CN1789791A - 汽车用照明模块及包括该模块的车灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车灯照明模块，其包括：一个凹面反射器(2)，其中至少在反射器的凹面内安装一个光源(S)，从而至少向上照亮，并且在反射器和光源前面放置一个透镜(3)。该反射器与一个平板(4)相关，该平板的顶面是反光的，从而将来自反射器的光束弯折，所述平板包括一个能够在光束中形成切断线的前端缘。确定反射器(2)从而将来自光源(S)的球形波面转换成一个等同于位于平板(4)的平面上的圆弧(A)的波面，且透镜(3)绕一轴(Z)旋转，该轴基本垂直于平板的平面并穿过所述圆弧的圆心(C)。

Description

汽车用照明模块及包括该模块的车灯

技术领域

本发明涉及一种车灯用照明模块，特别地，该照明模块可以发出具有切断线(cutoff)的光束。本发明特别涉及一种包括一个凹面反射器的模块，其中至少在反射器的凹面内安装一个光源，从而至少向上照亮，并且在反射器和光源前面放置一个透镜，该反射器与一个平板相连，特别是在水平方向上，该平板的顶面是反光的，从而通过所述平板将来自反射器的光束弯折，所述平板包括一个能够在光束中形成切断线的前端缘。

背景技术

举例说明，这种照明模块已经在专利EP1357334A中公开，该专利公开了一种包括一个椭圆反光镜的反射器，该椭圆反光镜与一个绕着光轴旋转的透镜相连。从前方看去，该透镜具有一个位于一个垂直平面内的一个圆形轮廓，垂直于光轴。如果需要并排组合几个模块，圆形轮廓透镜相切于一点，在轮廓间具有不被使用的间隔。可以在圆形轮廓之间插入楔子，但这会形成一个暗区，产生不必要的附加可视表面。在一个变型中，可以分隔或者扩大透镜成方形或六边形从而通过使切断面相接来将它们组合在一起。这样就会产生照光面的损失。

由该模块组合形成的车前灯产生多个盒体的印象。因此不仅车灯的连接不是最佳的，且观察者会感到多个不同的光源穿过透镜，这是让人不满意的，特别是在光源很多，且光源由二极管形成的时候。

发明内容

本发明的第一目的就是提供一种模块，该模块可以连续地与类似模块组合在一起，光损失最小，且不能区分出车灯内有多个光源。

另外，透镜与椭圆形反射器是消像散(stigmatic)的。光束的切断线只沿车灯光轴的方向比较尖锐。这种情况对于由发光二极管构成光源的模块来说更加敏感，此类模块具有较弱的聚焦；光束的切断线在边缘上是模糊的。对于较宽的光束来说，在整个宽度方向上没有尖锐的切断线。本发明的另一目的在于改善光束宽度方向上切断线的锐度。

因此本发明的首要目的在于提供一种上述类型的照明模块，该模块不再具有上述缺点或者至少能减轻上述缺点。本发明的目的特别在于在三维方向上产生光束，且变形最小，特别是桶形变形最小。

根据本发明，上述类型的车灯模块的特征在于，确定反射器从而将来自光源的球形波面转换成一个等同于位于平板的平面上的圆弧的波面，透镜绕一轴旋转，该轴基本垂直于平板的平面并穿过所述圆弧的圆心。

根据本发明的反射器和透镜的设计可以使反射器将光束水平分布，同时透镜可以提供光束切断线，且垂直分布与反射器确定的水平分布不会发生干扰。

通过选择圆弧的半径、从光源到圆弧圆心的距离和从光源到圆弧平面内的反射器顶部的距离来确定反射器。

平板的平面最好基本穿过光源的中心，光源的中心最好基本是一个点。

根据另一种限定，反射器的表面可以使发自光源并落在曲线上的点上的光线被反射器的表面在垂直平面内反射，该曲线由反射器表面和穿过圆弧圆心的垂直平面的交叉形成，垂直平面与光源分开，从而所述光线会聚在所述垂直平面和圆弧的交叉部分上的一点。

反射板或者“弯折器”最好包括圆盘的一部分，圆盘在其边缘为圆弧。

本发明还涉及一种由上述几个模块组合形成的车灯。

附图说明

除了以上公开的结构，下面通过参阅附图对实施例的说明就会更加清楚其它结构，这些实施例并非对发明进行限定。其中：

图1为根据本发明的一个模块的简化透视图。

图2为根据本发明的模块在另一个角度的放大透视图，部分切除并表示了光线的轨迹。

图3为不同比例的简化透视图，主要示出弯折器。

图4为穿过光轴的一个垂直剖面图，示出透镜的横截面。

图5为车灯的平面图，其中三个相邻模块带有平行的光轴。

图6为车灯的平面图，其中四个相邻模块的光轴渐进倾斜。

图7为车灯的平面图，其中三个模块的光轴平行，且中间模块透镜的弯曲方向与旁边透镜的弯曲方向相反。

图8为两个模块并置的平面图，其中两个模块的弯曲方向相反。

图9为根据本发明的模块的等照度曲线的网格图，其中圆弧的半径为无限的。

图10为根据本发明的凸面模块的等照度曲线的网格图。

图11为根据本发明的凹面模块的等照度曲线的网格图。

具体实施方式

作为简要说明，从图1可以看到，用于车灯的照明模块1能够发出具有切断线的光束。该模块1包括一个凹面反射器2，在反射器的凹面内安装的至少一个光源S，从而至少向上照亮，并且在光源S和反射器2前面在光束的传播方向上放置一个透镜3。

该反射器2与一个平板4相连，如图1所示特别是在水平面上。该平板4的平面最好但并非必须基本穿过光源S的中心。反射器2置于平板4的上方，且平板4的顶面是反光的，从而将来自反射器2的光束弯折，这在专利EP1357334A中有特别说明。反光板4往往被称作“弯折器”，其具有一个能够在光束中形成切断线的前端缘。当反光板4为水平时，切断线也是水平的，来自车灯1的光束所照亮的区域位于水平线的下方。相对于水平面倾斜反光板4的平面，或者倾斜反光板4的一部分，就可以通过相对于水平方向将透镜倾斜相同的角度来使切断线发生倾斜。

光源S最好基本在一个点上，特别是由发光二极管形成的点，并由半球或囊体包裹，该二极管具有一个光扩散轴，该光扩散轴基本垂直于平板4，并向上照亮。

根据本发明，确定反射器从而将来自光源的球形波面转换成一个等同于位于平板4的平面上的圆A的一个圆弧的波面，透镜3绕轴Z旋转，轴Z垂直与平板4的平面并穿过圆弧A的圆心C。

满足前述条件的一个适当的反射器2对于一个给定了圆弧A半径R、从光源S到圆弧A圆心C的距离、从光源S到圆弧A平面上的反射器顶5的距离f来说是唯一的。反射器顶5对应于模块光轴Y-Y与反射器的交点，且所述光轴与穿过圆弧圆心C和光源S的直线合并。

来自光源的球形波面可以被简化为一个如图2所示的点S。

参照图2说明反射器2的特性，其中只是部分说明反射器2。垂直平面V穿过点C和轴Z，但与光源S分开，光源S在平面V外侧。反射器2与平面V的交叉以部分曲线6来表示。该曲线6上的两个点面m1和m2构成反射器2表面上任一接连点(running points)。

认为从光源S发出的两条光线i1和i2分别落在反射器2的反光内表面上的m1和m2。因为光源S在平面V之外所以光线i1和i2并不在平面V上。

对于上述反射器2，入射光线i1和i2沿半径k1和k2被反射，其中半径k1和k2都位于垂直平面V中。另外，反射线k1和k2会聚在点P，点P由垂直平面V和圆弧A的相交形成。

无论点m是否在曲线6上也无论是垂直平面V的倾斜方向是否穿过CZ，都具有这些特点。

弧A上的每个点P都像一个新的光源，发出一个波面，该波面被平面V切断形成一个半径为r的圆7，半径r与时间成比例增加。

就点P穿过曲线6上的移动点m1或m2来说，来自光源S的光程是恒定的：

Sm1+m1P＝Sm2+m2P＝常数

透镜3构成绕垂直轴Z旋转的体积(volume)。圆弧A平面与透镜3入射面3e1相交形成部分圆周8，圆周8与圆弧A具有相同的圆心C，但其半径大于R。

由反射器2反射的光线k1、k2落在反光板4或者“弯折器”的边缘P上，并沿方向q1和q2返回，同时保留在垂直入射平面V内。半径q1和q2落在透镜的入射面3E1上的n1、n2。面3E1在点n1、n2的法线位于垂直平面V中，垂直平面V包括光线q1、q2。透镜中的折射线t1、t2同样保持在平面V中，同光线u1、u2一样，而光线u1、u2离开透镜的射出面3ES。

反光板4或者“弯折器”由部分圆盘形成，圆盘在其边缘为圆弧A。该反光板在形成反射器2的凹面反射镜的下方延伸。朝向光源S的边界9(见图3)仅取决于来自光源S的光通道的实际因素。举例来说该边界9可以由一个角的两边形成，该角的凹面转向圆心C，该角通常具有其等分平面，垂直平面穿过光轴CS。

光源S最好包括一个发光二极管，发光二极管在上半球内向上发射。

实际上，光源S在一点是不完美的，光线(在光源S和P附近未示出)在边缘A上被转移并继续它们的路径达q′1、q′2，并不被平板4弯曲，且不相遇。

图4为透镜3通过贯穿垂直轴Z和光轴CS的平面的截面图，光轴CS在点a切断圆弧A。

在图4所示的横截面中，透镜入射面的曲线E1对切断线的锐度产生影响。该曲线E1的选取可以使光束切断线变得尖锐和最有可能，即使对于较宽光束也是如此。该曲线E1最好由部分圆周形成，该圆周的圆心位于连接光源S和圆心C的的直线上；该部分圆周E1的凸面朝里，也就是朝向图4所示的圆心C。曲线E1的端部可以弯曲得更明显。透镜的截面被曲线ES限制为朝外，基本为一个纸帽子的形状，换而言之其具有一个中心为圆形的凸起，且其凸面朝外，其在每一边上延伸，一个弯曲区域朝外凹陷。

现说明发自点a的光线q3的光径。

反射器2的角Ω(见图2)相对于穿过光轴CS的垂直平面对称，且该角Ω的最大值为连接了点C和圆弧A与反射器2在平板4的平面内的交点的直线之间形成的一个角确定。

来自模块的光束的宽度主要取决于该角Ω，但同时也与其它参数相关，特别是光源-顶点(source-apex)距离，因为其影响影象的尺寸。

当圆弧A的半径R趋向于无穷大时，透镜3趋向于一个圆形透镜，且光束(其它条件相当)趋向于最强光点，由光源的光通量和视表面决定。这在视觉上相当于一个椭圆和一个无限远点消像散(stigmatic)透镜的组合，但是在根据本发明领域内像差较低。

曲线E1的给定部分圆周的特定实施例并非限制性的。E1可以为任何曲线。

射出面的曲线ES的结构使在所讨论的平面(穿过旋转轴CZ的平面)内，透镜3在点a和无限远之间消像散；也就是说从点a发出的光线的发散光束在曲线ES的出口变成平行于光轴CS的光束。

点a和光轴CS的曲线E1的顶点之间的距离为一个参数；该距离称为透镜的拉伸距离(draw)T。对于给定的反射器2，透镜的高度H取决于此，假设透镜的结构可以覆盖所有可能的光通量。

根据图1-4所述的实施例，圆弧A的圆心C在从光源发射的光束的传播方向上位于光源S的后方；在此情况下，由圆弧A形成的弯折器4的边缘的弯曲向着光束传播方向的前方转换其复杂度。

如果圆弧A的圆心C1(见图8)在光束的传播方向上位于光源S1的之外，那么弯折器的边缘A1的弯曲就会改变符号(sign)，并转变为向前弯曲。前面的所有说明都保持真实。

透镜3的端面3Ld、3Lg(见图1)是平面的，且位于穿过CZ的端平面内，形成夹角Ω。

可以将几个模块组合起来，没有边缘或者台阶，将一个模块透镜的右手或左手端面靠在另一个模块的左手或右手端面上。

图5示出从并排放置的相同的模块1a组合构成车灯L的过程，比如模块组合可以为三个模块组成，其半径R为无限大，从而使圆弧变成一个直线片断。每个模块的透镜3a相互并列在一条线上，形成一个直线栅，垂直于箭头所表示的平行光轴。

图6为几个模块组合形成的车灯Lb的示意图，特别是采用4个模块，它们具有一个正的的半径R(图1至图4)，但是其值在图6中从右向左在一个方向上减小。

第一模块1b具有一个无限大半径R；接下来的模块1c具有一个较小的半径R，且该模块的圆心Cc位于模块1b的边界上(实施例的左侧)，等等：接下来的模块1d的半径R小于模块1c的半径，而模块1d的圆心Cd位于模块1c的左手角边界上。最后，末端模块1e具有一个最小的半径R，其圆心Ce位于模块1d的左手角边界上。用箭头表示的连续模块的光轴相对于第一模块1b的光轴逐渐倾斜。

透镜3b、3c、3d、3e的组合形成的表面为连续可导的。

图6中的车灯Lb可以构成一个DBL(动态弯折灯“Dynamic BendingLight”)，并具有模块1b-1e的光源的连续照明，从而形成一个弯曲。

图7示出三个模块1f、1g、1h构成的另一种车灯Lc。两个侧模块1f和1g在图1至4所述实施例中具有一个正的曲率半径，而中间模块1h具有一个负的半径R，其使透镜3h升起形成一个相反曲率。这样透镜组合所形成的曲线就具有一个波状外形。图7所示三个模块的光轴是平行的，如箭头所示。

图8为具有至少一个并置模块1g到1h组合的车灯示意图。模块1g具有一个正的曲率半径，而模块1h具有一个透镜3h的相反曲率的负的曲率半径。反射器2g、2h和弯折器4g、4h被示意地表示出来。模块1g的圆弧A的圆心C位于图中左侧，而凹面圆弧A1的圆心位于图8的右侧C1。图8所示组合为多次重复并置形成的结构模式。

在射出面凹入的透镜3h具有亮点，也就是光束的集中区域，但是向前凸起的透镜3g则同如图7所示透镜3f一样横向扩散光束。

因此根据本发明的照亮模块可以提供有利于原始类型效果产生的复杂的组合，并可以安装多个模块。

当观察者看向根据本发明的一个模块或者车灯时，其分不清是并置的模块还是光源，特别是发光二极管置于模块内部。因此观察者的印象就是一个整个的部件。

图9为根据本发明的模块在距离模块一个给定距离的屏幕上的等照度曲线的网格图，其中圆弧的半径为无限半径R。显然曲线都位于一个尖锐水平切断线的下方。

图10对应于类似图1-4的模块的一个凸面模块，或者对应于图7中模块1f、1g。切断线也是尖锐的，所有曲线位于一条水平线的下方；光通量在垂直中间平面的每一侧向下扩散更多一点。

图11为具有一个负的半径R的模块的等照度曲线图，该模块如图7和图8所示的模块1h。切断线的锐度是被保留。等照度线稍微不如图10所示的角扩散。

为了检验一个照明模块是否与本发明一致，在点S放置一个点光源就足够了，该点光源可以是一个激光点或者是一个尺寸很小的二极管。因为在检验的情况下，不需要使用尺寸较大的大功率光源。通过在反光板4上(或取而代之)放置一张纸，在纸张上就可以看到一个对应于圆弧A的发光圆弧。

在检验透镜3时，产生一个会聚在点a的垂直光轴。随后就必要在透镜的另一侧得到一个垂直的光片断。

下面在球面坐标中给出反射器2表面的方程式。

f为从光源S到反射器(伪焦点的)顶5的距离。参考系的原点在S，y轴为CS，x轴位于板4的平面内，且垂直于y轴。z轴垂直于平面4且穿过点S。

在参考系内圆心C的坐标沿x、y、z轴分别为：Cx、Cy和0。

反射器的表面2的接连点m位于经线θ和纬线限定的方向。点m的矢量半径的绝对值用μ表示。

在下面的计算中，α、β和χ为中间变量。如果：

K＝C_y+R+2f

和θ是表面的参数方程的变量

假设：

$\mathrm{\α}=4\{{(K-v_y{C}_y)}^2-R^2(v_y^2+v_z^2)\}$

$\mathrm{\β}=-4\{(K^2-R^2-C_y^2)(K-v_y{C}_y)-2R^2{v}_y{C}_y\}$

$\mathrm{\χ}={(K^2-R^2-C_y^2)}^2-4R^2{C}_y^2$

$\mathrm{\μ}=\frac{-\mathrm{\β}+\sqrt{{\mathrm{\β}}^2-4\mathrm{\α\χ}}}{2\mathrm{\α}}$

那么 $M=S+\mathrm{\μ}\·\stackrel{\‾}{v}$ 属于所寻找的反射器表面。

当入射面具有一个凸向内侧凸出的曲线E1时，给定了透镜射出面的曲线ES的方程式。

输入：

T＝d(a，El)透镜的拉伸距离

C_fe，入射面的半径

ep₀，透镜中心的厚度

n，材料的折射率

η和α是表面的参数方程的变量

假设：

$h=C_{\mathrm{fe}}\sin \mathrm{\η}$

$d=\sqrt{h^2+{(T+C_{\mathrm{fe}}(1-\cos \mathrm{\η}))}^2}$

$\mathrm{\ω}=\arcsin \frac{h}{d}$

$\mathrm{\σ}=\arcsin \left(\frac{\sin (\mathrm{\η}+\mathrm{\ω})}{n}\right)-\mathrm{\η}$

$l=\frac{T+{\mathrm{ep}}_0(n-1)-d+C_{\mathrm{fe}}(1-\cos \mathrm{\η})}{n-\cos \mathrm{\σ}}$

ρ＝R+d·cosω+l·cosσ

那么

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ρ}\·\sin \mathrm{\α}\\ C_y+\mathrm{\ρ}\·\cos \mathrm{\α}\\ h+l\·\sin \mathrm{\σ}\end{array}\right]$

就属于透镜的出射面。

Claims (13)

1、一种车灯照明模块，可以发出具有切断线的光束，其包括：一个凹面反射器(2)，其中在反射器的凹面内安装至少一个光源(S)，从而至少向上照亮，并且在反射器和光源前面放置一个透镜(3)，该反射器与一个平板(4)相连，特别是在水平面上，该平板的顶面是反光的，从而将来自反射器的光束弯折，所述平板包括一个能够在光束中形成切断线的前端缘，其特征在于：确定反射器(2)从而将来自光源(S)的球形波面转换成一个等同于位于平板(4)的平面上的圆弧(A)的波面，且透镜(3)绕一轴(Z)旋转，该轴基本垂直于平板的平面并穿过所述圆弧的圆心(C)。

2、如权利要求1所述的照明模块，其特征在于：反射器(2)的表面可以使发自光源并落在曲线(6)上的点(m1，m2)上的光线(i1，i2)被反射器的表面在垂直平面(V)内反射，该曲线由反射器(2)表面和穿过圆弧圆心(C)的垂直平面(v)的交叉形成，垂直平面与光源分开，从而所述光线会聚在所述垂直平面和圆弧的交叉部分上的一点(P)。

3、如权利要求1或2所述的照明模块，其特征在于：反射器(2)提供了光束的水平定位，而透镜(3)提供了光束的切断线和垂直分布，且不会与反射器确定的水平分布发生干扰。

4、如权利要求1-3之一所述的照明模块，其特征在于：通过选择圆弧(A)的半径(R)、从光源(S)到圆弧圆心(C)的距离和从光源(S)到圆弧平面内的反射器项部(5)的距离来确定反射器(2)。

5、如权利要求1-4之一所述的照明模块，其特征在于：穿过平板(4)的平面基本穿过光源(S)的中心。

6、如上述权利要求之一所述的照明模块，其特征在于：反射板(4)由部分圆盘形成，圆盘在其边缘为圆弧(A)。

7、如上述权利要求之一所述的照明模块，其特征在于：光源(S)由发光二极管构成。

8、一种车灯，其特征在于：该车灯由上述权利要求之一所述的几个模块的组合形成，特别是不带边缘和台阶，将一个模块透镜的右手或左手端面靠在另一个模块的左手或右手端面上。

9、如权利要求8所述的车灯，其特征在于：并排放置的相同的模块(1a)组合形成车灯(L)，模块组合的半径(R)为无限大，模块的透镜(3a)相互并列在一条线上，形成一种直线栅，垂直于平行光轴。

10、如权利要求8所述的车灯，其特征在于：模块组合形成的车灯(Lb)具有一个正的半径(R)，但其值在一个方向上减小。

11、如权利要求10所述的车灯，其特征在于：第一模块(1b)具有一个无限大半径(R)，接下来的模块(1c)具有一个较小的半径，且该模块(1c)的圆心(Cc)位于模块(1b)的边界上等等，连续模块的光轴相对于第一模块(1b)的光轴逐渐倾斜，透镜组合形成的表面为连续的。

12、如权利要求11所述的车灯，其特征在于：其可以构成一个DBL(动态弯折灯“Dynamic Bending Light”)，具有模块光源的连续照明，从而形成一个弯曲。

13、如权利要求8所述的车灯，其特征在于：车灯(Lc)至少包括两个模块(1g、1h)的一个组合，其中一个模块(1g)具有一个正的曲率半径，而另一模块(1h)具有一个透镜(3h)的相反曲率的负的曲率半径。

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