CN217209186U

CN217209186U - 用于车辆的前照明设备

Info

Publication number: CN217209186U
Application number: CN202123010939.0U
Authority: CN
Inventors: 鲁康; 吴萍
Original assignee: Lumileds LLC
Current assignee: Lumileds LLC
Priority date: 2020-12-02
Filing date: 2021-12-02
Publication date: 2022-08-16
Anticipated expiration: 2031-12-02
Also published as: DE202021106595U1

Abstract

一种用于车辆的前照明设备，包括：光源，包括阵列中的多个子光源；第一透镜和第二透镜。第一透镜配置成接收来自光源的光并将其重定向到第二透镜上，其中第一透镜包括第一光入射表面和与其相对的第一光出射表面。第二透镜配置成接收来自第一透镜的光并将其投射朝向车辆前方的远场。多个子光源包括位于前照明设备的光轴处的第一子光源，和与第一子光源相邻并位于相对于前照明设备的光轴的离轴位置处的至少一个第二子光源。第一透镜的第一光入射表面包括非球形表面且第一透镜的第一光出射表面设置有负彗差，使得来自第一子光源、在穿过第一透镜后由第二透镜投射的光图案是中心对称的并具有大于第一子光源和至少一个第二子光源之间间距的50%的半径。

Description

用于车辆的前照明设备

技术领域

本发明总体上涉及汽车前照明领域，并且尤其涉及一种用于车辆的前照明设备。

背景技术

发光二极管（LED）因其寿命长和能耗低而迅速受到欢迎。制造的进步已经导致芯片大小的LED封装或模块的出现，其中多个LED封装在一起，就像在包括一行或多行LED的矩阵中一样。

这种LED封装或模块通常产生以封装或模块的光轴为中心的朗伯发光分布。在包括这种LED封装或模块的许多前照灯和其他照明装置中，透镜用于将光源（例如LED矩阵）生成的整个光分布或光图案成像到远场中。在这种情况下，在光源的各个LED之间的间隙在远场中成像为黑线的情况下，将发生问题。此外，由于像差，因此在从光源的每个单独的LED投射到远场中的子光图案中将容易引起不对称。

因此，需要一种在车辆中使用的前照明设备，其特征在于改进的性能，其中至少对整个投射光图案的对称子光图案或像素以及这些子光图案或像素中的各个子光图案或像素之间的暗区域的关闭进行性能评估。

发明内容

本发明提供了一种在车辆中使用的前照明设备，以便消除或至少减轻上述缺点或不足中的一个或多个。

根据本发明的一个方面，在实施例中，提出了一种在车辆中使用的前照明设备。前照明设备包括光源、第一透镜和第二透镜。第一透镜包括第一光入射表面和与其相对的第一光出射表面，并且被配置为接收来自光源的光并将其重定向到第二透镜上。第二透镜被配置成接收来自第一透镜的光并将其投射朝向车辆前方的远场。此外，在上述提出的前照明设备中，光源包括例如以阵列分布的多个子光源，该多个子光源特别包括第一子光源和至少一个第二子光源。具体而言，第一子光源位于前照明设备的光轴处，而至少一个第二子光源与第一子光源相邻并且位于相对于前照明设备的光轴的离轴位置处。此外，关于上述提出的前照明设备的第一透镜，第一光入射表面包括非球形表面，并且第一光出射表面设置有负彗差，使得来自第一子光源、在穿过第一透镜后由第二透镜投射的光图案不仅是中心对称的，而且具有大于在第一子光源和至少一个第二子光源之间的间距的50%的半径。

优选地，根据本发明的实施例，在上述提出的在车辆中使用的前照明设备中，来自第一子光源、在穿过第一透镜后由第二透镜投射的中心对称光图案具有大于在第一子光源和至少一个第二子光源之间的间距的60%的半径。

在由本发明提出的在车辆中使用的上述前照明设备中，确保从第一子光源发射并穿过第一和第二透镜的光图案的半径大于第一子光源和其相邻的第二子光源之间的间距的50%、并且优选为60%，这有助于关闭将以其他方式存在于相邻的第一和第二子光源之间的暗间隙。此外，由于关于第一透镜的第一光入射表面和第一光出射表面的特殊配置——即，将第一光入射表面配置为非球形表面并且为第一光出射表面提供负彗差——因此使得来自第一子光源并且在穿过第一透镜后由第二透镜投射的上述光图案也是中心对称的。以此方式，不仅存在于相邻子光源（诸如第一子光源和其相邻的第二子光源）之间的不期望的间隙被关闭，而且突出的中心对称光图案或像素从第一子光源投射在车辆前方。这最终有助于提供如从整个光源投射的均匀的大的光图案，该光源不仅包括第一子光源，而且包括至少一个第二子光源。此外，这还允许光图案的每个像素（至少来自轴定位的第一子光源的像素）是中心对称的，从而有助于例如在仅打开第一和第二子光源中的若干的情况下，提供大的和极好的像素化光图案。此外，这使得使用上述提出的前照明设备在车辆前方提供矩阵远光图案也成为可能。

应当注意，根据本发明，来自第一子光源、在穿过第一透镜后由第二透镜投射的光图案的半径指的是这种光图案的均方根（RMS）半径。作为示例，如果第一子光源与相邻的第二子光源间隔300 μm的距离，则具有大于150 μm的RMS半径的光图案将由上述提出的前照明设备投射，其中第一透镜的第一光入射表面被配置为非球形表面，并且第一透镜的第一光出射表面设置有负彗差。

可选地，根据本发明的实施例，在上述提出的用于车辆的前照明设备中，第一透镜的非球形表面（即第一光入射表面）具有由球形表面加上至少一个校正多项式的叠加限定的曲率，其中每个校正多项式仅具有偶数阶。优选地，在上述实施例的示例实例中，至少一个校正多项式的最大阶数为16。

应当注意，根据本发明，校正多项式（在下文中也称为多项式或多项式函数）是由变量和系数组成的表达式，其仅涉及变量的加法、减法、乘法、和非负整数指数的运算。例如，n阶单变量x中的校正多项式可以写成如下形式：

C(x) = c ₀ + c ₁ x + c ₂ x ² + … + c _n-1 x ^n-1 + c _n x ⁿ，

其中c ₀、…、c _n是常数（即校正多项式C的系数），并且x是变量。

鉴于以上，为了将第一透镜的第一光入射表面配置为期望的非球形表面的目的，仅需要将如上所述的校正多项式的系数c ₀、…、c _n传递到制造过程。与第一透镜的第一光出射表面的负彗差的类似传送一起，第一透镜将以如上限定的方式配置，使得源自第一子光源的光图案或像素不仅是中心对称的，而且具有大于第一子光源和其相邻的第二子光源之间间距的50%的半径。显然，制造容易度和成本将大大改善。

进一步可选地，在上述提出的在车辆中使用的前照明设备中，第一透镜的非球形表面（即第一光入射表面）包括旋转对称表面，该旋转对称表面的曲率由球形表面加上校正多项式的叠加限定，该校正多项式是第一透镜的第一光入射表面的单个变量的函数。以此方式，只需要单个多项式函数来限定第一透镜的非球形光入射表面的起伏曲率，并且仅一组相应的系数需要被确定并被馈送到制造过程。

替代地，根据本发明的不同实施例，在上述提出的用于车辆的前照明设备中，第一透镜的非球形表面（即第一光入射表面）包括非旋转对称表面，该非旋转对称表面具有由球形表面加上两个校正多项式的叠加限定的曲率，其中两个校正多项式中的一个是第一空间方向的函数，并且两个校正多项式中的另一个是垂直于第一空间方向的第二空间方向的函数。

应当注意，上述两个校正多项式中的每一个的对应系数可以是相同的，因而导致第一和第二空间方向两者的成像特性相似或相同。然而，这决不应被认为是对本发明的限制，这意味着上述两个校正多项式中的每一个的对应系数也可以不同，这有助于第一和第二空间方向的不同成像或投射特性。与第一透镜的第一光出射表面的负彗差一起，来自光源、在穿过第一透镜后由第二透镜投射的整个光图案不仅是均匀的（在光图案的相邻像素之间具有关闭的间隙），而且包含光图案的对称像素。

作为示例实施例，在上述提出的用于车辆的前照明设备中，第一透镜的非球形表面（即第一光入射表面）具有从30 mm至40 mm范围内的曲率半径。此外，根据不同的示例实施例，在上述提出的用于车辆的前照明设备中，第一透镜由聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）制成，和/或第二透镜由镧火石玻璃（LAF）制成。此外，根据本发明的又一实施例，在上述提出的前照明设备中，在第一子光源和至少一个第二子光源之间的间距落在从0 mm至1 mm的范围内。显然，本领域的技术人员将容易理解，虽然所有上面提到的第一光入口的曲率半径、第一透镜的非球形表面、第一和第二透镜的材料、以及第一和第二子光源之间的距离仅仅是作为示例列出的，但是决不旨在将本发明的范围仅仅限制于它们。

可选地，根据本发明的实施例，在上面提出的用于车辆的前照明设备中，第一透镜的第一光出射表面具有由双曲线限定的曲率。这有助于为第一透镜的第一光出射表面提供期望的负彗差，因而提供来自第一子光源的光图案或光图案的像素的至少中心对称的光强度分布。

进一步可选地，根据本发明的实施例，在上述提出的用于车辆的前照明设备中，第二透镜包括第二光入射表面和第二光出射表面，其中第二光入射表面和第二光出射表面中的每一个包括球形表面。这至少有助于简化第二透镜，并且因而简化整个前照明设备的制造。

替代地，根据本发明的不同实施例，上述提出的在车辆中使用的前照明设备还包括一个或多个另外的透镜，其位于第一透镜和第二透镜之间的光学中间位置处。在这种情况下，一个或多个另外的透镜被配置成接收来自第一透镜的光并将其重定向到第二透镜上。优选地，在上述实施例中，前照明设备的一个或多个另外的透镜中的每一个都由聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）制成。此外，根据本发明的上述实施例，前照明设备的一个或多个另外的透镜中的每一个都包括其自己的光入射表面和其自己的光出射表面，每个表面都包括例如球形表面。在这种情况下，例如在最终投射在车辆前方的整个光图案的光束整形中，可以提供更大的灵活性。

本领域技术人员将领会，本发明的上述公开的实施例、实施方式和/或方面中的两个或更多个可以以任何认为有用的方式组合。基于本发明的公开内容，本领域技术人员可以对在车辆中使用的前照明设备进行不同的修改和变化。

附图说明

参考示出实施例并形成本发明一部分的所附附图，本发明的这些和其他方面将在下面更详细地描述。在附图中：

图1示意性地图示了根据本发明实施例的前照明设备，其中包括了第一透镜、第二透镜、以及包括第一子光源和至少一个第二子光源的光源；

图2示意性地图示了在由图1所示的前照明设备中，来自第一子光源、在穿过第一透镜后由第二透镜投射的模拟光图案；

图3示意性地图示了描绘根据本发明的一个实施例的由校正多项式限定的起伏曲率的一部分的曲线图，其中第一透镜的非球形表面是旋转对称表面；

图4示意性地图示了描绘根据本发明的另一实施例的由校正多项式限定的起伏曲率的一部分的曲线图，其中第一透镜的非球形表面是非旋转对称表面；以及

图5示意性地图示了根据本发明不同实施例的前照明设备，其中除了第一透镜、第二透镜、以及包括第一子光源和至少一个第二子光源的光源之外，还包括另外的透镜。

具体实施方式

虽然本发明可以有许多不同形式的实施例，但是在附图中仅示出了一个或多个具体实施例，并且本文将详细描述这些实施例，应理解本描述仅被认为是本发明基本原理的示例，而不旨在将本发明仅仅限制于本文示出和描述的具体实施例。

应当注意，不同图中的各种部件不是按比例绘制的。此外，各图中所示的各个元件之间的相对位置仅用于说明本发明的基本原理，并且不应当被视为限制本发明的范围。

参考图1，根据本发明的实施例，提出了一种用于车辆的前照明设备。如图1中所示，前照明设备1包括光源11、第一透镜12、和第二透镜13，它们沿着前照明设备1的光轴L顺序安置。具体而言，前照明设备1的光源11包括多个子光源。例如，如图1的光源11中所见，存在位于前照明设备1的光轴L处的第一子光源111，并且还有位于相对于前照明设备1的光轴L的离轴位置处的相邻的第二子光源112。应当注意，尽管没有在图1的前照明设备1中描绘，但是根据不同的实施例，光源11也可以包括其他子光源，诸如远离前照明设备1的光轴L安置的多于一个的第二子光源，并且本发明应该在其范围内涵盖所有这些替代方案。

继续图1的上述前照明设备1，从光传播的方面来看，从光源11（包括第一子光源111和第二子光源112）发射的光束首先入射到第一透镜12上，从第一透镜12向外折射到第二透镜13上，并且最后由第二透镜13投射到车辆前方的远场中。具体地，在第一透镜12中，是右边的第一光入射表面121接收从光源11发射的光束，并且是左边的第一光出射表面122将这种光束投射朝向第二透镜13。以类似的方式，对于相对于第一透镜12和光源11位于光学下游位置的第二透镜13，第二光入射表面131被配置为接收来自第一透镜12的光束，并且第二光出射表面132被配置为将接收到的光束投射到车辆前方的远场中。这有助于为车辆提供前照明，诸如远光光束。

此外，根据本发明，在上面提出的图1的前照明设备1中，第一透镜12的第一光入射表面121被配置为非球形表面，并且第一透镜12的第一光出射表面122设置有负彗差。这有助于给出来自第一子光源111、在穿过第一透镜12后由第二透镜13投射的期望光图案，例如参见根据本发明实施例的图2中所示的示意性模拟光图案。在这种情况下，一方面，来自第一子光源111的上述光图案被允许具有大于第一子光源111和其相邻的第二子光源112之间的间距d的50%的半径R，这有助于关闭或至少抑制暗间隙或区域，否则该暗间隙或区域将存在于来自相邻的第一和第二子光源111、112的成像光图案之间。另一方面，关于前照明设备1的第一透镜12，非球形光入射表面（即，第一光入射表面121）、和光出射表面（即，第一光出射表面122）的负彗差也一起确保了源自第一子光源111的上述光图案是中心对称的。这有助于提供由前照明设备1投射的整个光束的极好的光强度分布。

（多个）本发明人还发现，如果第一透镜12设置有上述配置，使得由第二透镜13从第一子光源111投射的光图案被允许具有上述半径和中心对称特性，则由第二透镜13从其他子光源——诸如相对于前照明设备1的光轴L位于离轴位置处的至少一个第二子光源112——投射的其他光图案中的每一个将肯定具有类似的配置，即，具有大于单个第二子光源和其相邻光源之间的间距的50%的半径、并且也是中心对称的。这使得能够灵活地剪裁或整形如从前照明设备1的光源11中的所有子光源投射的整个光图案，因为每个光图案或光图案的像素（其来自单个子光源）很好地中心对称，并且相邻光图案或光图案的像素（其来自相邻子光源）之间的间隙很好地关闭。例如，如果在前照明设备1中，光源11的所有子光源被布置成一行，并且仅位于奇数位置的那些被打开，则将投射一系列单独的光图案或光图案的像素，每个光图案或光图案的像素是中心对称的，但是可能具有不同的中心强度，因而增加灵活使用的可能性。

参考图3，示出了描绘根据本发明的一个实施例的由校正多项式C(r)限定或描述的起伏曲率的一部分的曲线图。在图3中，校正多项式仅被绘制到前照明设备1的光轴L的上侧（参见上面的图1），因为所描绘的校正多项式C(r)仅包括偶数阶，因此使其关于前照明设备1的光轴L轴对称。因此，应理解，朝向前照明设备1的光轴L的下侧，校正多项式C(r)相对于前照明设备1的光轴L的上侧以镜像方式延续，如图2中所示（其中光轴L充当“镜”）。图示的校正多项式C(r)的轴对称特性有助于图1中的前照明设备的第一透镜1是旋转对称的，并且还极大地改善了其制造容易度和成本。

参考图4，示出了描绘根据本发明的另一实施例的由校正多项式C(x，y)限定或描述的起伏曲率的一部分的曲线图。与上面图3中所示的校正多项式C(r)相反，校正多项式C(x，y)限定了非旋转对称的非球形表面的起伏。在这种情况下，这种非旋转对称非球形表面的起伏由球形表面加上两个校正多项式的叠加来限定，其中一个是第一空间方向x（例如，水平空间方向）的函数，并且另一个是第二空间方向y（例如，垂直空间方向）的函数，其中第二空间方向y垂直于第一空间方向x，并且其中两个空间方向x、y都垂直于沿着前照明设备1的光轴L的空间方向z。

接下来，将提供关于根据本发明不同实施例的前照明设备的描述，其如图5中所示。如与图1中所示的前照明设备1相比，在图5的情况下，除了第一透镜12、第二透镜13、以及包括第一子光源111和第二子光源112的光源11之外，前照明设备1还包括另外的透镜14。类似于图1，在图5的前照明设备1中，第一透镜12也包括第一光入射表面121和第一光出射表面122；并且第二透镜13也包括第二光入射表面131和第二光出射表面132。至于新引入的另外的透镜14，也设置有它自己的光入射表面141和它自己的光出射表面142。继续参考图5，另外的透镜14位于上游第一透镜12和下游第二透镜13之间的光学中间位置，并且被进一步配置为接收来自第一透镜12的光并将其投射朝向第二透镜13。应该注意，尽管在图5的前照明设备1中仅示出了单个另外的透镜14，但是这决不应该被认为是对本发明的限制。换句话说，根据本发明的另一个实施例，还可以有多于一个的另外的透镜14，每个另外的透镜14位于前照明设备1中包括的第一透镜12和第二透镜13之间的光学中间位置，这有助于例如在由车辆前方的由前照明设备1投射的整个光图案的光束整形中提供更大的灵活性。

还应该注意，所有上述实施例说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够设计许多替代实施例而不脱离本发明的范围和精神。尽管已经结合一些实施例描述了本发明，但是本发明不旨在仅仅局限于本文阐述的具体形式。相反，本发明的范围仅由所附权利要求限定。附加地，尽管一个特征可以看起来是结合特定实施例来描述的，但是本领域技术人员将认识到，所描述的实施例的各种特征可以根据本发明来组合。

此外，尽管各个特征可以被包括在不同的权利要求中，但是这些特征可以可能有利地组合，并且包括在不同的权利要求中不意味着特征的组合是不可行的和/或不利的。在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。动词“包括”及其变形的使用不排除权利要求中所陈述的元件之外的元件的存在。元件前面的冠词“一”或“一个”不排除多个这样的元件的存在。此外，提到“第一”、“第二”等仅仅被认为是标签，并且不意味着或描述以这些术语为前缀的特征的任何顺序、次序、关系或属性。在相互不同的独立权利要求中引用某些措施的纯粹事实不指示这些措施的组合不能被有利地使用。

附图标记的列表

1 前照明设备

11 光源

111 第一子光源

112 第二子光源

12 第一透镜

121 第一透镜的第一光入射表面

122 第一透镜的第一光出射表面

13 第二透镜

131 第二透镜的第二光入射表面

132 第二透镜的第二光出射表面

14 另外的透镜

141 另外的透镜的光入射表面

142 另外的透镜的光出射表面

L 前照明设备的光轴

d 第一子光源和第二子光源之间的间距

R 来自第一子光源、在穿过第一透镜后由第二透镜投射的光图案的半径

r 第一透镜的第一光入射表面的半径方向

x 第一空间方向

y 第二空间方向

z 第三空间方向。

Claims

1.一种用于车辆的前照明设备（1），包括：

光源（11），包括阵列中的多个子光源，和

第一透镜（12）和第二透镜（13），

所述第一透镜（12）被配置为接收来自所述光源（11）的光并将其重定向到所述第二透镜（13）上，其中所述第一透镜（12）包括第一光入射表面（121）和与其相对的第一光出射表面（122），并且

所述第二透镜（13）被配置为接收来自所述第一透镜（12）的光并将其投射朝向所述车辆前方的远场，

其特征是：

所述多个子光源包括位于所述前照明设备（1）的光轴（L）处的第一子光源（111），和与所述第一子光源（111）相邻并位于相对于所述前照明设备（1）的光轴（L）的离轴位置处的至少一个第二子光源（112），以及

所述第一透镜（12）的第一光入射表面（121）包括非球形表面，并且所述第一透镜（12）的第一光出射表面（122）设置有负彗差，使得来自所述第一子光源（111）、在穿过所述第一透镜（12）后由所述第二透镜（13）投射的光图案是中心对称的，并且具有大于所述第一子光源（111）和所述至少一个第二子光源（112）之间的间距（d）的50%的半径（R）。

2.根据权利要求1所述的用于车辆的前照明设备（1），其中

来自所述第一子光源（111）、在穿过所述第一透镜（12）后由所述第二透镜（13）投射的中心对称光图案具有大于所述第一子光源（111）和所述至少一个第二子光源（112）之间的所述间距（d）的60%的半径（R）。

3.根据权利要求1或2所述的用于车辆的前照明设备（1），其中

所述非球形表面的曲率由球形表面加上至少一个校正多项式（C(r)，C(x，y)）的叠加限定，每个校正多项式仅具有偶数阶。

4.根据权利要求3所述的用于车辆的前照明设备（1），其中

所述至少一个校正多项式（C(r)，C(x，y)）的最大阶数为16。

5.根据权利要求3所述的用于车辆的前照明设备（1），其中

所述非球形表面包括旋转对称表面，所述旋转对称表面具有由球形表面加上校正多项式（C(r)）的叠加限定的曲率，所述校正多项式是所述第一透镜（12）的第一光入射表面（121）的单个变量（r）的函数。

6.根据权利要求3所述的用于车辆的前照明设备（1），其中

所述非球形表面包括非旋转对称表面，所述非旋转对称表面具有由球形表面加上两个校正多项式（C(x，y)）的叠加限定的曲率，所述两个校正多项式中的一个是第一空间方向（x）的函数，并且所述两个校正多项式中的另一个是垂直于所述第一空间方向（x）的第二空间方向（y）的函数。

7.根据权利要求1或2所述的用于车辆的前照明设备（1），其中

所述非球形表面的曲率半径在从30 mm到40 mm的范围内。

8.根据权利要求1或2所述的用于车辆的前照明设备（1），其中

所述第一透镜（12）的第一光出射表面（122）具有由双曲线限定的曲率。

9.根据权利要求1或2所述的用于车辆的前照明设备（1），其中

所述第二透镜（13）包括第二光入射表面（131）和第二光出射表面（132），每个表面都包括球形表面。

10.根据权利要求1或2所述的用于车辆的前照明设备（1），其中

所述第一透镜（12）由聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）制成，或者

所述第二透镜（13）由镧火石玻璃（LAF）制成。

11.根据权利要求1或2所述的用于车辆的前照明设备（1），进一步包括：

一个或多个另外的透镜（14），位于所述第一透镜（12）和所述第二透镜（13）之间的光学中间位置处，其中

所述一个或多个另外的透镜（14）被配置成接收来自所述第一透镜（12）的光，并将其重定向到所述第二透镜（13）上。

12.根据权利要求11所述的用于车辆的前照明设备（1），其中

所述一个或多个另外的透镜（14）中的每一个都由聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）制成。

13.根据权利要求11所述的用于车辆的前照明设备（1），其中

所述一个或多个另外的透镜（14）中的每一个包括其自己的光入射表面（141）和其自己的光出射表面（142），每个表面都包括球形表面。

14.根据权利要求1或2所述的用于车辆的前照明设备（1），其中

所述第一子光源（111）和所述至少一个第二子光源（112）之间的所述间距（d）落在从0mm至1 mm的范围内。

15.根据权利要求1或2所述的用于车辆的前照明设备（1），其中

所述前照明设备（1）被配置成提供矩阵远光图案。