低剖面高效率的车辆led模块和前照灯的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种包括具有多个近场透镜元件、一入射面和一出射面的透镜的车辆照明模块。照明模块也包括引导入射光通过入射面并离开出射面的LED光源。多个透镜元件配置成从出射面透射包含入射光的至少60％的平行光式样。此外，提供一种包括多个车辆照明模块的车辆前照灯总成，每个模块包含透镜和引导入射光通过透镜的LED光源。总成进一步包括用于容纳照明模块的外壳。透镜包括多个透镜元件，该透镜元件配置成将入射光的至少60％透射至平行的车辆光式样。
【专利说明】低剖面高效率的车辆LED模块和前照灯
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及照明模块和总成，以及更具体地涉及车辆前照灯总成。
【背景技术】
[0002]传统的车辆前照灯使用多个组件(例如，光源、收集器、以及光分配器)。这些前照灯也受制于与生成需要的光输出式样(例如，近光前照灯式样、远光前照灯式样，等等)所需的透镜形状有关的尺寸约束。由于传统的车辆前照灯的光透射效率没有超过50%，因此光透射效率也是一个问题。因此，这些前照灯需要显著的能量使用。因此，具有低剖面和高光透射效率的传统的前照灯配件是不可用的。
[0003]因此，具有高透射效率和设计外形灵活性的车辆照明组件对于解决这些问题是可取的。
【发明内容】
[0004]根据本发明的一个方面，提供了一种包括具有多个近场透镜元件、一入射面、以及一出射面的透镜的车辆照明模块。照明模块也包括引导入射光通过入射面并离开出射面的发光二极管光源。多个透镜元件配置成从出射面透射至少包含入射光的60%的平行光(collimated light)式样。
[0005]根据本发明的另一方面，提供了一种包括多个车辆照明模块和LED光源的车辆前照灯总成，每个模块包含透镜，LED光源引导入射光通过透镜。总成进一步地包括容纳照明模块的外壳。透镜包括多个透镜元件，透镜元件配置成将入射光的至少60%透射至平行的车辆光式样中。
[0006]通过研究下述说明书、权利要求及附图，本领域的技术人员将理解和领会本发明的这些和其他的方面、目的和特征。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]在附图中:
[0008]图1是根据本公开一方面的具有含实质矩形出射面的透镜的车辆照明模块的正面透视图；
[0009]图1A是在图1中描述的车辆照明模块的后部透视图；
[0010]图1B是在图1中描述的车辆照明模块在线IB-1B的剖视图；
[0011]图1C是在图1中描述的车辆照明模块在线IC-1C的剖视图；
[0012]图2是根据本公开另一方面的具有含实质圆形出射面的透镜的车辆照明模块的正面透视图；
[0013]图2A是在图2中描述的车辆照明模块的后部透视图；
[0014]图2B是在图2中描述的车辆照明模块在线IIB-1IB的剖视图；
[0015]图2C是在图2中描述的车辆照明模块在线IIC-1IC的剖视图；[0016]图3是根据本公开另一方面的包括一对具有实质矩形出射面的车辆照明模块的车辆前照灯总成的正面透视图；
[0017]图3A是在图3中描述的车辆前照灯总成的后部透视图；
[0018]图3B是在图3中描述的车辆照明总成在线IIIB-1IIB的剖视图；
[0019]图3C是在图3中描述的车辆照明总成在线IIIC-1IIC的剖视图；
[0020]图4是根据本公开另一方面的包括一对具有实质圆形出射面的车辆照明模块的车辆前照灯总成的正面透视图；
[0021]图4A是在图4中描述的车辆前照灯总成的后部透视图；
[0022]图4B是在图4中描述的车辆照明总成在线IVB-1VB的剖视图；以及
[0023]图4C是在图4中描述的车辆照明总成在线IVC-1VC的剖视图。
【具体实施方式】
[0024]为了本发明中的说明目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“后”、“前”、“垂直”、“水平”
及其衍生词应当如图1中的取向与本发明相关联。然而，除非有明确的相反规定，本发明可以采用各种可选的方向。而且，在附图中表明的和在下述说明书中描述的具体装置和过程，仅仅是所附权利要求中限定的发明构思的示例性实施例。因此，除非权利要求中另有明文规定，与这里公开的实施例有关的具体尺寸和其他物理特性不应认为是限制。
[0025]图1-1C描述了根据本发明一方面的具有透镜11的车辆照明模块10。透镜11包括多个近场透镜元件12、入射面16(参看图1A)和出射面18(参看图1)。如图所示，透镜11的出射面18在形状上可以是实质矩形，并且入射面16在形状上是实质圆形。而且，透镜11的外壁可以成形为适应入射面16和出射面18的形状。此外，透镜11可以由例如聚碳酸酯、玻璃或具有高光学性能并能够被加工成紧密度容限的其他透明材料这样的光学透明材料制造。近场透镜元件12、入射面16和出射面18集成在透镜11中。因此，透镜11通常是由一块材料制造。
[0026]图2-2C描述了根据本发明另一方面的具有透镜21的车辆照明模块20。透镜21包括多个近场透镜元件22、入射面26 (参看图2A)和出射面28(参看图2)。如图所示,透镜21的出射面28在形状上可以是实质圆形，并且入射面26在形状上是实质圆形。透镜21的外壁也可以成形为分别适应实质圆形的入射和出射面26和28。此外，透镜21可以由例如聚碳酸酯、玻璃或具有高光学质量并能够被加工成紧密度容限的其他透明材料这样的光学透明材料制造。近场透镜元件22、入射面26和出射面28集成在透镜21中。因此，透镜21通常是由一块材料制造。
[0027]车辆照明模块10、20两者都包括发光二极管(LED)光源14、24(参看图1B、2B)，该LED光源引导入射光通过入射面16、26并离开出射面18、28。LED光源14、24可以选自各种LED照明技术，包括那些发出白色以外的波长的光的LED光源。如图1B和2B所示，LED光源14、24可以分别在接近入射面16、26的位置安装至或以其他方式耦接至透镜11、21。因此，来自LED14、24的入射光被引导通过入射面16、26。
[0028]如图1-1C和2-2C进一步所示，多个近场透镜元件12、22配置成从透镜11、21的出射面18、28透射包含来自LED光源14、24的入射光的至少60%的平行光式样13、23。车辆照明模块10、20导致光强度损失的方面相对很少。来自LED光源14、24的入射光直接被引导至入射面16、26。此后，光被重新导向并且被透镜11、21里面的多个近场透镜元件12、22准直。这里没有反射入射光——即通常会导致10-20%的光强度损失的过程——的其他表面。因此，车辆照明模块10、20的整体光透射效率超过60%。
[0029]车辆照明模块10、20的近场元件12、22也被用来准直来自LED光源14、24的入射光。来自LED光源14、24的入射光通常是具有在各方向明显散射的特征的郎伯光
(Lambertian)。换句话说,光从光源向所有方向-大约180度-发射和传播。近场透
镜元件12、22集成在透镜11、21中并起作用以使来自LED光源14、24的入射光准直。每个透镜元件12、22可以具有与其他透镜元件12、22的焦距不同的焦距。因此，这些透镜元件12,22可以合作以使来自光源14、24的入射光准直。利用透镜11、21和透镜元件12、22的这些设计，10度以下水平的准直是可行的。
[0030]如图1-1C和2-2C所示，车辆照明模块10、20可以包括多个沿着透镜11、21的出射面18、28的光学元件19、29。光学元件19、29配置成使平行光式样13、23成形为特定形状，该特定形状取决于照明模块10、20的应用。例如，光学元件19、29可以配置为成形适合于用作近光前照灯的光式样，即，当车辆照明模块10、20布置在车辆前照灯的应用中时，被引导至相对接近车辆照明模块10、20的宽的式样。作为另一个例子，光学元件19、29可以配置为成形适合于用作远光前照灯的光式样13、23，即被引导至比近光前照灯更远离车辆的窄的式样。更近一步地，光学元件19、29可以配置在车辆照明模块10、20里面以使光式样13、23成形为雾灯、近光灯、远光灯、静曲灯和/或日间行车灯。
[0031]车辆照明模块10、20可以考虑到光透射效率和准直度之间潜在的权衡来进行优化。具有单个近场透镜元件12、22的透镜11、21的设计总体上显示了较低的透射效率(例如，50%或更少)。对于非圆形透镜元件尤其如此，例如近场透镜元件12。另一方面，单个近场透镜元件可以准直来自LED光源14的具有郎伯特征的入射光达到大约3度。
[0032]虽然大程度的准直是有益的，特别是对于远光前照灯的应用，但设计具有多个透镜元件12、22的透镜11、21以增加光透射效率是有利的。优选地，三个或者更多的近场透镜元件12、22集成在透镜11、21中以实现大约为65%或更高的光透射效率，同时准直水平降至5度或更少。然而，某些应用不需要用于车辆前照灯的应用中所必需的准直度。例如，雾灯和日间行车灯的应用仅分别需要6至8度和小于10度的准直。因此，当近场元件在这些弱指向性(less-directional)应用(即雾灯和日间行车灯)中使用时，更多的近场透镜元件12、22可以配置在照明模块10、20里面以进一步地增加光透射效率。
[0033]多个近场透镜元件12、22在车辆照明模块10、20中的使用提供了很大程度的设计灵活性，特别是对于低剖面配置提供了很大程度的设计灵活性。具有含非圆形形状出射面的透镜的照明模块通常遭受透射效率的显著损失。这里，集成在透镜11、21中的多个透镜元件12、22(通常具有不同的焦距)明显地改善了照明模块10、20的光透射效率，而没有显著地牺牲应用所需要的准直度，例如车辆前照灯的应用。因此，模块10、20的低剖面设计(即，低的高度和宽度比)是可行的。
[0034]更进一步地，具有集成的透镜元件12、22的透镜11、21的单件式设计(single-piece design)的使用导致模块10、20具有更短的深度剖面(在从出射面18、28至入射面16、26的方向上)。LED光源14、24仅需要安装在透镜11、21的凹进部分，不通过任何附加组件将其与入射面16、26分离。在模块10、20的优选配置中，从出射面18、28至LED光源14、24的深度剖面大约为50毫米或更少；宽度大约是80至90毫米并且高度大约是40至45毫米。甚至更优选地，模块10、20的深度剖面大约是25毫米或更少；宽度大约是80至90毫米以及高度大约是20至25毫米。然而，应该理解的是，用于模块10、20的其他低剖面配置是可行的，该其他低剖面配置具有与上述的示例性配置不同的尺寸。
[0035]参考图3-3C，描述了根据本发明另一方面的具有一对相邻的照明模块52、54的车辆前照灯总成40。模块52、54可以配置成用于近光和远光前照灯的应用。每个模块52、54包括透镜41和引导来自光源44的入射光通过透镜41的LED光源44。如图所示，透镜41的出射面48在形状上是实质矩形的，而入射面46在形状上是实质圆形的。此外，每个透镜41包括多个近场透镜元件42。这些近场透镜元件42配置成从透镜41的出射面48透射包含来自LED光源44的入射光的至少60%的平行光式样43。应该理解的是，车辆前照灯总成40使用的近光和远光照明模块52和54可以以与图1-1C中描述的车辆照明模块10类似的方式运转并配置(例如，透镜41可以具有三个近场透镜元件42)。
[0036]同样地，如图4-4C所示，描述了根据本发明另一方面的分别具有一对相邻的照明模块72、74的车辆前照灯总成60。模块72、74也可以配置成用于近光和远光前照灯的应用。这里，每个模块72、74包括透镜61和引导来自光源64的入射光通过透镜61的LED光源64。透镜61的出射面68在形状上是实质圆形的，相当于入射面66，其在形状上也是实质圆形的。此外，每个透镜61包括多个近场透镜元件62 (相当于图3-3C所示的透镜元件42)。这些近场透镜元件62配置成从透镜61的出射面68透射包含来自LED光源64的入射光的至少60%的平行光式样63。此外，车辆前照灯总成60使用的近光和远光照明模块72和74可以以与图2-2C中描述的车辆照明模块20类似的方式配置和运转(例如，透镜61可以具有三个近场透镜元件62)。
[0037]如图3、3A和4、4A中的进一步描述，前照灯总成40、60包括分别用于容纳照明模块52,54和72,74的外壳50、70。外壳50,70可以配置成由宽度50w、70w，高度50h、70h和深度50d、70d限定的实质矩形长方体的形状。外壳50、70可以由汽车领域中已知的各种材料制造；然而，由外壳50、70的宽度(50w、70w)和高度(50h、70h)限定的面应该是透明的，以允许平行光式样43、63根据其预期的功能离开外壳(例如，平行的近光前照灯式样，远光前照灯式样等)。
[0038]图3-3C和4-4C也描述了具有照明模块52、54和72、74的车辆前照灯总成40和60，该照明模块52、54和72、74包括沿着透镜41、61的出射面48、68的多个光学元件49、69。光学元件49、69配置成使平行光式样43、63成形为特定的形状——例如近光或远光前照灯式样。更进一步地，光学元件49、69也可以配置在车辆照明模块52、54和72、74里面以使光式样43、63成形为雾灯、近光灯、远光灯、静曲灯和/或日间行车灯，这取决于所需的应用。优选地，选定这些外壳50、70的尺寸，并且配置模块52、54和72、74，以使外壳的高度和宽度比大约是1: 8。甚至更优选地，外壳50、70的高度和宽度比大约是1: 4。此外，外壳50、70可以具有下面的尺寸:大约20至55毫米的高度50h、70h ;大约150至200毫米的宽度50w、70w ;大约20至55毫米的深度50d、70d。
[0039]上述实施例是示例性的。根据本发明的其他配置是可行的。例如，在模块10、20中使用的透镜11、21可以具有含连续变化的焦距的近场透镜元件复合体12、22。这样的配置相当于多个近场透镜元件。作为另一个例子，透镜11、21的出射面18、28可以以各种形状为特征，条件是它们可以容纳多个近场透镜元件12、22。还应该理解的是，根据所需的前照灯的功能，前照灯总成40、60可以具有不同数量和形状的照明模块52、54、72、74。例如，前照灯总成40、60可以具有多个低剖面的照明模块52、54、72和/或74以用于特定的照明或信号功能(例如，具有两个照明模块52的近光功能)。因此，前照灯总成40、60可以包含两组照明模块，每组指定用于近光和远光功能。
[0040]可以在不背离本发明的构思的情况下对上述结构和方法做出变化和修改。此外，这种构思旨在由以下权利要求所覆盖，除非这些权利要求通过其语言另有明确的规定。
【权利要求】
1.一种车辆照明模块，其特征在于，包含: 具有多个近场透镜元件、一入射面和一出射面的透镜；以及 引导入射光通过入射面并离开出射面的发光二极管光源， 其中，多个透镜元件配置成从出射面透射包含入射光的至少60%的平行光式样。
2.根据权利要求1所述的车辆照明模块，其特征在于，多个近场透镜元件是三个近场透镜元件，每个元件具有不同的焦距。
3.根据权利要求1所述的车辆照明模块，其特征在于，光源和透镜的出射面共同地限定大约50毫米或更小的深度。
4.根据权利要求1所述的车辆照明模块，其特征在于，光源和透镜的出射面共同地限定大约25毫米或更小的深度。
5.根据权利要求1所述的车辆照明模块，其特征在于，透镜的出射面设置成实质圆形的形状。
6.根据权利 要求1所述的车辆照明模块，其特征在于，透镜的出射面设置成实质矩形的形状。
7.根据权利要求1所述的车辆照明模块，其特征在于，透镜的出射面包含多个光学元件，该光学元件配置成使平行光式样成形为近光的光式样。
8.根据权利要求1所述的车辆照明模块，其特征在于，透镜的出射面包含多个光学元件，该光学元件配置成使平行光式样成形为远光的光式样。
9.根据权利要求1所述的车辆照明模块，其特征在于，平行光式样适合用于来自由雾灯、近光灯、远光灯、静曲灯和日间行车灯组成的群组中的车辆灯。
10.一种车辆前照灯总成，其特征在于，包含: 多个车辆照明模块，每个模块包含透镜和引导入射光通过透镜的LED光源；以及 用于容纳照明模块的外壳， 其中，透镜包括多个透镜元件，该透镜元件配置成将入射光的至少60%透射至平行的车辆光式样。
11.根据权利要求10所述的车辆前照灯总成，其特征在于，外壳具有实质矩形长方体形状。
12.根据权利要求10所述的车辆前照灯总成，其特征在于，每个车辆照明模块包含三个近场透镜元件，每个元件具有不同的焦距。
13.根据权利要求10所述的车辆前照灯总成，其特征在于，与每个车辆照明模块有关的光源和透镜的出射面共同地限定大约50毫米或更小的深度。
14.根据权利要求10所述的车辆前照灯总成，其特征在于，与每个车辆照明模块有关的光源和透镜的出射面共同地限定大约25毫米或更小的深度。
15.根据权利要求10所述的车辆前照灯总成，其特征在于，与每个车辆照明模块有关的透镜的出射面设置成实质圆形的形状。
16.根据权利要求10所述的车辆前照灯总成，其特征在于，与每个车辆照明模块有关的透镜的出射面设置成实质矩形的形状。
17.根据权利要求10所述的车辆前照灯总成，其特征在于，与每个车辆照明模块有关的透镜的出射面包含多个光学元件，该光学元件配置成用于成形平行光式样。
18.根据权利要求11所述的车辆前照灯总成，其特征在于，外壳具有大约1: 8的高度和宽度比。
19.根据权利要求11所述的车辆前照灯总成，其特征在于，外壳具有大约1: 4的高度和宽度比。
20.根据权利要求11所述的车辆前照灯总成，其特征在于，外壳具有大约20至55毫米的高度、大约150至200毫米的宽度和大约20至55毫米的深度。
【文档编号】F21W101/10GK103912833SQ201410005104
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年1月6日 优先权日:2013年1月8日
【发明者】阿伦·库马尔, 摩晒陀·色姆萨若·达萨纳亚克, 艾尔伯托·艾克兰迪尤斯, 布鲁斯·普雷斯顿·威廉姆斯 申请人:福特全球技术公司