CN1788328A - 用于机动车前照灯的灯 - Google Patents

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Abstract

一种用于机动车前照灯的灯(10，11)被描述。灯(10，11)包括正好包围光源(1，2)的石英泡(3，12，17)和可能的外泡(4)，所述外泡包围所述石英泡(3)。沿着灯(10，11)的纵向轴线(L)延伸的负透镜(7，8，14，15，16)出现在石英泡(12，17)和/或外泡(4)的两个侧向表面(6，13)中或所述侧向表面处。这些透镜(7，8，14，15，16)被设计以致光源(1，2)在至少一个方向上尺寸被光学缩小。

Description

用于机动车前照灯的灯
本发明涉及一种用于机动车前照灯的灯以及具有这种灯的机动车前照灯。
在实践中所有机动车前照灯的基本要求是一方面前照灯应该尽可能好地实现交通空间的照明以便为车辆的驾驶员提供良好的视野，同时另一方面对向交通的眩目作用应被避免以便不会使对向交通进入危险状态。为了确定地排除对向交通的眩目作用，所谓的明/暗分界线，也表示为截止线，在有关标准中被规定用于近光功能。在灯和前照灯的结构中以及车辆的前照灯的安装和调整中注意到只有低于该截止线的交通空间被照明。明/暗分界线在许多情况下可观察到，通过灯自身或者前照灯中适当定位并成形的屏蔽帽或者挡板形成的暗区域的适当阴影。在两种系统中，从灯侧面辐射的光，也就是通过在灯的装配状态中水平地彼此相对布置的侧向表面发射，通常投影在紧邻明/暗截止线下侧的区域。
为了实现交通空间尽可能最好的照明，尤其是车辆前方尽可能长的距离，灯或者前照灯应被构造以致尽可能多的光投影在非常接近明/暗截止线下侧的允许区域。前照灯的特殊结构，例如通过较大前照灯直径，使重新分布光成为可能，以致紧邻明/暗截止线下侧的区域被更加强烈地照明。但是不幸的是，用于最优化前照灯的辐射行为的额外措施也导致在某个机动车前部的设计中前照灯整体和前照灯设计的额外边界条件，这通常非常昂贵。
本发明的目的是提供一种用于机动车前照灯的灯，通过该灯实现在紧邻明/暗截止线下侧的允许区域内的交通空间的更强照明，大致与其中已结合该灯的前照灯的设计无关。
该目的通过用于机动车前照灯的灯实现，其包括直接包围光源的石英泡，可能的外泡，以及两个负透镜，所述外泡包围所述石英泡，所述负透镜沿着灯的纵向轴线的方向延伸，出现在石英泡和/或外泡的侧向表面中或所述侧向表面处，所述表面被布置以便在灯的结合状态水平地彼此相对，所述透镜被构造以致光源在至少一个方向上尺寸被光学缩小。
如上所述，因为从灯的侧向表面发射的光，以及因而从侧面看到的光源的图像，被朝着明/暗截止线的区域辐射，所以侧向表面中的负透镜缩小明/暗截止线处光源的图像，例如沿着纵向方向缩短它们和/或在垂直于纵向方向上使它们变窄，因而正好在这些区域实现较高的亮度。光源的光学缩小因而实现在给定同样的光总量情况下具有常规前照灯的交通空间的更好照明，此处光源尺寸的真实缩小不是必须的，因为物理或结构的原因其的确不可能作为准则。相反，在灯的侧向表面处的透镜确保前照灯“看见”更小的光源并在交通空间中成像该缩小的虚拟光源。
这些透镜优选地通过泡壁的适当成形集成在相关的泡中。但是，可作为选择地，也可使用单独制造的透镜设置在壁中。
本发明可在各种各样的灯类型中实现。在特别优选的实施例中，这是气体放电灯。典型的气体放电灯，例如，所谓的HID(HighIntensity Discharge高密度放电)比如高压钠灯，或者所谓的MPXL(Micro Power Xenon Light微功率氙光)灯。这种灯通常具有由石英泡组成的放电容器，其充满惰性气体。沿着灯的纵向方向延伸的电极从其彼此相对的端部伸入石英泡，所述电极在彼此相距一定距离处停止。在通过给电极施加高压实现点亮之后，发光的放电弧建立在电极之间，其被用作光源。气体放电灯的石英泡通常被外泡包围，所述外泡尤其用于屏蔽UV辐射。在这种气体放电灯中建议其在外泡的侧向表面中集成负透镜，其在大多数情况下也由石英玻璃制成，或者将它们固定在这些表面上。
可作为选择的，内泡可设置适当的透镜。这具有以下优势：透镜更接近光源，因而能更有效地工作。但是，劣势在于在内泡中或在内泡处设置这种透镜一方面在技术上比较复杂并且比较昂贵，另一方面内泡几何形状的每个变化同时改变灯的其它参数，例如，内泡中的温度分布。这接着影响放电弧的形成，因而也影响光的分布。与此相反，将透镜引入到外泡的侧向表面相当简单和低廉，对光源本身的辐射和发光效率没有影响。
在另一个优选实施例中，灯具有作为其光源的灯丝，例如白炽线圈。这种灯的典型示例是卤素灯，例如熟悉的H4灯。这种灯通常只有一个石英泡，其紧密包围灯丝，与灯丝相距一定距离。这种灯通常没有另外的外泡，以致直接包围光源的石英泡的侧向表面自身设置有负透镜。但是，这不是说灯丝灯不能同样有另外的外泡，以及侧向透镜不能布置在该外泡处或者该外泡中，或者可作为选择地，各自的一对互相合作的透镜，每次一个布置在内石英泡处，一个布置在外泡处。
剩余的从属权利要求涉及另外特别有利的实施例和本发明的进一步发展。
在特别优选的实施例中，负透镜被构造以致每个负透镜的弯曲垂直于灯的纵向轴线延伸。这很容易作为准则实现，通过使石英泡或者外泡的侧向表面变平。作为准则，内石英泡和外泡(如果存在)都具有因其制造产生的圆形内截面表面，也就是，泡在灯的纵向方向被构造为圆柱形管。当各个泡的外侧变平时，负透镜，也就是平凹透镜以简单的方式自动形成，通过其当从侧面观察时光源似乎在光学上变得狭窄。但是，为了制造这种负作用灯，也可能在各个泡的外侧设置弯曲。注意到具有某个弯曲或者弯曲方向的透镜也应该理解为在本公开文本的上下文中被构造的透镜，除非规定为相反的，以致它具有相应于这种弯曲的作用，例如，因为它被构造为菲涅耳(Fresnel)透镜，以实现该目的。
在具有白炽线圈的灯的情况下，例如常规的卤素灯，这种负透镜确保白炽线圈看起来更狭窄。但是这种具有垂直于灯的纵向轴线的弯曲的负透镜的特殊优势在气体放电灯中也被发现。气体放电灯内部的物理条件总是导致放电弧的形成，其以某个半径向上弯曲。该真实的放电弧弯曲不能通过结构措施减小，因为这会要求减小放电容器直径。这导致石英泡因放电弧的高温而结晶，这会相当缩短灯的寿命。但是，侧向负透镜减小投影到交通空间的虚拟发光弧的弯曲，这最后与真实减小放电弧的弯曲具有同样的效果。
优选地，负透镜可作为选择的，或者另外的，每一个具有平行于灯的纵向轴线延伸的弯曲。这种结构的负透镜确保与没有该透镜相比，光源也就是线圈或者放电弧当从侧向表面观察时看起来被缩短。如果直接包围光源的石英泡或者外泡(如果存在)已经被成形以致它在内部具有平行于灯的纵向轴线的相应弯曲，则这种负透镜可再次通过在水平侧向表面处泡壁的简单变平实现。但是，另外或者可作为选择的，弯曲可设置在外侧，以实现该目的。
在另一个优选实施例中，(内)石英泡和/或外泡(如果存在)包括另外的透镜，其斜向上和/或斜向下延伸，直接邻接水平地彼此相对的侧向透镜，以致当从各个侧向观察方向观察时，光源看起来尺寸被缩小，所述方向相对于水平稍微倾斜。
这在泡中可相当简单地实现，所述泡的壁无论如何具有内部弯曲，也就是例如椭圆形的、球形的、或者圆柱形的弯曲，因为泡设置有侧向表面区域中的外表面，所述表面的截面为多边形，也就是其不仅在侧向而且在稍微斜向上的方向和/或稍微斜向下的方向都变平。
尤其是在根据本发明的气体放电灯的情况下，正透镜元件优选地布置在相对于灯的纵向方向的某些分别区域中的两个侧向负透镜内部。某些标准，例如ECE-R99，规定气体放电灯的放电弧必须在某位置处具有较大的宽度或者扩散，典型地在电极之间的中心处。这接着可通过这种额外的正透镜例如凸透镜实现，其沿着纵向轴线布置在相关位置，在该方向上提供加宽的光源图像。优选地，该正透镜元件被给定为旋转对称形状或者球截形。可作为选择的，它可以是具有圆柱对称轴线的圆柱对称透镜元件，所述圆柱对称轴线大致相对于灯的纵向轴线以直角延伸。
下面参考附图和具有优势的实施例更加详细地解释本发明。在附图中：
图1为在放电弧区域中具有侧面变平的外泡的气体放电灯的截面简图，
图2为图1的气体放电灯的垂直纵向截面简图，
图3为从侧面观察的常规气体放电灯的放电弧的发光强度图像，
图4为如图3所示的根据本发明的气体放电灯的放电弧的发光强度图像，
图5简略显示根据现有技术中气体放电灯的放电弧图像交通空间的照明，
图6简略显示根据本发明气体放电灯的放电弧图像交通空间的照明，
图7为具有外泡的气体放电灯的水平纵向截面简图，所述外泡沿着纵向轴线具有弯曲的外表面，
图8为与图1类似的另一实施例中根据本发明的气体放电灯的截面图，
图9为图8的气体放电灯的垂直纵向截面简图，
图10为现有技术中卤素灯的一部分的截面简图，
图11为具有白炽线圈和侧向变平的石英泡的卤素灯的截面简图，
图12为图11的卤素灯的垂直局部纵向截面简图，显示从侧向方向通过负透镜可见的线圈图像，
图13为在另一个实施例中具有与侧向外壁形成为整体的负圆柱透镜的卤素灯的水平局部纵向截面图，显示从侧向方向通过该透镜可见的线圈图像，
图14为与图11类似的卤素灯的截面简图，但是外泡在其外部局部成形为多边形。
图1和2显示以截面和垂直纵向截面显示根据本发明的气体放电灯10的结构，根据本发明，负透镜7与侧向表面形成为整体，所述侧向表面在水平方向彼此相对。
灯10以通常的方式由内石英泡3形成，其中两个电极5沿着灯的纵向方向L从彼此相对的端部伸出。该内石英泡3形成放电容器，其内部空间充满惰性气体。灯10通过在电极5上施加高压被点亮，发光的放电弧1在石英泡3内部的电极5之间被建立。点亮后，在随后的运转中灯10通常在低的交流电压下运转。
内石英泡3此处以常规的方式由外泡4包围，例如所述外泡也由石英制成，在其两个端部与内泡3连接。该外泡4尤其用于屏蔽在灯10的运转过程中产生的UV辐射。
向上弯曲的放电弧1因为物理条件总是形成在该气体放电灯10中。接着曲率半径通常位于大约0.5mm(对于标准灯)和大约0.7mm(对于不含汞的灯)之间。放电弧1的高温和石英泡3的材料的熔点一起使其不可能选择石英泡3的内径小到致使放电弧1被强制为直线形状。但是，正如下面将更详细阐述的，因为照明技术曲率半径的减小是非常希望的。
因而，根据本发明图1和2的灯设置有侧向负透镜7。在所示的实施例中，另外中空圆柱形的外泡4的侧向表面6在外部变平。这在侧壁中创建了希望的负透镜7，其弯曲在每种情况下都垂直于灯10的纵向轴线L。这意味着外泡4的侧壁形成分别的平凹透镜7，同时凹侧位于内部。
这些平凹透镜7实现当从侧面相对于灯10的纵向轴线L以直角观察时放电弧1似乎变平。该作用在图1中阐明，通过起始于光源1的上边界和下边界、通过透镜7的边界光线S，这些边界光线S的实际路径每一个由实线箭头表示。正如所示，边界光线S在平凹透镜7内部向上和向下偏转。出现在透镜7外部并紧邻透镜7的观察者只有沿着在灯10外部具有的方向才能看到边界光线S。因而他能看见放电弧1的虚像1，正如沿着虚线S′朝着内部延长边界光线S的外部部分产生的图像。取代图2虚线所示未受影响的放电弧1，侧向的观察者因而整个看见光学压缩的、校正的放电弧图像1′，此处其由点线表示。
图3和4显示D2S型石英玻璃泡灯的发光强度图像以便比较。灰度级别对应于不同的发光强度值。图3显示根据现有技术的石英玻璃泡灯的图像，也就是没有侧向负透镜。图4另一方面显示同一类型的灯的图像，其中以本发明的方式负透镜通过变平的侧向表面设置在外泡的侧壁中。图3和4中图片的比较立即显示从外部可见的图像，也就是放电弧1的(虚拟)形状，与未修改的灯相比，在根据本发明修改的灯中大致更直。
从侧面可见的放电弧1的该校正图像1′的正面作用将在图5和6之间的比较变得显而易见。两幅图都显示在垂直于前照灯(未显示)的水平辐射方向的投影平面中的交通空间20。当前情况下这是反射体型的前照灯，其中在一种情况下插入常规没有侧向负透镜的灯(图5)，以及其中在另一种情况下插入根据本发明的灯(图6)。明/暗截止线21在所示的每一个交通空间20中被指出，其分离上部眩目区域19与近光区域18，也就是被照明的交通空间。正如在用于右手交通的所有前照灯中那样，明/暗截止线21在右手侧成角度地斜向上，因为通过依从明/暗截止线21而被保护不受眩目作用的对向交通在左手侧通过。
反射前照灯以通常的方式构造，以致来自灯的沿着向上的方向辐射的光被反射到近光的较低区域。沿着向下的方向来自放电灯的光或者被另外的屏蔽阻止，或者也被反射到近光的较低区域。通过外泡的侧向表面发射的光，以及因而从灯的侧面可见的放电弧1的图像B1，B1投影在交通空间20中的明/暗截止线21的区域内。因为反射体通常由若干段组成，所以反射体投影实际仅出现一次的放电弧若干次，彼此相邻或者互相在交通空间内重叠。但是图5和6仅显示放电弧1的两幅图像B1，B1，以便更加清楚。
如上所述，光必须决不能在明/暗截止线21之上被辐射，以便避免对向交通的眩目。但是，另一方面，在紧邻明/暗截止线21处投影尽可能多的光是有用的，以便获得尽可能好的驾驶员视野，尤其是在车辆前方较远的区域内。
正如图5清楚所示，放电弧图像B1强烈弯曲的形状意味着每个图像B1的最大中心部分不可能如希望的那样接近明/暗截止线，因为否则图像B1的端部会位于明/暗截止线21之上。相反，由布置在灯泡侧面的负透镜产生的图像B1′能布置为在它们的整个长度上大致更接近明/暗截止线21。光尤其好地集中在紧邻明/暗截止线21的下侧，因而产生如下结果：尤其是车辆前方30m到75m之间的交通空间被更好的照明。驾驶员因而更快地发现潜在危险，因而更快地做出反应，这导致在交通安全方面的相应改善。
紧邻明/暗截止线21下侧的区域的更好照明也可通过缩短放电弧实现。放电弧1的这种光学缩短因为泡4的侧向表面形成为负透镜而实现，所述负透镜的弯曲平行于灯的纵向轴线，如图7的水平截面所示。正如再次参考边界光线S，S′所示，观察者从侧向位置看不到真实的放电弧1，而是放电弧的图像1′，其因为负透镜8而在光学上沿着灯的轴线L缩短。这因而提供当放电弧投影到明/暗截止线21下侧的交通空间时光的再次集中，以及因而车辆前方较远区域的更好照明。
特别好的照明通过组合上述作用实现，也就是，通过光源在两个方向上的光学缩小。因为图1的灯10包括负透镜，所述负透镜既具有横向于灯轴线L的(内)弯曲，也具有平行于灯轴线L的(外)弯曲，由外泡4的壁内侧的通常弯曲产生，所以灯10的光源1的图像必然在灯轴线L的横向被压缩，在平行于灯轴线L的方向被缩短。这意味着优选的“双重作用”在此处通过外泡4外侧壁相当简单的形状实现。但是，原则上可能将可替换的负透镜引入侧壁，尤其是具有复杂形状的透镜。
图8和9显示本发明的另一个实施例。基本上此处我们所有的是放电灯10，其具有如图1和2中的外泡4的变平的侧向表面6。但是，图1和2的灯10的差别在于正透镜元件9额外地设置在侧向表面6，也就是沿着灯10的纵向轴线L的中心区域。这些是外部旋转对称的，也就是半球状凸透镜。因为外泡的壁的内侧是弯曲的，所以此处获得的正弯月形横向于灯的纵向轴线L。
这些正透镜元件9具有以下作用：放电弧1准确地在电极5之间的中心区域展示出更大的宽度，因而更加散开。在中心区域放电弧1的这种较高的扩散根据一定的需求而被要求。透镜元件9的作用在图9的垂直纵向截面中看得更加清楚，其中未变化得放电弧1还是由虚线表示，由中心集成正透镜元件9的负透镜7修改的放电弧的图像1″由点线表示。
图10至13非常简略地显示具有常规白炽线圈2的卤素灯11中根据本发明的负透镜14、16的使用。图10仅用于与图12和13做比较。线圈2显示在石英泡12内部，其包围线圈2，线圈起到单个内泡的作用。在这种卤素灯11中通常不会出现另一个外泡。但是，这并不排除额外的外泡在原则上也可在卤素灯11中使用，所述泡接着包围内石英泡12，在这种情况下透镜将仅设置在外泡中，或者在内石英泡12和外泡中，以致各自的透镜以适当的方式合作。例如，灯可以是H4灯，但是为了简单起见，两个白炽线圈中只有一个在此处被显示，尤其是近光线圈。屏蔽帽也为了简单起见而被忽略。
图11是根据本发明的这种卤素灯的实施例的截面图。此处，负透镜14通过使石英泡12的壁外侧变平再次形成在水平地彼此相对的侧向表面13，正如图1所示的气体放电灯的实施例中一样。透镜还是平凹透镜，凹侧由石英泡12的壁内部的弯曲形状提供。
图12是图11的灯11的中心部分的垂直纵向截面图。在侧向表面13通过透镜14可见的线圈图像2′此处显示在灯11内部。在该图12中的虚拟线圈2′和图10中的真实线圈2之间的比较显示通过透镜14看见的线圈图像变得相当地更细。该较细的线圈图像2′因而通过前照灯的反射体再次投影在交通空间，以致光集中和光源的虚拟缩小一起使辐射更多的光紧邻明/暗截止线下侧成为可能。
图13显示修改，其中石英泡12额外地侧向形成为负透镜15，其弯曲沿着灯的纵向轴线L。当通过这些负透镜15观察时，线圈图像2″沿着灯轴线L又被缩短。这意味着发生进一步聚焦，光最后辐射到交通空间中紧邻明/暗截止线下侧的更小区域内。
图14显示另一个实施例，其中石英泡17的外表面在水平布置的区域内的截面中为多边形。这意味着灯具有变平的区域，每一个区域作为段沿着灯轴线L侧向延长，以致除直接水平布置的透镜14之外，另一个负透镜16形成为每次斜向下和斜向上地彼此相邻。这具有如下结果：当从上方或下方稍微倾斜地观察时线圈2在灯的纵向轴线L的横向变得更细。从石英泡17紧邻直接侧向表面13倾斜向下和向上发射的光也被投影成相当接近明/暗截止线，以致通过这些手段可利用光的有利再分布朝着交通空间中感兴趣的区域发生。
最后再一次注意，在附图和说明书中讨论和显示的灯10、11仅仅是示例，其可在不脱离本发明范围的情况下由熟悉本领域技术的人员做相当程度地改动。因而，尤其是，负透镜可建立为更详细的可作为选择的形状，例如菲涅耳(Fresnel)透镜，以便实现同样的作用。类似的，各种实施例的单个特征可组合以便形成新的实施例。因而，例如，正透镜元件也可设置在卤素灯或其它灯的侧向负透镜内部。此外透镜不必在各自侧向表面的整个长度和/或宽度上延伸，但是透镜可集成在侧向表面中，尤其是在灯具有若干光源，仅有一个光源以缩小的比例投影的情况下。
根据本发明的灯尤其适合用作机动车前照灯的近光灯，但是在原则上它们可因其它目的用于其它车辆前照灯。
为了完整起见最后指出定冠词“一”和“一个”的使用并不排除相关元件复数的出现，动词“包括”的使用并不排出另外元件的出现。

Claims (11)

1.一种用于机动车前照灯的灯(10，11)，其具有直接包围光源(1)的石英泡(3，12，17)，可能具有包围所述石英泡(3)的外泡(4)，以及具有两个负透镜(7，8，14，15，16)，所述负透镜沿着灯的纵向轴线(L)的方向延伸，出现在石英泡(12，17)和/或外泡(4)的两个侧向表面(6，13)中或所述侧向表面处，所述表面被布置以便在灯的结合状态水平地彼此相对，所述透镜被构造以致光源(1，2)在至少一个方向上的尺寸被光学缩小。
2.如权利要求1所述的灯，其特征在于，灯(10)是具有放电弧(1)的气体放电灯(10)，所述放电弧由石英泡(3)包围，用作光源(1)。
3.如权利要求1所述的灯，其特征在于，灯(11)包括至少一个用作光源(2)的灯丝(2)。
4.如权利要求1至3中任一项所述的灯，其特征在于，各个负透镜(7，14，16)的弯曲横向于灯(10，11)的纵向轴线(L)延伸。
5.如权利要求1至4中任一项所述的灯，其特征在于，各个负透镜(8，15)的弯曲都平行于灯(10，11)的纵向轴线(L)延伸。
6.如权利要求1至5中任一项所述的灯，其特征在于，石英泡(17)和/或外泡包括另一个透镜(16)，其邻接侧向透镜(14)，斜向上和/或斜向下延伸。
7.如权利要求6所述的灯，其特征在于，石英泡(17)和/或外泡包括外侧，所述外侧在侧向表面的区域内的截面为多边形。
8.如权利要求1至7中任一项所述的灯，其特征在于，正透镜元件(9)布置在相对于灯的纵向方向(L)的各自限定区域中的两个侧向负透镜(7)内部。
9.如权利要求8所述的灯，其特征在于，正透镜元件(9)在形状上为旋转对称。
10.如权利要求8所述的灯，其特征在于，凸透镜元件为圆柱对称形状，其具有基本上相对于灯的纵向轴线成直角延伸的对称圆柱轴线。
11.一种具有如权利要求1至10中任一项所述的灯的机动车前照灯。
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