CN1590835A - 照明设备、透镜及透镜的制造 - Google Patents
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Abstract
严格的测试标准适用于汽车前灯。譬如一方面定义，前灯光尤其是在明暗边界上可有哪些颜色，而另一方面，有多少散射光可位于暗区域中。为了正确处理两个请求，本发明建议一种透镜(5)，该透镜在其至少一面上具有一个衍射结构(8)，其中在一个前灯中所装配的状态中，所述衍射结构主要地被布置在透镜(5)未被遮住的区域内。
Description
技术领域
本发明涉及一种照明设备，特别是用于汽车领域。具有一个光源、一个在其至少一面上具有一个衍射结构的透镜、和一个布置在光源与透镜之间的光圈。此外本发明涉及一种用于刚刚所述的照明设备的透镜以及一种用于制造所述透镜的方法。
背景技术
由DE4215485A1已知一种照明设备，该照明设备具有一个光源、一个反射镜和一个透光板。在光源与透光板之间的光路中布置一个衍射光栅，通过该衍射光栅影响由光源发射的和由反射镜反射的光。所述衍射光栅具有利用微棱镜作为衍射元件的区域，通过该微棱镜光有目的的沿某一方向被折射。在该衍射光栅的其他区域中衍射光的元件构造为散射元件，通过该散射元件光均匀地在某一角度区域内被散射。一种这样的照明设备可譬如用作汽车前灯。
具有抛物面反射镜的前灯基于在DE4215584A1中说明的原理。该前灯由一个灯、一个抛物面反射镜、一个光圈和一个安装在挡风窗玻璃中的散射透光板组成。
一种可比较的汽车信号灯也在FR2785364A1中被说明。该灯主要由一个光源和一个至少在部分区域中具有衍射元件的屏组成，以产生加宽的光束，该光束的角度分布是连续的。屏蔽区域被划分为块，每块具有一个衍射结构。通过划分为各个产生所有相同的光分布的块能产生非常均匀的光束。
由DE3507013A1已知一种用于汽车近距灯或汽车雾光灯的前灯，该前灯具有一个不修改颜色的对象，该对象将光圈边缘作为光柱的明暗边界映射在公路上，以及该前灯具有一个透射元件，该透射元件将在明暗边界上构造一个颜色边框的光柱的射线引向其明区域中。再次混合不同颜色的光柱，这样产生没有干扰颜色边框的由立法者规定的白光柱。如果应用校正元件，该校正元件将射出镜头的光柱划分为差分光柱、这就是说划分为非常多的小光柱，那么获得一个白色的具有轻的着色的明暗边界。一个相应的校正元件具有圆柱透镜或环透镜，该透镜作为具有不同折光力和/或宽度的聚光透镜或色散透镜被执行。所述透镜只要部分覆盖校正元件的有用平面。镜头和校正元件可用一块制造，其中特别是具有校正元件的镜头的边通过挤压来制造。
自从八十年代中期针对高级汽车和高等中级汽车提供所谓的多椭圆前灯(PES)，所述多椭圆前灯取代散射透光板拥有一个作为透镜的方案A球体(Plan-Asphaere)，该方案A球体在三倍椭圆反射镜上或在更新的时间中也在任意形状平面反射镜上被调准。
一种这样的PES譬如在WO99/00623A1中被说明。在那所说明的汽车前灯主要由一个光源和一个透镜组成。该透镜具有一个非全息摄影的表面结构，该结构作为衍射微结构起作用。优选地折射元件，这就是说，透镜，装设有一个衍射微结构。所述这样形成的折射-衍射元件可这样铺设，该元件通过衍射微结构被满足一定的光学功能，该功能导致，该折射元件可被一起薄地和没有厚度变化地制造。最重要的光学功能基于合法的预先规定，该预先规定规定，光束应被引向哪个方向而且该光束在平面上必须具有哪些强度分布。通过衍射微结构的设计可被控制的其他参数是统一性、颜色和散射光。针对颜色修改充分利用，在折射蓝光时被折射地最厉害并在衍射红光时被衍射地最厉害。相互调准透镜和衍射微结构的设计，这样可补偿两个元件的色差。以这种类型和方式根据WO99/00623A1也补偿散射光。此外建议，对此使用衍射微结构，信号灯的光装设图案，譬如在汽车处可能出现刹前灯或尾灯中制造商的市场。通过衍射微结构也能有目的地调节光束的颜色。这样可以设想，通过不同的衍射微结构针对相应的应用将不同颜色集成在一个灯中。
近距灯的前前灯通常产生一种光分布，该光分布必须比更高的要宽。在PES处这主要通过一个具有不同半角的三倍椭圆反射镜来产生。光束的上半部通过一个光圈渐隐并通过透镜透射到街道上。因此在约10米的距离中产生光圈的清楚投影。在所照亮的区域与由光圈截断的区域之间的过渡在此称为明暗边界。所述明暗边界在PES处比在具有抛物面反射镜的前灯处明显是更清楚可调节的。在测试标准中前灯的光分布在距离25米的测量墙上被分成不同的区并定义了大量的测试点。一个有意义的参数是所谓的HV点中的照明强度，该HV点位于光束中间的明暗边界以上的25cm处。在那照明强度不可超过所定义的值。HV点位于光分布的暗区域。在非常不清楚的成像处明暗边界扩展并且HV点中的照明强度超过容许的边界值。HV点中的照明强度因此对于散射光也是一个标准。迄今非常困难的是，在遵守所有剩下的测试标准时在HV点处保持在容许的边界值之下。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种照明设备或一个适合于此的透镜，该设备和透镜保证，HV点中的照明强度尽可能的低。。
所述任务通过一种根据权利要求1的照明设备以及通过一种根据权利要求9和10的透镜和一种根据权利要求14的方法来解决。
令人惊讶地强调，HV点中的散射光部分由此可减少，在透镜的区域内，该区域主要不是由光源照亮的，因为该区域通过光圈来照亮，简单去掉衍射结构。在通过其整个表面具有衍射微结构的透镜与基本上只在所照亮的区域中具有所述衍射微结构的透镜之间勒克斯(Lux)为单位的比较测量示出，由此HV点中的改善可到达的一个系数10，这就是说，以照明强度下降了一个系数10。特别惊讶的是在本发明处，通过一个(回顾考虑地)非常简单的措施能到达一个这样强的效果。
有利地是衍射结构布置在内侧上，那就是说透镜的面向光源的侧。由此保护衍射结构不受机械影响和污染。
这尤其提供，当在透镜处涉及一个透镜，该透镜在面向光源的一侧是平的而在避开光源的一侧是凸的。因为在一个平的面上容易具有一个衍射结构。如果所述衍射结构位于一个平的面上，那么衍射结构也被分离地在薄膜上制造，该薄膜可譬如通过粘贴固定在透镜的平的侧上。
但是将衍射结构装设在凸的那一侧上也有优点。虽然相应的工具更复杂，但是通常保证更好的温度控制。这尤其在大批量生产时起正面作用。
当衍射结构的面对应于半圆的面时，在通常的PES处已证实是特别有利的，该PES在横截面中具有圆形的透镜并在该PES处不照射下半部。
完全特别优选的是，具有衍射结构的面与没有衍射结构的面之间的边界的形状对应于光圈的几何形状被经历。以这种方式散射光部分在前灯光的暗区域中被最优减少。
当衍射结构的面对应于一个半圆环的面时，从固定技术的角度是有优点的。当具有衍射结构的透镜同样通过挤压被产生时，在平的那一侧中间形成一个开始。在那完全没有先预定衍射结构，这样使得在压制步骤中没有其他花费制造具有衍射结构的透镜成为可能。然后必须在透镜和衍射结构的设计处如下优化该设计，但是暗区域中的散射光部分没有这么高。
透镜可由玻璃、优选地由氧化的或硅酸多成分玻璃组成并通过玻璃岗位的挤压来制造。但是本发明的透镜也由朔料譬如通过喷射模塑法或UV-和热铸方法来制造。后者的方法保证高的轮廓正确性。关于朔料优选透明的和长时稳定的朔料。特别优选的是譬如具有高耐温性的聚甲基异丁烯酸酰亚胺(PMMI)或不吸水的环烯共聚物(COC)或环烯聚合体(COP)。
在一个特别优选的实施方案中透镜在被遮光的区域内具有一个计算机生成的全息图(CGH)。借助该全息图本发明的照明设备接受附加功能。这样可譬如借助CGH将一个标识投影到遮光盘或街道上。照明设备、透镜、光源的功能性可被控制。可改善夜视，测量距离或也使得雨或雪的探测成为可能。针对所有应用光源是必需的。在此譬如涉及一个必需的波长区域内的激光。但是也可应用照明设备光源的光，该光如果有这样的条件通过光纤导向CGH。通过附加装设收发器也使得与其他汽车的光学数据通信成为可能。
在另一个优选的实施例中通过改变相位函数和/或衍射结构的结构深度将明暗边界上的颜色方框调节到一特定颜色，该颜色不是白色。这能用于，从其他已经识别对向交通，在迎面来的汽车处涉及哪种汽车类型或迎面来的或在后行驶的汽车以什么速度运动。这尤其是在晚上超车时提高安全性。汽车制造商也能应用不同颜色作为其产品的识别特征。
本发明的照明设备利用任意光源来驱动，诸如发光二极管或通过玻璃纤维带来的光，那就是说该光已经好地部分捆绑。当光源被布置在一个反射镜中时，在汽车领域优选地始终采用传统的照明，该照明的照明力最好充分利用。在此特别优选地是已经已知的三倍椭圆反射镜。
附图说明
本发明应借助附图来进一步解释。
图1透视法地示出了传统DE前灯的结构；
图2示出了DE前灯中的光路；
图3示出了，在哪些位置测量HV点；
图4a示出第一本发明透镜的几何设计；
图4b示出在一个照明设备中的所述第一本发明的透镜的布置；
图5示出第二本发明透镜的几何设计；
图6示出第三本发明透镜的几何设计；
图7示出第四本发明透镜的几何设计和
图8至12、13a、b示出具有CGH的一个透镜的应用。
具体实施方式
图1示出一个DE前灯的原理结构。DE前灯1由一个多椭圆反射镜2、一个卤素灯3、一个光圈4和一个透镜5。光圈4布置在卤素灯3与透镜5之间的光路中。通常所使用的光圈4遮住光束的下半部，以致前灯光在射出透镜5之后更容易照亮地板。通过光圈4的上边缘的分层达到，光束尤其向右下照射，以尽可能少地照射对向交通。
一个DE前灯的光路在图2中示出。在第一焦点6中布置一个反射镜2中的灯2。通过反射镜的椭圆形光聚焦在第二焦点中，该第二焦点位于光圈4的稍后处。此后各个光束通过透镜5并产生光圈4×的成像。
决定性的参数是HV点中的照明强度。如从图3HV看出点位于透镜后25米中的所照亮的区域之上的25cm处。在水平方向HV点准确位于明暗边界的级别上，该明暗边界通过光圈4的边缘的分层来产生。
图4a示出本发明的透镜5，该透镜具有一个带有衍射结构的区域8和没有衍射结构的区域9。所述透镜5这样安装在光路中，带有衍射结构的区域8位于光学角O上而没有衍射结构的区域9位于光学角O以下(参见图4b)。
在刚刚说明的本发明的透镜5上和在传统的透镜上执行测量，该传统透镜在其整个平面上具有一个对应于本发明透镜5的区域8中的衍射结构的衍射结构。所述测量在同样的结构处和相同的边界条件时被执行。在已知的在整个面上具有一个衍射结构的透镜处通过HV点中的10勒克斯来测量。在图4a中所描述的透镜5处只测量HV点中的1.4勒克斯。此外确定，模拟的HV点中的照明强度与所测量的HV点中的照明强度之间的偏差位于40％以下。这在这样小的照明强度处是一个非常好的值。
图5中示出的透镜5′具有一个衍射区域8′，该衍射区域的面对应于一个半圆环的面。为此没有衍射结构的面9′是互补的。所述透镜5通过压制一个熔液状的玻璃小弹丸在一步中制造。在此既形成透镜又获得衍射结构。由于因为嵌入中间在压制处不能获得在毫米范围中运动的衍射结构，所以在那放弃衍射结构。HV点中的散射光部分的减少仍然是有意义的。
在图6和7中描绘了具有修改的衍射结构8″、8的透镜5″和5。所述透镜5″、5与已经在图4a和5中描绘的透镜5、5′如下区分，所述具有衍射结构8″、8的透镜5″、5匹配光圈的边缘形状。由此达到一个HV点中附加的可测量的亮度减小。在图6和7中所描绘的几何图形是用于右向交通的，在左向交通处必须镜射。
在那布置一个计算机生成的金息图，这样利用透镜5、5′、5″、5的没有装设衍射结构的面9、9′、9″、9。
在图8中借助计算机生成的全息图17a使得以下成为可能，借助布置在光圈4之后的激光10和微光学装置11将标识12投影在前灯的覆盖层13上。所述投影在覆盖层13上的真正的光束14之下完成。尤其是在所停放的车厢处所述投影在街道上也是可见的。所述计算机生成的全息图17a是与此相应构成的。
在图9中示出的实施方案处计算机生成的全息图17b与探测器15结合用于控制灯的老化。视探测器15和计算机生成的全息图17b相互如何布置而定，首先确定光源的发光强度和因此其年龄或监控透镜5的在光功率上作用的老化。CGH17b在此这样布置，相应的光被聚焦在探测器15上。
在与CGH17c结合应用一个红外激光10′时，如图10示出，可改善夜视。对此街道利用红外光16来照明。借助一个未示出的照相机拍摄街道的相应的红外图并要么通过一个监视器要么通过投影在防风层上显示给驾驶员。
同样借助一个红外激光10′能借助CGH17d也测量(图11)到一个位于前灯前的对象18的距离。当借助一个未示出的探测器解除时间地测量所反射的信号时，也就是说，激光10′被用作雷达时，能确定到譬如一个在前行驶的汽车的距离。所述信息能通过一个车载计算机被使用，以在行驶时保持最小距离。
同样利用与一个CGH17e结合的一个红外激光10′和一个探测器15也能探测雨或雪。在此光照射在覆盖层上(图12)。既是雨的水滴又是雪晶体改变覆盖层13上的反射。所述信号能被一个车载计算机使用，以譬如自动操作层刮水器。
最后根据图13a、b也描绘一个复杂的应用例：既在后面的汽车A的前灯中又在前面的汽车B的尾灯中安装接收器19，该接收器在两个两个不同的波长λ1、λ2处发送和接收，以减少光线干扰。为此再次应用红外激光10′，该红外激光的光借助一个微光学装置11以一个透镜的形式被进行预加工并通过CGH17f射出或通过一个相应的CGH17f再次射入一个照明设备并在那通过一个相应的微光学装置11聚焦在一个探测器上。关于光学数据通信的可能性能在不同汽车之间传输遥测数据或也传输速度、加速度和各自汽车的制动力。所述信息被再次譬如通过一个车载计算机来分析并用于提高行驶安全性。
出于成本原因大多数此处描述的透镜由聚甲基异丁烯酸酯(有机玻璃)(PMMA)或聚碳酸酯纤维(PC)组成。最贵的是应用聚甲基异丁烯酸酰亚胺(PMMI)。但是这具有最好的耐温性。个别的是透镜液由树脂(PS)、聚(苯乙烯-丙烯腈)(SAN)、环烯共聚物(COC)或环烯聚合体(COP)或也由甲基戊烯共聚物(PMP)或也由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)组成。通过挤压制造的透镜，如图5和7中所描绘的透镜，由一个氧化的或一个硅酸多成分玻璃组成。
Claims (14)
1.照明设备(1)，尤其是用于汽车领域，具有一个光源(3)、一个在其至少一面上具有一个衍射结构的透镜(5)，和一个布置在光源(3)与透镜(5)之间的一个光圈(4)，其特征在于，所述衍射结构主要被布置在所述透镜(5)的未被遮住的区域内。
2.如权利要求1所述的照明设备，其特征在于，所述衍射结构布置在所述透镜(5)的面向所述光源(3)的面上。
3.如权利要求1或2所述的照明设备，其特征在于，所述透镜(5)在面向所述光源(3)的一侧是平的而在背对所述光源(3)的一侧是凸的。
4.如权利要求1至3之一所述的照明设备，其特征在于，所述衍射结构的面(8)基本上对应于一个半圆的面。
5.如权利要求1至3之一所述的照明设备，其特征在于，所述衍射结构的面(8)对应于一个半圆环的面。
6.如权利要求1至5之一所述的照明设备，其特征在于，所述衍射结构的面轮廓匹配所述光圈(4)的边缘形状。
7.如权利要求1至6之一所述的照明设备，其特征在于，所述透镜(5)在所遮住的区域内具有一个计算机生成的全息图(17a-f)。
8.如权利要求1至7之一所述的照明设备，其特征在于，所述光源(3)被布置在一个反射镜(2)中。
9.用于根据权利要求1至8的一个照明设备的透镜，该透镜在其表面上具有一个衍射结构，其特征在于，所述衍射结构的面(8)对应于一个半圆的面。
10.用于根据权利要求1至8的一个照明设备的透镜，该透镜在其表面上具有一个衍射结构，其特征在于，所述衍射结构的面(8′)对应于一个半圆环的面。
11.如权利要求7或8所述的透镜，其特征在于，该透镜在一侧被构造为平的而在另一侧被构造为凸的。
12.如权利要求7至9之一所述的透镜，其特征在于，所述衍射结构被布置在该透镜的平的一侧上。
13.如权利要求9至12之一所述的透镜，其特征在于，所述透镜在没有衍射结构的区域(9)内具有一个计算机生成的全息图(17a-f)。
14.用于通过一次挤压一个玻璃小弹丸制造一个如权利要求9至13之一所述的透镜的方法。
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