一种产生具有电可变散射图案的光的光模块及其作为多用途灯的用途的制作方法

专利名称：一种产生具有电可变散射图案的光的光模块及其作为多用途灯的用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及光模块、在光模块中使用的控制器、和计算机程序产口口 o背景技术很多光源被用于现在的汽车中执行各种内部照明功能。聚光灯被 用作阅读灯，并且有些更加发散的照明可以用于装饰(vanity)和舒适 的照明。也有放置在汽车门旁边以照亮进入汽车的步进区域(stepping area)的灯。因此，在汽车内使用多种光源用于诸如阅读灯、装饰灯 (vanity light)、步进灯(stepping light)等各种功能。在EP0669224中描述了一种内部汽车灯的例子。该文献描述了一种 安置在汽车内部的上车礼仪灯，该上车礼仪灯具有两个带有灯泡的分 离的室， 一个用于地图阅读， 一个用于普通照明。阅读灯的透镜和它 的灯泡、加上将两个灯室和两个接头分开的壁一起形成单个单元，该 单个单元适合第一个灯室内并且可以为了更换灯泡而取下。在这里， 两个灯用于不同的用途。发明内容现有技术的内部汽车灯通常产生形状或者特性不能被适配的光束 、并且不能用于多用途。因此，本发明的一个方面是提供一种用于产生具有电可变散射特 性的光的光模块。本发明的再一个方面是提供多用途灯，特别用于内 部汽车照明。本发明的又一个方面是提供能够相对用户界面友好的光模块。 本发明的更进一步的多个方面是提供一种在光模块中使用的控制 器和能够相对用户界面友好的和/或提供多用途效果的计算机程序产口口 o本发明提供一种用于照亮物体的光模块，包括 -光源，用于发射光束；-可调光学元件，被布置为将从所述光源产生的光束调整为具有电可变散射图案的调整后的光束；和-控制器，被布置为，响应于调整控制信号，通过至少一个驱动信件。 P 。 " ^ ';'、 、根据本发明的下 一个方面，提供在所述光模块中使用或者和所述 光模块一起使用的控制器，所述控制器被布置为，响应于调整控制信 号，通过至少一个驱动信号来控制包括所述电可调光学元件和所述光 源的元件组中的至少一个元件。所述控制器可以控制一个以上光模块根据本发明的又一个方面，提供在控制器上运行的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括如下功能响应于调整控制信号，通过 至少一个驱动信号来控制包括所述电可调光学元件和所述光源的元件 组中的至少一个元件。更具体来说，提供产生一条以上光束的光模块，所述光模块包括a. —个以上光源，被布置为提供一条以上光束；和b. —个以上电可调光学元件，被布置为将来自所述一个以上光源 的一条以上光束调整为一条以上具有各自的电可变的散射图案的调整 后的光束。该光模块还可以包括控制器，用于响应于调整控制信号、通过至 少一个驱动信号来控制包括一个或多个可调光学元件和一个或多个光 源的元件组中的至少 一个元件。因此，根据本发明的下一个方面，提供在所述光模块中使用或用 于所述光模块的控制器，所述控制器被布置为，响应于调整控制信号 ,通过至少一个驱动信号来控制包括一个或多个电可调光学元件和一 个或多个光源的元件组中的至少 一个元件。该控制器可以控制一个以 上光模块。根据本发明的又一个方面，提供在控制器上运行的计算机程序产 品，该计算机程序产品包括如下功能响应于调整控制信号，通过至 少一个根据本发明的驱动信号来控制包括一个或多个电可调光学元件 和一个或多个光源的元件组中的至少一个元件。此外，根据本发明的另一个方面，本发明使根据本发明的光模块能够作为多用途灯、特别是作为多用途内部汽车灯。这里，描述了包括光源和电可调光学元件(特别地，电引发散射 元件)的光模块，其可以在施加电场时改变光束的散射。有利地，调 整散射图案的可调光学元件的使用提供了在单个光模块中组合各种功 能的可能性。这样，例如，基本上不散射的聚光灯或者阅读灯可以被 变成宽波束的舒适灯，例如具有广泛分布的低强度灯，使得人在黑暗 中刚好彼此可以看到，或者甚至更进一步被变成超宽波束形状(步进灯或者进场灯(approaching light)或者普通内部照明灯)。因此， 在一个实施例中提供了一个模块，其中所述可调光学元件被布置为响 应于驱动信号提供包括具有可调散射特性的波束的调整后的光束。因此，根据本发明的光模块的特定的实施例可以用作多用途灯， 特别用作多用途内部汽车灯。可以给汽车提供光模块以便所述光模块 的使用选自由阅读灯、装饰灯、和步进灯组成的组。如本领域的技术 人员将清楚的，可以提供一个以上光模块。有利地，由于散射角度可 以电改变，所述可调光学元件可以被布置为提供包括具有可调锥角和/ 或可调方向的波束的调整后的光。根据本发明的光模块不仅可以应用 在汽车中，而且也可以用在卡车、公共汽车、飞机、和火车中，并且 也可以被用于室内和室外照明，用于象(袖珍)灯笼、(袖珍)手电 筒、闪光灯、照明灯、观看工具(spectator )、望远镜、(间谍)眼 镜、静态图片照相机、运动视频摄像机、具有照相机功能的移动电话 的设备，象微波炉、洗衣机、洗碗机、烤箱等的消费型设备。用这样的光模块，不再需要为了调整从光源产生的光而用手移动 透镜或者手动地调整需要的光强。替代地，控制器可以以更加自动的 方式调整从所述光源产生的光的发光强度和波束形状。因此使得根据 本发明的所述模块更加用户界面友好。应该注意到，要,皮照亮的物体可以直接照亮或者例如经由反射而 间接地照亮。该调整控制信号是，例如，电信号、磁信号、电磁信号 、光信号、或者超声波信号。根据本发明的设备具有进一步的优势尤其在于，如下文将讨论的 ,它为用户提供了增加的许多可能性。在不同的实施例中，光源可以被布置为提供连续光(例如用于运 动视频摄像机)，或者可以被布置为提供闪光(例如用于照相机)，或者可以被布置为响应于驱动信号提供连续光和闪光的组合(例如用 于运动视频和照相的摄像机)。当光模块例如用作为手电筒灯被使用 时也可以应用连续光。在另一个实施例中，光源包括如在权利要求3中限定的源，例如至 少发光二极管、氙灯、或者卣素灯。在一个实施例中，优选发光二极 管(LED)作为源。也可以使用不同源的组合。有利地，发光二极管可以 用于闪光以及非闪光的情形。该光源也明确地包括二极管阵列。该二 极管阵列可以被共同地或者单独地驱动(例如通过控制器)。在另 一实施例中，可调光学元件被布置为提供包括具有可调锥角 和/或可调方向的波束的调整后的光，以优化广泛的多种物体的照明。在另一个实施例中，可调光学元件被布置为提供具有光束的可调 纵横比(aspect ratio)(例如4: 3或者16: 9纵横比)的调整后的光 ，以使波束形状适合于要照的电影或者相片的所选择的纵横比。在又 一个实施例中，可调光学元件包括下面的光学元件组中的至少一个元 件，该光学元件组包括电子润湿透镜、液晶透镜、可控散射元件、可 控折射元件、和反射元件。在这里，透镜可以包括单个透镜或者透镜 阵列。通过提供例如具有可调振幅的AC电压到这个元件可以调整通过 液晶元件的波束的瞄准。通过提供例如具有可调振幅的AC电压到这个 透镜在电子润湿透镜中的流体可以形成凸面或者凹面。和现有技术相 比，在调整光时避免机械移动部分导致设备的可靠性改善，使得这个发 明更加用户界面友好。在另一个实施例中，可调光学元件包括液晶折射率梯度元件。这 样的元件也被称为GRI N元件。在另一实施例中，可调光学元件包括至少一个无源波束成形元件 和放置在光源和该无源波束成形元件之间的可控散射元件。这个权利 要求明确地包括一个以上无源波束成形元件的情况，该可控散射元件 -故放置在无源波束成形元件之间。在又一个实施例中，可调光学元件 包括至少一个放置在光源和可控散射元件之间的无源波束成形元件。在另一个实施例中，调整控制信号由用户生成。根据本发明的控制器的实施例以及根据本发明的计算机程序产品 的实施例和根据本发明的光模块的实施例相对应，并且在权利要求16 至19中被限定。本发明解决了如何提供可以相对用户界面友好的光模块和光学设 备的问题，另外，本发明具有优势，在于，如上所述，它为用户提供 了增加的许多可能性。根据参考所附的示意性图在下文中描述的实施例，本发明的这些 和其他方面将变得清楚并且得以阐明。


图l示意性地图示了内部汽车灯的多个位置；图2概略地示出了根据本发明的包括根据本发明的控制器的光模块；图3概略地示出了用于调整由光源产生的光的可调光学元件的第 一个实施例；图斗a"b概略地示出了用于调整由光源产生的光的可调光学元件 的第二个实施例；图5a-5b概略地示出了用于调整由光源产生的光的可调光学元件 的第三个实施例；图6概略地示出了用于调整由光源产生的光的可调光学元件的第 四个实施例；图？a"b概略地示出了用于调整由光源产生的光的可调光学元件 的第五个实施例；图8概略地示出了用于调整由光源产生的光的可调光学元件的第 六个实施例；图9a-9b概略地示出了用于调整由光源产生的光的可调光学元件 的第七个实施例；图10 a-10d示出了可以在图9中示出的实施例中使用的各种电极图案；图ii示出了示意性结构，其中光源和无源波束成形元件和有源元件可以;故组合在一起用于波束成形和光分布；图12a-12b示意性地图示根据本发明的光模块的另 一个实施例，其 中光模块提供一条以上光束；图13示意性地图示在图12a-12b中示意性图示的实施例的变体。
具体实施方式
在现在的汽车中，大量的光源被用来执行各种内部照明功能。各种聚光灯被用作阅读灯，并且使用有些更加发散的照明用于装饰和舒 适照明。还将灯放置在汽车门上来照亮进出汽车的步进区域。图l示出了在汽车100中^f吏用的诸如装饰灯101、阅读灯102和步进灯103之类的 各种灯的位置的实施例。正如本领域的技术人员将清楚的，可能有更 多的灯的位置，例如紧靠内车顶的内部光模块(例如布置在驾驶员座 位和前面的乘客座位之间或者布置在后座位之上)。新近的灯不能用 于多个用途。例如，新近的阅读灯102不能容易地适于同样执行步进灯 功能。在图2中示出根据本发明的光模块l ，包括用于照亮未示出的物体 的光源2，并且包括可调光学元件300。光模块1还可以包括控制器304 ，其被布置为，响应于调整控制信号371,通过至少一个驱动信号375 、376来控制包括电可调光学元件300和光源2的元件组中的至少一个元 件。根据本发明的光模块l的一个实施例，包括光源2，用于照亮物体 (未示出)，并且包括电可调光学元件300,用于调整从光源2产生的 光5和用于提供调整后的光25到物体。控制器304响应于调整控制信号 371,通过控制信号376控制电可调光学元件300和/或通过驱动信号375 控制光源2。驱动信号376可以包括一个以上驱动信号，例如来控制一 个以上光学元件300 (见下文)的驱动信号。光源2例如是闪光光源或 者连续光源，并且可以包括发光二极管、二极管阵列、氙气灯、或者 卣素灯。在一个优选实施例中，如果二极管阵列包括发射不同颜色的光的 二极管，为了提供有色光25或者具有可调色温的光25,用于控制光源2 的驱动信号375能够个别地控制发光二极管阵列的发光二极管(的强度 )。在一个特定的实施例中，控制器304包括处理器343,该处理器343 耦合到用于接收调整控制信号371的接口 340、任选地耦合到用于接收 来自用户341的调整控制信号371的输入接口 342、耦合到例如短期存储 器344、和/或长期存储器345。该光模块l不需要例如手动移动透镜用 于调整从光源2产生的光束25，或者手动调整需要的光强(尽管后者仍 然可以任选地;故操作，见下文)。替代地，控制器304以更加自动的方 式提供调整从光源2产生的光束25的发光强度、散射特性、和/或波束 形状的可能性。结果，根据本发明的实施例的光模块l更加用户界面友 好。可选地和/或另外，例如由用户产生另外的调整控制信号371来通知控制器304 (在处理器343的一个实施例中)用户的偏好。通过调整 输送到光源2的功率和/或施加在电可调光学元件300两端的电压，可以 控制发光强度。控制器可以被容纳在和光源以及可调光学元件相同的模块中，但 是，也可以让其处在汽车内不同的地方。可调光25也可以用来以强光照射物体，来获得不同物体的优化的 照明、来改变作为观察角度的函数的被照亮区域的波束形状、或者使 波束形状适应例如摄像机或者照相机的屏幕高宽比。可选地和/或另外，例如由用户产生另外的调整控制信号371来通 知控制器304 (处理器343 )用户的偏好。如在图3中示出的，可调光学元件300可以包括例如流体聚焦透镜 (阵列)80。例如，经由导体81和82提供具有可调振幅的AC电压到流 体聚焦透镜(阵列)80的极性液体86导致在极性液体86和非极性液体 87之间的界面处形成弯月面。这个弯月面具有三种不同的模式83、 84 、85,该三种模式包括可以具有可调振幅的凸面模式和/或凹面模式。 由此根据入射光5的锥角可以调整输出光25的锥角。如在图4a-b和5a-b中示出的，可调光学元件300可以包括例如各种 液晶材料。图4示出没有任何电压的情况下散射光的材料91。换句话说 ,当供给零电压信号到存在于基片190和191上的透明电极90和92时， 入射光5被散射(图4a)，并且，当供给足够高的电压时，材料91变为 透明的(图4b)以便产生(基本上)不散射的光。图5a-b示出了另一 种材料，该材料在没有施加电压时是透明的(图5a)。当存在于基片 193和195上的透明电极93和95两端的电压为零时，材料94为透明的( 图5a),并且，当在电极两端施加足够高的电压时，入射光5变成散射 的(图5b)。如在图6中示出的，可调光学元件300可以包括例如液晶材料。从 顶部到底部，存在有玻璃基片IOO、透明电极IOI、取向层102、液晶材 料103、各向同性层104、透明电极105、和玻璃基片106。通过供给零 电压信号或者非零电压信号，由于电场的施加改变液晶分子的取向的 事实入射光5被折射或者不被折射，并且光束可以不发生折射地通过。如果需要影响两个偏振方向，那么两个这样的元件需要用于如下 配置中其中在元件中的液晶分子的取向相互垂直。分子的取向可以保持相同，但是在那样的情况下需要在元件之间插入半波片。可调光学元件300可以包括例如如在图7a - b中示出的所谓的手性 (chiral)液晶材料。在零电压状态，液晶112反射圓偏振光带25a,而 反向电场的圓偏振光带25M皮透射(图7a)。在放置在玻璃基片110和 114顶部的透明电极111和113两端的电压去除了液晶112的螺旋状结构 ,并且使该单元透明(图7b)。双单元配置可以用来反射两个偏振方 向。在该配置中， 一种可能性是使用包含手性材料的单元，该手性材 料反射圓偏振光的左和右偏振方向。另外一种可能性是使用包含在之 间具有半波片的单元的相同手性材料。可调光学元件300可以是如在图8中示出的液晶透镜，该液晶透镜 在单元结构125内存在曲率。如果结构125由各向同性的材料制成，这 种材料的折射率和液晶在其零电压状态下的折射率中的一个几乎相同 ,则结构125作为透镜工作。在放置在玻璃基片120和127顶部的透明电 极121和126的两端施加电压使液晶分子123重新取向，透镜效应消失。 透明电极121由取向层122所覆盖，而结构125由取向层124所覆盖。如 果结构125由各向异性的材料制成，这种材料的折射率和液晶在其零电 压状态下的折射率几乎相同，则不存在透镜作用(lens action)。在 放置在玻璃基片120和127顶部的透明电才及121和126的两端施加电压使 液晶分子123重新取向，透镜效应出现。单个元件可以在仅仅一个线性 偏振方向工作，所以需要两个元件来影响两个偏振方向。这是单个透 镜的例子，但是也可以制造使用这样的结构的透镜阵列。可调光学元件300可以是如在图9a - b中示出的液晶折射率梯度( GRIN)透镜或者阵列。这样的元件包括图案化电极。如杲该单元的两 个表面都包含图案化电极，这些表面相互对齐以便这些图案显示几乎 完全的重叠。在这种情况下，在电极之间的电势是最高的。在电极之 外，磁力线泄漏到单元的外部造成非均匀的磁力线。结果，在不包含 电极的区域中形成折射率梯度。如果透明电极包含圓孔(也参见图10a ),则形成球面透镜，而在周期性的距离上使用线性电极可以导致产 生柱面透镜。电极的几何形状也可以采用其他形式，在图10b-d中示 出了其他形式的例子。图9示出包含液晶(133)的具有在玻璃基片( 1 30, 1 37 )上的图案化电极(131, 136)的单元。由摩擦聚合物层制 成的取向层(132, 135 )引起液晶分子的宏观取向。图案化电极可以具有任何结构，在图10a-d中示出各种例子。当施加在电极(131， 136 )两端的电压为零时，液晶分子被同轴地取向并且在单元内没有透镜 作用，如在图9上部的图(top drawing)中示出的，其中波束5经过该 单元而没有被改变。如图9底部的图中示出的，在该单元两端施加电场 导致在电极之间的区域中引起的折射率梯度，并且光束5的路径被改变在另一个实施例中，GRIN透镜可以产生于在仅仅表面中的一个表 面上提供电极图案而另一个表面不包含任何图案的单元。在又一个实 施例中，( 一些)图案化电极由具有百万欧姆/平方范围的(in the Mega Ohm/square range)的非常高的表面电阻的层所覆盖。上述的GRIN透镜也显示偏振相关性。如果需要影响两个偏振方向 ，两个这样的元件需要用于配置中，在该配置中元件中的液晶分子的 取向是互相垂直的。在两个元件中分子的取向方向可以保持相同，但 是，在那种情况下，需要在元件之间插入半波片。在这种应用中，重要的是具有低的由反射和吸收导致的损失。上 述的GRIN概念可以最小化这些损失以便可以获得更高的透射率( transmission)。可以以多种方法获得各向同性的散射特性。优选地，选择包括包 含液晶材料的液晶单元的光学元件300，该液晶材料选自包括具有负介 电各向异性的LC凝胶(液晶凝胶)、手性凝胶、和PDLC(聚合物分散液晶 )材料(也见下文)的组。正如本领域的技术人员将清楚的，可调光学元件300可以包括一个 以上在本文中描述的可调元件。此外，光学元件300可以另外包括其他 的光学元件，诸如，例如反射镜、透镜，以及用于控制波束"的波束 特性的检测器或者传感器，其中检测器或者传感器可以发送信号到控 制器3 04以便可以调整或者控制该波束。因此，可调光学元件300可以放置在瞄准光源2前面，该可调光学 元件300可以改变光分布、散射特性、和/或其形状。然而，用于4吏光瞄准和成形的可调光学元件也可以放置在光源2和 一个无源波束成形元件之间，或者，在一个以上无源波束成形元件的 情况下，例如放置在无源波束成形元件之间。如果发光二极管用作光 源2，例如，为了获得具有某一分布的光形状可以使用具有某一形状的反射器440和/或441。可调光学元件300因此可以放置在无源波束成形 元件440和441之间，如在图ll中所示。无源波束成形元件也可以由几 个部分组成，并且可调光学元件300可以;故放置在沿着无源波束成形元 件440和441的任何位置。注意到图ll只示出光源、可调光学元件300、 和无源波束成形元件440和441。其他的元件，诸如控制器304等，没有 在这个图中示出。在另外一个实施例中， 一个或者多个无源波束成形元件存在于源2 和可调元件300之间，例如，如在图12a和12b中(将在下文描述)示出 的。也可以将可调光学元件的电极分段来获得对波束形状的更好控制在另 一个实施例中，可以使用从直接照明到间接照明并且反之亦 然的切换。在那种情况下，从源产生的光被部分或者全部地反射以便 光被例如天花板反射后到达物体。这样，物体被间接地照亮。在专利文献(US4190330, W0200459565 )中可以发现基于弯曲表面 的液晶透镜的各种例子，菲涅耳透镜、和由图案化电极制成的波带片 。通过提供例如具有可调振幅的交流电压到液晶元件可以调整波束的 瞄准。透镜可以基于电子润湿(WO0369380 )的原理。提供可调振幅的 AC电压到电子润湿透镜可以使流体凸起或者凹入。由此可以调整输出 光的锥角。根据本发明的光模块的另 一个实施例以电可控的方式散射 和/或衍射。基于聚合物分散液晶的效果是本领域公知的。凝胶( US5188760 )可以被用于这个目的。也可以在其中闪耀光栅结构被液晶 充满的元件中改变光的方向，并且使用电信号来控制液晶分子的取向 (US6014197 )。为了改变光的方向也可以使用可切换的反射器( US5798057，US5762823 )。可调光学元件可以可选地包括可切换的渐变 型(graded index)液晶元件。模块还可以包括一个或多个开关、或者一个或多个传感器、或者 一个或多个开关和一个或多个传感器，其中，开关提供从包含如下的 组中选择的一个或多个功能-接通和切断源2;-电调整电可调光学元件300，(例如，乘客将源从舒适光(散射 的)调整为阅读光(聚焦的)；-调整光束25的散射特性；-调整光束25的发光强度； 并且，其中，传感器提供从包含如下功能的组中选择的一个或者多个 功能-检测一个或多个状态打开、关闭、锁住、和开启一个或多个门-检测遥控信号，该遥控信号指示一个或多个状态打开、关闭、 锁住、和开启一个或多个门；-检测存在驾驶员和/或一个或多个乘客；-检测驾驶(例如用于给出信号376来阻断定向到驾驶员的光束25 的非散射功能)；-检测用来控制对于开关的如上所述相同功能中的 一个或者多个 的遥控信号(即，接通和切断源2;电调整电可调光学元件300;调整 光束25的散射特性；调整光束25的发光强度(例如传感器感测遥控装 置，该遥控装置给出信号指示相同的光束25从阅读光(非散射的或者 基本非散射的)变为舒适光(散射的)))。根据又一个实施例，如在图12a和12b中示意性图示的，根据本发 明的光模块1提供一条以上光束25,在这里用附图标记25a和25b指示， 其中光模块1优选包括被布置为提供一条以上光束5 (用5a和5b指示) 的一个以上的源2 (用2a和2b指示)，和附图标记300a和300b指示的一 个以上电可调光学元件300， 300a和300b分别^皮布置为将来自 一个以上 光源2的一条以上光束5调整为一条以上调整后的光束25a和25b。调整 后的光束25的散射图案是电可变的。优选地，每条光束的散射图案是 分别可调的(可控制的)。因此调整后的光束可以提供具有期望的散 射特性(从非散射到散射)。如本领域的技术人员将清楚的，可以使用一个源和一个或多个分 束器或者本领域的技术人员所知道的其他装置来提供一条以上光束5。 优选地，每条光束5 (5a, 5b，等)由可调光学元件300 ( 300a, 300b ，等)分别寻址，以便可控光束25 (即，25a， 25b,等)由该模块提 供。因此，在本文中使用的术语"光束25"、"驱动信号375"、"驱 动信号376"、"源2"、"瞄准器3"、"光束5"等也被认为分别表示"多条光束25"、"多个驱动信号375"、"多个驱动信号376"、"多个源2"、"多个瞄准器3"、"多条光束5"等，也分别表示"光 束25中的至少一条"、"驱动信号375中的至少一个，，、"驱动信号376 中的至少一个"、"源2中的至少一个"、"瞄准器3中的至少一个" 、"光束5中的至少一条，，等。虽然可以使用多个源(例如提供具有3条光束5和因而产生的光束 25的模块)，但是图12a示意性地图示具有两个源2a和2b的模块。来自 源2a、 2b的光束5可以任选地用附图标记3a和3b指示的瞄准器3瞄准。 光束5a和5b净皮电可调光学元件300 (即，分别为300a和300b)所截断，以 便可以控制光束25a和25b的特性。附图标记400 (这里为附图标记400a 和400b)表示在模块1中光束25被传递到模块1的外部的位置，并且也 被称为出口 400。这可以是例如透镜、透明玻璃板、透明塑料或者聚合 物盖子(polymer cover),它可以是包含LC分子(例如来自单元20) 的单元的透明玻璃板等。如本领域的技术人员将清楚的，出口 400可以 具有各种各样的合适的形状，象圓形、方形、椭圓形等等。因此提供供给一条以上光束25的光模块1。光模块l优选包含被布 置为提供一条以上光束5的一个以上的源2;和被布置为调整来自一个 以上光源2的一条以上光束5的电可调光学元件300。术语"一个以上" 相当于"两个或者更多"。优选地，该模块提供2到6条、更优选地2到 4条、甚至更优选地2到3条光束25,在其他的特性之中，在它们的强度 和散射可以被控制的意义上，光束25的特性是电可变的。此外，模块l可以包括一个或者多个传感器和/或一个或者多个开 关350。这些传感器或者开关350可以存在于模块1上或者模块1中，但 是也可以存在于例如汽车的仪表板上或者其他地方。例如，在汽车中 使用的模块l可以包括位于汽车的门上或者门口并且被布置为感测例 如门的打开、关闭、锁住和开启的传感器350。传感器提供可以被控制 器304使用来接通灯2a、 2b中的一个或者多个的信号371，并且通过驱 动信号376 (和375)提供可以例如是散射的(进场灯功能)的光束25a和 25b。模块l可以可选地或者另外包括感测(多个)门的遥控开启的传 感器。在驾驶过程中，根据本发明，定向到驾驶员的光束25可以被散 射，以便不会使驾驶员眼花。靠近驾驶员的人可以使用例如非散射的 另外一条光束来阅读。假定，例如，该模块包括开关350，例如3个开关(在图12b中示意 性地指示的)，这些开关可以被用来接通各种元件。使用第一个开关 ,可以接通源2a、 2b(例如LED)两者，同时激活LC单元的散射状态(提 供舒适光和进场光功能)。可以任选地存在控制器，当中门钥匙被激 活时该控制器使源2a、 2b能够接通，同时LC单元的散射状态(进场光 功能)被接通。其他的开关可以分别被用来当散射功能被去激活(阅 读灯功能)时单独地接通和切断灯2a (第二个开关)和灯2b (第三个 开关)。正如本领域的技术人员将清楚的，也可以使用一个开关，例 如触摸控制器等等，提供由控制器304支持的多个功能。例如， 一次触 摸源2a、 2b (例如LED)两者都可以被接通同时LC单元的散射状态被 激活；两次/三次触摸当散射功能被去激活时，灯2a和灯2b分别单独 地#皮接通和切断；四次触摸所有的灯切断。如本领域的技术人员将清楚的，这些开关可以是例如触摸开关或 者滑动开关，其可以为多用途灯(例如用于同时寻址两个源以及单独 地寻址两个源)提供多个功能(参见上面)，并且可以是可变开关。 这样，用户341可以给出信号371到控制器304,然后控制器304可以通 过驱动信号375寻址源2并且通过驱动信号376 (也参见图2)寻址可调 元件300。通常，在这个实施例中的模块l及其变体包括被布置为生成两条或 者更多条光束5的源2、任选地被布置为瞄准两条或者更多条光束5的两 个或者更多个瞄准器3、被布置为调整来自两个或者更多个光源2的两 条或者更多条光束5的两个或者更多个电可调光学元件300,因此提供 两条或者更多条具有电可变散射图案的光束25。该模块还包括一个或 者多个开关、或者一个或者多个传感器350、或者一个或者多个开关和 一个或者多个传感器350,其中，开关提供选自包含下列功能的组中的一个或者多个功能-接通和切断源2，优选地，单独地接通和切断两个或者更多个源 中的每一个源(例如，乘客只接通和切断他的源，例如用于阅读地图 的源)；-同时接通和切断两个或更多个源(例如同时接通所有的源2); -电调整两个或者更多个电可调光学元件300,优选地两个或者更 多个开关中的每一个开关(即，可变开关)单独地调整个电可调光学元件300中的一个(例如，乘客把源从舒适光(散射的)
调整为阅读光(聚焦的)；
-调整两条或者更多条光束25的散射特性；
-调整两条或者更多条光束25的光强度； 并且其中传感器提供选自包括如下功能的组中的一个或者多个功能
-检测下列状态中的一个或者多个打开、关闭、锁住、和开启一 个或者多个门；
-检测遥控信号，该遥控信号指示一个或者多个状态打开、关闭 、锁上、和开启一个或者多个门；
-检测驾驶员和/或一个或者更多乘客的存在；
-检测运动(或者多个运动)，例如驾驶(用来例如阻止定向到驾 驶员的光束的非散射功能)；
-检测用来控制这些开关的如上所述的相同功能中的一个或者多 个的遥控信号(例如，传感器感测遥控装置，该遥控装置给出指示相 同的波束25从阅读光(非散射的或者基本非散射的)改变为舒适光( 散射的)的信号)。
因此，根据本发明的光模块l可以还包括一个或者多个开关、 一个 或者多个传感器350、或者一个或者多个开关和一个或者多个传感器 350,其中一个或者多个开关(350 )提供从组中选择的一个或者多个 功能，该组包括接通和切断一个或者多个源2;任选地同时接通和切 断一个或者多个源2 (如果存在一个以上源)；电调整一个或者多个电 可调光学元件300;调整一条或者多条光束25的散射特性；调整一条或 者多条光束25的发光强度；并且，其中一个或者多个传感器350提供从 组中选择的一个或者多个功能，该组包括检测打开、和/或关闭一个 或者多个门；检测指示打开、关闭、锁住、和开启一个或者多个门的 遥控信号；检测驾驶员和/或一个或者多个乘客的存在；检测运动(例 如驾驶)；检测用来控制对于开关350所描述的功能中的一个或者多个
通常，这样的模块l可以用来被布置在汽车的内顶部部分，其光束 指向驾驶员座位和一个或者多个乘客座位，或者被布置在汽车的内顶 部部分，其光束指向后座位。如本领域的技术人员将清楚的，模块l可 以包括两个以上源2，例如，模块用来布置在一排三人座的汽车内，如在一些汽车中的情况，或者布置在汽车的后座，或者，例如，模块用 来布置在飞机中的一排座位上面。如果模块用来布置在光束指向驾驶
员的汽车内，优选地至少用于控制指向驾驶员的光束25的光学模块300 在汽车被驱动时可以提供各向异性的光分布。
在本文中使用的术语"控制器"可以指开/关开关、可变开关、或 者诸如计算机之类的控制器，所述控制器包括处理器和、例如，具有 从上述的功能中选择的功能的一个或者多个传感器。
在图13中示出特定的变体，其中使用两个源2a和2b,并且由这些 源2a和2b产生的光束优选地由各自的瞄准器3a和3b所瞄准。
优选地，瞄准器3a和3b被布置和设计使得，当被布置在汽车或者 飞机等内时，它们照亮座位上的A4区域。瞄准器3a的瞄准角度au/cc,2 优选地每个位于大约10°和20°之间，例如是15°。这同样适用于瞄准器3b (a2，/a22)。源h和^以及瞄准器h和3b可以:故布置偵:;彈光束中的中 间光束分别和电可调光学元件300a和300b围成角度《和《。在一个实施 例中，选择《和《使得它们分别提供光束到汽车中的驾驶员座位和汽车 中的乘客座位。如本领域的技术人员将清楚的，模块l可以包括更多源 2、瞄准器3、和光学元件300,例如用于提供光束到3用于更多人，例 如飞机中一排座位上的更多人或者用于布置在汽车中后座之上。
优选地，电可调光学元件300a和S00b中的至少一个包括LC单元， 选择和布置该LC单元以便能够提供各向同性的散射。更优选地，(所 有的)电可调光学元件^Oa和^Ob两者包括LC单元，选择和布置LC单 元以便能够提供各向同性的散射。这意味着用各向同性的散射图案将 来自源2的波束5转换成波束25。可以根据期望的光的类型选择散射特 性(进一步参见下文)。
可以以多种方法获得各向同性的散射特性。优选地，(一个以上) 可调光学元件(300 )中的至少一个包括液晶单元，该液晶单元包括从 包括具有负介电各向异性的LC凝胶、手性LC凝胶、和PDLC(聚合物分散 液晶)材料的组中选择的液晶材料。
在一个优选实施例中，包括在光学元件300中的LC单元基于具有负 介电各向异性的LC凝胶。在该单元中，定向器被取向垂直于单元的表 面(即，直接接收光束5的表面)。在场切断(field-off )状态下， 该单元是透明的，施加电场引起散射。这样，提供了电可调光学元件，其根据施加的电场为模块l提供具有各向同性的散射图案的波束、或 者没有或基本没有散射的波束的选项。这种类型的一种替代物是手性凝胶。在这样的凝胶中，定向器和 该单元表面平行，但是从一个表面到另外一个表面执行几次旋转。这种材料具有正介电各向异性。在场切断状态下，不存在散射；当施加 电压时该单元开始散射光。这又提供电可调光学元件，其根据施加的电场为模块1提供具有各向同性的散射图案的波束、或者没有或基本没 有散射的波束的选项。在又一个实施例中，在(一个或者一个以上)电可调光学元件300 的LC单元内的材料基于在图4a和4b中示意性示出的所谓的PDLC (聚合 物分散液晶)。如本领域的技术人员了解的，获得PDLC的方法是制造LC 和可光聚合的单体的混合物。该混合物是各向同性的。当聚合时，发 生相分离，导致在聚合物基体中具有LC滴的结构。该单元在场切断状 态下散射。施加电压使得该单元透明。例如在US4688900中描述了PDLC 材料。相对于在"透明"状态下例如在更宽的角度仍然显示一些混浊度 的系统，优选的是在透明状态下在所有的角度都透明的系统。在几乎 众所周知的PDLC系统中，例如，液晶分子被限制在聚合物基体中的小 滴中。在电场切断的状态下，在各个小滴中LC分子相对于彼此随机地 取向，并且在几乎所有方向上在LC和聚合物基体的折射率之间存在折 射率的不匹配。施加的电场使LC分子沿着电场的方向取向。选择LC的 正常折射率使得其和聚合物的折射率匹配。结果，沿着所施加的电场 的方向传播的光不发生光散射，并且该系统看起来是透明的。在更宽 的角度上，光开始越来越多地受液晶的反常的折射率所影响，并且这 导致了散射的出现。互穿网络型的PDLC在更宽的角度上也显示出更少的混浊度，因为 相对于小滴类型的PDLC在这样的系统中存在更少的聚合物-LC界面。另一方面，在场切断的状态下由于在所有方向上折射率都匹配，凝胶是透明的。它们当施加电场时散射光。如在W02005101445中所描述的，也可以添加染料分子到凝l交或者 PDLC样本，该染料分子也可以任选为发光的。那样，散射可以和增强 的吸收(和/或发光)相结合，导致散射光的颜色变化。至少一个可调光学元件300包括上面提到的用于提供具有各向同 性散射的波束的LC系统中的一个。更优选地，所有波束5(假定模块提 供两条或者更多条波束25)被光学元件300所截取，该光学元件300提 供选择波束25的各向同性散射或者非散射的功能。在权利要求2到11中要求的、并且上面所描述的对于提供一条光束 25的模块1的实施例也可以应用于提供一条以上光束25的模块，并且可 以应用于模块1的一条或者更多条光束25。例如，包括两个源2的模块 可以包括波束成形元件440、 441 (参见图ll)用于一个或者两个源。此外，本发明还提供如上所述的在光模块1中使用的控制器304, 控制器304被布置为，响应于调整控制信号371，通过至少一个驱动信 号3"、 376来控制包括(一个以上电可调光学元件300中的) 一个或者 多个可调光学元件300和(一个以上光源2中的) 一个或者多个光源2的 元件组中的至少一个元件。本发明还提供在控制器304上运行的计算机 程序产品，该计算机程序产品包括如下功能响应于调整控制信号371 、通过至少一个驱动信号375、 376来控制包括( 一个以上电可调光学 元件300中的) 一个或者多个可调光学元件300和( 一个以上光源2中的 ) 一个或者多个光源2的元件组中的至少一个元件。因此，光模块可以基于例如各向异性液晶凝胶，其在其他的文献 中在EP0"1Q0S和USS188:760中^皮描述，这里其通过参考而被引入。术 语"各向异性液晶凝胶"表示本领域的技术人员了解的系统，并且可 以按如下方式获得形成包括可聚合部分(在聚合时能够产生交叉链 接的聚合物的单体)和非可聚合部分(在显示器中使用的传统的LC) 的液晶混合物。对于光聚合，该系统提供有光引发剂(pho t o-i n i U a tor ),而对于热聚合，该系统提供有热引发剂。然后将LC混合物放置在 合适的单元中，其中LC中的宏观取向由取向层所引起，该取向层被带 到(bring onto)单元表面。在宏观取向的状态中通过单体的聚合获得 各向异性凝胶。因此，各向异性凝胶是在其中LC分子被宏观取向的系 统并且聚合物(聚合网状)被分散在该系统内。这样的凝胶对于以所 有角度入射的光都是(基本上)透明的。在本文中使用的术语"液晶凝胶"(LC凝胶)指的是，如本领域 的技术人员了解的，其中聚合物散布在宏观取向的液晶中的凝胶。例 如，在LC主体(host)中混合可(光)固化的单体。然后通过合适的表面处理，随后是在单体和LC主体混合物中的可(光)固化单体的( 光)聚合，将混合物注射到LC单元中。例如，通过包含LC丙烯酸酯和传统的LC分子的取向的液晶(LC) 混合物的光聚合可以产生各向异性凝胶。在电压切断的状态下，由于 有序的分子排列，凝胶是透明的或者基本上透明的。当电压超过阈值 时，由电场施加在LC分子上的转矩导致它们的重新取向，导致具有不 同取向的LC分子的域的形成。这种在不同的域中分子取向的变化引起 折射率波动，导致光散射。如本领域的技术人员了解的，根据LC分子 的取向和/或结构，入射到这样的各向异性凝胶上的光可以或者在所有 的方向被各向同性地散射、或者优选地(各向异性地)在某一方向(角 度的范围)上被散射。如本领域的技术人员了解的，在本文中使用的术 语各向异性光分布或者各向异性散射图案指的是等强度线(连接相同 强度的点的线)不形成圓形的散射图案；术语各向同性光分布或者各 向同性散射图案指的是等强度线(连接相同强度的点的线)形成圓形 的散射图案。在本文中使用的术语"定向器，，指的是在液晶中间相中优选取向 的分子方向。术语"中间相"指的是形成的具有少于三维有序(象晶 体)和比各向同性的液体的移动性弱的移动性的均衡(equilibrium) 液晶相。纵向分子轴的平行取向对于所有的中间相(长范围取向序) 是共同的。术语"扭曲向列"(TN)指的是液晶取向结构类型，其中 LC分子从一个表面向另一个表面旋转经过90。。术语"超级扭曲向列" (STN)指的是液晶的类型，在该类型中，在单元中液晶分子旋转超过 90°。此外，术语"胆固醇液晶"指的是LC结晶相，其掺杂有在LC分子 中引起旋转的所谓的手性分子。这种相也被认为是手性向列。在该胆 固醇相中，定向器旋转360。经过的距离是螺旋的间距。通常，当在系统 内的手性分子浓度增加时螺旋的间距变小。在特定的实施例中，光模块l可以提供具有各向异性的光分布的波 束25 (或者至少一条波束25的，如果模块1被用来提供至少一条波束25 )的散射图案。在本文中光模块也可以被称为照明装置(用于照亮物体)。 对于本领域的技术人员将清楚的是，短语"光模块包括控制器，， 或者"光模块包括开关或者传感器"也包括在其中控制器304、开关或传感器350远离光源(和可调元件300 )的实施例。例如，包括光源2和 可调元件的模块l可以被布置在车顶里面，而开关或传感器350可以被 放置在仪表板上，等等。 一个控制器304可以控制一个以上模块1，例 如通过信号375和布置在汽车或者飞机等内多个位置的可调元件300来 控制多个灯2。应该注意的是，上述的实施例是举例说明本发明而不是限制本发 明，而且本领域的技术人员将能够设计很多替代的实施例而不脱离附 加的权利要求的范围。在这些权利要求中，任何放置在括号之间的附 图标记不应被解释为限制该权利要求。使用动词"包括"和它的变形 不排除在权利要求中声明的元件或步骤之外的其他元件或步骤的存在 。在元素前的冠词"一，，不排除多个这样的元素的存在。本发明可以 通过包括几个不同的元件的硬件和通过合适编程的计算机来实施。在 列举几个装置的设备权利要求中，这些装置中的几个可以通过一个和 相同的硬件项来体现。仅仅在互相不同的从属权利要求中记载某些措 施的事实不表明这些措施的组合不能被用来提供优势。
权利要求
1.一种光模块(1) 包括光源(2)，用于发射光束(5)；可调光学元件(300)，用于将从所述光源(2)产生的光束(5)调整为具有电可变的散射图案的调整后的光束(25)；和控制器(304)，用于，响应于调整控制信号(371)，通过至少一个驱动信号(375、376)来控制包括所述可调光学元件(300)和所述光源(2)的元件组中的至少一个元件。
2. 根据权利要求l所述的光模块(2),其中，所述光源(2)被 布置为响应于驱动信号(375 )来提供所述光束(5),以便包括连续 的光或者闪光。
3. 根据前述的权利要求中的任意一项所述的光模块(1),其中 ，所述光源(2)选自由卣素灯、氙气灯、LED、和荧光灯组成的组中 一个或者多个。
4. 根据前述的权利要求中的任意一项所述的光模块(1)，其中 ,所述可调光学元件(300 )被布置为响应于驱动信号(376 )来提供 调整后的光束(25),以便包括具有可调散射特性的波束。
5. 根据权利要求4所述的光模块(1),其中，所述可调光学元件 (300 )被布置为响应于驱动信号(376 )来提供调整后的光束(25),以便包括具有各向同性的散射特性的波束。
6. 根据前述的权利要求中的任意一项所述的光模块(1),其中 ,所述可调光学元件(300 )被布置为响应于驱动信号(376 )来提供 具有所述光束的可调纵横比的调整后的波束(25)。
7. 根据前述的权利要求中的任意一项所述的光模块(1)，其中 ,所述可调光学元件(300 )包括来自包括电子润湿透镜、液晶透镜、 可控散射元件、可控衍射/折射元件、和反射元件的光学元件组中的至 少一个元件。
8. 根据前述的权利要求中的任意一项所述的光模块(1 ),其中 ,所述可调光学元件(300 )包括液晶折射率梯度元件。
9. 根据前述的权利要求中的任意一项所述的光模块(1),其中， 所述可调光学元件(300 )包括至少一个具有可控散射元件的无源波束成形元件(440、 441),所述可控散射元件放置在所述光源(2)和所 述无源波束成形元件之间。
10. 根据前述的权利要求中的任意一项所述的光模块(1 ),其中 ,所述可调光学元件(300 )包括含有液晶材料的液晶单元，所述液晶 材料选自包括具有负介电各向异性的LC凝胶、手性凝胶、和PDLC(聚 合物分散液晶)材料的组。
11. 根据前述的权利要求中的任意一项所述的光模块(1 )，其中 ,所述调整控制信号(371 )由用户(41 )生成。
12. 根据前述的权利要求中的任意一项所述的光模块(1 ),其中 ,所述模块提供一条以上的光束(25),所述光模块(1)优选包括被布置为提供一条以上的光束(5)的一个以上的源(2);和 被布置为将来自所述一个以上光源(2)的所述一条以上的光束( 5)调整为具有电可变的散射图案的一条以上的调整后的光束(25)。
13. 根据前述的权利要求中的任意一项所述的光模块(1 ),其中 ,所述模块(1 )还包括一个或多个开关或者一个或多个传感器(350 )、或一个或多个开关以及一个或多个传感器(350 )，其中，所述一个或多个开关(350 )提供从组中选择的一个或者多 个功能，所述组包括i )接通和切断一个或多个源(2 );ii) 同时接通和切断所有的源(2);iii) 电调整一个或多个电可调光学元件(300 ); W)调整一条或多条光束(25)的散射特性；v)调整一条或多条光束(25)的发光强度；和其中，所述一个或多个传感器(350 )提供从组中选择的一个或者多个功能，所述组包括i)检测下列状态中的一个或多个打开、关闭、锁上、和开启一个或多个门；H)检测用于一个或多个状态的遥控信号打开、关闭、锁上、 和开启一个或多个门；iii ) 检测驾驶员和/或一个或多个乘客的存在；iv) 检测运动；v) 检测用来控制对所述开关(350 )所描述的功能中的一个或多个功能的遥控信号。
14. 根据权利要求12和13中的任意一项所述的光模块(1 )，其中 ,所述可调光学元件(300 )中的至少一个包括含有液晶材料的液晶单 元，所述液晶材料选自包括具有负介电各向异性的LC凝胶、手性LC凝 胶、和PDLC (聚合物分散液晶)材料的组。
15. 根据权利要求12至14中的任意一项所述的光模块(1 ),其中 ,所述可调光学元件(300 )中的至少一个被布置为响应于驱动信号( 376 )以提供至少一条包括具有各向同性的散射特性的波束的调整后的 波束(25)。
16. —种在根据权利要求l至ll中的任意一项的光模块(1 )中使 用的控制器(304 ),该控制器(304 )被布置为，响应于调整控制信号(371)，通过至少一个驱动信号(375、 376 )来控制包括所述可调光 学元件(300 )和所述光源(2)的元件组中的至少一个元件。
17. —种在根据权利要求12至15中的任意一项的光模块(1 )中使 用的控制器(304 )，该控制器(304 )被布置为，响应于调整控制信号(371),通过至少一个驱动信号(375、 376 )来控制包括一个或多个 可调光学元件(300 )和一个或多个光源(2)的元件组中的至少一个 元件。
18. —种在根据权利要求16的控制器(304 )上运行的计算机程序 产品，所述计算机程序产品包括如下功能响应于调整控制信号(371 ),通过至少一个驱动信号(375、 376 )来控制包括所述可调光学元 件(300 )和所述光源(2)的元件组中的至少一个元件。
19. 一种在根据权利要求17的控制器(304 )上运行的计算机程序 产品，所述计算机程序产品包括如下功能响应于调整控制信号(371 )，通过至少一个驱动信号(375、 376 )来控制包括一个或多个可调 光学元件(300 )和一个或多个光源(2)的元件组中的至少一个元件
20. —种根据权利要求1至15中任意一项所述的光模块(1)的用 途，其用作多用途灯，优选用作多用途内部汽车灯。
21. 根据权利要求20所述的用途，其中，所述光模块的用途选自 包括阅读灯、装饰灯、进场灯、和步进灯的组。
全文摘要
本发明提供了一种光模块(1)，具有光源(2)，用于发射光束(5)；可调光学元件(300)，用于将来自所述光源(2)的光束(5)调整为具有电可变的散射图案的调整后的光束(25)；和控制器(304)，用于，响应于调整控制信号(371)，通过至少一个驱动信号(375、376)来控制包括所述可调光学元件(300)和所述光源(2)的元件组中的至少一个元件。因此，有利地提供了例如用于内部汽车照明的多用途灯。
文档编号F21V14/00GK101218467SQ200680024881
公开日2008年7月9日 申请日期2006年7月4日 优先权日2005年7月8日
发明者A·克劳斯, J·P·M·安塞姆斯, R·A·M·希克梅特, T·范博梅尔, W·A·施拉格 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司