CZ201949A3 - Světelné zařízení pro vozidlo - Google Patents

Abstract

Popisuje se světelné zařízení pro vozidlo obsahující vyzařovací reflektor (15) RGB výstupního svazku (18) bílého světla, přičemž vyzařovacímu reflektoru (15) je svým výstupem přiřazen RGB zdroj bílého světla napojený na napájecí a řídicí zařízení (X). RGB zdroj bílého světla obsahuje RGB směšovač (0) s dvojicí dichroických ploch (12, 13), jimž jsou přiřazeny jednotlivé R, G, B zdroje (1, 2, 3) světla, přičemž napájecí a řídicí zařízení (X) je spřaženo s uživatelským nastavovacím prvkem (X1), který je uzpůsoben pro okamžitou úpravu nastavení barevné teploty RGB výstupního svazku (18) světla v dovoleném rozsahu v rámci RGB bílého světla bez změny světelného výkonu RGB výstupního svazku (18) světla, přičemž uživatelský nastavovací prvek (X1) je uzpůsoben k uložení ve vnitřním prostoru vozidla v dosahu řidiče.

Description

Světelné zařízení pro vozidlo

Oblast techniky

Vynález se týká světelného zařízení pro vozidlo obsahující vyzařovací reflektor RGB výstupního svazku bílého světla, přičemž vyzařovacímu reflektoru je svým výstupem přiřazen RGB zdroj bílého světla napojený na napájecí a řídicí zařízení.

Dosavadní stav techniky

Světelná zařízení motorových vozidel zpravidla obsahují několik osvětlovacích jednotek, kdy každá z těchto osvětlovacích jednotek zajišťuje jinou světelnou funkci nebo přispívá k zajištění požadované vyzařovací charakteristiky světelné stopy. Jednotlivé osvětlovací jednotky jsou zpravidla uloženy v tvarovaném nosném pouzdře svítilny, přičemž každá jednotka obsahuje alespoň jeden světelný zdroj a další optické elementy. Světelný zdroj emituje světelné paprsky a optické elementy jsou soustavou lámavých a odrazových ploch a rozhraní optických prostředí, které ovlivňují směr světelných paprsků při vytváření výstupní světelné stopy. V případě světlometů je optický systém uzpůsoben k emitaci světelného svazku světelných paprsků bílé barvy, přičemž je předepsána barevná teplota, kterou vyzařované bílé světlo může mít. Existují různé druhy zdrojů světla, které se odlišují barevnou teplotou vyzařovaného světla. Halogenové zdroje mají žlutou teplotu svého bílého světla a LED zdroje mají naopak modrou teplotu bílého světla. Nevýhodou doposud užívaných světlometů vozidel je přitom skutečnost, že optický systém světlometu je uzpůsoben k emitaci světla, které má zpravidla pouze jednu možnou barevnou teplotu vyzařovaného světla. Tato barevná teplota vyzařovaného světlaje nastavována výrobci světlometů již v procesu návrhu a výroby světelného zařízení. Mnoha uživatelům však tato nastavená barevná teplota vydávaného světla nemusí vyhovovat, přičemž změnu barevné teploty vyzařovaného světla lze u takových světlometů docílit pouze výměnou světelného zdroje, což však není uživatelsky přívětivé. Rovněž u těchto provedení není možné měnit barevnou teplotu vyzařovaného světla podle aktuálních podmínek okolního prostředí pro zvýšení bezpečnosti silničního provozu, například při dešti.

Ze stavu techniky je přitom známa řada osvětlovacích zařízení, u kterých lze částečně nebo zcela upravovat barevnou teplotu vyzařovaného světla.

Z EP 1835325 A2 je znám infračervený světelný modul pro čelní světlo vozidla, který obsahuje první světelný zdroj vyzařující infračervené záření podél první optické osy a druhý světelný zdroj vyzařující viditelné světelné záření podél druhé optické osy. V průsečíku optických drah je situováno dichroické zrcátko, uzpůsobené tak, aby došlo k odrazu infračerveného světelného záření emitovaného prvním světelným zdrojem a současně aby došlo k průchodu viditelného světelného záření emitovaného druhým světelným zdrojem. Světelné paprsky infračerveného záření vytvářejí svým odrazem na odrazném povrchu dichroického zrcátka virtuální světlo, které je uzpůsobeno částečné překrytí světlených paprsků viditelného záření. Infračervené i viditelné světlo jsou za dichroickým zrcátkem zaostřovány difrakční čočkou. Nevýhodu tohoto řešení je skutečnost, že není uzpůsobeno pro inteligentní RGB kalibraci a nastavení jasu vyzařovaného světla.

Ze spisů US 9435503 B2 a US 9829166 B2 jsou známa osvětlovací zařízení vozidla, která jsou vybavena kondenzační jednotkou sbírající červené, zelené a modré laserové světlo pro generování bílého laserového světla. Kondenzační jednotka obsahuje tři za sebou uspořádaná šikmo uspořádaná dichroická zrcadla, z nichž první odráží do společné výstupní světelné osy červené světlo z prvního světelného zdroje a propouští modré světlo z druhého světelného zdroje a zelené světlo z třetího světelného zdroje. Druhé dichroické zrcadlo odráží do společné výstupní světelné osy zelené světlo emitované druhým světelným zdrojem a propouští modré světlo

- 1 CZ 2019 - 49 A3 emitované třetím světelným zdrojem a odrážené do společné výstupní otické osy třetím dichroickým zrcadlem. Jednotlivé světelné kanály jsou před dichroickými zrcadly opatřeny usměrňovači optikou, například čočkami. Kondenzované bílé světlo vycházející z kondenzační jednotky je vysíláno na skenovací jednotku obsahující řízené pohyblivý reflektor, kterým se vytváří výstupní optická stopa bílého světla světlometu. Toto řešení slouží zejména pro dynamické řízení výsledné výstupní světelné stopy světlometu nebo spíše části světelné stopy světlometu. Zařízení sice principiálně umožňuje měnit barevnou teplotu výstupního bílého světla, ale tato změna je vždy řízena řídicím systémem světlometu podle předem nastavených hodnot v paměti zařízení a je zaměřena především na dosažení obecně požadované charakteristiky výstupního světla i při změně vlastností výstupního světla každé z použitých laserových diod. Další nevýhodou těchto uspořádání jsou extrémně úzké šířky pásma frekvencí každé z použitých R, G, B laserových diod, což způsobuje, že některé objekty osvícené bílým světlem vytvořeným zde popsaným složením R, G, B paprsků laserových diod jsou vidět jen velmi špatně nebo jsou vidět jako jinak barevné, než ve skutečnosti jsou. K potlačení tohoto negativního jevu nabízí řešení podle US9829166B2 určité rozšíření šířky pásma frekvencí kanálů R, G, B laserových diod vložením excitačního prvku před alespoň jednu z použitých R, G, B laserových diod, čímž se do výsledného bílého světla dodatečně vloží další frekvenční pásmo viditelného světla za účelem zlepšení viditelnosti objektů osvícených světlometem s laserovými diodami, jako zdroji světla. Společnou nevýhodou těchto řešení je nejen neměnitelnost barevné teploty výstupního bílého světla uživatelem vozidla podle jeho aktuálních potřeb, ale zejména i značná složitost, a tedy i cena a potenciální poruchovost světlometu v provozních podmínkách vozidla, přičemž případně vzniklá porucha na takovém světlometu je svépomocí na místě poruchy prakticky neodstranitelná bez výměny celé jednotky.

Ze US 20150375672 AI je známo osvětlovací zařízení, které je svým principem provedení na obr. 9 podobné řešení podle EP 1835325 A2. Barevná teplota výsledné světelné stopy tohoto provedení je stabilní a může být podle potřeby do určité míry měněna aplikací červeného laserového světla na phosfor tvořící svojí excitací po osvícení laserovými diodami emitor světla celé světelné jednotky. Jednotlivá laserová světla jsou vedena do oblasti kondenzačních čoček tak, aby modré a červené světlo dopadalo na dichroické zrcadlo, a to pod různými směry. Dichroické zrcadlo odráží modré laserové světlo a propouští červené laserové světlo, přičemž světlo je z dichroického zrcadla směrováno do ohniska parabolického reflektoru. Nevýhodu výše uvedeného řešení je skutečnost, že užití laserového světla si vyžaduje vysoký standard z hlediska bezpečnostních mechanismů kontrolujících správnou fůnkci systému. Další nevýhodu je skutečnost, že barevnou teplotu není možné nastavovat v rámci kolorimetrického trojúhelníku RGB.

Cílem vynálezu je odstranit nebo alespoň minimalizovat nevýhody dosavadního stavu techniky, zejména dosáhnout stabilní a neměnné světelné stopy s možností uživatelsky přívětivého individuálního nastavení barevné teploty výsledného světelného svazku, a to v rámci kolorimetrického trojúhelníku RGB, a to vše při zachování přizpůsobitelnosti světelného systému požadavkům na mechanický a optický design osvětlovacího zařízení vozidla, při dosažení příznivých finančních nákladů (finanční nenáročnost zařízení), a to i při případné implementaci bezpečnostních a kontrolních mechanismů do zařízení podle vynálezu.

Podstata vynálezu

Shora uvedené cíle vynálezu splňuje světelné zařízení vozidla, jehož podstata spočívá v tom, že RGB zdroj bílého světla obsahuje RGB směšovač s dvojicí dichroických ploch, jimž jsou přiřazeny jednotlivé R, G, B zdroje světla, přičemž napájecí a řídicí zařízení je spřaženo s uživatelským nastavovacím prvkem, který je uzpůsoben pro okamžitou úpravu nastavení barevné teploty RGB výstupního svazku světla v dovoleném rozsahu v rámci RGB bílého světla bez změny světelného výkonu RGB výstupního svazku světla, přičemž uživatelský nastavovací prvek je uzpůsoben k uložení ve vnitřním prostoru vozidla v dosahu řidiče.

-2 CZ 2019 - 49 A3

Takto vytvořené světelné zařízení vozidla je nejen uživatelsky přívětivé a dovoluje individuální nastavení barevné teploty vyzařovaného bílého světla každým řidičem, ale umožňuje dosáhnout i příznivých nákladů na výrobu, a to vše při zachování přizpůsobitelnosti světelného systému požadavkům na mechanický a optický design osvětlovacího zařízení vozidla, a to i při případné implementaci bezpečnostních a kontrolních mechanismů do zařízení podle vynálezu.

Objasnění výkresů

Vynález bude blíže objasněn pomocí svých příkladů provedení s odkazy na připojené schematické výkresy, kde ukazuje obr. 1 příčný řez světelným zařízením prvním příkladem vynálezu, obr. 2 příčný řez světelným zařízením druhým příkladem vynálezu, obr. 3 příčný řez světelným zařízením třetím příkladem vynálezu, obr. 4 příčný řez světelným zařízením čtvrtým příkladem vynálezu, obr. 5 příčný řez světelným zařízením pátým příkladem vynálezu, obr. 6 příčný řez světelným zařízením šestým příkladem vynálezu a obr. 7 příčný řez světelným zařízením sedmým příkladem vynálezu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Vynález bude popsán na několika příkladech provedení světelného zařízení pro vozidlo vyzařujícího bílé světlo prostřednictvím reflektorového projektoru.

V provedení na obr. 1 obsahuje světelné zařízení RGB podélný spojovací hranol 4, který je svojí délkou uspořádán ve směru na vyzařovací freeform reflektor 15 světelného zařízení, přičemž mezi výstupní stěnou 40 spojovacího hranolu 4 a vyzařovacím freeform reflektorem 15 je uspořádán fokusační optický člen 11. např. v podobě fokusační čočky atd. Vyzařovací freeform reflektor 15 je přitom odpovídajícím způsobem uspořádán vůči společnému ohnisku 19 s fokusačním optickým členem 11 a formuje RGB výstupní svazek světla 18. Na protilehlém konci spojovacího hranolu 4, tj. na opačném konci hranolu 4, než je výstupní stěna 40, je uspořádána vstupní stěna 41 zeleného světla, proti které je uspořádána zelená LED 1. Mezi zelenou LED 1 a vstupní stěnou 41 zeleného světla je uspořádán primární optický člen 5 zeleného světla 8, zde příkladně ve formě čočky. Spodní části boční stěny 42 spojovacího hranolu 4 je přiřazena modrá LED 2, přičemž mezi ní a spodní částí boční stěny 42 spojovacího hranolu 4 je uspořádán primární optický člen 6 modrého světla 9, zde příkladně ve formě čočky. Horní části boční stěny 42 spojovacího hranolu 4 je přiřazena červená LED 3, přičemž mezi ní a horní částí boční stěny 42 spojovacího hranolu 4 je uspořádán primární optický člen 7 červeného světla 10, zde příkladně ve formě čočky. Ve spodní části spojovacího hranolu 4 je šikmo vůči zelené LED j. i modré LED 2 uspořádána zeleno-modrá dichroická vrstva 12, přičemž v horní části spojovacího hranolu 4 je šikmo vůči červené LED 3 uspořádána zeleno-modro-červená dichroická vrstva 13. Spojovací hranol 4 se specifickými dichroickými vrstvami 12. 13 tvoří RGB směšovač 0.

V provedení na obr. 2 je před vyzařovacím ED reflektorem 15 světelného zařízení, který je odpovídajícím způsobem uspořádán vůči společnému ohnisku 19 s fokusačním optickým členem 11. uspořádána výstupní kondenzační optika 17, např. čočka, přičemž mezi vyzařovacím ED reflektorem 15 a výstupní kondenzační optikou 17 je v jejich společném ohnisku 20 uspořádána clona 16 uzpůsobená pro vytvoření horní hrany projektovaného RGB výstupního svazku 18 světla.

V provedení na obr. 3 je před vyzařovacím ED reflektorem 15 světelného zařízení, který je odpovídajícím způsobem uspořádán vůči společnému ohnisku 19 s fokusačním optickým členem 11, uspořádána výstupní kondenzační optika 17, např. čočka, pro vysvícení projektovaného RGB výstupního svazku 18 světla.

-3 CZ 2019 - 49 A3

V provedení na obr. 4, které je ve své podstatě modifikovaným provedením podle obr. 3, je podélný spojovací hranol 4 se specifickými dichroickými vrstvami 12 a 13 nahrazen dvojicí specifických dichroických zrcadel 12, 13 (zeleno-modré, zeleno-modro-červené) a vzduchovými mezerami, které dohromady tvoří RGB směšovač 0, stejně jako spojovací hranol 4 se specifickými dichroickými vrstvami 12 a 13.

V provedení na obr. 5 je zelená LED ]_ z provedení podle obr. 1 až 4 nahrazena zelenou laserovou diodou 1L. přičemž zelený svazek 8 světla je od zelené laserové diody 1L přes primární optický člen 50 zeleného světla 8 naveden do vstupu světlovodu 21, např. optického vlákna, jehož výstup je uspořádán proti sekundárnímu otickému členu 5 zeleného světla 8 přiřazenému spodní straně RGB směšovače 0.

V provedení na obr. 6, které je modifikovaným provedením z obr. 5, je RGB směšovač 0 tvořen vláknovým optickým směšovačem 22, do kterého ústí svými výstupy trojice světlovodů 21, kde vstupu prvního světlovodu 21 je přes primární optický člen 5 zeleného světla 8 přiřazena zelená laserová dioda 1L. vstupu druhého světlovodu 21 je přes primární optický člen 6 modrého světla 9 přiřazena modrá LED 2 a vstupu třetího světlovodu 21 je přes primární optický člen 7 červeného světla 10 přiřazena červená LED 3.

Zeleno-modrá dichroická vrstva nebo zrcadlo 12 propouští zelené světlo 8 a odráží modré světlo 9 do společné osy na zeleno-modro-červenou dichroickou vrstvu nebo zrcadlo 13 propouštějící zelené světlo 8 a modré světlo 9 a odrážející červené světlo 10 do společné výstupní osy RGB zdroje bílého světla.

Zelená LED 1, případně zelená laserová dioda 1L. modrá LED 2 a červená LED 3 jsou napojeny na napájecí a řídicí zařízení X, které je uzpůsobeno k napájení a řízení jednotlivých LED 1, 2, 3 a případné zelené laserové diody 1L k vydávání bílého RGB světla na výstupu z RGB směšovače 0, přičemž napájecí a řídicí zařízení X je spřaženo s uživatelským nastavovacím prvkem XI. který je uzpůsoben pro okamžitou úpravu nastavení barevné teploty RGB výstupního svazku 18 světla v dovoleném rozsahu v rámci RGB bílého světla bez změny světelného výkonu RGB výstupního svazku 18 světla. Tento uživatelský nastavovací prvek XI je situován ve vnitřním prostoru vozidla, ideálně pak v dosahu řidiče, resp. je uzpůsoben k uložení ve vnitřním prostoru vozidla, a dovoluje obsluze vozidla uživatelsky nastavit barevnou teplotu aktuálně vysvěcovaného bílého světla v rámci rozsahu povolených barevných teplot pro bílé světlo vysvěcované světelným zařízením pro vozidlo. Primárně tedy jsou zelená LED j_, případně zelená laserová dioda 1L. modrá LED 2 a červená LED 3 napájeny a řízeny napájecím a řídicím zařízením X k vysvěcování světla příslušné nastavené barvy (např. bílá), přičemž v rámci povoleného (normy, předpisy, zákonná ustanovení atd.) rozsahu barevných teplot tohoto světla příslušné barvy' se uživatelským nastavovacím prvkem XI nastaví aktuální barevná teplota tohoto světla příslušné barvy.

Příkladně uživatelský nastavovací prvek XI obsahuje analogový nebo digitální potenciometr s otočným nebo posuvným ovládacím prostředkem, nebo uživatelský nastavovací prvek XI obsahuje tlačítko či soustavou tlačítek, nebo obsahuje interaktivní ovládací prvky na dotykovém ovládacím panelu uvnitř vozidla atd.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Světelné zařízení pro vozidlo obsahující vyzařovací reflektor (15) RGB výstupního svazku (18) bílého světla, přičemž vyzařovacímu reflektoru (15) je svým výstupem přiřazen RGB zdroj bílého světla napojený na napájecí a řídicí zařízení (X), vyznačující se tím, že RGB zdroj bílého světla obsahuje RGB směšovač (0) s dvojicí dichroických ploch (12, 13), jimž jsou přiřazeny

   -4 CZ 2019 - 49 A3 jednotlivé R, G, B zdroje (1, 2, 3) světla, přičemž napájecí a řídicí zařízení (X) je spřaženo s uživatelským nastavovacím prvkem (XI), který je uzpůsoben pro okamžitou úpravu nastavení barevné teploty RGB výstupního svazku (18) světla v dovoleném rozsahu v rámci RGB bílého světla bez změny světelného výkonu RGB výstupního svazku (18) světla, přičemž uživatelský nastavovací prvek (XI) je uzpůsoben k uložení ve vnitřním prostoru vozidla v dosahu řidiče.
2. 2. Světelné zařízení pro vozidlo podle nároku 1, vyznačující se tím, že RGB směšovač (0) je tvořen spojovacím hranolem (4), v jehož spodní části je šikmo vůči zelené LED (1) nebo laserové diodě (1L) i modré LED (2) uspořádána zeleno-modrá dichroická vrstva (12), přičemž v horní části spojovacího hranolu (4) je šikmo vůči červené LED (3) uspořádána zeleno-modro-červená dichroická vrstva (13).
3. 3. Světelné zařízení pro vozidlo podle nároku 1, vyznačující se tím, že RGB směšovač (0) je tvořen dvojicí dichroických zrcadel (12, 13) a vzduchovými mezerami, kde zeleno-modré dichroické zrcadlo (12) je uspořádáno šikmo vůči zelené LED (1) nebo laserové diodě (1L) i modré LED (2) a zeleno-modro-červené dichroické zrcadlo (13) je uspořádáno šikmo vůči červené LED (3).
4. 4. Světelné zařízení pro vozidlo podle nároku 1, vyznačující se tím, že RGB směšovač (0) je tvořen vláknovým optickým směšovačem (22), do kterého ústí svými výstupy trojice světlovodů (21), kde vstupu prvního světlovodů (21) je přiřazena zelená laserová dioda (1L), vstupu druhého světlovodů (21) je přiřazena modrá LED (2) a vstupu třetího světlovodů (21) je přiřazena červená LED (3).
5. 5. Světelné zařízení pro vozidlo podle kteréhokoli z nároků 2 až 4, vyznačující se tím, že každý z R, G, B zdrojů (1, 2, 3) světlaje příslušnému vstupu do RGB směšovače (0) přiřazen přes primární optický člen (5, 6, 7).
6. 6. Světelné zařízení pro vozidlo podle kteréhokoli z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že uživatelský nastavovací prvek (XI) obsahuje analogový nebo digitální potenciometr s otočným nebo posuvným ovládacím prostředkem, nebo obsahuje tlačítko nebo soustavou tlačítek, nebo obsahuje interaktivní ovládací prvky na dotykovém ovládacím panelu uvnitř vozidla.