CN117616226A - 用于车辆照明的led改装 - Google Patents

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CN117616226A CN202280048173.3A CN202280048173A CN117616226A CN 117616226 A CN117616226 A CN 117616226A CN 202280048173 A CN202280048173 A CN 202280048173A CN 117616226 A CN117616226 A CN 117616226A
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Abstract

LED改装灯包括具有对准特征的定心环，该对准特征限定：灯在车辆反射器内的安装位置；基准轴线；沿着基准轴线从灯的底座到顶端的基准方向；以及公差带，该公差带与基准轴线相交并且沿着基准方向从公差带底侧端轴向地延伸到公差带顶侧端。该灯还包括发射横向于基准轴线的光并且具有从LED底侧端轴向地延伸到LED顶侧端的发光区域的装置。该LED底侧端在基准方向上距公差带底侧端的轴向距离至少为0.1mm，并且该LED顶侧端在基准方向上距公差带顶侧端的轴向距离最多为1.5mm。

Description

用于车辆照明的LED改装
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年5月7日提交的美国临时专利申请号63/185,814的权益，其内容通过引用并入本文。
背景技术
发光二极管(LED)由于优异的技术特性(例如能量效率和寿命)而越来越多地取代较旧技术的光源，例如卤素灯、气体放电灯和氙灯(这些通常统称为传统灯)。例如对于亮度、光度和/或光束整形(例如，用于车辆前照明)等要求较高的应用来说也是如此。考虑到传统灯的庞大安装底座，用所谓的LED改装灯(简称LED改装)一对一地替换传统灯同时允许继续使用其他现有系统部件(例如光学器件(例如反射器和/或透镜))和照明器可能具有巨大的经济效益。
发明内容
一种LED改装灯，包括具有对准特征的定心环，该对准特征限定：灯在车辆反射器内的安装位置；基准轴线；沿着基准轴线从灯的底座到顶端的基准方向；以及公差带，该公差带与基准轴线相交并且沿着基准方向从公差带底侧端轴向地延伸到公差带顶侧端。该灯还包括发射横向于基准轴线的光并且具有从LED底侧端轴向地延伸到LED顶侧端的发光区域的装置。LED底侧端在基准方向上距公差带底侧端的轴向距离至少为0.1mm，且LED顶侧端在基准方向上距公差带顶侧端的轴向距离最多为1.5mm。
附图说明
从下面结合附图以示例方式给出的描述可以得到更详细的理解，其中:
图1是卤素H7灯的示意性截面；
图2是双灯丝卤素H4灯的示意性截面；
图3是用于H4灯的LED改装的示意性截面；
图4以示意性截面示出传统灯丝与LED改装的LED装置之间的相对尺寸和位置关系；
图5是LED改装的示意性截面，示出了车辆前灯反射器中的尺寸和位置关系以及光学考量因素；
图6是示例性LED改装的示意性截面，示出了车辆前灯反射器中的尺寸和位置关系以及光学考量因素；
图7和图8是示意性截面，示出了示例性LED改装的轴向位置参数的限定；
图9和图10示出了针对近光的用于示例性LED改装和传统LED改装的车辆前方所计算出的照明水平；
图11和图12示出了针对远光的用于示例性LED改装和传统LED改装的车辆前方所计算出的照明水平；
图13是制造LED改装的方法的流程图；
图14是示例性车辆前灯系统的图；以及
图15是另一个示例性车辆前灯系统的图。
具体实施方式
不同光照明系统和/或发光二极管(“LED”)的实施方式的示例将在下文中参考附图更全面地描述。这些示例不是相互排斥的，并且一个示例中发现的特征可以与一个或多个其他示例中发现的特征组合以实现附加的实施方式。因此，应当理解，附图中所示的示例仅出于说明性目的而提供，并且它们不旨在以任何方式限制本公开。相似的数字在全文中指代相似的元件。
应当理解，虽然本文可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但是这些元件不应受到这些术语的限制。这些术语可用于区分一个元件与另一个元件。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件并且第二元件可以被称为第一元件。如本文所使用的，术语“和/或”可以包括一个或多个相关列出项的任何组合和所有组合。
应当理解，当诸如层、区域或基底之类的元件被称为在另一元件“上”或延伸到另一元件“上”时，其可以直接在另一元件上或直接延伸到另一元件上，或也可能存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件上”或“直接延伸到另一个元件上”时，可能不存在中间元件。还应当理解，当元件被称为“连接”或“耦接”至另一元件时，其可以直接连接或耦接至另一元件和/或经由一个或多个中间元件连接或耦接至另一元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一元件时，在该元件和另一元件之间不存在中间元件。应当理解，除了图中描绘的任何定向之外，这些术语还旨在涵盖元件的不同定向。
诸如“下方”、“上方”、“上部”、“下部”、“水平”或“竖直”等相对术语可在本文中用于描述如图所示的一个元件、层或区域与另一元件、层或区域的关系。应当理解，这些术语旨在涵盖除了图中描绘的定向之外的设备的不同定向。
对于提供传统灯的全功能替代的LED改装而言，除了一般灯技术要求之外，LED改装可能进一步受到其他系统部件的继续使用的限制。除了照明技术数据(例如亮度和角度光分布)之外，由于LED改装必须安装在与其所取代的传统灯相同的安装空间中，因此可能会出现尺寸和形状方面的机械边界条件。由于各种原因，对于LED来说，再现卤素灯或气体放电灯的光技术数据可能会很复杂。例如，LED可能具有与传统灯不同的发光图案。传统灯可以以360°发光，而LED则可以具有朗伯发射图案。此外，由于需要在产生废热的情况下保持较低的结温，因此LED可能需要散热器。这不仅会增加总安装空间的要求，而且还可能使得安装在其基底上的LED比卤素灯的灯丝或气体放电灯的弧段更庞大。
图1是卤素H7灯的示意性截面。在图1所示的例子中，单灯丝H7灯110(依赖于车辆前灯反射器)被用于产生近光或远光。
图2是双灯丝卤素H4灯的示意性截面。在图2所示的例子中，双灯丝H4灯210具有在车辆前灯反射器中的近底部灯丝214a和近顶部灯丝214b，该近底部灯丝214a可用于产生远光，该近顶部灯丝214b可用于产生近光(与遮光器218一起)。
灯(例如图1和图2所示的H7和H4灯)仍然广泛用于当前使用的汽车中。用更具能效的LED灯来替代它们不仅具有很高的经济效益，而且还具有可观的环境效益。这种灯可以在美国专利号10,161,614中更详细地描述，该专利通过引用并入本文。
用于传统灯(例如图1和图2的H7和H4灯)的车辆前灯反射器可以基于这些灯的标准化特性来设计。这可能包括机械特性(例如尺寸、形状和固定特征)以及光技术。可以例如采用这些灯的光源(例如，图1和图2的H7和H4灯的灯丝114、214a、214b)的标准化尺寸、形状和位置来设计反射器。许多国家在具体法规中对灯的这些要求进行了确定。特别重要的是(例如对于欧洲、日本和美国而言)联合国ECE法规，例如针对灯丝灯的ECE法规第37条和针对气体放电灯的ECE法规第99条。
作为图1和图2的H7和H4的灯丝114、214a、214b的光源可以参照灯的固定特征来对准。对于图1和图2所示的H7和H4，作为灯丝的光源可以特别地参照图1和图2的定心环117和217来对准。车辆前灯反射器可以参考它们在反射器颈部中的灯的固定特征来设计，因此，特别是参考占据灯的定心环的特征来设计。这样，反射器设计者就可以知道灯的光源与反射器的反射表面的相对位置。粗略地说，反射器设计者可能关心反射器焦点中的光源。许多现代高端反射器，除了这样的基本要求之外，还可以使用复杂形状的反射表面来优化光束特性，例如长距离以用于远光，且可以用于近光(例如，在驾驶员车道上)，并且对于近光尤其重要的是，避免对迎面而来的司机造成眩光。许多国家对此类和类似的光束特性提出了严格的要求，例如包括近光灯的眩光避免。
为了实现反射器设计，灯法规可以规定灯的公差带。例如，在限定基准轴线和基准平面之后，可以给出极限值，例如光源(例如，卤素灯的灯丝)的偏心率和倾斜度。具体地，可以限定公差带以限制光源的尺寸、形状和位置。例如，根据其法规，图1和图2的H7和H4的灯丝114、214a、214b可能需要位于这样的公差带内。
这种公差带通常可以是不对称的，使得光源的底侧端的位置具有比顶侧端更低的公差。例如，对于H7卤素灯而言，ECE法规第37条规定了灯丝底侧端(“e测量”)的轴向位置的公差为0.1毫米，且灯丝(“f测量”)的轴向延伸的公差也为0.1毫米，这导致灯丝顶侧端0.1+0.1＝0.2毫米的增加的公差。通过在底侧端使用如此低的公差，反射器设计者通常可以将反射器的焦点设计为靠近底侧端。
LED改装灯在市场上相对较新。从法律上讲，针对传统灯的法规目前不适用于LED改装，但针对LED改装的法规仍有待颁布。目前，在实施法规的国家，仅针对少数LED改装类型存在有限容差，并且这些有限容差仅限于有限数量的车辆前灯类型。
如上所述，LED改装取代了传统灯，粗略地说，是一对一的取代。换句话说，LED改装不仅必须在物理上适合传统灯的安装位置，而且还必须在原本未改变的车辆前灯中获得可接受的光束形状。为此，传统LED改装试图尽可能接近地重现要替换的传统灯的结构，例如将LED的发光区域布置在传统灯的光源的公差带中。
关于LED改装的发光区域的轴向位置，可以考虑上述讨论的公差带的不对称性。例如，如果LED改装的发光区域的轴向延伸与要更换的传统灯的发光区域的轴向延伸不同，则可以优先考虑公差带底侧端的较低公差，并且LED改装的发光区域的底侧端可以布置在公差带的底侧端处。在顶侧端处的较大偏差，即使大于公差带的指定公差，在顶侧端处的偏差对于车辆前灯的光学系统的损害较小的假设下，也是可以被接受的。
为了减轻这种轴向粘附到公差带的问题，同一申请人的美国专利号10,1616,14(如上通过引用方式并入)解决了LED光源的问题，其中LED的轴向布置比卤素灯的灯丝短。该文件提出在LED装置的顶侧端处提供镜子，以实际上将LED装置的发光区域延伸到其顶侧端之外。考虑到通常的不对称性，该文件将LED装置的底侧端布置在与要更换的卤素灯的灯丝的底侧端相同的轴向位置处。于是，由镜子415a、415b所致的LED装置的虚拟延伸可以形成LED装置的一种模糊顶侧端，该模糊顶侧端被假定为大致等同于卤素灯灯丝的顶侧端。
关于LED改装的发光区域的横向位置，由于上面讨论的LED改装的大体积，并且如下文更详细讨论的，保持在公差带内可能在技术上更具挑战性。通常，现有技术的LED改装简单地接受了它们的发光区域在横向上远远超出公差带的情况。
LED改装的另一个问题可能是不同的角度辐射图案。LED可能仅在半个空间中发光(没有朗伯图案中的进一步方式)，而灯丝和气体放电弧可以在整个360°空间中发光。这通常可以通过将具有相反发射方向的两个LED装置414a、414b布置在基底412的相对面上来解决，例如如图3所示，其示出了用于H4灯的LED改装410的截面。
图3是用于示例性H4灯410的LED改装的示意性截面。在图3所示的示例中，LED改装灯410包括用于将LED改装灯410连接到反射器的连接器411和沿着纵向轴线413延伸的基底412。连接器411可以包括定心环417。在这样的构造中，基底412必须充当LED的散热器。因此(并且也为了机械稳定性)，基底412可以具有最小厚度，该最小厚度导致LED装置414a、414b的发光区域彼此分开最小距离t。不幸的是，这种距离t(在某种意义上是(复合)LED光源的厚度)可能大于灯丝或气体放电灯的直径，并且还大于它们的公差带的横向尺寸。LED装置414a、414b中的每一个可以邻近相应的反射元件/镜子415a、415b。在图中。在图3中，D41a、D41b表示LED装置414a、414b的轴向延伸或长度，D42a表示从定心环417到底侧(近光)LED装置的起始端/底侧端的距离，并且D43a、D43b表示从定心环417到LED装置414a、414b的端部(例如，顶侧端)的距离。图4示意性地说明了这一点。
图4以示意性截面示出传统灯丝与LED改装的LED装置之间的相对尺寸和位置关系。在图4所示的例子中，在左侧处，待更换的卤素灯的灯丝14位于其公差带14'的中心。灯丝14的直径d可以小于公差带14'的横向尺寸/宽度w。在右侧处，LED 1可以安装在基底2的相对面上。相对的LED 1的发光区域的横向间隔t(例如，LED光源的宽度或厚度t)可以更大并且在许多情况下比灯丝14的直径d大得多，并且甚至比灯丝的公差带的宽度w大或大得多。
这种较大的横向尺寸/宽度/厚度可能导致远光和近光的次优光束形状。LED 1的各发光区域之间的大横向距离t可能导致其间(例如，在基底2中)具有不产生光的间隙，依赖于车辆前灯反射器，该间隙可能成像在路上的其他原本被照明的区域上。换句话说，它可能会导致前灯光束中的昏暗的区域。这种昏暗的区域可能会令人烦恼甚至危险，尤其是对于远光而言。此外，由于LED 1的发光区域在公差带14'之外，光源可能偏离反射器的焦点，其中反射器设计者可能没有预期到任何光。这可能会导致前灯光束中光强度的非计划的分布，并且依赖于反射器类型，这可能会导致用于近光的明暗边界上方有大量光，从而使迎面驶来的交通工具炫目。
在通过引用方式并入本文的US10,458,613中，通过反转相对的LED装置的光束方向解决了该问题。换言之，LED装置可以不辐射到它们安装在其上的基底的一侧，而是通过基底的透明部分辐射到相对侧。这可以使LED装置的发光表面彼此更靠近。这种解决方案严重偏离了LED改装的标准结构。
然而，本文描述的实施例解决了该问题，而无需偏离LED改装的已证明的构造原理。通过分析从为传统灯所设计的反射器中的传统LED改装所形成的光束，可以实现同样的效果。
图5是LED改装的示意性截面，示出了车辆前灯反射器中的尺寸和位置关系以及光学考量因素。更具体地，与图4中的情况相类似，图5示出了与反射器20中要更换的卤素灯的灯丝14(及其公差带14')的位置对照的相对LED装置的发光区域1'的位置。在反射器中的传统LED改装的波束形成的情形下，已认识到：对于许多反射器类型来说，反射表面的外周部分，例如靠近反射器20的开口的边缘20'的部分，对于远光的长光束距离和/或对于近光的锐截止(明暗边界)而言是至关重要的。还认识到，如从该外周边缘20'可看出的，偏离基准轴线13的LED发光区域1'看起来朝反射器颈部位移。换言之，从边缘20'看去，由LED发光区域1'(通过其底侧端定位在与灯丝14相同的横向位置上)所发射的光看起来从基准轴线13上的虚拟发光区域1"发出，该虚拟发光区域1"相对于真实的发光区域1'被放大并且与基准方向13相反地移动。
然而，如上所述，在发光区域的底侧端保持低公差对于由传统灯的反射器所履行的最佳光束成形可能是至关重要的。对于许多反射器类型而言，这种向内移动超出公差带底侧端可能会导致远光的距离缩短，并导致近光产生眩光(以及紧邻目标截止线下方的亮度降低)。
还认识到，可以通过将(真实)发光区域1'朝向反射器20的开口移动来将虚拟发光区域1"移动到公差带14'中。这在图6中以截面形式示意性地示出。如图6所示，发光区域1'已向右移动(朝向反射器开口)，直到虚拟发光区域1"的底侧端与公差带14'的底侧端重合。在该示例中，虚拟发光区域1"的顶侧端继而也与公差带14'的顶侧端重合。一般来说，具体的相对位置一方面可以取决于LED改装灯的其他尺寸，例如LED发光区域1'的横向间隔，另一方面可以取决于反射器尺寸，例如反射器长度L和反射器开口直径D。
例如，可以选择LED改装灯所设置的LED的发光区域的形状和位置，使得其虚拟发光区域的底侧端距与基准方向相对的公差带底侧端的轴向距离为至多0.2mm，且虚拟发光区域的顶侧端在基准方向上距公差带顶侧端的轴向距离为至多0.5mm。对于许多反射器类型而言，这样选择的形状和/或位置将产生令人满意的结果，并且通过进一步优化，可以允许LED改装产生与它们设计要替换的传统灯相当甚至更好的光束形状。
这种情况在图7中以截面形式示意性地示出。在图7所示出的示例中，虚拟发光区域1"延伸超出公差带14'的距离为vdb、vdt。距离vdb可以从公差带底端侧朝向反射器颈部进行测量，并且距离vdt可以从公差带顶端侧朝向反射器开口进行测量。在本文描述的实施例中，可能期望将vdb限制到至多0.2mm并且将vdt限制到至多0.5mm。如上所述，由于公差带的不对称性，底侧限制可能比顶侧限制更严格或者甚至严格得多。
通过将虚拟发光区域匹配得更接近基准带，对于一些反射器类型可以获得甚至更好的光束形状。在一些实施例中，可以进一步限制底侧距离vdb的值，使得在这些实施例中，底侧距离vdb可以是至多0.0mm和-0.1mm，这可以与底侧公差带端匹配或甚至向公差带中移动0.1毫米，对于H7卤素灯来说，这可以是根据ECE 37法规的底侧灯丝端的标称位置。类似地，对于顶侧距离vdt而言，在一些实施例中，顶侧距离vdt最多可为0.3mm、0.1mm、0.0mm和-0.1mm，其在与顶侧公差带端相匹配的范围上向基准带移动，甚至向公差带内移动0.1mm，对于H7卤素灯，这同样可以是根据ECE 37法规的顶侧灯丝端的标称位置。
还认识到，绝对位置间隔，例如独立于LED改装所针对的特定反射器的位置间隔，将为许多反射器类型产生令人满意的结果。例如，LED改装灯的LED装置的发光区域可以被定位成使其底侧端在基准方向上距公差带底侧端的轴向距离至少为0.1mm，并且使其顶侧端在基准方向上距公差带顶侧端的轴向距离最多为1.5mm。例如，与虚拟发光区域不同，(真实)发光区域及其基侧端不应延伸超出公差带，而应朝反射器颈部移动。
这种情况在图8中以截面示意性地示出。在图8所示的例子中，发光区域1'可以相对于公差带14'移动距离db、dt。距离db表示发光区域的底端相对于公差带底端的位移，而dt表示发光区域的顶侧端相对于公差带顶侧端的位移，两者都是朝向反射器颈部进行测量的(如在基准方向13上)。如上所述，db可以被限制为至少0.1mm并且dt可以被限制为至多1.5mm。如上所述，由于公差带的不对称性，底侧界限可能比顶侧界限更靠近地依附到公差带。
与将虚拟光发射区域更紧密的依附到公差带相对应，(真实)发光区域的更紧密的定位可以对于一些反射器类型产生甚至更好的光束形状。底侧距离db可以至少是0.3mm、0.6mm、1.0mm、1.4mm和1.8mm中的一种，并且顶侧距离dt可以至多是1.0mm、0.5mm、0.3mm和0.1毫米中的一种。
如已经描述的，发光区域1'的底侧端的轴向位置db对于光束质量可能特别重要。0.8毫米和1.0毫米之间的值至少对于某些反射器类型可以实现非常令人满意的结果。这甚至可以通过选择3.0mm和3.5mm之间的长度(例如，LED装置的轴向延伸)和/或具体地通过选择3.2mm的长度来改进。
绝对值可以具有以下优点：LED改装灯可以不需要针对市场上的每个车辆光反射器专门底进行设计，而是可以独立于它们的尺寸细节而适用于许多现有的反射器类型。在这种情况下，可能值得一提的是，虽然为了便于理解，图中的公差带14'被示出在反射器20内，但是公差带的限定可以独立于反射器。换言之，常规灯的尺寸(包括其灯丝和气体放电弧的公差带)，可以被限定在常规灯本身内，特别是相对于图1和图2中所示的定心环117、217所包括的对准特征进行限定，并且在功能上由LED改装的定心环417(参见图3)接管。定心环(也称为固定、对准和/或键控装置)可以完全限定传统灯在反射器内的安装位置，并且以同样的方式，LED改装的定心环可以限定它们在反射器内的安装位置。通过将传统灯的定心环与LED改装灯的定心环等效，传统灯的基准带的形状、尺寸和位置可以延续至LED改装灯。
如本文所述的制造LED改装的方法与刚刚给出的绝对值之间的联系可以通过以下示例来说明，该示例所使用的H7卤素灯的尺寸将要在为H7所设计的典型反射器中被替换。从基准平面开始测量，H7公差带的底侧端与其之间的距离(“光中心长度”)可为25毫米。从基准平面继续测量，典型的H7反射器的长度(从基准平面到反射器开口的距离)为60毫米。这种反射器的直径通常为130mm。所公开的用于H7的LED改装的发光区域的距离(例如图4的厚度t)，可以取为2.8mm。在将虚拟LED发光区域的底侧端与公差带底侧端匹配的实施例中应用本文描述的方法，例如通过选择vdb＝0mm(图7)，截距定理(intercepttheorem)可以允许计算(真实)发光区域的底端的轴向位移，例如db的轴向位移(图8)。
((反射器直径)/2)/(厚度/2)＝((反射器长度)-(光中心长度))/db。
130/2.8＝(60-25)/db。
db＝(60-25)/(65/2.8)＝35/130*2.8＝0.75mm。
因此，在该示例中，将虚拟LED发光区域的底侧端与公差带底侧端匹配可以对应于(真实)发光区域的底侧端的移位0.75毫米。
LED装置中的LED的轴向布置实践中可以通过适当地控制LED的取放机械来进行。然而，正如刚刚提到的，最终，LED装置到定心环的轴向距离(对于卤素灯而言，即图1和图2中的距离D11、D12、D13、D21a、D21b、D23a、D23b；以及对于LED改装而言，即图3中的距离D41a、D41b、D42a、D43a、D43b)可能是重要的。因此，作为改变基底412上的LED414a、414b的位置的替代，改变定心环417的轴向位置(参见图3)可能要简单得多。通过使用不同厚度的定心环来选择它们的对准特征的轴向位置，这在实践中可以特别容易地实现。替代地，定心环可以例如通过胶合在选定的轴向位置处来固定。
感兴趣的还可能是定心环的轴向位置的“后期”选择，例如由最终用户进行选择，因为这样可以增加LED改装对于更大范围的反射器类型的有用性。这可以通过将LED改装与可更换的定心环(例如具有不同厚度的定心环)捆绑在一起来实现。然而，当不需要将定心环与LED改装分离时，通过改变轴向位置(例如通过简单地将定心环旋转到另一个角度位置)，这对于最终用户来说可能会容易得多。当前的一些LED改装可能已经预见到用于选择LED装置的最佳角度位置的可旋转定心环。此外，两个相对的LED装置，如图4所示，可能无法完全再现传统灯的均匀360°的光发射，但通常可能具有横向于LED安装平面的强度最大值。某些反射器在特定位置处具有这样的强度最大值时可能表现更好。于是，这可以与定心环的轴向移动相结合，例如通过预见限定各种轴向水平的凹口和隆起上的静止位置。
本文描述的LED改装可以替代任何常规灯，但是尤其用于替代H1、H3、H4、H7、H11、H13、HB3(9005)、HB4(9006)、HB5(9007)或HIR2卤素灯中的一种。其中，H7和H4从商业角度来看因其庞大的安装底座可能不是特别令人感兴趣，但是本文描述的LED发光区域的轴向移位在技术上也可以允许非常高的光束质量。
本文描述的实施例已被表露出对于反射型前灯(例如没有投影光学器件的前灯)特别有利，其中光源的完整成像必须由前灯反射器执行，因此，前灯反射器可能严重依赖于在指定位置找到光源。
图9通过光学模拟计算将上部(a)中的传统LED改装的明暗边界的质量与下部(b)中根据本文描述的实施例的LED改装的明暗边界的质量进行了比较(使用3.2mm长(1毫米宽)的LED发光区域，横向间隔t＝2.6毫米，其底侧端相对于公差带底侧端移动的距离db＝1.5毫米)。显示的是布置在菲亚特(Fiat)500的车辆前灯前面的竖直屏幕(“H-V空间”)上的强度等值线，该菲亚特500的车辆前灯安装了LED改装，以取代过去为该前灯所构造的H7卤素灯(其中H7灯丝的(标称)长度D11为4.1毫米，且(目标地且通常地)直径d为1.3毫米。示出了期望的截止线30，其在水平左半部(略低于水平中线)和倾斜右半部(设计用于右车道交通)之间具有其拐点31。高质量可以通过以下来判断：紧邻截止线30下方的高亮度，以便为迎面而来的交通工具提供良好的照明并在驾驶员车道上提供长的近光距离；以及紧邻截止线30上方的低亮度，以避免迎面而来的车辆炫目，因此，当从下到上跨越截止线30时，需要陡峭的强度降低以及相应的等值线的密度。可以清楚地看到，下部分(b)中的LED改装已接近这种理想状态。然而，在传统LED改装中，在上部(b)中，等值线可能不平行于截止线30，而是可以以一定角度与截止线30相交，并且截止线30下方的等值线的密度较不密集(特别是在截止线30的倾斜部分的下方)，这表明近光距离缩小。更有害的是，等值线在截止线30上方移动到位于拐点31上方和侧面的区域，在图中由虚线区域32标记。这将对迎面驶来的交通工具造成严重眩光。
这在图10中变得更加清楚，图10显示了车辆前方道路鸟瞰图中的强度等值线。同样，上排示出了传统LED改装，下排示出了根据本文描述的实施例的LED改装。左栏(a)对于两种LED改装(如图9中所做的那样)使用相同的总光量，例如使用相同的光通量。在右列(b)中，传统LED改装的光通量降低，以保持低于ECE法规中所规定的用于迎面交通的眩光值。从这些图中可以清楚地看出，具有根据本文描述的实施例的LED改装的车辆前灯照亮迎面而来的驾驶员的车道仅达非常短的距离(参见附图标记33指示的位置)，以保持在迎面而来的驾驶员的眼睛的高度以下，从而避免眩光，而且取而代之的是，将光线集中在自身驾驶员车道上以获得长的近光距离。相反，传统LED改装会将大量光线发送到迎面而来的驾驶员的眼睛的高度，从而造成相当大的眩光，同时损失了这些用于照亮自身驾驶员车道的光部分。降低传统LED改装的光通量以保持眩光水平可接受也可能无济于事，因为以约30m的slb的量大幅地减少了自身驾驶员车道上的近光距离。
图11和12显示了与图9类似的竖直屏幕和鸟瞰图以及图10的左栏(传统LED改装和根据本文中描述的实施例的LED改装在两幅图中均处于相同的亮度水平)，然而，这次是针对处于远光模式的雷诺Twingo的前灯中的H4 LED改装而言的。使用了与图9和图10中的LED装置相同的传统LED改装和根据这里描述的实施例的LED改装的LED装置(用于H4 LED改装的远光光源)。在传统的H4灯丝灯中，远光灯丝的长度(标称地)为4.5毫米，且其直径(目标地且通常地)为1.3毫米。
图11清楚地示出了具有本文描述的LED改装的车辆前灯可以在竖直屏幕上产生有利地被成形的强度分布，其中强度最大值为34d，几乎精确地位于地平线H处(车辆前面无限远的道路中间)。相反，对于传统LED改装，强度分布可能在地平线H处分叉。换言之，在地平线H的左侧和右侧可能存在两个强度最大值34p(其中主最大值在左侧)。然而，这可能意味着地平线H处的强度可能是两个最大值34p之间的局部最小值，驾驶员会将其感知为黑点35p。传统LED改装的不利特性在图12的鸟瞰图中可能更加明显，其清楚地示出了两个最大值34p之间的黑点35p(并且位于通向地平线H的道路中间的右侧)。即使当考虑将较大的左侧最大值作为现有技术LED改装的远光距离时，本文描述的LED改装也可以将这样的远光距离增加近shb＝50m至60m。
从市场营销和技术角度来看，所讨论的反射型车辆前灯中的传统LED改装和本文描述的LED改装之间最重要区别可在于：本文描述的LED改装的光束图案完全符合ECE光束要求，而这可能无法通过现有技术的LED改装来实现(或者对于近光来说只能通过减少光通量并因此减少近光距离来实现)。
除了在反射型车辆前灯中之外，本文描述的LED改装灯在所谓的双投射型前灯中也可能是有利的。一般而言，投射型前灯可以使用遮光器来限定近光中的明暗边界，并且因此可以比反射型前灯更少地依赖于光源位置。然而，双投射式前灯可以将相同的光源重用于远光和近光。他们可以采用可移动的遮光器，将遮光器布置在近光的光路中以遮蔽截止线上方的光，并将遮光器移出光路以使用远光的所有光。然而，从同一光源产生高质量的远光和近光在技术上可能更具挑战性，并且需要反射器以及投影光学器件更强地依赖于保持在指定形状和位置的光源。在那里，本文描述的LED改装可以产生与所讨论的反射型前灯相似的优点。
图13是制造LED改装的方法1300的流程图。在图13所示的例子中，该方法可以是制造用于替换被配置为安装在车辆前灯的反射器内的传统灯的LED改装灯的方法，并且该方法可以包括基于传统灯的定心环形成用于LED改装灯的定心环(1302)。用于LED改装灯的定心环可以基于传统灯的定心环形成，使得用于LED改装灯的定心环包括对准特征，该对准特征限定以下中的至少一个：LED改装灯在反射器内的安装位置、与传统灯的定心环限定的基准轴线相同的基准轴线、与传统灯的定心环限定的基准方向相同的基准方向、以及与传统灯的定心环限定的公差带相同的公差带。
可以为LED改装灯限定LED装置的虚拟发光区域(1304)。对于LED改装灯而言，LED装置的虚拟发光区域可以被限定为：当从反射器的开口的边缘上的点投影时LED装置的发光区域在基准轴线上的投影。LED装置的虚拟发光区域可以从虚拟LED底侧端轴向地延伸到虚拟LED顶侧端。
可以选择LED装置的发光区域的形状和位置(1306)。在实施例中，可以选择形状和位置，使得虚拟LED底侧端距与基准方向相反的公差带底侧端的轴向距离至多为0.2mm，并且LED顶侧端在基准方向上距公差带顶侧端的轴向距离最多为0.5mm。
图14是可包括本文描述的实施例和示例中的一个或多个的示例性车辆前灯系统1400的图。图14中所示的示例性车辆前灯系统1400包括电源线1402、数据总线1404、输入滤波和保护模块1406、总线收发器1408、传感器模块1410、LED直流到直流(DC/DC)模块1412、逻辑低压差(LDO)模块1414、微控制器1416和有源前灯1418。
电力线1402可以具有从车辆接收电力的输入，并且数据总线1404可以具有输入/输出，通过该输入/输出可以在车辆和车辆前灯系统1400之间交换数据。例如，车辆前灯系统1400可以从车辆中的其他位置接收指令，例如打开转向信号灯或打开前灯的指令，并且如果需要的话，车辆前灯系统1400可以向车辆中的其他位置发送反馈。传感器模块1410可以通信地耦接到数据总线1404，并且可以向车辆前灯系统700或车辆中与例如环境条件(例如，一天中的时间、雨、雾或周围光水平)、车辆状态(例如，停放、行驶中、运动速度或运动方向)以及其他物体(例如车辆或行人)的存在/位置相关的其他位置提供附加数据。与通信地耦接到车辆数据总线的任何车辆控制器分开的前灯控制器也可以被包括在车辆前灯系统1400中。在图14中，前灯控制器可以是微控制器，例如微控制器(μc)716。微控制器1416可以通信地耦接到数据总线1404。
输入滤波和保护模块1406可以电耦接到电力线1402并且可以例如支持各种滤波以减少所传导的发射并提供电力抗干扰性。另外，输入滤波和保护模块1406可以提供静电放电(ESD)保护、负载突降保护、交流场衰减保护和/或反极性保护。
LED DC/DC模块1412可耦接在输入滤波和保护模块1406与有源前灯1418之间，以接收经滤波的电力并提供驱动电流以对有源前灯1418中的LED阵列中的LED供电。LED DC/DC模块1412可以具有：7伏到18伏之间的输入电压，且标称电压大约为13.2伏；以及输出电压，其可以比LED阵列的最大电压略高(例如高0.3伏)(这例如由负载、温度或其他因素引起的操作条件调整以及因素或本地校准来决定)。
逻辑LDO模块1414可以耦接到输入滤波和保护模块1406以接收滤波后的电力。逻辑LDO模块1414还可以耦接到微控制器1416和有源前灯1418，以向微控制器1416和/或有源前灯1418中的电子器件(例如CMOS逻辑)提供电力。
总线收发器1408可以具有例如通用异步收发器(UART)或串行外围接口(SPI)接口并且可以耦接到微控制器1416。微控制器1416可以基于来自传感器模块1410的数据来转换车辆输入，或可以转换包括来自传感器模块1410的数据的车辆输入。转换后的车辆输入可包括可传输至有源前灯1418中的图像缓冲器的视频信号。此外，微控制器1416可加载默认图像帧并测试启动期间开路/短路像素。在实施例中，SPI接口可以在CMOS中加载图像缓冲器。图像帧可以是全帧、差分帧或部分帧。微控制器1416的其他特征可以包括CMOS状态(包括管芯温度)的控制接口监测以及逻辑LDO输出。在实施例中，可以动态地控制LED DC/DC输出以最小化头上空间。除了提供图像帧数据之外，还可以控制其他前灯功能，例如与侧指示灯或转向信号灯相结合的互补使用，和/或日间行车灯的激活。
图15是另一示例性车辆前灯系统1500的图。图15所示的示例性车辆前灯系统800包括：应用平台1502、两个LED照明系统1506和1508以及辅助光学器件1510和1512。
LED照明系统808可以发射光束1514(在图15中的箭头1514a和1514b之间示出)。LED照明系统1506可以发射光束1516(在图15中的箭头1516a和1516b之间示出)。在图15所示的实施例中，辅助光学器件1510邻近LED照明系统1508，并且从LED照明系统1508发射的光穿过辅助光学器件1510。类似地，辅助光学器件1512邻近LED照明系统1506，并且从LED照明系统1506发射的光穿过辅助光学器件1512。在替代实施例中，在车辆前灯系统中没有提供辅助光学器件1510/1512。
当包括第二光学器件1510/1512时，第二光学器件1510/1512可以是或者包括一个或多个光导。该一个或多个光导可以是边缘照射型光导，或者可以具有限定光导的内部边缘的内部开口。LED照明系统1508和1506可以插入一个或多个光导的内部开口中，从而使得它们将光注入到一个或多个光导的内部边缘(内部开口型光导)或外部边缘(边缘照射型光导)中。在实施例中，一个或多个光导可以以期望的方式对由LED照明系统1508和1506发射的光进行整形，例如使其具有梯度分布、斜面分布、窄分布、宽分布或角分布。
应用平台1502可以经由线路1504向LED照明系统1506和/或1508提供电力和/或数据，线路1504可以包括图14的电力线1402和数据总线1404中的一个或多个或一部分。一个或多个传感器(其可以是车辆前灯系统1500中的传感器或其他附加传感器)可以在应用平台1502的外壳内部或外部。替代地或附加地，如在图14的示例性车辆前灯系统1400中所示，每个LED照明系统1508和1506可以包括其自己的传感器模块、连接和控制模块、电源模块和/或LED阵列。
在实施例中，车辆前灯系统1500可以代表具有可操纵光束的汽车，其中LED可以被选择性地激活以提供可操纵光。例如，LED或发射器的阵列可用于定义或投射形状或图案，或仅照亮道路的选定部分。在示例性实施例中，LED照明系统1506和1508内的红外摄像机或检测器像素可以是识别场景的需要照明的部分(例如，道路或人行横道)的传感器(例如，类似于图14的传感器模块1410中的传感器)。
已经详细描述了实施例，本领域技术人员将理解，在给出本描述的情况下，可以对本文描述的实施例进行修改而不背离本发明构思的精神。因此，不试图将本发明的范围限于所示出和所描述的具体实施例。

Claims (20)

1.一种发光二极管(LED)改装灯，包括：
定心环，包括对准特征，所述对准特征限定：该LED改装灯在车辆的反射器内的安装位置；基准轴线；沿着该基准轴线从该LED改装灯的底座到顶端的基准方向；以及公差带，该公差带与该基准轴线相交并且沿着该基准方向从公差带底侧端轴向地延伸到公差带顶侧端；以及
LED装置，其被配置为发射横向于该基准轴线的光并且包括从LED底侧端轴向地延伸到LED顶侧端的发光区域，
所述LED底侧端在该基准方向上与该公差带底侧端的轴向距离至少为0.1mm，并且
所述LED顶侧端在该基准方向上与该公差带顶侧端的轴向距离最多为1.5mm。
2.根据权利要求1所述的LED改装灯，其中：
所述LED底侧端在基准方向上距公差带底侧端的轴向距离至少为0.3mm、0.6mm、1.0mm、1.4mm和1.8mm之一，并且
所述LED顶侧端在基准方向上距公差带顶侧端的轴向距离最多为1.0mm、0.5mm、0.3mm和0.1mm之一。
3.根据权利要求1所述的LED改装灯，其中所述LED底侧端在所述基准方向上距所述公差带底侧端的轴向距离处在0.8mm至1.0mm之间。
4.根据权利要求3所述的LED改装灯，其中，在不需要将所述定心环与所述LED改装灯分离的情况下，所述定心环的轴向位置是可调节的。
5.根据权利要求1所述的LED改装灯，其中所述LED装置的发光区域具有位于3.0mm与3.5mm之间的轴向延伸。
6.根据权利要求5所述的LED改装灯，其中所述LED装置的发光区域具有3.2mm的轴向延伸。
7.根据权利要求1所述的LED改装灯，其中，所述定心环的轴向位置是可变的。
8.根据权利要求1所述的LED改装灯，其中所述LED改装灯被配置用于车辆的反射器，所述反射器被配置为与H1、H3、H4、H7、H11、H13、HB3(9005)、HB4(9006)、HB5(9007)或HIR2卤素灯中的至少一个一起运行。
9.一种车辆前灯，包括：
包括反射器的灯具；以及
发光二极管(LED)改装灯，其在安装位置处安装在该反射器内，所述LED改装灯包括：
定心环，包括对准特征，所述对准特征限定：该LED改装灯在所述反射器内的所述安装位置；基准轴线；沿着该基准轴线从该LED改装灯的底座到顶端的基准方向；以及公差带，该公差带与该基准轴线相交并且沿着该基准方向从公差带底侧端轴向地延伸到公差带顶侧端；以及
LED装置，被配置为发射横向于该基准轴线的光并且包括从LED底侧端轴向地延伸到LED顶侧端的发光区域，
所述LED底侧端在该基准方向上与该公差带底侧端的轴向距离至少为0.1mm，并且
所述LED顶侧端在该基准方向上与该公差带顶侧端的轴向距离最多为1.5mm。
10.根据权利要求9所述的车辆前灯，其中，所述车辆前灯是反射型前灯或双投射型前灯之一。
11.根据权利要求9所述的车辆前灯，其中：
所述LED底侧端在基准方向上距公差带底侧端的轴向距离至少为0.3mm、0.6mm、1.0mm、1.4mm和1.8mm之一，并且
所述LED顶侧端在基准方向上距公差带顶侧端的轴向距离最多为1.0mm、0.5mm、0.3mm和0.1mm之一。
12.根据权利要求9所述的车辆前灯，其中所述LED底侧端在所述基准方向上距所述公差带底侧端的轴向距离位于0.8mm至1.0mm之间。
13.根据权利要求12所述的车辆前灯，其中，在不需要将所述定心环与所述LED改装灯分离的情况下，所述定心环的轴向位置是可调节的。
14.根据权利要求9所述的车辆前灯，其中所述LED装置的发光区域具有处在3.0mm与3.5mm之间的轴向延伸。
15.根据权利要求14所述的车辆前灯，其中所述LED装置的发光区域具有3.2mm的轴向延伸。
16.根据权利要求9所述的车辆前灯，其中，所述定心环的轴向位置是可变的。
17.根据权利要求9所述的车辆前灯，其中所述LED改装灯被配置用于车辆的反射器，所述反射器被配置为与H1、H3、H4、H7、H11、H13、HB3(9005)、HB4(9006)、HB5(9007)或HIR2卤素灯中的至少一个一起运行。
18.一种制造LED改装灯以用于替换被配置为安装在车辆前灯的反射器内的传统灯的方法，该方法包括：
基于传统灯的定心环形成用于LED改装灯的定心环，使得用于LED改装灯的定心环包括对准特征，该对准特征限定：该LED改装灯在所述反射器内的安装位置；与传统灯的定心环所限定的基准轴线相同的基准轴线；与传统灯的定心环所限定的基准方向相同的基准方向；以及与传统灯的定心环所限定的公差带相同的公差带；
将用于LED改装灯的所述LED装置的虚拟发光区域限定为从该反射器的开口的边缘上的点投射的所述LED装置的发光区域在基准轴线上的投影，该LED装置的虚拟发光区域从虚拟LED底侧端轴向地延伸到虚拟LED顶侧端；以及
选择所述LED装置的发光区域的形状和位置，使得：
所述虚拟LED底侧端距与该基准方向相反的公差带底侧端的轴向距离最多为0.2mm，并且
所述LED顶侧端在该基准方向上距该公差带顶侧端的轴向距离最多为0.5mm。
19.根据权利要求18所述的方法，其中进一步选择所述LED装置的发光区域的形状和位置使得：
所述虚拟LED底侧端距与基准方向相反的公差带底侧端的轴向距离最多为0.0mm和-0.1mm之一，并且
所述LED顶侧端在基准方向上距该公差带顶侧端的轴向距离最多为0.3mm、0.1mm、0.0mm和-0.1mm之一。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述LED底侧端在所述基准方向上距所述公差带底侧端的轴向距离在0.8mm至1.0mm之间。
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