CN107002975B

CN107002975B - 照明***

Info

Publication number: CN107002975B
Application number: CN201580060523.8A
Authority: CN
Inventors: 马库斯·维默尔; 约瑟夫·朗; 亚历山大·萨伊亚洛夫
Original assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Current assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Priority date: 2014-11-06
Filing date: 2015-10-07
Publication date: 2020-08-21
Anticipated expiration: 2035-10-07
Also published as: WO2016071063A1; US20170349095A1; EP3221186A1; CN107002975A; DE102014116180A1; EP3221186B1; US10501013B2

Abstract

本发明描述了一种用于车辆内部的照明***(1)，包括：光源(2)，其发出可见光；以及构件(3)，其以从光源(2)发出的光通过其而经过的方式相对该光源(2)而布置。本发明的照明***还包括：透明基板(4)，其具有表面区域，从光源(2)发出的光通过该表面区域而经过；以及透镜屏结构(5)，其具有多个规则排列的透镜元件(6A‑6E)，并且形成在透明基板(4)的表面区域上。本发明还描述一种使用照明***(1)及其构件(3)以照明车辆的内部的用途；其中，产生了三维照明效果，依据观察的角度，车辆内部空间中的观察者/乘员能够不同地感知该三维照明效果。

Description

照明***

技术领域

本发明涉及一种用于车辆内部的，特别是用于在车辆内部产生3D照明效果的目的的照明***。本发明还涉及该照明***的用途以及用于制造照明***的构件的方法。

背景技术

从背景技术中已知织物材料，其中编织并且平行布置了透明经线，得到了当可见光透过该织物照射时产生的三维照明效果。而且，依据观察者相对于织物的位置，可以不同地感知3D照明效果。基于用作相应地折射通过的光的棒形透镜的透明经线产生3D照明效果。

还能够利用被称为视差屏障和透镜屏技术的技术来产生取决于观察角度的显示。以特定的方法布置视差屏障或透镜元件使得观察者依据观察角度而感知了位于屏障或透镜后方的结构(图像)的不同部分。例如，利用透镜屏技术，能够为二维印刷产品赋予三维深度效果，或者能够形成运动效果的外观。

与之相反，现有技术还未揭示将3D照明效果用于车辆内部的特定照明效果。上述织物主要用作建筑设计元素。这些织物似乎不太适合专用于车辆内部的照明***。这其中的原因是，当接触时，这样的织物通常不稳定，并且透明经线容易移位，这将导致损失照明效果。并且，因为这样的织物不是可3D变形的，所以不能够包覆它们。即使最轻的扭曲也能够会负面地影响照明效果。此外，这样的织物还不满足诸如“指甲试验”、“防晒液试验”这样的关于车辆的特殊要求。而且，使用平坦织物产生3D照明效果需要相对大的安装空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种照明***，其在车辆内部产生3D照明效果，并且满足对针对于车辆工程的材料的要求。

本发明的另一目的是提供一种制造照明***的构件的方法。

本发明基于“环境照明”正变得越来越牢固地确立为特别是对于汽车内部的奢华元素的构想。因此，在对该技术的进一步开发中，能够期望将在建筑中使用的3D照明效果转移和应用在车辆内部中。然而，为了实现该期望，须要使相关的照明***不仅满足车辆工程的尺寸要求，而且还要能够在车辆工程应用中可靠地、协调一致地使用。此处期望的照明效果是应该在车辆的整个寿命中以及它们被使用的通常情况中被保证的。

根据本发明的用于车辆内部的照明***包括：光源，其发出可见光；以及构件，该构件以由光源发出的光穿过该构件而照射或经过的方式而相对于光源被布置。构件包括：透明基板，该透明基板具有表面区域，从光源发出的光通过该表面区域而经过；以及透镜屏结构，该透镜屏结构具有多个均匀地排列的透镜元件，并且形成在透明基板的表面区域上。

此处，将上述车辆内部理解为包括陆上车辆、水上交通工具和飞机的内部，以及一般所有用于客运的***。特别地，给出下面的说明作为乘用车的内部的实例；这仅意在示例，并且不解释为限制。

前述光源优选地布置成在构件的方向上发光。该光通过基板和透镜屏结构而发射。根据本发明的照明***优选地区分正面(可见侧)和背面。正面是面对车辆的内部的观察者/乘员的一侧。因此，其是可见的，而照明***的背面通常内置于车辆内并且当安装时不能从车辆内侧看到。参考正面和背面的上述定义，光源位于照明***的背面，并且从背面向照明***的正面发出其光，使得车辆内部的观察者/乘员能够相应地感知光。

从光源发出的光是可见光，即，光能够由人眼感知。必须相应地选择和采用基板以及透镜屏结构的材料和结构。此处提及PMMA和PC作为基板的材料的实例。上述构件代表了透镜屏结构和基板的特别有利的组合，其满足针对于机动车辆的要求。在用于客运的车辆的情况下，需要假设内部的设备的主要部分要经受与乘员的相互作用，并且必须承受相应的作用，而不牺牲功能性和外观质量。通过将透镜屏结构应用于基板而适当地稳固了透镜屏结构和产生的3D照明效果。从而，照明效果不会通过与车辆乘员的普通互动而被“损坏”。它们还是耐内部的媒体的日常运行的。以该方式，构件还易于与汽车应用的相关(表面)标准相符合，诸如“指甲试验”、“防晒液试验”。此外，高品质的组合的触觉和光学元素特别适用于豪华汽车行业，特别是在元件表面设有附加层时。

光源优选地是点状光源，更优选地是LED。为了显示扩展的3D照明效果，可以以任意数量的方式组合多个光源，并且将光源布置在照明***的背面，如上所述。LED是有利的，因为其寿命长、坚固、能耗低、可控性好、并且体积小巧。还可以想到将不同颜色的LED结合在一起或者使用多色LED来制造具有不同颜色和照明氛围的3D照明效果。然而，其他光源和/或任意种类的几个光源的组合也包括在本发明中，只要能够利用它们产生相应的3D照明效果。

此外，透镜屏结构优选地布置在基板的面对光源的表面区域上，并且/或者透镜屏结构形成在基板的背离光源的表面区域上。当然，还能够将透镜屏结构仅设置在光所穿过的一个基板侧上。此外，不需要利用透镜屏结构覆盖整个透光的基板表面区域。可以仅将其一部分设置有透镜屏幕结构。基板的“面对”表面区域是位于直接相对并且面朝光源的表面区域。如果将其应用到上述的照明***到车辆内的安装中，则该表面区域是背离车辆内部并且被定向为朝着光源的基板表面区域，其指向照明***的安装的方向。基板的“背离”表面区域不直接与光源对置，因为在表面区域与光源之间至少还置有基板的厚度。从而，基板表面区域指向车辆内部的方向，并且面对观察者/乘员，背离光源。通过将透镜屏结构施加于透明基板的两个相反表面区域，从光源发出的光连续地通过各个表面区域而经过，获得的3D照明效果能够适于满足各种设计构想。其中的一个可以想到的实例是，通过第二透镜屏结构的偏移叠加而产生不同的光图案。

如果将透镜屏结构应用于多侧，则还能够有利的是，其被布置在基板的两个相反的表面区域上，来自光源的相同的光连续地通过这两个表面区域(即，面对和背离的表面区域)而经过/照射，并且这些透镜屏结构在构件的截面方向上彼此横向地偏移。这意味着，在光通过它们而照射的构件截面方向上，透镜屏结构彼此横向偏移。其结果是，透镜屏元件的外轮廓的波峰不位于与基板垂直的共同轴线(法线)上。利用该布置，能够制造更加广泛变化的照明效果。从而，符合本发明的构件包括极其多样的设计可能性。如上所述，透镜屏结构能够设置在基板的一个以上的表面区域上，并且/或者其能够设置在整个的或者部分的相应表面区域上。还能够在基板的不同表面区域上或者在一个相同的表面区域上组合不同的透镜屏结构，以获得广泛变化的3D照明效果。

还优选的是，设置补偿层，以在透镜屏结构的至少一部分上形成均匀表面。还优选的是，设置并且优选地覆盖与补偿层不同的附加层，诸如装饰层。此处，在透镜屏结构中经常遇到粗糙表面通过补偿层以如下方式补偿：产生平滑的表面，该光滑的表面上可依次施加其它层。施加该层的方式的一个实例是包覆构件。补偿层和施加到补偿层的层均不限于该类型。它们根据照明***所针对的车辆内部的各个要求而定向。仅需要确保3D照明效果不过度受附加层的负面影响即可。以上具有附加层的实施例特别适用于透镜屏结构位于照明***的正面/可见侧处的实例。

还优选的是，光源位于距离最近的透镜屏结构至少5mm的距离处。光源与照明装置的构件之间的距离应该在包括紧凑的尺寸、易于在车辆内部的实现以及足够的3D照明效果的生成和显示能力的考虑的内容中进行选择。关于后者，5mm的最小距离已经被证明是特别有利的，并且得到了3D照明效果的可接受形式，同时得到安装的照明***的有利尺寸。由于光源与透镜屏结构之间的距离增加，所以更强力地界定了照明效果，产生的光线更长，并且光的图案的深度效果更加明显。与光源的最大距离主要源于结构限制，因为照明***通常应紧凑地安装，只有有限的空间可用。光源与透镜屏结构的距离能够在上述最小间距和最大距离之间的范围内，其主要由结构考虑所决定。如果距离在最小的x以下，则可能得到构件的聚焦照明，并且3D照明效果可能太过于局部化或太弱。

还优选的是，透镜屏结构由透镜箔或网制成。

已经显示具有线形的透镜元件最适于形成产生三维效果的透镜屏结构。从而，透镜元件形成细长结构，并且它们的长度超过它们宽度的多倍。其结果是相应的宽高比。取决于期望的效果，透镜元件形成的线能够是直的或者是波形的。

另外，线形透镜元件可以具有基本上半圆或者圆弧形的作为透镜的截面轮廓。截面轮廓可以是椭圆形、双曲形或抛物线形。在这方面，已经表明，对于本发明的透镜屏结构特别适用非球面透镜的圆锥常数在-0.5和-1之间的截面轮廓，因为当光源仅布置在距透镜屏结构的短距离处时，还能够利用该截面轮廓产生三维照明效果。如果截面轮廓具有75μm至150μm，优选地90μm至110μm的曲率半径，则还能够提升该效果。

每个圆弧形元件均可以具有附加的截面材料部分，其位于透镜屏结构内，并且不形成光学边界表面；即，光通过它们而不发生折射效应。它们的主要目的是将圆弧形元件保持在一起。透镜屏结构通常以如下方式布置在基板材料上：基板材料与透镜屏结构之间的边界表面不由圆弧形元件形成，而是由剩余的截面材料部分形成。结果得到连续的、不被打断的光学边界表面。

此外，透镜屏结构可以具有形状彼此不同的透镜元件。例如，可以是，透镜屏结构可以具有第一和第二边缘区域，在各个边缘区域中，一个透镜元件是直线状的。在该方面，优选的是，直线透镜元件还代表最外层的透镜元件。还有利的是，第一边缘区域的直线透镜元件与第二边缘区域的直线透镜元件平行地延伸。本文中，直线状的可以理解为意味着透镜元件在其纵向上完全是直的，并且不具有曲线或弯曲。中间区域可以布置在第一与第二边缘区域之间。中间区域具有至少一个波形透镜元件。

为了尽可能产生均匀外观的三维照明效果，有利的是，在特定的边缘区域的直线透镜元件与中间区域的波形透镜元件之间布置过渡元件。这些过渡元件在特定边缘区域的直线透镜元件与波形透镜元件之间形成流畅过渡。在该方面，从一个直线透镜元件开始，过渡元件能够从一个过渡元件到下一个地稍微更适应于波形透镜元件的形状。结果，被布置为与直线透镜元件直接相邻的过渡元件几乎是直的，而位于与波形透镜元件直接相邻的过渡元件形成几乎相同的波形。过渡元件本身同样能够实施为线状透明透镜元件。

有利的是，从一个直线透镜元件到波形透镜元件的过渡元件之间的距离是恒定的，特别是在与直线透镜元件垂直地延伸的截面方向上。同时，这些恒定距离的尺寸可以在透镜元件的纵向延伸的方向上改变。

以该方式，确保了通过透镜屏结构产生的三维照明效果不具有不均匀性。

还有利的是，与位于第二边缘区域的直线透镜元件与中间区域的波形透镜元件之间的过渡元件相比，位于第一边缘区域的直线透镜元件与中间区域的波形透镜元件之间的过渡元件以更小的距离隔开。这至少部分地应用于与第一和第二边缘区域的直线透镜元件垂直地延伸的截面方向上。

本发明的透镜屏结构还能够是透镜结构或透镜光学元件。应理解为透镜元件是均匀规则排列的，特别是在线状或波形透镜元件的情况下。为了产生3D照明效果，特别有利的是，透镜元件在截面方向上彼此相邻地规则均匀地布置。只要能够确保该布置，则还可以想到，各个细长的透镜元件在它们的纵向上可以不是严格的直线，而可以是任意的曲线或者圆形。

通常，直接并排设置透镜元件，然后形成了集合的整个透镜元件(透镜屏结构)的弯曲路径。从而，能够在不损失3D照明效果的状态下想到照明***的构件的更复杂的几何结构。这在设计用于乘用车的复杂内部构件中是特别有利的，其中，这样的构件通常不由板状部件简单地形成，而是复杂的3D结构的一部分。各个上述的半圆形透镜元件有利地具有大约100μm的最小直径，这确保了不仅是单个透镜元件，而且还有透镜屏结构整体都保持了良好的稳定性和坚固性，同时保持了足够的3D照明效果。透镜元件的直径的可选的上限是大约3mm，并且直径范围优选地是从大约100μm到大约3mm。

还有利的是，优选地通过具有不同直径的捆束，使透镜元件具有彼此不同的直径。通过有目的地改变透镜屏结构内或者不同的透镜屏结构之中的直径，能够特别地优化和改变3D照明效果，以允许显示复杂的光线图案。

关于照明***的构件的生产，特别有利并且有经济效益的是，主要在一个单一的生产步骤中制造组件。例如，这能够通过如下实现：将透镜屏结构引入或配合到成型工具内，以形成构件，然后将透明基板部分的材料送入成型工具中，并且相应地将其成型。同时，根据原位原理，在透明基板的至少一个表面区域上形成透镜屏结构。如果使用了透镜屏结构箔，则可以首先使成型工具衬有箔，然后利用该衬有箔的模具成型基板材料。结果得到由透明基板和透镜屏箔构成的复合材料。可选的是，还可以想到，将透镜屏结构压入透镜屏结构的材料中，或者通过各种成形工艺而引入其中。作为可能的成型方法的实例，此处提及注塑成型或注射压缩成型方法。

最后，本发明包括上述照明***的使用和照亮陆上车辆、水上运输工具和/或飞行器和/或通常用于乘客运输的任何设备的内部的构件的使用。还优选的是，在乘用车的驾驶舱结构中也采用照明***。通过使用照明***和构件，能够产生车辆内部的“环境照明”的3D照明效果，其能够被乘员感知，并且其中，显示优选地依据观察的角度而变化。

附图说明

图1示出根据本发明的照明***的示意性截面图。

图2示出根据本发明的另一照明***的示意性截面图。

图3示出根据本发明的照明***的构件的示意性截面图。

图4示出根据本发明的照明***的透镜屏结构的示意性截面图。

图5示出根据本发明的照明***的透镜屏结构的示意性平面图。

参考标记列表

1.照明***

2.光源

3.构件

4.基板

5.透镜屏结构

6.透镜元件

7.补偿层

8.装饰层

9.第一边缘区域

10.第二边缘区域

11.中间区域

具体实施方式

现在将参考附图描述本发明的优选实施例。然而，本发明不限于这些实施例。

图1示出上述照明***1的实施例的一个实例，该照明***1包括光源2以及构件3，该构件3由透明基板4和透镜屏结构5构成。利用半圆形结构6相应地示意性地表示透镜屏结构5的透镜元件6。在图1中，可以看出光源2被布置为在构件3的方向上朝着可见侧发射光。该光通过透明基板4和透镜屏结构而经过或照射。图1还显示了为了制造3D照明效果，光的至少一部分必须穿过透镜屏结构，该透镜屏结构是光学作用构件并且将穿过其的光折射和偏转。作为实例，在图1和2中示出了示意性的光束路径A和B。此处，与透镜元件的纵向垂直地获得了光的最大扩展(见上述透镜路径)。在图1中利用参考符号x表示光源的最小距离。在该实例中，最靠近的透镜屏结构5是在透明基板4的面对光源2的一侧上的透镜屏结构5。

图2示出本发明的另一方面，其中，透镜屏结构5形成在基板4的多侧或者说两侧上。图2通过示出带有透镜屏结构5和5’的基板4而示出该方面。光从照明***1的背面到可见侧连续地穿过这两个透镜屏结构5、5’，每个透镜屏结构都对该光的改变有所作用。另外，为了帮助理解上文关于基板4的表面区域而引入的术语“背离”和“面对”，图2还包括参考标号4a和4b。基板4的“面对”表面区域是直接与光源2相对的区域4a。相反，基板表面区域4b不直接与光源相对，因为在表面区域4b与光源之间至少还有基板4的厚度。表面区域4b方向为朝向车辆的内部并且面对观察者/乘员，但是其背离光源2。

图2和图3示意性地示出了设置在各侧上的透镜屏结构5和5’在构件3的截面方向上互相对齐。这意味着，其中示出的半圆形透镜元件在与构件3垂直的方向上以如下方式彼此横向地定向：如果基板4不位于其间，则两侧上的透镜元件的半圆形将形成整个圆形。然而，本发明还包括不对齐的透镜屏结构，其中，例如，半圆形的透镜元件以不建立准确的圆的方式在构件3的截面方向上互相横向地偏移。换言之，透镜元件的外轮廓的波峰将不位于构件3的共同法线上。

图2同样示出了透镜屏结构上的补偿层7，例如，用以平滑透镜屏结构的通常的粗糙表面并且用以能够施加装饰层8。从如图2所示的布置补偿层7，即布置在半圆形元件上的意义上，不希望在透镜屏结构5上设置基板材料。原因在于，如上所述，要在基板4与透镜屏结构之间形成均匀的连续的光学边界表面，然而由于透镜屏结构的外表面的粗糙度，这是不可能的。

图4示出在具有在截面方向上连续地、彼此横向相邻地布置的各个透镜元件6A至6E的透镜屏结构5的立体截面图。另外，图3和图4中的立体图显示了透镜元件6A-6E是细长结构。这意味着，它们的纵向延伸l超过了多个它们宽度b。如上所述，这些细长结构不需要以严格的直线形式沿着l延伸，而是它们还可以以弯曲的甚或圆形的路径延伸。然而，特别优选的是，透镜元件6A至6E在横向上彼此直接相邻地布置，即，在截面方向上沿着线b布置，并且连续地延伸。

图5示出透镜屏结构5的示意表示的平面图。此处将透镜元件6示出为线。多个形状不同的透镜元件6遍及透镜屏结构5的整个表面区域地布置。此外，透镜屏结构5包括第一边缘部分9和第二边缘部分10。中间部分11布置在边缘部分9、10之间。第一边缘部分9和第二边缘部分10具有直线透镜元件6F、6G，它们同时还代表透镜屏结构5的最外层透镜元件6。另一方面中间部分11具有波形透镜元件6H。为了清楚，用粗线突出显示波形透镜元件6H和直线透镜元件6F和6G两者。

过渡元件6K布置在透镜屏结构5上，用以平滑波形透镜元件6H与直线透镜元件6F、6G之间的过渡。从直线透镜元件6F、6G开始，每个过渡元件6K都稍微更适应波形透镜元件6H的形状。通过透镜元件6的这样的从直线到波形的过渡，如果光源布置在透镜屏结构5的后方，则产生特别强的三维效果。当光源布置在与透镜屏结构相距很短的距离处时，该效果已经可见。另外，入射光广泛散布，使得即使在光源贴近布置于透镜屏结构处的情况下，也不会产生不均匀的光。

布置在各个直线透镜元件6F、6G与波形透镜元件6H之间的过渡元件6K在与直线透镜元件6F、6G垂直地延伸的截面方向中以彼此相隔均匀的距离布置。然而，在纵向上，该恒定间隔的尺寸改变。并且，与位于第二边缘区域10的直线透镜元件6G与中间区域11的波形透镜元件6H之间的过渡元件6K相比，以不同的恒定距离分开地布置位于第一边缘区域9的直线透镜元件6F与中间区域11的波形透镜元件6H之间的过渡元件6K。

Claims

1.一种用于车辆内部的照明***(1)，具有：

光源(2)，该光源发出可见光；以及

构件(3)，该构件以由所述光源(2)发出的光通过该构件照射的方式相对于所述光源(2)而布置，所述构件包括：

透明的基板(4)，该透明的基板具有表面区域，从所述光源(2)发出的光经该表面区域而通过；以及透镜屏结构(5)，该透镜屏结构具有多个规则排列的透镜元件(6A-6K)，并且该透镜屏结构形成在所述透明的基板(4)的所述表面区域上，

其中，所述透镜屏结构(5)具有至少第一边缘区域和第二边缘区域(9、10)，所述第一边缘区域和第二边缘区域(9、10)彼此相对地布置并且均具有至少一个直线透镜元件(6F、6G)，其中，中间区域(11)布置在所述第一边缘区域和第二边缘区域(9、10)之间，并且具有至少一个波形透镜元件(6H)，

其中，过渡元件(6K)布置在各个所述直线透镜元件(6F、6G)与所述波形透镜元件(6H)之间，并且在特定的所述直线透镜元件(6F、6G)与所述波形透镜元件(6H)之间形成平滑的过渡。

2.根据权利要求1所述的照明***(1)，其中，至少一个所述光源(2)是点状的光源(2)。

3.根据权利要求2所述的照明***(1)，其中，至少一个所述光源(2)是LED。

4.根据前述权利要求之一所述的照明***(1)，其中，所述透镜屏结构(5)形成在所述基板(4)的面对所述光源(2)的表面区域上。

5.根据权利要求1所述的照明***(1)，其中，所述透镜屏结构(5)形成在所述基板(4)的背离所述光源(2)的表面上。

6.根据权利要求1所述的照明***(1)，其中，所述透镜屏结构(5)形成在所述基板(4)的两个相反表面上，来自所述光源(2)的相同的光连续地通过这两个表面。

7.根据权利要求6所述的照明***(1)，其中，所述透镜屏结构(5)在所述构件(3)的截面方向上彼此横向偏移。

8.根据权利要求1所述的照明***(1)，其中，补偿层(7)至少部分地设置在所述透镜屏结构(5)上，以形成平坦表面；并且设置与所述补偿层(7)不同的附加层。

9.根据权利要求8所述的照明***(1)，所述附加层为装饰层，并且包覆所述附加层。

10.根据权利要求1所述的照明***(1)，其中，所述光源(2)与最近的所述透镜屏结构(5)以至少5mm的距离隔开。

11.根据权利要求1所述的照明***(1)，其中，所述透镜屏结构(5)由透镜屏箔或者透镜屏网制成。

12.根据权利要求1所述的照明***(1)，其中，所述透镜元件(6A-6K)具有半圆形或圆弧形的截面轮廓。

13.根据权利要求1所述的照明***(1)，其中，所述透镜元件(6A-6K)的截面轮廓是抛物线、双曲线或椭圆形。

14.根据权利要求12或13所述的照明***(1)，其中，所述截面轮廓具有75μm至150μm的曲率半径。

15.根据权利要求14所述的照明***(1)，其中，所述曲率半径为90μm至110μm。

16.根据权利要求12或13所述的照明***(1)，其中，所述截面轮廓具有-0.5与-1之间的圆锥常数。

17.根据权利要求1所述的照明***(1)，其中，在跨越所述过渡元件(6K)的纵向延伸的距离变化的同时，所述过渡元件(6K)之间的距离恒定。

18.一种使用根据权利要求1至17的任意一项所述的照明***(1)以照明车辆内部的用途；其中，产生了三维照明效果，依据观察的角度，车辆的内部空间中的观察者/乘员能够不同地感知该三维照明效果。

19.一种制造根据权利要求1至17的任意一项所述的构件(3)的方法，包括以下步骤：

将所述透镜屏结构(5)***成型工具内，以成形所述构件(3)；

将透明的所述基板(4)的材料送入所述成型工具内；以及

模制所述基板(4)的材料，其中，所述透镜屏结构(5)同时形成在透明的所述基板(4)的至少一个表面区域上。