CN1314981A - 汽车前照灯和汽车 - Google Patents

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Abstract

汽车(1)的前照灯(2,3)有包含许多光电元件(11;12;13;14),最好是发光二极管(LED)的光源(4;5)。在工作时这些光电元件(11;12;13;14)中至少一个有5lm或更高的光通量。按照本发明由光源(4;5)产生的光束(6,6＇;7,7′)的光谱特性取决于在光束(6,6′;7,7′)中的位置。最好光源(4;5)只由光电元件(11;12;13;14)组成。光束包括至少两个有根本不同光谱特征的光束段(6,6′;7,7′)。最好光束段(6′;7′)中一个是调准在光谱中间位置的。特别是第一光束段(6;7)包含大量的白光或黄－橙光,而第二光束段(6′;7′)包含大量的蓝－绿光。

Description

汽车前照灯和汽车
本发明涉及包括光源的汽车前照灯。
本发明也涉及装设前照灯的汽车。
这样的前照灯应用于各种车辆，如汽车、货车、公共汽车、自行车和应用于船舶和飞机。
汽车前照灯本身是已知的。汽车前照灯一般包括，例如在含卤素的惰性气体中有白炽体的电灯(所谓的卤素灯)，或者在电离的气体中有一对电极的电灯(所谓的放电灯)。这样的前照灯通常要安装两个光源，在工作时光源产生或者称为通过光束或者称为主光束的光束。已知的汽车前照灯，其中通过光束的光源和主光束的光源安装在单个灯泡壳内(所谓的H4)。其他已知的汽车前照灯是那些，其中使用两种类型的光源，例如卤素灯与放电灯的组合或者与一圈发光二极管的组合。也有些前照灯在工作时产生色光，运通常是由装设在灯泡壳外表面上的合适涂层所产生。英国专利GB-A2200199公开了一种汽车前照灯，它是通过从第一光源(无色的白色)切换到有滤色镜的第二光源来改变它的光色。
已知的汽车前照灯的缺点是，由该光源照明的汽车周围部分的能见度是不够的。
本发明的一个目的是提供在开头一段中所描述的这类汽车前照灯，这种前照灯改善汽车周围的能见度。
为了达到这个目的，按照本发明的汽车前照灯的特征在于光电元件中至少一个的光通量在工作时至少为5lm(流明)，
和其特征在于由光源产生的光束的光谱特征取决于在光束中的位置。
光电元件也称为电子光学元件，例如电发光元件，象有5lm(流明)或更高光通量的发光二极管(LED)可以适合用作汽车前照灯的光源。为了保证还有周围光照条件下例如日光或者从其他车辆前照灯发出的光照下，产生足够的光，以便能从远距离足够清楚地观察到由光源产生的光束，需要相对较高的光通量。
为了产生所谓的通过光束和/或所谓的主光束，常规的汽车前照灯需要的光通量在600到1000lm的范围内以便满足国际标准化的和特定的光束亮度。光电元件当今的技术，特别是发光二极管，已经提供可以适用于可见光谱不同区域的两种不同的材料系统，即铝铟镓氮(Al In GaN)的蓝绿光和铝铟镓磷(Al In Ga P)的黄红光。结果，通过组合适当的发光二极管可以生产出任何所需的光谱特征。
使用有相对较高光通量的许多光电元件能使制造的汽车前照灯改善对汽车周围环境的观察。通过使光源产生的光束的光谱特征取决于光束中的位置，能更好地观察位于光束心之外的目标。这种光束中心之外目标的观察也称为轴外视界，它与所谓的轴上视界相反，轴上视界指的是位于或在光束轴线附近目标的能见度，换句话说，即位于光束中心或在光束中心附近目标(如对面来的车辆)的能见度。轴外视界的例子是对位于或接近车辆司机视觉场边缘处目标的观察，如路肩，(没有照明的)目标，例如在车辆行驶道路边上的行人或骑自行车者，和对装设按照本发明前照灯的车辆行驶的道路交叉的道路上车辆的观察。
已知的汽车前照灯有两种光束，即无色的白光或色光，但每一种光束都是通过从第一光源切换到装设滤色镜的第二光源产生的。已知的汽车前照灯的各个光束并没有在光谱特征作为在光束中位置的函数方面显示出很大差别。
按照本发明汽车前照灯的一个实施方案，其特征在于光源由许多光电元件组成。因此，汽车前照灯是由一种型式的光源组成。通过光通量在10-250lm范围内的LED或所谓的多芯片包的组合，如使25个这样元件适当组合的，或者少一些，最好为15个这样元件组合的，或者更少一些，4个这样元件组合的光通量满足范围在600到1000lm之间的国际标准。这样包含相对较少数量光电元件的汽车前照灯的尺寸可以与常规的汽车前照灯尺寸不相上下。使用LED的另一个优点是，与常规的汽车前照灯比较起来这些光电元件的工作寿命非常长。
在按照本发明汽车前照灯的优选实施方案中，光束包括至少两个有根本不同光谱特征的光束段。一般来说，由汽车前照灯发出光束的亮度作为在光束中位置的函数而减小，即在光束的中心亮度最大，位置在离光束中心的距离变大的方向上亮度逐渐降低。结果，在所谓轴上视界的光的亮度要相对大大高于在所谓轴外视界上的亮度。
众所周知人眼的灵敏度随着光的波长变化，不同波长的相同能量通常引起不同的照度感觉。换句话说，如果我们考虑光谱和对所有波长接受的能量(单位时间)都是相等的，那末可见光部分中间段将显著地比红端和蓝端更加明亮。如果光的亮度相对较高(发光效率≥35Cd/m2)，照度的最大值在555nm(纳米)的波长(绿/黄)，所谓适光的人眼灵敏度曲线。在这个波长，锥形在人眼中特别灵敏。如果光的亮度相对较低(发光效率≤0.035Cd/m2)，照度的最大值在507nm(纳米)的波长(蓝/或或青蓝色)，所谓的微光人眼灵敏度曲线。在这个波长，杆形在人眼中特别灵敏。
发明者已经认识到在光束的轴上部分和轴外部分形成根本不同的光谱特征是有利的。特别是，在光束的轴外部分中光的光谱特征适应于相对较低的光亮度。通过这样使光源产生的光束的光谱特性依赖于光束中的位置，改善了位于光束中心外的目标的能见度。
实践中应注意，适光和微光光束最好都有宽广的光谱，使它们两种光束都有或多或少“白”的现象。适光和微光光束之间的差别好象对应于有高和低色温光束之间的差别。
上述的光束段可以包括显示部分重叠的光束段，这是可能的。光束段之间可能不连续的过渡会使汽车司机感到不舒服。
按照本发明的汽车前照灯的一个实施方案，其特征在于光束段其中一个的光谱特征是调准在中间(mesotopically tuned)。在适光和微光人眼灵敏度曲线之间的范围称为中光人眼灵敏度曲线(0.035≤发光效率≤3.5Cd/m2)。通过将按照本发明汽车前照灯光束发出的光的光谱特征，特别是在光束的轴外部分，修改成适合光亮度相对较低的光谱特征，能够更好地观察位于光束中心之外的目标。其结果是，汽车司机对汽车周围的环境有更好的观察。
在按照本发明汽车前照灯的优选实施方案中，第一光束段有绿-黄光丰富的光谱特征，和第二光束段有蓝-绿光丰富的光谱特征。一方面，在光束的轴上部分(第一光束段)存在的光谱特征适合适光人眼灵敏度曲线，即绿-黄光丰富。另一方面在光束的轴外部分(第二光束段)存在的光谱特征适合微光人眼灵敏度曲线，即蓝-绿光丰富。
参考下面描述的各实施方案本发明的这些和其他方面将会很清楚。
附图有：
图1A是装设按照本发明前照灯的汽车的透视图；
图1B是表示图1A所示汽车一部分的平面图；和
图2是包括按照规则图案排列的许多光电元件的光源的剖面图；
图3A表示由第一光束段产生的所谓通过光束和由第二光束段产生的所谓轴外光束的组合；
图3B表示图3A的通过光束和轴外光束与所谓主光束的组合；
图4A表示主要由黄光组成的相对宽广的光束；
图4B表示图4A的相对宽广的光束和取决于汽车方向盘位置的侧光束的组合。
这些图完全是示意性的并不是按比例画的。特别为了清楚起见，某些尺寸是过度夸大的。在图中相同的参考数字尽可能表示相同的部分。
图1A是汽车1非常示意性的透视图，汽车位于路10上并装设按照本发明的前照灯2；3。图1B是示意的表示在图1A中汽车1部分的平面图。每个汽车前照灯2；3装设光源4；5，光源沿长度方向9发出(散射出)光束6,6＇；7,7＇。图1B还表示虚构的屏幕15，它用于拦住光束6，6＇发出的光。按照本发明，由光源4；5产生的光束6,6＇；7,7＇的光谱特征取决于在光束6,6＇；7,7＇中的位置。
在图1B所示的例子中，由汽车前照灯2；3的光源4；5所发出的每个光束被细分成两个光束段6,6＇；7,7＇，第一光束段6；7的光谱特征基本不同于第二光束段6＇；7＇的光谱特征。另一种是，光束可以由许多光束段组成，例如由有不同光谱特征的3或4个光束段组成。另外，由两个或多个光束段产生的光可能显示出某种重叠。由于光束大致发散特性的结果，在各光束段6,6＇；7,7＇之间有重叠的区域一般是不可避免的。
图2是含有许多光电元件11；12；13；14的光源4的剖面图，光电元件按照规则的图案排列。许多光电元件也可以类似地装设在光源5中(没有表示)。在光源4中光电元件排列的图案可以与光源5中的图案不同。例如，由于对称的原因在光源5中光电元件排列的图案可以相对光源4中的图案镜象例转。在光源4中光电元件11；12；13；14的数目不一定必须要等于光源5中的数目；光电元件11；12；13；14的排列不一定必须装设在平的底板上，它也可以装设在曲面的底板上。装设光电元件11；12；13；14排列的底板形状，在很大程度上由各种光电元件11；12；13；14发射的光束所需的方向来确定。
按照本发明，光电元件11；12；13；14中至少一个在工作时的光通量至少为5lm(流明)。最好工作时所有光电元件11；12；13；14都有大于5lm的光通量。最好汽车前照灯2；3是由单一类型的光源4；5组成。换句话说，光源4；5最好是完全由许多光电元件11；12；13；14组成。
如果要有效地应用有5lm或更大光通量的光电元件，那么要求在汽车前照灯中装设散热装置。例如，装设光电元件11；12；13；14的底板可以是金属或金属合金制成。结果，获得从光电元件11；12；13；14到底板的良好导热性。
在图2表示的例子中，光源4；5完全由许多发光二极管(LED)组成。在这个例子中LED的排列是3×8。为了识别的目的在图2中行用字母A,B,C表示，列用1-8数字表示。通过使用光通量在10-250lm范围的蓝、黄/橙，红和绿光的LED或所谓的多芯片包，使25个这样元件合适组合的光通量，或者少一些最好是15个这样元件组合的光通量，或者更少一些例如4个这样元件组合的光通量满足用于产生通过光束和/或主光束的国际标准化的和特定的亮度，这些光束的亮度范围在600-1000lm之间。有相对较少数目光电元件11；12；13；14的汽车前照灯的尺寸与常规汽车前照灯的尺寸不相上下，甚至更小。
通过使用许多光电元件11；12；13；14，和有选择地开关一定数目的光电元件11；12；13；14，可以相当容易地将光源4；5产生的光束细分成一个或几个有基本不同的光谱特征的光束段6,6＇；7,7＇。汽车1或前照灯2；3最好装设用于改变光电元件11；12；13；14彼此之间相对光通量的装置(未表示)。
在图2表示的例子中，用参考数字11表示红的LED，用参考数字12表示绿的LED，用参考数字13表示蓝的LED，用参考数字14表示黄或白的LED。通过按图2中指定的方式排放LED，大大减少了观察者观看汽车前照灯发出的光时可能的色效应(例如对面开来的汽车)。另外，现在有能够有效地混合LED发出的颜色的光学系统。这是很重要的，特别是为了确保红色的LED不会错误地看作是刹车信号光。
图2表示的LED排列的例子代表发出至少4种光束的整体组件，即通过光束，主光束，对坏的天气条件的光束和特别适合用于光的亮度相对较低区域的光束。
排序、装设和有选择地开和关呈排列形式的光电元件11；12；13；14也被认为是本发明的一部分。
图3A表示由第一光束段6产生的所谓通过光束和由第二光束段6＇产生的所谓轴外光束的组合。从光束段6,6＇产生的光被虚似的屏幕15挡住(见图1B)，在这种情况下观察者是从长度方向9看的。参考图2，从LED A1-A8,B3,B6和B7来的光束产生第一，所谓的轴上光束段6，同时从LED B1,B2,C1和C2来的光束产生第二，所谓的轴外光束6＇。图2中表示的其他LED，在这种发光条件下都关闭。
图3B除了表示图3A的通过光束和轴外光束之外，还表示主要用于改善轴上观察条件的所谓的主光束。通过另外打开黄色或白色的LEDB4和B5，得到第三光束段6″。第一光束段6和第三光束段6″的光谱特征可以是不同的。例如可以要求增加在主光束(光束段6″)中黄光的数量，以便改善长距离的能见度。也可以要求在打开主光束(光束段6″)时，关闭部分的通过光束(光束段6)和/或轴外光束段6＇。
为了改善对汽车1周围环境的观察，在光束的轴上部分和轴外部分之间引入基本不同的光束的光谱特征。特别是在光束的轴外光束段6＇,7＇中，光束的光谱特征适合相对较低的光亮度。为了在相对低的光亮度下得到良好的观察现场，光束6＇,7＇其中一个的光谱特征最好是调准在中间段的(mesotopically tuned)。使第一光束段6；7和第三光束段6″；7″有白光或黄-橙光丰富的光谱特性，并使第二光束段6＇；7＇有蓝-绿光丰富的光谱特性，就可以做到运一点。通过这样建立的光源发出的光束的光谱特征取决于光束中的位置，能更好地观察位于光束中心之外的目标。
在不利的天气条件下特别是下雾和雪，由于雾或雪的颗粒造成的反向散射使能见度降低时，通过触发不同的LED组合和改变各个LED输出的水平可以修改由光源4；5产生的光束的构形和光谱成份两者。由于这些修改的结果，改变了光的整个光谱分布。这样修改的一个例子表示在图4A中，其中得到的基本由黄光组成的相对宽的光束16。在可见光中缺乏蓝光组份使反向散射的效果显著减少。
图4B表示图4A的相对宽的光束16与侧光束16＇的组合，侧光束的形状，亮度和位置取决于汽车1的方向盘的位置。这样的侧光束16＇最好不开，只有当拐弯或转向时汽车的方向盘超过预先确定的限定角时才开。因此，可以尽早地动态照明汽车所处的空间和地表区域，以及汽车前进的地方。
总的来说，LED组件工作在低电压直流电，因此它们可以有利地应用在汽车上。
对熟悉该技术的人们来说，很明显在本发明的范畴内可以进行各种修改。例如汽车前照灯可以有许多不同的形状，如有角度(直角)的，圆形、椭圆等等。一个或几个光电元件也可适合用作指示器。大体上，光束的尺寸是按照要求可调的，例如在汽车低速行驶时产生较宽的光束(照明路肩)，或者在高速时使光束变窄。此外，由于(完全)使用光电元件，从而有很大选择的自由度的结果，汽车前照灯的位置不再限制在常规的位置(在汽车前面，刚好在道路表面之上)。可以要求在汽车1的挡风玻璃附近装设至少部分的光电元件。也可以在汽车的侧面装设另一部分光电元件。将来LED效率的提高和光输出的增加将能进一步减少LED的数目。
本发明保护的范围并不局限于上述的例子。本发明包括在每个新颖的特征和每个特征的组合中。在权利要求书中参考数字并不限制它保护的范围，使用术语“包括”并不排除除了权利要求中阐述的那些以外的元件。在元件之前使用冠词一个并不排除存在许多这样元件。

Claims (8)

1．包含光源(4；5)的一种汽车前照灯(2；3)，其特征在于：
该光源(4；5)包括许多光电元件(11；12；13；14)，光电元件(11；12；13；14)中至少一个光通量在工作时至少为5lm(流明)；
和由光源(4；5)产生的光束(6,6＇；7,7＇)的光谱特征取决于在光束(6,6＇；7,7＇)中的位置。
2．如权利要求1所述的汽车前照灯，其特征在于：光源(4；5)包含许多光电元件(11；12；13；14)。
3．如权利要求1或2所述的汽车前照灯，其特征在于：光束包括至少两个有基本不同光谱特征的光束段(6,6＇；7,7＇)。
4．如权利要求3所述的汽车前照灯，其特征在于：光束段(6＇；7＇)中一个的光谱特征是调准在中光段的。
5．如权利要求3所述的汽车前照灯，其特征在于：第一光束段(6,7)有绿-黄光丰富的光谱特征，和第二光束段(6＇,7＇)有蓝-绿光丰富的光谱特征。
6．如权利要求1或2所述的汽车前照灯，其特征在于：光电元件(11；12；13；14)包括发光二极管。
7．一种装设如权利要求1或2所述前照灯的汽车(1)。
8．如权利要求7所述的汽车(1)，其特征在于：汽车(1)或汽车的前照灯(2,3)装设用于改变光电元件(11；12；13；14)彼此之间光通量的装置。
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