的先前技术的已知装置。所述装置包括具有大体半椭圆形横截面的两个反射器，其被配置为将第一和第二光源的光线分别引导朝向投影透镜。附图标记10和12分别表示光源和反射器的两个组合。第一光源10被设计成实现车辆的远光功能，而第二光源12被设计成实现近光功能。在远光模式中，模块的两个光源点亮，并且来自两个源的光线10’、12’通过投影透镜20。由两个源形成的光印象具有大体椭圆形的形状。印象在图3b中予以指示并且对应于区域10A和12A的共同轮廓。区域10A对应于当仅光源10点亮时所实现的印象。区域12A对应于由光源12实现的印象，其自身实现了近光功能。为了以符合规定的方式分离两个印象，弯曲元件14或遮蔽件插置于两个光源之间。弯曲元件14的厚度产生在图3b中可见的非照明间隙14A。间隙的形状由所使用的弯曲元件14的特定几何形状决定。值得注意的是，根据本发明的方法使得能够隐藏这个间隙14A，而不需要借助于例如先前技术中已知的复杂和灵敏的可移动弯曲元件或其它机械元件。
图4a示出了根据本发明的第三实施例的照明模块300。所述模块包括第一光源310和第二光源312。举例来说，这些是发光二极管或LED型的光源。遵循图3a的一般配置，即，光源设置在被设计成在投射透镜320的方向上反射光线的大体半椭圆形的反射器的内部。然而，可在不借此脱离本发明的范围的情况下构想两个源和/或反射器的其它配置。作为示例，源310被设计成实现远光功能，而源312实现机动车辆的近光功能。为了以符合规定的方式分离两个印象，弯曲元件314或遮蔽件以类似于图3a的装置的方式插置于两个光源之间。模块300包括设置有例如上文已经描述的衍射图案的屏幕330。特定来说，它可以是全息漫射器。屏幕的尺寸在图4a中被夸大了；实际上，它是一个很小厚度的薄膜片。屏幕330设置在投影透镜的焦平面与投影透镜之间，以使得来自第一光源的光线310’的至少一部分并且优选地它们中的全部通过屏幕。选择屏幕330的衍射图案以使得光线310’的这个部分以成角度方式垂直向下偏离。来自第二光源的光线312’照射在投影透镜320上，而没有首先已经通过具有衍射图案的屏幕。图4b中示出了所得到的光印象。当与图3b的印象相比时，变得显而易见的是，当两个源点亮时，区域310A(由第一光源310产生)与312A(由第二光源312产生)之间的间隙不再明显。事实上，来自第一光源的光束310’以成角度方式向下偏移，以便覆盖由弯曲元件314的厚度引起的间隙。因此，能够通过使用根据本发明的屏幕330来遮蔽弯曲元件的视觉表示。优选地，屏幕330位于距离弯曲元件314的边缘大约0.5mm的距离D处。在6°的角度偏离的情况下，通常可以补偿弯曲元件的厚度。在相对于水平方向具有60°的垂直角度偏离的情况下，可以实现大约1°的覆盖。
图5a示出了根据本发明的第四实施例的照明模块400。所述模块包括第一光源410和第二光源412。举例来说，这些是发光二极管或LED类型的光源。遵循图4a的一般配置，即，光源设置在被设计成在投影透镜420的方向上反射光线的大体半椭圆形反射器的内部。可在不借此脱离本发明的范围的情况下构想两个源和/或反射器的其它配置。作为示例，源410被设计成实现远光功能，而源412实现机动车辆的近光功能。根据现行的有关规定，远光可能比近光更加模糊。为了以符合规定的方式分离两个印象，弯曲元件414或遮蔽件以类似于图4a的装置的方式插置于两个光源之间。模块400包括第一屏幕430和第二屏幕432，所述屏幕设置有例如上文所描述的衍射图案。举例来说，这些是全息漫射器。图5a中夸大了两个屏幕的尺寸；实际上，它们是很小厚度的薄膜片。屏幕430设置在投影透镜的焦平面与投影透镜之间，以使得来自第一光源的光线410’的至少一部分并且优选地它们中的全部通过屏幕。选择屏幕430的衍射图案以使得光线410’的这个部分通过通过屏幕430而漫射。屏幕432设置在投影透镜的焦平面与投影透镜之间，以使得来自第一光源的光线412’的至少一部分并且优选地它们中的全部通过屏幕。屏幕432和430在垂直于投影透镜420的光学轴线的同一平面中对准，或以等同的方式平行于投影透镜420的平坦入射表面。选择屏幕432的衍射图案以使得光线420’的这个部分在通过屏幕432时漫射，但是它们的漫射大于来自第一光源410的光线410’中由屏幕430所引起的漫射。
图5b中示出了所得到的光印象。当与图3b的印象相比时，变得显而易见的是，当两个源点亮时，区域410A(由第一光源410产生)和412A(由第二光源412产生)之间的间隙414A不再明显。事实上，来自第一光源的光束410’由于漫射而模糊，以便衰减两个区域410A与412A之间的间隔414A。来自第二光源412的光束412’同样由于漫射而模糊，但是当仅使用近光功能时能够实现所期望的清晰的截止。因此，能够通过使用根据本发明的屏幕330来遮蔽弯曲元件的视觉表示。不言而喻，替代两个不同的屏幕430、432，能够提供具有带有不同衍射图案的两个不同部分的单个屏幕，两个部分对应于刚刚描述的屏幕430和432的位置和性能。有利地，屏幕之间的截止部与通过在图6的屏幕430和432的正视图中示出的弯曲元件414的边缘实现的截止部重合。这个布置使得能够确保来自两个源410和412的光束分别通过屏幕430和432。

Claims (17)

1.一种用于机动车辆的照明模块(100、200、300、400)，所述照明模块包括用以实现所述机动车辆的第一照明功能的第一光源(110、210、310、410)和设置在所述第一光源的下游的投影透镜(120、220、320、420)，
其特征在于，所述照明模块包括设置有衍射图案的屏幕(130、230、330、430)，所述屏幕设置在所述透镜的焦平面与所述投影透镜之间，使得当所述第一光源发射光线(110’、210’、310’、410’)时，来自所述第一光源的光线(110’、210’、310’、410’)的至少一部分通过所述屏幕。
2.根据权利要求1所述的照明模块，其特征在于，所述屏幕(130、230)的布置使得来自所述第一光源(110、210)的光线的第一部分(110’、210’)通过所述屏幕，而来自所述第一光源的光线的第二部分(110”、210”)在不通过所述屏幕的情况下照射在所述透镜(120、220)上。
3.根据权利要求1或2所述的照明模块，其特征在于，所述衍射图案包括使来自所述第一光源并且通过所述屏幕的光线以成角度方式偏离的图案。
4.根据权利要求1或2所述的照明模块，其特征在于，所述衍射图案包括漫射来自所述第一光源的通过所述屏幕的光线的图案。
5.根据权利要求1到4中任一个所述的照明模块(300、400)，其特征在于，所述照明模块包括用以实现所述机动车辆的第二照明功能的第二光源(312、412)，该设置使得当所述第二光源发射光线时，来自所述第二光源的光线同样通过所述照明模块的透镜(320、420)。
6.根据权利要求5所述的照明模块，其特征在于，来自所述第二光源(312、412)的光线的至少一部分(312’、412’)通过所述屏幕。
7.根据权利要求5所述的照明模块(400)，其特征在于，所述照明模块包括设置有衍射图案的第二屏幕(432)，所述屏幕设置在所述透镜的焦平面与所述投影透镜(420)之间，使得来自所述第二光源(412)的光线的至少一部分(412’)通过所述第二屏幕(432)。
8.根据权利要求6或7所述的照明模块，其特征在于，使来自所述第一光源的光线通过的所述屏幕的所述部分或所述屏幕和使来自所述第二光源的光线通过的所述屏幕的所述部分或所述屏幕包括不同的衍射图案。
9.根据权利要求5到8中任一个所述的照明模块(300、400)，其特征在于，分别由来自所述第一光源(310、410)的光线和所述第二光源(312、412)的光线实现的光束被根据预定轮廓将所述光束进行划分的弯曲元件(314、414)分离。
10.根据权利要求7或8和根据权利要求9所述的照明模块(400)，其特征在于，所述第一屏幕(430)和所述第二屏幕(432)由边缘界定，所述边缘与由划分分别来自所述第一光源(410)的光束和所述第二光源(412)的光束的所述弯曲元件(414)产生的预定轮廓重合。
11.根据权利要求9或10所述的照明模块，其特征在于，所述屏幕能够布置在与在所述透镜的方向上定向的所述弯曲元件的边缘相距0.1与0.5mm之间的距离处。
12.根据权利要求1到11中任一个所述的照明模块，其特征在于，所述衍射图案是全息图案。
13.根据权利要求1到12中任一个所述的照明模块，其特征在于，所述屏幕中的至少一个被胶合到所述透镜的面向所述光源的表面上。
14.根据权利要求12所述的照明模块，其特征在于，所述屏幕被胶合到所述透镜的所述表面的一个边缘。
15.根据权利要求1到14中任一个所述的照明模块，其特征在于，所述光源包括半导体元件，尤其是发光二极管(LED)。
16.根据权利要求1到15中任一个所述的照明模块，其特征在于，所述光源中的一个实现“远光”照明功能。
17.根据权利要求1到16中任一个所述的照明模块，其特征在于，所述光源中的一个实现“近光”照明功能。
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