透镜、包括这种透镜的工作灯以及车辆的制作方法

1.本发明涉及一种旨在放置在由光源发射的光线的路径上的透镜。本发明还涉及一种工作灯，该工作灯包括多个光源以及布置成与这些光源中的至少一个光源相对的此类透镜。本发明还涉及一种包括至少一个此类工作灯的车辆、特别地、诸如卡车之类的重型车辆。


背景技术：

2.一些车辆配备有工作灯，即装有适于照亮期望区域的光源、比如聚光灯的壳体。更特别地，这涉及诸如卡车之类的重型车辆、特别地、包括应装载有物品/应从中卸载物品的后部集装箱的车辆。特别地，这些车辆可以包括配备有举升门的无论是否冷藏的运输车辆、垃圾车等。为了在没有任何特别的困难并且完全安全的情况下正确地进行这些装载/卸载操作，优选地照亮工作区域，而由于这些车辆经常在清晨仍然黑暗的时候使用，则更应当照亮工作区域。工作灯还可以配备在工程机械上。
3.传统上，工作灯包括经由支撑件安装在车辆上的壳体。支撑件可以被设计成允许壳体倾斜，以便适当地引导光束以获得对工作区域的令人满意的照明。
4.由于其功能，工作灯应产生强度足以照亮期望区域的照明。因此，尽管上述设计能够实现倾斜、特别地朝向地面倾斜，工作灯仍然常常让在车辆周围活动的人感到非常炫目。这是非常令人不快，甚至可能带来一些风险。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服上述缺点。
6.为此，根据第一方面，本发明涉及一种透镜，该透镜具有沿所谓的纵向轴线(x)延伸的光轴，该透镜旨在放置在由光源发射的光线的路径上，使得透镜的光轴平行于光源的发射主轴。透镜沿光线的传播方向具有输入面和输出面，并且透镜具有沿输出面的方向呈拱形的总体形状。透镜限定所谓的竖向轴线(z)、所谓的横向轴线(y)，并且透镜进一步具有在平面(x、z)中延伸的所谓的第一竖向中平面和在平面(y、z)中延伸的所谓的第二水平中平面。
7.根据本发明的总体限定，输入面包括：
8.位于水平中平面上方的上部部分，该上部部分构造成使光线至少沿竖向轴线转向，使得光线基本平行于水平中平面；
9.以及位于水平中平面下方的下部部分，该下部部分构造成使水平中平面与下限之间的光束的沿竖向轴线的竖向张角减小。
10.此外，输出面包括：
11.中央竖向部分，该中央竖向部分基本呈平面并且与光轴正交；
12.侧向部分，该侧向部分位于中央竖向部分的两侧上，该侧向部分构造成使每条光线根据偏转幅度在竖向中平面的方向上转向，光线在所述侧向部分上的入射点越接近竖向
中平面，则该偏转幅度越大。
13.因此，由于输入面的特定几何形状，根据本发明的透镜允许使在透镜的上部部分中所接收的光准直、从而平行于光轴，这导致产生对于观察者而言通常在视线高度的未照明的上部区域，并因此大大限制了眩光。此外，输入面的下部部分允许尽可能多地收集由光源发射的光，并将其集中而朝向直接有用的区域，也就是说，在工作照明应用中，朝向待照亮的工作区域。另外，透镜的输出面的特定几何形状根据不均匀分布、例如高斯型分布、转换照明区域中发光强度的分布，优选地沿竖向轴线和横向轴线两者转换。这样的分布允许在光轴的附近获得最大的发光强度，并且同时向照明较少的区域逐渐过渡，从而为观察者提供了良好的照明效率和增强的视觉舒适度。
14.因此，根据本发明的透镜允许将工作光的有效性——通过收集由光源发射的非常大量的光并将所收集的光集中而大部分朝向主区域——和对工作光附近的人员的视觉舒适性——通过产生未照明区域来限制眩光并通过在最明亮的主要区域周围对发光强度进行分配而不会出现任何急剧间断——结合起来。
15.本发明的另一优点在于，防眩目效果是通过透镜的设计获得的，并因此不涉及施加阻挡光的障碍物。这样可以简化安装、降低工作灯损坏的风险并使照明区域内的发光强度的分布更加令人满意。
16.输入面可以在平面(x、z)中具有凹形轮廓，该凹形轮廓形成与输出面反向地指向的凸台。例如，凸台位于光轴的附近。
17.根据可能的实施方式，输入面具有“马鞍”型形状(即，定形状成类似于双曲线抛物面)，输入面在平面(x、y)中具有凹形轮廓并且在平面(x、z)中具有凸形轮廓，该凸形轮廓形成与输出面反向地指向的凸台。
18.根据应用，竖向中平面可以是透镜的输入面的对称平面。
19.此外，输入面的上部部分和/或下部部分可以构造成使光束的沿横向轴线的水平张角减小。以这种方式，由光源发射的光的大部分可以被收集和集中，也就是说，被引导朝向期望的区域。根据可能的实施方式，光束关于竖向中平面对称地缩小，也就是说在该平面的每一侧上相同地缩小。
20.输出面的每一个侧向部分均可以呈绕竖向轴线弯曲的形状，从而使凹形指向输入面，并且该凹形在平面(x、y)中的曲率半径随着远离竖向中平面而增加。换句话说，距离竖向中平面越远，则形状将越呈平面。因此，每一个侧向部分均呈大致圆筒形的形状，但是具有可变的曲率。
21.根据应用，竖向中平面和/或水平中平面可以是透镜的输出面的对称平面。
22.根据第二方面，本发明涉及一种工作灯，该工作灯包括壳体、布置在壳体中的多个光源以及如前所述的透镜，该透镜布置成与光源中的至少一个光源相对并且位于由所述光源发射的光线的路径上，并且该透镜布置成使得透镜的光轴平行于所述光源的发射主轴。
23.根据第三方面，本发明涉及一种车辆、特别地、诸如卡车之类的重型车辆，其包括至少一个如上所述的工作灯。该工作灯借助于支撑件安装在车辆上，该支撑件优选地构造成允许工作灯绕水平轴线倾斜。
附图说明
24.现在将参照附图来描述作为非限制性示例的本发明的可能实施方式：
25.图1是根据本发明的实施方式的包括多个透镜的工作灯的分解立体图；
26.图2是光源和放置在光源前方的透镜的立体图；
27.图3是根据另一视角的类似于图2的视图；
28.图4是透镜的侧视图；
29.图5是在竖向中平面中的透镜的示意性截面图；
30.图6是透镜的俯视图；
31.图7是透镜的输入面的示意性平面图；
32.图8是透镜的输出面的示意性平面图；
33.图9在竖向中平面中示意性地示出了由光源发射并完全穿过根据本发明的透镜的光线的路径；
34.图10在水平中平面中示意性地示出了由光源发射并完全穿过根据本发明的透镜的光线的路径；
35.图11示意性地示出了在由光源发射的光束完全穿过透镜之后获得的发光强度的分布。
具体实施方式
36.图1以分解立体图示出了工作灯1。
37.工作灯1包括壳体2，该壳体2安装在支撑件3上，该支撑件3又旨在安装在车辆v上，特别地安装在诸如卡车的重型车辆上。例如，支撑件3可以紧固至车辆v，而壳体2可以绕轴线5以枢转的方式安装在支撑件3上。枢转轴线5可以是水平的并且横向地指向，使得由工作灯1产生的光束可以朝向地面倾斜。
38.壳体可以具有底壁4和与底壁4相对的开放面6。
39.工作灯1包括多个光源10，所述多个光源10通常可以由led(发光二极管)组成。例如，工作灯1中可以具有五个到十个光源。光源10可以包括基座11和盖12，并且具有发射主轴13。光源10设置在壳体2中，例如，光源10安装在板状件7上，该板状件7又紧固在壳体2中。光源10可以安装成使得光源10的发射主轴13彼此平行并且例如与壳体2的开放面6正交。
40.透镜15布置成与光源10中的至少一个光源、优选地与光源10中的每个光源、相对且位于由所述光源10发射的光线的路径上。每个透镜15具有光轴16，并且每个透镜15优选地布置成使得该光轴16平行于对应光源的发射主轴13，或者甚至与该发射主轴13重合。光源10放置在对应透镜15的焦点处。
41.透镜15可以与透明壁8成一体，该透明壁8通常通过对塑料材料进行模制而以一件式制成。
42.此外，玻璃9可以设置成与透明壁8相对，以封闭壳体2的开放面6。
43.工作灯1形成强大的照明装置，也称为工作照射器或工作聚光灯，从而允许照亮操作者的介入区域以促进并确保操作者的工作。根据需要，车辆v可以配备多个工作灯1。
44.透镜15限定所谓的竖向轴线(z)、所谓的横向轴线(y)和平行于光轴16的所谓的纵向轴线(x)。在所示的实施方式中，纵向轴线(x)与壳体2的底壁4正交。纵向轴线(x)是水平
的——如果工作灯1竖直安装、也就是说工作灯1尚未绕轴线5枢转——并且横向轴线(y)也是水平的。因此，轴线(z)竖向地布置。但是，可以考虑其他定向。
45.透镜15具有在平面(x、z)中延伸的所谓的第一竖向中平面p1和在平面(y、z)中延伸的所谓的第二水平中平面p2。
46.透镜15沿光线的传播方向具有输入面20和输出面30，在图2中更具体示出输入面20，在图3中更具体示出输出面30。
47.透镜15具有沿输出面30的方向呈拱形的总体形状。换句话说，透镜15具有类似于杯子的圆弧状的总体形状，但是透镜15的形状并非半球形。透镜15的周界在沿光轴16观察时呈大致圆形，如图6和图7中所示。该周界包括上边缘17和下边缘18，上边缘17和下边缘18在水平中平面p2的两侧上各自大致形成圆弧形条带；此外，在水平中平面p2的附近形成有与输出面30反向地指向的平面式表面19。平面式表面19允许避免光在透镜15中的寄生全反射(parasitic total reflection)。
48.如在图2、图4和图5中非常具体地示出的那样，输入面20可以具有“马鞍”型形状，也就是说，输入面20可以：
49.在平面(x、y)中具有凹形轮廓，如图5中特别示出；
50.以及在平面(x、z)中具有凸形轮廓，该凸形轮廓形成与输出面30反向地指向的凸台21，如图4中特别示出，凸台21可以位于光轴16的附近。
51.在所示的应用中，竖向中平面p1是透镜15的输入面20的对称平面。然而，对于希望获得非对称照明的其他应用，可以考虑关于该平面p1非对称的构型。
52.相反，水平中平面p2并非输入面20的对称平面。
53.事实上，为了限制由光源10产生的眩光，输入面20包括位于水平中平面p2上方的上部部分22，该上部部分22构造成使在所述上部部分22中接收的光线至少沿竖向轴线(z)转向，使得这些光线在穿过输入面20之后基本上平行于水平中平面p2。
54.此外，由光源10向下发射的光束对于观察者产生显著更少的眩光。这是透镜15的输入面20的下部部分23的功能—以及因此几何形状—不同的原因。更具体地，位于水平中平面p2下方的下部部分23构造成使在水平中平面(p2)与下限之间的光束的沿竖向轴线(z)的竖向张角α减小。以此方式，由透镜15的输入面20的下部部分23接收的整体光束被收集并朝向有用区域、即期望照亮的区域传输，而不是简单地朝向不太重要的区域发送。因此，最终，在待照亮区域中将获得更高的发光强度。
55.具体而言，输入面20的上部部分22可以在水平中平面p2与上边缘17之间延伸，而下部部分23可以在水平中平面p2与下边缘18之间延伸。
56.根据可能的实施方式，并且如图5中所示，在平面(x、z)中、至少在竖向中平面p1的附近、并且在距凸台一定距离处，输入面20的上部部分22基本呈平面或具有很大的曲率半径。此外，下部部分23基本呈平面或具有很大的曲率半径，但是下部部分23并不是上部部分22关于光轴16的对称部。图5以虚线表示出了上部部分22关于光轴16的对称部s。更具体地，相对于该对称部而言，下部部分23可以随着远离输出面30而沿着光轴16移位，并且/或者在所述下部部分23与光轴16之间形成的锐角可以大于在所述对称部s与光轴16之间形成的锐角。
57.就上部部分22和/或下部部分23的水平而言，输入面20可以进一步构造成使光束
的沿横向轴线(y)的水平张角β、即在平面(x、y)中观察的水平张角β减小。
58.关于输出面30、其在图3和图8中更具体地示出，该输出面30包括：
59.中央竖向部分31，该中央竖向部分31基本呈平面并且与光轴1正交。中央部分的宽度(沿轴线y)可以例如介于透镜15的直径的10％至20％之间；
60.位于中央竖向部分31的两侧上的侧向部分32，该侧向部分32构造成使每条光线根据偏转幅度在竖向中平面p1的方向上转向，光线在所述侧向部分32上的入射点越接近竖向中平面p1，则偏转幅度越大。
61.因此，输出面30的每一个侧向部分32均可以具有围绕竖向轴线弯曲的形状，从而使凹形指向输入面20，并且该凹形在平面(x、y)中的曲率半径随着远离竖向中平面p1而增加。
62.在所示的应用中，竖向中平面p1和水平中平面p2两者均为输出面30的对称平面。尽管如此，也可以考虑其他构型。
63.通过基本上保持与光束穿过输入面20之后所获得的照明区域相同的照明区域，输出面30允许以不均匀的方式分配发光强度，其中，在透镜15的光轴16的附近具有最大强度，并且该强度随着远离光轴16逐渐减小而不具有任何急剧转变。
64.可选地，输入面30的每一个侧向部分32均可以进一步构造成修改水平中平面(p2)与下限之间的光束的关于光轴的沿竖向轴线(z)的竖向张角α。因此，光线在从透镜15的内部穿过到达输出面30之后的周围环境时转向。
65.该修改可以包括竖向张角α的增加。这样的布置允许基于由输入面20执行的空间集中而增大在从透镜15射出处所照亮的区域的尺寸。典型的应用包括在工作灯1具有透镜16的情况下在地面上获得足够的照明。
66.替代性地，可以考虑减小光束的竖向张角α，以便相反地将光集中而更多地朝向更小的区域。
67.就侧向部分32的水平而言，输出面30可以进一步构造成使光束的沿横向轴线(y)的水平张角β、即在平面(x、y)中观察的水平张角β减小。
68.现在参照图9和图10，其示出了由光源10发射的入射光束40以及当入射光束40穿过透镜15的输入面20然后穿过输出面30以形成透射光束42时入射光束40所经历的偏转。
69.在图9中所示的平面(x、z)中，由输入面20的上部部分22接收的入射光束40的光线转向成在射出透镜15的透射光束42中与光轴16平行。此外，由输入面20的下部部分23接收的入射光束40的光线朝向光轴16转向，同时在透射光束42中仍保持向下倾斜。
70.因此，透镜15构造成使光束的沿竖向轴线(z)的竖向张角α减小。特别地，在水平中平面p2的下方：
71.入射光束40的下限41相对于光轴以角度α0倾斜；
72.因穿过输入面20而得到的且在透镜15内传播的光束的下限43相对于光轴以角度α1倾斜；
73.并且穿过输出面之后的透射光束42的下限44相对于光轴以角度α2倾斜。
74.角度α1小于α0，并且角度α2小于α0。
75.例如，对于接近40
°
的角度α0，角度α2可以在α0的35％至50％的范围内，例如接近15
°
至20
°
。
76.在所示的实施方式中，光束在横过透镜15的输入面20之后发生会聚(即α1<α0)，然后光束在横过透镜15的输出面30时发生发散(即α2>α1)。然而，该实施方式不是限制性的，并且使α2＜α1也是可能的。
77.例如，对于接近40
°
的角度α0，角度α1可以在α0的15％到40％之间，以及还在α0的20％到35％之间，甚至在α0的20％到30％之间，例如接近10
°
至15
°
。
78.在如图10中所示的平面(x、y)中，由透镜15接收的入射光束40的光线转向成使得其相对于光轴16的倾斜度减小。换句话说，光束的水平张角β减小。在所示的实施方式中，在p1是透镜15的对称平面的情况下，光束的水平张角β在p1的两侧上对称地减小。
79.输入面20可以产生光束的水平张角β从β0到β1的第一减小。可以将输入面20设计为将由此接收到的全部入射光线以相同的幅度转向。
80.输出面30可以产生光束的水平张角从β1到β2的修改，或不产生这种修改。相反，输出面30被设计成使得光线相对于输出面30的入射点越接近光轴16，则该光线朝向光轴转向越大(在输出面30的侧向部分32中)。
81.例如，对于接近120
°
的角度β0，角度β2可以在β0的60％至70％的范围内，例如接近70
°
至80
°
。
82.图11示出了因透镜15而获得的光分布50。
83.一方面，由于输入面20的上部部分21而形成未照明区域51，该未照明区域51有利地位于观察者的眼睛的水平处，从而产生了所追求的防炫目效果。
84.另一方面，获得有局部照明区域52，该照明区域在水平方向上由透射光束42的最外端光线横向地界定在角度
‑
β2/2与 β2/2之间，并且在竖向上在下部部分中由透射光束42的下限44以角度α2界定。
85.由于光线通过透镜15偏转的幅度可变，因此照明区域52在两个轴线上具有不均匀的光分布，例如高斯型分布，其中：
86.在光轴16的附近的中央部分53具有最大发光强度；
87.大体环形的部分54a、54b、54c、54d
…
具有降低的发光强度，虽然在图11中示出了部分54a至54d之间的界限，但可指定发光强度优选以连续的方式而不是交错的方式变化。
88.根据本发明的透镜15允许收集由光源10发射的非常大量的光、即所发射的光束的很大一部分。此外，透镜15通过使光束的竖向张角和水平张角减小而允许将接收到的入射光束40集中而朝向待照亮区域。由此可见，待照亮区域的总体发光强度非常高，并且以这种方式产生的照明特别令人满意。
89.光朝向中央部分53的非常特定的集中允许获得具有强烈光度的部分，这与光的均匀分布相反，光的均匀分布会导致强度过低并且在实践中、尤其是在应用于工作灯1时、几乎不可用。
90.此外，在具有不同光度的区域之间、特别地、在非常暗的区域与非常明亮的区域之间不存在急剧转变允许产生更宽的照明区域，并且同时对于观察者而言在视觉上更舒适。
91.不言而喻地，本发明不限于以上作为示例描述的实施方式，而是包括所描述的装置的所有技术等效物和变型及其组合。
92.特别地，应当注意的是，在轴线(z)沿竖向的情况下描述了本发明，该轴线可以以不同的方式定位，于是未照明区域51不再位于水平面上方。