従って、照明システムレンズを十分に加熱して雪や氷を溶かし照明システムレンズの光の透過性が低減するのを回避できる改善されたシステムと方法が求められている。
本技術は照明システムレンズの加熱システムと方法を提供する。
1つの形態では、本技術はLED照明システムのレンズを加熱するためのシステムを提供する。
別の形態では、本技術はLED照明システムの加熱方法を提供する。
本技術の1つの実施例に従い、照明システムのレンズ加熱システムが開示される。このシステムは略透明な熱可塑性基板と、この熱可塑性基板上の導電性インク回路又は導電性フィルム回路と、を備えている。
幾つかの実施例では、この加熱システムは動作可能に結合されたレンズ加熱コントローラを有するレンズ加熱回路をさらに備えている。
幾つかの実施例では、導電性インク回路は熱可塑性基板上にスクリーン印刷される。
幾つかの実施例では、導電性インク回路は導電性銀配線である。
幾つかの実施例では、導電性フィルム回路は導電性銀配線である。
幾つかの実施例では、導電性インク回路の加熱出力は正の温度係数(PTC)のインク配線を利用した導電性インク回路の温度に基づいて制御される。
幾つかの実施例では、加熱システムは導電性インク回路上に誘電体上塗りをさらに備えている。
幾つかの実施例では、導電性インク回路は約5Ω〜300Ωの範囲の抵抗を有している。
幾つかの実施例では、導電性インク回路は略均一な長さの複数の配線を備えている。
幾つかの実施例では、複数の配線は非電力接続側にあるバスバによって接続されている。
幾つかの実施例では、複数の配線は約0.05mm〜1.0mmの範囲の幅を有している。
幾つかの実施例では、導電性インク回路は平方インチあたり約1Wを出力する。
幾つかの実施例では、導電性インク回路は略透明なインクからなる。
幾つかの実施例では、レンズ加熱コントローラは導電性インク回路の電圧を制御して、導電性インク回路によって消費される電力を増減する。
幾つかの実施例では、加熱システムは照明システムレンズをさらに備え、導電性インク回路が照明システムレンズの内側で露出され続ける。
本技術の別の実施例に従い、加熱されたレンズを有するLED照明システムアセンブリが開示される。このアセンブリは、レンズ内部側とレンズ外部側を有するレンズとベースとを備えたハウジングと、レンズを通して照明を提供するためにベース内に位置する少なくとも1つのLEDと、レンズヒーターコントローラと、レンズヒーターコントローラと動作可能に結合されたレンズヒーター回路と、レンズ内部側に位置付けられた略透明な熱可塑性基板と、レンズヒーター回路と動作可能に結合された熱可塑性基板上の導電性インク回路又は導電性フィルム回路と、を備えている。
幾つかの実施例では、熱可塑性基板上の導電性インクは、射出成形ツールのコア上のポケット内に導電性インクをコアと反対側になるように載置され、導電性インク側は最終照明システムレンズ部分上で露出され続ける。
幾つかの実施例では、熱可塑性基板上の導電性インクは、射出成形ツールのキャビティ側にくっつけて導電性インク側が熱可塑性基板と最終照明システムレンズ部分との間に封入されるように載置される。
幾つかの実施例では、次に熱可塑性樹脂が熱可塑性基板上に外側被覆(over mold)され、熱可塑性基板の非印刷側にのみボンディングされる。
幾つかの実施例では、射出成形ツールが真空を用いてコア内に熱可塑性基板を載置し保持する。
幾つかの実施例では、ルーメンと強度の両方の項目において90%以上の透過率が得られる。
本技術の別の実施例に従い、照明システムのレンズ加熱方法が開示される。この方法は、導電性インク回路又は導電性フィルム回路を略透明な熱可塑性基板上に塗布し、レンズ内部側とレンズ外部側の少なくとも1つに略透明な熱可塑性基板上の前記導電性インク回路又は導電性フィルム回路を貼り付け、導電性インク回路又は導電性フィルム回路に制御された電力を加えてレンズを加熱する、ことを特徴とする。
幾つかの実施例では、この方法は、導電性インク回路又は導電性フィルム回路の近傍でPTC配線を付加し、PTC配線の抵抗値を検出し、PTC配線の検出した抵抗値に基づいて、導電性インク回路又は導電性フィルム回路に加える電力を制御する、ことをさらに備える。
本技術の他の実施形態によれば、レンズ加熱システムが開示されている。レンズ加熱システムは、略透明な熱可塑性基材と、熱可塑性基材上に配置されて熱可塑性基材を加熱する導電性インク回路または導電性フィルム回路とを含むことができる。レンズ加熱システムは、レンズヒーターを含み、レンズヒーターコントローラに動作可能に結合されたレンズヒーター回路をさらに含むことができる。コントローラは、レンズ外面に関連する温度を測定し、温度が閾値温度以下であるという測定に応答してレンズヒーターを作動させるように構成することができる。レンズ加熱システムは、複数のピンを含むばねコネクタをさらに含むことができ、ピンは導電性インク回路または導電性フィルム回路に結合するように構成され、ピンはさらにピンと導電性インク回路または導電性フィルム回路との間の電気接続を提供するように構成される。
いくつかの実施形態では、コントローラはサーミスタに結合することができ、サーミスタはレンズの外面に関連する温度を測定するように構成される。
いくつかの実施形態では、サーミスタは、負温度係数(NTC)サーミスタとすることができる。
いくつかの実施形態では、ばねコネクタは、略透明な熱可塑性基板に結合されたレンズ内に少なくとも部分的に配置することができる。
いくつかの実施形態では、レンズヒーター回路は回路基板を含むことができ、ばねコネクタは回路基板に表面実装されている。
いくつかの実施形態では、システムは導電性インク回路または導電性フィルム回路の第2バスバに結合した第2ばねコネクタをさらに備え、ばねコネクタは導電性インク回路または導電性フィルム回路の第1バスバに結合している。
本技術の他の実施形態によれば、照明システムのレンズを加熱する方法が開示されている。この方法は、略透明な熱可塑性基材上に導電性インク回路または導電性フィルム回路を塗布すること、および略透明な熱可塑性基材上の導電性インクまたはフィルム回路を、内部レンズ側および外部レンズ側の少なくとも一方に貼り付けることを含み得る。この方法はさらに、導電性インク回路または導電性フィルム回路に対して複数のピンを有するばねコネクタを位置決めすることと、ピンと導電性インク回路または導電性フィルム回路との間に電気的接続を確立することと、導電性インクまたはフィルム回路に制御された電力を加えてレンズを加熱することを含み得る。
いくつかの実施形態では、位置決めする工程が、ピンが電気的接続を確立することに対応する所定の量だけ撓むまで、ばねコネクタを導電性インク回路または導電性フィルム回路に向かって移動させる工程を含み得る。
いくつかの実施形態では、この方法は、無線モジュールから値を受け取り、その値に基づいて導電性インク回路または導電性フィルム回路に電力を供給する工程をさらに含み得る。
いくつかの実施形態では、この方法は、速度センサから速度値を受け取り、速度値が所定の閾値を超えているか判定し、速度値が前記所定の閾値を超えていると判定したことに応答して、所定量の電力を導電性インク回路または導電性フィルム回路に供給する工程をさらに含み得る。
いくつかの実施形態では、この方法は、光センサから光学値を受け取り、光学値が所定の閾値未満か判定し、光学値が前記所定の閾値未満であると判定したことに応答して、所定量の電力を導電性インク回路または導電性フィルム回路に供給する工程をさらに含み得る。
いくつかの実施形態では、この方法は、ばねコネクタを少なくとも部分的に略透明な熱可塑性基板に結合されたレンズ内に位置決めする工程をさらに含み得る。
本技術の他の実施形態によれば、加熱照明システムが提供される。このシステムは、略透明な熱可塑性基板と、熱可塑性基板を加熱するために熱可塑性基板上に配置された導電性インク回路または導電性フィルム回路と、熱可塑性基板と接触するレンズと、複数のばねコネクタを含む相互接続アセンブリと、を含み得る。ばねコネクタは、導電性インク回路または導電性フィルム回路と接触するように配置され、相互接続アセンブリは少なくとも部分的にレンズ内に配置することができる。
いくつかの実施形態では、相互接続アセンブリは、導電性インクまたはフィルム回路に電力を供給するように構成することができる。
いくつかの実施形態では、レンズは、相互接続アセンブリの少なくとも一部および熱可塑性基板の少なくとも一部に接着することができる。
いくつかの実施形態では、導電性インク回路または導電性フィルム回路は、レンズの外面に配置することができる。
いくつかの実施形態では、レンズは熱可塑性ポリマーから構成することができる。
本技術の他の実施形態によれば、加熱照明システムを製造する方法が開示されている。この方法は、略透明な熱可塑性基材上に導電性インク回路または導電性フィルム回路を塗布し、射出成形ツールのキャビティ内に熱可塑性基板を配置し、射出成形ツールのコアのポケット内に相互接続アセンブリを配置することを含み得る。この方法は、相互接続アセンブリを熱可塑性基板に対して位置決めして、相互接続アセンブリと熱可塑性基板との間に電気的接続を確立し、樹脂を前記射出成形ツールに注入する工程をさらに含み得る。相互接続アセンブリは、電気接続を介して導電性インク回路または導電性フィルム回路に電力を供給するように構成することができる。
いくつかの実施形態では、相互接続アセンブリは複数のピンを含み、相互接続アセンブリを熱可塑性基板に対して位置決めする工程は、導電性インク回路または導電性フィルム回路に対して複数のピンを撓ませる工程を含み得る。
いくつかの実施形態では、樹脂を前記射出成形ツールに注入する工程は、相互接続アセンブリの少なくとも一部および導電性インク回路または導電性フィルム回路の少なくとも一部を外側被覆する工程を含み得る。
いくつかの実施形態では、キャビティ内に熱可塑性基板を配置する工程が、導電性インク回路または導電性フィルム回路をキャビティとは反対側に配置する工程を含み得る。
以下の詳細な説明を徹底的に吟味して検討すれば、これらと他の利点はより明確になるであろう。また、上記で議論された実施例は個別の実施例としてリストされる一方で、上述の複数の実施例はそこに含まれるすべての要素を備えて、全体として又は部分的に組み合わせることができる。
以下の詳細な説明を検討すれば、本発明が更に良く理解されるであろうし、また上述した以外の特徴や長所が明らかとなるであろう。このような詳細な説明は以下の図面を参照する。
図中の各要素は簡潔性と明確性のために描かれており、実寸大に描く必要がないことは当業者には理解できるでしょう。例えば、図中の幾つかの要素の寸法及び/又は相対的な位置は他の要素に対して誇張されており、本発明の様々な実施例の理解を深めるために役立っている。また、商業的に実現可能な実施例において有用又は必要な一般的で良く知られた要素は、これらの様々な実施例のより見易い図を得るために、しばしば図示されていない。さらに、特定の動作及び/又は工程が、具体的な発生順に記載され、描かれているが、順序に関するそのような特定は実際には必要ないことが当業者には理解されるでしょう。また、ここで用いる用語や表現は、特に異なる具体的な意味であるとの明示が無ければ、当該技術分野における当業者が用いる通常の技術的意味を有することが理解されるでしょう。
本発明の各実施例を詳細に説明する前に、本発明の用途は、以下の記載や図面に示された構造の詳細や部品の配置に限定されないことを理解するべきである。本発明は他の実施例でも可能であり、様々な方法で実施できる。また、ここで用いる表現や用語の使用は説明を目的としており、発明を限定するものと見なすべきでない。また、ここに記載の「右」「左」「前」「後」「上」「下」やそのバリエーションは、説明を目的としており、発明を限定するものと見なすべきでない。ここに記載の「含む」「備える」「有する」やそのバリエーションの使用は、列挙された項目とその等価物を包含することを意味する。特に具体的に明示しない限り、用語「取付け」「接続」「支持」「結合」やそのバリエーションは、広く用いられ、直接的又は間接的な取付け、接続、支持、結合を包含する。また、「接続」や「結合」は、物理的又は機械的接続や結合に限定されない。
以下の説明は、当業者が本発明の実施例を作成し使用できるように提示する。図示の実施例の様々な変形は、当業者に容易に明らかであり、ここに記載の包括的な原理は、本発明の実施例から逸脱することなく、他の実施例や用途に応用できる。このように、本発明の実施例は開示した実施例に限定することを意図したものではなく、ここに開示した原理や特徴と一致した最大範囲を認められるべきである。以下の詳細な説明は、図面を参照して解釈され、異なる図面内の類似の要素は類似の参照符号が付されている。実寸大であることが不必要な図面は選択した実施例を示し、本発明の実施例の範囲を限定することを意図していない。ここに提供された例が多くの有用な代替物を有し、本発明の実施例の範囲内であることを、当業者は認めるでしょう。
一定のLED照明システムの氷結を避けるために、高い光透過性を有するレンズヒーターが必要である。図1、2を参照して、幾つかの実施例では、外側被覆したスクリーン印刷による導電回路を、照明システム20の加熱素子として用いることができる。照明システム20は、ベース28とレンズ32を備えたハウジング24を有することができる。レンズ32はレンズ内側36とレンズ外側40を有する。レンズ32を通して照明を提供するために、少なくとも1つのLED44がベース28内に位置付けられる。レンズヒーターアセンブリ70はレンズヒーターコントローラ48を備え、レンズヒーター回路52が動作可能にレンズヒーターコントローラ48に結合している。幾つかの実施例では、略透明な熱可塑性基板60がレンズのレンズ内側36に位置付けられ、導電性インク回路又は導電性フィルム回路66が熱可塑性基板66上に位置付けられて動作可能にレンズヒーター回路52と結合する。幾つかの実施例では、反射体68が1つ以上のLED44からの照明光をガイドするために含まれる。
幾つかの実施例では、加熱素子の加熱出力は正の温度係数を持つ(PTC)インク配線を利用した加熱素子配線の温度に基づいて調節される。
図3にレンズヒーター回路52の実施例を示す。レンズヒーター回路52はレンズ32と結合するか又はベース28内に位置する。図3に示すようにレンズヒーター回路52がレンズ32と結合した場合、電力線56(図2参照)がベース28から延びてレンズヒーター回路52のコネクタ54と接続される。幾つかの実施例では、レンズヒーター回路52からの電力を導電性インク回路66に供給するために、導体素子58が用いられる。導体素子58は例えばバネ又は電線である。
図4、5に加熱素子として用いられる導電性インク回路又は導電性フィルム回路66の実施例を示す。インクとフィルムという用語はここでは同じ意味で用いられている。幾つかの実施例では、導電性フィルム66は導電性銀配線である。他の抵抗素子も導電性フィルムとして用いることができる。図4は透明基板フィルム60上にスクリーン印刷された導電性銀配線を示す。幾つかの実施例では、基板60は熱可塑性ポリマーである。幾つかの実施例では、基板60はポリカーボネート基板である。また、他の基板材料も用いることができる。図5にテストの為に予め照明システムレンズ32に取付けられた基板60上の導電性フィルム66を示す。基板60は任意の透明な又は略透明な基板フィルムとすることができる。不透明基板も用いることができる。
複数の種類のインクを誘電体上塗り有り/無しで用いてレンズヒーターアセンブリ70の実施例がテストされた。レンズヒーターアセンブリ70は複数の基板厚さに対してもテストされた。図6に様々な構成に対する抵抗値再現性データを示す。幾つかの実施例では、レンズヒーター回路52は用途に応じて約5Ω〜約300Ωの範囲の抵抗値を有する。幾つかの12〜24V照明システム用途では、約30Ω程度である。他の電圧値や抵抗値も考えられる。
レンズヒーターアセンブリ70の1つのバージョンは、既存の成形外側レンズ32にテープ留めされ、ランプアセンブリだけでなく独立したレンズにも加熱試験が実施された。図7、8に、照明システムアセンブリ20の熱画像(図7)とレンズヒーターアセンブリ70に通電した状態でのレンズ32のみの熱画像(図8)を示す。各図では、温度を参照符号72が熱い、74が温かい、76が涼しい、78が冷たい状態を表示している。これらの熱い、温かい、涼しい、冷たいという記述は相対的な用語で、照明システム20によって形成される温度範囲の階調表現を意図している。
図9に−20℃で飽和した冷却チャンバ内で約2mm厚の氷結層80を付けた照明システム20を示す。次に図10に、例えばロービームとハイビームのLED44に電圧を印加すると共に、レンズヒーター回路52に電圧を印加して約18ワット消費している同じ照明システム20を示す。氷結層80は、視覚領域(optical area)84から数分で除去された。冷却チャンバは相当量の空気の対流と共に−20℃を維持した。
図11に不均等な配線長を有する配線88で構成されたレンズヒーター回路52を備えた一実施例を示す。この配置は配線88の不均一な発熱を引き起こした。この配置は、一定の用途に対し有用である。エッジ96と比較して中央92がわずかにより熱くなっているのが見られた。図12に、概して均等な長さの配線88を備えた別の実施例を示す。より均一な発熱が見られた。配線88は非電力接続端104上のバスバ100と接続されて、均等な配線長を可能にしている。各図では、温度を参照符号72が熱い、74が温かい、76が涼しい、78が冷たい状態を表示している。これらの熱い、温かい、涼しい、冷たいという記述は相対的な用語で、照明システム20によって形成される温度範囲の階調表現を意図している。
幾つかの実施例では、銀ベースのスクリーン印刷可能なインクがレンズヒーター配線88として用いられる。銀は配線が非常に薄い場合でも低抵抗配線を可能にする。幾つかの実施例では、このインクは約5〜15μmの厚さで印刷される(別の実施例では、この厚さより以上/以下に変化する)。他の導電性インクも様々な用途に対して全体的な抵抗値要件が合致すれば利用することができる。
幾つかの実施例では、加熱素子として用いるレンズヒーター配線の幅は約0.35mmである。これは様々な実施例によって約0.05mm〜約1.0mmまで変化する。レンズ面全体を均一に加熱するために、レンズヒーター配線は約8mmの間隔を開けている。この距離は約15mmまで増やしてもまだ効果的であり、他の用途では小さくなる。他の寸法も可能である。
幾つかの実施例では、レンズヒーター回路52の全体的な抵抗値は約30Ωである。他の実施例では、これは約5Ω〜約300Ωまで様々な設計において変化する。
テストを通して、平方インチ当たり約1Wを熱可塑性ポリマー外側レンズ32の内面に加えることが、効率的に氷を除去できるLEDランプの視覚領域当たりの電力として十分な量であることが判明した。他の実施例では、別の設計において平方インチ当たり2W以上にまで増加する。照明システム20の幾つかの実施例では、約18ワットのエネルギーを消費するように設計されている。他の消費量も可能である。
他の実施例では、レンズヒーター部分は必ずしも導電性インクの不透明配線は必要ではない。レンズヒーター配線88は例えば約85%以上又は以下の透過率を有する略透明インクとすることができ、ヒーター基板60の表面の一部又は全部を覆うことができる。この透明インクは、バスバや電力入力接続点を形成するために、その上にスクリーン印刷でより導電性の高いインクを備えてもよい。透明な導電性インクの非限定的な例では、インジウムスズ酸化物、銀や銅のマイクロ箔グリッド(Micro Foil Grid)だけでなく、カーボン又はグラファイトナノテクノロジー、銀のマイクロ又はナノ構造などに基づいた導電性の高いインクを備える。
上述のように、PTCインク配線108もレンズヒーター回路52に組み込むことができる。図13は、PTCインクの主要特性を示すグラフである。温度が上昇すると、PTCインクの抵抗値も上昇する。所定の温度から、抵抗値は指数関数的に増加する。幾つかの実施例では、PTC配線108は1つ以上のレンズヒーター配線88の近傍に設けられる。幾つかの実施例では、レンズヒーター配線88の温度が約40℃〜60℃に近づくと、PTC配線の抵抗値は無限大に向かう。レンズヒーターコントローラ48は抵抗値のこの変化を識別して、動作中レンズヒーター配線88が約40℃を維持するようにレンズヒーター回路52に供給する電圧を変化させる。幾つかの実施例では、ヘンケル社(Henkel AG & Company, KGaA)の提供する40℃用PTCインクを用いる。デュポン社(Dupont)からや他からのPTCインクも用いることができる。
図14に(レンズヒーター回路52を省略し)温度検知のためのPTC配線108を備えたレンズヒーターアセンブリ70のレイアウト実施例を示す。対向するバスバ120と共に、幾つかの実施例では、ほとんど又はすべての配線が略均等な長さで均一に加熱できる。複数の接続点が存在する(電力バスバ116当たり1つ以上の接続点を有して1つの接続点を通る電流を低減できる)。上部接続点128と下部接続点132はレンズヒーター配線88を横断する電位を支持する。上部接続点128と中央接続点136は、サーミストとして機能するPTC配線108を横断する抵抗値の測定を可能にする。
図15にPTC配線108の拡大図を示す。PTC配線108はレンズヒーター配線88に沿って走っているので、レンズヒーター配線88と同等の温度を有する。レンズヒーター配線88が40℃に近づくと、PTC配線108の抵抗値は指数関数的に増加し始める。指数関数曲線144(図13参照)のある点で、レンズヒーターコントローラ48はレンズヒーター電圧を規制し始めて、レンズヒーター回路52によって消費される電力を低減する。
図16にレンズヒーターを備えた照明システムレンズを形成するための射出成形治具146内でのインク66とスクリーン印刷された基板60の位置を示す。図17は部分拡大図である。スクリーン印刷された導電性インク66のパターンを備えた透明基板60は、インク側をコア148に対向させてコア148内のポケットに載置される。この配置では、露出したインク側は、最終的な照明システムのレンズ部分32上に露出されたままである。次に溶融樹脂が基板60を外側被覆して、透明基板60の非印刷側のみに結合する。幾つかの実施例では、例えばポリカーボネート材のような様々な種類の熱可塑性ポリマーが、レンズ32のための注入樹脂152として利用される。インク66側が最終照明システムのレンズ部分32上に露出されたままである限り、他のアセンブリ配置も考えられる。
図18にレンズヒーターを備えた照明システムレンズを形成するための射出成形治具146内でのインク66とスクリーン印刷された基板60の位置の代替的な配置を示す。図19は部分拡大図である。インク66は治具の空洞側156に対向して載置された透明基板60と共に封入されている。
レンズヒーター配線88がスクリーン印刷された熱可塑性フィルム基板の外側被覆が成功したことを試験が示した。両方が射出成形治具のコアにテープ留めされて、材料が空洞156に対してラベルを持ち上げることを防いだ。治具146は、熱可塑性基板60と導電性インク66をコア148に向けて窪みを作るようにして、真空中でそこに保持されるように変形できる。幾つかの実施例では、導電性インク66はレンズ32の内部側36上に露出される。
図20はロービーム照明とハイビーム照明でのレンズヒーター配線88の光学的影響を示すテーブルである。照明出力に対するレンズヒーター配線88の光学的影響は最小限であり、感知できない程度であり、より薄いレンズヒーター配線を通してさらに影響を低減できる。幾つかの実施例では、ルーメンと強度の両方に関し、90%以上の透過率が得られた。これは、レンズヒーター配線の厚さと導電性配線66と基板60に用いる材料とを変えることによって、照明システム用途に応じて変化させることができる。
図21に照明システム200の代替的な実施例を示す。照明システム200は、ベース204とレンズ208を備える。レンズ208はレンズ内側216とレンズ外側212を有する。少なくとも1つのLED220がベース204内に位置してレンズ208を通した照明を提供する。レンズヒーターアセンブリ222は、レンズヒーターコントローラ224と、レンズヒーターコントローラ224に動作可能に結合したレンズヒーター回路228を備える。幾つかの実施例では、略透明な熱可塑性基板232がレンズのレンズ内側216に位置付けられ、導電性インク回路又は導電性フィルム回路236が熱可塑性基板232上に位置付けられてレンズヒーター回路228と動作可能に結合する。幾つかの実施例では、反射板240が1つ以上のLED220からの照明をガイドするために含まれる。幾つかの実施例では、レンズヒーター回路228は、レンズヒーター回路228からの電力を導電性インク回路236に伝達可能な1つ以上の接点248を備える。例えばバネ又は電線のような導電素子244が設けられて、接点248と導電性インク回路236上の接点252とを電気的に接続する。幾つかの実施例では、導電素子244は反射板240を貫通してレンズヒーター回路228からの電力を導電性インク回路236に供給する。
図22〜図29を参照すると、本開示の実施形態による照明システム256の構成要素が示されている。照明システム256はベース260とレンズ264を含むことができる。図示のように、レンズ264は、内側レンズ面268と外側レンズ面272とを有する。いくつかの実施形態によれば、少なくとも1つのLED276をベース260内に配置してレンズ264を通して照明を提供することができる。照明アセンブリ280(例えば、図24に示すように)は、少なくとも1つのLED276に供給される電力を制御するために少なくとも1つのLED276に結合されたコントローラおよび/または調整回路を含むことができる。さらに、照明アセンブリ280は、相互接続アセンブリ284に供給される電力および/または照明アセンブリ280と相互接続アセンブリ284との間の通信を制御するために、(例えば、図25に示すように)相互接続アセンブリ284に結合することができる。以下に説明するように、相互接続アセンブリ284を使用して熱可塑性基板288に熱を供給することができる。
いくつかの実施形態において、(例えば、図25に示されるように)熱可塑性基材288は、略透明な熱可塑性樹脂を含む特定の材料から作製することができる。導電性フィルム回路とも称される導電性インク回路292を熱可塑性基板288上に配置し、相互接続アセンブリ284に結合することができ、その詳細は後述する。いくつかの実施形態では、導電性インク回路292は、スクリーン印刷などの既知の技術を使用して熱可塑性基板288上に堆積させた導電性銀を含むことができる。導電性インク回路292は、適切な電力が導電性インク回路292に供給されると熱を供給することができる。
いくつかの実施形態において、導電性インク回路292は、(例えば、図25に示されるように)内側熱可塑性基板表面296上に配置することができる。加えて、内側熱可塑性基板表面296をレンズ264の上に配置することができる。熱可塑性基板の外側表面300は、照明システム256を囲む環境(例えば、低温を含む)にさらされる可能性がある。いくつかの実施形態において、導電性インク回路292は、レンズ264と比較したときの熱可塑性基板288の相対的な厚さのために、熱可塑性基板288がレンズ264の上(top)に(例えば、レンズ264の上(over)に)配置されたときに照明システム256上に氷が形成されるのを効率的に防止し得る。熱可塑性基板の厚さが薄いほど、熱を照明システム256の最表面にさらに効率的に伝達することができ、氷が堆積して少なくとも1つのLED276からの照明を妨げる可能性を防ぐことができる。
いくつかの実施形態では、相互接続アセンブリ284は、導電性インク回路292に電力を供給するために導電性インク回路292に結合することができる。図26に示すように、相互接続アセンブリ284は、プリント回路基板とすることができる回路基板308に結合されたばねコネクタ304を含むことができる。導電性インク回路292の一部は、ばねコネクタ304から導電性インク回路292への効率的な電力伝達を可能にするためにバスバとして機能することができる。いくつかの実施形態では、ばねコネクタ304は、導電性インク回路292の電源端子および接地端子に含めることができる。各ばねコネクタ304は、2つのピン、3つのピン、4つのピン、または5つのピンなど、任意の数のピン312を有することができる。追加のピンは、導電性インク回路292上のより大きな接続領域に起因して、より高い電流搬送容量を可能にし得る。いくつかの実施形態では、ばねコネクタ304は、AVX(登録商標)によって提供されている9155−200バッテリコネクタなどのバッテリタイプのコネクタとすることができる。相互接続アセンブリ284が熱可塑性基板288に対して押圧されると、ピン312は撓曲および/または押し下げられ得る。ピン312は、最も外側の位置に付勢されるように構成されてもよく、相互接続アセンブリ284が熱可塑性基板288に対して押し付けられるにつれて、さらに撓曲および/または押し下げられるために徐々に増大する力を必要とする。次に説明するように、相互接続アセンブリ284の周りに射出成形してレンズ264を形成するときに、ピン312および相互接続アセンブリ284を適所に保持することができる。
バスバ316は、ばねコネクタ304と接触して配置され、相互接続アセンブリ284に結合されることができ、その詳細は以下に説明される。バスバ316は、熱を発生させるためにより高い抵抗値を利用することができる導電性インク回路292の他の部分と比較して、バスバ316の長さに沿ってより大きな断面積、したがって減少した抵抗値を有する。バスバ316は、第1のバスバ316Aおよび第2のバスバ316Bを含み得る。相互接続アセンブリ284の電気的構成に応じて、第1のバスバ316Aは電力バスバとして機能し、第2のバスバ316Bは接地または中立バスバとして機能することができる。あるいは、第1のバスバ316Aは、接地または中立バスバとして機能し、第2のバスバ316Bは、電力バスバとして機能することができる。
負温度係数(NTC)抵抗器とすることができるサーミスタ320は、回路基板308に結合することができ、レンズ264の製造中にレンズ264と接触して配置することができ、これについては以下で詳細に説明する。サーミスタ320は、レンズ264の温度を感知するために使用することができる。いくつかの実施形態によれば、導電性インク回路292に供給される電力は、サーミスタ320によって感知された温度に基づいて制御され得る。
いくつかの実施形態では、ピンコネクタ324を回路基板上に配置し、サーミスタ320および/またはばねコネクタ304に結合することができる。ピンコネクタ324は、回路基板に適切な電気接続を提供するためのピンなど、任意の数のインターフェースを有することができる。例えば、電力接続、接地接続、サーミスタ320の第1端子用の接続、およびサーミスタ320の第2端子用の接続をそれぞれ提供するために4つのピンを含めることができる。電力接続および接地接続は、導電性インク回路292に供給される電力を制御するために、導電性インク回路292または回路基板308の調整回路に直接電力を供給するために使用することができ、これについては以下に説明する。サーミスタ320への接続は、サーミスタ320を横断する抵抗の測定値を他の回路基板および/またはコントローラに提供するために使用することができる。いくつかの実施形態では、光センサ、追加の導電性インク回路、または追加のサーミスタなど、回路基板308に結合することができる他の電気装置用に追加のピンを設けることができる。
いくつかの実施形態では、表示灯327を回路基板308に結合することができ、導電性インク回路292に電力が供給されると点灯するように構成することができる。一例として、表示灯327は、導電性インク回路292に結合されたLEDとすることができる。いくつかの実施形態では、表示灯327は、ピンコネクタ324に含まれる専用の表示灯ピンに結合され、表示灯ピンに結合され表示灯ピンに選択的に電力を供給するように構成された外部回路および/またはコントローラによって制御される。
1つの非限定的な例示的実施形態によれば、照明システム256は、ある範囲の温度での機能性および除氷能力に関して試験を受けた。試験手順は、外側レンズ、この場合は熱可塑性基板288の外側表面の中心に熱電対を配置することを含んでいた。次いで、照明システム256は、車両内で配向されるように配向され(例えば、LEDライトの近くに配置されたレンズ264)、熱可塑性基板288およびレンズ264は観察窓を通して見えるように配置された。照明システムに供給された電流の熱電対測定値および電流測定値は、試験期間にわたって記録された。測定値のサンプリングレートは、ヒーターがオンになる温度を観察するのに十分に高かった。照明システム256を30℃のサーマルチャンバ内に配置し、13.5VDCのハイビームおよびロービームで電源を入れた。チャンバ内の温度は、1時間かけて30℃〜−30℃まで変化させた。次いで、チャンバ内の温度を1時間かけて−30℃に維持した。次いで、照明システム256を1時間−30℃の温度にさらしている間に、時々水を熱可塑性基材288および/またはレンズ264に付加することによって、2mm厚の氷の層が熱可塑性基材288および/またはレンズ264の上に堆積した。次いで、照明システム256に、ハイビームおよびロービームをオンにした状態で13.5VDCを供給した。照明システム256上の氷が定常状態を示したとき(10分間にわたって変化がないと定義される)、または照明システム256が1時間電源を入れられたときに、氷の監視を停止した。次いで、照明システム256を評価して、試験後に機能性が維持されているかどうか、すべての氷が熱可塑性基板288および/またはレンズ264から取り除かれているかどうか、および照明システム256が試験による損傷を受けたかどうかを判断した。ここでは、機能性は維持され、氷は取り除かれ、そして照明システム256はいかなる損傷も受けなかった。したがって、照明システム256は試験基準に合格したと見なされた。
図22〜図30を参照すると、レンズ264内の熱可塑性基板288および相互接続アセンブリ284の位置決めの断面図が示されている。射出成形プロセスを使用して、ポリカーボネート材料などの熱可塑性ポリマーで熱可塑性基板288および相互接続アセンブリ284を外側被覆してレンズ264を作成することができる。キャビティとコアを有する射出成形ツールを使用して、熱可塑性基板288と相互接続アセンブリ284を位置決めすることができる。熱可塑性基板288は、導電性インク回路292がキャビティとは反対側を向くようにキャビティに対して配置することができる。
いくつかの実施形態では、相互接続アセンブリ284の少なくとも一部分は、コアのポケット内で熱可塑性基板288に対向するばねコネクタ304を用いて配置され得る。コアのポケット内に配置され得る相互接続アセンブリ284の部分は、加熱コネクタ304および回路基板308を含む。ポケットは、樹脂が相互接続アセンブリ284の周囲で冷却されて硬化する前に相互接続アセンブリ284を所定の位置に保持するような大きさにすることができる。樹脂が冷却されると、レンズ264は、相互接続アセンブリ284の少なくとも一部分および熱可塑性基板288の少なくとも一部分に接着し、相互接続アセンブリ284および熱可塑性基板288を所定の位置に保持してレンズ264、熱可塑性基板288、および相互接続アセンブリ284を単一の構成要素として形成することができる(すなわち、レンズ264は、熱可塑性基板288および/または相互接続アセンブリ284の除去に抵抗することがある)。いくつかの実施形態では、相互接続アセンブリ284、ばねコネクタ304、および/またはピン312は、レンズ264内に少なくとも部分的に配置されてもよい。
レンズ264、熱可塑性基板288、および相互接続アセンブリ284を単一の構成要素として形成することは、LEDの交換などの照明システム256の修理を容易にすることができる。一例として、ユーザーは、相互接続アセンブリ284および/または熱可塑性基板288を、相互接続アセンブリ284のピン312および熱可塑性基板288上に配置された導電性インク回路292の間で適切な電気接続が行われる位置から取り外さずに、レンズ264を取り外し、ピンコネクタ324を任意の取り付けケーブルから取り外すだけでよく、したがって、以下に説明するように、適切な電気的接続を再現するために、相互接続アセンブリ284を導電性インク回路292および/または熱可塑性基板288に対して再配置するという潜在的に複雑なステップが除去できる。
いくつかの実施形態によれば、次いで、ピン312がわずかに押し下げられるまで、コアおよび相互接続アセンブリ284をキャビティおよび熱可塑性基板288に向かって移動させることができる。一例として、ピン312は、ピン312の全運動範囲の約10%〜30%押し下げられ、バスバ316および/または導電性インク回路292と接触する。上述のように、ポリカーボネート材料のような熱可塑性ポリマーは、レンズ264を形成するための射出樹脂プラスチック材料として利用することができる。ピン312を押し下げた後、樹脂プラスチック材料をツールに注入することができる。プラスチック材料および/またはレンズ264は、導電性インク回路292の少なくとも一部を外側被覆することができる。プラスチック材料および/またはレンズ264は、ばねコネクタ304と接触していない導電性インク回路292の部分を絶縁することができる。プラスチック材料が硬化すると、レンズ264は、ばねコネクタ304および相互接続アセンブリ284を適所に、すなわちピン312が押し下げられた状態で保持し、相互接続アセンブリ284が導電性インク回路292に適切に電気的に結合されたままであることを保証する。
相互接続アセンブリ284、より具体的には熱可塑性基板288に対するばねコネクタ304の配置は、ばねコネクタ304が導電性インク回路292との適切な電気的接続を確実に維持するように選択することができる。相互接続アセンブリ284が熱可塑性基板288に向かって内側に配置されすぎると、ピン312が導電性インク回路292に過度の圧力を加え、導電性インク回路292を突き破る可能性がある。相互接続アセンブリ284が熱可塑性基板288から離れすぎて位置決めされていると、ピン312が十分に押し下げられずに導電性インク回路292との接触から外れる可能性がある。
いくつかのシナリオでは、ピン312が十分に押し下げられていないと、注入された樹脂がピン312を導電性インク回路292との接触から外れるように移動させる可能性がある。上述のように、相互接続アセンブリ284が熱可塑性基板288に対して押し付けられるように、ピンがさらに曲げおよび/または押し下げられるために漸進的に増大する力を必要とするように構成されてもよい。ピン312は、比較的短い距離だけ変位したときにさらに変位するために比較的少量の力を必要とし得る。相互接続アセンブリ284が熱可塑性基板288に対して配置された後、樹脂を射出成形ツールに注入することができる。注入された樹脂は、ピン312を熱可塑性基材からさらに離れるように(したがって導電性インク回路292との接触から離れるように)十分な方法でピン312を押し付けることがあり得る。これは、ピンが十分に押し下げられておらず、射出樹脂からのさらなる押し込みに抵抗するのに不十分な力で外側に偏っている場合に起こり得る。
いくつかの実施形態において、ピン312と導電性インク回路292との間の適切な電気的接続は、低抵抗接続であり得る。電気的接続の抵抗は、ゼロオームに近いことが好ましい。いくつかの実施形態において、適切な量の抵抗は、導電性インク回路292の抵抗の約10%以下であり得る。
相互接続アセンブリ284を熱可塑性基板288に対して位置決めするための適切な位置を求めるために、サーマルカメラを使用して、相互接続アセンブリ284と導電性インク回路292との間に適切な電気接続があるかどうかを測定することができる。サーマルカメラは、ピン312が導電性インク回路292と接触する領域の周りの熱を検出するために使用することができる。相互接続アセンブリ284および導電性インク回路292に電力を印加することができ、ピン312が導電性インク回路292に接触する領域の周りに過剰な熱が分散されると、相互接続アセンブリ284と導電性インク回路292との間の電気的接続が効率的ではないと考えられる。熱可塑性基板288に対する相互接続アセンブリ284の位置は、ピン312に導電性インクを突き破らせることなく、分散される最大熱の閾値が満たされるまで調整することができる。
サーミスタ320は、樹脂によって外側被覆することができ、レンズ264と接触して配置することができる。次に、サーミスタ320を使用してレンズ264の温度を感知することができ、これはレンズ264の外側レンズ面272の温度を示すことができる。レンズ264の厚さのために、サーミスタ320の抵抗によって示される温度は周囲温度より低くなり得る。例えば、20℃を示す抵抗値は、外側レンズ側272における5〜15℃の温度に対応し得る。外側レンズ側272の温度が外側レンズ側272を凍結させる可能性がある程度に十分に低いときに導電性インク回路292が熱を与えるように、温度の差は導電性インク回路292に電力を供給する回路を介して説明する(accounted for)ことができる。
図31は、熱可塑性基板および相互接続アセンブリの少なくとも一部に接合されたレンズを製造するための例示的なプロセス328を示す。プロセスステップ332では、スクリーン印刷などの既知の技術を使用して、導電性インク回路または導電性フィルム回路を熱可塑性基材上に配置することができる。いくつかの実施形態では、導電性インク回路または導電性フィルム回路は銀配線を含むことができる。導電性インク回路または導電性フィルム回路が固まると、プロセス328はステップ336に進むことができる。
ステップ336では、熱可塑性基材を射出成形ツールのキャビティ内に配置することができる。具体的には、導電性インクまたはフィルム回路がキャビティとは反対側を向くようにして、導電性インク回路または導電性フィルム回路のない熱可塑性基材の側面をキャビティの壁に対して配置することができる。プロセスは次にステップ340に進むことができる。
プロセスステップ340では、相互接続アセンブリを射出成形ツールのコアのポケット内に配置することができる。相互接続アセンブリは、それぞれが複数のピンを有する1つまたは複数のばねコネクタと、回路基板の側面に配置されたサーミスタとを有することができる。相互接続アセンブリは、ばねコネクタがキャビティ、より具体的には導電性インク回路または導電性フィルム回路に対向するように配置することができる。プロセスは次にステップ344に進むことができる。
プロセスステップ344では、相互接続アセンブリを熱可塑性基板に対して位置決めして、相互接続アセンブリと熱可塑性基板との間に適切な電気的接続を確立することができる。具体的には、射出成形ツールを閉じながら、導電性インクまたはフィルム回路で接続を確立することができる。上述のように、ばねコネクタが導電性インク回路との適切な電気的接続を維持することを確実にするために、熱可塑性基板288に対する相互接続アセンブリ、より具体的にはばねコネクタの配置を選択することができる。相互接続アセンブリが熱可塑性基板に向かって内側に配置されすぎると、導電性インク回路に過度の圧力がかかり、導電性インク回路を突き破る可能性がある。相互接続アセンブリが熱可塑性基板から離れすぎて位置決めされると、ピンは十分に押し下げられず、樹脂の注入中に導電性インク回路との接触から外れることがある。
上述のように、ピンは、相互接続アセンブリが熱可塑性基板に対して押し付けられるにつれて、さらに曲げられ、および/または押し下げられるために漸増する力を必要とするように構成されてもよい。ピンは、比較的短い距離だけ変位したときにさらに変位するために比較的少量の力を必要とし得る。相互接続アセンブリを熱可塑性基板に対して配置した後、樹脂を射出成形ツールに注入することができる。注入された樹脂は、熱可塑性基材からピンをさらに押し下げる(したがって導電性インク回路と接触しない)のに十分な方法でピンを押し付けることができる。これは、ピンが十分に押し下げられておらず、射出樹脂からのさらなる押し込みに抵抗するのに不十分な力で外側に偏っている場合に起こり得る。
いくつかの実施形態では、ピンと導電性インク回路との間の適切な電気的接続は、導電性インク回路単独の小さなパーセンテージの抵抗を有することができる。例えば、導電性インク回路が200Ωの抵抗を有する場合、適切な電気的接続は、10Ω、または導電性インク回路の全抵抗の約5%の抵抗を有することができる。いくつかの実施形態では、適切な電気接続は、導電性インク回路の抵抗の約1%以下、導電性インク回路の抵抗の約2%以下、導電性インク回路の抵抗の約5%以下、導電性インク回路の抵抗の約8%以下、または導電性インク回路292の抵抗の約10%以下の抵抗を有することができる。適切な電気的接続が得られると、プロセスはステップ348に進むことができる。
プロセスステップ348では、樹脂を射出成形ツールに射出することができる。樹脂は熱可塑性ポリマーであり得る。相互接続アセンブリの一部、サーミスタの一部、および/またはばねコネクタの一部は、樹脂によって外側被覆することができる。相互接続アセンブリの一部、サーミスタの一部、および/またはばねコネクタの一部は、レンズ内に部分的に収容されてもよく、および/またはレンズに接着されてもよい。次に、サーミスタの一部を、樹脂によって形成されるレンズと接触させることができる。次に、サーミスタの一部を、樹脂によって形成されるレンズと接触させることができる。次に、サーミスタを使用してレンズの温度を検知することができ、これはレンズの外側レンズ側の温度を示すことができる。樹脂が硬化してレンズを形成すると、相互接続アセンブリ、熱可塑性基板、およびレンズは一体構造部品を形成することができる。プロセスは次にステップ352に進むことができる。プロセスステップ352では、一体構造部品を射出成形ツールから取り出して加熱照明システムに配置または加熱照明システムで利用することができる。
図32を参照すると、いくつかの実施形態に係る、ドライバ回路372およびヒーター回路376の回路図が示されている。ドライバ回路372は、温度差増幅器380および駆動増幅器384を含むことができる。温度差増幅器380は、第1の入力392において温度設定点電圧供給源388に結合することができる。温度設定点電圧源388は、それより下ではドライバ回路372がヒーター素子396に電力を供給することになる温度閾値に対応する所定の電圧を供給することができる。ヒーター素子396は、上述のように配置された導電性インク回路を含むことができる。いくつかの実施形態では、ヒーター素子396は導電性インク回路とすることができる。簡単にするために、増幅器の電源接続は示していない。
温度差増幅器380は、第2の入力408において抵抗器400およびサーミスタ404に結合することができる。抵抗器400は、固定電圧電源412に結合することができる。固定電圧源412は、温度設定点電圧源388によって供給される電圧よりも高い所定の電圧を供給することができる。
サーミスタ404は、上述のようにNTC抵抗器とすることができる。サーミスタ404は、一般に、サーミスタ404の製造業者によって提供され得る、所定の抵抗対温度曲線に従うことができる。サーミスタ404は、温度が低下するにつれてより大きな抵抗を提供し得る。サーミスタ404は、外側被覆されたレンズと接触するように配置されるなど、上述のように加熱照明システムのレンズの温度を感知するように構成することができる。上述のように、サーミスタ404によって示される温度は、外部レンズ温度とは異なり得る。この温度差は、温度設定点電圧源388および固定電圧源412によって供給されるべき適切な電圧を選択することによって説明する(accounted for)ことができる。
第2の入力408における電圧は、サーミスタ404が温度に基づいて抵抗値が多くなったり少なくなったりするのにつれて変化し得る。温度が下がり、サーミスタ404が抵抗器400よりもより大きな抵抗を提供するにつれて、固定電圧源412からの抵抗器400を横断する電圧が低下し、そして第2の入力408における電圧は、サーミスタ404がより低い抵抗を提供するときの第2の入力408における電圧よりも比較的高い。第2の入力408の電圧が第1の入力392の電圧(すなわち温度設定点電圧源388によって供給される電圧)より高い場合、温度差増幅器380はドライバ増幅器384に非ゼロ電圧を供給することができる。ドライバ増幅器384は、供給された電圧を増幅し、ヒーター素子396に電力を供給することができる。第2の入力408の電圧が第1の入力392の電圧より低い場合、温度差増幅器380はドライバ増幅器384に約ゼロの電圧を供給することができる。すると、ドライバ増幅器384は、ヒーター素子396に電力を供給しない。
ドライバ回路372およびヒーター回路376の各部分は、照明システム内の様々な場所に配置することができる。いくつかの実施形態では、ドライバ回路372とヒーター回路376の両方が、図22〜図30に関連して上述したように相互接続アセンブリ284などの相互接続アセンブリに含まれてもよい。例えば、ドライバ回路372およびヒーター回路376は、図22〜図30に関連して上述したように、回路基板308などの回路基板に含めることができる。いくつかの実施形態では、ヒーター回路376は相互接続アセンブリ内に含まれてもよく、ドライバ回路は照明システム内の他の場所に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、駆動回路372は、照明システムのLEDに電力を供給するように構成された照明アセンブリに含まれてもよい。
いくつかの実施形態では、ユーザーまたは電気デバイスまたは機械式デバイスなどのデバイスがヒーター素子396に供給される電力を制御できるようにするために、固定電圧電源412は、電気式スイッチまたは電気機械式スイッチなどのスイッチに結合することができる。固定電圧電源412が第2の入力408に電圧を供給していない場合、ドライバ回路372はヒーター素子396に電力を供給しなくてもよい。ユーザーまたはデバイスは、効果的にスイッチを閉じることによってヒーターをオンにするか、またはスイッチを開くことによってオフにすることができる。スイッチが閉じられると、サーミスタ404の抵抗、したがって照明システムのレンズの温度に基づいて、電力が供給されるべきヒーター素子396に供給されることができる。スイッチが開いているとき、電力がヒーター素子396に供給されるのを防ぐことができる。
図33を参照すると、いくつかの実施形態に係る、照明システムのヒーター制御システム416のためのボックス図が示されている。ヒーター制御システム416は、速度センサ424、光学センサ428、および温度センサ432に結合され、それらと通信するコントローラ420を含むことができる。コントローラ420はまた、ヒーター素子436に結合され、ヒーター素子に電力を選択的に供給するように構成されてもよい。コントローラ420は、照明システムのハウジング内に配置することができる。ヒーター素子436は、上述のように照明システムの熱可塑性基板上に配置された導電性インク回路を含むことができる。後述するように、コントローラ420は、速度センサ424、光学センサ428、および/または温度センサ432から受信した信号に基づいてヒーター素子436に電力を供給することができる。
コントローラ420は、温度センサ432から温度値を受け取ることができる。温度値は、温度センサ432によって感知された温度を示す信号とすることができる。温度センサ432は、上述のように相互接続アセンブリに含まれるサーミスタとすることができる。コントローラ420は、温度値に基づいてヒーター素子436に電力を供給することができる。いくつかの実施形態では、コントローラ420は、温度値を受信し、温度値が所定の閾値未満であると判定し、温度値が所定の閾値以下であると判定することに応じて、温度値に対応する所定量の電力をヒーター素子436に供給することができる。コントローラ420は、より低い温度値に対し、より多くの電力をヒーター素子436に供給することができる。所与の温度に対して適切な量の電力をよりよく供給するために、コントローラ420は、複数の所定の閾値の温度値に対応する複数の所定の電力量を有することができる。いくつかの実施形態では、コントローラ420は、電力量を出力するように構成されたモデルに温度値を入力し、モデルから電力量を受け取り、そして、その電力量に基づいてヒーター素子436に電力を供給することができる。モデルは、温度値の関数として供給される電力を決定するためのアルゴリズムを含むことができ、そして、様々な温度での照明システムの有効性およびヒーター素子436に供給される電力量の実地試験データに基づいて決定することができる。
コントローラ420は、光学センサ428から光学値を受け取ることができる。光学値は、光学センサ428によって感知された光を示す信号とすることができる。光センサ428は、照明システムのレンズおよび/または熱可塑性基板を通してどれだけの光が発しているかを測定するために、照明システム内に配置することができる。低い光学値は、照明システムが少なくとも部分的に凍結しているか、またはみぞれ、氷、雪などによって塞がれていることを示し得る。光学値が所定の閾値を下回る場合、コントローラ420はヒーター素子436に電力を供給することができる。いくつかの実施形態では、コントローラ420は光学値を受け取り、光学値が所定の閾値未満であることを判定し、光学値が所定の閾値を下回っていると判定したことに応答して、光学素子に対応する所定量の電力をヒーター素子436に供給することができる。コントローラ420は、より低い光学値に対し、より多くの電力をヒーター素子436に供給することができる。所与の光学値に対して適切な量の電力をよりよく供給するために、コントローラ420は、光学値の複数の所定の閾値に対応する複数の所定の電力量を有することができる。いくつかの実施形態では、コントローラ420は、電力量を出力するように構成されたモデルに光学値を入力し、モデルから電力量を受け取り、そして、その電力量に基づいてヒーター素子436に電力を供給することができる。モデルは、光学値の関数として供給される電力を決定するためのアルゴリズムを含むことができ、そして、検知された光学値およびヒーター素子436に供給される電力量に対応する様々な閉塞レベルでの照明システムの有効性の実地試験データに基づいて決定することができる。
コントローラ420は速度センサ424から速度値を受け取ることができる。いくつかの実施形態では、速度センサ424は、照明システムが結合されている車両に結合された速度計とすることができる。速度値は、速度センサ424によって感知された速度を示す信号とすることができる。比較的高速度に関連する速度値、例えば高速道路速度では、比較的低速時よりも急速にみぞれ、雪、および/または氷が照明システム上に蓄積するため、より多くの電力をヒーター要素436に供給する必要があり得る。速度値が所定の閾値を上回る場合、コントローラ420はヒーター素子436に電力を供給することができる。いくつかの実施形態では、コントローラ420は速度値を受け取り、速度値が所定の閾値を超えていることを判定し、速度値が所定の閾値を超えていると判定したことに応答して、速度値に対応する所定量の電力をヒーター素子436に供給することができる。コントローラ420は、より高い速度値に対し、より多くの電力をヒーター素子436に供給することができる。所与の速度値に対して適切な量の電力をより良く供給するために、コントローラ420は、速度値の複数の所定の閾値に対応する複数の所定量の電力を有することができる。いくつかの実施形態では、コントローラ420は、電力量を出力するように構成されたモデルに速度値を入力し、モデルから電力量を受け取り、そして、その電力量に基づいてヒーター素子436に電力を供給することができる。モデルは、速度値の関数として供給される電力を決定するためのアルゴリズムを含むことができ、そして、感知された速度値およびヒーター素子436に供給される電力量に対応する様々な速度における照明システムの有効性の実地試験データに基づいて決定することができる。このようにして、所与の速度で供給されるべき適切な量の電力を決定することができる。
いくつかの実施形態では、コントローラ420は、受け取った速度値、光学値、および/または温度値の組み合わせに基づいてヒーター素子436に電力を供給することができる。例えば、コントローラ420は、電力値の記憶されたルックアップテーブルを有することができ、各電力値は、所定の速度値、光学値、および/または温度値に対応する。電力出力を決定するために受け取った速度値、光学値、および/または温度値の組み合わせを使用することは、単一の値が使用された場合よりもコントローラ420がより適切なレベルの電力をヒーター素子436に提供することを可能にする。
コントローラ420はスイッチ440に結合することができる。コントローラ420は、スイッチ440から有線(wired)入力値を受け取ることができ、それによって、ユーザーまたは電気デバイスもしくは機械的デバイスなどのデバイスがコントローラ420にコマンドを入力することを可能にする。有線入力値は、ヒーター素子436にどれだけの電力が供給されるかを決定するために使用することができる。有線入力値は、スイッチ440の構成に基づく値の範囲を有することができる。例えば、スイッチが2位置セレクタスイッチまたはリレーである場合、スイッチ440は「オン」値および「オフ」値を供給することができる。あるいは、スイッチ440は、スイッチが3位置選択スイッチである場合、「オフ」値、第1の位置値、および位置レベル値(position level value)を供給することができる。さらに、スイッチがポテンショメータである場合、連続的な範囲の値を供給することができる。ある範囲の電力値に対応する他の範囲の値を加熱素子436に供給することができる。コントローラ420は、スイッチ440の位置に対応する所定量の電力、すなわち、「オン」値、第1の位置値、および/または第2の位置値の量を供給することができる。スイッチ440が連続範囲の値を供給することができる場合、コントローラ420は有線入力値を受け取り、有線入力値が「オン」値、第1の位置値、または第2の位置値などのスイッチ位置値を示していると判断し、そして、スイッチ位置値に対応する所定量の電力をヒーター素子436に供給することができる。
いくつかの実施形態では、コントローラ420は、無線モジュール444に結合されて通信することができる。コントローラ420は、ブルートゥース(登録商標)、WiFi、Zigbee、または他の適切な無線通信プロトコルを含むがこれらに限定されない1つまたは複数の無線プロトコルを使用する1方向または双方向通信が可能なトランシーバであり得る無線モジュール444から無線入力値を受け取ることができる。無線入力値は、スマートフォンまたは制御FOBなどの照明システムの外部にあり得る電気デバイスから送信することができる。スマートフォンは、インターフェースからユーザー入力を受信し、ユーザー入力に基づいて適切な無線入力値を送信することができるアプリケーションを実行するように構成することができる。いくつかの実施形態において、無線モジュール444はコントローラ420に含まれることができる。コントローラ420は無線入力値を受信し、無線入力値は、固定の所定の電力レベルに対応する「オン」値、または第1の電力値および/または第2の電力値などの電力値の範囲のうちの1つのようなヒーター素子436に供給される電力レベルを示すと判断し、そして、電力レベルに対応する所定量の電力をヒーター素子436に供給することができる。
図34および図35を参照すると、照明システム448の追加の実施形態が示されている。照明システム448は、ベース452とレンズ462とを含むことができる。レンズ462を介して照明を提供するために、少なくとも1つのLED456をベース452内に配置することができる。導電性インクまたはフィルム回路460は、熱可塑性基板466の内側に配置することができる。熱可塑性基板466は、導電性インク回路460がレンズ462に面するように、レンズ462の外側に配置することができる。相互接続アセンブリ468は、上述のようにレンズ462によって少なくとも部分的に外側被覆することができ、導電性インク回路460に電気的に結合することができる。レンズ462は、熱可塑性基板466および相互接続アセンブリ468の少なくとも一部に接合することができる。いくつかの実施形態では、レンズ462、熱可塑性基板466、および相互接続アセンブリ468は一体構造部品を形成してもよい。相互接続アセンブリ468は、導電性インク回路460に接触し、導電性インク回路460に電力を供給し、したがってレンズ462を加熱するための適切な電気接続を提供するために、上述のようなばねコネクタを有してもよい。相互接続アセンブリは、上述のようなドライバ回路および上述のようなヒーター回路の一部を含み、かつ/またはそれらに結合されてもよく、あるいは、上述のように導電性インク回路460に選択的に電力を供給するように構成されたコントローラに結合されてもよい。
バスバ464をばねコネクタと接触して配置し、相互接続アセンブリ468に結合することができる。熱を発生させるためにより高い抵抗値を利用することができる導電性インク回路460の他の部分と比較して、バスバ464は、バスバ464の長さに沿ってより大きな断面積、したがって減少した抵抗値を有する。バスバ464は、第1のバスバ464aおよび第2のバスバ464bを含み得る。相互接続アセンブリ468の電気的構成に応じて、第1のバスバ464aは電源バスバとして機能し、第2のバスバ464bは接地または中立バスバとして機能することができる。あるいは、第1のバスバ464aは、接地または中立バスバとして機能し、第2のバスバ464bは、電源バスバとして機能し得る。
図36〜図39を参照すると、照明システム472の別の実施形態の様々な構成要素が示されている。照明システム472は、ベース476とレンズ500とを含むことができる。レンズ500を通して照明を提供するために、少なくとも1つのLED497をベース476内に配置することができる。導電性インク回路または導電性フィルム回路480は、熱可塑性基材496の内側に配置することができる。熱可塑性基板496はレンズ500の外側に配置され、導電性インク回路480はレンズ500に対向している。導電性インク回路480は複数のバスバ484を含むことができ、それらの各々は電源バスバまたは中立または接地バスバであり得る。相互接続アセンブリ488は、上述のようにレンズ500によって少なくとも部分的に外側被覆することができ、導電性インク回路480に電気的に結合することができる。レンズ500は、熱可塑性基板496および相互接続アセンブリ488の少なくとも一部分に接合することができ、レンズ500、熱可塑性基板496、および相互接続アセンブリ488は一体構造部品を形成することができる。相互接続アセンブリ488は、導電性インク回路480に接触し、導電性インク回路480に電力を供給し、したがってレンズ500を加熱するのに適した電気的接続を提供するために、上述のようなばねコネクタを有することができる。相互接続アセンブリは、上述のようなドライバ回路および上述のようなヒーター回路の一部を含む、および/またはそれに結合することができ、あるいは上述のように導電性インク回路480に選択的に電力を供給するように構成されるコントローラに結合することができる。照明システム472は、平方インチ当たり約2ワットの割合で導電性インク回路480に電力を供給することができ、これにより、照明システム472を、高速道路で動作する除雪機に搭載されるなどの比較的高速の用途に使用することができる。
1つの非限定的な例示的実施形態に従い、照明システム472は、ある範囲の温度での機能性及び除氷能力に関して試験を受けた。試験手順は、外側レンズ、この場合は熱可塑性基板496の外側表面の中心に熱電対を配置することを含んでいた。次いで、照明システム472を、車両内で配向されるように(例えば、LEDライトの近くに配置されたレンズ500)、熱可塑性基材496およびレンズ500を、観察窓を通して見えるように配向させた。照明システムに供給された電流の熱電対測定値および電流測定値は、試験期間にわたって記録された。測定値のサンプリングレートは、ヒーターがオンになる温度を観察するのに十分に高かった。照明システム472を30℃のサーマルチャンバ内に配置し、13.5VDCでハイビームおよびロービームをオンにした。チャンバ内の温度は、1時間かけて30℃〜−30℃まで傾斜させた。次いで、チャンバ内の温度を1時間かけて−30℃に維持した。次いで、熱可塑性基材496および/またはレンズ500に時々水を当てることによって、熱可塑性基材496および/またはレンズ500上に2mmの厚さの氷層が蓄積している間、照明システム472を1時間−30℃の温度にさらした。次いで、照明システム472に、ハイビームおよびロービームをオンにした状態で13.5VDCを供給した。照明システム472上の氷が定常状態を示したとき(10分間にわたって変化がないと定義される)、または照明システム472が1時間電源を入れられたときに、氷の監視を停止した。次いで、試験後に機能性が維持されているかどうか、すべての氷が熱可塑性基材496および/またはレンズ500から除去されているかどうか、および照明システム472が試験による損傷を受けているかどうかを調べるために、照明システム472を評価した。ここでは、機能性が維持され、氷が取り除かれ、そして照明システム472はいかなる損傷も受けなかった。したがって、照明システム472は試験基準に合格したと見なされた。
図40〜図46を参照すると、照明システム504のさらに別の実施形態の構成要素が示されている。照明システム504は、ベース508とレンズ532を含むことができる。レンズ532を通して照明を提供するために、少なくとも1つのLED529をベース508内に配置することができる。照明アセンブリ520は、少なくとも1つのLED529に電力を供給するように構成することができる。導電性インク回路または導電性フィルム回路516を熱可塑性基材528の内側に配置することができる。熱可塑性基材528は、導電性インク回路516がレンズ532に対向するように、レンズ532の外側に配置することができる。導電性インク回路516は複数のバスバ544を含むことができ、各バスバ544は電源バスバまたは中立または接地バスバであり得る。相互接続アセンブリ524は、上述のようにレンズ532によって少なくとも部分的に外側被覆することができ、導電性インク回路516に電気的に結合することができる。相互接続アセンブリ524は、1つまたは複数のピン540を有するばねコネクタ536を含み得る。各ばねコネクタ536のピンは、バスバ544のうちの1つと接触するように位置決めすることができる。レンズ532は、熱可塑性基板528および相互接続アセンブリ524の少なくとも一部に接合することができる。いくつかの実施形態では、レンズ532、熱可塑性基板528、および相互接続アセンブリ524は一体構造部品を形成してもよい。相互接続アセンブリ524は、導電性インク回路516に接触し、導電性インク回路516に電力を供給し、したがってレンズ532を加熱するための適切な電気接続を提供するために、上述のようなばねコネクタを有してもよい。相互接続アセンブリは、上述のようなドライバ回路および上述のようなヒーター回路の一部を含む、および/またはそれに結合することができ、あるいは上述のように導電性インク回路516に選択的に電力を供給するように構成されるコントローラに結合することができる。
1つの非限定的な例示的実施形態に従い、照明システム504は、ある範囲の温度での機能性及び除氷能力に関して試験を受けた。試験手順は、外側レンズ、この場合は熱可塑性基板528の外側表面の中心に熱電対を配置することを含んでいた。次いで、照明システム504を、車両内で配向されるように(例えば、LEDライトの近くに配置されたレンズ532)、熱可塑性基材528およびレンズ532を、観察窓を通して見えるように配向させた。照明システムに供給された電流の熱電対測定値および電流測定値は、試験期間にわたって記録された。測定値のサンプリングレートは、ヒーターがオンになる温度を観察するのに十分に高かった。照明システム504を30℃のサーマルチャンバ内に配置し、13.5VDCでハイビームおよびロービームをオンにした。チャンバ内の温度は、1時間かけて30℃〜−30℃まで傾斜させた。次いで、チャンバ内の温度を1時間かけて−30℃に維持した。次いで、熱可塑性基材528および/またはレンズ532に時々水を当てることによって、熱可塑性基材528および/またはレンズ532上に2mmの厚さの氷層が蓄積している間、照明システム504を1時間−30℃の温度にさらした。次いで、照明システム504に、ハイビームおよびロービームをオンにした状態で13.5VDCを供給した。照明システム504上の氷が定常状態を示したとき(10分間にわたって変化がないと定義される)、または照明システム504が1時間電源を入れられたときに、氷の監視を停止した。次いで、試験後に機能性が維持されているかどうか、すべての氷が熱可塑性基材528および/またはレンズ532から除去されているかどうか、および照明システム504が試験による損傷を受けているかどうかを調べるために、照明システム504を評価した。ここでは、機能性が維持され、氷が取り除かれ、そして照明システム504はいかなる損傷も受けなかった。したがって、照明システム504は試験基準に合格したと見なされた。
図47〜図48を参照すると、照明システム548の別の実施形態の様々な構成要素が示されている。照明システム548は、ベース552およびレンズ553を含み得る。レンズ553を介して照明を提供するために、少なくとも1つのLED556をベース552内に配置することができる。導電性インク回路または導電性フィルム回路560を熱可塑性基材の内側に配置することができる。熱可塑性基材は、導電性インク回路560がレンズ553に対向するように、レンズ553の外側に配置される。導電性インク回路560は複数のバスバ564を含むことができる。バスバ564Bおよび564Cは、それぞれ電源バスバまたは中立または接地バスバであり得る。バスバ564Cは、バスバ564Bと564Cとの間に低抵抗の電気的接続を提供するように構成されたブリッジバスバであり得る。相互接続アセンブリ568は、上述のようにレンズ553によって少なくとも部分的に外側被覆することができ、導電性インク回路560に電気的に結合することができる。レンズ553は、熱可塑性基板および相互接続アセンブリ568の少なくとも一部に接合することができ、レンズ553、熱可塑性基板、および相互接続アセンブリ568は一体構成部品を形成することができる。相互接続アセンブリ568は、導電性インク回路560に接触し、導電性インク回路560に電力を供給し、したがってレンズ553を加熱するための適切な電気接続を提供するために、上述のようなばねコネクタを有してもよい。相互接続アセンブリは、上述のようなドライバ回路および上述のようなヒーター回路の一部を含む、および/またはそれに結合することができ、あるいは上述のように導電性インク回路560に選択的に電力を供給するように構成されるコントローラに結合することができる。
本開示に提示される加熱照明アセンブリは、加熱照明アセンブリが非加熱照明アセンブリよりも良好に機能し得る様々な用途に使用され得ることを理解されたい。例えば、寒冷地で動作する車両の用途(例:スノープラウ、ヘリコプター、スノーモービル、セミトラック、貨物列車および旅客列車、飛行機、アイスリサーフェスなど)、照明を必要とする冷凍システムの用途(例:産業用冷凍庫、倉庫、実験装置など)、寒い環境における屋外照明の用途(例えば、建設現場、石油掘削プラットフォーム、様々な水上船、街灯、大型懐中電灯、トンネル照明、道路照明など)、そして低温環境と関連付けられる他のレンズ用途などである。
本開示は図面を参照して実施例を説明したが、同一又は類似の要素を類似の番号が表している。この明細書を通して「1つの実施例」又は類似の文言への言及は、実施例と関連して説明された特定の特徴、構造、又は特性が、本発明の少なくとも1つの実施例に含まれることを意味する。このように、この明細書を通して「1つの実施例では」という表現及び類似の文言の出現は、必然ではないが、すべて同じ実施例を参照している。
実施例で説明された特徴、構造、又は特性は、1つ以上の他の実施例と適切な方法で組み合わせることができる。明細書では、多数の特定の詳細が列挙されて本発明の実施例の十分な理解を提供する。当業者はしかし、特定の詳細が1つ以上なくても、他の方法、コンポーネント、材料などと共に、実施例を実施できることを認めるでしょう。別の例では、本発明の曖昧な観点を避けるために、周知の構造、材料、又は動作は示していないか、詳細を説明していない。従って、技術の範囲は以下の請求項から求められ、上記開示によって限定されるものではない。