CN113167453B - 用于前照灯的光学系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种前照灯组件、光学系统和产生混合光照强度的方法。前照灯包括近光束组件和远光束组件。近光束组件被配置为产生近光束分布。近光束组件包括多个近光束模块，该近光束模块包括至少一个高亮度源和至少一个光源，高亮度源在光学上被配置为发射第一光照强度分布，光源在光学上被配置为发射第二光照强度分布。远光束组件包括一个或多个远光束模块。

Description

用于前照灯的光学系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年12月20日提交的美国非临时申请16/226,777的权益，其全部内容通过引用合并于本文中。
背景技术
本发明涉及机动车辆的照明领域。更具体地，本发明涉及一种用于前照灯的光学系统。
机动车辆包含许多用于内部和外部光照的照明装置。例如，外部的车辆照明装置可以执行停车灯功能、尾灯功能、前照灯功能、白天行车灯功能、动态弯曲灯功能和雾灯功能。
使用机动车辆的大多数的州、国家或地区都有各种要求和标准，车辆必须遵守这些要求和标准才能合法地使用道路。例如，联邦机动车安全标准(FMVSS)No.108为在美国境内运行的车辆上的前照灯制定了(基于角度的)各种最大光度强度值和最小光度强度值。
美国的公路安全保险协会(IIHS)对于前照灯性能有一套自己的测试和评级(前灯测试和评级协议)。IIHS测试和评级旨在鼓励制造商提高实际道路使用中的照明性能。
IIHS评估表明，车辆前照灯提供的道路上的光照差异很大。此外，IIHS已将大多数前照灯评级为较差的类别(例如，光照不足、眩光过多，等)。IIHS测试协议在5个弯道条件下测试前照灯：1/150米半径左弯道、2/250米半径左弯道、3/直行车道、4/250米右弯道、和5/150米右弯道。
近年来，车辆照明也因其吸引消费者的审美而变得重要。提供具有审美吸引力的车辆照明装置同时也满足必要的成本、技术和规定要求在技术上具有挑战性。例如，减小用于照明模块的透镜的高度，需要使用具有比传统产品更高照度(cd/mm2)的LED以满足测试点的规定要求。
本文提供的“背景”描述是为了总体上呈现本公开内容的背景。本本背景技术部分中所描述的范围内以及说明书中没有被等同于递交时的现有技术的各个方面中，当前冠名的发明人的工作不能明确地或隐含地被认为是相对于本公开的现有技术。
发明内容
本文描述的实施例包括以下方面。
本公开涉及一种前照灯。所述前照灯包括近光束组件，所述近光束组件被配置为产生近光束分布。所述近光束组件包括多个近光束模块，所述近光束模块包括至少一个高亮度源和至少一个光源，所述高亮度源在光学上被配置为发射第一光照强度分布，所述光源在光学上被配置为发射第二光照强度分布；以及远光束组件被配置为产生远光束分布。所述远光束组件包括一个或多个远光束模块。
在一个方面中，与所述多个近光束模块和所述一个或多个远光束模块相关联的每个光学系统的焦距小于6mm。
在一个方面中，所述第一光照强度分布包括最大强度的热点区域。
在一个方面中，与每个所述模块相关联的透镜高度在1mm至20mm的范围内。
在一个方面中，所述多个近光束模块中的第一近光束模块包括具有凸起部的折叠器。
在一个方面中，所述凸起部具有球形形状。
在一个方面中，所述凸起部具有三角形形状。
在一个方面中，所述多个近光束模块中的第二近光束模块包括折叠件。
在一个方面中，所述第一近光束模块包括第一高亮度源和第二高亮度源。
在一个方面中，所述第一近光束模块包括具有两个光学腔的反射器，所述两个光学腔适于保持所述第一高亮度源和所述第二高亮度源。
在一个方面中，所述至少一个高亮度源是高亮度发光二极管。
本公开还涉及一种用于前照灯的光学系统。所述光学系统包括：第一光学系统，所述第一光学系统包括至少一个高亮度源，所述高亮度源在光学上被配置为发射第一光照强度分布；第二光学系统，所述第二光学系统包括至少一个源，所述源在光学上被配置为发射第二光照强度分布；和第三光学系统，所述第三光学系统被配置为产生远光束分布。
本公开还涉及一种产生混合光照强度分布的方法。所述方法包括：通过第一近光束模块的高亮度源发射第一光照强度分布；通过第二近光束模块的至少一个光源发射第二光照强度分布；和通过远光束组件发射第三光照强度分布。
前面的段落是通过一般介绍的方式而提供的，并不意在限制所附权利要求的范围。通过参考以下结合附图的详细描述，将最好地理解所描述的实施例以及其他优点。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，将会容易获得本发明的更完整的理解及本发明的许多相关的优点，并且对其有更好的理解，在附图中：
图1是根据一个示例的前照灯组件的示意图；
图2是示出了根据一个示例的前照灯组件的光学系统的分解图的示意图；
图3A是根据一个示例的远光束模块的立体图；
图3B是根据一个示例的远光束模块的剖视图；
图3C是根据一个示例的远光束模块的剖视图；
图4A是根据一个示例的第一近光束模块的立体图；
图4B是根据一个示例的第一近光束模块的剖视图；
图4C是示出了根据一个示例的第一近光束模块的反射器的示意图；
图4D是根据一个示例的第一近光束模块的剖视图；
图5A是根据一个示例的第二近光束模块的立体图；
图5B是根据一个示例的第二远光束模块的剖视图；
图5C是根据一个示例的第二远光束模块的剖视图；
图6A是示出了根据一个示例的第一近光束模块的示例性光照强度分布的示意图；
图6B是示出了根据一个示例的第二近光束模块的示例性光照强度分布的示意图；
图6C是示出了根据一个示例的组合的近光束模块的被投射在测试表面(壁)上的示例性光照强度分布的示意图；
图7是示出了根据一个示例的远光束模块的示例性光照强度分布的示意图；
图8是示出了根据一个示例的第二近光束模块的折叠器的示意图；
图9是示出了根据一个示例的第二近光束模块的折叠件的示意图；和
图10是根据一个实施例的用于产生混合光照强度分布的方法的流程图。
具体实施方式
以下描述意图通过给出本公开的特定示例和实施例来进一步阐明本公开。这些实施例意在说明性的而非穷举。本公开的全部范围不限于在该说明书中所公开的任何特定实施例，而是由权利要求来限定。
为了清楚起见，并未示出和详细描述本文所述的实施方式的全部特征。将理解的是，在任何这样的实际实施方式的发展中，将做出许多特定于实施方式的决定以便实现开发者的特定目标，例如遵守与应用相关的约束和与商务相关的约束，并且将理解的是，从一个实施方式到另一个实施方式以及从一个开发者到另一个开发者，这些特定目标将有所不同。
现在参考附图，其中，在多个视图中，相似的附图标记表示相同或相对应的零部件，以下描述涉及用于前照灯的光学系统。前照灯提供如下光束图案，该光束图案符合美国车辆工程师学会(SAE)、欧洲经济委员会(ECE)标准、中国强制性认证(CCC)标准、和/或如本领域技术人员将理解的任何其他具有照明规定的国家/地区(的规定)。
图1是根据一个示例的前照灯组件10的示意图。该前照灯组件10包括光学系统12和封装件14。图2示出了该前照灯组件的分解图。光学系统12包括一个或多个光模块以提供远光束光照图案和近光束光照图案。高亮度LED可以被包括在一个或多个光模块中。高亮度LED在本文中是指具有约85cd/mm2或更高的亮度的LED或光源。通常，每当另一车辆在机动车辆的直接前方的道路上、和/或每当另一车辆从相反方向接近机动车辆时，近光束光照就会被使用。
光学系统12可以包括第一近光束模块100、第二近光束模块200和远光束模块300。在一个实施方式中，所述第一近光束模块100、第二近光束模块200和远光束模块300是投射器型照明模块。例如，第一近光束模块100是弯曲的近光束模块。第二近光束模块200是平坦的近光束模块。光学系统的一个或多个照明模块具有20mm或更小的透镜高度。在一个示例中，第一近光束模块100、第二近光束模块200和远光束模块300具有15mm的透镜高度。
第一近光束模块100是提供具有被称为“弯曲部”或“弯肘部”的截止轮廓的光束图案的一个或多个近光束模块。第二近光束模块200可以是提供扩展的光束图案的一个或多个近光束模块。
本文描述的模块可以基于可获得的包装进行调整，以及用以满足客户的新要求(样式、光学性能)。本文所述的每个模块可以是独立的模块。在其他实施方式中，两个模块可以被实施为单个模块。例如，第一近光束模块和第二近光束模块可以被实施为单个近光束模块。
图3A是根据一个示例的远光束模块300的立体图。远光束模块300可以包括一个或多个高亮度LED(未示出)。远光束模块300可以是被配置为生成远光束光照的一个或多个模块。例如，远光束模块可以包括单个高亮度LED，或者可以包括多个高亮度LED。光学系统12可以包括一个或多个远光束模块，每个所述远光束模块包括一个或多个高亮度LED。远光束模块300提供针对最大强度规定并遵循客户要求的远光束光照。远光束模块300包括反射器302、透镜304、壳体或封装件306、和散热器308。图3B和图3C是远光束模块300的剖视图。
透镜304例如由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、硅树脂、玻璃或热塑性材料制成。但是，通过本文所述的实施例，部段的其他材料和尺寸也是可预期的。在图3A和图3B中示出了单个连续透镜304和反射器302。但是，通过本文所述的实施例，单独的反射器部段也是可预期的。
图4A是根据一个示例的第一近光束模块100的立体图。第一近光束模块可以包括透镜102、透镜104、反射器106、折叠器108、散热器110。在图4B和图4D中示出了第一近光束模块100的剖视图。图4C是示出了根据一个示例的反射器106的示意图。
第一近光束模块100可以包括一个或多个高亮度发光二极管(LED)(未示出)。如本文先前所描述的，第一近光束模块可以包括一个或多个近光束模块，每个所述近光束模块包括一个或多个高亮度LED。根据需要，第一近光束模块100可以包括两个或更多个高亮度LED。第一近光束模块100或弯曲部提供用于近光束的最大强度规定目标的“热点”。
如图4C所示，反射器106可以包括第一光学腔112和第二光学腔114，所述第一光学腔112包括第一高亮度LED，所述第二光学腔114包括第二高亮度LED。第一光学腔112和第二光学腔114可以是相同的。相比之下，使用标准LED的弯曲模块可以包括4个或更多个LED，以实现相同的性能。
折叠器108具有反射率在约0.8至约0.97范围内的材料。透镜102、104例如由耐热聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、硅树脂、玻璃或热塑性材料制成。但是，通过本文所述的实施例，部段的其他材料和尺寸也是可预期的。
图5A是示出了根据一个示例的第二近光束模块200或平坦部的示意图。第二近光束模块200可以包括一个或多个标准光源。第二近光束模块200或平坦模块的功能是将(光)通量带到道路上并实现扩展。光源的示例包括但不限于：半导体发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、聚合物发光二极管(PLED)和单片发光二极管(MLED)。在一个实施方式中，光源可以是高亮度LED。在一个实施方式中，光源可以具有比第一近光束模块100的高亮度LED更低的亮度。第二近光束模块200的光学系统适用于20mm或以下高度的透镜。在一个实施方式中，第二近光束模块200可以是一个或多个模块，每个模块包括一光源。在一个实施方式中，第二近光束模块200可以包括6个LED。
第二近光束模块200包括透镜202、反射器204、壳体210、散热器206和折叠件(file)208。在图5A和图5B中示出了单个连续透镜202和折叠器(folder)208。但是，通过本文所述的实施例，单独的反射器部段和透镜也是可预期的。例如，每个所述LED可以被包括在单独的模块中。图5B和图5C示出了第二近光束模块的剖视图。
与在前照灯中使用的常规的光学系统相比，每个所述模块的光学系统具有较短的焦距。焦距是透镜所需的光学高度的函数。每个模块的光学系统的焦距可以小于6mm。在一个实施方式中，焦距可以小于5mm。用于第一近光束模块100、第二近光束模块200和远光束模块300中的每个模块的光学系统的焦距可以在约2mm至约6mm的范围内、或者在约2.5mm至约4.5mm的范围内，例如为约3mm、3.2mm、3.4mm、3.6mm、3.8mm、4mm、4.2mm、4.4mm、4.6mm、4.8mm或5mm。
在一个示例中，光学系统12可以具有330mm的总宽度。光学系统12的总宽度是每个所述光模块的函数。
在IHHS测试期间，由近光束测量迎面而来的车辆的眩光。测试点处的最大光照强度(光度)为12,000cd。为了提高瞄准公差，期望更加清晰的截止部。
如果需要的话，本文所述的近光束模块具有合适的光束形状以便在重新瞄准后在测试点处提供10,000cd的最大目标(以用于安全裕度)。此外，近光束的截止线与水平线对齐，在水平线下方的最大间隙为0.2度。近光束模块在全部其他测试点上具有较高的性能。
图8是示出了根据一个示例的第一近光束模块100的折叠器108的示意图。第一近光束模块100或弯曲模块包括位于折叠器108上的凸起部800，该凸起部800用于在测试点(即0.86D-3.5L)处的光束图案中形成凹口，以获得更好的IIHS评级。相比之下，在折叠器上没有凸起部的情况下，则需要重新瞄准光束，并因此会失去下坡路的光，并增加IIHS失分。凸起部800可以具有球形形状。在其他实施方式中，凸起部800可以具有三角形形状。可以基于IIHS要求来优化凸起部的形状和尺寸。
在一些实施例中，凹口可以大致位于竖直轴线V的左侧。在其他实施例中，凹口可以在竖直轴线V周围对称地定位。凹口的放置通常取决于特定的安全要求和与安全要求不冲突的用户偏好。
图9是示出了根据一个示例的第二近光束模块200的折叠件208的示意图。折叠件208可以具有台阶形状。
在一个实施方式中，对前照灯组件10的全部的近光束模块(例如，第一近光束模块100和第二近光束模块200)实施向上倾斜(tip up)。当切换到远光束时，该向上倾斜提供1度到约1.5度的向上倾斜，以改进IIHS失分。IIHS被改进(免除)5个失分。向上倾斜在最大强度点上提供额外的强度，以实现下坡路视野。
执行了近光束模块的光度模拟，该近光束模块具有IIHS应对措施以用于优化的分数，(即，配备有折叠件(在照亮测试点的腔的前部的位置被优化)和具有配备有凸起部的折叠器的弯曲模块的平坦模块)。测试点0.86D-3.5L在图6A中用600表示。
图6A是示出了根据一个示例的第一近光束模块100的示例性光照强度分布的示意图。水平轴线H和竖直轴线V识别与屏幕和前照灯的中心两者相交的水平平面和竖直平面。图6A中所示的水平轴线H和竖直轴线V包括以2°间隔而间隔开的刻度标记。最大强度位于沿水平轴线的-0.2度和沿竖直轴线的-0.5度的位置。所示的最大强度为47300cd，具有343的总光通量。
图6B是示出了根据一个示例的第二近光束模块200的示例性光照强度分布的示意图。图6B中所示的水平轴线H和竖直轴线V包括以2°间隔而间隔开的刻度标记。最大强度位于沿水平轴线的-13.8度和沿竖直轴线的-0.6度的位置。所示的最大强度为14500cd，具有901的总光通量。
图6C是示出了用于适应测试点处的光水平的凹口602的示意图。在与近光束模块的前(发射)面间隔开并且平行的屏幕(壁)处看到该光图案。应对措施(例如，凸起部和折叠件)减少了测试点周围的发光。应对措施可以允许前照灯组件10产生提高的IIHS评级，同时仍然满足FMVSS No.108的要求。
图7是示出了根据一个示例的远光束模块300的示例性光照强度分布的示意图。图7中所示的水平轴线H和竖直轴线V包括以2°间隔而间隔开的刻度标记。最大强度位于沿水平轴线的-0.5度和沿竖直轴线的0度的位置。所示的最大强度为54900cd，具有411的总光通量。
本文所述的模块可以经由一个或多个控制电路来被控制。
图10是用于产生光照强度分布的示例性方法1000的流程图。在步骤1002中，通过包括两个或更多个高强度LED的第一近光束模块来发射第一光照强度分布。第一近光束模块具有短焦距。在一个实施例中，第一光照强度分布包括最大强度的热点区域。
在步骤1004中，通过包括一个或多个LED的第二近光束模块来发射第二光照强度分布。第一光照强度分布不同于第二光照强度分布。在一个实施例中，与第一光照强度分布相比，第二光照强度分布包括集中强度的热点区域和更大的扩展分布。
在步骤1006中，通过包括两个或更多个高强度LED的远光束模块来发射第三光照强度分布。
尽管本文已经描述了某些实施例，但是这些实施例仅以示例的方式呈现，并且不意图限制本公开的范围。使用本公开中的教导，在不背离本公开的精神的情况下，本领域普通技术人员可以以各种方式修改和改编本公开，对本文描述的实施例的形式进行省略、替代和/或改变。此外，在解释本公开时，全部术语应以与上下文一致的尽可能广泛的方式来解释。所附权利要求及其等同物意图覆盖落入本公开的范围和精神内的这样的形式或修改。

Claims (17)

1.一种前照灯组件，包括：
近光束组件，所述近光束组件被配置为产生近光束分布，所述近光束组件包括：
多个近光束模块，所述近光束模块包括至少一个高亮度源和至少一个光源，所述高亮度源在光学上被配置为发射第一光照强度分布，所述光源在光学上被配置为发射第二光照强度分布；和
远光束组件，所述远光束组件被配置为产生远光束分布，所述远光束组件包括：
一个或多个远光束模块，
其中，与所述多个近光束模块和所述一个或多个远光束模块相关联的每个光学系统的焦距小于6mm。
2.根据权利要求1所述的前照灯组件，其中，所述第一光照强度分布包括最大强度的热点区域。
3.根据权利要求1所述的前照灯组件，其中，与所述多个近光束模块和所述一个或多个远光束模块中的每个模块相关联的透镜高度在1mm至20mm的范围内。
4.根据权利要求1所述的前照灯组件，其中，所述多个近光束模块中的第一近光束模块包括具有凸起部的折叠器，所述凸起部基于规定而被优化。
5.根据权利要求4所述的前照灯组件，其中，所述凸起部具有球形形状。
6.根据权利要求4所述的前照灯组件，其中，所述凸起部具有三角形形状。
7.根据权利要求1所述的前照灯组件，其中，所述多个近光束模块中的第二近光束模块包括折叠件。
8.根据权利要求1所述的前照灯组件，其中，所述多个近光束模块中的第一近光束模块包括第一高亮度源和第二高亮度源。
9.根据权利要求8所述的前照灯组件，其中，所述第一近光束模块包括具有两个光学腔的反射器，所述两个光学腔适于保持所述第一高亮度源和所述第二高亮度源。
10.根据权利要求1所述的前照灯组件，其中，所述至少一个高亮度源是高亮度发光二极管。
11.一种用于前照灯的光学系统，包括：
第一光学系统，所述第一光学系统包括至少一个高亮度源，所述高亮度源在光学上被配置为发射第一光照强度分布；
第二光学系统，所述第二光学系统包括至少一个源，所述源在光学上被配置为发射第二光照强度分布；和
第三光学系统，所述第三光学系统被配置为产生远光束分布，
其中，所述第一光学系统、所述第二光学系统和所述第三光学系统中的每一种光学系统的焦距小于6mm。
12.根据权利要求11所述的光学系统，其中，所述第一光学系统包括具有凸起部的折叠器。
13.根据权利要求12所述的光学系统，其中，所述凸起部具有球形形状。
14.根据权利要求12所述的光学系统，其中，所述凸起部具有三角形形状。
15.根据权利要求11所述的光学系统，其中，所述第二光学系统包括折叠件。
16.根据权利要求11所述的光学系统，其中，所述至少一个源是高亮度源。
17.一种产生混合光照强度分布的方法，所述方法包括：
通过第一近光束模块的高亮度源发射第一光照强度分布；
通过第二近光束模块的至少一个光源发射第二光照强度分布；和
通过远光束组件发射第三光照强度分布，
其中，与所述多个近光束模块和所述远光束组件相关联的每个光学系统的焦距小于6mm。
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