CN102563538A - 后视装置的最佳光耦合器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车辆后视装置的最佳光耦合器，特别是用于将光最佳耦合到车辆后视装置的照明元件内的光导体中的装置，其包括具有耦合表面(8)的光导体(7)。所述光导体布置成与TIR透镜(10)和至少一个LED的光源具有一距离。所述LED突出到TIR透镜(10)的凹部(12)中，所述凹部包括LED(6)。
Description
技术领域
本发明享有申请号为EP 10175805.0的优先权，该申请已作为参考被合并入本发明。
本发明涉及一种将光最佳地耦合到在车辆中具有有限安装空间的车辆外部镜或例如摄像机的车辆后视装置的照明元件内的至少一个光导体的装置。
现有技术
传统的外部镜设计允许用手或者利用电机驱动将镜头部在车辆运动方向相对于镜座向后折叠。而且，镜玻璃托架通常从车辆内部定位在镜头部中。因此，保证了驾驶员的最佳视野，从而使行车更安全。许多外部镜包括在运动方向上位于镜壳体前侧的指示器灯。对于外部镜旁边或者后面的道路使用者，其通常是看不到或者不能充分看到所述指示器灯的。因此，另外的沿着行进方向发光的LED被应用，并且所述LED在外部镜的最外侧边缘上被整合在指示器内。
根据ECE的规定，外部镜内附加的指示器灯必须照亮与行车方向相反的方向上从与车辆纵轴5度到60度的区域。由法律规定的此区域中光的强度在此限定并且必须达到。
在现有技术中，有很多公知的外部镜的指示器的解决方案。此处，指示器模块被整合到外部镜的壳体内。根据设计，这些指示器模块包括光缆、反射器、印刷电路板、透镜和覆盖玻璃和光源。由于其公知的优点，LED被越来越多地用作光源。
EP 1120312中公开了一种公知的带有指示器的外部镜，其包括一个光模块，其中多种LED通过反射器的开口发光。所述LED位于外部镜的最外侧边缘上，其发光方向符合对于发光特征的法律规定。光束是通过反射器形成的。整个光模块被夹在外部镜的壳体中，并且由插头连接件电接触。由于多个LED沿着细长的光模块附接，因此所述指示器的光模块的构建不仅耗时而且价格昂贵。
使用光导技术可以照亮外部后视镜内的指示器，因为外部后视镜内的安装空间有限，且通过光导体可以实现有美感的发光，由此光可以在光导体的端面上进行耦合。例如，现有技术EP0858932说明了用于镜指示器的光模块内的光导体的设计。同时也提议了不同的实施方式以用于镜指示器的光导体中光的耦合。此处存在的一个问题是在光导体的端部要具有足够的可用光以满足法律要求。
所谓的TIR(全内反射)透镜也被提议用于耦合光。这些TIR透镜包括在内部反射光的多种刻面结构，并且因此使光平行。US5806955公开了一种平面的、扁平的光导体，射入其中的光通过若干个TIR透镜和细长的光导体进行耦合，所述光导体在其耦合表面上包括TIR结构。
US20080291683公开了TIR透镜，其发光面20包括并环绕着LED的圆顶形透镜。在此处，TIR透镜被附接到LED水平的上方，如图1和1A所示。在图3的示意图中，发光点也被180度环绕。
发明内容
为了进一步改进使用TIR透镜的耦合，并且在车辆指示器的有限的安装空间条件内获得发射光的最佳利用，本发明建议使用一种特殊的TIR透镜构造，其有效地包括发光LED。由于具有TIR透镜的LED在空间上具有完整的周边，因此LED光的强度可以有效地进入光导体，并且由此满足设计要求和解耦区域的法定最小光强度。
附图说明
图1示出了镜指示器的典型的实施方式。
图2和图3示出了根据本发明的耦合器的实施方式。
图4示出了具有特殊LED的示例。
图5示出了所使用的LED的结构。
图6示出了LED的一项设计。
图7示出了带有若干个耦合表面的光导体。
图8示出了带有若干个凹部的TIR透镜。
在接下来的描述中将更详细地阐释本发明的优势。所选择的示例主要包括使用装置以照亮指示器。但是，用于耦合光的装置也可以被应用于车辆镜的其他被照元件。由于安装空间较小，根据本发明的解决方案也可以被应用于诸如摄像机的车辆其他后视解决方案中。
具体实施方式
图1示出了优选地用于机动车辆外部镜的指示器模块的示意图。本示例中外部镜的指示器包括用以形成指示器模块1的两个重要部件。指示器模块1置于外部镜中，由此指示器位于外部镜壳体内且沿着外部镜壳体的外轮廓延伸。指示器模块的后壳体壁2用于接收反射器3(如果有安装在模块中的话)和印刷电路板5。印刷电路板5用于提供一个或若干个LED，且承载电子控制器件。所述印刷电路板直接接触或者通过插头与汽车的车载***连接。指示器模块的后壳体壁2与光窗口7连接，光窗口7将模块向外侧密封并且是半透明的。
示出LED6位于印刷电路板5上，LED6例如被定位成在两个主要部件组装之后能够在光导体7的前侧8处进行光耦合。在示出的实施方式中，光窗口为单部件形式，其整体地包括光导体。后壳体壁2和光窗口7通过如焊接的方式，在暴露的端部4、4’和9、9’处接合到一起。整合在光窗口中并且以单部件形式设计的光导体具有双重功能，即导光和以防水且防尘的方式封闭所述指示器模块。因此，整合的解决方案对导光性能的设计提出了更大的挑战，但是减少了要生产的部件的数量和组装的成本。
在替代的实施方式中，光导体作为独立的部件被布置和固定在指示器模块中，同时独立的灯透镜将模块密封。只要至少一个光导体可用，本发明也可以用于具有修正的结构的镜指示器。
图2和图3描述了根据本发明的用于将光耦合到镜指示器的光导体中的装置。TIR透镜10包括凹部12，LED6突出到所述凹部中。图2的示例中示出被设计成SMT芯片的LED。这些LED被生产为带有或者不带有塑料的球顶，并且通过至少两个触点焊接到印刷电路板5。图2中使用的LED在图6中更详细地示出。这种类型的LED在印刷电路板5以上具有0.5-5mm的高度。
根据本发明的TIR透镜的凹部12包括了整个光学发射区域，其位于半导体层E1之上，其中，凹部12延伸至印刷电路板5并且从而相对于印刷电路板延伸到高度E2。由此，所述半导体结构，尤其是二极管的p-n结，在E1-E2的高度处被TIR透镜的凹部完全围绕。在本实施方式中，TIR透镜包括半球形的主体，其中凹部被设计成圆柱形凹部。
在示例中，TIR透镜在其凹部12中包括聚光的凸透镜结构14。在一种实施方式中，凸透镜可以由布置在TIR透镜10的出射面上的另一个透镜15支持。
图3示出了一种具有在通孔过程中被安装的LED的实施方式。此处，LED6的模制的塑料球顶被引导经过印刷电路板的开口。然后，发光的p-n结也刚好位于印刷电路板5的表面E2上。因而，合适的TIR透镜10包括LED在三个侧面上的发光区域。换句话说，TIR透镜的凹部12包括相对于LED的半导体材料的水平E1的大于180度的立体角。图6示意性地示出了LED的结构，其中所有的电气连接件和壳体是不可见的。TIR透镜包围着LED的反射器，并且在水平E1下方延伸至E2，因此其包括的立体角大于180度。
TIR透镜在接触区域12a和12b处被附接到印刷电路板，以实现LED相对于透镜的固定定位。在此，所述透镜可以被卡住或者被连接；也可以使用本领域技术人员已知的任何其他可能的方式。
TIR透镜发射的光的耦合是通过高度为h的气隙进行的。所述气隙是用于光导体的最佳照明的参数。从TIR透镜介质到空气和从空气到光导体介质的折射率的二次变化有助于最佳对准。光导体和TIR透镜优选使用光学清晰的塑料模制，使用的诸如PMMA的材料具有1.49的折射率，且折射率达1.6或者更高的塑料也是可用的。
图4示出了一种示例性的结构。指示器模块的后壳体壁2是其上安装有LED的印刷电路板5的基座。LED6是具有模制的TIR透镜的LED。在本实施方式中，光导体的平表面8平行于具有模制TIR透镜的LED的出射面13。
一种有利的实施方式对应于具有TIR透镜的LED的直径来选择光导体7的直径。在此过程中，光导体定位成距LED的TIR透镜10的距离h在0-10mm之间。为了捕获发出的所有的光，所述光导体的尺寸也可以比TIR透镜的直径大。
由于具有TIR透镜的LED的发光特征，当光导体的半径相对于光学部件之间的距离遵循如下公式时，半径为R的光导体覆盖所有的发光光束：
Delta R＝h*tan(发光角)
其中，delta R是光导体的半径相对于距离的增量。
为了有效地耦合光，当发光角是典型的5度时，光导体的半径可以被定位在距TIR透镜的距离为4mm处以相对于TIR透镜的发光表面增加0.7mm。
在替代的实施方式中，非圆形耦合形状的几何形状是可能的。对于镜指示器，具有平面构造的光导体、以及具有椭圆形或者矩形横截面的光导柱被用作光窗口。
如果该横截面足够大，则大部分可用光通过TIR透镜耦合。
由于LED技术的新的发展，可以设计通过使用特殊LED来简单地设计和最佳地照明的镜指示器。
WO 2005/034251中公开了特殊的LED，并建议将其应用于汽车产业。其中，第一内部LED部分主体由第二外部LED部分主体围绕，并在后方区域由第二外部LED部分主体接合。该过程帮助在两个独立的步骤之间形成形式锁定、牢固的连接，例如，LED部分主体可以彼此在时间上或者空间上独立地制造，其中一个部分主体通过区域接合在另一个部分主体的后方。
图5示出了这种现有技术，其中LED的光导主体例如在至少两个独立的生产步骤中通过注射模制生产。在第一步骤，生产LED部分主体21。LED部分主体21具有几何形式，例如其主要包括三个几何主体，其中一个布置在另一个上。第一几何主体是短的、至少接近直的圆柱11。第二几何主体是布置在所述圆柱11的上前表面13上的截锥体16，其远离圆柱11地渐缩。第三几何主体是球形帽17或者近半球形帽，其定位在截锥体的的上部的较小的前表面上。第四主体20绕中央轴线18同中心地布置，并且以开口抛物面的形式延伸。
由于外部LED主体部分20在注射模制过程中绕着另一主体21包覆模制，因此在相应的材料结合中形成不含有气体的融合单元。
此类型的LED可以被用作镜指示器的光源的基础。在类似的过程中生产包括圆柱形的基部的LED，其基部直接与TIR透镜包覆模制。在所述过程中，TIR透镜替代了截锥体16、灯帽17和外部主体20。TIR透镜作为第一注射模制部分生产，随后LED与圆柱11包覆模制。其优点在于无需使用模制的TIR透镜以外的其他光学特征来将光耦合到光导体。
在该过程中，光导体产生的光始终取决于LED的光束在光导体的耦合表面上相遇时的平行程度。普通LED的发光特征在其安装表面上整个180度的立体角内延伸。这些发光特征已经受到LED的内部反射器的影响，并且光路被聚集。发光越直，则越容易将光耦合到光导体中。图6中的示例示出了包括安装在反射器的基部上的发光半导体的LED。为了生产白色的LED，也使用导致波长改变和光谱变宽的磷光物质。水平E1表示LED的半导体的下限。水平E2位于下方，因此TIR透镜的凹部所包括的立体角大于180度。
即使没有标准的反射器，在使用根据本发明的TIR透镜期间也可以进行光的耦合。
图7示出具有若干个耦合点8的光导体方案的发明构思的扩展。包括用于LED6的若干个凹部12的TIR透镜被布置在光导体前方并且将光耦合到结构中。如果要实现指示灯或警示灯的话，此类方案是具有优势的。于是LED具有不同的颜色。根据要显示的信息，绿色信号光或红色信号光可以被提供并且被传递到光导体7的端点。以这种方式可以实现警示灯信号。
图8也示出具有若干个凹部的TIR透镜的设计。此处，TIR透镜也包括若干个凹部12，而耦合仅在光导体的一个耦合表面8处进行。
此类方案在用作安装在外部镜或车辆上的背景照明时是有利的。也可以利用这种方式为普通的指示器提供光。
通过使用带有若干个凹部的TIR透镜，若干个LED的光被结合并且实现光导体的最佳照明。
建议用于耦合光的装置也被建议用于车辆上的摄像机***。如果用摄像机模块取代外部镜，则安装空间的问题就更严峻了。任何一种信号和照明类型，无论是普通指示器、背景照明或警示信号，都必须处理最小的安装空间。这里根据本发明的解决方案显示出进展。
所述解决方案也有利于作为后视装置的内部镜。内部镜也可以包含警示信号或作为阅读灯或者背景照明的照明。
Claims (15)
1.一种用于将光最佳耦合到车辆后视装置的照明元件中的至少一个光导体中的装置，其中光导体(7)包括至少一个耦合表面(8)，所述耦合表面与至少一个TIR透镜(10)相距一距离，且其中光源包括至少一个LED(6)，其中所述至少一个LED突出到所述至少一个TIR透镜(10)的凹部(12)中并且TIR透镜(10)的至少一个凹部以至少为180度的立体角包括所述至少一个LED(6)，且所述TIR透镜延伸至低于LED的水平(E1)。
2.如权利要求1所述的用于最佳耦合光的装置，其特征为TIR透镜的凹部(12)形成凸透镜(14)。
3.如权利要求1所述的用于最佳耦合光的装置，其特征为凹部(12)为圆柱形腔。
4.如权利要求1所述的用于最佳耦合光的装置，其特征为TIR透镜延伸至低于LED半导体的水平(E1)。
5.如权利要求1所述的用于最佳耦合光的装置，其特征为TIR透镜包括平面解耦表面。
6.如权利要求1所述的用于最佳耦合光的装置，其特征为TIR透镜包括具有凸透镜(15)的解耦表面。
7.如权利要求1所述的用于最佳耦合光的装置，其特征为TIR透镜附接到印刷电路板(5)的表面(E2)。
8.如权利要求1所述的用于最佳耦合光的装置，其特征为光导体被应用于车辆后视装置的照明元件，如方向指示灯的指示器模块(1)、背景照明模块或者警示信号。
9.如权利要求1所述的用于最佳耦合光的装置，其特征为所述LED(6)直接与TIR透镜(10)包覆模制。
10.如权利要求9所述的用于最佳耦合光的装置，其特征为所述LED在至少两个注射模制步骤中生产，其中一个步骤包括TIR透镜(10)的注射模制。
11.如权利要求1所述的用于最佳耦合光的装置，其特征为所述光导体在其耦合表面上包括透镜结构(8’)。
12.如权利要求1所述的用于最佳耦合光的装置，其特征为所述光导体(7)包括多个耦合表面(8)。
13.如权利要求1和9所述的用于最佳耦合光的装置，其特征为所述TIR透镜包括用于多个LED(6)的多个凹部(12)。
14.如权利要求13所述的用于最佳耦合光的装置，其特征为多个LED(6)的光被耦合到光导体中。
15.如权利要求13所述的用于最佳耦合光的装置，其特征为多个LED(6)中的每个的光被耦合到光导体的耦合表面(8)。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |