用于汽车车辆的前照灯的制作方法

1.本发明涉及汽车照明领域。具体地，本发明针对适合用于车辆中的汽车照明系统。


背景技术：

2.随着汽车工业的迅速发展，为了获得具有简单结构、低成本和/或高性能的汽车照明系统（诸如汽车前照明灯），已经不断地付出了努力。
3.通常，用于车辆的前照明系统涉及各种电气的、光学的、热学的和/或机械的零件。具体地，光学零件对于提供前照明是必要的。然而，所有电气的、机械的和热学的部件对于确保光学零件适当地工作所必要的。例如，电气电路可以被包括在前照明系统中，用于供应光学零件运行所需的能量。此外，支承机构也可以被包括，用于向光学零件提供稳定和可靠的工作环境。至于热学构造，它们有益于促进热消散。
4.作为首要设计之一，已经提出了光学器件矩阵以用于汽车照明系统的光学部分中。例如，在梅赛德斯奔驰（mercedes benz）cls的前照明系统中，光学部分包括硅树脂初级光学器件、透镜、导光罩和自适应远光束模块。具体而言，如图1中所示出，硅树脂初级光学器件10是块状形式，其中光出射侧11是平坦表面，但光入射侧12被设计成具有多个梳齿120的梳子的形状。换句话说，初级光学器件10的光入射侧12被成形为使得包括多个壁，其中每个壁垂直于光出射侧11并且平行于它的邻居。
5.可以看出，当前在梅赛德斯奔驰cls车辆中使用的初级光学器件涉及块状硅树脂的复杂成形，特别是关于它的光入射侧。此外，在这种情况下，从光源发射的光在光入射侧处进入初级光学器件，穿过它传播，并且然后在光出射侧处离开。这意味着光必须透射穿过整个块状硅树脂，从而导致透射类型的初级光学器件。本领域技术人员理解，透射的过程涉及相对较大的光损失。此外，由于硅树脂所致的高强度光的受限可持续性，因此被允许透射的最大光强度也被限制。
6.有点相似于这样的构造，ep2784376a2公开了初级透镜的阵列，每个初级透镜与它的一个光源相关联；并且de 102015224305a1公开了由透镜段的阵列组成的初级透镜，其中每个透镜段与led阵列中的至少一个led相关联。尽管允许了比刚刚讨论的块状硅树脂初级光学器件稍微更紧凑的结构，但这些解决方案仍然是具有刚刚讨论的缺点的透射系统。
7.因此，期望提供用于车辆中的汽车照明系统，该汽车照明系统结构简单且易于制造，同时仍然展显出高性能和高效率。


技术实现要素：

8.本发明提供了用于车辆的汽车照明系统，以便消除或者至少减轻以上提到的缺点或不利中的一个或多个。
9.根据本发明的实施例，提出了一种汽车照明系统。该汽车照明系统适合用于车辆中，并且包括多个光源、多个初级光学器件和次级光学器件。多个初级光学器件被布置成矩阵。进一步，多个初级光学器件还被配置为接收和重定向从多个光源发射的光。在由多个初
级光学器件重定向之后，经重定向的光然后被次级光学器件接收，并且被次级光学器件投射到诸如在车辆前面的道路上。在如以上由本发明提出的汽车照明系统中，每个光源被设置在多个初级光学器件中的对应一个的焦平面中。即，每个光源被用于为对应的初级光学器件提供光输入。此外，在多个初级光学器件中，至少一个初级光学器件被设置在次级光学器件的焦平面中。
10.可以看出，在如由本发明提出的汽车照明系统中，从光源发射的光首先被多个初级光学器件重定向，并且然后被次级光学器件投射在车辆前面。从成像的观点来看，通过把多个初级光学器件中的至少一个设置在次级光学器件的焦平面中，由每个初级光学器件重定向的输入光束图案的局部将被作为输出光束图案的对应局部被次级光学器件成像到在车辆前面的道路上。换句话说，多亏了初级光学器件的矩阵布置，每个初级光学器件促成了输出光束图案的局部，或者换句话说，促成了输出光束图案的像素。通过把邻近的初级光学器件布置为彼此直接接界，由次级光学器件投射到道路上的最终光束图案被确保是完整的光束图案，即，在光束图案的光分布中没有任何裂隙或间隙。这有助于获得用于车辆的良好的前照明。
11.在由本发明提出的汽车照明系统中，多个初级光学器件中的每一个被设计为是反射器。即，初级光学器件全部是反射器。每个反射器被配置成使得从多个光源接收的光被反射到次级光学器件上。
12.根据本发明的可选实施例，在以上提出的照明系统中，例如选择投射透镜来用作次级光学器件。显然，本领域技术人员将容易地理解，本文仅提供投射透镜作为次级光学器件的说明性示例，并且本发明不仅被限制于它。事实上，基于各种应用可以使用任何合适的光学器件，只要由初级光学器件重定向的光可以被接收并且投射在车辆的前面。
13.鉴于以上，根据本发明，提供了重定向类型的照明系统（被实现为反射类型的照明系统），以代替诸如当前在一些梅赛德斯奔驰车辆中使用的透射类型的前照明系统。该照明系统例如可以被用作车辆的前灯。通过利用从光源发射的光的重定向（被实现为从光源发射的光的反射），实现了简单、紧凑并且可能更小的用于车辆的照明系统。
14.进一步，利用被布置为矩阵的、被实现为反射器的多个初级光学器件，通过投射透镜投射在车辆前面的所得光束图案可以在形状和/或光分布方面被灵活地改变。例如，在本发明的可选实施例中，汽车照明系统进一步包括开关电路。具体来说，开关电路被配置为关闭多个光源中的一些，使得没有光从其发射。例如，通过向一个或多个光源发送来自开关电路的关闭信号，一个或多个光源的关闭可以被完成。在这种情况下，如果开关电路从不输出任何关闭信号，则多个光源全部起发射光的作用，从而导致也以矩阵形式的最终光束图案，就像初级光学器件的矩阵分布一样。可替换地，在其它实施例中，如果例如一行或多行光源被开关电路或者由其提供的关闭信号关闭，那么所得光束图案将因此不再是完整的矩阵，而是缺少一些明亮的条带。如果一行或多行光源未被关闭而是功能良好，则这些条带否则将被照亮。以此方式，具有不同形状和/或光分布的各种光束图案可以在车辆前面被获得。这有助于提供如车辆所期望的所得光束图案。
15.根据本发明的可选实施例，在以上提出的汽车照明系统中，多个初级光学器件之一，即反射器之一，被设置在次级光学器件的焦点处。进一步，在这种情况下，多个初级光学器件的其余全部被可选地设置在次级光学器件的焦平面中。在优选的实例中，多个初级光
学器件被布置在m行和n列的矩阵中，其中m和n都是大于1的整数，特别是它们都是奇数。在这种情况下，位于矩阵的中心位置处的初级反射器被设置在次级光学器件（例如投射透镜）的焦点中，并且所有其它反射器都在投射透镜的对应焦平面中。在另一个优选的实例中，多个初级反射器被布置成阵列，即，1行和m列（或者可替换地，m行和1列）的矩阵，其中m是大于1的整数。进一步可选地，在以上提到的照明系统中，反射器被布置成一行和m列，其中m为大于1的奇数。在这种情况下，处于中心位置处的反射器被优选地设置在投射透镜的焦点处，并且所有其它反射器都位于投射透镜的对应焦平面中。通过把中心反射器设置在焦点处并且使所有其它反射器围绕中心反射器分布，对称的光束图案将被投射，这有助于获得用于车辆的良好的前照明。
16.根据本发明的可选实施例，在以上提出的汽车照明系统中，每个光源被设置在多个初级光学器件中的对应一个的焦点处。每个光源的焦点位置使从其发射的光被高效地使用，并且促成了由光源发射的光的更高的利用率。
17.根据本发明的可选实施例，在以上提出的汽车照明系统中，初级反射器中的至少一个被设计成具有矩形轮廓的抛物面的形状。在示例中，矩形轮廓具有在约3
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15 mm的范围内的边长。倘若所有的初级光学器件都是具有矩形轮廓的抛物面形状的反射器，那么整个初级光学器件的矩阵可以具有约50
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100 mm的总边长。这对应于约数十个反射器。每个反射器的矩形轮廓与它们的规则矩阵布置相组合，有助于给出最终的矩形光束图案，如车辆的前照明系统通常所需要的。
18.根据本发明的可选实施例，在以上提出的汽车照明系统中，反射器被设计成使得光束图案——允许在车辆附近比在远场中更多的光——在被次级光学器件投射之后提供。例如，反射器可以被选择为是自由形式的弯曲反射器，该弯曲反射器在不同位置处的曲率和反射率被专门设置，使得与在远场中相比，更多的光被投射到轿车附近的道路上。这例如有益于期望的近光束图案。
19.根据本发明的可选实施例，在上面提出的汽车照明系统中，多个光源中的至少一个是可旋转的，以最大化从其发射的光并且照射到多个初级光学器件上。具体而言，该至少一个光源可围绕轴旋转，该轴平行于初级光学器件的矩阵的行或列。通过围绕平行于初级光学器件的行或列的轴旋转光源，光源相对于它对应反射器的特别取向将被获得，由此照射到反射器上的光可以被最大化。通常，从诸如led的光源发射的光具有光强度的朗伯分布，其中大多数光强度被分布在它发光表面的法线附近的从
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30度至 30度的角度范围内。鉴于此，光源可以被旋转成使得至少落在它发光表面的法线附近的
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30度至 30度之间的角度内的光发射的部分照射在初级反射器上。这有助于改善从光源发射的光的利用。显然，仅提供了关于朗伯分布的以上描述来说明而不是限制本发明。受益于本公开的教导的技术人员将容易地想出，除朗伯类型之外的光源也可以被使用，并且其旋转将以相似的方式被容易地理解。
20.根据本发明的可选实施例，在以上提出的汽车照明系统中，多个初级光学器件中的至少一个具有在5
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10 mm范围内的焦距，而次级光学器件可以具有在30
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50 mm范围内的焦距。应该注意，本文关于初级光学器件或次级光学器件的焦距提供的所有这些值仅是示例性的，但不限于本发明。基于本公开的公开内容，其它值将被本领域技术人员容易地想出。
21.根据本发明的可选实施例，在以上提出的汽车照明系统中，至少一个光源包括一个或多个子光源。这意味着光可以从一个或多个子光源发射到一个对应的反射器上。可选地，一个或多个子光源可以被布置在子阵列或子矩阵中。使用多个子光源而不是仅使用它们中的一个来为一个初级反射器提供光发射，促进了较高的光输入强度并因而促进了较高的输出光强度。进一步，如果为一个反射器提供光输入的必要部分的仅一个光源出现故障或失灵，这还有助于避免由次级光学器件投射的不期望的光束图案。更具体地说，倘若多于一个led被使用以向对应的反射器供应光发射，那么一个led的故障可以被其余可操作的led补偿，从而决不会缺少最终光束图案的任何部分。
22.本领域技术人员将意识到，以上提到的本发明的实施例、实施方式和/或方面中的两个或更多个可以以任何被视为有用的方式组合。此外，如由本发明提出的用于车辆的汽车照明系统的修改和变型可以基于当前描述而被本领域技术人员实行。
附图说明
23.下面将参考附图来更详细地描述本发明的这些和其它方面，附图示出了实施例并且形成本发明的一部分。具体地，在附图中：
24.图1示意性地图示了如当前在一些梅赛德斯奔驰车辆中使用的常规初级光学器件之一的截面图；
25.图2示意性地图示了根据本发明实施例的汽车照明系统的透视图，其中包括了一行反射器但仅包括了一个光源，以便不使附图难以理解；
26.图3示意性地图示了根据本发明实施例的汽车照明系统的截面图，其中仅包括一个反射器和一个led光源；以及
27.图4（a）和4（b）示意性地示出了当所有光源都保持发射光时以及当仅接通它们中的两个时分别投射到远场中的模拟光强度分布（或光束图案）。
具体实施方式
28.尽管本发明容许不同形式的实施例，但是在附图中示出并且将在下文详细描述一个或多个具体实施例，应该理解，本说明书应被认为仅是本发明的基本原理的示例性的，并不旨在把本发明限制于如本文示出和描述的任何具体实施例。
29.在下文中，通过参照图2和3，关于如在本发明的实施例中提出的用于车辆的汽车照明系统将给出详细描述，其中在图2和3中分别示出了适合用于车辆中的汽车照明系统的透视图和截面图。
30.如图2中所示出，汽车照明系统20可以具体包括多个光源21（其中为了清楚仅描绘了它们中的一个）、多个初级光学器件22和次级光学器件23。可以看出，多个初级光学器件22被设置成阵列。具体而言，如图2中示意性图示的初级光学器件22的总数是七。换句话说，初级光学器件22被设置成1
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7阵列。然而，如上所解释，如图2中所示出的7这个具体数字决不应该被视为针对本发明的受限制的含义。事实上，多个初级光学器件22也可以被广泛地布置成矩阵形式，该矩阵形式包括多于一行和多于一列。进一步，如可以在图2中所见，初级光学器件22中的每一个被设计为具有矩形轮廓的抛物面形式。而且，在如图2中所示出的所有这些抛物面初级光学器件22中，它们全部都被选作反射器。至于初级光学器件22的位置，
它们全部位于次级光学器件23的焦平面中。作为优选实例，仅初级光学器件22之一（诸如中心的初级光学器件）可以位于次级光学器件23的焦点处，并且其余全部位于对应的焦平面周围。显然，将中心初级光学器件放置在次级光学器件23的焦点处只作为初级光学器件22的具体位置的众多实施方式之一来提供。本发明易受于各种替代方案，诸如将外围初级光学器件放置在次级光学器件23的焦点处。
31.为了更详细地阐述有关工作过程以及具体地如由本发明提出的汽车照明系统20内的光传播，在图3中示意性地示出了照明系统20的截面图。应该注意，在图3中，仅图示了位于矩阵的中心位置处的初级光学器件（即，反射器32）。而且，中心反射器32还被设置在次级光学器件的焦点f2处，并且在这种情况下，投射透镜33被用作次级光学器件。至于用于向反射器32提供光输入的光源，发光二极管（led）31可以被选择并且定位在反射器32的焦点f1处。
32.在图3中，还包括带有箭头的线，以便示意性地示出从led 31发射的光如何在汽车照明系统30内传播。可以看出，从led 31发射的光首先入射在反射器32上。在被反射器32反射之后，被反射的光然后将照射到次级投射透镜33上，其中投射透镜33被配置为把从反射器接收的光投射到在车辆前面的道路上。应该指出，如图3中描绘的所有带有箭头的线仅被用于示意性地但不一定准确地代表光的传播路径。在实际的实施方式中，实际的光路不仅取决于各种部件（诸如led 31、反射器32和投射透镜33）的位置，而且取决于其结构参数和/或光学参数，诸如在反射器32的不同部分处的曲率和/或反射率。换句话说，如由中心反射器32反射并且然后由投射透镜33投射的光束图案的部分由上述因素中的任何一个单独地或者以任何组合来确定。这应该被本领域技术人员容易地理解。因此，例如，通过为反射器32的不同局部选择合适的曲率和/或反射率，可以获得在形状和/或光分布中期望的、对应于诸如中心反射器32的光束图案的部分。在本发明的优选实施例中，反射器32可以被设计成是自由形式的并且可能是弯曲的反射器32，其结构参数和光学参数有助于投射更多的光到车辆附近而不是远场中的道路上。以此方式，促进了期望的近光束图案，同时仍然避免了对迎面驶来的轿车的驾驶员的眩光。
33.根据本发明的可选实施例，如图3中所示出的led 31可以被进一步配置为是可旋转的，例如可围绕其旋转轴旋转，该旋转轴垂直于投射透镜33的光轴。可替换地，led 31可围绕轴旋转，该轴平行于反射器32的阵列的延伸方向，即，穿过led 31自身并且垂直于如图3中所示出的纸的轴。以此方式旋转led 31有助于找到led 31相对于反射器32的最佳取向，使得从led 31发射的光最大限度地入射到反射器32上。在这种情况下，允许了光的改进和进一步最大化的利用。虽然在图3中仅示出了一个led 31，该led 31与其对应的反射器32相关，但是以上描述的led 31的旋转可以被应用于整个照明系统30中的任何其它光源。在旋转后，从整个系统30中的每一个光源发射的光将被高效地使用，从而促成了汽车照明系统30的高效率。
34.如上面在前节中所提到并且返回参照图2，由于来自开关电路（图中未示出）的关闭信号的接收，光源21中的一个或多个可以不发射光。在这种情况下，如被布置在矩阵中（诸如在图2的阵列中）的初级光学器件22中的一个或多个——对应于那些关闭的光源21——将不接收足够的光输入，并且因而朝着次级光学器件23反射很少的光或者不反射光。如果是这种情况，那么光束图案的局部——否则将起源于关闭的光源21——现在在最
终投射的光束图案中变得缺少，从而导致在其中没有光分布或很少光分布的裂缝或间隙。这被示意性地图示在图4（a）和4（b）中，其中图4（a）示意性地示出了当所有光源保持接通时被投射到远场中的模拟光强度分布，并且图4（b）示意性地示出了当阵列中只有两个光源正发射光时被投射到远场中的模拟光强度分布。请注意，在图4（a）和4（b）中使用光强度的等值线来示出强度如何跨远场分布，其中最高的光强度位于左下角处，并且光强度随着离左下边缘的距离增加而逐渐减小。进一步，技术人员也将容易理解，在图4（a）和4（b）两者中，为了清楚的目的，仅描绘了最终光束图案的右边局部。在实际应用中，最终投射到远场中的全部光束图案还应当包含左边局部，以与右边局部的类似方式形成。在本说明书中，为了简单起见，仅关于光束图案的右边局部给出了讨论。通过比较如图4（a）和4（b）中所示出的光强度分布或光束图案，随着所有光源被接通，起初的矩形和完整的光束图案将仅被转变成两个明亮的条带，这两个明亮的条带被间隔开并且包含来自两个接通光源中的每一个光源的贡献。因此，例如通过引入开关电路使得一个或多个光源可以如所期望的被关闭，关于最终光束图案的形状或强度分布将给出自由度或灵活性。受益于本公开的本领域技术人员应该容易理解，各种位置和/或构造可以被用于以上提到的开关电路，并且在这一点上本发明将决不会受限制。
35.总之，本发明集中在提供用于车辆的汽车照明系统上，与不仅涉及了复杂的光学结构而且涉及了显著的光损失的传统方法相比，该汽车照明系统具有更少的部件、更简单的结构以及更高的性能或效率。通过并入简单的光重定向元件而不是复杂的大块透射部分实现了该目的，使得不仅避免了用于准备透射部分所需的困难和巨大努力，而且保证了改进的和高的效率以及性能。
36.应该注意，图中所示出的各种部件或元件未按比例绘制。此外，图中所示出的各种部件或元件之间的相对位置仅被用于说明本发明的基本原理，并且不应被认为限制本发明的精神或保护范围。
37.进一步，应该注意，以上提到的实施例说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够设计许多可替换的实施例而不脱离本发明的范围和精神。虽然已经结合一些实施例来描述本发明，但是并不旨在将其限于如本文所阐明的具体形式。替代地，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。另外地，虽然特征可能看起来结合具体实施例而被描述，但是本领域技术人员将认识到，所描述的实施例的各种特征可以根据本发明的公开内容而被组合。
38.此外，虽然各个特征可以被包括在不同的权利要求中，但是它们可以可能地被有利地组合，并且包括在不同的权利要求中不意味着特征的组合是不可行的和/或不利的。同样，在一个权利要求类别中包括特征不意味着对此类别的限制，而是指示该特征在适当时同样可适用于其它权利要求类别。
39.在权利要求中，放在括号之间的任何附图标记都不应被解释为限制权利要求。动词“包括”及其词形变化的使用不排除权利要求中所陈述的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。元件之前的冠词“一”或“一个”不排除多个这样的元件的存在。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施的纯粹事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。