CN101018693A - 具有色差校正功能的投射灯前灯 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能减弱眩光的投射型前灯装置(10)，包括一个光源(14)、一个反射镜(12)和一个光学透镜(18)。一个不透明掩模(16)位于透镜(18)与反射镜(12)之间，在聚焦光束(28)中生成一个上部阴影区以保护迎面车辆。掩模(16)包括一个靠近上边缘(22)的过渡区(32)，能使有限的投射光穿过掩模(16)进入聚焦光束(28)的上部阴影区。在几个实施例中，掩模(16)涂在或附加于同样也是支撑过渡区(32)的透明基底(20)上。为了消除不良的彩色效应，可将一个滤色镜(38)置于光路(26)上，以选择性地干扰光能波长。作为另一种方法，透明基底(20)和/或透镜(18’)可掺入滤色物质或组分。

Description

具有色差校正功能的投射灯前灯

有关申请的交叉参照

本专利申请要求以下在先申请的优先权：于2004年4月8日提交的美国临时专利申请第60/560,797号；以及于2004年9月3日提交的美国临时专利申请第60/607,011号。

技术领域

本发明一般地涉及前灯装置。更具体地，本发明涉及车辆前方照明所使用的投射型(project-type)前灯装置。

背景技术

车辆前灯主要是用来在夜间驾驶时提供前方照明以改善能见度。使用时，大多数车辆前灯都至少有两种工作状态：其一是在路面行驶时前面或迎面没有车辆行人时使用的远光灯态；另一种便是在大部分夜间驾驶状态下使用的短焦距光态，使得驾驶员能够看清前面的路况，同时限制因使用远光灯态而产生的眩光。

对于使用短焦距光驾驶时，政府规定通常要求车辆前灯提供一个有具体光度要求的光路分布光束模式(beam pattern)，以保护迎面而来的交通不受眩光的影响。能满足这些要求的投射灯前灯通常在聚焦光束中呈显出相对的亮/暗分界线(stark light/dark cutoff line)。这种明显的，所谓的光-影线源于使用了不透明金属掩模以便限制向上光束投射。该掩模位于光源(和/或反光镜)与聚光透镜之间光路的下部，鉴于常用聚光透镜的成像倒置特性，掩模投射的影子转移到投影光束的上部区域。因此，在前灯装置投射的光束中，掩模的上边缘产生一个光-影线，其中，光在该线的下方，而影子则在线的上方。这种暗上亮下的光强分布模式可为路面能见度提供照明，而且还要尽量减小对迎面车辆产生的眩光。

当一辆汽车在路面上遇到***物或凹穴时，投影光束可能临时向上升到迎面而来的车辆的视野中。由于明显的光-影边界作用，迎面车辆将会把这种上升和下降的光束视为分散注意力的闪光(distracting flash)。

另外，装配有金属掩模的投射型前灯还能产生所谓的“色差”或不良的彩色效应(chromatic effect)，具有使不同颜色的光在不同点聚焦的倾向。这种色差可以产生明亮的彩色光带效应，骚扰或迷惑迎面而来的驾驶员。虽然目前有关产生这种效果的机制还仍有争议，但此种彩色光带被认为是由金属掩模上边缘生成的。按照一种理论说法，从光源发出的白光打金属掩模的上边缘，与上边缘周围的空气产生一种分光透镜(prismatic lensing)效应，从而将白光分解为彩色光带(如图6A所示)。根据另一种理论，在金属掩模上边缘以倾斜角反射出的光被极化，使得可见电磁场矢量的一个取向较为明显(如图6B所述)。不论其原因如何，已知色差导致一种不良的效应，当使用投射型前灯的迎面车辆在路面上遇到***或下凹产生短暂的兰-紫色闪光时，彩色光带常常呈现出兰色，且极为显眼。这些闪光对对面的车辆产生眩光骚扰，分散其注意力，常常使驾驶员误认为对面来的车辆可能是警车或其它紧急情况的用车。

因此，为了有利于迎面而来的交通安全，人们急需降低这种明显的光-影边界以及色差产生的负面眩光效应。

发明内容

根据本发明的第一个方面，一种能减弱眩光的投射型前灯装置包括一个发出可见光的光源、一个邻近所述光源并将光线导向通常的前方光路的反射镜、一个位于所述前方光路中的用以转换和调整光线成为聚焦光束的光学透镜以及一个不透明掩模，该掩模位于所述透镜与所述反射镜之间的前方光路中，在所述聚焦光束中形成一个上部阴影区以保护迎面车辆。所述掩模具有一个在所述聚焦光束中建立一个光-影边界的上边缘。该掩模包括一个靠近所述上边缘的过渡区，使有限的投射光穿过掩模。通过使得少许投射光进入处于所述聚焦光束中的光-影边界的上方，当光-影边界映入或离开迎面车辆的视线时，由于光强度骤然变化的减弱，使迎面车辆全部或至少部分得益于这种效果。

根据本发明的另一个方面，一种能减弱眩光的投射型前灯装置包括一个发出可见光的光源、一个邻近所述光源并将光线导向通常的前方光路的反射镜、一个位于所述前方光路中的用以转换和调整光线成为聚焦光束的光学透镜、一个位于所述前方光路中的选择性地干扰光能波长的滤色镜，以及一个不透明掩模，该掩模位于所述透镜与所述反射镜之间的前方光路中，在所述聚焦光束中形成一个上部阴影区以保护迎面车辆。所述掩模具有一个在所述聚焦光束中建立一个光-影边界的上边缘和一个靠近其上边缘的过渡区。该过渡区使在前方光路中的有限的光穿过所述掩模，由此使得少许投射光进入处于所述聚焦光束中的光-影边界的上方。这样，反过来降低了对迎面车辆分散注意力的影响，这种影响可以是当光-影边界映入或离开迎面车辆的视线时，因光强度骤然变化而产生的。该装置中产生的任何色差可以通过滤色镜得到控制。

根据本发明的再一个方面，一种能减弱眩光的投射型前灯装置包括一个发出可见光的光源、一个邻近所述光源并将光线导向通常的前方光路的反射镜、一个位于所述前方光路中的用以转换和调整光线成为聚焦光束的光学透镜，该透镜包含一种滤色材料，能选择性干扰光路中的光能波长；以及一个不透明掩模，该掩模位于所述透镜与所述反射镜之间的前方光路中，在所述聚焦光束中形成一个上部阴影区以保护迎面车辆。所述掩模具有一个在所述聚焦光束中建立一个光-影边界的上边缘和一个靠近其上边缘的过渡区。该过渡区使在前方光路中的有限的光穿过所述掩模，由此使得少许投射光进入处于所述聚焦光束中的光-影边界的上方。在这种结构中，当光-影边界映入或离开迎面车辆的视线时，迎面车辆不会突遇光强度的骤然变化，并且该装置中产生的任何色差可以通过滤色透镜得到控制。

附图说明

下面结合附图阅读以下的详细描述，可以同样地清楚并完全理解本发明的其它优点。其中：

图1显示的是本发明一个实施例中包括灯、反射镜、掩模和透镜的前灯装置的简化透视图；

图2是一可选实施例中具有偏移过渡区的不透明掩模的透视图；

图3是透过图1所示前灯装置的掩模向前看的一个正面图，为了图解目的以夸大的方式显示其过渡区；

图4为类似图3的正面图，但显示了过渡区的另一种结构；

图5是另一个实施例的前灯装置的简化横截面图，显示由反射镜改变方向后光的前方光路和来自透镜的聚焦光束；

图6A和图6B是图5所示区域的放大图，显示了以不同的理论解释色差的成因；

图7显示的是本发明另一个实施例，其中，透镜使用了滤色涂层；

图8显示的是本发明另一个实施例，其中，一个滤色镜位于光源与透镜之间；和

图9显示的是本发明另一个实施例，其中，透镜含有滤色材料。

具体实施方式

图1显示了一个投射型前灯装置10，它包括一个将光线通常沿向前光路导向的反射镜12、一个位于反射镜12焦点上的光源14、一个位于光源14前方的不透明掩模16、以及一个位于掩模16前方的透镜18。光源14可以是任何已知的类型，包括卤素灯、钨灯、高强度放电灯(氙气灯)等。正如本领域所熟知的那样，反射镜12、掩模16和透镜18最好用镜头支架(图中未示)相互连接，且整个前灯装置10装入一个较大的前灯罩(图未示)中。与掩模16不同，图1中有代表性的反射镜12、光源14和透镜18是本领域普通技术人员都广为熟悉和可以得到的元件。

显示的掩模16基本上是矩形的，但也可以是具有同等效果的其它形状，包括适合装入未图示的透镜架外套或前灯罩中的形状。图1中掩模16的放大的矩形形状是为了去掉前方光路中所有它的侧边和底边，以便减少负面的空气/边界效应。掩模16可以与图1、图3和图4所示的由玻璃或塑料制成的一个共平面的透明基底20整合在一体。在这种情况下，掩模16由贴在或涂覆在透明基底20上的不透明膜或涂层构成，使用任何熟知的技术，如上釉、蚀刻、埋入、涂覆等。或者，如图2所示，掩模16以背负方式——即固定在一个偏置的平面上——粘附在透明基底20上，其理由将在下面讨论。

掩模16覆盖的区域终止于其上边缘22的最高位置，具有上边缘22的掩模16呈现出好几种形状，包括选择性阻挡光线的倾斜部分24，这种倾斜部分24是供备选使用的。如果使用，它可以有多种形状和结构，完全取决于所需要的光束式样。不论具体结构如何，上边缘22均可在聚焦光束中建立光-影边界。在图5中，光线用虚线表示，具有从反射镜12反射出的光线的向前的光路26，透镜18发出的聚焦光束28，以及包括聚焦光束28上部区域的光-影线30。

再看图3，这里显示的是掩模16的正视图。掩模16包括靠近其上边缘22的过渡区32，使一定量投射光穿过掩模16。该过渡区32使少许的投射光进入聚焦光束28的光-影边界30的上方，使得对面过来的交通得益非浅。因为当光-影边界30映入或离开迎面车辆的视野时，可以全部或至少部分减小光强度的骤然变化所造成的影响。过渡区32优选包括不同级别的透光性，从其底部的全然不透明到其顶部的部分不透明。部分不透明表示少部分已有的可见光能穿过透镜18，而部分可见光则不能穿过。不管怎样，过渡区可以占据仅仅一部分或几乎所有的掩模16，从而使其如图2-图4所示逐步地或渐进地在整个掩模16的上方或只是掩模16的上部分透射光线。

作为一个实例，过渡区32以带状或渐进不透明的形式形成，其中最不透明部分在底部基本阻挡所有可见光(即＞～90％可见光被阻挡)、中等不透明部分阻挡部分可见光(如50％可见光被阻挡)、以及较透明部分仅能阻挡极少量可见光(如10％可见光被阻挡)，这种较透明的部分靠近上边缘22。这种过渡区可以以任何方式完成，例如在以夸大形式所示的图3中，过渡区32包括多个离散的不透明点34，在这些离散点的周围透明的基底20暴露出来。采用与在透明基底20上生成掩模16相同的材料和技术可以在透明基底20上生成不透明点34。通常多个离散的不透明点34可以是重复的几何形状，例如图3所示的圆点。它们也可以是其它的形状、图案或格子。在图3中，上边缘22附近的由离散不透明点34所限定的区域要比离上边缘22更远的离散不透明点34所限定的区域小。换句话说，靠近过渡区32底部的离散不透明点34的直径较大，当它们逐步接近上边缘22时，离散不透明点34则越来越小。

或者如图4所示，过渡区32还可以包括多个离散空穴36，通过它们暴露透明基底20。这些离散空穴36通常也可以具有重复的几何形状，如图4所示的圆。不过如前所述，它们也可以是其它的几何形状和/或图案。为了实现从不透明到透明的渐进过渡，这些靠近上边缘22的离散空穴36所限定的区域比远离上边缘22的离散空穴36所限定的区域要大。

图3和图4分别表示现有技术挡风玻璃使用的烧结带技术的不同应用。通常，烧结带是由黑瓷漆(enamel)涂在挡风玻璃周围并烘烤进玻璃中而形成，它通常呈现出逐渐变化的点或孔穴的边界，其部分可充当固定遮阳板。然而正如本发明所呈现的，还有许多其它技术也可用来生成掩模16的这种新型过渡区32。例如掩模16可制成一个全部是金属的板，在其上部区域打孔，从而生成如图5-图9中所需的过渡区32。另外，不用打孔而是在掩模16的上部区域生成锯齿形图案或梳状边缘也能起到同样的作用。任意一种这样的工艺或其它的设计都可用来实现让有限的前方光路中的光线穿过掩模16，使得少许投射光进入聚焦光束28的光-影边界30的上方的目的。这样可以减少对迎面车辆的分心作用，这种作用可以是当光-影边界30映入或离开视野时，由于光强度的骤然变化而产生。

图6A显示了掩模16上的空气/边缘界面。其中，空气用A线表示，假想的棱镜在P处以虚线表示。从光源14射出的光线穿过棱镜P(如空气/边缘界面A)散开成彩色光谱(ROYGBV)，其中位于兰-紫色范围的光线则易于对对面的交通产生最大的刺激。或者如图6B所示，有问题的彩彩色效应是由自金属掩模16上边缘22处以倾斜角反射出的光线形成极化态造成的。

结合图1、图3和图4可以得知，掩模16不必埋入或嵌在透明基底20之上。相反，掩模16可以是粘附、组装或其它方式而附加于透明基底20之上的独立元件。在图2中，该可选实施例图示了用普通设计的金属板构成的掩模16，其过渡区32涂在一个独立的透明基底20上。这个实施例通过采用扰乱上边缘22上方的空气流的方法解决了色带的问题，由于金属掩模16的空气/边缘效应而可能产生这种色带。

就目前已讨论的本发明所有实施例来说，通过将位于空气/边缘界面处的空气A从光源发出的光线光路上清除出和/或分出，可以消除这种有问题的彩色效应。作为另一种可选的，或额外的一种方式，对透明基底20实施吸收或干扰表面处理也可以进一步降低或消除这种空气/边界效应。例如已知吸收或干扰涂层可用来有选择性地阻挡某些波长的光线。在光谱的可见光区域，吸收出现在吸收涂层，这时电磁能不穿过涂层。也就是说，预定的能量波长被吸收而不必由涂层反射。集成到透明基底20的滤色镜还可以包括一层干扰涂层，其中不能透过滤色镜的波长被干扰现象而不是吸收或散射清除。这种干扰涂层或滤色镜通常包括用两种或多种具有不同折射率的材料制成的交替涂层，能在电磁光谱的不同部分，如紫外、可见光和红外辐射(IR radiation)选择性地透射和/或反射光线。制造滤色镜的常用工艺是采用本领域技术人员所熟知的双色向涂层方法。

另外，掩模16还可以用全部或部分的透明基底20作为双色向或半吸收的材料，或以这类材料作为透明基底20上的涂层，或用全部或部分基底20作为变折射率(gradient-index)玻璃等制造。

现在再看图7-图9，提出了各种不同实施例，其中，当不使用或没有可用的透明基底20时，有问题的彩色效应将得到克服。不用透明基底20时，由于会产生更多的表面，且前方光路中的光线可能对所述表面起反作用，在过渡区域32附近的色差现象可能更为明显。在这些实施例中，讨厌的兰-紫色(或其它颜色范围或矢量方向)光线因使用了滤色技术而被吸收或散射。

在图7中，运用涂在透镜18上的一层滤色涂层38解决了彩色效应。这种涂层是本领域已知的，它们可能是双色向型涂层，只能透射某些波长的光线，同时反射光谱上的其它光线；或是用来过滤令人反感的波长的光线和/或矢量方向的其它已知涂层。按照这种方式，使人不快的兰-紫色光不能透过透镜18。当然，通过调节涂层38的组成可以选择性地过滤掉任何令人反感拘波长的光线(包括兰-紫色范围或其它范围或矢量方向)。

在图8的实施例中，滤色镜40位于前方光路26中，且优选位于光源14与透镜18之间。如图所示，滤色镜40可以固定在邻近以实线或虚线表示的掩模16的前灯罩中。滤色镜40可用市场上可购买的、广泛用于摄影术和照明领域的材料制造，例如双色向滤光镜、凝胶滤光镜等。滤色镜40选择性地阻挡令人讨厌的波长的光线，防止兰-紫色光(或讨厌的极化光)穿过透镜18。作为本概念的延伸，具有各种过滤特征的多个滤色镜40可以组合在一起过滤所选的波长范围和/或方向。

在图9中，透镜18搀入有滤色材料，该特异材料可从市场可买到的、本领域所熟知的材料中选择。透镜18的玻璃(或其它构成物质)以其原始的、未融解的状态与滤色物质混合，生成的组合物随后形成透镜形状，从而具有内在的滤色特性。

本发明提供了一个投射灯前灯装置10，能提供柔和的光-影边界30，消除了由于投射到迎面车辆的跳跃光束和负面的彩色效应而产生的眩光。

必须认识到，以上描述是用本发明较好的实施例进行介绍的，但本发明决非限于这些所介绍的特殊实施例，本领域技术人员均清楚到知道还存在有多种变化和修改，例如多种不同的掩蔽技术和掩模16的几何学图形均可使用。另外，尽管所示为矩形掩模，适合特定应用的任何其它形状也都可以应用。所有这些变化和修改都落在本发明的范围内。

Claims (20)

1.一种能减弱眩光的投射型前灯装置，包括：

一个发出可见光的光源；

一个反射镜，邻近所述光源，将光线导向前方光路；

一个光学透镜，位于所述前方光路中，用以转换和调整光线成为聚焦光束；

一个不透明掩模，位于所述透镜与所述反射镜之间的前方光路中，在所述聚焦光束中形成一个上部阴影区以保护迎面车辆；所述掩模具有一个在所述聚焦光束中建立一个光-影边界的上边缘；

所述掩模包括一个靠近所述上边缘的过渡区，使有限的投射光穿过所述上边缘的下方，由此使得少许投射光进入处于所述聚焦光束中的光-影边界的上方，当所述光-影边界映入或离开视野时迎面车辆不致突遇光强度的骤然变化。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述过渡区包括一个在所述掩模中以渐进变化量呈现的沿所述上边缘法线方向的透明基底。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述过渡区固定在与所述掩模共平面的平面中。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述过渡区固定在与所述掩模剩余部分偏置的平面中。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述过渡区包括多个离散的不透明点，在所述离散点的周围露出所述的透明基底。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述多个离散的不透明点具有重复的几何形状，其中，靠近所述上边缘的所述离散不透明点所限定的区域比远离所述上边缘的所述离散不透明点所限定的区域少。

7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述过渡区包括在所述掩模中的多个离散空穴，通过离散空穴露出所述的透明基底。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述多个离散空穴具有重复的几何形状，其中，靠近所述上边缘的所述离散空穴所限定的区域比远离所述上边缘的所述离散空穴所限定的区域大。

9.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述透明基底从所述掩模上边缘上方延伸到光线的所述前方光路。

10.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述过渡区包括在所述掩模中的多个离散空穴，通过离散空穴露出所述的透明基底。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述掩模包括双色向物质和吸收物质中的至少一种。

12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述透明基底由变折射率玻璃构成而构成所述掩模的至少一部分。

13.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述掩模包括一个金属遮蔽，所述透明基底邻近所述金属遮蔽。

14.根据权利要求1所述的装置，还进一步包括一个位于所述前方光路上的用以选择性地干扰光能波长的滤色镜。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于所述滤色镜位于所述掩模与所述透镜之间。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于所述滤色镜固定于所述透镜上。

17.根据权利要求14所述的装置，其特征在于所述滤色镜位于所述光源与所述掩模之间。

18.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述透镜包含有用来在所述光路上选择性地干扰光能波长的滤色材料。

19.一种减弱眩光的投射型前灯装置，包括：

一个发出可见光的光源；

一个反射镜，邻近所述光源，将光线导向前方光路；

一个光学透镜，位于所述前方光路中，用以转换和调整光线成为聚焦光束；

一个滤色镜，位于所述前方光路中，选择性地干扰光能波长；

一个不透明掩模，位于所述透镜与所述反射镜之间的前方光路中，在所述聚焦光束中形成一个上部阴影区以保护迎面车辆；所述掩模具有一个在所述聚焦光束中建立一个光-影边界的上边缘；

所述掩模包括一个靠近其上边缘的过渡区，该过渡区使在前方光路中的有限的光穿过所述掩模，由此使得少许投射光进入处于所述聚焦光束中的光-影边界的上方，当所述光-影边界映入或离开视野时迎面车辆不致突遇光强度的骤然变化。

20.一种能减弱眩光的投射型前灯装置，包括：

一个发出可见光的光源；

一个反射镜，邻近所述光源，将光线导向前方光路；

一个光学透镜，位于所述前方光路中，用以转换和调整光线成为聚焦光束，所述透镜包含用来在所述光路上选择性地干扰光能波长的滤色材料；

一个不透明掩模，位于所述透镜与所述反射镜之间的前方光路中，在所述聚焦光束中形成一个上部阴影区以保护迎面车辆；所述掩模具有一个在所述聚焦光束中建立一个光-影边界的上边缘；

所述掩模包括一个靠近其上边缘的过渡区，该过渡区使在前方光路中的有限的光穿过所述掩模，由此使得少许投射光进入处于所述聚焦光束中的光-影边界的上方，当所述光-影边界映入或离开视野时迎面车辆不致突遇光强度的骤然变化。

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