技术领域
[0001] 本
发明涉及车辆照明模块，其包括照明单元，该照明单元包含固态照明元件和布置成反射由该固态照明元件发射的光的反射体。
背景技术
[0002] 如今，许多车辆装备有包括诸如LED的固态照明（SSL）元件的照明模块。这样的照明元件是有吸引
力的，因为诸如LED的SSL元件的寿命使得照明元件的更换在
汽车寿命期间内不太可能是必要的。另外，这样的元件可以用于例如通过将SSL元件布置成特定形状，诸如围绕车辆的主照明模块的曲线，为车辆提供与众不同的外观。
[0003] 然而，使用SSL元件产生必须满足例如关于射束形状的严格准则的功能性照明并不是简单明了的，因为由SSL元件制造的发光分布的
指向性质与由
白炽灯泡或
卤素灯泡制造的发光分布相当不同。因此，制造某些功能（诸如例如白天行驶光（DRL）或近光束（low beam））以合规方式产生的基于SSL元件的照明模块不是简单明了的。另外，消费者理解这样的功能性照明功能要具有均匀的外观，使得实现这些光功能的SSL元件和其它光学元件（例如反射体）应该不可见。
[0004] 车辆照明模块的示例在US7980742B2中提供。在该示例中公开的照明模块具有光轴，并且包含至少一个LED、复杂表面类型的反射体、和具有放置在椭圆的弧的两个焦点之间的基本垂直的
母线的圆柱形透镜。该至少一个LED设置成使得其光束具有基本
正交于反射体的几何轴的平均方向，该反射体相对于发光
二极管背面的平面而
定位在所发射的射束侧上。然而，此布置并没有从外部视
角掩盖光学部件，并且可能不那么适合于产生某些射束类型。
发明内容
[0005] 本发明寻求提供一种车辆照明模块，其可以在内部光学元件不可见的情况下制造功能性光束。
[0006] 根据一方面，提供了一种车辆照明模块，其包括照明单元，该照明单元包含固态照明元件；布置成反射由该固态照明元件发射的光的反射体；以及与该反射体相对的透镜阵列，所述透镜阵列包含多个基本竖直的
柱状透镜，其用于在垂直于所述竖直透镜的扩展方向的平面内分布经反射的光，其中该固态照明元件布置成使得所发射的光的至少大部分被引导到该反射体。
[0007] 本发明基于下述见解：诸如DRL或近光束的宽角射束可以通过将SSL元件（诸如LED）的发光输出间接地投射到（包含多个基本竖直的柱状透镜的）透镜阵列上，以统一方式形成。SSL元件使用反射体间接照射透镜阵列与布置成在基本
水平的平面内发散入射照明的基本竖直的柱状透镜的透镜阵列组合，从而提供统一性质的平坦射束。
[0008] 每一个透镜优选地具有在1-8mm的范围内，更优选地在2-5mm的范围内的宽度。这提供了特别统一的发光分布，同时避免了要求大量柱状透镜的昂贵的透镜阵列。
[0009] 每个透镜可以是从透镜阵列的主表面延伸一高度的圆柱形透镜，其中每个透镜具有在1:0.1到1:0.4的范围内的宽高比率。已发现，在此比率之内，透镜阵列能够制造所期望的射束图案，同时满足照明模块的所要求的尺寸。替代地，每一个透镜可以是棱柱型透镜。
[0010] 在
实施例中，透镜阵列尺寸加工成使得经反射的光分布
覆盖整个透镜阵列。换句话说，透镜阵列可以尺寸加工成使得由该反射体产生的投影覆盖整个透镜阵列。
[0011] 为了模仿常规透镜的
曲率，该模块可以包含光轴，其中透镜阵列的主要表面的法向量相对于所述光轴在竖直方向上以在-50到50°范围内的角度成角度。
[0012] 替代地，透镜阵列可以包含面对该反射体的弯曲表面。
[0013] 该反射体可以被加工成形以制造在相对于水平平面的-15到15°的范围内的反射光分布。这例如特别适合于产生遵守近光束的发光分布的规范的射束。这样的反射体可以例如提供发光分布的截止以提供这样的近光束。
[0014] 替代地，如果这样的截止不是期望的，例如当实现DRL时，则照明单元可以另外包含布置成朝着该反射体引导由该固态照明元件发射的光的光导，其中该光导放置成使得该光导不干涉经反射的光。
[0015] 在实施例中，照明单元包含与反射体关联的多个光导，并且包含多个固态照明元件，每一个固态照明元件布置成将光发射到所述光导之一内。这产生了特别明亮的照明单元。
[0016] 替代地，照明单元可以包含：布置成一行的多个反射体，所述光导跨过所述反射体的行延伸，并且所述光导包含用于朝着所述反射体重定向行进穿过该光导的光的光散射结构；以及布置在该光导的相对端部、并且布置成将光发射到所述光导内的一对固态照明元件。这产生了一种可以制造DRL的统一发光分布的车辆照明模块，其要求比反射体少的SSL元件，因此减少模块的成本。
[0017] 在前述实施例中，并且特别是在涉及近光束车辆照明模块的实施例中，反射体可以是具有近焦点和远焦点的椭圆反射体，其中该固态照明元件可以放置在该近焦点上，并且该透镜阵列放置在该近焦点和该远焦点之间或者在该远焦点之外，以便例如在水平平面内创建发散的发光输出。
[0018] 在近光束和DRL实施例两者中，车辆照明模块可以含有多个照明单元以产生期望的射束轮廓，例如，以增加发光强度和/或增加（水平）射束角。
[0019] 例如，车辆照明模块可以包含一对所述照明单元，其中所述照明单元中的一个照明单元的透镜阵列围绕所述单元的光轴沿顺
时针方向旋转第一角度，并且所述照明单元中的另外照明单元的透镜阵列围绕所述另外单元的光轴沿逆时针方向旋转第二角度。该第一角度和该第二角度可以是相同的，例如15°或更小，以便复制在近光束模块中使用的传统弯曲圆形透镜的近光束输出。
[0020] 为了进一步增加发光输出和/或射束扩展，模块可以包含多个所述照明单元，其中该照明单元配合以形成所述照明单元的行、列或网格。
[0021] 在实施例中，所述多个所述照明单元包括：第一照明单元，该第一照明单元包括布置成朝着反射体引导由该固态照明元件发射的光的光导，其中该光导放置在从该反射体到该透镜阵列的光路之外；以及第二照明单元，其中该固态照明元件布置成将光直接发射到反射体上。这样的车辆照明模块可以提供DRL和近光束输出两者，并且因此是特别通用的。
[0022] 所期望的发光输出不一定使用相同类型的照明单元来制造。例如，在实施例中，车辆照明模块另外包含另一单元，该另一单元包含另一固态照明元件、布置成
准直由该另一固态照明元件发射的光的
准直器、以及布置成接收经准直的光的菲涅尔透镜。这样的混合车辆照明模块可以例如用于产生近光束或其它复杂的发光分布，即，射束形状。
附图说明
[0023] 本发明的实施例参考附图更详细地并且通过非限制性示例的方式予以描述，在附图中：
[0024] 图1示意地描绘了根据实施例的车辆照明模块的照明单元；
[0025] 图2描绘了利用图1的照明单元产生的发光分布的图案；
[0026] 图3示意地描绘了根据另一实施例的车辆照明模块的照明单元；
[0027] 图4示意地描绘了根据又一实施例的车辆照明模块的照明单元；
[0028] 图5示意地描绘了用于在根据一个或多个实施例的车辆照明模块中使用的透镜阵列；
[0029] 图6示意地描绘用于在根据一个或多个实施例的车辆照明模块中使用的另一透镜阵列；
[0030] 图7示意地描绘根据另外实施例的车辆照明模块；
[0031] 图8描绘利用图7的车辆照明模块产生的发光分布图案；
[0032] 图9示意地描绘根据又一另外实施例的车辆照明模块；
[0033] 图10描绘利用图9的车辆照明模块产生的发光分布图案；
[0034] 图11示意地描绘根据再一另外实施例的车辆照明模块；
[0035] 图12描绘利用图11的车辆照明模块产生的发光分布图案；
[0036] 图13示意地描绘根据替代实施例的车辆照明模块；
[0037] 图14描绘利用图13的车辆照明模块产生的发光分布图案；
[0038] 图15示意地描绘根据又另一实施例的车辆照明模块；以及
[0039] 图16示意地描绘根据又另一实施例的车辆照明模块。
具体实施方式
[0040] 应理解，附图仅仅是示意性的，并且没有按比例绘制。也应理解，相同的附图标记贯穿附图地用于表示相同或相似的部件。
[0041] 图1示意地描绘了车辆照明模块100的实施例。具体而言，示出了这样的车辆照明模块100的照明单元。该照明单元典型包含至少一个固态照明元件110、反射体120以及透镜阵列130，该透镜阵列包含彼此邻接的多个基本竖直的柱状透镜132。
[0042] 该至少一个固态照明元件110布置成使得它的发光表面面向该反射体120，其中该反射体120布置成朝着该透镜阵列130反射由该至少一个固态照明元件110制造的发光输出。此布置确保了该至少一个固态照明元件110不能够在该车辆照明模块100之外直接观察到，因为该至少一个固态照明元件110没有直接地照射该透镜阵列130；相反，投射到该透镜阵列130上的由该反射体120创建的图像被观察到，从而避免了该至少一个固态照明元件110能够被观察为点源。该至少一个固态照明元件110可以以任何合适的方式实现，例如作为包含无机或有机
半导体层的
发光二极管。在照明单元中多个固态照明元件110的情况下，这些固态照明元件110可以是相同的或者可以是不同的固态照明元件110，例如是创建不同
颜色的固态照明元件110，该颜色可以由反射体120和/或透镜阵列130混合以制造具有特定颜色特性的发光输出。
[0043] 反射体120可以由诸如合适
聚合物的任何合适材料制成，该材料可以承载反射涂层、金属或金属
合金等等。反射体120典型地尺寸加工成创建由该至少一个固态照明元件110制造的发光分布的图像，并且将此图像投射到该透镜阵列130上。在特别有利的实施例中，反射体120和透镜阵列130尺寸加工成使得由反射体120制造的图像覆盖透镜阵列130的整个内表面，即面对该反射体120的表面。在至少一些实施例中，反射体120可以另外尺寸加工成在由该至少一个固态照明元件110制造的发光分布中创建截止。
[0044] 例如，假设该固态照明元件110放置在具有与该基本竖直的柱状透镜132平行地延伸的z轴的
坐标系的原点处，则该反射体120可以布置成截止由该至少一个固态照明元件110制造的、位于此系统XY平面上方的发光分布。这例如产生一发光图案，该发光图案会符合关于车辆的近光束扩展的发光图案的规定。
[0045] 反射体120在一些实施例中可以是椭圆形反射体。椭圆形反射体特征在于具有两个焦点；在光轴105上靠近反射体120的第一焦点，和在该光轴105上更远离该反射体120的第二焦点。结果是，反射体120将朝着该第二焦点聚焦在该第一焦点处产生的光。因此，在第一焦点处放置该至少一个固态照明元件110，和在第一焦点和第二焦点之间或在该第二焦点之外在光轴105上放置透镜阵列130将引起发散的射束入射到透镜阵列130上。
[0046] 透镜阵列130可以由任何合适的材料，例如合适的光学聚合物或玻璃制成。透镜阵列130包含多个邻接的基本竖直的柱状透镜132。在本
申请的上下文中，基本竖直意指柱状透镜132平行于前述z轴布置，或者相对于此轴旋转不超过30°，更优选地不超过20°的角度。
[0047] 基本竖直的柱状透镜132典型地在水平平面（即，前述XY平面）内扩展由反射体120制造的图像，而没有（显著地）在垂直平面内扩展该图像，使得非常平坦的发光分布（诸如近光束扩展）可以由该车辆照明模块100制造。这在图2中演示，其描绘了由图1的车辆照明模块100制造的发光分布，其中反射体120和透镜阵列130配合以截止XY平面上方的由该至少一个固态照明元件110产生的发光输出。这产生了非常平坦的发光分布，即具有少于10°（从0°到-10°）的垂直扩展和超过大约60°（从-30°到30°）的范围的水平扩展的发光分布。此发光分布满足了近光束扩展的要求，从而演示了图1的车辆照明模块100能够在车辆中用作近光束照明模块。
[0048] 在至少一些实施例中，反射体120和透镜阵列130之间的距离是至少10mm，优选地至少30mm，更优选地至少50mm。
[0049] 应理解，车辆照明模块100可以包含这样的照明单元中的一个或多个，它的一些示例实施例将在后面更详细地示出；具体地，车辆照明模块100可以包含多个这样的照明单元，其可以布置成行、列、网格等等，其中该照明单元布置成配合以实现车辆照明模块100的所要求的光学功能。在多个这样的照明单元的情况下，不同的照明单元可以包含相同或不同的固态照明元件110，例如不同颜色的固态照明元件110，以通过使用反射体120和/或透镜阵列130混合不同颜色来制造特定颜色的发光输出。在这样的多个照明单元的情况下，每一个照明单元可以包含单个透镜阵列130的一部分，或者每一个照明单元可以包含一单独的透镜阵列130，其中多个单独的透镜阵列配合以形成模块化的透镜阵列。
[0050] 在图1中，透镜阵列130垂直于照明单元的光轴105地取向，即，透镜阵列130的平面和光轴105之间的角度是90°。然而，会期望将透镜阵列130与光轴105成倾角地放置，即透镜阵列130的平面和光轴105之间的角度小于90°，例如以通过使用多个照明单元来创建弯曲透镜的外观，每一个照明单元的透镜阵列130以不同角度倾斜以创建此光学效果。
[0051] 这样的照明单元的示例如图3所示，该图示出了透镜阵列130相对于z轴倾斜，即远离XY平面地倾斜了一倾角。在此实施例中，透镜阵列的主要表面的法向量相对于所述光轴在竖直方向上以在-50到50°范围内的倾角成角度，不同照明单元具有不同倾角以创建一种给出近似球面透镜的外观的模块化透镜阵列130。
[0052] 替代地，球面透镜的外观可以通过使用如图4所示的弯曲透镜阵列130来创建，其中相应照明单元的不同透镜阵列130组合以创建此外观。
[0053] 透镜132可以具有任何合适形状，不过某些形状是特别优选的，因为它们可以提供由反射体120创建的图像的宽的和统一的水平扩展。特别合适的透镜形状的第一示例示于图5，图5中透镜阵列130包含多个圆柱形柱状透镜132，其中每一个柱状透镜132的弯曲表面可以是球面的或者非球面的表面。每一个透镜132具有高度H和宽度W，该高度从透镜阵列130的主表面测量。该高度H和该宽度W可以根据设计要求独立地优化。例如，对于设计成用作近光束模块的车辆照明模块100而言，当W在1-8mm的范围中、更优选地在2-5mm的范围中选择，并且H选择为使得比率W/H在1:0.1到1:0.4的范围中时，实现了特别好的结果。然而应理解，其它范围也可以是可行的，例如如果车辆照明模块100将实现不同类型的射束。
[0054] 应该另外理解，竖直柱状透镜132的形状并不局限于圆柱形形状。可以设想可以在水平平面内产生由反射体120产生的图像的扩展的任何形状。这样的可替代地成形的透镜132的示例示于图6，其中透镜132具有棱柱形或三角形的形状。
[0055] 如之前提到的，多个照明单元可以组合以形成车辆照明模块100。例如，可能必要的是，组合若干照明单元以实现遵守适用规定的发光输出（射束）。例如，在至少一些管辖区域中，近光束必须具有15°的截止角以便遵守相关规定。
[0056] 实现这样的截止射束的车辆照明模块100的示例在图7中示意地示出。车辆照明模块100包含第一照明单元和第二照明单元，该第一照明单元具有如之前描述的至少一个固态照明元件110、反射体120和透镜阵列130，该第二照明单元具有如之前描述的至少一个固态照明元件110'、反射体120'和透镜阵列130'。第一照明单元和第二照明单元之间的区别是，第一照明单元的透镜阵列130沿逆时针方向围绕光轴105旋转第一角度，并且第二照明单元的透镜阵列130'沿顺时针方向围绕光轴105'旋转第二角度。如果待实现对称的发光分布，则第一角度会与第二角度相同。例如，第一角度和第二角度可以是15°以实现具有15°截止的前述近光束。
[0057] 由此车辆照明模块100制造的发光分布的仿真可以在图8中看到。注意，在此实施例中，没有要求反射体120和反射体120'围绕相应的光轴105和105'旋转以匹配第一透镜阵列130和第二透镜阵列130'的旋转，不过，如果由这些反射体产生的相应图像将以使图像覆盖这些透镜阵列的整个表面的方式被投射到对应透镜阵列上，则以此方式旋转反射体120和反射体120'当然是可行的。替代地，可以调整反射体120和反射体120'的形状以实现此投射。
[0058] 如上面提到的，多个照明单元可以组合以形成本发明的车辆照明模块100。在一些实施例中，这些照明单元可以是相同的，不过可以改变这些照明单元中的至少一些，或者它们的部件（诸如在图7和8的帮助下解释的透镜阵列130）的取向，以实现特定的光学和/或美学效果。在一些其它实施例中，不同类型的照明单元可以组合以实现这样的效果。特别地，具有不同类型的光学布置的不同类型的照明单元可以用于实现期望的发光分布，例如以形成期望的发光分布的不同成分，所述不同成分可以被组合以形成期望的发光分布。例如，在图7中，第一照明单元可以布置成制造发光分布的扩展部分，并且第二照明单元可以布置成制造发光分布的15°截止部分。当组合时，这些照明单元可以制造形式为15°截止近光束图案的发光分布。在图8中，描绘了由照明单元的这种组合产生的仿真的15°截止近光束图案示例。
[0059] 这样的混合车辆照明模块100的另一示例在图9中示意地示出，其中除了在上面描述的照明单元之外，出现另一照明单元，该另一照明单元包含另一固态照明元件110'，该另一固态照明元件110'布置成使得它的发光输出耦入准直器150中，准直器150的发光输出被投射到菲涅尔透镜160上。透镜阵列130可以布置成制造近光束扩展部分，而菲涅尔透镜160可以布置成制造45°截止热点。如之前解释的，透镜阵列130和菲涅尔透镜160在组合时可以制造期望的45°截止近光束扩展，如从图9的车辆照明模块100的仿真发光分布（如图10所示）可以看到。
[0060] 图11示意地描绘车辆照明模块100的另一实施例，其中多个反射体120布置成网格（即，二维阵列），使得由这些反射体120产生的、来自与这些反射体120关联的固态照明元件（该固态照明元件仅仅为了清楚的原因而未示出）的相应图像被投射到单个透镜阵列130上，使得该透镜阵列130制造均匀的发光输出。这样制造的发光分布的仿真在图12中示出。
[0061] 相较于常规近光束照明模块，根据本发明实施例的近光束车辆照明模块100获益于具有与众不同外观的简化设计。特别地，与要求多个投射透镜以实现期望的发光分布（即近光束）的常规透镜系统相比，车辆照明模块100的总复杂性显著降低。
[0062] 此时，注意，车辆照明模块100不仅仅限制于近光束照明模块。例如同样可行的是，改变这样的车辆照明模块100的照明单元内的反射体120的形状和/或该至少一个固态照明元件110的取向，以便
修改由车辆照明模块100产生的射束的形状。
[0063] 例如，车辆照明模块100可以布置成产生DRL（白天行驶光）。实现这样的DRL的车辆照明模块100的示例实施例在图13中示出。在此实施例中，车辆照明模块100还包含光导140，其跨过一行反射体120延伸，固态照明元件110放置在光导140的相对端部，并且布置成使得这些固态照明元件110的发光输出耦入光导140。多个反射体120用于增加由车辆照明模块100创建的发光区域。光导140和固态照明元件110典型地布置在该行反射体120之上，使得光导140和固态照明元件110不干涉由反射体120创建的图像。如前面的，反射体120布置成使得由反射体120产生的图像组合到透镜阵列130上，使得透镜阵列130利用基本竖直的柱状透镜132制造均匀的发光分布。
[0064] 光导140可以产生虚拟2-D
光源。在实施例中，光导140可以位于反射体120的（近）焦点附近。光导140可以由任何合适材料，例如合适光学级聚合物（诸如聚
碳酸酯、PPMA或PET）、玻璃或其相似物制成。光导140可以包含散射结构（未示出），以将光耦出光导140，使得由光导140发射的此光被引导到反射体120。
[0065] 此实施例的特别有吸引力方面是，创建大发光区域的相对大面积的反射体120可以与具有相对小直径的光导140组合，以实现相对紧凑的DRL模块。如前面解释的，反射体120在水平方向和垂直方向两者上扩展光，透镜阵列130如之前解释的基本在水平方向上进一步扩展该光。如此，可以使用相对少的光学部件来实现DRL轮廓。图14描绘了图13的车辆照明模块100的仿真发光输出，从该仿真发光输出可以认出，车辆照明模块100产生符合DRL要求的发光轮廓。
[0066] 为了改进实现DRL的车辆照明模块100的光通量和/或
发光效率，每一个反射体120可以与至少一个光导140关联。示例实施例在图15中示意地示出，其中每一个反射体120与一对光导140关联，每一个光导140与固态照明元件110关联，该固态照明元件布置成将其发光输出耦入所关联的光导140中。如前面的，光导140可以放置在反射体120上方，使得光导140不干涉由相应反射体120创建的图像。因此，由于每一个反射体120与至少一个固态照明元件110关联的事实，每一个反射体120接收更大的光通量，从而改进车辆照明模块100的发光效率和/或光通量。
[0067] 在一些实施例中，车辆照明模块100可以包含不同照明单元，所述不同照明单元实现例如不同射束类型的不同光学功能，从而提供可配置的车辆照明模块100。例如，车辆照明模块100可以包含第一照明单元和第二照明单元，该第一照明单元布置成制造从近光束、远光束和DRL中选择的第一光学功能，该第二照明单元布置成制造从近光束、远光束和DRL中选择的第二光学功能，其中该第一光学功能不同于该第二光学功能。
[0068] 图16示意地描绘了这样的可配置的车辆照明模块100的示例实施例，其中透镜阵列130已经为了清楚的原因而省略；应理解，透镜阵列130在此实施例中仍然出现。该可配置的车辆照明模块100包含一对DRL照明单元和一第二照明单元，每一个该DRL照明单元具有布置成将其发光输出耦入关联的光导140的固态照明元件110，该第二照明单元配置成产生近光束，该第二照明单元包含固态照明元件110'。提供了反射体120的阵列，以朝着透镜阵列（未示出）反射由这些DRL照明单元和该近光束照明单元分别制造的发光输出。一方面的固态照明元件110和另一方面的固态照明元件110'可以独立地控制，使得车辆的驾驶员可以按需选择DRL或近光束。这本身是众所周知的。
[0069] 应注意，上面提到的实施例阐述而非限制本发明，并且本领域的技术人员将能够设计许多可替代实施例而不背离所附
权利要求的范围。在权利要求中，任何置于括号之间的附图标记不应解释为限制该权利要求。词语“包含”并不排除那些在权利要求中列出的元素或步骤之外的元素或步骤的存在。在元件之前的词语“一（a或an）”并不排除多个这样的元件的存在。本发明能够借助包含若干不同元件的
硬件来实现。在枚举若干构件的设备权利要求中，若干的这些构件能够由一个并且相同项的硬件来实施。在互不相同的
从属权利要求中列举某些措施的纯粹事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。
