CN108431491B - 用于车辆的前照灯 - Google Patents

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Abstract

用于车辆的前照灯（1），具有至少一个光源（2）、用于产生发光图像的初级光学装置（3）和成像光学装置（4），其中借助所述成像光学装置（4）能够将发光图像作为光图像投射到道路上，所述初级光学装置（3）具有多个光引导元件（5）以及载体层（6），其中在所述载体层（6）的背侧（6r）上设置光引导元件（5），并且在所述载体层（6）的前侧（6v）上能够产生发光图像，所述光引导元件（5）并排邻接地或交叠地沿着轴线方向（y）设置成一串并且构成至少一个行（7），其中每个光引导元件（5）具有用于从至少一个光源（2）耦合输入光的光入射面（5e）以及用于耦合输出光的光出射面（5a），其中至少一个行（7）的光引导元件（5）的整体具有共同的包边（8a），所述包边在至少一个基本上沿着轴线方向（y）定向的侧上连续弯曲并且与所述载体层（6）一起构成剖面曲线，所述剖面曲线具有弯曲的曲线走向（9，10）。

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（Scheinwerfer），其具有至少一个光源、用于产生发光图像（Leuchtbild）的初级光学装置和成像光学装置，其中借助所述成像光学装置可将发光图像作为光图像（Lichtbild）投射到道路上，该初级光学装置具有多个光引导元件以及载体层，其中在载体层的背侧上设置光引导元件，并且在载体层的前侧上可产生发光图像，所述光引导元件并排地邻接或交叠地沿着轴线方向设置成一串并且构成至少一行，其中每个光引导元件具有用于从至少一个光源耦合输入光的光入射面以及用于耦合输出光的光出射面。
背景技术
在目前的前照灯系统的发展中，能够将尽可能高分辨的光图像投射到行车道上的愿望日益受到重视，该光图像可以快速改变并且与相应的交通条件、道路条件和灯光条件匹配。术语“行车道”在此用于简化的表示，因此当然其取决于当地状况：光图像实际是处于行车道上还是延伸超出。原理上，光图像在所应用的意义下对应于根据有关标准到竖直面上的投射，这些标准与机动车照明技术有关。
为了满足上述的需求，尤其开发了如下前照灯，该前照灯由多个单辐射器形成发光矩阵。这种也称作“像素灯”的发光装置在车辆构造中是常用的并且例如用于成像无炫目的远光，所通过的方式是：光通常由多个光源发射并被相应的多个并排设置的光引导件（前置光学装置/初级光学装置）沿着辐射方向聚束。这些光引导件具有相对小的漏斗状的横截面并且将与之关联的各个光源的光因此非常集中地沿着辐射方向发射。光引导件将来自光源的光传导至在空间上弯曲的平面——即前置的成像光学装置的佩兹瓦尔（Petzval）平面——上的尽可能好地靠近的位置。
像素前照灯在光分布方面是非常灵活的，因为对于每个像素即对于每个光引导件来说可以单独地调节照明强度，并且可以实现任意的光分布，譬如近光灯（Abblendlicht）光分布、转向灯光分布、城市灯光分布、高速公路灯光分布、转弯灯光分布或远光灯光分布。
AT 513 738 B1描述了本申请人的前照灯系统，其将大数量的发光二极管（LED）的光经由带有单透镜的投射系统作为光图像投射到行车道上，其中由中央计算单元控制的各个LED的亮度可以单独地调节或改变。
除了可变的照明强度之外，可以使用光引导元件的几何形状来影响光图像。
DE 10 2012 213 845 A1公开了一种照明设备，该照明设备在带有初级光学装置的车辆前照灯中将该初级光学装置的光引导元件设计为，使得强度沿着出射面的纵向方向变化。在此，在初级光学装置内假设分别相同类型的光引导元件。
前照灯的发光矩阵内的光源的数量确定了光图像的分辨率和细节程度，利用该细节程度能够在光分布内要么有目的地遮暗要么更强地或更弱地照亮区域。例如可以有目的地遮暗在道路上迎面而来的车辆，以便不使其炫目，或选择性地更强地照亮交通标志，以便提高其可读性。基本上，在光分布内，与在光分布的边缘处、即在道路边缘处相比，在光分布的中部的区域中、即在车辆之前大多需要更高的分辨率。因此，光源的数量常常从中部开始朝边缘减小。同时，光分布的强度最大值大多在光分布的中部突显，并且朝向边缘减小。由此，例如得出了从照明串的中部开始直至边缘的光出射面的增大，以便考虑到所期望的量度降低。
整个投射装置由光源、初级光学装置和成像光学装置（投射透镜）构成。成像光学装置可以根据实施方式引起畸变。该畸变是光学系统的几何形状的成像误差，其导致成像比例的局部改变。该比例改变基于随着图像点距光轴的间距增加而放大率改变。因此，畸变关于也称畸变中心的点旋转对称。畸变的原因在于膜片，其使在具有孔径误差的光学系统的主平面之前或之后成像的射束缩窄。如果放大率朝向图像场的边缘增大，则正方形垫形地畸变。在相反的情况下，指的是筒形畸变。也可以出现更高阶的畸变，并且不同阶的叠加可以导致直线的波浪形的成像（“波浪形畸变”）。
畸变在前照灯的光图像中通过如下区域的不期望的弯曲或照亮来表现，所述区域落到在道路交通中允许的发光区域之外，例如越过明暗边界。
畸变的程度根据DIN ISO 9039：光学和光子学——光学系统的质量评估——畸变的确定（ISO 9039：2008）是已知的。
AT 511 760 A1公开了借助附加的膜片有目的地剪裁光图像，以便切掉由于成像光学装置而出现的垫状的畸变。然而在此，膜片破坏了复杂地产生的光，因此减小了前照灯的效率并且形成在前照灯中的另一组件，该组件附加地造成制造中的成本并且附加地需要在前照灯中的结构空间。在使用膜片时的另一缺点是引起的衍射及其与波长的相关性。
在目前已知的上文提及的本申请人的发光装置中使用光源、典型地为LED的二维串形布置，以便产生分段的近光和远光分布。为此在中央区域中常常将光引导元件的光出射面与在边缘处相比保持得更小。
发明内容
本发明的任务在于，成本低廉地使前面描述的干扰性畸变的出现最小化，而在此并不妨碍光学系统的效率。
该任务利用开头所述类型的发光装置通过如下方式来解决：至少一个行的光引导元件的总体具有共同的包边，所述包边在至少一个基本上沿着轴向方向定向的侧上连续地弯曲并且与载体层一起构成剖面曲线，所述剖面曲线具有弯曲的曲线走向。
感谢本发明，可以通过技术上简单的且节约成本的措施例如省去前置膜片的使用，因为在相同的组件（即初级光学装置）中不仅执行将光从光源引导至成像光学装置的佩兹瓦尔平面而且执行对畸变的所追求的补偿，所述畸变由成像光学装置引起。此外并不妨碍前照灯的效率。
初级光学装置因此包括光引导的功能而且包括畸变减小，并且初级光学装置在构造阶段中实现在同一组件内。初级光学装置优选制造为硅树脂注塑件。该组件优选在机械上是软的并且通过另一支承结构在形状和位置上被保持，所述支承结构大多对应于由硬质材料构成的光学元件的阴性件（Negativ）。不仅光学元件而且支承结构可以通过注塑方法简单且成本低廉地制造。
本发明的另一优点在于，通过使用预校正宽带地进行畸变的所期望的最小化，即针对所使用的光的所有光谱成分产生均匀的和非干扰性的衍射效果。
特别有利的是，这些行水平或竖直定向地设置在车辆中的安装位置中，以便支持合适的光分布的构成。
光引导元件的整体至少对于一行具有共同的包边，该包边在至少一个基本上沿着轴线方向定向的侧上连续弯曲并且与载体层一起构成具有弯曲的曲线走向的剖面曲线，其中视车辆中的安装位置而定，轴线方向不仅可以在水平方向而且还可以在竖直方向上定向。
在一个实施形式中，因此不仅在轴线方向上（大多水平地）而且在与之正交的方向上（大多竖直地）构成所述的曲线走向，即在分别带有多个串的多个行的矩形布置的情况下在光引导元件的整体的四个侧上可以实施相应的包边。
在一个有利的实施形式中，前照灯包括多个平行的行，所述行产生共同的光图像或也产生独立的光图像。在此，例如在车辆中的水平的安装位置中能够实现竖直叠置地设置的照明串的多个水平行，所述照明串通过选择性地开关各个串实现前照灯的不同的光图像。各个串例如具有处于不同间距中的不同的光引导元件，以便实现所期望的光图像。通常设置恰好三个叠置的串。在这样的布置中，上部的串可以构成为前场串，中间的串构成为对称的串并且最下部的串构成为远光灯串。
因为特别是前照灯的初级光学装置的外部轮廓具有对光图像的不利影响，所以常常足够的是，初级光学装置的所有行形成共同的包边，所述包边在至少一个沿着轴向方向定向的侧上连续地弯曲并且与载体层一起构成具有弯曲的曲线走向的剖面曲线。通过该步骤简化构造。
包边的曲线走向取决于照明串关于成像光学装置的投射轴线的位置和尺寸。最上部的照明串经历最强的畸变并且因此必须最强地通过合适的包边来修正。最靠近成像光学装置的投射轴线的串经历最小的畸变并且常常最小，使得可以省去补偿。
基本上，每个单个的照明串的弯曲的曲线走向是有意义的，以便使由成像光学装置引起的畸变最小化。如果多个串同时激活，如这在矩阵前照灯中大多常见的那样，则因此相应的畸变减小是合适的手段。然而因为居中的照明串的畸变并不显现在整个光图像的边缘中，所以尽管如此仍常常省去包边中的弯曲的曲线走向，以便简化构造。附加地，靠近投射轴线、即在居中的串中的不期望的畸变的大小较小。如果期望光图像特别均匀，则在居中的照明串中根据本发明的曲线走向也是有意义的。
有利的是，为了减小畸变，曲线走向遵循余弦函数。在初级光学装置的构造中，为此目的也可以应用圆弧段或椭圆弧段的形状作为曲线走向，以便实现类似的效果。在构造阶段中、即在光引导元件的设计中，曲线走向的特别简单的实现由此得以实现，因为在小的角度范围中的余弦函数基本上对应于圆弧段并且构造上可以特别简单地实现。
原则上，包边的自由形成的曲线走向是有意义的，以便共同地利用成像光学装置实现特殊的光分布，尤其是在成像光学装置具有更高阶的畸变时。自由形成的曲线走向例如可以是自由形成的线，如圆弧，其具有从行的中部分别向外增加的弯曲部。
当曲线走向根据成像光学装置的畸变程度的预定义的规则、譬如DIN ISO 9039来设计，则失真的减小是特别有效的。
在前照灯的一个有利的实施方式中，包边在两侧形成各一个曲线走向并且两个弯曲的曲线走向共同形成凸形的形状。
有利的是，为每个光引导元件或相关的光入射面分别分配至少一个光源。
原则上，每个串可以具有不同数量的发光元件，在各个发光元件之间的水平间距以及光引导元件的几何形状也可以是不同的。
当为每个光引导元件分配照明元件时，实现前照灯的构造中的最大可能的灵活性。但是，该灵活性伴随着相应更高的成本，但该灵活性并不始终需要。
附图说明
在下文中参照在附图中示出的非限制性的示例详细地描述本发明及其优点。这些附图示出：
图1：根据现有技术的车辆前照灯的立体分解视图，
图2：根据现有技术的初级光学装置的底视图，
图3：根据现有技术的初级光学装置的后视图，
图4：图3的初级光学装置的顶视图，
图5：图3和图4的初级光学装置的立体视图，
图6：根据现有技术的前照灯的光图像的视图，
图7：根据本发明的车辆前照灯的立体分解视图，
图8：根据本发明的初级光学装置的后视图，
图9：图8的初级光学装置的顶视图，以及
图10：可利用根据本发明的前照灯实现的光图像的视图。
具体实施方式
参照图1现在详细地阐述本发明的实施例。尤其是，示出了对于根据本发明的前照灯重要的部分，其中清楚的是，前照灯还包含许多其他部分，这些部分能够实现在机动车中、如尤其是轿车或摩托车中。
在图1中示例性地示出了根据现有技术的用于车辆的前照灯101，该前照灯具有至少一个光源102、用于产生发光图像的初级光学装置103和成像光学装置104，其中借助该成像光学装置104可以将发光图像作为光图像投射到道路上，其中沿着光轴z投射到道路上并且这些行水平或竖直定向地设置在车辆中的安装位置中。
在图2至图5中的根据现有技术的初级光学装置102具有多个光引导元件105，其中每个光引导元件105具有用于从至少一个光源102耦合输入光的光入射面105e，所述光例如由LED发射，以及每个光引导元件105具有用于耦合输出光的光出射面105a。
初级光学装置102包括多个光引导元件105，所述光引导元件并排地邻接或交叠地沿着轴线方向x设置成一串并且形成一行107，其中初级光学装置103具有多个光引导元件105以及载体层106，其中在载体层106的背侧106r上设置光引导元件105并且初级光学装置103包括三个平行的竖直相叠地设置的行107、107a和107b，并且该布置形成三个水平邻接的区域103a、103b和103c。
分别水平邻接的光引导元件105的光出射面105a从位于中部的区域103b开始朝向两端部103a和103c具有大小增加的出射面104a。
光出射面105a通常大于相应的光引导元件105的相对应的光入射面105e。
在载体层106的前侧106v上可产生发光图像，成像光学装置103的佩兹瓦尔平面位于该发光图中并且所产生的总发光图像作为光图像投射到车辆之前。
原则上，光引导元件105的光入射面105e和光出射面105a的形状可以自由选择，但它们大多是圆形的或矩形的或正方形的。相应的形状取决于所期望的应用（例如作为远光灯），即取决于来自单个的光引导元件的光的发射特性。光引导元件105的纵向形状也具有在其造型方面的多个自由度，其中通常常常使用直线的（漏斗状的）的走向也或具有弯曲的走向。
图6示出了根据现有技术的由前照灯产生的光图像，在该光图像中在左上和右上的角落中分别可看到畸变111a或111b——垫形的畸变、所谓的“翼形部”。光图像的下棱112从中央区域103b朝向边缘103a或103c延伸地也具有竖直的弯曲部112a或112b（同样垫形的畸变），所述弯曲部可以在车辆之前在所投射的光图像中看到并且形成干扰性的效果。
在图7中示例性地示出了根据本发明的用于车辆的前照灯1，该前照灯具有至少一个光源2、用于产生发光图像的初级光学装置3和成像光学装置4，其中借助该成像光学装置4可以将发光图像作为光图像投射到道路上，并且这些行水平或竖直定向地设置在车辆中的安装位置中。
在图8和图9中的根据本发明的初级光学装置2具有多个光引导元件5，其中每个光引导元件5具有用于从至少一个光源2耦合输入光的光入射面5e，所述光例如由LED发射，以及每个光引导元件5具有用于耦合输出光的光出射面5a。
初级光学装置2包括多个光引导元件5，这些光引导元件并排地邻接或交叠地沿着轴线方向y设置成一串并且形成一行7，其中初级光学装置3具有多个光引导元件5以及载体层6，其中在载体层6的背侧6r上设置光引导元件5并且初级光学装置3包括三个平行的竖直相叠地设置的行7、7a和7b，并且该布置形成三个水平邻接的区域3a、3b和3c。
在载体层6的前侧6v上可产生发光图像，成像光学装置3的佩兹瓦尔平面在该发光图像中并且所产生的总发光图像作为光图像投射到车辆之前。
附加地，行7、7a和7b的光引导元件5的整体具有共同的包边8a，所述包边在至少一个基本上沿着轴线方向y定向的侧上连续弯曲并且与载体层6一起构成剖面曲线，该剖面曲线具有弯曲的曲线走向9或10。
曲线9和10的曲率根据所使用的成像光学装置优选地遵循余弦，但也可以实施为圆弧段或椭圆弧段，以便简化构造。在此并未示出更复杂的曲线走向用以减小畸变，所述更复杂的曲线走向在成像光学装置产生更高阶的畸变时也是可考虑的。弯曲的突显可以取决于水平串距水平轴线的竖直间距h7或h7b。
在图10中示出具有近似直线的线11和12的改进的光图像。角落11a、12a、11b和12b与图6中的根据现有技术的光图像相比明显位于所期望的边界之内并且没有“翼形部”的突显。
附图标记表
1，101 前照灯
2，102 光源
3，103 初级光学装置
3a，103a 初级光学装置的右前方的端部区域
3b，103b 初级光学装置的中部区域
3c，103c 初级光学装置的左前方的端部区域
4，104 成像光学装置
5，105 光引导元件
5a，105a 光引导元件的光出射面
5e，105e 光引导元件的光入射面
6，106 载体层
6r，106r 载体层的背侧
6v，106v 载体层的前侧
7，107 光引导元件的上部串
7a，107a 光引导元件的中部串
7b，107b 光引导元件的下部串
8 一行的共同的包边
8a 所有行的共同的包边
9，109 通过上边界的轮廓的线
10，110 通过下边界的轮廓的线
11，111 通过光图像的上边界的畸变的线
11a，11b，11la，111b 光图像的上部畸变的角落区域
12，112 通过光图像的下边界的畸变的线
12a，12b，112a，112b 光图像的下部畸变的角落区域
h7，h7b 水平串距水平轴线x的竖直间距。

Claims (11)

1.用于车辆的前照灯（1），具有至少一个光源（2）、用于产生发光图像的初级光学装置（3）和成像光学装置（4），其中借助所述成像光学装置（4）能够将发光图像作为光图像投射到道路上，
所述初级光学装置（3）具有多个光引导元件（5）以及载体层（6），其中在所述载体层（6）的背侧（6r）上设置光引导元件（5），并且在所述载体层（6）的前侧（6v）上能够产生发光图像，
所述光引导元件（5）并排邻接地或交叠地沿着轴线方向（y）设置成一串并且构成至少一个行（7），其中每个光引导元件（5）具有用于从至少一个光源（2）耦合输入光的光入射面（5e）以及用于耦合输出光的光出射面（5a），
其特征在于，
所述至少一个行（7）的光引导元件（5）的整体具有共同的包边（8），所述包边在至少一个沿着轴线方向（y）定向的侧上连续弯曲并且与所述载体层（6）一起构成剖面曲线，所述剖面曲线具有弯曲的曲线走向（9，10），该曲线走向弯曲以减小由所述成像光学装置（4）引起的畸变。
2.根据权利要求1所述的前照灯（1），
其特征在于，
所述前照灯（1）包括多个平行的行（7，7a，7b）。
3.根据权利要求1所述的前照灯（1），
其特征在于，
所述行（7，7a，7b）水平或竖直定向地设置在车辆中的安装位置中。
4.根据权利要求1所述的前照灯（1），
其特征在于，
所有行（7，7a，7b）形成共同的包边（8a），所述包边在至少一个沿着轴线方向（y）定向的侧上连续弯曲并且与所述载体层（6）一起构成剖面曲线，所述剖面曲线具有弯曲的曲线走向（9，10）。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的前照灯（1），
其特征在于，
所述曲线走向（9，10）遵循余弦函数。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的前照灯（1），
其特征在于，
所述曲线走向（9，10）是圆弧段。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的前照灯（1），其特征在于，所述曲线走向（9，10）是椭圆弧段。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的前照灯（1），
其特征在于，
所述曲线走向（9，10）是自由形成的线。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的前照灯（1），
其特征在于，
所述曲线走向（9，10）是自由形成的线，所述线对应于曲率增加的圆弧段。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的前照灯（1），
其特征在于，
所述包边（8，8a）在两侧上各构成一个曲线走向（9，10），并且两个弯曲的曲线走向（9，10）在共同考虑的情况下形成凸形的形状。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的前照灯（1），
其特征在于，
为每个光引导元件（5）或相关的光入射面（5e）分别分配至少一个光源（2）。
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