CN109668108B - 形成被分为清晰上部分和模糊下部分的光图案的照明模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆前照灯(12)的照明模块(19)，该照明模块包括至少一个光源(28)和用于形成至少一个光图案(18)的光学元件(26)，其特征在于，每个光图案(18)被分成上部分(18A)和下部分(18B)，该上部分和该下部分同时且不可分离地被照明，上部分(18A)由两个竖直边缘(20A，20B)横向地界定，对于所述两个竖直边缘(20A，20B)中的每一个竖直边缘，光强度根据第一确定梯度(G1)减小，并且下部分(18B)由两个竖直边缘(22A，22B)横向地界定，对于所述两个竖直边缘(22A，22B)中的每一个竖直边缘，光强度根据第二确定梯度(G2)减小，该第二确定梯度(G2)小于所述第一确定梯度(G1)。

Description

形成被分为清晰上部分和模糊下部分的光图案的照明模块
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆前照灯的照明模块，该照明模块包括至少一个光源和用于形成至少一个光图案的光学元件。
背景技术
这种类型的光模块是已知的。这种光模块能够产生照明光束、例如远光，该照明光束被分为多个光图案，以形成能够被选择性地关闭的像素。这使得例如可以最佳地照明道路及其环境，同时避免使道路使用者目眩。
这种光模块被称为“像素光束”光模块。例如，其可以将整个光束分成像素矩阵或者甚至分成竖直带。
一些所谓的重叠光图案构成像素光束光，用于靠近车辆的道路的下部第一部分和以及用于道路上方的上部第二部分。
当选择性地关闭重叠光图案时，在道路上形成阴影区。该阴影区由接通的两个相邻的重叠光图案的竖直边缘横向地界定。
然而，每个重叠光图案由竖直边缘界定，该竖直边缘在其整个高度上基本上是清晰的。其结果是所述相邻的重叠光图案的下部通过在路面上明确出现的边界来界定阴影区。这些明确的界限引起了驾驶员的注意，从而降低了他或她的警惕性，甚至造成混乱。
发明内容
本发明提出一种用于机动车辆前照灯的照明模块，该照明模块包括至少一个光源和用于形成至少一个光图案的光学元件，其特征在于，每个光图案被分成上部分和下部分，该上部分和该下部分同时且不可分离地被照明，该上部分由两个竖直边缘横向地界定，对于所述两个竖直边缘中的每一个竖直边缘，光强度根据第一确定梯度减小，并且下部分由两个竖直边缘横向地界定，对于所述两个竖直边缘中的每一个竖直边缘，光强度根据第二确定梯度减小，该第二确定梯度小于所述第一确定梯度。
在上部分的竖直边缘的梯度高于下部分的竖直边缘的梯度的情况下，对于上部分的竖直边缘，所述竖直边缘相对于彼此将被认为是“清晰的(sharp)”，对于下部分的竖直边缘，所述竖直边缘相对于彼此将被认为是“模糊”的。
这使得可以避免使驾驶员的注意力被形成由光图案的底部照明的路面的区域与保留在阴影中的路面的区域之间的边界的对比线所吸引，同时使得可以照明道路上和道路上方的精确区域，该区域由清晰的竖直边缘界定。这对于产生远光或近光功能的像素光束或分段光束特别有用。以非限制性方式，本发明例如适用于：
-适应光束，也称为缩写“ADB”，意思是“适应驾驶光束”，其使得可以用远光照明道路，同时选择性地关闭自动检测到的、可能使道路使用者眩目的区域；
-弯曲光束，也称为缩写“LBB”，意思是“近光弯曲”，其使得可以用近光照明道路，其范围根据车辆进行的转弯而调整；
-所谓的“快车道”光束，其是具有适于在快车道上驾驶的截止线的光束，截止线明显高于普通近光的截止线；
-适于在城镇中驾驶的近光灯，或者甚至适于在阴雨天气下驾驶的近光。
根据本发明的其他特征：
-第一确定梯度大于0.13，优选地大于0.30；这使得可以获得足够清晰的竖直边缘，以使得可以在道路顶部留下非常精确的阴影区，从而不会使道路使用者目眩，同时在该阴影区域旁边充分照明以允许司机舒适地驾驶；
-第二确定梯度小于0.2，优选地小于0.13；这使得可以不将驾驶员的注意力吸引到由光图案的下部分照明的路面区域与保留在阴影中的区域之间的边界；
-下部分的至少一个竖直边缘布置在上部分的竖直边缘的竖直延伸部中；
-下部分的两个竖直边缘布置在上部分的每个竖直边缘的延伸部中；
-下部分的至少一个竖直边缘相对于上部分的对应竖直边缘横向地偏移，所述竖直边缘通过水平边缘连接到所述竖直边缘；
-光图案在小于10°的场宽上发光；这使得可以产生具有足够精细分辨率的像素光束；
-照明模块形成若干个光图案，这些光图案横向连续地对准并且彼此被独立地被控制以参与形成产生确定照明功能的像素光束；
-照明模块包括与多个光源相关联的主光学元件，所述多个光源中的每一个光源与光图案相关联，主光学元件包括多个光导，每一个光导与所述多个光源中的每一个光源和光输出面相关联；
-照明模块包括与多个光源相关联的主光学元件，所述多个光源中的每一个光源与光图案相关联，主光学元件包括多个光导，每一个光导与若干个光源和光输出面相关联；
-光图案的下部是通过结合相邻光导的侧面的对应部分而产生的，以形成形成层，光图案的上部由彼此横向分开的光导的侧面的一部分产生；这使得可以以简单且廉价的方式获得根据本发明的教导产生的光图案；
-主光学元件的输出面具有用于横向扩散光线的装置，旨在照明光图案的下部；这是以简单且廉价的方式获得根据本发明的教导产生的光图案的另一种方式；
-光扩散装置由在输出面上产生的折射或衍射结构形成，诸如呈衬垫、粒化、条纹、起伏、棱镜的形式或适于产生光扩散功能的任何其他形式的结构。
本发明还涉及一种机动车辆前照灯，其包括至少一个根据本发明的教导产生的照明模块。
附图说明
通过阅读将参考附图进行理解的以下详细描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，附图中：
-图1是侧视图，其示意性地示出配备有根据本发明的教导产生的照明模块的机动车辆；
-图2是示出由图1的照明模块产生的像素光束照明的屏幕的前视图，该像素光束包括若干个光图案；
-图3是示出图2的孤立的光图案的细节图；
-图4是关于示出图3的光图案的等光强曲线的视图；
-图5是类似于图3的视图，其示出光图案的变型形式；
-图6是类似于图3的视图，其示出光图案的另一变型形式；
-图7是类似于图3的视图，其示出光图案的又一变型形式；
-图8是示出根据本发明的第一实施例产生的图1的照明模块的主光学元件的立体图；
-图9是沿着图8的切割平面9-9的纵向竖直横截面视图，其示出主光学元件；
-图10是沿着图8的切割平面10-10的水平横截面视图，其整体上示出其中单个光源被接通的照明模块；
-图11是沿着图8的切割平面11-11的水平横截面视图，其整体上示出其中单个光源被接通的照明模块；
-图12是示出根据本发明的第二实施例产生的图1的发光模块的主光学元件的立体图。
具体实施方式
在下文的描述中，将采用以下取向：纵向，在车辆的运动方向上从后部指向前部；竖直，根据与道路正交的取向从底部指向顶部；以及横向，从道路的左侧指向右侧，这些取向由附图中的三面体“L、V、T”表示。当元件安装在照明装置中时也可以理解这些取向，该照明装置自身安装在车辆上的操作位置。
在下文的描述中，具有相同结构或类似功能的元件将由相同的附图标记表示。
图1示出了配备有照明装置12的机动车辆10，照明装置在这里为前照灯12。照明装置12产生像素光束14，该像素光束14产生确定的照明功能。在非限制性方式中，照明功能在这里为远光功能。像素光束14沿着基本上纵向于车辆10的前部的发射轴线“A”发射。
应当理解，本发明能够应用于实现其他功能的光束，如已经在本说明书的前序中所解释的那样。
出于描述的目的，竖直的横向屏幕16已经布置在车辆10的前面的确定的纵向距离处。屏幕16在这里布置在距车辆25m处。
图2示出了屏幕16的由像素光束14照明的区域。
在屏幕16上，已绘制了横向轴线“H”和竖直轴线“V”，它们在像素光束14的发射轴线“A”处相交。轴线“H”和“V”以光束的孔径值(degrees of aperture)渐变。水平轴线“H”将屏幕16分成上部和下部。像素光束14的照明屏幕16的下部的部分旨在照明车辆前方和车辆附近的路面，而像素光束14的照明屏幕16的上部的部分旨在道路上方照明。
在图2所示的示例中，像素光束14在这里包括五个横向对准的相同且连续的光图案18。标记为18的光图案照明屏幕16的底部。前照灯12还能够投射布置在下排图案18上方的第二排互补光图案17。光图案组18和17使得当它们被同时接通时可以产生远光功能。
本发明具体地涉及下排光图案18的形成，该下排光图案18与屏幕16的水平轴线“H”重叠。
从左侧开始计的第四个光图案18被选择性地关闭以形成阴影区20。这里，所有的光图案18都与水平轴线“H”重叠。每个光图案18在小于或等于20°的场宽上照明，例如小于或等于15°或10°的场宽。
光图案18中的至少一个由机动车辆前照灯12的照明模块19产生，该照明模块包括至少一个光源和光学元件。下面将更详细地描述这种照明模块19。每个光图案18均相对于机动车辆沿固定方向投射。
前照灯12主要包括壳体(未示出)，该壳体由外部透镜(未示出)封闭，像素光束通过该外部透镜投射。因此前照灯12至少包围照明模块19。
由于光图案18是相同的，因此将参照图3仅描述这些光图案18中的一个，该描述适用于其他光图案。
每个光图案18被分成上部分18A和下部分18B，该上部分和该下部分同时且不可分离地被照明。因此，不可能仅照明上部分18A，也不可能仅照明下部分18B。更具体地，上部分18A和下部分18B由横向线界定，该横向线在这里穿过光轴线“A”并且在这里对应于屏幕的线“H”。因此，光图案18的上部分18A在道路上方照明，而下部分18B在车辆10的前方和附近照明路面，例如在5米和50米之间。
上部分18A由两个所谓的清晰竖直边缘20A、20B横向地界定，对于每个清晰竖直边缘，光强度根据第一确定梯度“G1”减小。
下部分18B由两个所谓的模糊竖直边缘22A、22B横向地界定，对于每个模糊竖直边缘，光强度根据第二确定梯度“G2”减小，该第二确定梯度“G2”小于所述第一确定梯度“G1”。
术语“模糊”和“清晰”是相对性使用的。因此，清晰的第一边缘将比模糊的第二边缘“更清晰”，也就是说，清晰边缘的强度梯度将大于模糊边缘的强度梯度，以及，相反地，模糊的第二边缘将比清晰的第一边缘更“模糊”，也就是说，模糊边缘的强度梯度将小于清晰边缘的强度梯度。
图4示出了这种光图案18的等光强曲线，轴线“H”和“V”的单位(units)是有角度的。
已经沿着通过轴线“H”的横向线“L1”计算了所谓的清晰横向边缘20A的光强度的第一确定梯度“G1”。这里，第一确定梯度“G1”等于大约0.35。通常，第一确定梯度“G1”大于0.13，优选地大于0.30。这对应于当竖直边缘20A沿着线“L1”穿过(crossed)时光强度的快速降低。
已经沿着布置在轴线“H”下方的横向线“L2”计算了所谓的模糊横向边缘22A的光强度的第二确定梯度“G2”。这里，第二确定梯度“G2”等于大约0.11。通常，第二确定梯度“G2”小于0.2，优选地小于0.13。与沿着线“L1”的光强度减小相比，这对应于当沿着线“L2”与竖直边缘22A穿过(crossed)时光强度的较慢减小。
更具体地，在本申请中，以下文描述的方式获得梯度。
沿着线“L1”或“L2”，对于待测量梯度的侧向边缘的任一侧延伸的区段的任何点，进行以下计算：
G(α)＝log(I(α+0.05°))-log(I(α-0.05°))
其中，α是根据所行进的区段的所述点的轴线“H”的角度，并且I是用于所考虑的角度的光束的强度。
第一梯度“G1”或第二梯度“G2”对应于在对应于所考虑的侧向边缘的区段上获得的G(α)的最大值。
因此，当关闭光图案18中的一个时，如图2所示，在路面上产生的阴影区20由所谓的模糊竖直边缘22A、22B横向地界定。这样的配置使得可以不将驾驶员的注意力吸引到阴影区20和被接通的光图案18照明的区域之间的界限。
在图2至图4所示的光图案18的第一实施例中，下部分18B的每个所谓的模糊竖直边缘22A、22B均大致布置在上部分18A的对应的所谓清晰竖直边缘20A、20B的竖直延伸部中。
然而，因为下部分18B由所谓的模糊竖直边缘22A、22B界定，因此，其照明了比上部分18A横向更宽的表面。
根据光图案18的第二实施例，下部分18B的至少一个所谓的模糊竖直边缘22A、22B相对于上部分18A的对应的所谓的清晰竖直边缘20A、20B横向偏移。在这种情况下，所述偏移的模糊竖直边缘22A、22B的顶端通过所谓的清晰水平边缘24A、24B连接到所述清晰竖直边缘的底端。这里，所谓的清晰水平边缘24A、24B与轴线“H”重合，以便驾驶员不会察觉到。
因此，根据图5中所示的该第二实施例的第一变型，光图案18的下部分18B相对于上部分18A在两个方向上更横向地延伸。在这种情况下，下部分18B在顶部由所谓的清晰第一边缘24A、上部分18A和所谓的清晰第二边缘24B界定。
根据图6中所示的该第二实施例的第二变型，光图案18的下部分18B在相对于上部分18A的方向上(这里是左侧)横向地完全偏移。在这种情况下，下部分18B在顶部由所谓的清晰第一边缘24A、上部分18A界定。上部分18A在底部由下部分18B和所谓的清晰第二边缘24B界定。
根据图7中所示的光图案18的该第二实施例的第三变型，光图案18的下部分18B相对于上部分18A在单个方向上更横向地延伸。在这种情况下，下部分18B在顶部由所谓的清晰第一边缘24A、上部分18A界定。所谓的模糊第二边缘22B大致布置在对应的所谓的清晰边缘20B的延伸部中。于是该图案采用“L”的形式。
现在接下来描述能够产生形成像素光束14的至少一些光图案的照明模块19，如图8至图10所示。
照明模块19设计为形成若干个横向对准的光图案18。所述光图案18横向连续，甚至重叠，以便在所有光图案18接通时形成均匀照明的像素光束14。
每个光图案18均能够被独立地被控制以参与像素光束14的形成，从而产生确定的照明功能，例如远光。
照明模块19包括与多个光源28相关联的主光学元件26，所述多个光源28中的每一个光源与光图案18相关联。
每个光源28例如是属于发光二极管矩阵的发光二极管。这里，光源28横向对准。
主光学元件26包括形成横向排的多个光导30。每个光导30均从用于由相关联的光源28发出的光的后输入面32整体纵向延伸到前光输出面34。
在优选实施例中，每一个光导30与光源28中的一个光源相关联。根据变型，每一个光导30均与若干光源28相关联。
输入面32位于与发光二极管28的平面平行的同一个竖直的横向平面中。输出面34也布置在同一个横向的竖直平面中。在两个相邻的光导30之间保留横向空间，以允许通过光导30的侧面上的全内反射来引导光线。
每个光导30均具有矩形形式的横向横截面。因此，每个光导30均具有两个竖直侧面35和两个顶面和底面。
主光学元件26还包括前透镜36。前透镜36在前部通过用于形成光图案18的面38纵向地界定，并且在后部具有横向竖直面，该横向竖直面与光导30的输出面34的平面重合。
这里，前透镜36与光导30材料一体地制成。因此，光导30直接出现在前透镜36中。从光导的输出面34射出的光线因此被传播，而不偏转到前透镜36的输出面38。
照明模块19还包括前端投影透镜39，如图9所示，该前端投影透镜纵向布置在前透镜36的输出面38的前部并且与其隔开一定距离。投影透镜39旨在将光导的输出面34的竖直倒置图像投影到无限远。因此，光导30的输出面34的上部分34B旨在形成相关联的光图案18的下部分18B，而光导30的输出面34的下部分34A旨在形成相关联的光图案18的上部分18A。
根据照明模块19的第一实施例，每个光导30的每个侧面35的上部分经由横向桥接件40连接到相邻光导30的侧面35，该横向桥接件40与光导材料一体地制造。每个桥接件40均从输入面32的平面纵向地延伸到输出面34的平面，这里延伸到前透镜36。每个桥接件40均布置成与光导30的输出面的上部分34B横向重合。此外，所有桥接件40均由底面41和顶面43界定。顶面43布置在与光导30的顶面相同的平面中。底面41布置在共同的水平平面中。
在该配置中，由桥接件40因此连接的光导30的上部形成单个光形成层，该单个光形成层横向地延伸在光导30的整行上，并且具有均沿着该行光导30横向地延伸的单个输出面34B。如图8和图9所示，仅有光导的侧面35的下部保持自由。在未示出的本发明的变型中，一些光导不通过桥接件连接。因此，主光学元件具有若干个光形成层，每个光形成层均包括若干个光导并且均具有相关联的输出面。
在图8的实施例中，每个桥接件40的厚度大约等于光导30的侧面35的高度的一半。作为变型，每个桥接件的厚度也可以小于所述高度的一半。
根据未示出的本发明的变型，桥接件的厚度根据它们沿着主光学元件的位置而变化。
为了说明照明模块19的操作，图10和图11示出了接通以形成光图案18的单个光源28，其他光源28被关闭。图10和图11示出接通的相同光源28。
如图10所示，光图案18的上部分18A由光导30的下部产生，该光导30的下部彼此横向分开一定空间。这种配置允许光导30的自由侧面35通过全内反射来反射光，以将光线朝向输出面34的下部分34A集中。这样就可以形成光图案18的上部分18A的所谓的清晰竖直边缘。
如图11所示，在光导30的上部的任一侧上产生的桥接件40允许光线继续以直线超出侧面35传播，以在输出面的上部分34B比在输出面的下部分34A上更横向延伸的表面上方离开。由此获得光图案18的下部分18B。因此观察到由光源28发射的光线通过侵入相邻光导30的输出面上的输出面的上部分34B离开。
由桥接件40形成的形成层使得可以获得呈倒置“T”形式的光图案18，如图3和4所示。倒置“T”应理解为表示这样的图案，该图案的上部的宽度基本恒定，并且下部比上部宽，并且在上部的任一侧上侧向地延伸。
在未示出的本发明的变型中，当桥接件的水平面相当宽时，特别是比图8中所示的更宽时，它们使得可以产生图5中所示的光图案18。在这种情况下，桥接件40的底部水平面实际上使得可以产生所谓的清晰水平边缘，该所谓的清晰水平边缘将由光导30的侧面形成的所谓的清晰竖直边缘20A、20B与由桥接件40形成的所谓的模糊竖直边缘22A、22B连接。
在图8至图11所示的示例中，主光学元件26还包括第二排光导42，该第二排光导42使得可以获得矩形形式的互补光图案17，该互补光图案17在其所有高度上由所谓的清晰竖直边缘横向地界定。这些互补的光图案17(如图2所示)仅旨在在道路上方被照明。
根据图11中所示的发光模块19的第二实施例，光导30在其所有竖直高度上保持彼此分开一定空间。另一方面，主光学元件26的前透镜36的输出面38的一部分具有用于横向扩散光线的装置，旨在照明光图案18的下部分18B。实际上，输出面38足够靠近***的焦平面，例如，输出面布置在距焦平面一定距离处，该距离在***的焦距的2％和20％之间。以这种方式，布置在输出面38的上部上的衍射或折射结构仅影响光图案18的下部。
光扩散装置例如由在输出面38的一部分上以浮雕形式产生的衍射或折射结构形成。衍射或折射结构例如适合作为衬垫44。
该第二实施例使得可以获得与图3中所示的形式类似的光图案。
作为变型，扩散装置通过输出面的对应部分的粒化形成。
根据另一变型，衍射或折射结构由条纹、起伏、棱镜或适于产生光扩散功能的任何其他形式形成。
还提供了未示出的第三实施例，其中，如在第一实施例中，主元件包括具有光形成层的结构，如在第二实施例中，主元件的输出面包括光扩散装置。因此，本发明的第三实施例结合了本发明的第一实施例和第二实施例的特征。

Claims (15)

1.一种用于机动车辆前照灯(12)的照明模块(19)，所述照明模块包括多个光源(28)和用于形成多个光图案(18)的主光学元件(26)，
其特征在于，每个光图案(18)被分成上部分(18A)和下部分(18B)，所述上部分和所述下部分同时且不可分离地被照明，
上部分(18A)由两个竖直边缘(20A，20B)横向地界定，对于所述两个竖直边缘(20A，20B)中的每一个竖直边缘，光强度根据第一确定梯度(G1)减小，并且
下部分(18B)由两个竖直边缘(22A，22B)横向地界定，对于所述两个竖直边缘(22A，22B)中的每一个竖直边缘，光强度根据第二确定梯度(G2)减小，所述第二确定梯度(G2)小于所述第一确定梯度(G1)，
所述多个光图案(18)横向连续地对准并且彼此独立地被控制以参与像素光束(14)的形成；所述主光学元件(26)与所述多个光源(28)相关联，所述多个光源中的每一个光源与所述多个光图案(18)中的一个光图案相关联，所述主光学元件(26)包括光输出面(38)和多个相邻的光导(30)，每一个光导与所述多个光源(28)中的一个光源相关联；并且其中
所述多个光图案(18)的下部分(18B)是通过接合所述多个相邻的光导(30)的侧面(35)的对应部分而产生的，以形成形成层，所述光图案(18)的上部分(18A)由彼此横向地分离的光导(30)的侧面(35)的一部分产生。
2.根据前述权利要求所述的照明模块(19)，其特征在于，第一确定梯度(G1)大于0.13。
3.根据权利要求2所述的照明模块(19)，其特征在于，第一确定梯度(G1)大于0.30。
4.根据前述权利要求中任一项所述的照明模块(19)，其特征在于，第二确定梯度(G2)小于0.2。
5.根据权利要求4所述的照明模块(19)，其特征在于，第二确定梯度(G2)小于0.13。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的照明模块(19)，其特征在于，下部分(18B)的至少一个竖直边缘(22A，22B)布置在上部分(18A)的竖直边缘(20A，20B)的竖直延伸部中。
7.根据前一项权利要求所述的照明模块(19)，其特征在于，下部分(18B)的两个竖直边缘(22A，22B)布置在上部分(18A)的每个竖直边缘(20A，20B)的延伸部中。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的照明模块(19)，其特征在于，下部分(18B)的至少一个竖直边缘(22A，22B)相对于上部分(18A)的对应的竖直边缘(20A，20B)横向地偏移，所述竖直边缘(22A，22B)通过水平边缘(24A，24B)连接到所述上部分(18A)的所述竖直边缘(20A，20B)。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的照明模块(19)，其特征在于，所述光图案(18)在小于20°的场宽上发光。
10.根据权利要求9所述的照明模块(19)，其特征在于，所述光图案(18)在小于15°的场宽上发光。
11.根据权利要求9所述的照明模块(19)，其特征在于，所述光图案(18)在小于10°的场宽上发光。
12.根据权利要求1所述的照明模块(19)，其特征在于，主光学元件(26)的光输出面(38)具有用于横向扩散光线的装置，旨在照明光图案(18)的下部分(18B)。
13.根据前一项权利要求所述的照明模块(19)，其特征在于，光扩散装置由在光输出面(38)上产生的折射或衍射结构形成。
14.根据权利要求13所述的照明模块(19)，其特征在于，所述折射或衍射结构是呈衬垫(44)、粒化、条纹、起伏、棱镜的形式的结构。
15.一种机动车辆前照灯(12)，包括至少一个根据前述权利要求中任一项所产生的照明模块(19)。
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