專利名稱：汽車用照明模塊及包括該模塊的車燈的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種車燈用照明模塊，特別地，該照明模塊可以發(fā)出具有切斷線(cutoff)的光束。本發(fā)明特別涉及一種包括一個凹面反射器的模塊，其中至少在反射器的凹面內安裝一個光源，從而至少向上照亮，并且在反射器和光源前面放置一個透鏡，該反射器與一個平板相連，特別是在水平方向上，該平板的頂面是反光的，從而通過所述平板將來自反射器的光束彎折，所述平板包括一個能夠在光束中形成切斷線的前端緣。
背景技術：
舉例說明，這種照明模塊已經在專利EP1357334A中公開，該專利公開了一種包括一個橢圓反光鏡的反射器，該橢圓反光鏡與一個繞著光軸旋轉的透鏡相連。從前方看去，該透鏡具有一個位于一個垂直平面內的一個圓形輪廓，垂直于光軸。如果需要并排組合幾個模塊，圓形輪廓透鏡相切于一點，在輪廓間具有不被使用的間隔。可以在圓形輪廓之間插入楔子，但這會形成一個暗區(qū)，產生不必要的附加可視表面。在一個變型中，可以分隔或者擴大透鏡成方形或六邊形從而通過使切斷面相接來將它們組合在一起。這樣就會產生照光面的損失。
由該模塊組合形成的車前燈產生多個盒體的印象。因此不僅車燈的連接不是最佳的，且觀察者會感到多個不同的光源穿過透鏡，這是讓人不滿意的，特別是在光源很多，且光源由二極管形成的時候。

發(fā)明內容
本發(fā)明的第一目的就是提供一種模塊，該模塊可以連續(xù)地與類似模塊組合在一起，光損失最小，且不能區(qū)分出車燈內有多個光源。
另外，透鏡與橢圓形反射器是消像散(stigmatic)的。光束的切斷線只沿車燈光軸的方向比較尖銳。這種情況對于由發(fā)光二極管構成光源的模塊來說更加敏感，此類模塊具有較弱的聚焦；光束的切斷線在邊緣上是模糊的。對于較寬的光束來說，在整個寬度方向上沒有尖銳的切斷線。本發(fā)明的另一目的在于改善光束寬度方向上切斷線的銳度。
因此本發(fā)明的首要目的在于提供一種上述類型的照明模塊，該模塊不再具有上述缺點或者至少能減輕上述缺點。本發(fā)明的目的特別在于在三維方向上產生光束，且變形最小，特別是桶形變形最小。
根據本發(fā)明，上述類型的車燈模塊的特征在于，確定反射器從而將來自光源的球形波面轉換成一個等同于位于平板的平面上的圓弧的波面，透鏡繞一軸旋轉，該軸基本垂直于平板的平面并穿過所述圓弧的圓心。
根據本發(fā)明的反射器和透鏡的設計可以使反射器將光束水平分布，同時透鏡可以提供光束切斷線，且垂直分布與反射器確定的水平分布不會發(fā)生干擾。
通過選擇圓弧的半徑、從光源到圓弧圓心的距離和從光源到圓弧平面內的反射器頂部的距離來確定反射器。
平板的平面最好基本穿過光源的中心，光源的中心最好基本是一個點。
根據另一種限定，反射器的表面可以使發(fā)自光源并落在曲線上的點上的光線被反射器的表面在垂直平面內反射，該曲線由反射器表面和穿過圓弧圓心的垂直平面的交叉形成，垂直平面與光源分開，從而所述光線會聚在所述垂直平面和圓弧的交叉部分上的一點。
反射板或者“彎折器”最好包括圓盤的一部分，圓盤在其邊緣為圓弧。
本發(fā)明還涉及一種由上述幾個模塊組合形成的車燈。


除了以上公開的結構，下面通過參閱附圖對實施例的說明就會更加清楚其它結構，這些實施例并非對發(fā)明進行限定。其中圖1為根據本發(fā)明的一個模塊的簡化透視圖。
圖2為根據本發(fā)明的模塊在另一個角度的放大透視圖，部分切除并表示了光線的軌跡。
圖3為不同比例的簡化透視圖，主要示出彎折器。
圖4為穿過光軸的一個垂直剖面圖，示出透鏡的橫截面。
圖5為車燈的平面圖，其中三個相鄰模塊帶有平行的光軸。
圖6為車燈的平面圖，其中四個相鄰模塊的光軸漸進傾斜。
圖7為車燈的平面圖，其中三個模塊的光軸平行，且中間模塊透鏡的彎曲方向與旁邊透鏡的彎曲方向相反。
圖8為兩個模塊并置的平面圖，其中兩個模塊的彎曲方向相反。
圖9為根據本發(fā)明的模塊的等照度曲線的網格圖，其中圓弧的半徑為無限的。
圖10為根據本發(fā)明的凸面模塊的等照度曲線的網格圖。
圖11為根據本發(fā)明的凹面模塊的等照度曲線的網格圖。
具體實施例方式
作為簡要說明，從圖1可以看到，用于車燈的照明模塊1能夠發(fā)出具有切斷線的光束。該模塊1包括一個凹面反射器2，在反射器的凹面內安裝的至少一個光源S，從而至少向上照亮，并且在光源S和反射器2前面在光束的傳播方向上放置一個透鏡3。
該反射器2與一個平板4相連，如圖1所示特別是在水平面上。該平板4的平面最好但并非必須基本穿過光源S的中心。反射器2置于平板4的上方，且平板4的頂面是反光的，從而將來自反射器2的光束彎折，這在專利EP1357334A中有特別說明。反光板4往往被稱作“彎折器”，其具有一個能夠在光束中形成切斷線的前端緣。當反光板4為水平時，切斷線也是水平的，來自車燈1的光束所照亮的區(qū)域位于水平線的下方。相對于水平面傾斜反光板4的平面，或者傾斜反光板4的一部分，就可以通過相對于水平方向將透鏡傾斜相同的角度來使切斷線發(fā)生傾斜。
光源S最好基本在一個點上，特別是由發(fā)光二極管形成的點，并由半球或囊體包裹，該二極管具有一個光擴散軸，該光擴散軸基本垂直于平板4，并向上照亮。
根據本發(fā)明，確定反射器從而將來自光源的球形波面轉換成一個等同于位于平板4的平面上的圓A的一個圓弧的波面，透鏡3繞軸Z旋轉，軸Z垂直與平板4的平面并穿過圓弧A的圓心C。
滿足前述條件的一個適當的反射器2對于一個給定了圓弧A半徑R、從光源S到圓弧A圓心C的距離、從光源S到圓弧A平面上的反射器頂5的距離f來說是唯一的。反射器頂5對應于模塊光軸Y-Y與反射器的交點，且所述光軸與穿過圓弧圓心C和光源S的直線合并。
來自光源的球形波面可以被簡化為一個如圖2所示的點S。
參照圖2說明反射器2的特性，其中只是部分說明反射器2。垂直平面V穿過點C和軸Z，但與光源S分開，光源S在平面V外側。反射器2與平面V的交叉以部分曲線6來表示。該曲線6上的兩個點面m1和m2構成反射器2表面上任一接連點(running points)。
認為從光源S發(fā)出的兩條光線i1和i2分別落在反射器2的反光內表面上的m1和m2。因為光源S在平面V之外所以光線i1和i2并不在平面V上。
對于上述反射器2，入射光線i1和i2沿半徑k1和k2被反射，其中半徑k1和k2都位于垂直平面V中。另外，反射線k1和k2會聚在點P，點P由垂直平面V和圓弧A的相交形成。
無論點m是否在曲線6上也無論是垂直平面V的傾斜方向是否穿過CZ，都具有這些特點。
弧A上的每個點P都像一個新的光源，發(fā)出一個波面，該波面被平面V切斷形成一個半徑為r的圓7，半徑r與時間成比例增加。
就點P穿過曲線6上的移動點m1或m2來說，來自光源S的光程是恒定的Sm1+m1P＝Sm2+m2P＝常數透鏡3構成繞垂直軸Z旋轉的體積(volume)。圓弧A平面與透鏡3入射面3e1相交形成部分圓周8，圓周8與圓弧A具有相同的圓心C，但其半徑大于R。
由反射器2反射的光線k1、k2落在反光板4或者“彎折器”的邊緣P上，并沿方向q1和q2返回，同時保留在垂直入射平面V內。半徑q1和q2落在透鏡的入射面3E1上的n1、n2。面3E1在點n1、n2的法線位于垂直平面V中，垂直平面V包括光線q1、q2。透鏡中的折射線t1、t2同樣保持在平面V中，同光線u1、u2一樣，而光線u1、u2離開透鏡的射出面3ES。
反光板4或者“彎折器”由部分圓盤形成，圓盤在其邊緣為圓弧A。該反光板在形成反射器2的凹面反射鏡的下方延伸。朝向光源S的邊界9(見圖3)僅取決于來自光源S的光通道的實際因素。舉例來說該邊界9可以由一個角的兩邊形成，該角的凹面轉向圓心C，該角通常具有其等分平面，垂直平面穿過光軸CS。
光源S最好包括一個發(fā)光二極管，發(fā)光二極管在上半球內向上發(fā)射。
實際上，光源S在一點是不完美的，光線(在光源S和P附近未示出)在邊緣A上被轉移并繼續(xù)它們的路徑達q′1、q′2，并不被平板4彎曲，且不相遇。
圖4為透鏡3通過貫穿垂直軸Z和光軸CS的平面的截面圖，光軸CS在點a切斷圓弧A。
在圖4所示的橫截面中，透鏡入射面的曲線E1對切斷線的銳度產生影響。該曲線E1的選取可以使光束切斷線變得尖銳和最有可能，即使對于較寬光束也是如此。該曲線E1最好由部分圓周形成，該圓周的圓心位于連接光源S和圓心C的的直線上；該部分圓周E1的凸面朝里，也就是朝向圖4所示的圓心C。曲線E1的端部可以彎曲得更明顯。透鏡的截面被曲線ES限制為朝外，基本為一個紙帽子的形狀，換而言之其具有一個中心為圓形的凸起，且其凸面朝外，其在每一邊上延伸，一個彎曲區(qū)域朝外凹陷。
現說明發(fā)自點a的光線q3的光徑。
反射器2的角Ω(見圖2)相對于穿過光軸CS的垂直平面對稱，且該角Ω的最大值為連接了點C和圓弧A與反射器2在平板4的平面內的交點的直線之間形成的一個角確定。
來自模塊的光束的寬度主要取決于該角Ω，但同時也與其它參數相關，特別是光源-頂點(source-apex)距離，因為其影響影象的尺寸。
當圓弧A的半徑R趨向于無窮大時，透鏡3趨向于一個圓形透鏡，且光束(其它條件相當)趨向于最強光點，由光源的光通量和視表面決定。這在視覺上相當于一個橢圓和一個無限遠點消像散(stigmatic)透鏡的組合，但是在根據本發(fā)明領域內像差較低。
曲線E1的給定部分圓周的特定實施例并非限制性的。E1可以為任何曲線。
射出面的曲線ES的結構使在所討論的平面(穿過旋轉軸CZ的平面)內，透鏡3在點a和無限遠之間消像散；也就是說從點a發(fā)出的光線的發(fā)散光束在曲線ES的出口變成平行于光軸CS的光束。
點a和光軸CS的曲線E1的頂點之間的距離為一個參數；該距離稱為透鏡的拉伸距離(draw)T。對于給定的反射器2，透鏡的高度H取決于此，假設透鏡的結構可以覆蓋所有可能的光通量。
根據圖1-4所述的實施例，圓弧A的圓心C在從光源發(fā)射的光束的傳播方向上位于光源S的后方；在此情況下，由圓弧A形成的彎折器4的邊緣的彎曲向著光束傳播方向的前方轉換其復雜度。
如果圓弧A的圓心C1(見圖8)在光束的傳播方向上位于光源S1的之外，那么彎折器的邊緣A1的彎曲就會改變符號(sign)，并轉變?yōu)橄蚯皬澢?。前面的所有說明都保持真實。
透鏡3的端面3Ld、3Lg(見圖1)是平面的，且位于穿過CZ的端平面內，形成夾角Ω。
可以將幾個模塊組合起來，沒有邊緣或者臺階，將一個模塊透鏡的右手或左手端面靠在另一個模塊的左手或右手端面上。
圖5示出從并排放置的相同的模塊1a組合構成車燈L的過程，比如模塊組合可以為三個模塊組成，其半徑R為無限大，從而使圓弧變成一個直線片斷。每個模塊的透鏡3a相互并列在一條線上，形成一個直線柵，垂直于箭頭所表示的平行光軸。
圖6為幾個模塊組合形成的車燈Lb的示意圖，特別是采用4個模塊，它們具有一個正的的半徑R(圖1至圖4)，但是其值在圖6中從右向左在一個方向上減小。
第一模塊1b具有一個無限大半徑R；接下來的模塊1c具有一個較小的半徑R，且該模塊的圓心Cc位于模塊1b的邊界上(實施例的左側)，等等接下來的模塊1d的半徑R小于模塊1c的半徑，而模塊1d的圓心Cd位于模塊1c的左手角邊界上。最后，末端模塊1e具有一個最小的半徑R，其圓心Ce位于模塊1d的左手角邊界上。用箭頭表示的連續(xù)模塊的光軸相對于第一模塊1b的光軸逐漸傾斜。
透鏡3b、3c、3d、3e的組合形成的表面為連續(xù)可導的。
圖6中的車燈Lb可以構成一個DBL(動態(tài)彎折燈“Dynamic BendingLight”)，并具有模塊1b-1e的光源的連續(xù)照明，從而形成一個彎曲。
圖7示出三個模塊1f、1g、1h構成的另一種車燈Lc。兩個側模塊1f和1g在圖1至4所述實施例中具有一個正的曲率半徑，而中間模塊1h具有一個負的半徑R，其使透鏡3h升起形成一個相反曲率。這樣透鏡組合所形成的曲線就具有一個波狀外形。圖7所示三個模塊的光軸是平行的，如箭頭所示。
圖8為具有至少一個并置模塊1g到1h組合的車燈示意圖。模塊1g具有一個正的曲率半徑，而模塊1h具有一個透鏡3h的相反曲率的負的曲率半徑。反射器2g、2h和彎折器4g、4h被示意地表示出來。模塊1g的圓弧A的圓心C位于圖中左側，而凹面圓弧A1的圓心位于圖8的右側C1。圖8所示組合為多次重復并置形成的結構模式。
在射出面凹入的透鏡3h具有亮點，也就是光束的集中區(qū)域，但是向前凸起的透鏡3g則同如圖7所示透鏡3f一樣橫向擴散光束。
因此根據本發(fā)明的照亮模塊可以提供有利于原始類型效果產生的復雜的組合，并可以安裝多個模塊。
當觀察者看向根據本發(fā)明的一個模塊或者車燈時，其分不清是并置的模塊還是光源，特別是發(fā)光二極管置于模塊內部。因此觀察者的印象就是一個整個的部件。
圖9為根據本發(fā)明的模塊在距離模塊一個給定距離的屏幕上的等照度曲線的網格圖，其中圓弧的半徑為無限半徑R。顯然曲線都位于一個尖銳水平切斷線的下方。
圖10對應于類似圖1-4的模塊的一個凸面模塊，或者對應于圖7中模塊1f、1g。切斷線也是尖銳的，所有曲線位于一條水平線的下方；光通量在垂直中間平面的每一側向下擴散更多一點。
圖11為具有一個負的半徑R的模塊的等照度曲線圖，該模塊如圖7和圖8所示的模塊1h。切斷線的銳度是被保留。等照度線稍微不如圖10所示的角擴散。
為了檢驗一個照明模塊是否與本發(fā)明一致，在點S放置一個點光源就足夠了，該點光源可以是一個激光點或者是一個尺寸很小的二極管。因為在檢驗的情況下，不需要使用尺寸較大的大功率光源。通過在反光板4上(或取而代之)放置一張紙，在紙張上就可以看到一個對應于圓弧A的發(fā)光圓弧。
在檢驗透鏡3時，產生一個會聚在點a的垂直光軸。隨后就必要在透鏡的另一側得到一個垂直的光片斷。
下面在球面坐標中給出反射器2表面的方程式。
f為從光源S到反射器(偽焦點的)頂5的距離。參考系的原點在S，y軸為CS，x軸位于板4的平面內，且垂直于y軸。z軸垂直于平面4且穿過點S。
在參考系內圓心C的坐標沿x、y、z軸分別為Cx、Cy和0。
反射器的表面2的接連點m位于經線θ和緯線限定的方向。點m的矢量半徑的絕對值用μ表示。
在下面的計算中，α、β和χ為中間變量。如果 K＝Cy+R+2f和θ是表面的參數方程的變量假設α=4{(K-vyCy)2-R2(vy2+vz2)}]]>β=-4{(K2-R2-Cy2)(K-vyCy)-2R2vyCy}]]>χ=(K2-R2-Cy2)2-4R2Cy2]]>μ=-β+β2-4αχ2α]]>那么M=S+μ·v‾]]>屬于所尋找的反射器表面。
當入射面具有一個凸向內側凸出的曲線E1時，給定了透鏡射出面的曲線ES的方程式。
輸入T＝d(a，El)透鏡的拉伸距離Cfe，入射面的半徑ep0，透鏡中心的厚度n，材料的折射率η和α是表面的參數方程的變量假設h=Cfesinη]]>d=h2+(T+Cfe(1-cosη))2]]>
ω=arcsinhd]]>σ=arcsin(sin(η+ω)n)-η]]>l=T+ep0(n-1)-d+Cfe(1-cosη)n-cosσ]]>ρ＝R+d·cosω+l·cosσ那么ρ·sinαCy+ρ·cosαh+l·sinσ]]>就屬于透鏡的出射面。
權利要求
1.一種車燈照明模塊，可以發(fā)出具有切斷線的光束，其包括一個凹面反射器(2)，其中在反射器的凹面內安裝至少一個光源(S)，從而至少向上照亮，并且在反射器和光源前面放置一個透鏡(3)，該反射器與一個平板(4)相連，特別是在水平面上，該平板的頂面是反光的，從而將來自反射器的光束彎折，所述平板包括一個能夠在光束中形成切斷線的前端緣，其特征在于確定反射器(2)從而將來自光源(S)的球形波面轉換成一個等同于位于平板(4)的平面上的圓弧(A)的波面，且透鏡(3)繞一軸(Z)旋轉，該軸基本垂直于平板的平面并穿過所述圓弧的圓心(C)。
2.如權利要求1所述的照明模塊，其特征在于反射器(2)的表面可以使發(fā)自光源并落在曲線(6)上的點(m1，m2)上的光線(i1，i2)被反射器的表面在垂直平面(V)內反射，該曲線由反射器(2)表面和穿過圓弧圓心(C)的垂直平面(v)的交叉形成，垂直平面與光源分開，從而所述光線會聚在所述垂直平面和圓弧的交叉部分上的一點(P)。
3.如權利要求1或2所述的照明模塊，其特征在于反射器(2)提供了光束的水平定位，而透鏡(3)提供了光束的切斷線和垂直分布，且不會與反射器確定的水平分布發(fā)生干擾。
4.如權利要求1-3之一所述的照明模塊，其特征在于通過選擇圓弧(A)的半徑(R)、從光源(S)到圓弧圓心(C)的距離和從光源(S)到圓弧平面內的反射器項部(5)的距離來確定反射器(2)。
5.如權利要求1-4之一所述的照明模塊，其特征在于穿過平板(4)的平面基本穿過光源(S)的中心。
6.如上述權利要求之一所述的照明模塊，其特征在于反射板(4)由部分圓盤形成，圓盤在其邊緣為圓弧(A)。
7.如上述權利要求之一所述的照明模塊，其特征在于光源(S)由發(fā)光二極管構成。
8.一種車燈，其特征在于該車燈由上述權利要求之一所述的幾個模塊的組合形成，特別是不帶邊緣和臺階，將一個模塊透鏡的右手或左手端面靠在另一個模塊的左手或右手端面上。
9.如權利要求8所述的車燈，其特征在于并排放置的相同的模塊(1a)組合形成車燈(L)，模塊組合的半徑(R)為無限大，模塊的透鏡(3a)相互并列在一條線上，形成一種直線柵，垂直于平行光軸。
10.如權利要求8所述的車燈，其特征在于模塊組合形成的車燈(Lb)具有一個正的半徑(R)，但其值在一個方向上減小。
11.如權利要求10所述的車燈，其特征在于第一模塊(1b)具有一個無限大半徑(R)，接下來的模塊(1c)具有一個較小的半徑，且該模塊(1c)的圓心(Cc)位于模塊(1b)的邊界上等等，連續(xù)模塊的光軸相對于第一模塊(1b)的光軸逐漸傾斜，透鏡組合形成的表面為連續(xù)的。
12.如權利要求11所述的車燈，其特征在于其可以構成一個DBL(動態(tài)彎折燈“Dynamic Bending Light”)，具有模塊光源的連續(xù)照明，從而形成一個彎曲。
13.如權利要求8所述的車燈，其特征在于車燈(Lc)至少包括兩個模塊(1g、1h)的一個組合，其中一個模塊(1g)具有一個正的曲率半徑，而另一模塊(1h)具有一個透鏡(3h)的相反曲率的負的曲率半徑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種車燈照明模塊，其包括一個凹面反射器(2)，其中至少在反射器的凹面內安裝一個光源(S)，從而至少向上照亮，并且在反射器和光源前面放置一個透鏡(3)。該反射器與一個平板(4)相關，該平板的頂面是反光的，從而將來自反射器的光束彎折，所述平板包括一個能夠在光束中形成切斷線的前端緣。確定反射器(2)從而將來自光源(S)的球形波面轉換成一個等同于位于平板(4)的平面上的圓弧(A)的波面，且透鏡(3)繞一軸(Z)旋轉，該軸基本垂直于平板的平面并穿過所述圓弧的圓心(C)。
文檔編號F21V13/04GK1789791SQ20051013156
公開日2006年6月21日 申請日期2005年6月24日 優(yōu)先權日2004年6月24日
發(fā)明者皮埃爾·阿爾布 申請人:瓦雷歐·維申公司