CN111406181A - 用于机动车辆的发光模块以及设有这种模块的照明和/或信号装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的发光模块，该发光模块包括光源(21)、像素化数字成像系统和光学输入装置(22)，该光学输入装置沿着来自光源(21)的光线的路径插入到光源(21)与像素化数字成像系统之间，以便使来自光源(21)的光线的透射部分朝向像素化数字成像系统透射；该发光模块包括棱镜(26)，该棱镜包括第一面、第二面、以及第三面(26a、26b、26c)并且配置成：‑使在第一面与第三面(26a、26c)之间的透射部分的光线朝向承击表面(24)透射；‑通过在第一面(26a)上的全内反射反射由承击表面(24)返回的光线来形成反射光线；‑经由第二面(26b)发送反射光线。

Description

用于机动车辆的发光模块以及设有这种模块的照明和/或信 号装置
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆的发光模块、和设有这种模块的照明和/或信号装置。
背景技术
优选的应用涉及汽车工业，以用于提供在车辆上，尤其是用于生产通常符合法规的能够发射光束(也称为照明和/或信号功能)的装置。例如，本发明能够产生像素化光束，优选地产生高分辨率的像素化光束，尤其是用于在车辆的前部处进行发信号和/或有助于照明功能。本发明可用来在用于光输出投射的表面上显示象形图或可变图案。
机动车辆的信号灯和/或照明灯是包括一个或多个光源和封闭灯的外透镜的发光装置。简而言之，光源发射光线，以形成朝向外透镜引导的光束，以便产生使光透射到车辆外部的照射表面。这些功能必须符合尤其是与光强度和视角相关的法规。迄今为止，已知的照明和信号模块已经适用于发射例如以下光束：
-向下引导的低光光束，其有时也称为近光光束并且在车道上存在其他车辆的情况下使用；
-没有截止线的远光光束，其特征在于沿车辆的轴线的最大照度；
–雾灯光束，其特征在于平坦的截止线和大的照射宽度；
-用于城镇驾驶的信号光束，其也称为城镇照明。
最近，已经开发出使得可以(尤其是藉由分别称为MEMS或NEMS的微机电或纳米机电装置)产生具有至少1000个部段的清晰度的高清晰度的像素化或分段式光束的技术。由于这些系统实现的光束的形状和图案的大的灵活性并且因为这些系统的价格趋于下降，趋向于安装这些系统用于越来越重要的功能，尤其是安装在在车辆的前部处的前照灯中。图1示出了在用于投射光束的模块中安装呈微镜阵列13的形式的像素化数字成像系统的示例。光源11朝光学装置12的方向上生成光线，这使得可以生成将射到微镜阵列13的反射面14的光束。取决于受控的微镜的倾斜度，将光要么朝向投射装置15发送，要么发送到死点，使得它不会有助于主动照射。
在某些情况下，这意味着显著的照射输出和特别充足的照射输出，以便符合与光通量相关的规章条件。然而，鉴于图1中展示的安装，实现显著的照射是困难的。容易理解的是，增大用于输入装置12的透镜或使其更靠近微镜阵列13会快速地带来与用作投射装置15的透镜的相干涉的问题。在所示出的示例中，由光线a1、a2限定的光束包络线濒临与投射装置15的边缘发生干涉；类似地，由矩阵13返回的光线b1、b2作为光线c1、c2透射通过装置15，这些光线濒临与输入装置12发生干涉。在给定这种限制的情况下，专利文献WO 2017/143371 A1披露了一种用于机动车辆的前照灯，该前照灯包括微镜阵列，并且设有一对发光二极管光源，每个发光二极管光源与用于将光束聚焦在微镜阵列的反射表面上的透镜相关联。光源的这种加倍明显地增大了离开前照灯的光通量。然而，这不可避免地增大了成本和占用面积。
在与视频投射仪或机动车辆照明装置相关的其他专利文件(诸如GB 2418996、CN205388665 U和US 2016241819)中，已经提出了组合两个棱镜，或者如在US 2013188156中那样，将棱镜与布置在附近的光学元件组合以使光通量最优化并减少占用面积。然而，这些解决方案会生成色差，这些色差必须通过复杂、昂贵(透镜的数量和透镜的类型)的光学投射系统进行校正。此外，在棱镜组合中，为了符合全内反射条件，必须使用昂贵的材料来生产棱镜。
发明内容
本发明旨在至少部分克服现有技术的缺点，并且尤其是旨在提出一种更简单、更紧凑、且更有成本效益的光学系统。
根据一个方面，本发明涉及一种用于机动车辆的发光模块，该发光模块配置成产生输出光束，该发光模块包括：光源，该光源包括至少一个发光二极管；像素化数字成像系统；以及光学输入装置，该光学输入装置沿着来自该光源的光线的路径插入到光源与像素化数字成像系统之间，使得光学输入装置使来自光源的光线中的被称为透射部分的至少一部分朝向像素化数字成像系统的承击表面透射，其特征在于，该发光模块包括棱镜，该棱镜包括第一面、第二面、以及第三面，并且配置成：
-使在第一面与第三面之间的透射部分的光线中的至少一部分朝向承击表面透射；
-通过在第一面上的全内反射反射由承击表面返回的光线中的至少一部分来形成反射光线；
-经由第二面将反射光线中的至少一部分朝向投射区发送。
因此，光线至少部分地由于棱镜而在它们的路径上从光源朝向投射装置转向。棱镜的功能包括在成像系统的上游透射来自光源的光线，并且在成像系统的下游进行全内反射，这使得可以进行有利的大角度修正，使得离开棱镜的光线朝投射装置的方向上发送。棱镜允许在在成像系统的上游的光束与在其下游的光束之间的光束方向的大角度变化。
因此，与图1中展示的现有技术不同，可容易地调整位于输入处的光学装置的位置和角度，而不受与光学投射装置相关的占用面积考虑的阻碍。可以有利地使成像系统的光学输入装置更加靠近和/或可以增大其直径(照度方面的增大与透镜的直径方面的增大直接关联)。这样做时，射到成像系统的光束的发光效率更大，这使得尽管使用了发光二极管源，也可以获得令人满意的照射输出。
根据另一方面，本发明还涉及设有至少一个发光模块的机动车辆照明和/或信号装置。该装置可包括至少一个附加模块，该至少一个附加模块包括配置成产生基本的近光光束的附加模块和配置成产生基本的远光光束的附加模块中的至少一个。
有利的是，像素化光束可以是另一光束或几个其他光束的有效补充。特别地，在优选的实施例中，该装置包括配置成产生基本的近光光束的附加模块和配置成产生基本的远光光束的附加模块，并且其中该模块的像素化输出光束与基本的远光光束和/或基本的近光光束部分重叠。因此，像素化光束既可用于在与近光光束重叠的部分中执行在地面上书写的功能，又可用于针对与远光光束重叠的部分有助于无眩光远光光束或动态转向灯功能。
本发明还涉及设有根据本发明的至少一个模块和/或一个装置的车辆。
根据特别有利的实施例，该模块使得第二面和第三面在彼此垂直的两个平面上。
此外，该模块优选地包括用于投射输出光束的光学装置，该光学装置至少部分地接收发送来的光线中的至少一部分光线。
有利地，该光学投射装置具有垂直于第二面的光轴。
可选地，该光学投射装置具有与透射部分的平均方向形成钝角的光轴。该选项对于限制占用面积非常有用，并为输入光学装置提供了很大的透镜大小自由度。
根据一个非限制性实施例，第三面平行于承击表面。有利且优选地，第三面包括抗反射涂层。这样就避免了幻像图像的现象，该现象可在第三面上产生从镜返回的显著反射。
在一个实施例中，棱镜由阿贝数大于或等于50的材料制成。在整个可见光范围内保证了令人满意的全内反射条件。
有利的是，棱镜由PMMA或冕玻璃制成。这些材料特别具有成本效益。
可选地，玻璃片布置在承击表面和第三面之间。
根据一个示例，玻璃片的第一面面向承击表面，并包括抗反射涂层。因此，这样就避免了幻像图像的现象，该现象可在玻璃片上产生从镜返回的显著反射。
有利的是，该抗反射涂层配置成在可见光范围内反射少于4％、优选地反射少于2％的光线。
优选地，透射部分的平均方向与第三面的法线形成在-20°与+20°之间的角度。
优选地，将承击表面和第三面分离的距离小于或等于2mm，并且优选地小于或等于1mm。
在一个实施例中，像素化数字成像系统包括微镜阵列。
可选地，该输出光束配置成投射至少一个象形图图案。
在一个优选的实施例中，该模块配置成在机动车辆前方投射光束。
附图说明
在阅读示例的说明并参考附图后，将更清楚地理解本发明的另外的特征和优点，在附图中：
图1示出了根据现有技术的像素化光束的投射的示意性图示；
图2示出了本发明的实施例。
具体实施方式
除非另有说明，否则针对给定实施例详细说明的技术特征可与在通过非限制性示例说明的其他实施例的上下文中说明的技术特征相组合。
在下面披露的特征中，与竖直、水平、以及横向方向或其等同相关的术语是相对于照明模块旨在安装在车辆中的位置给出的。术语“竖直”和“水平”在本说明书中用于表示在与水平平面垂直的定向上的方向(针对术语“竖直”)、以及与水平平面平行的定向上的方向(针对术语“水平”)。应该在车辆中的装置的工作条件下来考虑这些方向。这些词的使用并不意味着在竖直和水平方向附近的微小变化被排除在本发明之外。例如，相对于这些方向的+10°或-10°的数量级的倾斜度在本文中被认为是在两个优选方向附近的微小变化。
本发明的装置结合了至少一个模块，该至少一个模块使得可生成像素化光束，但是也优选地使得能够通过至少一个其他模块来投射至少一个其他光束。因此，本发明的装置可以是复合的，并且可以组合几个模块，它们也可以可选地共享部件。
在本发明的上下文中，近光光束是指在存在迎面而来的车辆和/或前方的车辆和/或在车道上或附近的其他要素(人、障碍物等)的情况下使用的光束。这个光束具有向下的平均方向。可选地，该光束可表征为，在对向交通的一侧向下倾斜1％的平面上方并且在相对于前一平面在同向交通的一侧倾斜15度的另一平面上方没有光，这两个平面根据欧洲法规限定了截止线。这种向下的上截止线的目的是为了避免使在车辆前方延伸的道路的现场或路肩上存在的其他用户炫目。先前来自单一前照灯的近光光束已经演进，并且近光功能可以与在本发明中仍然认为是近光功能的其他照明特征相结合。
这尤其是包括以下功能：
-AFS(Advanced Front Lighting System，高级前照明系统)，该AFS尤其是提供其他类型的光束。它尤其是涉及被称为BL(Bending Light，转向灯)的功能，该功能可分成被称为DBL(Dynamic Bending Light，动态转向灯)的功能和被称为FBL(Fixed BendingLight，固定转向灯)的功能；
–城镇照明。这个功能使近光光束变宽，同时略微减小其范围；
-高速公路照明，该高速公路照明执行高速公路功能。这个功能增大了近光光束的范围，同时沿着所讨论的投射装置的光轴集聚近光光束的光通量；
–标志照明(Overhead Light)。这个功能修改了典型的近光光束，使得藉由近光光束令人满意地照亮位于道路上方的高架道路标志；
-AWL(Adverse Weather Light，恶劣天气照明)。
基本远光光束的功能是对车辆前方的宽广区域上的现场进行照明，但也可以对相当远的距离上的现场进行照明，典型地大约为200米。这个光束由于其照明功能而主要位于水平线上方。例如，它可以具有稍微向上的光学照明轴线。
该装置还可以用于通过以上说明的那些功能或在以上说明的那些功能之外形成其他照明功能。
如前所述，本发明的一个方面涉及一种模块，该模块使得可生成像素化输出光束，即，通过像素化数字成像系统处理的光束，该像素化数字成像系统通过成像系统的控制在实际投射的光束构型方面提供了较大的灵活性。术语“像素化数字成像系统”和“像素化光线成像系统”或其等同被定义为发射光束的系统，所述光束由多个子光束组成，可以独立于其他子光束地控制每个子光束。这些系统例如可以是如图所示出的微镜阵列23、液晶装置、或数字光处理(Digital Light Processing，DLP)技术。微镜阵列也被称为数字微镜装置(Digital Micromirror Devices，DMD)。每个独立可控的子光束形成像素化光线。微镜阵列由控制电子器件控制。每个微镜优选地具有两个工作位置。被称为主动位置的位置与微镜的使得入射光束能够朝向输出折射表面反射的定向相对应。被称为被动位置的位置与微镜的使得入射光束能够朝向吸收表面反射、即朝向与输出折射表面的方向不同的方向反射的定向相对应。一般而言，这种类型的成像系统在被称为MEMS的微机电系统(在本申请中还包括被称为NEMS的纳米系统)中实施。以本身已知的方式，光源21用于照射像素化成像系统的承击表面24、例如微镜阵列23的微镜的反射面，并且由像素化成像系统处理的光线被返回，以便进行投射，通常藉由输出光学元件(诸如前照灯外透镜或投射透镜)进行投射。通常，本发明可使用发光二极管(通常被称为LED)光源。这些光源可可选地是有机LED。特别地，这些LED可设有至少一个芯片，该至少一个芯片能够发射具有可根据要执行的照明和/或信号功能而有利地调节的强度的光。此外，术语“光源”在本文中是指至少一个单独的光源，诸如能够产生引起在本发明的模块的输出处生成至少一个光束的通量的LED。在一个有利的实施例中，光源的输出面具有矩形截面，这对于LED芯片来说是典型的。非限制性地，光源21配置成产生大于3000lm的光通量，例如4000lm的量级的光通量。像素化光束在汽车领域的优势及它们可带来的众多功能已得到充分理解。然而，将其与用于投射其他光束的系统同时结合到车辆中至今在很大程度上尚未开发，并且需要大量的空间。
图2示出了本发明的实施例，该实施例能够实现光源和光学输入装置相比于现有技术有所改进的相对定位。
沿着光线的路径从上游行进到下游，将注意到光源21的存在，该光源可以是前面说明的类型。优选地，光源21配置成从矩形发射区域在半空间中进行发射。由光源21发射的光线的至少一部分由光学装置22进行光学处理。这个装置可以包括一个或多个透镜，该一个或多个透镜的综合性可以变化。
在图2中，光学装置22采用透镜的形式，该透镜具有输入面22a和输出面22b，该输入面使得可允许来自光源21的光线进入，该输出面朝模块的其余部分的方向上投射这些光线。在光学装置17的输出处，具有附图标记“a”的至少一个部分(被称为经处理的光线的透射部分)适用于撞击像素化数字成像系统的表面，这里是微镜阵列23。然而，根据本发明，光线首先藉由棱镜26的第一面26a进入通过该棱镜。
优选地，在第一面26a与第三面26c之间形成的角度在40°与50°之间，优选地在44°与46°之间，更优选地为45°(在制造公差内的情况下)。这避免了在由承击表面24朝向第一面26a的内侧反射的光线中生成像场弯曲像差，并且因此降低了投射系统的成本，因为它不需要用于校正这些像差的元件。
在专用于在地面上进行书写的功能的模块的一种构型中，第一面26a优选地与来自光源21的光线的透射部分“a”的平均方向形成锐角。更优选地，平均方向和第一面26a的法线形成在-20°与+20°之间的角度。因此，促进了再次透射的通量的量。
在包括无眩光远光功能的模块的一种构型中，第三面26c优选地与来自光源21的光线的透射部分“a”的平均方向形成锐角。更优选地，平均方向和第三面26c的法线形成在-20°与+20°之间的角度。因此，在承击表面24上反射时杂散光的生成大大减少，并且促进了高对比度像素化光束的发射，这对于无眩光功能是期望的。
一般而言，对于棱镜26而言，期望的是使用有利地具有高阿贝数(优选地大于或等于50)的透明材料。这可以是冕玻璃或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
为了优化像素化模块以便用于在地面上进行书写的功能和无眩光远光功能，优选的是阿贝数大于或等于50的棱镜材料，在第一面26a与第三面26c之间的角度理想地为45°，以及光源21对棱镜的照射使得平均方向和第三面26c的法线形成在-20°与+20°之间的角度，理想地与法线对齐。
进入棱镜26的光线(在图2中具有附图标记“a”)朝向棱镜26的第三面26c引导，成像系统面向该第三面，在所示出的示例中，该成像系统是微镜矩阵23。有利的是，承击表面24(对应于微镜的暴露表面)平行于第三面26c，后者优选地是平坦的。有利的是，承击表面24由玻璃片27保护，该玻璃片的第一面27a面向承击表面24。玻璃片27的第二面27b面向第三面26c(与其接触或是其他方式)。有利的是，将承击表面24和第三面26c分离的距离是有限的，并且例如可小于2mm或者甚至小于1mm，并且优选地为0.5mm。玻璃片27的存在可用于管控这种分离，而没有任何损坏承击表面24的风险。
在所展示的实施例中，寻求消除或至少限制可由已经到达承击表面24并已经被反射的光线在棱镜26的第三面26c上或玻璃片的第一面27a上的反射产生的不希望的影响。为此，有利的是，至少为棱镜26的第三面26c、并且有利地为玻璃片27提供抗反射涂层28，该抗反射涂层可以具有标准设计并且尤其是配置成在可见光谱中产生最多4％的反射，或者甚至最多2％的反射。抗反射涂层优选地选择为在可见光谱中具有1％的最大反射。在具有高对比度的要求的使用的情况下，优选的是在可见光谱中的最大反射为0.2％，更优选地为0.1％。
优选地，由微镜组件限定的承击表面24是矩形的。它优选地在与棱镜26的第二面26b的平面垂直和/或与投射装置25的光轴平行的平面中延伸。
根据镜的定向，光线被反射成使得这些光线有助于投射的光束或者使得这些光线是无效的。通过这种方式，可随意控制像素化光束的构型。在所示出的实施例中，主动光线“c”引导成使得它们再次通过第三面26c进入棱镜26。光线的路径配置成使得主动光线“c”再次到达第一面26a。然而，这一次，光线相对于第一面26a的角度使得这在棱镜26中产生全内反射，使得形成朝向棱镜26的第二面26b引导的反射光线“d”。
输出光线“e”朝向投射装置25引导，该投射装置通常是或包括投射透镜。在所展示的实施例中，这是平凸透镜，该平凸透镜的输入面25a是平坦的，并且该平凸透镜的输出面25b是凸形的。附图标记“f”代表投射的光线的示例。
有利地，棱镜26在角度和材料选择方面配置成使得来自输入装置22的所有光线都透射到微镜阵列23，并且使得由该微镜阵列反射的所有光线被第一面26a反射。应当注意的是，光线“a”进入棱镜26的第一面26a的区域和光线“c”再次到达第一面26a以便被反射的第一面26a的区域可重叠。
本发明不限于所说明的实施例，而是适用于本发明精神内的任何实施例。
附图标记列表
11 光源
12 光学装置
13 微镜阵列
14 反射面
15 光学投射装置
21 光源
22 光学输入装置
22a 输入面
22b 输出面
23 微镜阵列
24 承击表面
25 光学投射装置
25a 输入面
25b 输出面
26 棱镜
26a 第一面
26b 第二面
26c 第三面
27 玻璃片
27a 第一面
27b 第二面
28 抗反射涂层
29 光轴

Claims (16)

1.一种用于机动车辆的发光模块，该发光模块配置成产生输出光束，该发光模块包括：光源(21)，该光源包括至少一个发光二极管；像素化数字成像系统；以及光学输入装置(22)，该光学输入装置沿着来自所述光源(21)的光线的路径插入到所述光源(21)与所述像素化数字成像系统之间，使得所述光学输入装置使来自所述光源(21)的光线中的、还被称为透射部分的至少一部分朝向所述像素化数字成像系统的承击表面(24)透射，其特征在于，该发光模块包括棱镜(26)，该棱镜包括第一面(26a)、第二面(26b)、以及第三面(26c)，并且配置成：
-使在所述第一面(26a)与所述第三面(26c)之间的所述透射部分的光线中的至少一部分朝向所述承击表面(24)透射；
-通过在所述第一面(26a)上的全内反射反射由所述承击表面(24)返回的光线中的至少一部分来形成反射光线；
-经由所述第二面(26b)将所述反射光线中的至少一部分朝向投射区发送。
2.如前一权利要求所述的模块，其特征在于，所述第二面(26b)和所述第三面(26c)处在彼此垂直的两个平面中。
3.如前述权利要求之一所述的模块，其特征在于，还包括用于投射所述输出光束的光学装置(15)，该光学装置至少部分地接收发送来的光线中的至少一部分光线。
4.如前一权利要求所述的模块，其特征在于，所述光学投射装置(15)具有与所述第二面(26b)垂直的光轴(29)。
5.如前两项权利要求之一所述的模块，其特征在于，所述光学投射装置(15)具有与所述透射部分的平均方向形成钝角的光轴(29)。
6.如前述权利要求之一所述的模块，其特征在于，所述第三面(26c)与所述承击表面(24)平行。
7.如前一权利要求所述的模块，其特征在于，所述棱柱的面向所述承击表面(24)的第三面(26c)包括抗反射涂层(28)。
8.如前一权利要求所述的模块，其特征在于，所述抗反射涂层(28)配置成在可见光范围内反射少于4％、优选地少于2％的的光线。
9.如前述权利要求之一所述的模块，其特征在于，所述棱镜(26)由阿贝数大于或等于50的材料制成。
10.如前述权利要求之一所述的模块，其特征在于，所述棱镜(26)由PMMA或冕玻璃制成。
11.如前述权利要求之一所述的模块，其特征在于，包括布置在所述承击表面(24)与所述第三面(26c)之间的玻璃片(27)。
12.如前述权利要求之一所述的模块，其特征在于，所述透射部分的平均方向与所述第三面(26c)的法线形成在-20°与+20°之间的角度。
13.如前述权利要求之一所述的模块，其特征在于，所述像素化数字成像系统包括微镜阵列(23)。
14.如前述权利要求之一所述的模块，其特征在于，所述输出光束配置成投射至少一个象形图图案。
15.如前述权利要求之一所述的模块，其特征在于，所述模块配置成在机动车辆前方投射光束。
16.一种车辆照明和/或信号装置，其设有如前述权利要求中任一项所述的至少一个模块。
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