用于在表面上以预定照明图案来投射光的照明装置的制作方法

本发明大体而言涉及一种照明系统，并且更具体而言涉及一种用于在表面上以预定照明图案来投射光的照明装置。

背景技术：

在汽车行业中期望提供一种照明装置来照亮车辆内部的表面。特别地，期望以特定图案或设计来照亮该表面。利用特定图案或设计来照亮内表面改进了在低光情形下在内部在被照亮的表面附近的可视性并且认为在美观上吸引所照亮表面的观看者。在该行业中的一种解决方案涉及一种照明系统，其包括面板，面板具有该表面和局部透明的部分，局部透明部分面板具有特定图案或设计。多个照明装置诸如发光二极管或光纤放置于面板后方使得面板在照明装置与观看者之间。照明装置发光，光通过面板的局部透明部分透射，照亮局部透明部分的表面使得观看者看到照亮的图案或设计。

虽然在相关技术中已知的这种照明系统通常良好地用于其预期目的，但在该领域中仍然需要一种改进的照明系统。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术中用于在表面上投射预定照明图案的照明装置的缺点。照明装置包括外壳，外壳具有腔和通向腔的孔口。照明装置还包括光模块，其操作性地附连到外壳用于选择性地向腔内发射光。而且，照明装置包括至少部分地安置于腔中在光模块与孔口之间的遮蔽件。遮蔽件具有至少一个限定对应于预定照明图案的基本图案构造的开口以使从光模块发射的光通过开口对准到基本图案构造内并且随后通过孔口将光以预定照明图案投射到表面上。照明装置还包括聚光透镜，其安置于光模块与遮蔽件之间以使从光模块发射的光朝向遮蔽件准直；以及，物镜布置，其安置于遮蔽件与孔口之间以将光从基本图案构造变换为预定照明图案。

以此方式，本发明降低了制造车辆的照明系统的成本，因为光可以投射到任何表面上并且该表面无需为具有具体透明性质的特定材料。而且，本发明允许照明装置的售后市场应用，因为照明装置可以安装成将光投射到表面上。

附图说明

本发明的其它目的、特征和优点将显而易见，因为在结合附图阅读了下文的描述之后，这些目的、特征和优点将会显而易见，在附图中：

图1是具有表面和照明装置的照明系统的透视图。

图2是照明系统的透视图，其中照明装置向表面上投射光。

图3是照明装置的透视图。

图4是照明装置的局部分解透视图，其示出了具有第一部段和第二部段的外壳、光模块、聚光透镜、遮蔽件和物镜布置。

图5是光模块、聚光透镜、遮蔽件和物镜布置的分解透视图。

图6是照明装置的截面图。

图7是光模块、聚光透镜、遮蔽件和物镜布置的截面图。

图8是照明装置的另一个实施例的透视图。

图9是图8所示的照明装置的局部分解透视图，其示出了具有第一部段和第二部段的外壳、光模块、聚光透镜、遮蔽件、物镜布置和密封件。

图10是图9中示出的光模块、聚光透镜、遮蔽件、物镜布置和密封件的分解透视图。

图11是图8中示出的照明装置的截面图。

具体实施方式

现参考附图，其中相似的附图标记用来表示相似结构，照明系统在图1中以20表示。照明系统20可以适用于运输一个或多个乘客的车辆。然而，应意识到照明系统20可以适用于需要照明的任何系统。照明系统20包括在图1中以22示出的表面。该表面22可以由车辆内部内的部件限定，包括(但不限于)门面板、车辆地板(诸如在乘客舱或货物区中的地毯或地板垫)和车辆内顶。而且，表面3可以由车辆外部的任何合适部件限定，包括(但不限于)主体面板、车辆玻璃和车轮。应意识到表面22可以由靠近车辆的任何物体限定，诸如安置车辆的地面。还应意识到照明系20可以是多个表面22。

照明系统20包括照明装置24，在本领域中通常被称为影灯或标志灯，用于将光L以预定照明图案26投射到表面22上，如在图2中所示。预定照明图案26可以是任何形状、标志、图案等并且可以是光L的任何构造、取向等。照此，当设计照明装置24本身以及照明装置24相对于表面22的位置时设想到预定照明图案26。应意识到照明装置24可以是用于以预定照明图案26将光L投射到表面22上或者多个表面22上的多个照明装置24(其在图1和图2中示出仅用于示范目的)。

如图3和图8所示，照明装置24包括外壳28，外壳28具有腔30和通向腔30的孔口32。如图6和图11中示出，照明装置24还包括光模块34，光模块34操作性地附连到外壳28上用于将光L选择性地发射到腔30内。而且，照明装置24包括遮蔽件36，遮蔽件36至少部分地安置于腔30中在光模块34与孔口32之间。遮蔽件36具有至少一个开口38，至少一个开口38限定对应于预定照明图案26的基本图案构造40以将由光模块34发射的光通过开口38对准到基本图案构造40内并且随后通过孔口32将光L以预定照明图案26投射到表面22上。

如图4和图9所示，外壳28可以具有第一部段42和第二部段44，其中第一部段42具有孔口32。第一部段42和第二部段44合作以限定腔30。更具体而言，第一部段42限定腔30的第一部分46并且第二部段44限定腔30的第二部分48。

如图4所示，第一部段42可以在第一端50与第二端52之间延伸，具有在第一端50与第二端52之间的基本上圆柱形构造。替代地，第一部段42可以具有如图9所示的基本上立方形构造。应意识到第一部段42可以具有任何合适形状。第一部段42具有在第一端50的孔口32，其中孔口32通向腔30的第一部分46。如图6和图11所示，第一部段42在第二端52具有进入开口54，进入开口54通向腔30的第一部分46。

现参考图4，第二部段44可以具有基本上立方形构造。替代地，第二部段44可以具有如图9所示的基本上平面构造。应意识到第二部段44可以具有任何合适形状。第二部段44可以具有邻近第一部段42的进入开口54的第一开口56以允许腔30的第一部分46与第二部分58互连。如图3和图4所示，外壳28可以包括一对板58，这对板58适于由第一开口56接纳并且安置于第一开口56中，并且抵接第一部段42和第二部段44以绕第一部段42闭合过大的第一开口56。第二部段44可以具有与第一开口56间隔开的第二开口60，以允许与光模块34电联接。替代地，第一部段42可以具有电开口61以允许与光模块34电联接，如图8和图9所示。第二开口60(图3和图4)或电开口61(图8和图9)可以接受电连接器(其并未示出，但在本领域中是普遍了解的)。电连接器与光模块34联接以向光模块34提供电力。光模块34可以至少部分地分别安置于第一部段42和第二部段44的第一部分46和第二部分48中每一个内。光模块34可以延伸穿过第一部段42的进入开口54和第二部段44的第一开口56中的每一个。应意识到光模块34可以定位于外壳28的腔30内的任何位置。

如图6和图11所示，光模块34可以包括印刷电路板62，印刷电路板62支撑光源64，并且印刷电路板62联接到外壳68。印刷电路板62可以安置于腔30的第二部分48内并且安装到第二部段44。印刷电路板62选择性地向光源64提供电力以从光源64选择性地发射光L。而且，由印刷电路板62提供的电流量可以根据应用而不同。在一个非限制性示例中，当用于车辆内部时，印刷电路板62可以提供多于零毫安(mA)的电流和小于或等于50mA的电流。作为另一个非限制性示例，印刷电路板62可以提供大于或等于350mA的电流和小于或等于700mA的电流。

如图5和图10所示，光模块34可以包括半导体光源66。更具体而言，上文所描述的光源64还可以限定为半导体光源66。在一个实施例中，半导体光源66由印刷电路板62支撑并且电联接到印刷电路板62上。照此，半导体光源66可以从腔30的第二部分48中的印刷电路板62延伸穿过第二部段44的第一开口56，通过第一部段42的进入开口54到达腔30的第一部分46内，如图6所示，使得半导体光源66朝向孔口32用于朝向孔口32发射光L。应意识到半导体光源66可以在腔30中的任何位置。

半导体光源66还可以限定为发光二极管。替代地，半导体光源66还可以限定为激光源。在任一个实施例中，半导体光源66能发出任何类型的光。例如，半导体光源66能够发出色谱中的可见光。作为另一个示例，半导体光源66也可以能够发出不可见光，诸如紫外光，其可以照亮在表面22上的荧光材料。应意识到半导体光源66可以是单色半导体光源，能发出通常被称作可见白光的光。还应意识到半导体光源66可以是多色半导体光源，其中半导体光源66能发射可见光谱中特定颜色的光L。例如，半导体光源66可以是红绿蓝(RGB)L.E.D，能够单独地发出可见红、绿和蓝光，或者组合地发出由可见红、绿和蓝光中的至少两个组合而形成的彩色光。

此外，半导体光源66能在任何方向上发射光L。例如，半导体光源66可以是60度半导体光源，如图6和图7所示，其中半导体光源66以圆锥形状发射光，如沿着穿过光L的中心的平面测量时，在最外面的光L之间具有60度角。应意识到半导体光源66可以是120度半导体光源。还应意识到半导体光源66可以以任何合适角度发射光L。

在任何实施例中，半导体光源66能发射出任何强度的光L。还应意识到半导体光源66可以是任何合适类型或构造并且可以包括任何合适数量的半导体光源66而不偏离本发明的范围。

如图5、图6、图10和图11所示，照明装置24还包括聚光透镜68，聚光透镜68安置于光模块34与遮蔽件36之间用于使从光模块34发射的光L朝向遮蔽件36准直。聚光透镜68可以具有中央部分70和安装主体72，中央部分70具有圆形构造，安装主体72绕中央部分70的周围安置。

如图6、图7和图11所示，安装主体72绕光源64安置。更具体而言，安装主体72具有壁74，壁74绕中央部分70径向地安置并且朝向印刷电路板62延伸，其中凸缘76从壁74延伸以抵接印刷电路板62。聚光透镜68在凸缘76处安装到印刷电路板62。光源64在中央部分70下方安置于壁74内。照此，从光源64发射的光L保持在壁74、印刷电路板62和中央部分70内。在一个实施例中，至少中央部分70可以是透明的使得光L可以穿过中央部分70。安装主体72可以是不透明的使得光L可能不通过安装主体72。

安装主体72和印刷电路板62将从光源64发射的光L重导向至中央部分70，其中光L能通过中央部分70。应意识到中央部分70和安装主体72可以具有任何合适透明度。相反，中央部分70和安装主体72可以具有任何合适不透明度。在一个实施例中，中央部分70与光源64和孔口32在轴向对准。应意识到中央部分70可以不与光源64和孔口32对准。

中央部分70可以具有凸出构造。更具体而言，中央部分70可以具有进入表面75和出射表面77，每个表面具有弓形构造，其中进入表面75向外朝向光源64弯曲而出射表面77向外朝向孔口32弯曲。如图7和图11所示，进入表面75具有半径R1并且出射表面77具有半径R2，其中出射表面77的半径R2大于进入表面75的半径R1。还应意识到半径R1和R2可以具有任何合适关系以使光L准直。照此，进入表面75和出射表面77被构造成合作地相互作用以使光L准直。凸出构造使光L准直使得从光源64在随机横向方向上发射的光L可以聚集在聚光透镜68的中央部分70中并且重新导向为朝向孔口32的基本上平行的光L。例如，如果半导体光源66是60度半导体光源，中央部分70使以60度锥形发射的光L准直为基本上平行光L柱。应意识到聚光透镜68可以具有任何合适构造(诸如凹入构造)，可以具有任何合适第一半径R1和第二半径R2，并且可以离半导体光源66任何合适距离以使光L准直。

如图4和图9中所示，照明装置24还可以包括安置于遮蔽件36与孔口32之间的物镜布置78以将光L从基本图案构造40变换为预定照明图案26。物镜布置78可以执行下列功能中的任何一个功能或组合：修复光L中的色差，将光L从基本图案构造40转换为预定照明图案26并且将基本图案构造40聚焦为在具有特定大小(即，焦距)的表面22上的预定照明图案26。应意识到物镜布置78可以执行在本文中并未具体描述的另外的功能。

如图5和图10所示，物镜布置78可以包括第一透镜80和第二透镜82，其中第一透镜80安置于光模块34与第二透镜82之间。照此，第二透镜82安置于第一透镜80与孔口32之间。应意识到物镜布置78可以包括任何数量的透镜。

在一个实施例中，光源64、聚光透镜68、遮蔽件36、第一透镜80、第二透镜82和孔口32通常线性对准。一般线性对准通过便于光L从光源64处发射光L到光L通过孔口32从外壳28的腔30出来的直接路径而提高了照明装置24的效率。应意识到这些部件可能并未对准。

如图5至图7、图10和图11所示，第二透镜82可以具有多个柱84并且第一透镜80可以具有多个孔86，其中多个柱84个别地安置于多个孔86中以使第一透镜80和第二透镜82相对于彼此转位。更具体而言，第一透镜80和第二透镜82中每一个可以具有中央主体88、90和绕中央主体88、90在径向安置的安装框架92、94，其中第二透镜82的安装框架94具有多个柱84并且第一透镜80的安装框架92具有多个孔86。如上文所描述，第一透镜80和第二透镜82可以与光源64、聚光透镜68、遮蔽件36和孔口32对准。更具体而言，第一透镜80和第二透镜82中每一个的中央主体88、90可以与光源64、聚光透镜68的中央部分70、遮蔽件36和孔口32对准。

多个柱84绕第二透镜82的中央主体90在径向安置于安装框架94上并且多个孔86绕第一透镜80的中央主体88在径向安置于安装框架92上。而且，柱84和孔86对准使得柱84中每一个独立地安置于孔86中每一个中以使第一透镜80和第二透镜82相对于彼此转位。

应意识到相反情况也是可行的，即，第一透镜80可以具有柱84并且第二透镜82可以具有孔86。还应意识到第一透镜80和第二透镜82可以以任何合适方式相对于彼此转位。

在一个实施例中，第一透镜80和第二透镜82中每一个的至少中央主体88、90是透明的使得光L可以穿过中央主体88、90。第一透镜80和第二透镜82中每一个的安装框架92、94是不透明的使得光L可能并不通过安装框架92、94。照此，第一透镜80和第二透镜82中每一个的安装框架92、94将从光源64发射的光L重导向至第一透镜80和第二透镜82中每一个的中央主体88、90，其中，光L能通过中央主体88、90。应意识到第一透镜80和第二透镜82中每一个的中央主体88、90和安装框架92、94可以具有任何合适的透明度。相反，第一透镜80和第二透镜82中每一个的中央主体88、90和安装框架92、94可以具有任何合适的不透明度。

如图6、图7和图11所示，第一透镜80可以具有彼此间隔开的第一表面96和第二表面98并且第二透镜82可以具有彼此间隔开的第一表面100和第二表面102，其中第一透镜80的第一表面96朝向光模块34，第二透镜82的第二表面102朝向孔口32，并且第一透镜80的第二表面98和第二透镜82的第一表面100朝向彼此。在一实施例中，第一透镜80的第二表面98抵接第二透镜82的第一表面100，如图6和图7所示。应意识到第一透镜80的第二表面98和第二透镜82的第一表面100可以彼此间隔开，如图11所示。

如图7和图11所示，第一透镜80和第二透镜82的第一表面和第二表面96、98、100、102中每一个可以是弯曲的，其中每个表面具有半径R3、R4、R5、R6。在一个实施例中，第一透镜80和第二透镜82的每一个的第一表面和第二表面96、98、100、102中每一个在第一透镜80和第二透镜82中每一个的中央主体88、90处弯曲。而且，如图6和图7所示，第一透镜80的第一表面96可以具有基本上凹入构造并且第一透镜80的第二表面98可以具有基本上凸出构造。同样，第二透镜82的第一表面100可以具有基本上凹入构造并且第二透镜82的第二表面102可以具有基本上凸出构造。照此，第一透镜80和第二透镜82中每一个的第一表面96、100在中央主体88、90处远离光源64向内弯曲。第一透镜80和第二透镜82中每一个的第二表面98、102在中央主体88、90处朝向孔口32向外弯曲。在图11所示的一实施例中，第二透镜82的第一表面100可以具有基本上凸出构造。如图6所示，第一透镜80的第二表面98的半径R4可以基本上等于第二透镜82的第一表面100的半径R5以便于第一透镜80和第二透镜82抵接。第一透镜80的第二表面98的半径R4可以大于第一透镜80的第一表面96的半径R3。另外，第二透镜82的第一表面100的半径R5可以基本上等于第二透镜82的第二表面102的半径R6。

应意识到这些关系只是出于示例性目的。还应意识到第一透镜80和第二透镜82可以以任何适合于执行所希望的功能的方式来构造，这些功能包括(但不限于)：修复光L的色差，将光L从基本图案构造40转换为预定照明图案26，并且将基本图案构造40聚焦为具有具体大小的表面22上的预定照明图案26。这种替代构造包括(但不限于)使第一透镜80和第二透镜82间隔开并且改变第一透镜80和第二透镜82的第一表面和第二表面96、98、100、102的半径R3、R4、R5、R6和/或形状(例如，凹入或凸出)。还应意识到第一透镜80和第二透镜82的第一表面和第二表面96、98、100、102可以具有任何合适大小、形状和构造而不偏离本发明的范围。

聚光透镜68和第一透镜80和第二透镜82可以包括聚碳酸酯。还应意识到聚光透镜68和第一透镜80和第二透镜82可以包括聚(甲基丙烯酸甲酯)(“PMMA”)、玻璃、硅树脂或允许光L透射通过的任何其它合适材料。还应意识到聚光透镜68和第一透镜80和第二透镜82可以单独地包括不同的材料。在一个实施例中，聚光透镜68和第一透镜80包括相同材料。应意识到某些材料诸如硅树脂对于增加强度的光诸如当用于车辆外部时发射的光L具有导光性。

第一透镜80可以具有多个支柱105。聚光透镜68可以固定到外壳28上并且可以限定多个凹处104。在一个实施例中，聚光透镜68的安装主体72具有凹处104，凹处104绕中央部分70在径向安置。支柱105和凹处104对准使得支柱105中每一个独立地安置于凹处104的每一个中。

如图5和图10所示，照明装置24还包括转位接口106，转位接口106相对于外壳28对准遮蔽件36以将预定照明图案26定位于表面22上。转位接口106可以包括多个径向间隔开的空隙108。遮蔽件36可以具有空隙108。遮蔽件36可以安置于物镜布置78与聚光透镜68之间，其中多个支柱105中每一个单独地安置于多个空隙108和多个凹处104内以相对于外壳28对准和固定遮蔽件36。

遮蔽件36对准指基本图案构造40相对于外壳28定位使得光L以基本图案构造40从遮蔽件36出射，通过孔口32并且以预定照明图案26投射到表面22上，其中预定照明图案26以所希望的取向旋转地对准在表面22上。在一个实施例中，外壳28相对于表面22固定。照此，预定照明图案26以所希望的取向旋转对准由遮蔽件36相对于外壳28的对准来决定。

遮蔽件36可以具有基本上薄的并且平坦的构造，平行于孔口32，其中所述遮蔽件36夹在所述聚光透镜68与所述第一透镜80之间。遮蔽件36可以具有与光源64和孔口32对准的轴向中心C。遮蔽件36从轴向中心C在径向延伸使得遮蔽件36安置于聚光透镜68的安装主体72与第一透镜80的安装框架92之间。

多个空隙108绕轴向中心C安置并且与轴向中心C间隔开。如上文所描述，多个空隙108被构造成使支柱105安置于其中。因为聚光透镜68安装到印刷电路板62上，而印刷电路板62安装到外壳28上，所以将遮蔽件36联接到聚光透镜68使遮蔽件36相对于外壳28安装。照此，空隙108绕中心轴线的取向决定了遮蔽件36相对于外壳28的取向。

因此，当空隙108绕中心轴线定位时考虑基本图案构造40相对于外壳28所希望的取向。应意识到空隙108可以安置于其它部件上，诸如第一透镜80或聚光透镜68，其中遮蔽件36具有支柱105以接合空隙108。同样，转位接口106可以具有任何合适的构造以相对于外壳28对准和固定遮蔽件36。

具有基本图案构造40的遮蔽件36的至少一个开口可以定位于轴向中心C处或者绕轴向中心C定位。应意识到至少一个开口38可以定位于遮蔽件36上的任何位置。具有基本图案构造40的遮蔽件36的至少一个开口38允许光L透射通过。照此，至少一个开口38被成形为使得通过开口38透射的光L类似于在表面22上的预定照明图案26。应意识到遮蔽件36可以具有安置于至少一个开口38内的透明或半透明面板。例如，面板可以是彩色的以使得透射通过面板的光L呈现面板的彩色性质，然后这种彩色性质投射到表面22上。应意识到遮蔽件36的至少一个开口38可以具有任何合适构造以允许光L以基本图案构造40透射通过。

因为具有基本图案构造40的遮蔽件36的开口38决定了在表面22上的预定照明图案26，在设计照明装置24期间，重点要考虑开口38的形状、构造和相对于外壳28的取向。同样，当设计照明系统20时考虑外壳28相对于表面22的取向(诸如外壳28的旋转位置和光L从外壳28投射到表面22上的角度)以得到所希望的预定照明图案26。而且，当确定聚光透镜68和物镜布置78的大小、形状、构造和材料时，也要考虑当光L从光模块34通过孔口32投射时聚光透镜68和物镜布置78中每一个对于光L的影响。

在一个实施例中，照明装置24还可以包括安置于孔口32与物镜布置78之间的圆盘110。照明装置24还可以包括密封件112，密封件112绕孔口32接合圆盘110和外壳28中的每一个。圆盘110和密封件112闭合孔口32并且在孔口32处密封外壳28从而防止流体渗入到外壳28的腔30内。这种构造当用于车辆外部时是有利的。然而，应意识到圆盘110和密封件112可以用于车辆内部。

总体上参考图6和图11所示的构造，为了以预定照明图案26将光L投射到表面22上，光模块34的光源64在多个方向上发射光L。光L透射通过聚光透镜68并且被准直使得光L基本上是平行的。光L透射通过遮蔽件36的至少一个开口38并且被构造为基本图案构造40。光L然后透射通过物镜布置78，其中，光L被构造成从基本图案构造40变为将成为预定照明图案26的取向。如果照明装置24具有圆盘110，光L透射通过圆盘110。光L然后通过孔口32并且以预定照明图案26投射到表面22上，如图2所示。由于照明装置24和表面22相对于彼此固定并且因为遮蔽件36固定于照明装置24内，所以预定照明图案26在表面22上是静态的。

以此方式，本发明降低了制造车辆的照明系统的成本。具体而言，光可以投射到任何表面上。照此，该表面无需为具有具体透明性质的特定材料来允许光从表面后方投射通过。而且，本发明允许照明装置的售后市场应用，因为照明装置可以安装成将光投射到表面上。应意识到本发明可以与车辆中多种不同类型的应用兼容并且可以以模块方式并入到车辆中的多种不同类型的应用中而无需对现有制造设备和/或工具做出明显改变。

以说明性方式描述了本发明。应了解所用的术语预期是描述而非限制的词语性质。鉴于上述教导内容，本发明的许多修改和变型是可能的。因此，在附加的权利要求的范围内，本发明可以以并未具体描述的方式来实践。