Низкопрофильные высокоэффективные модули и фары на основе светодиодов для транспортного средства - RU2689079C2
Код документа: RU2689079C2
Чертежи
Описание
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
Данная заявка является частичным продолжением, согласно §120 раздела 35 Кодекса законов США, предварительной заявки на выдачу патента США под порядковым № 13736265, поданной 8 января 2013 года, озаглавленной НИЗКОПРОФИЛЬНЫЕ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ МОДУЛИ И ФАРЫ НА ОСНОВЕ СВЕТОДИОДОВ (СИД) ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (LOW PROFILE HIGHLY EFFICIENT VEHICULAR LED MODULES AND HEADLAMPS), содержимое которой полностью включено в данный документ посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение в целом относится к осветительным модулям и узлам, а конкретнее, к модулям и узлам фары транспортного средства.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Традиционные фары транспортного средства применяют многочисленные компоненты (например, источник света, сборник и распределитель света). Эти фары также подвергаются размерным ограничениям, ассоциативно связанным с профилями линзы, необходимыми для создания требуемой выходной картины освещения (например, картины фары ближнего света, картины фары дальнего света, и т. д.). Эффективность пропускания света также является проблемой, так как традиционные фары транспортного средства не превышают эффективность 50%. Соответственно, эти фары требуют значительного энергопотребления. Отсюда, традиционных вариантов фар с низким профилем и высокой эффективностью пропускания света нет в распоряжении.
Традиционные узлы фар транспортного средства также могут страдать от снижения эффективности пропускания света, когда встроены в эстетические и/или аэродинамические аспекты конструкций транспортного средства. Например, многие транспортные средства требуют узлов фары, чтобы разворачивались или изгибались вверх и назад относительно транспортного средства по водительской и пассажирской стороне транспортного средства. Следовательно, выходные поверхности этих узлов фары часто требуют некоторого изгиба и ориентации, которые мешают эффективному пропусканию света.
Компоненты, модули и узлы фары транспортного средства с высокой эффективностью пропускания и гибкостью профиля конструкции, поэтому, желательны для принятия мер в ответ на эти проблемы. В дополнение, улучшения эффективности пропускания света могут проявляться в лучшей эффективности компоновки благодаря меньшим конструкциям фары транспортного средства.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно одному из аспектов настоящего изобретения, предусмотрен модуль фары транспортного средства, который включает в себя линзу, имеющую множество ближнепольных линзовых элементов, наклонную входную поверхность, выходную поверхность и полость между поверхностями. Модуль фары также включает в себя СИД осветительный модуль, который направляет падающий свет через входную и выходную поверхности. Линзовые элементы выполнены с возможностью распространять из выходной поверхности коллимированную картину освещения, содержащую в себе по меньшей мере 60% падающего света.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения, предусмотрен модуль фары транспортного средства, который включает в себя множество ближнепольных линзовых элементов, входную поверхность, выходную поверхность, имеющую ступенчатую конфигурацию оптических элементов, и полость между поверхностями. Модуль фары также включает в себя СИД источник света, который направляет падающий свет через входную и выходную поверхности. Линзовые элементы выполнены с возможностью распространять коллимированную картину освещения из выходной поверхности, содержащую в себе по меньшей мере 60% падающего света.
Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения, предусмотрен узел фары транспортного средства, который включает в себя множество модулей фары транспортного средства. Каждый модуль фары включает в себя: линзу с наклонной входной поверхностью и выходной поверхностью, оправку, окружающую линзу, и СИД источник света, который направляет свет через входную поверхность. Линза каждого модуля включает в себя множество ближнепольных линзовых элементов, которые выполнены с возможностью распространять по меньшей мере 60% падающего света в коллимированной картине освещения для транспортного средства.
Эти и другие аспекты, цели и признаки настоящего изобретения будут поняты и оценены по достоинству специалистами в данной области техники по изучению следующего описания изобретения, формулы изобретения и прилагаемых чертежей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертежах:
фиг.1 - вид спереди в перспективе осветительного модуля транспортного средства с линзой, имеющей по существу прямоугольную выходную поверхность согласно одному из аспектов этого изобретения;
фиг.1A - вид сзади в перспективе осветительного модуля транспортного средства, изображенного на фиг.1;
фиг.1B - вид в поперечном разрезе осветительного модуля транспортного средства, изображенного на фиг.1, по линии IB - IB;
фиг.1C - вид в поперечном разрезе осветительного модуля транспортного средства, изображенного на фиг.1, по линии IC - IC;
фиг.2 - вид спереди в перспективе осветительного модуля транспортного средства с линзой, имеющей по существу круглую выходную поверхность согласно еще одному аспекту этого изобретения;
фиг.2A - вид сзади в перспективе осветительного модуля транспортного средства, изображенного на фиг.2;
фиг.2B - вид в поперечном разрезе осветительного модуля транспортного средства, изображенного на фиг.2, по линии IIB - IIB;
фиг.2C - вид в поперечном разрезе осветительного модуля транспортного средства, изображенного на фиг.2, по линии IIC - IIC;
фиг.3 - вид спереди в перспективе узла фары транспортного средства, который включает в себя пару осветительного модуля транспортного средства с по существу прямоугольными выходными поверхностями согласно дополнительному аспекту этого изобретения;
фиг.3A - вид сзади в перспективе узла фары транспортного средства, изображенного на фиг.3;
фиг.3B - вид в поперечном разрезе узла фары транспортного средства, изображенного на фиг.3, по линии IIIB - IIIB;
фиг.3C - вид в поперечном разрезе узла фары транспортного средства, изображенного на фиг.3, по линии IIIC - IIIC;
фиг.4 - вид спереди в перспективе узла фары транспортного средства, который включает в себя пару осветительных модулей транспортного средства с по существу круглыми выходными поверхностями согласно дополнительному аспекту этого изобретения;
фиг.4A - вид сзади в перспективе узла фары транспортного средства, изображенного на фиг.4;
фиг.4B - вид в поперечном разрезе узла фары транспортного средства, изображенного на фиг.4, по линии IVB - IVB;
фиг.4C - вид в поперечном разрезе узла фары транспортного средства, изображенного на фиг.4, по линии IVC - IVC;
фиг.5 - вид спереди в перспективе модуля фары транспортного средства с линзой, имеющей по существу шестиугольную выходную поверхность согласно дополнительному аспекту этого изобретения;
фиг.5A - вид сзади в перспективе модуля фары транспортного средства, изображенного на фиг.5;
фиг.5B - торцевой вид спереди модуля фары транспортного средства, изображенного на фиг.5;
фиг.5C - вид в поперечном разрезе модуля фары транспортного средства, изображенного на фиг.5, по линии VC - VC;
фиг.5D - вид в поперечном разрезе модуля фары транспортного средства, изображенного на фиг.5, по линии VD - VD;
фиг.6 - вид спереди в перспективе узла фары транспортного средства на водительской стороне транспортного средства, который включает в себя пару осветительных модулей транспортного средства с по существу шестиугольными выходными поверхностями согласно еще одному аспекту этого изобретения; и
фиг.6A - вид в поперечном разрезе узла фары транспортного средства, изображенного на фиг.6, по линии VIA - VIA.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В целях описания, приведенного в материалах настоящей заявки, термины «верхний», «нижний», «правый», «левый», «задний», «передний», «вертикальный», «горизонтальный» и их производные будут относиться к изобретению в качестве ориентированных на фиг.1. Однако, изобретение может допускать различные альтернативные ориентации, за исключением случаев, когда явным образом указано иное. К тому же, специфичные устройства и процессы, проиллюстрированные на прилагаемых чертежах и описанные в последующем описании являются просто примерными вариантами осуществления обладающих признаками изобретения концепций, определенных в прилагаемой формуле изобретения. Отсюда, специфичные размеры и другие физические характеристики, относящиеся к вариантам осуществления, раскрытым в материалах настоящей заявки, не должны рассматриваться в качестве ограничивающих, если формула изобретения явным образом не заявляет иное.
Фиг.1-1C изображают осветительный модуль 10 транспортного средства с линзой 11 согласно одному из аспектов изобретения. Линза 11 включает в себя множество ближнепольных линзовых элементов 12, входную поверхность 16 (смотрите фиг.1A) и выходную поверхность 18 (смотрите фиг.1). Как показано, выходная поверхность 18 линзы 11 может быть по существу прямоугольной по форме, а входная поверхность 16 по существу круглой по форме. Кроме того, наружные стенки линзы 11 могут быть профилированы, чтобы приспосабливаться к профилю входной поверхности 16 и выходной поверхности 18. В дополнение, линза 11 может быть изготовлена из оптически светопроницаемого материала, такого как поликарбонат, стекло или другие светопроницаемые материалы, с высоким оптическим качеством, и допускающего производство с жесткими допусками. Ближнепольные линзовые элементы 12, входная поверхность 16 и выходная поверхность 18 объединены в линзе 11. Соответственно, линза 11 типично изготовлена из одного куска материала.
Фиг.2-2C изображают осветительный модуль 20 транспортного средства с линзой 21 согласно еще одному аспекту изобретения. Линза 21 включает в себя множество ближнепольных линзовых элементов 22, входную поверхность 26 (смотрите фиг.2A) и выходную поверхность 28 (смотрите фиг.2). Как показано, выходная поверхность 28 линзы 21 может быть по существу круглой по форме, а входная поверхность 26 - по существу круглой по форме. Наружные стенки линзы 21 также могут быть профилированы, чтобы приспосабливаться к по существу круглым входной и выходной поверхностям 26 и 28 соответственно. Кроме того, линза 21 может быть изготовлена из оптически светопроницаемого материала, такого как поликарбонат, стекло или другие светопроницаемые материалы, с высоким оптическим качеством, и допускающего производство с жесткими допусками. Ближнепольные линзовые элементы 22, входная поверхность 26 и выходная поверхность 28 объединены в линзе 21. Соответственно, линза 21 может быть изготовлена из одного куска материала.
Оба осветительных модуля 10, 20 транспортного средства включают в себя светодиодный (СИД) источник света 14, 24(смотрите фиг.1B, 2B), который направляет падающий свет через входную поверхность 16, 26 и из выходной поверхности 18, 28. СИД источник 14, 24 света может быть выбран из различных осветительных технологий с СИД, в том числе, тех, которые испускают свет длин волн, иных, чем белый. Как показано на фиг. 1B и 2B, СИД источник 14, 24 света может быть установлен или иным образом присоединен к линзе 11, 21 в некотором положении поблизости от входной поверхности 16, 26 соответственно. Соответственно, падающий свет из СИД 14, 24 направляется через входную поверхность 16, 26.
Как дополнительно показано на фиг.1-1C и 2-2C, множество ближнепольных линзовых элементов 12, 22 выполнено с возможностью распространять из выходной поверхности 18, 28 линзы 11, 21 коллимированную картину 13, 23 освещения, содержащую в себе по меньшей мере 60% падающего света из СИД источника 14, 24 света. Есть относительно немного аспектов осветительных модулей 10, 20 транспортного средства, которые приводят к потере силы света. Падающий свет из СИД источника 14, 24 света направляется непосредственно на входную поверхность 16, 26. После этого свет перенаправляется и коллимируется множеством ближнепольных линзовых элементов 12, 22 в пределах линзы 11, 21. Нет других поверхностей, которые отражают падающий свет - процесса, который обычно дает в результате потерю 10-20% силы света. Отсюда, общая эффективность пропускания света осветительных модулей 10, 20 транспортного средства превышает 60%.
Ближнепольные линзовые элементы 12, 22 осветительных модулей 10, 20 транспортного средства также применяются, чтобы коллимировать падающий свет из СИД источников 14, 24 света. Падающий свет из СИД источника 14, 24 обычно является ламбертовским по характеру со значительным рассеиванием в различных направлениях. Другими словами, свет исходит и распространяется из источника во всех направлениях - порядка 180 градусов. Ближнепольные линзовые элементы 12, 22 встроены в линзу 11, 24 и функционируют так, чтобы коллимировать падающий свет из СИД источника 14, 24 света. Каждый линзовый элемент 12, 22 может иметь фокусное расстояние, которое отличается от фокусных расстояний других линзовых элементов 12, 22. По существу, эти линзовые элементы 12, 22 могут работать совместно, чтобы коллимировать падающий свет из источников 14, 24. Коллимация до уровней ниже 10 градусов осуществима с этими конструкциями для линзы 11, 21 и линзовых элементов 12, 22.
Как также показано на фиг.1-1C и 2-2C, осветительные модули 10 и 20 транспортного средства могут включать в себя множество оптических элементов 19, 29 вдоль выходной поверхности 18, 28 линзы 11, 21. Оптические элементы 19, 29 выполнены с возможностью преобразовывать коллимированную картину 13, 23 освещения в конкретный профиль в зависимости от применения осветительных модулей 10, 20. Например, оптические элементы 19, 29 могут быть выполнены с возможностью преобразовывать картину освещения, пригодную для использования в качестве фары ближнего света, то есть широкую картину, направленную относительно близко к осветительному модулю 10, 20 транспортного средства, когда он скомпонован в применении фары транспортного средства. В качестве еще одного примера, оптические элементы 19, 29 могут быть выполнены с возможностью преобразовывать картину 13, 23 освещения, пригодную для использования в качестве фары дальнего света, то есть узкой картины, направленной дальше от транспортного средства, чем фара ближнего света. Кроме того, оптические элементы 19, 29 могут быть сконфигурированы внутри осветительных модулей 10, 20 транспортного средства, чтобы преобразовывать картину 13, 23 освещения в противотуманные фонари, фонари ближнего света, дальнего света, со статическим отклонением и/или для движения в дневное время.
Осветительные модули 10, 20 транспортного средства могут быть оптимизированы ввиду возможных компромиссов между эффективностью пропускания света и степенью коллимации. Например, конструкция линзы 11, 21 с одиночным ближнепольным линзовым элементом 12, 22, имеющим прямоугольный проем (например, выходную поверхность 19 прямоугольной формы), как правило, демонстрирует более низкую эффективность пропускания (например, 50% или меньшую). Это в особенности имеет место для некруглых линзовых элементов, таких как ближнепольные линзовые элементы 12. С другой стороны, одиночный ближнепольный линзовый элемент может коллимировать, в некоторых аспектах, падающий свет с ламбертовским характером из СИД источника 14 света до приблизительно 3 градусов в зависимости от размера СИД источника 14 и других соображений (например, показателя преломления линзы 11, 21).
Несмотря на то, что благоприятна большая степень коллимации, в особенности для применений фары дальнего света, может быть полезным спроектировать линзу 11, 21 с множеством линзовых элементов 12, 22 для повышения эффективности пропускания света. Предпочтительно, три или более ближнепольных линзовых элементов 12, 22 встроены внутри линзы 11, 21, чтобы добиваться эффективностей пропускания света порядка 65% или лучше, с уровнями коллимации до 5 градусов или меньшей. Тем не менее, некоторые применения не требуют степени коллимации, необходимой для применения фары транспортного средства. Применения противотуманных фонарей и осветительных приборов для движения в дневное время, например, требуют коллимации всего лишь от 6 до 8 градусов, или меньшей, чем 10 градусов, соответственно. Соответственно, большее количество ближнепольных линзовых элементов 12, 22 может быть сконфигурировано в осветительных модулях 10, 20, когда они применяются в этих менее направленных применениях (например, противотуманных фонарях и фонарях для движения в дневное время) для дополнительного повышения эффективности пропускания света.
Использование множества ближнепольных линзовых элементов 12, 22 в осветительных модулях 10, 20 дает большую степень гибкости проектирования, особенно для низкопрофильных конфигураций. Осветительные модули, имеющие линзы с выходными поверхностями с некруглой формой, как правило страдают от значительной потери эффективности пропускания. В этом случае многочисленные линзовые элементы 12, 22, встроенные в линзу 11, 21 (часто с меняющимися фокусными расстояниями), значительно улучшают эффективность пропускания света осветительных модулей 10, 20 без значительной потери степени коллимации, необходимой для применения, такого как применения фары транспортного средства. Следовательно, осуществимы низкопрофильные конструкции модулей 10, 20 (то есть низкие соотношения геометрических размеров высоты к ширине).
Кроме того, использование цельной конструкции для линзы 11, 21 с встроенными ближнепольными линзовыми элементами 12, 22 дает в результате модули 10, 20, имеющие меньшие профили глубины (в направлении от выходных поверхностей 18, 28 к входным поверхностям 16, 26). СИД источникам 14, 24 света необходимо устанавливаться только в утопленной части линзы 11, 21, не отделенной от входных поверхностей 16, 26 какими бы то ни было дополнительными компонентами. В предпочтительных конфигурациях модулей 10, 20 профиль глубины имеет значение приблизительно 50 мм или меньшее от выходных поверхностей 18, 28 до СИД источников 14, 24 света; ширина имеет значение приблизительно от 80 до 90 мм, а высота имеет значение приблизительно от 40 до 45 мм. Еще конкретнее, профиль глубины модулей 10, 20 имеет значение приблизительно 25 мм или меньшее; ширина имеет значение приблизительно от 80 до 90 мм, а высота имеет значение приблизительно от 20 до 25 мм. Должно быть понятно, однако, что жизнеспособны другие низкопрофильные конфигурации для модулей 10, 20 с размерами, которые отклоняются от вышеизложенной примерной конфигурации.
Со ссылкой на фиг.3-3C, изображен узел 40 фары транспортного средства согласно дополнительному аспекту изобретения с парой примыкающих осветительных модулей 52, 54. Модули 52, 54 могут быть сконфигурированы для применений фар ближнего света и дальнего света. Каждый модуль 52, 54 включает в себя линзу 41 и СИД источник 44 света, который направляет падающий свет из источника 44 света через линзу 41. Как показано, выходная поверхность 48 линзы 41 является по существу прямоугольной по форме, а входная поверхность 46 является по существу круглой по форме. В дополнение, каждая линза 41 включает в себя множество ближнепольных линзовых элементов 42. Эти ближнепольные линзовые элементы 42 выполнены с возможностью распространять из выходной поверхности 48 линзы 41 коллимированную картину 43 освещения, содержащую в себе по меньшей мере 60% падающего света из СИД источника 44 света. Должно быть понятно, что осветительные модули 52 и 54 ближнего света и дальнего света, применяемые узлом 40 фары транспортного средства, действуют и могут быть сконфигурированы образом, подобным осветительному модулю 10 транспортного средства, изображенному на фиг.1-1C (например, линза 41 может иметь три ближнепольных линзовых элемента 42).
Подобным образом, изображен узел 60 фары транспортного средства согласно еще одному аспекту изобретения с парой примыкающих осветительных модулей 72, 74, соответственно, как показано на фиг.4-4C. Модули 72, 74 также могут быть сконфигурированы для применений фар ближнего света и дальнего света. Здесь, каждый модуль 72, 74 включает в себя линзу 61 и СИД источник 64 света, который направляет падающий свет из источника 64 света через линзу 61. Выходная поверхность 68 линзы 61 является по существу круглой по форме, сопоставимой с входной поверхностью 66, также по существу круглой по форме. В дополнение, каждая линза 61 включает в себя множество ближнепольных линзовых элементов 62 (сопоставимых с линзовыми элементами 42 - смотрите фиг.3-3C). Эти ближнепольные линзовые элементы 62 выполнены с возможностью распространять из выходной поверхности 68 линзы 61 коллимированную картину 63 освещения, содержащую в себе по меньшей мере 60% падающего света из СИД источника 64 света. В дополнение, осветительные модули 72 и 74 ближнего света и дальнего света, применяемые узлом 60 фары транспортного средства, могут быть сконфигурированы и могут действовать некоторым образом, подобным осветительному модулю 20 транспортного средства, изображенному на фиг.2-2C (например, линза 61 может иметь три ближнепольных линзовых элемента 62).
Как дополнительно изображено на фиг.3, 3A и 4, 4A, узлы 40, 60 фары включают в себя кожух 50, 70 для размещения осветительных модулей 52, 54 и 72, 74, соответственно. Кожух 50, 70 может быть сконфигурирован по существу в форме прямоугольного параллелепипеда, определенного шириной, 50w, 70w; высотой, 50h, 70h; и глубиной, 50d, 70d. Кожух 50, 70 может быть изготовлен из различных материалов, известных в автомобильной области техники; однако, поверхность, определенная шириной (50w, 70w) и высотой (50h, 70h) кожуха 50, 70 должна быть светопроницаемой, чтобы предоставлять коллимированной картине 43, 63 освещения возможность выходить из кожуха согласно своей намеченной функции (например, коллимированной картине фары ближнего света, коллимированной картине фары дальнего света и т. д.).
Фиг.3-3C и 4-4C также изображают узлы 40 и 60 фары транспортного средства с осветительными модулями 52, 54 и 72, 74, которые включают в себя множество оптических элементов 49, 69 вдоль выходной поверхности 48, 68 линзы 41, 61. Оптические элементы 49, 69 выполнены с возможностью преобразовывать коллимированную картину 43, 63 освещения в конкретный профиль - например, картины фар ближнего света или дальнего света. Кроме того, оптические элементы 49, 69 могут быть сконфигурированы внутри осветительных модулей 52, 54 и 72, 74 транспортного средства, чтобы преобразовывать картину 43, 63 освещения в противотуманные фонари, фонари ближнего света, дальнего света, со статическим отклонением и/или для движения в дневное время, в зависимости от требуемого применения. Предпочтительно, эти кожухи 50, 70 наделены размерами, а модули 52, 54 и 72, 74 сконфигурированы из условия, чтобы соотношение геометрических размеров высоты к ширине кожуха имело значение приблизительно 1:8. Еще предпочтительнее, соотношение геометрических размеров высоты к ширине имеет значение приблизительно 1:4 для кожухов 50, 70. В дополнение, кожухи 50, 70 могут иметь следующие размеры: высоту 50h, 70h приблизительно от 20 до 55 мм; ширину 50w, 70w приблизительно от 150 до 200 мм; и глубину 50d, 70d приблизительно от 20 до 55 мм.
Вышеизложенные варианты осуществления являются примерными. Жизнеспособны другие конфигурации согласно изобретению. Например, линза 11, 21, применяемая в модулях 10, 20, может иметь композицию 12, 22 ближнепольных линзовых элементов с непрерывно меняющимися фокальными расстояниями. Такая конфигурация сопоставима с множеством ближнепольных линзовых элементов. В качестве еще одного примера, выходные поверхности 18, 28 линзы 11, 21 могут отличаться различными профилями при условии, что они могут обеспечивать множество ближнепольных линзовых элементов 12, 22. Также должно быть понятно, что узлы 40, 60 фары могут иметь различные количества и формы осветительных модулей 52, 54, 72, 74 согласно требуемым функциональным возможностям фары. Например, узлы 40, 60 фары могут иметь многочисленные низкопрофильные осветительные модули 52, 54, 72 и/или 74 для данной функции освещения или сигнализации (например, функции ближнего света с двумя осветительными модулями 52). Соответственно, узлы 40, 60 фары могли бы содержать в себе два набора осветительных модулей, каждый из которых предназначен для функциональных возможностей ближнего света и дальнего света.
В еще одном варианте осуществления фиг.5-5D изображают модуль 90 фары транспортного средства с линзой 91. Линза 91 включает в себя множество ближнепольных линзовых элементов 92, входную поверхность 96 (смотрите фиг.5A) и выходную поверхность 98 (смотрите фиг.5). Как показано на этих фигурах, выходная поверхность 98 линзы 91 модуля 90 фары транспортного средства является по существу шестиугольной по форме, а входная поверхность 96 - по существу круглой по форме. Также должно быть понятно, что осуществимы другие профили и конфигурации выходной поверхности 98, в том числе, формы, проиллюстрированные в вышеизложенных других вариантах осуществления этого изобретения.
Вновь со ссылкой на модуль 90 фары транспортного средства, изображенный на фиг.5-5D, наружные стенки линзы 91 могут определять оправку (обрамление) 91a, примерно изображенное с по существу шестиугольным профилем. Оправка 91a может быть профилировано, чтобы приспосабливаться к профилю входной поверхности 96 и выходной поверхности 98. В дополнение, линза 91 может быть изготовлена из оптически светопроницаемого материала, такого как поликарбонат, стекло или другие светопроницаемые материалы, с высоким оптическим качеством, и допускающего производство с жесткими допусками. Ближнепольные линзовые элементы 92, входная поверхность 96 и выходная поверхность 98 объединены в линзе 91. Преимущественно, оправка 91a также может быть встроена в линзу 91 и может содержать оптически светопроницаемый материал, такой как поликарбонат, стекло или другие светопроницаемые материалы. Соответственно, линза 91 и обрамление (оправка) 91a могут быть изготовлены из одного куска материала. Так как модуль 90 фары транспортного средства имеет высокую эффективность пропускания света выше 50%, обрамление 91a также может содержать материалы с низкой или умеренной светопроницаемостью и, в некоторых аспектах, материалы, которые по существу непроницаемы. По существу, обрамление 91a может быть изготовлено в качестве отдельной детали помимо линзы 91 и позже присоединяться к линзе 91 во время сборки модуля 90 фары транспортного средства.
Модуль 90 фары транспортного средства включает в себя СИД источник 94 света (смотрите фиг.5C), который направляет падающий свет через входную поверхность 96 и из выходной поверхности 98. СИД источник 94 света может быть выбран из различных осветительных технологий с СИД, в том числе, тех, которые испускают свет длин волн, иных, чем белый. Как показано на фиг.5C, СИД источник 94 света может быть установлен или иным образом присоединен к линзе 91 в некотором положении поблизости от входной поверхности 96. Конкретное положение, выбранное для СИД источника 94 света относительно входной поверхности 96, может быть оптимизировано, чтобы гарантировать, что уширение пучка для конкретного СИД, применяемого в качестве источника 94 света, эффективно захватывается входной поверхностью 96 с небольшими или отсутствующими потерями светового излучения, которое не попадает на входную поверхность 96. Соответственно, падающий свет из СИД источника 94 света по меньшей мере существенно направляется через входную поверхность 96.
Как дополнительно показано на фиг.5-5D, множество ближнепольных линзовых элементов 92 модуля 90 фары транспортного средства выполнено с возможностью распространять из выходной поверхности 98 линзы 91 коллимированную картину 93 освещения, содержащую в себе по меньшей мере 60% падающего света из СИД источника 94 света. По сравнению с традиционными конструкциями фары транспортного средства, есть относительно немного аспектов модуля 90 фары транспортного средства, которые приводят к потере силы света. Падающий свет из СИД источника 94 света направляется непосредственно на входную поверхность 96. Со ссылкой на фиг.5A, входная поверхность 96 может быть скомпонована в ступенчатой конфигурации, которая разделена на многочисленные криволинейные поверхности, каждая из которых имеет изгиб или профиль, которые соответствуют одному из множества ближнепольных линзовых элементов 92. По существу, свет, который возникает из источника 94, перенаправляется или преломляется входной поверхностью 96 (а точнее, каждой из поверхностей, которые соответствуют ближнепольным линзовым элементам 92). Свет, который возникал из источника 94, далее в линзе 91, затем коллимируется множеством внутренних параболических поверхностей множества ближнепольных линзовых элементов 92 в пределах линзы 91. Каждая из множества внутренних параболических поверхностей линзы 91 соответствует одному из множества ближнепольных линзовых элементов 92. Коллимированный свет в линзе 91 далее выходит из линзы 91 через ее выходную поверхность 98. По существу, нет других поверхностей в пределах модуля 90 фары, которые отражают падающий свет из источника 94 - процесс, который обычно дает в результате 10-20% потери силы света. Отсюда, общая эффективность пропускания света модуля 90 фары транспортного средства превышает 60%.
Как описано ранее, ближнепольные линзовые элементы 92 модуля 90 фары транспортного средства могут применяться, чтобы коллимировать падающий свет из СИД источника 94 света. Падающий свет из СИД источника 94 обычно является ламбертовским по характеру со значительным рассеиванием в различных направлениях. Другими словами, свет исходит и распространяется из источника 94 во всех направлениях - порядка 180 градусов. Ближнепольные линзовые элементы 92 встроены в линзу 91 и функционируют так, чтобы коллимировать падающий свет из СИД источника 94 света. Каждый из множества ближнепольных линзовых элементов 92 может иметь фокусное расстояние, которое отличается от фокусных расстояний других линзовых элементов 92. По существу, эти линзовые элементы 92 могут работать совместно, чтобы коллимировать падающий свет из источников 94. Коллимация до уровней ниже 10 градусов осуществима с этими конструкциями для линзы 91 и линзовых элементов 92.
Как также показано на фиг.5-5D, модуль 90 фары транспортного средства может включать в себя множество оптических элементов 99 вдоль выходной поверхности 98 линзы 91. Оптические элементы 99 выполнены с возможностью преобразовывать коллимированную картину 93 освещения в конкретный профиль в зависимости от применения модулей 90 фары. Например, оптические элементы 99 могут быть выполнены с возможностью преобразовывать картину освещения, пригодную для использования в качестве фары ближнего света транспортного средства, то есть широкую картину, направленную относительно близко к модулю 90 фары транспортного средства. В качестве еще одного примера, оптические элементы 99 могут быть выполнены с возможностью преобразовывать картину 93 освещения, пригодную для использования в качестве фары транспортного средства дальнего света, то есть, узкой картины, направленной дальше от транспортного средства, чем фара ближнего света. Кроме того, оптические элементы 99 могут быть сконфигурированы внутри модуля 90 фары транспортного средства, чтобы преобразовывать коллимированную картину 93 освещения, пригодную для применений противотуманных фонарей, фонарей ближнего света, дальнего света, со статическим отклонением и/или для движения в дневное время.
Согласно одному из аспектов, модуль 90 фары транспортного средства может включать в себя линзу 91, имеющую входную поверхность 96, которая наклонена под углом 96a наклона (смотрите фиг.5B). Угол 96a наклона может быть установлен от -20 до +20 градусов, предпочтительно между -10 и +10 градусами, в зависимости от конкретных эстетических и аэродинамических признаков передней части транспортного средства, содержащего в себе модули 90 фары. Кроме того, обрамление 91a и/или наружный профиль линзы 91 также могут быть наклонены в соответствующей зависимости от угла 96a наклона, ассоциативно связанного с входной поверхностью 96. В противоположность, выходная поверхность 98 и оптические элементы 99 не наклонены относительно угла 96a наклона. Как показано на фиг.5B, выходная поверхность 98 и оптические элементы 99 остаются по существу «соответствующими сетке» относительно проезжей части дороги, по которой едет транспортное средство, содержащее в себе модуль 90 фары транспортного средства. Неожиданно, пропускание света модуля 90 фары транспортного средства по существу не уменьшается уровнем наклона, проиллюстрированным углом 96a наклона.
Преимущество модуля 90 фары транспортного средства с наклонной конфигурацией, как изображенная на фиг.5B, состоит в том, что наружные поверхности модуля 90 могут эффективнее встраиваться в конструкции передней части транспортного средства, имеющие ориентацию вверх, без существенных потерь эффективности пропускания света. Например, как показано на фиг.5B, входная поверхность 96 модуля 90 фары транспортного средства наклонена в направлении вверх по часовой стрелке согласно углу 96a наклона. Как результат, такой модуль 90 фары мог бы быть сконфигурирован на водительской стороне транспортного средства, имеющей конструкцию передней части транспортного средства, которая развертывается в направлении вверх от передней части транспортного средства в заднем направлении транспортного средства. Подобным образом, модуль 90 фары, изображенный на фиг.5B, также мог бы быть применен на пассажирской стороне транспортного средства, имеющей конструкцию передней части транспортного средства, которая развертывается в направлении вниз от передней части транспортного средства в заднем направлении транспортного средства. В некоторых аспектах, входная поверхность 96, обрамление 91a и/или наружный профиль линзы 91 модуля 90 фары могут быть наклонены согласно углу 96a наклона, по существу совместимому с конструкцией передней части транспортного средства. В таких случаях, угол 96a наклона может быть установлен по меньшей мере частично на основании конструкции передней части транспортного средства.
Согласно еще одному аспекту, модуль 90 фары транспортного средства может включать в себя линзу 91, имеющую выходную поверхность 98, имеющую ступенчатую конфигурацию 99a оптических элементов 99 (смотрите фиг.5D). В частности, ступенчатая конфигурация 99a оптических элементов 99 может быть определена по меньшей мере частично углом 99b охвата. Угол 96b охвата может быть установлен от -45 до +45 градусов, предпочтительно между -30 и +30 градусами, в зависимости от конкретных эстетических и аэродинамических признаков передней части транспортного средства, содержащего в себе модули 90 фары. Как показано на фиг.5D, примерный модуль фары транспортного средства сконфигурирован углом охвата приблизительно +20 градусов. Кроме того, обрамление 91a и/или наружная поверхность линзы 91 также может быть развернута в соответствующей зависимости от угла 99b охвата, ассоциативно связанного с выходной поверхностью 98 (смотрите фиг.5). В некоторых аспектах, входная поверхность 96 и СИД источник 94 света не устанавливаются относительно угла 99b охвата, например, как изображено на фиг.5C-5D. Как также показано на фиг.5C-5D, оптические элементы 99 могут быть скомпонованы в ступенчатой конфигурации 99a согласно углу 99b охвата. Преимущественно, пропускание света модуля 90 фары транспортного средства по существу не уменьшается уровнем развертывания, проиллюстрированным углом 96b охвата.
Преимущество модуля 90 фары транспортного средства с развернутой конфигурацией, как изображенная на фиг.5C-5D, состоит в том, что наружные поверхности модуля 90 могут эффективнее встраиваться в конструкции передней части транспортного средства, имеющие боковую для транспортного средства и развертывающуюся назад от транспортного средства ориентацию, без существенных потерь эффективности пропускания света. Например, как показано на фиг.5C-5D, выходная поверхность 98 модуля 90 фары транспортного средства развертывается в заднем направлении против часовой стрелки согласно углу 99b охвата. Как результат, такой модуль 90 фары мог бы быть сконфигурирован на пассажирской стороне транспортного средства, имеющего типичную конструкцию передней части транспортного средства (например, поблизости от капота транспортного средства), которая развертывается в заднем направлении со смещением от положения в направлении от центра транспортного средства к боковой стороне транспортного средства. Также должно быть понятно, что модуль 90 фары транспортного средства, согласно некоторым аспектам, как изображено на фиг.5-5D, может быть сконфигурирован как развернутыми, так и наклонными признаками, заданными углом 99b охвата и углом 96a наклона соответственно.
Модули 90 фары транспортного средства могут быть оптимизированы ввиду возможных компромиссов между эффективностью пропускания света и степенью коллимации. Конструкция линзы 91 с одиночным ближнепольным линзовым элементом 92 в целом демонстрирует более низкую эффективность пропускания (например, 50% или меньшую). Это в особенности имеет место для некруглых линзовых элементов, таких как ближнепольные линзовые элементы 92 с шестиугольным профилем, изображенные на фиг.5B. С другой стороны, одиночный ближнепольный линзовый элемент элемент может очень эффективно коллимировать падающий свет с ламбертовским характером из СИД источника 94 света до приблизительно 3 градусов.
Несмотря на то, что благоприятна большая степень коллимации, в особенности для применений фары дальнего света, может быть полезным спроектировать линзу 91 с множеством линзовых элементов 92для повышения эффективности пропускания света. Предпочтительно, три или более ближнепольных линзовых элементов 92 встроены внутри линзы 91, чтобы добиваться эффективностей пропускания света порядка 65% или лучше, с уровнями коллимации до 5 градусов или меньшей. Тем не менее, некоторые применения не требуют степени коллимации, необходимой для применения фары транспортного средства. Применения противотуманных фонарей и осветительных приборов для движения в дневное время, например, требуют коллимации всего лишь от 6 до 8 градусов, или меньшей, чем 10 градусов, соответственно. Соответственно, большее количество ближнепольных линзовых элементов 92 может быть сконфигурировано в модулях 90 фары, когда они применяются в этих менее направленных применениях (например, противотуманных фонарях и фонарях для движения в дневное время) для дополнительного повышения эффективности пропускания света.
Модуль 90 фары транспортного средства, который изображен в примерной форме в пределах фиг.5-5D, сконфигурирован всего тремя ближнепольными линзовыми элементами 92. Такая конфигурация особенно эффективна в предоставлении высокой эффективности пропускания света для коллимированных картин 93 света фары транспортного средства (например, картин фары ближнего и дальнего света, которые удовлетворяют федеральным постановлениям США), созданных модулями 90, имеющими выходную поверхность 98 с шестиугольным профилем. В некоторых конфигурациях модуля фары, имеющих прямоугольную, эллиптическую или шестиугольную выходные поверхности 98 с высокими соотношениями геометрических размеров, количество ближнепольных линзовых элементов 92 может находиться в диапазоне от 3 до приблизительно 10 ближнепольных элементов. Соответственно, множество ближнепольных элементов 92 может включать в себя 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 или 10 ближнепольных элементов. Еще большие количества ближнепольных линзовых элементов могут применяться в множестве ближнепольных элементов 92 для улучшения эффективности пропускания света, но современные технологии производства для линзы 91, в зависимости от материала, выбранного для линзы, могут ограничивать верхнюю границу этого диапазона.
Использование множества ближнепольных линзовых элементов 92 в модулях 90 фары дает большую степень гибкости проектирования, особенно для низкопрофильных конфигураций. Модули фары транспортного средства, имеющие линзы с выходными поверхностями с некруглым профилем, такими как выходные поверхности 98 с шестиугольным профилем, и обрамление 91a, изображенные на фиг.5 и 5B, как правило, страдают от значительной потери эффективности пропускания. Здесь, использование множества ближнепольных линзовых элементов 92, встроенных в линзу 91 (часто с меняющимися фокусными расстояниями), значительно улучшает эффективность пропускания света модулей 90 фары без значительной потери степени коллимации, необходимой для применения, такого как применения фары транспортного средства. Следовательно, осуществимы низкопрофильные конструкции модулей 90 (то есть, низкие соотношения геометрических размеров высоты к ширине).
Кроме того, использование цельной конструкции для линзы 91 с встроенными линзовыми элементами 92 и обрамлением 91a в некоторых реализациях дает в результате модули 90 фары, имеющие меньшие профили глубины (то есть, в качестве определенных расстоянием между выходными поверхностями 98 и входными поверхностями 96 или СИД источником 94 света). СИД источникам 94 света необходимо устанавливаться только в утопленной части линзы 91, не отделенной от входных поверхностей 96 какими бы то ни было дополнительными компонентами. В предпочтительных конфигурациях модулей 90 фары транспортного средства, профиль глубины имеет значение приблизительно 50 мм или меньшее от выходных поверхностей 98 до СИД источников 94 света; ширина модуля имеет значение приблизительно от 80 до 90 мм, а высота модуля имеет значение приблизительно от 40 до 45 мм. Еще конкретнее, профиль глубины модулей 90 имеет значение приблизительно 25 мм или меньшее; ширина имеет значение приблизительно от 80 до 90 мм, а высота имеет значение приблизительно от 20 до 25 мм. Должно быть понятно, однако, что жизнеспособны другие низкопрофильные конфигурации для модулей 90 фары с размерами, которые отклоняются от вышеизложенной примерной конфигурации.
Со ссылкой на фиг.6-6A, изображен узел 100 фары транспортного средства согласно дополнительному аспекту изобретения с парой примыкающих модулей 102, 104 фары соответственно. Модули 102, 104 могут быть сконфигурированы в пределах узла 100 согласно модулям 90 фары транспортного средства для применений фары ближнего света и дальнего света согласно вышеизложенному описанию. Каждый модуль 102, 104 включает в себя линзу 91 и СИД источник 94 света, который направляет падающий свет из источника 94 света через линзу 91. В некоторых аспектах узла 100, каждый модуль 102, 104 сконфигурирован теплоотводом 105 для рассеяния тепловой энергии, ассоциативно связанной с СИД источником 94 света.
Как также показано на фиг.6-6A, выходная поверхность 98 линзы 91, ассоциативно связанной с каждым из модулей 102, 104 фары транспортного средства соответственно, является по существу шестиугольной по форме, тогда как входная поверхность 96 является по существу круглой по форме. В дополнение, каждая линза 91 включает в себя множество ближнепольных линзовых элементов 92. В некоторых аспектах эти ближнепольные линзовые элементы 92 выполнены с возможностью распространять из выходной поверхности 98 линзы 91 коллимированную картину 93 освещения, содержащую в себе по меньшей мере 60% падающего света из СИД источника 94 света. Должно быть понятно, что модули 102 и 104 фары ближнего света и дальнего света, применяемые узлом 100 фары транспортного средства, действуют и могут быть сконфигурированы образом, подобным модулям 90 фары транспортного средства, изображенным на фиг.5-5D (например, линза 91 может иметь три ближнепольных линзовых элемента 92).
Фиг.6-6A также изображают узлы 100 фары транспортного средства с модулями 101, 104 фары транспортного средства, соответственно, которые включают в себя множество оптических элементов 99 вдоль выходной поверхности 98 линзы 91. Оптические элементы 99, ассоциативно связанные с модулями 102, 104, соответственно, могут быть выполнены с возможностью, в некоторых вариантах осуществления, преобразовывать картины 93a, 93b освещения в картины фар ближнего света и дальнего света соответственно. В других вариантах осуществления оптические элементы 99 могут быть сконфигурированы внутри модулей 102, 104 фары транспортного средства, чтобы преобразовывать картины 93a, 93b освещения соответственно в картины освещения, пригодные для применения противотуманных фонарей, фонарей ближнего света, дальнего света, со статическим отклонением и/или для движения в дневное время. Предпочтительно, эти узлы 100 фары транспортного средства сконфигурированы внутри кожуха 110, который наделен размерами, а модули 102, 104 сконфигурированы из условия, чтобы соотношение геометрических размеров высоты к ширине кожуха 110 имело значение приблизительно 1:8. Еще предпочтительнее, отношение высоты к ширине кожуха 110 имеет значение приблизительно 1:4. В дополнение, узлы 100 фары могут быть сконфигурированы кожухом 110, который имеет следующие основные размеры: высоту приблизительно от 20 до 55 мм; ширину приблизительно от 150 до 200 мм; и глубину приблизительно от 20 до 55 мм.
Вновь со ссылкой на фиг.6-6A, узел 100 фары транспортного средства и его модули 102, 104 фары транспортного средства могут эффективно встраиваться согласно эстетическим и/или аэродинамическим признакам транспортного средства (не показано), содержащим в себе узел 100. Как показано в примерной форме на фиг.6-6A, узел 100 фары транспортного средства выполнен с возможностью содержать в себе модули 102, 104 фары транспортного средства для ближнего и дальнего света соответственно, и как правило ориентирован на водительской стороне транспортного средства. Каждый из модулей 102, 104 фары скомпонован с линзой 91, имеющей выходные поверхности 88, которые по отдельности имеют угол 99b охвата, который как правило соответствует развертке и изгибу, демонстрируемым узлом 100, в то время как он установлен в пределах транспортного средства. Хотя не показано на фиг.6-6A, каждый из модулей 102, 104 фары транспортного средства, установленных в узле 100, может иметь линзу 91, имеющую входную поверхность 96, которая наклонена согласно углу 96a наклона. По существу, конфигурационные аспекты наклона и развертки модулей 102, 104 способствуют конструкции для узла 100 фары, которая преимущественно отвечает требованиям аэродинамических и/или эстетических аспектов передней конструкции транспортного средства без заметной потери эффективности пропускания света или коллимации.
Различные варианты и модификации могут быть произведены в отношении вышеупомянутой конструкции, не отходя от концепций настоящего изобретения. Кроме того, подразумевается, что такие концепции должны охватываться последующей формулой изобретения, если в этой формуле изобретения в явном виде не указано иное.
Реферат
Предложен модуль фары транспортного средства, который включает в себя линзу, имеющую множество ближнепольных линзовых элементов, наклонную входную поверхность, выходную поверхность и полость между поверхностями. Модуль фары также включает в себя светодиодный (СИД) осветительный модуль, который направляет падающий свет через входную и выходную поверхности. Линзовые элементы выполнены с возможностью распространять из выходной поверхности коллимированную картину освещения, содержащую в себе по меньшей мере 60% падающего света. В некоторых вариантах осуществления выходная поверхность включает в себя ступенчатую конфигурацию оптических элементов. В других реализациях предложен узел фары, который включает в себя множество модулей фары транспортного средства. Каждый модуль фары включает в себя: линзу с наклонной входной поверхностью и выходной поверхностью, оправку, окружающую линзу, и светодиодный (СИД) источник света, который направляет свет через входную поверхность. Линза каждого модуля включает в себя множество ближнепольных линзовых элементов. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.
