CN112955691A - 远光前灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及远光前灯，所述远光前灯可以被生产为具有小的总长度和高的效率，特别是也使高效生产成为可能。为此，将具有多个光源(1a，1b，1c)的光源阵列(1)与蜂窝结构聚光器(10)组合。连接在蜂窝结构聚光器(10)和光源阵列(1)之间的准直器(2)利用来自光源阵列(1)的多个光源的经准直的光照射蜂窝结构聚光器(10)。组件的布置使得来自第一光源(1a)的经准直的光引起蜂窝结构聚光器(10)的无串扰透照，并且引起第一远场分段(5a)的照射。对于光源阵列(1)的至少一个第二光源(1b)中的每一个，来自相应第二光源(1b)的经准直的光引起蜂窝结构聚光器(10)的具有通道串扰的透照和相对于第一远场分段(5a)倾斜地取向的第二远场分段(5b)的照射。

Description

远光前灯
技术领域
本申请涉及远光前灯，例如用于安装在车辆中的远光灯。
背景技术
用于机动车辆的远光前灯产生高度聚焦的远场，其发光强度的角度分布的半宽度大约为5°。为了防止对迎面而来的车辆或在前行驶的车辆造成炫目，远光灯必须被关闭并且仅可以使用近光灯。通过将远光灯分割成具有小于2°的水平宽度的可单独地切换的竖直条带，可以仅通过关闭相应的造成炫目的分段来完成防炫目操作，由此改善道路的照明。
安装在印刷电路板上的LED阵列用作光源。各个LED之间的非辐射区域通过特殊的光导或反射器填充光学器件(fill optics)来掩蔽。同时，这些光学器件能够稍微降低LED阵列的辐射发散度。借助于具有长焦距且具有比较大的安装长度的投射光学器件，填充光学器件的输出朝着无限远处映射到道路上。由于LED阵列附近的高的温度和光功率密度，填充光学器件的实现对于材料和制造过程有高的要求。此外，需要经消色差校正的投射光学器件来抑制光分段(light segments)的彩色边纹。光学器件的总长度由投射光学器件的焦距和填充光学器件的长度之和得出，并且使得系统的尺寸很大。
因此，需要具有短的安装长度、能够实现高效的可制造性并且提供高的光效率的远光灯或远光前灯。
因此，本发明的目的是提供满足这些条件的远光灯或远光前灯。该目的是通过独立权利要求的主题来实现的。
发明内容
本申请的关键思想是发现可以提供如下这样的远光灯或远光前灯，所述远光灯或远光前灯可以被生产为具有小的安装长度和高的效率，并且能够实现高效的低成本可制造性，所述远光灯或远光前灯是通过将具有多个光源的光源阵列与蜂窝结构聚光器进行组合来实现的。连接在蜂窝结构聚光器和光源阵列之间的准直器利用光源阵列的多个光源的经准直的光照射蜂窝结构聚光器。组件的布置使得来自第一光源的经准直的光引起蜂窝结构聚光器的无串扰辐射以及第一远场分段的照射。对于光源阵列的至少一个第二光源中的每一个，相应第二光源的经准直的光引起蜂窝结构聚光器的具有通道串扰的辐射、以及相对应第一远场分段倾斜地取向的第二远场分段的照射。换言之，一个或若干个第二光源被布置为使得其经准直的光在穿过蜂窝结构聚光器的入射侧蜂窝结构透镜或小透镜时不被准直到蜂窝结构聚光器的相应的相关联的出射侧蜂窝结构透镜或小透镜(入射侧蜂窝结构透镜或小透镜与相关联的出射侧蜂窝结构透镜或小透镜形成相应的通道)，而是被准直到另一个通道(例如，对应于第一串扰级的相邻的通道或对应于第二串扰级的下一个通道等)的出射侧蜂窝结构透镜或小透镜。如果保持出射侧小透镜的可接受的角度，那么蜂窝结构聚光器配置自动地提供与光源阵列的光源相关联的远场分段的无缝结合，这是因为远场分段被相关联的光源照射。因此，当光源阵列的光源可以单独或以组为单位来控制时可以获得分段的远光灯，或者可以获得希望的分段被打开或关闭、或者如果可以对应地控制光源以照射到更大或更小的范围的远光灯。
附图说明
下面将参考附图来更详细地说明本申请的优选实施例。在附图中：
图1是根据实施例的远光灯或远光前灯的示意顶视图(即沿水平方向看到的)；
图2是沿竖直方向看到的图1的远光灯或远光前灯的示意侧视图；以及
图3是图1和图2的蜂窝结构聚光器的示意空间示意图。
具体实施方式
基本布置被示出为图1中的顶视图和图2中的侧视图。光源是具有公共准直光学器件2的线性LED集群1。光束成形光学器件包括具有矩形小透镜的竖直不规则的、水平规则的蜂窝结构聚光器[1]。蜂窝结构聚光器被构造为包括不规则的输入阵列3和规则的输出阵列4的级联阵列。输入阵列的不规则性仅存在于竖直方向。
如果只有中央LED 1a被打开，则所有的输入小透镜仅将这个LED映射到对应的相关联的输出小透镜上，因此在每个阵列通道中实现具有科勒照射的照射光路。在图1中，为了清楚仅示出了中央输入小透镜中的光路。输出小透镜又将相关联的输入小透镜的孔径映射至无限远处，从而产生远光灯的中央远场分段(central far-field segment)5a。由于输入阵列的竖直不规则性，竖直地获得所述分段的发光强度的大致对称的钟形角度分布，而水平地获得矩形高帽角度分布。
如果在光传播方向右侧与中央LED相邻的LED 1b或在光传播方向左侧与中央LED相邻的LED 1c被激活，那么输入小透镜将它们映射到左侧或右侧的相应的相邻的通道中的输出小透镜上。在图1中，同样为了清楚，仅示出了针对入射到中央输入小透镜的光束的光路。该通道串扰引起在行进方向左侧与中央远场分段相邻的分段5b和在行进方向右侧与中央远场分段相邻的分段5c的形成。远离中央LED的LED(为了清楚而未示出)引起对下一个通道或甚至更远的通道的通道串扰，因此允许甚至远离系统的光轴的远场分段的照射。
作为具有高填充系数的不规则阵列的输入透镜阵列的配置保证了分段的持续的连接，并且使特殊的填充光学器件的使用成为多余。阵列的LED以以下方式布置：考虑准直器的失真，在每个情况下仅产生希望的通道串扰，但是在其他通道中没有光分量。因为小透镜的f数比较大(通常f/#＞10)，所以仅出现最小的像差，并且不需要投射的消色差。通过单独地控制LED，除了防炫目照射以外，也可以设置远光灯的水平发光强度分布图，其实现例如节能操作。
换言之，上面的附图示出了包括光源阵列1的远光灯或远光前灯100，光源阵列1具有多个光源1a至1c，尽管如上所提及的光源的数量为3，但是不限于3，可以是2或更多个。此外，远光灯100包括：蜂窝结构聚光器10；以及，准直器2，连接在蜂窝结构聚光器10和光源阵列1之间，用于利用多个光源1a至1c的经准直的光照射蜂窝结构聚光器10。准直器2(如上面提到的)可以单独或以组为单位来控制，以提供如上所述的分段的远光灯。通过可选地与前灯100相关联的控制电路102来实现可控性，并且可以被限制为开/关控制，但是也可以包括发光强度控制。光源1a至1c位于准直器2的焦平面中。
具体地，在这些光源中存在光源1a，光源1a无需是光源阵列1的光源中的在准直器2的焦平面中的中央光源。这个光源1a经由准直器2产生准直的光，这引起蜂窝结构聚光器10的无串扰辐射。对于任何其他光源(此处的1b和1c)，相应的经准直的光引起蜂窝结构聚光器10的具有通道串扰的辐射。换言之，蜂窝结构聚光器10配备有入射侧上的蜂窝结构透镜阵列3和出射侧上的蜂窝结构透镜阵列4。输入阵列3的每个入射侧蜂窝结构透镜或入射侧小透镜30与输出阵列4的相应的出射侧小透镜或出射侧蜂窝结构透镜40相关联，以用于一起形成通道，其中，前者将来自光源1a的经准直的光准直到相关联的出射侧蜂窝结构透镜40。出于这个目的，输出小透镜40被布置在与输入小透镜30相距的距离在输入小透镜30的焦距之内的位置处，反过来说，输入小透镜30被布置在与输出小透镜40相距的距离在输出小透镜40的焦距之内的位置处，此外，输入小透镜和输出小透镜彼此之间以恒定的重复距离Δx规则地布置。在图1至图3中，示出了来自光源1a的经准直的光垂直地入射到蜂窝结构聚光器10上的示例性情况，在这种情况中，相关联的一对输入小透镜30和输出小透镜40的透镜孔径和透镜顶点沿水平方向x彼此严格地对准，但是备选实施例也将是可能的。在仅示例性地示出蜂窝结构聚光器10可以包括40个通道的图3中，示例性地示出光源1a的经准直的光的光束11，光束11入射到特定的输入小透镜30上，又从相关联的输出小透镜40出射。光束11在蜂窝结构聚光器10的通道中实际地传输。利用短划线11′，图3示出了其他光源中的一个光源的经准直的光，该经准直的光入射到同一输入小透镜30上，但是随后通过不同的输出小透镜40出射。光束出射的输出小透镜是与来自光源1a的光束11穿过的输出小透镜相邻的输出小透镜。这被称为上面的第一串扰级。在11″处，图3利用点划线示出源于另一个光源的光束，该光束穿过与另外两个光束11和光束11′所穿过的输入小透镜相同的输入小透镜30，但是也通过另一个输出小透镜40出射，在这种情况下，所述另一个输出小透镜40与光束11(即，光源1a的光束)穿过的输出小透镜间隔开一个输出小透镜，即表示输出阵列4中的下一相邻的输出小透镜。那么这被称为第二串扰级。此外，不同的更高的串扰级是可能的。
在上述实施例中，光源1a至1c沿一维线布置，在这种情况下沿水平方向x布置。然而，也可以是不同的实施例，在其中对光源进行不同布置，例如，在两维上布置。因为光源1的一维布置，所以来自“其他”光源1b和1c(即，引起通道串扰的那些光源)的经准直的光引起逐列的通道串扰。因此，蜂窝结构聚光器10及其输入阵列3和输出阵列4分别包括：小透镜30和小透镜40的列13，列13中的每一个列同样地形成，并且沿方向x以特定的重复距离相邻或通过以重复距离的倍数平移彼此一致地合并。因此，一个列中的形成通道的每对输入小透镜30和输出小透镜40与任何其他列中的一个对(即分别在阵列3和阵列4的相同行中的一个对)相对应，并且通道串扰表示一个输入小透镜30的光未被准直到在相同列13中的相关联的输出小透镜40，而是进入到另一个列13中的对应的一对输入小透镜30和输出小透镜40中的输出小透镜40，例如，在第一串扰级情况下的相邻的列，等等。
输出小透镜40还在每个列13之内在y方向上形成规则的阵列。换言之，在前述实施例中，输出小透镜40的阵列形成在方向x上具有恒定的重复距离Δx和在方向y上具有恒定的重复距离Δy的规则的阵列。输出小透镜40的透镜孔径是矩形的并且连续地结合。然而，在每个列13中，输入小透镜30具有不同尺寸的透镜孔径。透镜孔径变化涉及在方向y上的透镜孔径的延伸，如图2所示。然而，每个输入小透镜30将来自光源1a的经准直的光同样地准直地入射到其相关联的输出小透镜40的中心。在每个列13中，输入小透镜30和/或输出小透镜40中的一个或若干个可以具有沿y方向相对于其透镜孔径偏心的透镜顶点。偏心和透镜孔径变化用于实现分段5a至5c照射的在方向y上的希望的发光强度角度分布。此处，角度分布已经变得更宽，具有在预定角度处的或垂直向前的峰值，其中，一些输入小透镜30在方向y上具有相对于相关联的输出小透镜40而言的更大的透镜孔径范围，透镜顶点在方向y上相互取向，并且每一个透镜顶点都相对于其透镜孔径位于中心。其他实现也将是可能的。
因此，远光前灯100使得远光分段5a、远光分段5b和远光分段5c能够单独照射。根据光源1a至1c的一维并排布置，远场分段沿空间方向x呈扇形散开。然而，它们无缝地彼此相邻。如上面提到的，入射侧小透镜30可以稍微地被预先散焦，以在所有出现的串扰级上平均地提供更好的聚焦(其中，没有通道串扰会对应于零级)。因此，蜂窝结构聚光器10的入射侧蜂窝结构透镜阵列3的入射侧蜂窝结构透镜可以相对于布置有蜂窝结构聚光器10的出射侧蜂窝结构透镜阵列4的出射侧蜂窝结构透镜40的平面设置，使得第一光源1a的经准直的光比具有介于光源1a的经准直的光的准直方向和光源中的具有最大串扰级的其他这样的光源(即光源1b或光源1b，即在图1的情况下的光源1b或光源1c)的经准直的光的准直方向之间的准直方向的经准直的光更散焦。因此，实际上，在图1中，例如，输出小透镜40将比针对无串扰辐射最优化输出小透镜和输入小透镜的情况略微更靠近输入小透镜，但是也比针对通道串扰辐射最优化输出小透镜和输入小透镜的情况更远离光源1b和1a之一。
作为用于光束成形的多孔径系统的微光学实现能够实现比传统系统的安装长度减少的安装长度。微光学光束成形消除了对于单独的填充光学器件和投射光学器件的消色差校正的需求。与具有透明阵列或孔径的投射系统相比，实现了更多的系统透射。
上述实施例可以被用作机动车辆的远光灯，但是一般也作为可开关的聚光灯。可以实现具有矩形像素的更大区域的两维的可变照射。
因此，换言之，上面的实施例描述了利用多孔径光学器件的分段的远光灯等。在这个上下文中，描述了分段的远光灯，其包括：准直的光源阵列；以及，后面的用于光束成形的蜂窝结构聚光器，其中，光源阵列的中央元件(例如，或者中央光源)产生蜂窝结构聚光器的垂直照射，但是所有其他元件产生倾斜照射和由此限定的通道串扰。作为多个发射器的一维线型阵列的光源阵列的配置被示出为示例。光源阵列的准直可以通过所示出的非球面透镜实现。备选地，通过包括场透镜和准直非球面镜的两透镜布置的光源阵列的准直也是可以的。如图所示，蜂窝结构聚光器可以被形成为具有矩形小透镜的在竖直方向y上的不规则的蜂窝结构聚光器和在水平方向上的规则的蜂窝结构聚光器。在图2中，蜂窝结构聚光器通过在竖直方向上不规则的矩形小透镜的输入透镜阵列和矩形小透镜的规则的输出阵列形成。蜂窝结构聚光器也可以包括：输出透镜阵列，其还包括在竖直方向上偏离中心但是具有透镜孔径的恒定的竖直延伸的小透镜。蜂窝结构聚光器可以被配置为整体式级联阵列。通过单独地控制LED，可以实现防炫目发光强度分布。
文献
[1]C.Li，P.Schreiber，D.Michaelis，Ch.
Figure BDA0003011585290000071
St.Fischer，U.D.Zeitner：″Etendue conserving light shaping using microlens arrays with irregularlenslets″，SPIE 10693(2018)1069304。

Claims (17)

1.一种远光前灯，包括：
光源阵列(1)，具有多个光源(1a，1b，1c)；
蜂窝结构聚光器(10)；
准直器(2)，连接在所述蜂窝结构聚光器和所述光源阵列之间，用于利用所述多个光源的经准直的光照射所述蜂窝结构聚光器，
其中，所述光源阵列包括第一光源(1a)和至少一个第二光源(1b)，其中，所述光源阵列(1)的所述第一光源(1a)的经准直的光引起所述蜂窝结构聚光器的无串扰辐射和第一远场分段(5a)的照射，以及，对于所述至少一个第二光源(1b)中的每一个，相应第二光源(1b)的经准直的光引起所述蜂窝结构聚光器的具有通道串扰的辐射和相对于所述第一远场分段(5a)倾斜地取向的第二远场分段(5b)的照射。
2.根据权利要求1所述的远光前灯，其中，所述光源阵列(1)的光源能够单独控制或以子组为单位控制。
3.根据权利要求1所述的远光前灯，其中，所述光源阵列(1)被配置为沿第一空间方向(x)的一维光源阵列，并且所述第一远场分段(5a)和所述第二远场分段(5b)沿所述第一空间方向呈扇形散开。
4.根据权利要求3所述的远光前灯，其中，所述蜂窝结构聚光器的入射侧蜂窝结构透镜阵列(3)包括：在与所述第一空间方向(x)垂直的第二方向(y)上延伸的入射侧蜂窝结构透镜列，所述入射侧蜂窝结构透镜列以重复的距离(Δx)在所述第一空间方向(x)上彼此等距地布置，并且
所述蜂窝结构聚光器的出射侧蜂窝结构透镜阵列(4)包括：在与所述第一空间方向垂直的第二方向(y)上延伸的出射侧蜂窝结构透镜列，所述出射侧蜂窝结构透镜列以重复的距离(Δx)在所述第一空间方向(x)上彼此等距地布置，所述出射侧蜂窝结构透镜列使得所述第一光源(1a)的经准直的光通过所述入射侧蜂窝结构透镜列中的每一个被准直到所述出射侧蜂窝结构透镜列中的相关联的一个出射侧蜂窝结构透镜列。
5.根据权利要求4所述的远光前灯，其中，预定的入射侧蜂窝结构透镜列的入射侧蜂窝结构透镜关于沿所述第二空间方向(y)的透镜孔径和/或透镜顶点的布置和与所述预定的入射侧蜂窝结构透镜列相关联的出射侧蜂窝结构透镜列的出射侧蜂窝结构透镜不同。
6.根据权利要求4所述的远光前灯，其中，预定的入射侧蜂窝结构透镜列的入射侧蜂窝结构透镜关于沿所述第二空间方向(y)的透镜孔径和/或透镜顶点的布置和与所述预定的入射侧蜂窝结构透镜列相关联的出射侧蜂窝结构透镜列的出射侧蜂窝结构透镜不同，以使所述第一光源(1a)的经准直的光经由所述预定的入射侧蜂窝结构透镜列的入射侧蜂窝结构透镜和与所述预定的入射侧蜂窝结构透镜列相关联的出射侧蜂窝结构透镜列的出射侧蜂窝结构透镜照射第一远光分段(5a)的发光强度分布在所述第二空间方向(y)上的角度分布比如下情况下的角度分布更宽：所述预定的入射侧蜂窝结构透镜列的入射侧蜂窝结构透镜关于透镜孔径和透镜顶点的布置和与所述预定的入射侧蜂窝结构透镜列相关联的出射侧蜂窝结构透镜列的出射侧蜂窝结构透镜相匹配。
7.根据权利要求5或6所述的远光前灯，其中，与所述预定的入射侧蜂窝结构透镜列相关联的出射侧蜂窝结构透镜列的出射侧蜂窝结构透镜包括彼此等距地布置的相互一致的透镜孔径。
8.根据权利要求5至7中的任一项所述的远光前灯，其中，预定的出射侧蜂窝结构透镜列的出射侧蜂窝结构透镜包括彼此等距地布置的相互一致的透镜孔径，并且每一个出射侧蜂窝结构透镜包括位于中心的透镜顶点。
9.根据权利要求5至8中的任一项所述的远光前灯，其中，所述预定的入射侧蜂窝结构透镜列的入射侧蜂窝结构透镜和/或与所述预定的入射侧蜂窝结构透镜列相关联的出射侧蜂窝结构透镜列的出射侧蜂窝结构透镜中的至少一项包括沿所述第二方向(y)相对于所述至少一项的透镜孔径偏心的透镜顶点。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的远光前灯，其中，所述蜂窝结构聚光器的入射侧蜂窝结构透镜阵列(3)的每个入射侧蜂窝结构透镜与所述蜂窝结构聚光器的出射侧蜂窝结构透镜阵列(3)的出射侧蜂窝结构透镜相关联，以一起形成所述蜂窝结构聚光器的通道，所述第一光源(1a)的经准直的光通过相应的入射侧蜂窝结构透镜被准直到相关联的出射侧蜂窝结构透镜，其中，对于所述至少一个第二光源中的每一个，通过所述蜂窝结构聚光器的所述入射侧蜂窝结构透镜阵列(3)以通道串扰方式将相应的第二光源(1b)的经准直的光准直到所述出射侧蜂窝结构透镜阵列(3)的出射侧蜂窝结构透镜。
11.根据权利要求10所述的远光前灯，其中，
预定的第二光源(1b)的经准直的光以在所述至少一个第二光源下的最大的串扰级穿过所述蜂窝结构聚光器，并且
所述蜂窝结构聚光器的所述入射侧蜂窝结构透镜阵列(3)的入射侧蜂窝结构透镜相对于布置有所述蜂窝结构聚光器的所述出射侧蜂窝结构透镜阵列(4)的出射侧蜂窝结构透镜的平面设置，使得所述第一光源的经准直的光比具有介于所述第一光源的经准直的光的准直方向和所述预定的第二光源(1b)的经准直的光的准直方向之间的准直方向的经准直的光更散焦。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的远光前灯，其中，所述准直器(2)以非球面方式配置，以相对于球面配置改善所述至少一个第二光源(1b)的经准直的光的准直。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的远光前灯，包括：场透镜，与所述准直器(2)协作，以利用所述多个光源的经准直的光照射所述蜂窝结构聚光器。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的远光前灯，其中，所述蜂窝结构聚光器被形成为整体式级联阵列。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的远光前灯，所述远光前灯被配置为是防炫目的。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的远光前灯，所述远光前灯用于机动车辆中。
17.一种机动车辆，具有根据前述权利要求中的任一项所述的远光前灯。
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