低剖面高效率的車輛led模塊和前照燈的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種包括具有多個近場透鏡元件、一入射面和一出射面的透鏡的車輛照明模塊。照明模塊也包括引導(dǎo)入射光通過入射面并離開出射面的LED光源。多個透鏡元件配置成從出射面透射包含入射光的至少60％的平行光式樣。此外，提供一種包括多個車輛照明模塊的車輛前照燈總成，每個模塊包含透鏡和引導(dǎo)入射光通過透鏡的LED光源?？偝蛇M(jìn)一步包括用于容納照明模塊的外殼。透鏡包括多個透鏡元件，該透鏡元件配置成將入射光的至少60％透射至平行的車輛光式樣。
【專利說明】低剖面高效率的車輛LED模塊和前照燈
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及照明模塊和總成，以及更具體地涉及車輛前照燈總成。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的車輛前照燈使用多個組件(例如，光源、收集器、以及光分配器)。這些前照燈也受制于與生成需要的光輸出式樣(例如，近光前照燈式樣、遠(yuǎn)光前照燈式樣，等等)所需的透鏡形狀有關(guān)的尺寸約束。由于傳統(tǒng)的車輛前照燈的光透射效率沒有超過50%，因此光透射效率也是一個問題。因此，這些前照燈需要顯著的能量使用。因此，具有低剖面和高光透射效率的傳統(tǒng)的前照燈配件是不可用的。
[0003]因此，具有高透射效率和設(shè)計外形靈活性的車輛照明組件對于解決這些問題是可取的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種包括具有多個近場透鏡元件、一入射面、以及一出射面的透鏡的車輛照明模塊。照明模塊也包括引導(dǎo)入射光通過入射面并離開出射面的發(fā)光二極管光源。多個透鏡元件配置成從出射面透射至少包含入射光的60%的平行光(collimated light)式樣。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種包括多個車輛照明模塊和LED光源的車輛前照燈總成，每個模塊包含透鏡，LED光源引導(dǎo)入射光通過透鏡?？偝蛇M(jìn)一步地包括容納照明模塊的外殼。透鏡包括多個透鏡元件，透鏡元件配置成將入射光的至少60%透射至平行的車輛光式樣中。
[0006]通過研究下述說明書、權(quán)利要求及附圖，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解和領(lǐng)會本發(fā)明的這些和其他的方面、目的和特征。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]在附圖中:
[0008]圖1是根據(jù)本公開一方面的具有含實質(zhì)矩形出射面的透鏡的車輛照明模塊的正面透視圖；
[0009]圖1A是在圖1中描述的車輛照明模塊的后部透視圖；
[0010]圖1B是在圖1中描述的車輛照明模塊在線IB-1B的剖視圖；
[0011]圖1C是在圖1中描述的車輛照明模塊在線IC-1C的剖視圖；
[0012]圖2是根據(jù)本公開另一方面的具有含實質(zhì)圓形出射面的透鏡的車輛照明模塊的正面透視圖；
[0013]圖2A是在圖2中描述的車輛照明模塊的后部透視圖；
[0014]圖2B是在圖2中描述的車輛照明模塊在線IIB-1IB的剖視圖；
[0015]圖2C是在圖2中描述的車輛照明模塊在線IIC-1IC的剖視圖；[0016]圖3是根據(jù)本公開另一方面的包括一對具有實質(zhì)矩形出射面的車輛照明模塊的車輛前照燈總成的正面透視圖；
[0017]圖3A是在圖3中描述的車輛前照燈總成的后部透視圖；
[0018]圖3B是在圖3中描述的車輛照明總成在線IIIB-1IIB的剖視圖；
[0019]圖3C是在圖3中描述的車輛照明總成在線IIIC-1IIC的剖視圖；
[0020]圖4是根據(jù)本公開另一方面的包括一對具有實質(zhì)圓形出射面的車輛照明模塊的車輛前照燈總成的正面透視圖；
[0021]圖4A是在圖4中描述的車輛前照燈總成的后部透視圖；
[0022]圖4B是在圖4中描述的車輛照明總成在線IVB-1VB的剖視圖；以及
[0023]圖4C是在圖4中描述的車輛照明總成在線IVC-1VC的剖視圖。
【具體實施方式】
[0024]為了本發(fā)明中的說明目的，術(shù)語“上”、“下”、“右”、“左”、“后”、“前”、“垂直”、“水平”
及其衍生詞應(yīng)當(dāng)如圖1中的取向與本發(fā)明相關(guān)聯(lián)。然而，除非有明確的相反規(guī)定，本發(fā)明可以采用各種可選的方向。而且，在附圖中表明的和在下述說明書中描述的具體裝置和過程，僅僅是所附權(quán)利要求中限定的發(fā)明構(gòu)思的示例性實施例。因此，除非權(quán)利要求中另有明文規(guī)定，與這里公開的實施例有關(guān)的具體尺寸和其他物理特性不應(yīng)認(rèn)為是限制。
[0025]圖1-1C描述了根據(jù)本發(fā)明一方面的具有透鏡11的車輛照明模塊10。透鏡11包括多個近場透鏡元件12、入射面16(參看圖1A)和出射面18(參看圖1)。如圖所示，透鏡11的出射面18在形狀上可以是實質(zhì)矩形，并且入射面16在形狀上是實質(zhì)圓形。而且，透鏡11的外壁可以成形為適應(yīng)入射面16和出射面18的形狀。此外，透鏡11可以由例如聚碳酸酯、玻璃或具有高光學(xué)性能并能夠被加工成緊密度容限的其他透明材料這樣的光學(xué)透明材料制造。近場透鏡元件12、入射面16和出射面18集成在透鏡11中。因此，透鏡11通常是由一塊材料制造。
[0026]圖2-2C描述了根據(jù)本發(fā)明另一方面的具有透鏡21的車輛照明模塊20。透鏡21包括多個近場透鏡元件22、入射面26 (參看圖2A)和出射面28(參看圖2)。如圖所示,透鏡21的出射面28在形狀上可以是實質(zhì)圓形，并且入射面26在形狀上是實質(zhì)圓形。透鏡21的外壁也可以成形為分別適應(yīng)實質(zhì)圓形的入射和出射面26和28。此外，透鏡21可以由例如聚碳酸酯、玻璃或具有高光學(xué)質(zhì)量并能夠被加工成緊密度容限的其他透明材料這樣的光學(xué)透明材料制造。近場透鏡元件22、入射面26和出射面28集成在透鏡21中。因此，透鏡21通常是由一塊材料制造。
[0027]車輛照明模塊10、20兩者都包括發(fā)光二極管(LED)光源14、24(參看圖1B、2B)，該LED光源引導(dǎo)入射光通過入射面16、26并離開出射面18、28。LED光源14、24可以選自各種LED照明技術(shù)，包括那些發(fā)出白色以外的波長的光的LED光源。如圖1B和2B所示，LED光源14、24可以分別在接近入射面16、26的位置安裝至或以其他方式耦接至透鏡11、21。因此，來自LED14、24的入射光被引導(dǎo)通過入射面16、26。
[0028]如圖1-1C和2-2C進(jìn)一步所示，多個近場透鏡元件12、22配置成從透鏡11、21的出射面18、28透射包含來自LED光源14、24的入射光的至少60%的平行光式樣13、23。車輛照明模塊10、20導(dǎo)致光強(qiáng)度損失的方面相對很少。來自LED光源14、24的入射光直接被引導(dǎo)至入射面16、26。此后，光被重新導(dǎo)向并且被透鏡11、21里面的多個近場透鏡元件12、22準(zhǔn)直。這里沒有反射入射光——即通常會導(dǎo)致10-20%的光強(qiáng)度損失的過程——的其他表面。因此，車輛照明模塊10、20的整體光透射效率超過60%。
[0029]車輛照明模塊10、20的近場元件12、22也被用來準(zhǔn)直來自LED光源14、24的入射光。來自LED光源14、24的入射光通常是具有在各方向明顯散射的特征的郎伯光
(Lambertian)。換句話說,光從光源向所有方向-大約180度-發(fā)射和傳播。近場透
鏡元件12、22集成在透鏡11、21中并起作用以使來自LED光源14、24的入射光準(zhǔn)直。每個透鏡元件12、22可以具有與其他透鏡元件12、22的焦距不同的焦距。因此，這些透鏡元件12,22可以合作以使來自光源14、24的入射光準(zhǔn)直。利用透鏡11、21和透鏡元件12、22的這些設(shè)計，10度以下水平的準(zhǔn)直是可行的。
[0030]如圖1-1C和2-2C所示，車輛照明模塊10、20可以包括多個沿著透鏡11、21的出射面18、28的光學(xué)元件19、29。光學(xué)元件19、29配置成使平行光式樣13、23成形為特定形狀，該特定形狀取決于照明模塊10、20的應(yīng)用。例如，光學(xué)元件19、29可以配置為成形適合于用作近光前照燈的光式樣，即，當(dāng)車輛照明模塊10、20布置在車輛前照燈的應(yīng)用中時，被引導(dǎo)至相對接近車輛照明模塊10、20的寬的式樣。作為另一個例子，光學(xué)元件19、29可以配置為成形適合于用作遠(yuǎn)光前照燈的光式樣13、23，即被引導(dǎo)至比近光前照燈更遠(yuǎn)離車輛的窄的式樣。更近一步地，光學(xué)元件19、29可以配置在車輛照明模塊10、20里面以使光式樣13、23成形為霧燈、近光燈、遠(yuǎn)光燈、靜曲燈和/或日間行車燈。
[0031]車輛照明模塊10、20可以考慮到光透射效率和準(zhǔn)直度之間潛在的權(quán)衡來進(jìn)行優(yōu)化。具有單個近場透鏡元件12、22的透鏡11、21的設(shè)計總體上顯示了較低的透射效率(例如，50%或更少)。對于非圓形透鏡元件尤其如此，例如近場透鏡元件12。另一方面，單個近場透鏡元件可以準(zhǔn)直來自LED光源14的具有郎伯特征的入射光達(dá)到大約3度。
[0032]雖然大程度的準(zhǔn)直是有益的，特別是對于遠(yuǎn)光前照燈的應(yīng)用，但設(shè)計具有多個透鏡元件12、22的透鏡11、21以增加光透射效率是有利的。優(yōu)選地，三個或者更多的近場透鏡元件12、22集成在透鏡11、21中以實現(xiàn)大約為65%或更高的光透射效率，同時準(zhǔn)直水平降至5度或更少。然而，某些應(yīng)用不需要用于車輛前照燈的應(yīng)用中所必需的準(zhǔn)直度。例如，霧燈和日間行車燈的應(yīng)用僅分別需要6至8度和小于10度的準(zhǔn)直。因此，當(dāng)近場元件在這些弱指向性(less-directional)應(yīng)用(即霧燈和日間行車燈)中使用時，更多的近場透鏡元件12、22可以配置在照明模塊10、20里面以進(jìn)一步地增加光透射效率。
[0033]多個近場透鏡元件12、22在車輛照明模塊10、20中的使用提供了很大程度的設(shè)計靈活性，特別是對于低剖面配置提供了很大程度的設(shè)計靈活性。具有含非圓形形狀出射面的透鏡的照明模塊通常遭受透射效率的顯著損失。這里，集成在透鏡11、21中的多個透鏡元件12、22(通常具有不同的焦距)明顯地改善了照明模塊10、20的光透射效率，而沒有顯著地犧牲應(yīng)用所需要的準(zhǔn)直度，例如車輛前照燈的應(yīng)用。因此，模塊10、20的低剖面設(shè)計(即，低的高度和寬度比)是可行的。
[0034]更進(jìn)一步地，具有集成的透鏡元件12、22的透鏡11、21的單件式設(shè)計(single-piece design)的使用導(dǎo)致模塊10、20具有更短的深度剖面(在從出射面18、28至入射面16、26的方向上)。LED光源14、24僅需要安裝在透鏡11、21的凹進(jìn)部分，不通過任何附加組件將其與入射面16、26分離。在模塊10、20的優(yōu)選配置中，從出射面18、28至LED光源14、24的深度剖面大約為50毫米或更少；寬度大約是80至90毫米并且高度大約是40至45毫米。甚至更優(yōu)選地，模塊10、20的深度剖面大約是25毫米或更少；寬度大約是80至90毫米以及高度大約是20至25毫米。然而，應(yīng)該理解的是，用于模塊10、20的其他低剖面配置是可行的，該其他低剖面配置具有與上述的示例性配置不同的尺寸。
[0035]參考圖3-3C，描述了根據(jù)本發(fā)明另一方面的具有一對相鄰的照明模塊52、54的車輛前照燈總成40。模塊52、54可以配置成用于近光和遠(yuǎn)光前照燈的應(yīng)用。每個模塊52、54包括透鏡41和引導(dǎo)來自光源44的入射光通過透鏡41的LED光源44。如圖所示，透鏡41的出射面48在形狀上是實質(zhì)矩形的，而入射面46在形狀上是實質(zhì)圓形的。此外，每個透鏡41包括多個近場透鏡元件42。這些近場透鏡元件42配置成從透鏡41的出射面48透射包含來自LED光源44的入射光的至少60%的平行光式樣43。應(yīng)該理解的是，車輛前照燈總成40使用的近光和遠(yuǎn)光照明模塊52和54可以以與圖1-1C中描述的車輛照明模塊10類似的方式運轉(zhuǎn)并配置(例如，透鏡41可以具有三個近場透鏡元件42)。
[0036]同樣地，如圖4-4C所示，描述了根據(jù)本發(fā)明另一方面的分別具有一對相鄰的照明模塊72、74的車輛前照燈總成60。模塊72、74也可以配置成用于近光和遠(yuǎn)光前照燈的應(yīng)用。這里，每個模塊72、74包括透鏡61和引導(dǎo)來自光源64的入射光通過透鏡61的LED光源64。透鏡61的出射面68在形狀上是實質(zhì)圓形的，相當(dāng)于入射面66，其在形狀上也是實質(zhì)圓形的。此外，每個透鏡61包括多個近場透鏡元件62 (相當(dāng)于圖3-3C所示的透鏡元件42)。這些近場透鏡元件62配置成從透鏡61的出射面68透射包含來自LED光源64的入射光的至少60%的平行光式樣63。此外，車輛前照燈總成60使用的近光和遠(yuǎn)光照明模塊72和74可以以與圖2-2C中描述的車輛照明模塊20類似的方式配置和運轉(zhuǎn)(例如，透鏡61可以具有三個近場透鏡元件62)。
[0037]如圖3、3A和4、4A中的進(jìn)一步描述，前照燈總成40、60包括分別用于容納照明模塊52,54和72,74的外殼50、70。外殼50,70可以配置成由寬度50w、70w，高度50h、70h和深度50d、70d限定的實質(zhì)矩形長方體的形狀。外殼50、70可以由汽車領(lǐng)域中已知的各種材料制造；然而，由外殼50、70的寬度(50w、70w)和高度(50h、70h)限定的面應(yīng)該是透明的，以允許平行光式樣43、63根據(jù)其預(yù)期的功能離開外殼(例如，平行的近光前照燈式樣，遠(yuǎn)光前照燈式樣等)。
[0038]圖3-3C和4-4C也描述了具有照明模塊52、54和72、74的車輛前照燈總成40和60，該照明模塊52、54和72、74包括沿著透鏡41、61的出射面48、68的多個光學(xué)元件49、69。光學(xué)元件49、69配置成使平行光式樣43、63成形為特定的形狀——例如近光或遠(yuǎn)光前照燈式樣。更進(jìn)一步地，光學(xué)元件49、69也可以配置在車輛照明模塊52、54和72、74里面以使光式樣43、63成形為霧燈、近光燈、遠(yuǎn)光燈、靜曲燈和/或日間行車燈，這取決于所需的應(yīng)用。優(yōu)選地，選定這些外殼50、70的尺寸，并且配置模塊52、54和72、74，以使外殼的高度和寬度比大約是1: 8。甚至更優(yōu)選地，外殼50、70的高度和寬度比大約是1: 4。此外，外殼50、70可以具有下面的尺寸:大約20至55毫米的高度50h、70h ;大約150至200毫米的寬度50w、70w ;大約20至55毫米的深度50d、70d。
[0039]上述實施例是示例性的。根據(jù)本發(fā)明的其他配置是可行的。例如，在模塊10、20中使用的透鏡11、21可以具有含連續(xù)變化的焦距的近場透鏡元件復(fù)合體12、22。這樣的配置相當(dāng)于多個近場透鏡元件。作為另一個例子，透鏡11、21的出射面18、28可以以各種形狀為特征，條件是它們可以容納多個近場透鏡元件12、22。還應(yīng)該理解的是，根據(jù)所需的前照燈的功能，前照燈總成40、60可以具有不同數(shù)量和形狀的照明模塊52、54、72、74。例如，前照燈總成40、60可以具有多個低剖面的照明模塊52、54、72和/或74以用于特定的照明或信號功能(例如，具有兩個照明模塊52的近光功能)。因此，前照燈總成40、60可以包含兩組照明模塊，每組指定用于近光和遠(yuǎn)光功能。
[0040]可以在不背離本發(fā)明的構(gòu)思的情況下對上述結(jié)構(gòu)和方法做出變化和修改。此外，這種構(gòu)思旨在由以下權(quán)利要求所覆蓋，除非這些權(quán)利要求通過其語言另有明確的規(guī)定。
【權(quán)利要求】
1.一種車輛照明模塊，其特征在于，包含: 具有多個近場透鏡元件、一入射面和一出射面的透鏡；以及 引導(dǎo)入射光通過入射面并離開出射面的發(fā)光二極管光源， 其中，多個透鏡元件配置成從出射面透射包含入射光的至少60%的平行光式樣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛照明模塊，其特征在于，多個近場透鏡元件是三個近場透鏡元件，每個元件具有不同的焦距。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛照明模塊，其特征在于，光源和透鏡的出射面共同地限定大約50毫米或更小的深度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛照明模塊，其特征在于，光源和透鏡的出射面共同地限定大約25毫米或更小的深度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛照明模塊，其特征在于，透鏡的出射面設(shè)置成實質(zhì)圓形的形狀。
6.根據(jù)權(quán)利 要求1所述的車輛照明模塊，其特征在于，透鏡的出射面設(shè)置成實質(zhì)矩形的形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛照明模塊，其特征在于，透鏡的出射面包含多個光學(xué)元件，該光學(xué)元件配置成使平行光式樣成形為近光的光式樣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛照明模塊，其特征在于，透鏡的出射面包含多個光學(xué)元件，該光學(xué)元件配置成使平行光式樣成形為遠(yuǎn)光的光式樣。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛照明模塊，其特征在于，平行光式樣適合用于來自由霧燈、近光燈、遠(yuǎn)光燈、靜曲燈和日間行車燈組成的群組中的車輛燈。
10.一種車輛前照燈總成，其特征在于，包含: 多個車輛照明模塊，每個模塊包含透鏡和引導(dǎo)入射光通過透鏡的LED光源；以及 用于容納照明模塊的外殼， 其中，透鏡包括多個透鏡元件，該透鏡元件配置成將入射光的至少60%透射至平行的車輛光式樣。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的車輛前照燈總成，其特征在于，外殼具有實質(zhì)矩形長方體形狀。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的車輛前照燈總成，其特征在于，每個車輛照明模塊包含三個近場透鏡元件，每個元件具有不同的焦距。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的車輛前照燈總成，其特征在于，與每個車輛照明模塊有關(guān)的光源和透鏡的出射面共同地限定大約50毫米或更小的深度。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的車輛前照燈總成，其特征在于，與每個車輛照明模塊有關(guān)的光源和透鏡的出射面共同地限定大約25毫米或更小的深度。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的車輛前照燈總成，其特征在于，與每個車輛照明模塊有關(guān)的透鏡的出射面設(shè)置成實質(zhì)圓形的形狀。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的車輛前照燈總成，其特征在于，與每個車輛照明模塊有關(guān)的透鏡的出射面設(shè)置成實質(zhì)矩形的形狀。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的車輛前照燈總成，其特征在于，與每個車輛照明模塊有關(guān)的透鏡的出射面包含多個光學(xué)元件，該光學(xué)元件配置成用于成形平行光式樣。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的車輛前照燈總成，其特征在于，外殼具有大約1: 8的高度和寬度比。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的車輛前照燈總成，其特征在于，外殼具有大約1: 4的高度和寬度比。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的車輛前照燈總成，其特征在于，外殼具有大約20至55毫米的高度、大約150至200毫米的寬度和大約20至55毫米的深度。
【文檔編號】F21W101/10GK103912833SQ201410005104
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月8日
【發(fā)明者】阿倫·庫馬爾, 摩曬陀·色姆薩若·達(dá)薩納亞克, 艾爾伯托·艾克蘭迪尤斯, 布魯斯·普雷斯頓·威廉姆斯 申請人:福特全球技術(shù)公司