CN108019713B - 包含水平聚焦装置的用于投射截止光束的光学模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种旨在投射具有成形的截止部分(28)的最终光束(24)的光学模块(22)，所述成形的截止部分具有至少一个水平区段(28A,28C)，且所述光学模块包含：‑发射初始光束(46)的受控光源(34)；及‑用于将初始光束(46)转换成中间截止光束(48)的光学截止装置(36)，在所述中间截止光束中光线在竖直方向上分布在所述成形的截止部分(28)下方；其特征在于，所述光学模块(22)包含：‑用于使所述中间截止光束(48)朝向大致竖直的焦线(54)聚焦的水平聚焦光学装置(38)；及‑出射透镜(40)，其具有与焦线(54)重合的竖直焦线(54)以便将中间截止光束(48)转换成所述最终光束(24)。

Description

包含水平聚焦装置的用于投射截止光束的光学模块
发明领域
本发明涉及一种光学模块，其旨在投射具有包含至少一个水平区段的成形的截止部分的最终光束，且所述光学模块包含：
-发射初始光束的受控光源；及
-用于将初始光束转换成中间截止光束的光学截止装置，在所述中间截止光束中光线在竖直方向上分布在所述成形的截止部分下方。
背景技术
诸如近光灯或雾灯等某些法规性机动车灯必须投射其顶部由成形的截止部分界定的光束。这一成形的截止部分的形状使得能够避免其它车辆的驾驶员炫目。
所述成形的截止部分整体上水平延伸，这允许到达道路上的迎面而来的车辆可能出现的一侧(例如在法国为左侧，或者在英国为右侧)的光束受限，同时在位于另一侧上的道路边缘的较大距离上照明。
为此，例如，所述成形的截止部分包含两个交错的水平平台，其通过倾斜的中间区段连接。例如，所述中间区段的倾斜度是相对于水平面15°。
此外，需要生产具有窄出光面的照明模块，所述窄出光面是竖直细长的，即正交于成形的截止部分的水平平台。此照明模块因此允许实现将产生具有小的横向体积的照明或信号指示灯功能。
此外，这一窄出光面照明模块允许设计者制造具有可从一定距离辨识的可视标记的车辆。
发明内容
本发明提供一种上述类型的照明模块，其特征在于，所述光学模块包含：
-用于使所述中间截止光束朝向大致竖直的焦线聚焦的水平聚焦光学装置；及
-出射透镜，其具有与焦线重合的竖直焦线，以便将中间截止光束转换成所述最终光束。
在本发明的一个例示性实施例中，沿着与最终光束的主轴共轴的主轴发射所述中间截止光束。
根据所述照明模块的其它特征：
-所述光源是半导体芯片，其包含具有至少一条直线形下边缘的发光表面；
-所述光学模块包含一个入射透镜，其形成了光学截止装置且被形成为将初始光束的至少一个第一部分转换成中间光束的包含所述成形的截止部分的至少一个水平区段的至少一个第一部分；
-所述入射透镜有利地布置成使得所述光线在纵向竖直平面中准直，且使得所述光线在水平平面中朝向竖直焦线聚焦；
-所述入射透镜聚焦于发光表面的直线形下边缘，此下边缘的清晰影像形成所述成形的截止部分的所述水平区段的整体或一部分；
-所述入射透镜形成使所述光线朝向竖直焦线聚焦的光学聚焦装置，所述入射透镜(例如)具有与所述竖直焦线重合的焦线；
-所述光源是半导体芯片，其包含具有至少一条水平上边缘的发光表面；
-所述光学模块包含反射表面，其形成了光学截止装置且接收所述初始光束的光线的至少一个第二部分以便形成中间光束的包含所述成形的截止部分的至少一个区段的至少一个第二部分；
-根据一个例示性实施例，所述模块包含用于接收所述初始光束的光线的所述第二部分的第二入射透镜。例如，所述第一和第二入射透镜形成一个部分，初始光束可经由所述部分进入到所述模块，所述光线的第一和第二部分形成此入射部分接收的初始光束的整体。例如，所述第二入射透镜是光学中性的透镜，例如球形且以芯片中间为中心的透镜。
-所述反射表面被分成若干个具有不同形状的区域，每一个区域允许产生中间光束的一部分；
-反射表面的至少一个第一区域聚焦于发光表面的上边缘上，以便形成成形的截止部分的一个倾斜区段，此上边缘的清晰影像形成成形的截止部分的所述倾斜区段；
-所述反射表面的至少一个第二区域聚焦于发光表面的上边缘上，以便形成成形的截止部分的一个水平区段，此上边缘的清晰影像形成成形的截止部分的所述水平区段；
-所述反射表面形成光学聚焦装置，所述反射表面整体使所述光线朝向竖直焦线聚焦，每个区域因此包含与所述竖直焦线重合的焦线；
-所述出射透镜被设计成，通过在中间光束已经朝向焦线聚焦之后在就光线的竖直分布而言保持中立的同时使其水平扩展，来形成最终光束；
-所述出射透镜包含一个出光面，其竖直高度大致大于其横向宽度；
-所述出射透镜包含由在弯曲水平母线上移动的直线形竖直准线产生的出光面；
-所述水平母线具有布置在焦线上的焦点；
-所述光学模块包含由一整块透明材料制成的实心区块，其包含所述光学截止装置、所述光学聚焦装置和所述出射透镜。例如，所述光学装置和透镜是由这一实心区块的内壁形成的折射表面，所述材料有利地经选择以使得光线经由入射部分、尤其是入射透镜穿透到所述实心区块中，经由从这些折射表面到所述出射透镜的全内反射在所述实心区块中传播；
-所述最终光束是法规性近光。
本发明还涉及一种适用于机动车辆的照明装置，包含由根据本发明的教示制备的并置的多个光学模块。
附图说明
在阅读以下详细说明后，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。为了更好地理解所述说明，读者可参照随附图示，其中：
-图1是侧视图，其示意性地示出了装备有根据本发明的教示制备的光学模块的车辆，所述光学模块朝向位于离开所述车辆一定距离的屏幕投射最终光束；
-图2是前视图，示出了所述屏幕的包含由最终光束照明的区域的一个面，所述照明区域由成形的截止部分界定；
-图3是前视图，示意性地示出了包含根据本发明的教示制备的光学模块的机动车辆的前照明装置；
-图4是竖直纵向剖视图，示出了图5的穿过光学模块的光学轴线的剖面4-4，所述光学模块是根据本发明的第一实施例制备的光学模块；
-图5是水平剖视图，示出了图4的穿过光学模块的光学轴线的剖面5-5，所述光学模块是根据本发明的第一实施例制备的光学模块；
-图6是以较大比例示出的前视图，示意性地示出了光学模块的光源；
-图7是与图4类似的视图，其示出了所述光学模块的第二实施例；
-图8是与图5类似的视图，其示出了所述光学模块的第二实施例；
-图9和10是从不同视角示出的透视图，其示出了根据第二实施例的光学模块，包含将截止装置、聚焦装置和出射透镜联合成一个整体的一个区块；
-图11是图9所示区块在较大比例下的详细视图，其示出了被中性入射透镜界定的入射透镜；
-图12是类似于图2的视图，其示出了由根据第二实施例制备的光学模块投射的最终光束照明的区域的等照度线；
图13是示出了照明装置的透视图，所述照明装置包含两个并列布置的并置的光学模块；并且
-图14是示出了照明装置的透视图，所述照明装置包含两个竖直对准的并置的光学模块。
具体实施方式
在本说明书的其他部分，将非限制性地采用以下取向：
-纵向：沿最终光束的出射方向从后至前定向；
-竖直：从底部到顶部定向；及
-横向：正交于纵向和竖直方向定向。
纵向横向平面将称为“水平”平面。
横向取向对应于最终光束的成形的截止部分的水平平台的取向。竖直取向用作不涉及重力方向的几何指示。竖直取向定义为正交于最终光束的成形的截止部分的水平平台。
在本说明书的其他部分中，具有给定结构或类似功能的元件将用相同的元件符号来标记。
图1示出了装备有根据本发明教示来制备的光学模块22的机动车辆20，所述光学模块纵向向前投射最终光束24。
问题的关键是具有成形的截止部分28的最终光束24。图2示出了最终光束24在放置于距离照明装置25米处的垂直于光轴的横向竖直屏幕26上照明的区域，所述光轴在x轴与y轴交叉的点处与屏幕26相交。
可看出，由最终光束24照明的区域在顶部由成形的截止部分28界定。成形的截止部分28含有至少一个下部第一水平平台28A，以及第二倾斜区段28B，它是第一水平平台28A的延伸部。此倾斜区段28B相对于水平平台以限定角度α倾斜，例如15°的角度。
最终光束24在这里是法规性近光。
第一水平平台28A使得能够避免迎面而来的车辆驾驶员被炫目。在这里，成形的截止部分28适用于在要求在道路右手侧驾驶车辆的国家驾驶的车辆。
在这里，成形的截止部分28包含上部第二水平平台28C，它是倾斜区段28B的在与下部第一水平平台28A相对的一侧上的延伸部。
应当理解，此成形的截止部分28是以非限制性实例的方式给出的。
为了获得此最终截止光束24，本发明提供了一种具有窄的出光面30的光学模块22，所述出光面的横向尺寸比它的竖直尺寸小得多，如示出了车辆20的前照明装置32的图3中所示。
此光学模块22包含发射初始光束46的受控光源34。例如，问题的关键是包含发光表面的半导体芯片。此发光芯片更常称为发光二极管或LED。
光学模块22还包含用于将初始光束46转换成中间截止光束48的光学截止装置36，其中光线在所述成形的截止部分下竖直地分布，所述中间截止光束沿着与最终光束24的轴线共轴的纵向主轴发射。
为了能够获得具有清晰成形的截止部分28的最终截止光束24，光学模块22还包含水平聚焦光学装置38和出射透镜40，水平聚焦光学装置38用于使中间截止光束48朝向大致竖直的焦线54聚焦，出射透镜40具有与所述焦线重合的竖直焦线以便将中间截止光束转换成所述最终光束。
表述“水平聚焦”应当理解为是指，投射到纵向竖直平面上的光线的传播方向基本上不会被所述光学装置38偏转，而投射到水平平面上的光线的传播方向会朝向焦线54偏转。
此布置允许获得最终光束24，其中在中间光束48朝向单个竖直焦线54聚焦的情况下，成形的截止部分28是中间光束48的成形的截止部分的绕竖直对称线反转的影像。
此外，中间光束48朝向竖直焦线54聚焦这一事实使得最终光束24中的光线能够精确地且可控地分布。这尤其允许控制最终光束24中的光强度的分布。
在图4和5示出的本发明第一实施例中，截止装置36和聚焦装置38是由不同的元件形成的。
光源34是具有矩形形状的发光表面44A的芯片，如图6所示。发光表面44因此由下部横向边缘44A和上部横向边缘44B竖直地界定。
光源34布置成沿向前取向的纵向方向发射初始光束46。为此，发光表面44因此竖直地横向布置且向前转向。更具体地讲，初始光束46具有与最终光束24的主发射轴大致共轴的主发射轴。
截止装置36布置在光源34正前方以便将初始光束的46的所有光线形成为具有成形的截止部分的中间截止光束48，所述成形的截止部分与最终光束24的成形的截止部分相对于中心竖直轴对称。
截止装置36包含入射透镜42，其被形成为将初始光束46的至少一个第一部分转换成中间光束的包含所述成形的截止部分的至少一个水平区段的至少一个第一部分。
为此，透镜42的物方焦点大致布置在发光表面44的下边缘44A上。因此，入射透镜42聚焦在发光表面44的直线形下边缘44A上。
由下边缘44A发射的光线形成中间光束48中的大致纵向准直光线。这由图4示出的光线r1例示。从发光表面44的其它部分发出的光线r2在中间光束48中分布在从下边缘发出的光线r1下方。
发光表面44的下边缘44A的清晰影像因此形成在中间光束48中，以便形成成形的截止部分28的所述水平区段。
初始光束46的一些光线并未被入射透镜42收集。这些光线经过透镜42周围而未被偏转。
截止装置36具有反射表面50，其接收初始光束的这些未收集光线以便形成中间光束的包含成形的截止部分28的至少一个第二区段的至少一个第二部分。
反射表面50是被分成若干个具有不同形状的区域的复合表面，每一个区域允许形成中间光束的一个部分。
反射表面的第一区域50A聚焦于发光表面44的上边缘44B上。
由上边缘44B发射的光线大致形成中间光束48中的纵向准直光线。这由图4示出的光线r3例示。从发光表面44的其它部分发出的光线通过区域50A在中间光束48中分布在从上边缘44B发出的光线r3下方。此外，上边缘44B的影像绕纵向轴线转动15°，以便形成成形的截止部分28的倾斜区段28B。
反射表面的至少一个第二区域50B聚焦在发光表面44的上边缘44B上，以便形成成形的截止部分28的水平区段。在图4所示的实例中，反射表面50包含竖直布置在第一反射区域50A的每一侧上的两个区域50B。
由上边缘44B发射的光线形成中间光束48中的大致纵向准直光线。从发光表面44的其它部分发出的光线通过区域50B在中间光束48中分布在从上边缘44B发出的光线下方。此上边缘44B的清晰影像因此形成成形的截止部分28的水平区段。
如图5中示出，入射透镜42和反射表面50被形成为使得中间光束48的光线在水平平面中准直。
在这里，聚焦装置38由柱形会聚透镜52形成，其放置在中间光束48的路径上。此透镜设计成使得光线在纵向竖直平面中的分布不改变，如图4所指示，且使得中间光束48的光线朝向竖直焦线54聚焦，如图5所指示。
为此，会聚透镜52具有圆柱形状，其准线为竖直直线形的。
出射透镜40放置在中间光束48中，纵向上位于竖直焦线前方。出射透镜40设计成，通过在中间光束48聚焦到焦线54上之后(如图5所示)在就光线的竖直分布而言保持中立的同时使其水平扩展，来形成最终光束24，如图4所示。
为此，出射透镜40包含由在弯曲水平母线上移动的直线形竖直准线产生的出光面30。所述水平母线具有布置在焦线54上的焦点。在水平剖面中，出光面30具有适用于使光线在主发光轴的任一侧上扩散的形式。例如，出光面30具有椭圆形式。
此布置有利地允许要获得的出射透镜40具有出光面30，其竖直高度大致大于其横向宽度，如图3所示。
此外，此布置允许获得允许尽可能地符合现行条例的清晰成形的截止部分38。
作为此第一实施例的变化形式，经由其它已知布置来形成光学截止装置，例如借助反射器和遮蔽件，所述遮蔽件的自由边缘允许形成所述成形的截止部分。
根据图7和8示出的本发明第二实施例，光学截止装置和聚焦装置是由相同的元件形成的。此有利地允许获得纵向不太笨重的光学模块22。
在此实施例中，光学模块22包含与第一实施例中描述的光源34一致的光源34。
光学模块22还包含入射透镜42和复合反射表面50，所述入射透镜42和复合反射表面50允许获得中间截止光束48，所述中间截止光束的光线以与参照第一实施例所述的方式一致的方式分布在竖直平面内。这一点已在图7中加以说明。
相反，不同于第一实施例，入射透镜42同时形成光学截止装置和光学聚焦装置。其因此被形成为使得中间光束48的光线直接朝向竖直焦线54聚焦，如图8所示。例如，入射透镜42具有与焦线54重合的焦线。
同样，反射表面50同时形成光学截止装置和光学聚焦装置。因此，反射表面50的整体使得中间光束48的光线直接朝向竖直焦线54聚焦，如图8所示。因此，反射表面50的每个区域50A、50B具有与竖直焦线54重合的焦线。
出射透镜40与第一实施例中所述的出射透镜相一致。
此第二实施例允许移除第一实施例的会聚透镜52。光学模块22因此具有小的纵向体积。
此外，借助相同的元件同时执行截止和聚焦功能允许将光学模块22的多个元件形成到透明材料制成的单个区块58中，除了光源34之外。
因此获得的光学模块22是尤其紧凑的。另外，区块58的制造成本低廉。此外，将光学模块22安装到车辆20的照明装置32中是尤其简单和快速的，因为光学模块22仅包含两个部件，即区块58和光源34。
如图9和10中所示，在此光学模块22中，入射透镜42是由区块58的后侧入射面形成的，所述后侧入射面与光源34直接相对布置。
反射表面50由径向界定光学模块22的区块58且形成折射表面的面形成。此反射表面50允许从光源34发出的光线被完全反射。
如果必要，反射表面50可至少部分地涂布有铝，以便允许反射从光源34发出的所有光线。
如图11所示，入射透镜42形成第一入射透镜42，其外接区块58的环形第二入射透镜56。第二入射透镜56是光学中立的，即，其被形成为允许从光源34发出的未被入射透镜42收集的光线穿透到光学模块22的区块58中而基本上不发生偏转。中立的第二入射透镜56因此径向***到第一透镜42与反射表面50的后端之间。
例如，中立的第二入射透镜56具有以发光表面44为中心的半球形式。中立的第二透镜56因此以凹面方式形成于区块58的后表面中，且其在中心处包含第一入射透镜42。
出射透镜40与区块58形成为一体，位于反射表面50前方。出射透镜40的出光面30形成区块58的前端面。
例如，区块58通过沿着竖直轴线挤出透明塑胶材料形成。所述材料有利地经选择以使得经由入射透镜42和中立表面56穿透到所述区块中的光线通过从反射表面50到出射透镜40的全内反射而在区块58中传播。
根据此第二实施例的一个变化形式(未示出)，反射表面由反射器的与入射透镜不同的内表面形成，且出射透镜由独立的第三元件形成。
在图1所示屏幕26上照明的区域已在图12中示出，其示出了等照度线。
点M位于水平轴线和竖直轴线交叉的点附近，且对应于光束的照度最高的点。此点M由对应于越来越低强度的照度而逐渐增加尺寸的闭合曲线环绕。每条曲线对应于一个恒定的勒克司值，勒克司值从点M向外递减。在图12的情况下，点M对应于35.7勒克司，环绕M的第一闭合曲线对应于32勒克司，则每一后续曲线对应于8勒克司的递减。
因此，单个光学模块22即允许形成法规性近光。
如图13和14所示，车辆可装备有照明装置，所述照明装置包含根据本发明教示制备的并置的多个照明模块22。
此并置可出于美学原因，和/或为了使得能够获得具有适用于特定信号传送或照明功能的特性的光束来进行。
因此，如图13所示，照明装置32包含两个一致的光学模块22。每个光学模块22包含根据本发明第二实施例形成的一个区块58。两个光学模块22彼此横向并排布置，使得其出光面30大致在同一横向竖直平面内。这两个光学模块22被同时控制以便经由其最终光束24的重叠来执行同一照明或信号传送功能。
在图14示出的实例中，照明装置32包含彼此竖直叠加布置的两个光学模块22。下部光学模块22的出光面30因此竖直布置在上部光学模块22的光学面30的延伸部上。
根据本发明任一实施例制备的光学模块22因此允许通过横向较窄且竖直细长的出光面投射含有清晰截止部分的光束。此光学模块具有小的横向体积。
此外，本发明的第二实施例允许获得具有小的纵向体积的光学模块。
另外，根据本发明第二实施例在一个区块中制备的光学模块是尤其易于制造且成本低廉的。

Claims (17)

1.一种光学模块(22)，所述光学模块(22)旨在投射具有成形的截止部分(28)的最终光束(24)，所述成形的截止部分具有至少一个水平区段(28A,28C)，所述光学模块包含：
-发射初始光束(46)的受控光源(34)；及
-用于将初始光束(46)转换成中间截止光束(48)的光学截止装置(36)，所述中间截止光束包含截止部分(28)，在所述中间截止光束中，光线在竖直方向上分布在所述成形的截止部分(28)下方；
其特征在于，所述光学模块(22)包含：
-用于使所述中间截止光束(48)朝向竖直的焦线(54)聚焦的水平光学聚焦装置(38)；及
-出射透镜(40)，所述出射透镜具有与焦线(54)重合的竖直焦线(54)以便将中间截止光束(48)转换成所述最终光束(24)，
其中，所述光学模块包含由一整块透明材料制成的实心区块(58)，其包含：
-所述光学截止装置(36)；
-所述光学聚焦装置(38)；及
-所述出射透镜(40)。
2.根据权利要求1所述的光学模块(22)，其特征在于，所述光源(34)是包含发光表面(44)的半导体芯片，所述发光表面(44)具有至少一个直线形下边缘(44A)。
3.根据权利要求2所述的光学模块(22)，其特征在于，所述光学模块包含入射透镜(42)，所述入射透镜形成光学截止装置(36)且被形成为将所述初始光束(46)的至少一个第一部分转换成所述中间截止光束(48)的包含所述成形的截止部分(28)的至少一个水平区段的至少一个第一部分。
4.根据权利要求3所述的光学模块(22)，其特征在于，所述入射透镜(42)聚焦于所述发光表面(44)的所述直线形下边缘(44A)，此下边缘(44A)的清晰影像形成所述成形的截止部分(28)的所述水平区段的整体或一部分。
5.根据权利要求3所述的光学模块(22)，其特征在于，所述入射透镜(42)形成使得光线朝向所述竖直焦线(54)聚焦的光学聚焦装置(38)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的光学模块(22)，其特征在于，所述光源(34)是包含发光表面(44)的半导体芯片，所述发光表面具有至少一个水平上边缘(44B)。
7.根据权利要求6所述的光学模块(22)，其特征在于，所述光学模块包含反射表面(50)，所述反射表面形成光学截止装置(36)且接收所述初始光束(46)的光线的至少一个第二部分以便产生所述中间截止光束(48)的包含所述成形的截止部分(28)的至少一个区段的至少一个第二部分。
8.根据权利要求7所述的光学模块(22)，其特征在于，所述反射表面(50)被分成具有不同形状的区域(50A,50B)，每一个区域允许产生所述中间截止光束(48)的一部分。
9.根据权利要求8所述的光学模块(22)，其特征在于，所述反射表面(50)的至少一个第一区域(50A)聚焦于所述发光表面(44)的所述上边缘(44B)上，以便形成所述成形的截止部分(28)的倾斜区段(28B)，此上边缘(44B)的清晰影像形成所述成形的截止部分(28)的所述倾斜区段(28B)。
10.根据权利要求8所述的光学模块(22)，其特征在于，所述反射表面(50)的至少一个第二区域(50B)聚焦于所述发光表面(44)的所述上边缘(44B)上，以便形成所述成形的截止部分(28)的水平区段，此上边缘(44B)的清晰影像形成所述成形的截止部分(28)的所述水平区段。
11.根据权利要求7所述的光学模块(22)，其特征在于，所述反射表面(50)形成光学聚焦装置(38)，所述反射表面(50)的整体使得光线朝向所述竖直焦线(54)聚焦。
12.根据权利要求1-5中任一项所述的光学模块(22)，其特征在于，所述出射透镜(40)被设计成，通过在所述中间截止光束(48)朝向焦线(54)聚焦之后在就光线的竖直分布而言保持中立的同时使其水平扩展，来形成所述最终光束(24)。
13.根据权利要求12所述的光学模块(22)，其特征在于，所述出射透镜(40)包含出光面(30)，所述出光面具有大于其横向宽度的竖直高度。
14.根据权利要求12所述的光学模块(22)，其特征在于，所述出射透镜(40)包含由在弯曲水平母线上移动的直线形竖直准线产生的出光面(30)。
15.根据权利要求14所述的光学模块(22)，其特征在于，所述水平母线具有布置在所述焦线(54)上的焦点。
16.根据权利要求1-5中任一项所述的光学模块(22)，其特征在于，所述最终光束(24)是法规性近光光束。
17.一种用于机动车辆(20)的照明装置(32)，其包含所制备的、并置的多个根据前述权利要求中任一项所述的光学模块(22)。
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