照明組件的製作方法

2023-05-31 09:38:16 1

照明組件的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種照明組件，包括：產生光錐的LED光源；以及具有前表面、校準表面和非球面形凹槽的透明的近場透鏡，其中，校準表面將光錐校準成從前表面朝向非球面形凹槽反射的光束，並且非球面形凹槽引導光束以源自於虛擬焦點的出射錐離開近場透鏡。此外，本實用新型還提供了另兩種照明組件。本實用新型的目的在於提供一種具有類似於白熾燈的光散射效果並能夠在車用外部照明應用中使用的照明組件。
【專利說明】照明組件

【技術領域】
[0001] 本實用新型總的涉及照明組件，更具體地，涉及用於在車用照明設備中使用的基 於LED的照明組件。

【背景技術】
[0002] 汽車照明主要由聯邦政府來管理。發光圖案，特別是在外部照明應用中使用的發 光圖案必須被控制W滿足美國聯邦政府法規。該些法規存在的目的是為了確保駕駛員、行 人W及在車輛環境中的其他駕駛員的安全。L邸光源技術正在迅速地成為白識燈泡技術的 有效替代。然而，L邸光源具有的明顯缺陷在於它們產生高度定向的光。LED光源產生的光 的定向屬性已經抑制了能夠滿足美國聯邦政府法規、特別是在車用外部照明應用中使用的 基於LED的照明組件的發展。
[0003] LED光源在其產生光的形式方面明顯地不同於白識燈光源。光從白識燈泡W幾近 360°發出，而光從LED由一個表面W錐體（立體角）形式發出。近場透鏡（NFL)在當前被 用來校準由L邸產生的光的錐體（立體角），但是幾乎不能增加與白識燈泡所產生的光的散 射相當的光的散射。另外，被常規的NFL校準的基於LED的光不具有焦點，而焦點是設計同 樣能夠在車用外部照明應用中使用的其他部件如反射器的必要條件。
[0004] 因此，需要能夠基本上複製白識燈泡的光的散射並且有利於在特定應用中、特別 是在車用外部照明應用中使用的各種封裝的基於LED的照明組件。 實用新型內容
[0005] 本實用新型的目的在於提供一種具有類似於白識燈的光散射效果並能夠在車用 外部照明應用中使用的照明組件。
[0006] 根據本實用新型的一個方面，提供了一種照明組件。該照明組件包括產生光錐的 L邸光源W及具有前表面、校準表面和非球面形凹槽的透明的近場透鏡。校準表面將光錐校 準成從前表面朝向非球面形凹槽反射的光束，並且非球面形凹槽引導光束W源自於虛擬焦 點的出射錐離開近場透鏡。
[0007] 根據本實用新型，近場透鏡構造成鄰近於L邸光源，使得校準表面將光錐的大部 分校準成從前表面朝向非球面形凹槽反射的光束。
[0008] 根據本實用新型，非球面形凹槽具有連續變化的曲率半徑。
[0009] 根據本實用新型，非球面形凹槽構造成相對於虛擬焦點沿向後的聚合方向引導光 束W源自於虛擬焦點的出射錐離開近場透鏡。
[0010] 根據本實用新型，非球面形凹槽構造成相對於虛擬焦點沿向前的聚合方向引導光 束W源自於虛擬焦點的出射錐離開近場透鏡。
[0011] 根據本實用新型，非球面形凹槽構造成相對於虛擬焦點沿均勻地分布在向前方向 和向後方向上的聚合方向引導光束W源自於虛擬焦點的出射錐離開近場透鏡。
[0012] 根據本實用新型的另一個方面，提供了一種照明組件。該照明組件包括產生光錐 的L邸光源W及具有前表面、校準表面和非球面形凹槽的透明的近場透鏡。校準表面將光 錐校準成從前表面朝向非球面形凹槽反射的光束，並且非球面形凹槽引導光束W源自於正 虛擬聚焦環的出射錐離開近場透鏡。
[0013] 根據本實用新型，近場透鏡構造成鄰近於L邸光源，使得校準表面將光錐的大部 分校準成從前表面朝向非球面形凹槽反射的光束。
[0014] 根據本實用新型，非球面形凹槽具有連續變化的曲率半徑。
[0015] 根據本實用新型，非球面形凹槽構造成相對於正虛擬聚焦環沿均勻地分布在向前 方向和向後方向上的聚合方向引導光束W源自於正虛擬聚焦環的出射錐離開近場透鏡。
[0016] 根據本實用新型，非球面形凹槽構造成相對於正虛擬聚焦環沿向後的聚合方向引 導光束W源自於正虛擬聚焦環的出射錐離開近場透鏡。
[0017] 根據本實用新型，非球面形凹槽構造成相對於正虛擬聚焦環沿向前的聚合方向引 導光束W源自於正虛擬聚焦環的出射錐離開近場透鏡。
[0018] 根據本實用新型，還包括：類拋物面反射器，構造成將出射錐反射成車用外部照明 圖案。
[0019] 根據本實用新型的又一個方面，提供了一種照明組件。該照明組件包括產生光錐 的L邸光源W及具有前表面、校準表面和非球面形凹槽的透明的近場透鏡。校準表面將光 錐校準成從前表面朝向非球面形凹槽反射的光束，並且非球面形凹槽引導光束W源自於負 虛擬聚焦環的出射錐離開近場透鏡。
[0020] 根據本實用新型，近場透鏡構造成鄰近於L邸光源，使得校準表面將光錐的大部 分校準成從前表面朝向非球面形凹槽反射的光束。
[0021] 根據本實用新型，非球面形凹槽具有連續變化的曲率半徑。
[0022] 根據本實用新型，非球面形凹槽構造成相對於負虛擬聚焦環沿均勻地分布在向前 方向和向後方向上的聚合方向引導光束W源自於負虛擬聚焦環的出射錐離開近場透鏡。
[0023] 根據本實用新型，非球面形凹槽構造成相對於負虛擬聚焦環沿向後的聚合方向引 導光束W源自於負虛擬聚焦環的出射錐離開近場透鏡。
[0024] 根據本實用新型，非球面形凹槽構造成相對於負虛擬聚焦環沿向前的聚合方向引 導光束W源自於負虛擬聚焦環的出射錐離開近場透鏡。
[0025] 根據本實用新型，還包括；類拋物線形反射器，構造成將出射錐反射成車用外部照 明圖案。
[0026] 本實用新型的有益效果在於提供一種具有類似於白識燈的光散射效果並能夠在 車用外部照明應用中使用的照明組件。
[0027] 本領域技術人員在研究了下面的說明書、權利要求和附圖之後將理解和認識到本 實用新型的該些及其他方面、目的和特徵。

【專利附圖】

【附圖說明】
[002引在附圖中：
[0029] 圖1是根據一個實施例的具有近場透鏡的照明組件的立體圖，該近場透鏡具有非 球面形凹槽；
[0030] 圖2是根據另一個實施例的具有反射器的圖1所示照明組件的立體圖；
[0031] 圖3是圖示根據又一個實施例的具有近場透鏡的照明組件的操作示意圖，該近場 透鏡具有校準表面和非球面形凹槽；
[0032] 圖3A是根據另外的實施例的圖3所示照明組件的放大圖，其示出了用基於積分數 學的算法對非球面形凹槽的形成；
[0033] 圖4A是根據再一個實施例的具有近場透鏡的照明組件的截面圖，該近場透鏡具 有校準表面和非球面形凹槽，其構造成相對於虛擬焦點沿基本向前的聚合方向從虛擬焦點 引導出射光錐；
[0034] 圖4B是根據另一個實施例的具有近場透鏡的照明組件的截面圖，該近場透鏡具 有校準表面和非球面形凹槽，其構造成相對於虛擬焦點沿基本向後的聚合方向從虛擬焦點 引導出射光錐；
[00巧]圖4C是根據再一個實施例的具有近場透鏡的照明組件的截面圖，該近場透鏡具 有校準表面和非球面形凹槽，其構造成相對於虛擬焦點沿基本均勻地分布在向前和向後方 向上的聚合方向從虛擬焦點引導出射光錐；
[0036] 圖4D是根據另一個實施例的具有近場透鏡的照明組件的截面圖，該近場透鏡具 有多個校準表面並且具有非球面形凹槽，其構造成相對於虛擬焦點沿基本均勻地分布在向 前和向後方向上的聚合方向從虛擬焦點引導出射光錐；
[0037] 圖5是根據另外的實施例的具有近場透鏡的照明組件的截面圖，該近場透鏡具有 校準表面和非球面形凹槽，其構造成從正虛擬聚焦環引導出射光錐；W及
[0038] 圖6是根據另一個實施例的具有近場透鏡的照明組件的截面圖，該近場透鏡具有 校準表面和非球面形凹槽，其構造成從負虛擬聚焦環引導出射光錐。

【具體實施方式】
[0039] 本實用新型的具體實施例按要求在此公開，然而，應當理解，在此公開的實施例僅 為本實用新型的示例，其能夠W各種替代方式實施。附圖不一定是具體設計；可對一些圖表 放大或縮小W顯示功能概況。因此，在此公開的具體結構和功能細節不應視為限定，而僅作 為用於教導本領域技術人員W各種方式應用本實用新型的代表性基礎。
[0040] 出於說明的目的，詞語"向前""向後""側部"及其派生詞語應當依據圖1中所示 的照明組件和部件。圖1中的'卞"和"R"分別指代向前方向和向後方向。然而，應理解的 是除非明確作出相反說明，本實用新型可呈現各種替代的定向。還應理解的是在附圖中顯 示和在下列說明書中說明的具體設備和工藝僅僅為權利要求書中的權利要求所設定的創 造性概念的示例性實施例。因此，涉及該裡所公開的實施例的具體尺寸和其它物理特徵不 應視為限定，除非權利要求中作了其他明示。
[0041] 參照圖1，示出了根據一個實施例的具有近場透鏡1的照明組件10的立體圖，該近 場透鏡1具有非球面形凹槽14。近場透鏡1具有沿向前方向"F"定向的前表面4和面向 LED光源（圖1中未示出）的後表面8。如圖所示，近場透鏡1關於從向後方向"R"向向前 方向"F"跨越的軸線2對稱地布置。近場透鏡1還具有側表面12,其配置成圍繞軸線2並 且形成在前表面4和後表面8之間。側表面12包括非球面形凹槽14。
[0042] 近場透鏡1基本上是透明的。優選地，近場透鏡元件由玻璃、聚碳酸醋和/或聚甲 基丙帰酸甲醋（PMMA)材料構造。如本領域普通技術人員容易理解的，為了光學清晰的目 的，該些材料應當足夠地透明。通常，面向後表面8的L邸光源3產生沿向前方向"F"的光 錐3a(立體角）（未示出），光錐3a通過折射的方式行進通過後表面8而進入近場透鏡1 中。來自光錐3a(立體角）的光然後基本上在透鏡1內在前表面4處朝向側表面12反射。 來自光錐3a (立體角）的反射光的大部分然後穿過非球面形凹槽14作為出射錐6離開透 鏡1。因此，來自L邸光源3的呈光錐3a (立體角）形式的入射光被引導穿過近場透鏡1並 且穿過非球面形凹槽14被再次引導至透鏡1之外。
[0043] 如本文所限定的，術語"非球面形"與本公開中描述的近場透鏡元件的特定表面相 關聯。本文描述的近場透鏡元件的"非球面形"表面具有曲率值半徑不同的多個外部點。 因此，該些表面由於不能夠延伸和圍繞W形成完美的球面形而在該層意義上是"非球面形" 的。
[0044] 如圖2所示，根據另一個實施例，圖1中所描述的照明組件10能夠配置有反射器 16。反射器16關於軸線2配置並且圍繞近場透鏡1的側表面12配置。另外，反射器16在 軸線2上處於非球面形凹槽14後面的位置。另外，反射器16具有由如本領域普通技術人 員所知的反射材料製造的面向向前方向"F"的光學反射外表面。
[0045] 在圖2所描述的結構中，照明組件10能夠控制來自透鏡1的出射錐6並且再次引 導該光沿向前方向"F"離開反射器16。來自出射錐6的反射光此時W光圖案6a的形式沿 向前方向"F"發出。優選地，近場透鏡1和反射器16設計成產生呈具有適於滿足施行的美 國聯邦政府法規的車用外部照明應用的強度和角展度的圖案的光圖案6a。
[0046] 再次參照圖2,照明組件10的近場透鏡1被描述為具有前表面罩4a。因為從LED 光源3發出並且行進穿過透鏡1的光錐3a(立體角）通常從前表面4(未示出）內部地反 射，所W表面4能夠被前表面罩4a覆蓋。罩4a能夠布置為與照明組件10相關聯的造型元 件。另外，在一些實施方式中，罩4a可W具有面向近場透鏡1的前表面4的基本反射性內 表面（未示出）。罩4a的反射性內表面然後能夠反射來自光錐3a(立體角）的沒有在透鏡 1內從前表面4內部地反射的任何光。因此，結合與罩4a相關聯的反射性內表面能夠改善 照明組件10的光收集效率。
[0047] 在描述照明組件10的截面圖時，圖3示出了根據另一個實施方式的照明組件10 的操作。如圖所示，照明組件10包括LED光源3和透明的近場透鏡1。LED光源3產生光 錐3a (立體角）。優選地，L邸光源3鄰近於透鏡1的後表面8布置，使得光錐3a (立體角） 基本撞擊在後表面8上。L邸光源3可W包括能夠提供W光錐3a(立體角）為形式的高強 度的定向光圖案的多種LED相關發光源中的一個或多個。其他部件（未示出）可W構造成 如本領域普通技術人員所知地那樣驅動和控制L邸光源3。
[004引圖3中所示的照明組件10的近場透鏡1具有沿向前方向"F"定向的前表面4和 面向LED光源3的後表面8。如圖所示，近場透鏡1關於從向後方向"R"向向前方向"F"跨 越的軸線2對稱地布置。後表面8還包括校準表面5。注意，在一些實施方式中，後表面8 可W包括多個校準表面5 (例如，如圖4D所示的校準表面5和8a)。另外，如圖3所示，近場 透鏡1還具有側表面12,側表面12圍繞軸線2構造並且形成在前表面4和後表面8之間。 側表面12包括非球面形凹槽14。
[0049] 再次參照圖3,照明組件10的近場透鏡1如下地操作。面向後表面8的L邸光源3 產生沿向前方向"F"的光錐3a(立體角），光錐3a行進穿過校準表面5進入近場透鏡1中。 優選地，校準表面5在尺寸上構造成充分地校準從L邸光源3發出的光錐3a (立體角）。因 此，校準表面5能夠根據與從在照明組件10中使用的特定L邸光源3發出的光錐3a (立體 角）相關聯的展開程度而較大或較小。另外，校準表面5可W基於L邸光源3接近於校準 表面5的相對位置而設定尺寸。優選地，校準表面5構造有連續變化的曲率半徑。
[0050] 來自光錐3a(立體角）的光然後被校準表面5校準為近場透鏡1內朝向前表面4 的光束圖案5a。光束圖案5a然後在透鏡1內在前表面4處朝向側表面12反射。前表面4 優選地在近場透鏡1內W大約45°角構造 W確保光束圖案5a朝向側表面12的完全內部反 射。該樣，將光束圖案5a從前表面4反射成反射的柱狀圖案化。
[0051] 反射的柱狀圖案化（源自於光錐3a (立體角））的大部分然後穿過側表面12的非 球面形凹槽14 W出射錐6離開近場透鏡1。特別地，非球面形凹槽14根據斯涅爾定律通過 折射引導柱狀圖案化W具有虛擬焦點18的出射錐6離開透鏡1。儘管出射錐6不穿過虛 擬焦點18,但其光線能夠被反向匯聚到虛擬焦點18。非球面形凹槽14特別地設計成沿對 應於虛擬焦點18的方向將柱狀圖案化擴散成出射錐6。非球面形凹槽14還設計成確保 與針對近場透鏡1選擇的材料的折射率相關聯的臨界角不被超過。當從H維觀察時，照明 組件10產生具有徑向離開軸線2發出的光的柱形（在向後側"R"和向前側"F"具有成角 面）的出射錐6。優選地，非球面形凹槽14設計成具有連續變化的曲率半徑。
[0052] 如圖3A中所示，非球面形凹槽14可W使用基於積分數學的諸如W下由方程式（1) 提供的算法來創建。非球面形凹槽14可W基於對於虛擬焦點18的期望位置和虛擬焦點18 與非球面形凹槽14之間的期望距離在其形狀方面進行設計。特別地，非球面形凹槽14可 W在圖示的X坐標和Y坐標該兩個維度上來創建。X坐標沿著軸線2,分別橫跨在向後方向 "R"至向前方向叩"。Y坐標與X坐標垂直。（已經選擇的）虛擬焦點18與非球面形凹槽 14朝向軸線2的最低點之間的距離由焦距14a(在W下方程式（1)中也標為"If")限定。 另外，方程式（1)中的ni和ri2(並且在圖3A中進行示出）分別對應於近場透鏡1和透鏡1 周圍環境的折射率值。
[0053] 同樣如圖3A中所示，近場透鏡1將被空氣包圍，因此ri2等於1. 00029或者為了使 方程式簡化而等於1。如前面所提到的，透鏡1可W由透明材料製造。在本實例中，透鏡1 由聚碳酸醋製造，從而為其提供等於1.586的折射率ni。方程式（1)能夠用來生成與非球 面形凹槽14相關聯的曲率。例如，當焦距14a(If)被設定為10mm時，在X = 5mm時，f (X) =11.7411mm。最後，根據方程式（1)來限定非球面形凹槽14,使得f(x)定義作為沿X軸 位置的函數的沿Y軸的非球面形凹槽14的位置。
[0054]

【權利要求】
1. 一種照明組件，其特徵在於，包括： 產生光錐的LED光源；以及 具有前表面、校準表面和非球面形凹槽的透明的近場透鏡， 其中，所述校準表面將所述光錐校準成從所述前表面朝向所述非球面形凹槽反射的光 束，並且所述非球面形凹槽引導所述光束以源自於虛擬焦點的出射錐離開所述近場透鏡。
2. 根據權利要求1所述的照明組件，其特徵在於，所述近場透鏡構造成鄰近於所述LED 光源，使得所述校準表面將所述光錐的大部分校準成從所述前表面朝向所述非球面形凹槽 反射的所述光束。
3. 根據權利要求1所述的照明組件，其特徵在於，所述非球面形凹槽具有連續變化的 曲率半徑。
4. 根據權利要求1所述的照明組件，其特徵在於，所述非球面形凹槽構造成相對於所 述虛擬焦點沿向後的聚合方向引導所述光束以源自於所述虛擬焦點的所述出射錐離開所 述近場透鏡。
5. 根據權利要求1所述的照明組件，其特徵在於，所述非球面形凹槽構造成相對於所 述虛擬焦點沿向前的聚合方向引導所述光束以源自於所述虛擬焦點的所述出射錐離開所 述近場透鏡。
6. 根據權利要求1所述的照明組件，其特徵在於，所述非球面形凹槽構造成相對於所 述虛擬焦點沿均勻地分布在向前方向和向後方向上的聚合方向引導所述光束以源自於所 述虛擬焦點的所述出射錐離開所述近場透鏡。
7. -種照明組件，其特徵在於，包括： 產生光錐的LED光源；以及 具有前表面、校準表面和非球面形凹槽的透明的近場透鏡， 其中，所述校準表面將所述光錐校準成從所述前表面朝向所述非球面形凹槽反射的光 束，並且所述非球面形凹槽引導所述光束以源自於正虛擬聚焦環的出射錐離開所述近場透 鏡。
8. 根據權利要求7所述的照明組件，其特徵在於，還包括： 類拋物面反射器，構造成將所述出射錐反射成車用外部照明圖案。
9. 一種照明組件，其特徵在於，包括： 產生光錐的LED光源；以及 具有前表面、校準表面和非球面形凹槽的透明的近場透鏡， 其中，所述校準表面將所述光錐校準成從所述前表面朝向所述非球面形凹槽反射的光 束，並且所述非球面形凹槽引導所述光束以源自於負虛擬聚焦環的出射錐離開所述近場透 鏡。
10. 根據權利要求9所述的照明組件，其特徵在於，還包括： 類拋物線形反射器，構造成將所述出射錐反射成車用外部照明圖案。
【文檔編號】F21S8/10GK204187477SQ201420638047
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月29日 優先權日:2013年10月30日
【發明者】詹森·杜蘭德 申請人:福特環球技術公司