用於機動車輛的雙功能近遠光照明模塊的製作方法

2023-06-03 12:41:36

本發明涉及尤其是用於機動車輛的照明模塊。照明模塊具有雙重功能，也就是說，它包括近光類型的第一照明功能以及此外的補充近光功能的遠光類型的第二照明功能。

背景技術：

汽車前照燈通常設置有不同的模塊，每一個模塊致力於產生不同類型的照明：遠光、低光(也稱近光)、霧燈等等。為了限制由同一前照燈內的不同模塊的布置產生的體積，並且同時為了降低相關的費用，希望組合不同的模塊和/或減小同一前照燈內的模塊的大小。

特別地，文獻US2011/0008753A1描述了一種裝置，所述裝置能夠組合涉及霧燈和低光燈的功能。為此，該文獻提出了使用兩個發光的半導體元件，每一個元件能夠選擇性地被控制以產生司機需要的燈光類型。這種類型的模塊允許在單一的模塊內霧燈和低光燈之間的兼容性。然而，它不能提供近光和遠光燈功能兩者。

技術實現要素：

本發明的一個目標是在用於產生近光的模塊中合併附加的照明功能。優選地，本發明的目標是給近光模塊增加形成遠光的照明功能，而無需增大其尺寸或增加其它機械元件。

本發明提出了一種尤其是用於機動車輛的照明模塊，包括光學元件和至少一個第一光源，所述光學元件用於產生呈現至少部分傾斜的截止線的至少一個第一光束，所述模塊的特徵在於：光學元件包括具有光軸和焦點的至少一個光學部分，第一光源布置在焦點處並且適於朝向光學元件發射第一光線以產生第一光束，所述模塊還包括第二光源，第二光源被布置為 距離焦點一段距離並且相對於第一光源在豎直軸線上向下偏移，第二光源適於朝向光學元件發射第二光線以產生至少部分照亮截止線以上的第二光束。

傾斜截止線部分應當被理解為是指這樣的截止線部分，其相對於截止線的其餘部分是傾斜的。

有利地，第一光束呈現近光照明截止線類型的截止線。在這種情況下，第一光束用於形成近光類型的光束的部分。

有利地，光學元件被布置為從第一光線投射第一光源的多個像，使得這些像的頂部邊緣被對準和/或疊加以形成第一光束的截止線的所述傾斜部分。

根據本發明的特徵，第二光源相對於焦點豎直偏移一段距離，使得第二光源的由第二光線經光學元件的投射形成的多個像被布置為至少部分在第一光束的截止線以上。如果需要，第二光束可以具有互補的遠光類型的光分布。

優選地，第二光源相對於第一光源在橫向軸線上偏移，使得光束被集中在光軸上以在其上形成光斑，所述光斑具有遠光特徵。例如，第二光源相對於焦點橫向偏移一段距離，使得第二光源的由第二光線經光學元件的投射形成的多個像被集中在光軸上。

有利地，第一光源呈現包括邊緣的發光區，該邊緣布置在光學元件的光學部分的焦點處。

如果需要，第一光源可以面向光學元件定向，使得所述邊緣為傾斜的邊緣。例如，傾斜的邊緣面向光學元件的橫向軸線延伸。

有利地，第二光源與第一光源面向光學元件的定向相同地面向光學元件定向。

優選地，當第一光源被打開、第二光源被關閉時，產生包括第一光束的近光類型的光束。

有利地，當第一光源和第二光源被打開時，產生包括第一光束和第二光束的重疊和/或並列的遠光類型的光束。

可選地，當第二光源被打開同時使用低於產生第二光束所需要的電功率的電功率被供電、第一光源被關閉時，產生日間行車燈類型的光束。

優選地，兩個光源之間的距離小於或等於光學部分的焦距的一部分。例如，如果f表示所述焦距，兩個光源之間的距離可以小於或等於f*tan(0.57°)，即約f/100。

有利地，第一光源和第二光源中的每一個都由能夠選擇性地被啟動的半導體發光晶片組成。例如，第一光源和第二光源由雙晶片類型的同一發光二極體形成。

作為一種變形，第一光源和第二光源由包括至少兩個二極體的二極體矩陣形成，每一個二極體形成光源中的一個。

優選地，光學部分為透鏡。

有利地，光學部分的材料包括矽樹脂、玻璃、聚碳酸酯或PMMA。

優選地，第一光束用於形成近光類型的光束的部分。如果需要，光學元件可以包括具有光軸、焦點的至少一個第二光學部分，並且第三光源布置在第二光學部分的焦點附近以產生形成所述近光類型的光束的部分的至少一個第二光束。

附圖說明

結合所附的附圖、參照下面的純粹以指示性和非限制性方式給出的說明，將更好地理解本發明，在附圖中：

-圖1為根據本發明的燈模塊的分解圖；

-圖2為根據本發明的光學元件的平面圖；

-圖3A為與圖2類似的視圖，圖示了從根據本發明的燈模塊的第一二極體發出的光束的示例性的軌跡；

-圖3B為由圖3A的第一二極體產生的光束的等照度圖；

-圖4A為與圖2類似的視圖，圖示了從根據本發明的燈模塊的第二二極體發出的光束的示例性的軌跡；

-圖4B為由圖4A的第二二極體產生的光束的等照度圖；

-圖5A為與圖2類似的視圖，圖示了從根據本發明的燈模塊的第三二極體發出的光束的示例性的軌跡；

-圖5B為由圖5A的第三二極體產生的光束的等照度圖；

-圖6A為與圖2類似的視圖，圖示了從根據本發明的燈模塊的第四二 極管發出的光束的示例性的軌跡；

-圖6B為由圖6A的第四二極體產生的光束的等照度圖；

-圖7A為與圖2類似的視圖，圖示了從根據本發明的燈模塊的第五二極體發出的光束的示例性的軌跡；

-圖7B為由圖7A的第五二極體產生的光束的等照度圖；

-圖8為圖示兩個光源之間的位移的視圖；

-圖9為圖示像的從第一位置到第二位置的位移的視圖；

-圖10為從光學部分的後面觀察的圖示兩個光源的視圖；

-圖11為在近光模式下由光學元件的5個LED產生的等照度圖；

-圖12為在遠光模式下由光學元件的5個LED產生的等照度圖；

-圖13為組合近光和遠光的、由光學元件的6個LED產生的等照度圖。

具體實施方式

參照圖1，根據本發明的燈模塊1包括與基板3連接的散熱器2、設置有電連接器5的印刷電路板類型的電子板4、六個在後面的說明中將被稱為LED的發光二極體6、61、62(它們中的四個享用相同的附圖標記6)、根據本發明的透明材料的光學元件7以及適於緊密配合在光學元件7周圍的保護和固定外殼8。外殼8例如利用第一系列螺釘9固定在基板3上。電子板4例如利用第二系列螺釘10錨定在基板3上。基板3還包括用於定位二極體6的六個位置6a。這種模塊1用於例如固定在車輛前照燈內部。

參照圖2，根據本發明的透明材料的光學元件7是實心的並且例如用PC(聚碳酸酯)製造，並且作為光學透鏡。

該光學元件示意性地包括兩個橫向耳片11、12和位於耳片11、12之間的中心主體13。主體13以兩個端臂14、15為邊緣，每一個端臂都與耳片11、12連接，臂14、15中的每一個都沿與其所連接的耳片11、12呈直角的方向延伸。兩個耳片11、12嚴格對齊，使得光學元件7可以通過其耳片11、12支撐在平坦表面上。

有利地，該光學元件7的主體13被分成五個實心的基礎部分16、17、18、19、20，每一個並且分別以輸入表面21、22、23、24、25和輸出表面26、27、28、29、30為特徵。該光學元件7因而具有形成兩個端臂14、15 的兩個基礎端部16、17和定位在端部16、17之間的三個基礎中間部18、19、20。五個輸出表面26、27、28、29、30是接觸的，以形成光學元件7的連續的整體輸出表面。五個輸入表面21、22、23、24、25是彼此分開的，並且基本上與兩個耳片11、12對齊。每一個部分16、17、18、19、20都是細長的，輸入表面21、22、23、24、25和輸出表面26、27、28、29、30形成部分16、17、18、19、20中的每一個的沿其縱向軸線的兩個端部。三個基礎中間部18、19、20每一個都具有兩個壁31、32、33、34、35、36，所述兩個壁始於輸入表面23、24、25並且朝向界定同一部分18、19、20的輸出表面28、29、30的兩個邊緣延伸。例如可以被鍍鋁的這些壁31、32、33、34、35、36用於防止由放置在部分18、19、20的輸入表面23、24、25處的光源產生的光束穿過相鄰的部分的輸出表面。兩個基礎端部16、17僅具有單一的壁37、38，所述單一的壁用於防止放置在它們中的一個的輸入表面21、22處的光源照射相鄰的基礎部分的輸出表面，因為端部16、17中的每一個都僅具有單一的相鄰的基礎部分。兩個相鄰的基礎部分16、17、18、19、20的壁31、32、33、34、35、36、37、38利用彎曲的壁區段交匯。光學元件7因而呈現與五個基礎部分16、17、18、19、20交替地對齊的一系列四個中空部39、40、41、42，每一個中空部因而由基礎部分的壁和相鄰的基礎部分的壁界定。兩個端部基礎部分16、17的兩個輸入表面21、22處於從三個基礎中間部18、19、20的輸入表面23、24、25向後退的位置。對於五個基礎部分16、17、18、19、20中的每一個，輸入表面和輸出表面分開的平均距離基本上恆定。輸入表面21、22、23、24、25是平坦的，並且輸出表面26、27、28、29、30呈圓形。

優選地，部分16、17、18、19、20的每一個輸出表面26、27、28、29、30假定具有基本上位於對應的輸入表面21、22、23、24、25的高度上的焦點。每一個輸出表面的形狀基本上為橢圓體部分的形狀。

每一個輸出表面的焦點落在同一部分的輸入表面的高度上的事實意味著在輸入表面附近有點或水平區段使得大部分來自於該點或線上的多個點的光線平行於同一平面從輸出表面射出。

參照圖1，散熱器2和基板3構成優選為金屬的單件式元件。基板3可以被比作具有安裝面43的小厚度板，安裝面設置有切除部44，切除部的輪廓 與電子板4的輪廓相似，切除部44用於接收板4。該面43具有中心突起部45，所述中心突起部部分地形成切除部44的邊緣並且有助於部分地擴大圍繞切除部44的邊緣。

參照圖1，六個LED6、61、62在切除部44之外的區域內固定在基板3的設置有切除部44的面43上。

更具體地，參照圖1，六個LED6、61、62沿著界定切除部44的邊緣設置，三個LED6放置在突出部45上，並且另外三個LED6、61、62放置在基板3的高度低於突出部45的高度的表面43上。以這種方式，三個端部LED6、61、62框住三個升高的中間LED6。每一個LED6、61、62具有大致呈方形並且具有小厚度的光電發射元件。

LED6、61、62相對於向前的方向(即，模塊的發射方向)不同地轉向。換句話說，從前方觀察，這些LED具有不同的定向。例如，在位於LED的前方並且與燈模塊的發射的光軸垂直的投射平面上的投射中，這些LED在投射的平面內呈現不同的定向。這樣，兩個LED可以以如下方式設置，從前方觀察它們的光電發射元件的邊緣呈現不同的定向。傾斜的邊緣面向光學元件的橫向軸線延伸。從前方觀察，這些邊緣在它們之間可以形成45°角。這六個LED6、61、62被設置為沿相同的方向發射光束。

如圖1所示，根據本發明的光學元件7被固定在基板3上，使得固定在基板3上的六個LED6、61、62分別定位在光學元件7的輸入表面21、22、23、24、25處，如圖2所示，除了面向兩個LED6的輸入面21，使得每一個LED都可以朝向其所關聯的輸入表面21、22、23、24、25發送光束，光束穿過輸入表面21、22、23、24、25然後穿過同一部分的輸出表面26、27、28、29、30。這樣，來自每一個輸入表面21、22、23、24、25可以或者直接到達對應的輸出表面26、27、28、29、30，或者在到達輸出表面之前在壁31、32、33、34、35、36、37、38上被預先反射。壁31、32、33、34、35、36、37、38防止由與基礎部分16、17、18、19、20同高度放置的LED發射的光束到達相鄰的基礎部分的輸出表面26、27、28、29、30。基礎部分16、17、18、19、20單獨地並且獨立地起作用，以便獲得沒有雜散幹擾的合成光束。

圖3A-7B通過將合成光束分解為多個分量圖示了根據本發明的燈模塊1的使用的示例，每一個分量源自模塊1的與對應的LED關聯的基礎部分16、 17、18、19、20。基礎部分16包括兩個光源61、62：第一LED61產生至少一個第一光束，該第一光束為近光分量，第二LED62產生至少一個第二光束，該第二光束為遠光分量。源自基礎部分16的第二LED的光束圖示在圖11-13中。

近光通常包括傾斜截止線。優選地，第一光束產生近光的傾斜截止線的至少一部分，截止線的所述部分由近光截止線的傾斜截止線的一部分限定。

參照圖3A和3B，以這種方式，位於模塊1的左側並且與對應的端部LED6關聯的端部基礎部分17可以用作產生向左側的超範圍聚焦的照明。該照明更集中和強烈。

參照圖4A和4B，與對應的LED6關聯的左側的中間基礎部分20可以用作產生向左側水平延伸的照明。該照明不那麼強烈並且相對於車輛橫向散布。

參照圖5A和5B，與對應的LED6關聯的中心的中間基礎部分19可以用作產生同等地向右側和左側水平延伸的照明。該照明不那麼強烈並且相對於車輛橫向散布。

參照圖6A和6B，與對應的LED6關聯的右側的中間基礎部分18可以用作產生向右側水平延伸的照明。該照明不那麼強烈並且相對於車輛橫向散布。

參照圖7A和7B，位於模塊1的右側的端部基礎部分16與兩個對應的端部LED61和62(在圖1中圖示)關聯。優選地，第一LED61產生相對於水平軸線以45°角傾斜的左側範圍的照明。該照明更集中和強烈，並且被圖示在圖7B的等照度圖中。由第二LED62產生的照明被圖示在圖11-13中。由部分16、17、18、19、20產生的照明水平地延伸。它們致力於照亮司機前方的馬路。後者尤其可被用於產生車輛的近光燈所需要的照明的一部分。在圖3B-7B中圖示的不同照明分布示出了這些分量包括水平截止線，也就是說，沒有照明超過在光束的等照度圖中指示水平面的線。

部分16的第二光源62適於產生遠光燈。第二光源的位置以如下方式確定，當光源位於該位置中時，它產生對應於遠光燈的照明。

遠光燈不具有任何截止線。遠光燈的強度沿著光軸是集中和強烈的。 它們的光至少部分越過近光燈的水平截止線。法規要求的強度可能為40500坎德拉的量級。由近光燈產生的照明提供較好的可見性，不會使馬路的其它使用者炫目，並且通常包括水平截止線和傾斜截止線以便照亮位於馬路的一側的標誌和人行道或路邊。近光燈的強度為36000坎德拉的量級。

圖8圖示了兩個光源的位置之間的位移矢量。兩個光源由附圖標記61和62表示。位移矢量包括沿軸線z的豎直分量(-δz)和沿軸線y的橫向分量(δy)，軸線y和z圖示在附圖中。豎直軸線50和水平軸線51之間的交叉點52為部分16的光軸的標定點。術語豎直被理解為照明模塊在正常的使用條件下設置時。

圖9示意性地圖示了分別由第一光源產生的像和由第二光源產生的像之間的像的布局的差異。

優選地，第一LED61的中心63稍微位於光軸以上。LED的邊緣以45°傾斜並且與光軸相交。實際上，LED的邊緣產生截止線。由第一光源產生的像被圖示在圖9中。像都位於截止線910以下。優選地，像被對準和/或疊加以形成第一光束的截止線的所述傾斜部分。法律要求遠光向前發射超過100米的最小距離。由遠光產生的照明因此必須沿光軸是集中和強烈的。

為了提高由第一LED61產生的像，位移矢量必須包括向下定向的豎直分量，-δz，使得第二位置位於光軸之下，如圖8所示。第二光源62相對於焦點豎直偏移一段距離，使得第二光源62的由第二光線經光學元件的投射形成的多個像被布置為至少部分在第一光束的截止線以上。第二光束呈現互補的遠光類型的光分布。圖9圖示了像的位移。在用於第一光源的近光的截止線之下的像被移動到截止線以上，並且促成遠光的體積920(寬度和厚度)。

此外，第二LED62相對於第一位置也橫向偏移，使得形成用於第一LED61的15度的截止線的傾斜像被疊加在由沿豎直軸線z的偏移-δz引起的水平和豎直像上。該偏移δy被圖示在圖8中。第二LED62相對於焦點橫向偏移一段距離，使得第二光源62的由第二光線經光學元件的投射形成的多個像被集中在光軸上。像的重疊有助於遠光沿部分16的光軸的集中。該光束的集中由圖9的中心橢圓形915圖示。在圖8中LED61和62的這兩個位置位於 外表面26的焦點附近，所述焦點位於光軸上。第一光源61的中心基本上向上偏移並且偏移到焦點的左側，並且第二光源62的中心基本上向下偏移並且偏移到焦點的右側。兩個光源彼此接近的事實保證光學模塊是緊湊的並且在由兩個光束產生的照明中具有連續性。左側和右側相對於沿光的傳播方向定向的光軸被定義。

描述了不同的實施例以結合在單一的光學模塊或光學模塊的一部分中的兩種類型的光。

在優選實施例中，光學元件7的光學部分16假定光源在兩個位置中的每一個位置。結果，為了產生近光，第一光源61被打開並且第二光源62被關閉。為了獨有地產生遠光類型的光束，第一光源被關閉並且第二光源被打開。也可以通過打開兩個光源組合兩種類型的光束，以產生更強的遠光類型的光束。

有利地，兩個LED之間的距離取決於透鏡的尺寸和其光學特性。然而，透鏡的大小越小，光源的位置必須越精確。

優選地，光學元件7的尺寸在高度方向上為20mm的量級，並且在寬度方向上為110mm的量級。對於具有該尺度量級的大小的光學元件，在相同的光學部分中用於產生遠光類型和近光類型的光束的兩個光源之間的距離優選地在2至5mm之間，更優選地在3至4mm之間。有利地，該距離小於光學部分的焦距的一小部分。該一小部分優選地為f*tan(0.57°)的量級，即f/100，如果f為光學部分的焦距的話。該距離利用包括至少兩個發光表面的可尋址二極體的矩陣更容易行得通。二極體矩陣提供具有可被單獨地打開的緊密的發光表面的優點。此外，發光表面小於單獨的LED的發光表面。還具有好處在於發光表面對於遠光的最大強度是鄰近的，沒有位於太高位置。其結果是當兩個光源鄰近時有兩個光源產生的照明被均勻地分布。

圖10圖示了基礎部分16的輸入表面21。它包括分別用於產生包括近光燈的傾斜截止線和遠光燈的照明的兩個LED61、62。僅有LED的發光表面被呈現，它們的連接表面沒有被呈現。這些LED的位置中的每一個被限定在基礎部分16的光軸以上和以下。光源相對於光軸的位置確定了光線的傳播方向。第一LED產生其強度位於水平和傾斜截止線以下的照明。第二LED產生遠光燈，其光束相對於近光燈的光束被提升並且更集中。在圖10中，兩 個發光表面是鄰近的，如在可尋址二極體的矩陣中那樣。

圖11為光學元件7的部分16的等照度圖。只有專用於近光燈的LED被打開。可以看見具有近光燈特性的水平截止線和15度的傾斜截止線。

圖12圖示了與圖10類似的等照度圖，但是只有專用於遠光燈的LED62被打開。如在圖9的視圖的背景下描述的，照明的分布被向上移動，並且光強被集中在對應於光軸的圖的中心附近。

圖13圖示了涉及光學元件7的第三等照度圖，其中專用於近光燈和遠光燈的LED被打開。其結果是照明分布在水平截止線以上和以下，光強集中在圖的中心附近。

如圖3A、4A、5A、6A、7A清楚地示出的，由燈模塊1的每一個LED6、61、62產生的光束僅僅穿過LED或多個LED所關聯的基礎部分16、17、18、19、20，不能被引向相鄰的基礎部分16、17、18、19、20的輸出表面26、27、28、29、30。從其演化得到根據本發明的燈模塊1適於產生清楚、準確的合成光束，因為它不受由於模塊1的不同基礎部分16、17、18、19、20之間的光幹擾導致的任何雜散光束的影響。

雖然在附圖中相同地圖示了LED6、61、62，它們實質上可以在同一燈模塊1內具有不同結構、幾何形狀和光特性，根據特定的照明需要選擇LED。

優選地，光源為發光二極體，並且關於這一點已經給出了上述說明。這種二極體提供很好的光束質量，而仍保持較小尺寸。因此它完美地適於根據本發明的燈模塊，所述燈模塊的尺寸必須被限制為例如能夠被合併到機動車輛中。

然而，用於本發明的光源的類型不限於發光二極體的類型。光源也可以為白熾燈、氣體放電燈、雷射源或能夠產生具有類似於上述性質的性質的光束的任何類型的光源。

現在前照燈製造者只需要使用單一的製造工具(例如模具)設計單一的光學元件，使得能夠製造與不同類型的光束燈(優選地，近光燈和遠光燈)兼容的單一的光學模塊。

根據本發明的光學模塊具有緊湊的幾何形狀，並且因此具有較小的體積。

優選地，由模塊在模塊的輸出表面的輸出側發出的光線形成一部分或 全部馬路照明光束、信號指示或車輛內部照明。以這種方式，裝配另一個光學偏置元件或蓋是無意義的。換句話說，燈裝置在輸出表面之後可以無需透鏡、反射器或蓋。