ВСТРАИВАЕМЫЙ ОСВЕТИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ Российский патент 2015 года по МПК F21V5/00 F21S8/12 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к встраиваемому осветительному узлу и автомобильному фарному устройству.

Характеристика предшествующего уровня техники

В осветительных узлах, используемых, например, в автомобильных приложениях, конкретное требование заключается в том, что линия «отсечки» света, выдаваемого осветительным узлом, между светлой и темной зонами должна удовлетворять определенным нормам. Кроме того, эта линия отсечки между светлой и темной зонами должна быть приспосабливаемой. Весь луч света, выдаваемый осветительным узлом, должен быть регулируемым, например, для того, чтобы создавать ближний свет для освещения области прямо перед транспортным средством и дальний свет для продления освещенной зоны. В некоторых ситуациях, таких как вхождение в поворот, также желательна приспособляемость выдаваемого света, чтобы зона на повороте была лучше освещенной, результатом чего является безопасность. Кроме того, может оказаться выгодным влияние на количество света на переднем плане диаграммы направленности, т.е. в области луча, ближайшей к транспортному средству, в зависимости от условий дорожного движения и/или местности, погодных условий и т.д.

Ближний свет и дальний свет обычно генерируются с использованием отдельных источников света в двух отдельных осветительных приборах. При использовании обыкновенных ламп накаливания, в общем случае устанавливают два осветительных прибора в непосредственной близости к фарному устройству и придают этим приборам такую конфигурацию, что дальний свет и ближний свет правильно проецируются в релевантные области перед транспортным средством. Хотя оптические системы фар не используют действительно «изображающую» оптику, обычно один край источника или край защитного элемента «изображается», чтобы получить требуемую отсечку для расширения луча. Качество лучей света должно удовлетворять определенным требованиям. Например, формы или контуры лучей света, которые должны проецироваться на вертикальную поперечную плоскость, находящуюся на стандартном расстоянии от фары, составляющем, например, 25 метров, охватываются национальными и международными техническими требованиями, такими, как стандарт ECE R112 (Европейской экономической комиссии).

Осветительные приборы или осветительные узлы, где используются полупроводниковые источники света, такие как кристаллы со светоизлучающими диодами (СИДами), становятся популярнее, поскольку достижения в технологии привели к экономичным, да еще и очень ярким полупроводниковым источникам света. Поскольку полупроводниковые источники света компактны, было бы удобно объединить два таких источника света для двух разных функций лучей в одно-единственное устройство. Однако известные решения не показали удовлетворительных результатов. Поскольку свет из каждого источника света направляется к одиночному оптическому элементу, физическое разделение между двумя источниками также изображается и появляется как «зазор» между проецируемыми лучами, например, как темная зона между ближним светом и дальним светом. Даже минимальный зазор между изображениями источников света приводит к видимому зазору в расширении лучей. Это может оказаться угрозой безопасности при вождении, поскольку в этой области водителю, по существу, ничего не видно. В частности, критичной оказывается область обочины и бордюра до бока транспортного средства, поскольку тогда пешеходы, животные или опасности в этой области, по существу, не видны водителю. Кроме того, ввиду «совместного использования» вспомогательной оптики, она обязательно должна быть больше, и все устройство оказывается почти таким же большим, как устройство, имеющее отдельные оптические системы для каждой функции, так что преимущество компактного источника света утрачивается. Оптический элемент можно было бы спроектировать с возможностью искажения лучей, чтобы закрыть этот зазор, но такое искажение неизбежно обладает вредным влиянием на линию отсечки между светлой и темной зонами, которая тогда может больше не удовлетворять требованиям. Помимо этого, любые меры по коррекции оптического элемента оказывают негативное влияние на оба луча, так что управляемая коррекция отдельных лучей нежизнеспособна.

Поэтому задача изобретения состоит в том, чтобы разработать усовершенствованное осветительное устройство, которое не страдает вышеупомянутыми проблемами.

Краткое изложение существа изобретения

Задача изобретения решается посредством встраиваемого осветительного узла по п.1 формулы изобретения и автомобильного фарного устройства по п.13 формулы изобретения.

В соответствии с изобретением, встраиваемый осветительный узел содержит оптическое устройство, первый источник света для генерирования первого луча света и первый коллиматор для направления первого луча в оптическое устройство, и второй источник света для генерирования второго луча света и второй коллиматор для направления второго луча в оптическое устройство, причем коллиматоры расположены так, что коллиматор с одной стороны от оптической оси осветительного узла направляет свой луч света, по существу, в область оптического устройства с другой стороны от оптической оси, так что первый луч пересекает второй луч перед прибытием в оптическое устройство, т.е. первый и второй лучи направляются в существенно обособленные области оптического устройства. Тем самым воплощается оптическое устройство, способное манипулировать первым и вторым лучами света, создавая выходящий ближний свет и выходящий дальний свет таким образом что выходящий ближний свет и выходящий дальний свет, по меньшей мере, частично перекрываются в области перекрытия в плоскости проекции, находящейся на заранее определенном расстоянии от встраиваемого осветительного узла. «Плоскость проекции» следует понимать как виртуальную плоскость или экран на стандартном расстоянии от встраиваемого осветительного устройства, вследствие чего это расстояние зависит от приложения, для которого используется встраиваемое осветительное устройство. Например, для приложения, связанного с автомобильными фарами, стандарт ECE R112, упоминавшийся во вводной части, требует, чтобы такая виртуальная плоскость проекции располагалась вертикально перед транспортным средством, поперек направления движения и на нормальном расстоянии 25 м от устройства фар.

Очевидное преимущество встраиваемого осветительного узла в соответствии с изобретением заключается в том, что область перед транспортным средством всегда освещена оптимально при отсутствии какого бы то ни было темного или «неосвещенного» зазора между двумя выходящими лучами. Отметим также, что этого можно достичь при отсутствии отдельных блоков, например, для устройств «ближнего света» и «дальнего света». Это устраняет потребность в тщательной ориентации отдельных осветительных приборов, которая требуется для известных решений. Разделение первого и второго лучей, когда те прибывают в оптическое устройство, дает этому оптическому устройству возможность раздельного манипулирования выходящими лучами для создания желаемой области перекрытия в плоскости проекции. Кроме того, поскольку выходящий ближний свет и выходящий дальний свет воплощаются с помощью одного-единственного оптического устройства, все встраиваемое осветительное устройство в целом можно воплотить экономичным образом.

В соответствии с изобретением, автомобильное фарное устройство содержит такой встраиваемый осветительный узел. При наличии встраиваемого осветительного узла согласно изобретению, появляется возможность структурировать луч для каждой функции луча и по-прежнему получать компактную оптическую систему, которая привлекательна для экономичных решений, связанных со светодиодными фарами.

В зависимых пунктах формулы изобретения и нижеследующем описании раскрыты конкретно предпочтительные варианты осуществления и признаки изобретения. Признаки вариантов осуществления можно объединять подходящим образом, приходя к дополнительным вариантам осуществления.

В нижеследующем тексте - без какого бы то ни было ограничения изобретения - для некоторых воплощений можно предположить, что первый и второй коллиматоры расположены один над другим, так что первый и второй лучи проецируются один над другим. В этом случае, один коллиматор можно назвать «верхним» коллиматором, а другой можно назвать «нижним» коллиматором. Кроме того, из соображений простоты, первый выходящий луч в нижеследующем тексте может именоваться «нижним» лучом, а второй выходящий луч может именоваться «верхним» лучом. В некоторых воплощениях, которые будут описаны ниже, коллиматоры могут быть расположены симметрично вокруг оптической оси оптического устройства.

Встраиваемое осветительное устройство в соответствии с изобретением можно использовать для упрощения преломления или отклонения света из первого источника света в оптическом устройстве (также называемом «вспомогательной оптикой» в нижеследующем тексте) с целью создания первого выходящего луча, и - аналогичным образом - для преломления или отклонения света из второго источника света с целью создания второго выходящего луча. Вместе с тем, может оказаться выгодным манипулирование первым и вторым лучами таким образом, что первый и второй выходящие лучи будут удовлетворять определенным функциональным требованиям. Следовательно, в предпочтительном варианте осуществления изобретения оптическое устройство встраиваемого осветительного узла содержит расширяющий элемент для горизонтального расширения любого света, падающего на расширяющий элемент, и/или сдвигающий элемент для вертикального сдвига любого света, падающего на сдвигающий элемент. Вспомогательная оптика может быть частично закрыта этими дополнительными функциональными элементами, или они могут, по существу, полностью закрывать вспомогательную оптику.

В автомобильных приложениях, для освещения нижней области перед транспортным средством используется ближний свет или противотуманный свет. Желательно освещать как можно более широкую область, в частности, освещать сторону дороги ближе к обочине. Поэтому в конкретно предпочтительном варианте осуществления изобретения, расширяющий элемент воплощен с возможностью расширения, по меньшей мере, части первого луча света перед манипулированием посредством оптического устройства таким образом, что первый выходящий луч проецируется, создавая две перекрывающиеся области первого луча в плоскости проекции. Эти области первого луча содержат, по существу, более широкий, более «растянутый» ближний свет, а также не подвергнутый манипулированию ближний свет.

В автомобильных приложениях, дальний свет в предпочтительном варианте не только направлен кверху, но и - частично - книзу, так что дорога освещается хорошо. Поэтому в конкретно предпочтительном варианте осуществления изобретения сдвигающий элемент воплощен с возможностью сдвига, по меньшей мере, части второго луча перед манипулированием посредством оптического устройства таким образом, что второй луч проецируется, создавая две перекрывающиеся области второго луча в плоскости проекции. Следовательно, подвергнутую манипулированию часть дальнего света можно «прижать книзу», чтобы перекрыть область ближнего света, а не подвергнутую манипулированию часть дальнего света можно оставить выделяемой для освещения большей области перед транспортным средством.

В одном варианте осуществления изобретения, оптическое устройство предпочтительно содержит проекционную линзу. Сдвигающий элемент и/или расширяющий элемент можно воплотить путем установки или крепления микроструктур подходящей формы на задней поверхности линзы (т.е. на стороне линзы, обращенной к источникам света). Эти микроструктуры действуют, генерируя оптимальную форму света для каждой функции. Например, в предпочтительном варианте осуществления изобретения, сдвигающий элемент содержит множество призматических элементов, установленных на проекционной линзе и выполненных с возможностью вертикального сдвига света, падающего на сдвигающий элемент, перед преломлением посредством проекционной линзы. Ряд таких призматических элементов можно прикрепить к некоторой области линзы и выполнить, например, с возможностью сдвига света от оптической оси перед преломлением посредством проекционной линзы. Эти призматические элементы можно использовать для сдвига части дальнего света, например, в направлении книзу таким образом, что зона, освещенная дальним светом, содержит две области дальнего света, и это дает более оптимальную рабочую характеристику дальнего света.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения, расширяющий элемент содержит множество цилиндрических линзовых элементов, установленных на проекционной линзе и выполненных с возможностью преломления и горизонтального расширения света, падающего на расширяющий элемент, перед преломлением посредством проекционной линзы. Например, ряд полуцилиндрических линз может быть прикреплен к одной области проекционной линзы, чтобы преломлять и горизонтально расширять входящий луч света перед преломлением посредством проекционной линзы, например, с целью, по меньшей мере, частичного расширения ближнего света, так что зона, освещаемая ближним светом, содержит две области ближнего света, и это дает более оптимальную рабочую характеристику ближнего света.

В альтернативном варианте, оптическое устройство может содержать отражатель, ограждающий коллиматоры и открытый на одном конце для обеспечения направления лучей света наружу. Во встраиваемом осветительном устройстве, где используется отражатель, сдвигающий элемент и/или расширяющий элемент может быть сформирован путем манипулирования поверхностью отражателя, например, путем создания граней подходящей формы в определенных областях отражателя. Во встраиваемом осветительном устройстве, воплощенном с использованием отражателя, а не линзы, коллиматоры необязательно расположены симметрично относительно оси отражателя, а сам отражатель можно воплотить асимметричным образом.

Разделение лучей по прибытии во вспомогательную оптику желательно в целях придания лучам оптимальной формы.

Разделение лучей можно получить посредством ряда способов. Как упоминалось выше, встраиваемый осветительный узел содержит коллимационное устройство, в котором коллиматоры расположены таким образом, что коллиматор с одной стороны от оптической оси осветительного узла направляет свой луч, по существу, в область оптического устройства с той же стороны от оптической оси встраиваемого осветительного узла таким образом, что первый луч и второй луч перекрываются не более чем на 20°, предпочтительнее - не более чем на 15°, наиболее предпочтительно - не более чем на 10° при перекрытии первого и второго лучей перед прибытием в оптическое устройство, и при этом область перекрытия в плоскости проекции соответствует перекрытию первого и второго лучей. Придавая коллиматорам надлежащую форму, можно достичь того, что оптическую ось пересечет малое количество света, либо пересечения не будет вообще. Этого оптимального частичного разделения лучей на вспомогательной оптике можно достичь путем использования «двухполостного» коллиматора, имеющего лишь тонкую разделительную стенку между двумя соседними полостями, т.е. два коллиматора можно воплотить, по существу, как единственный объект. Поэтому в предпочтительном варианте первый и второй коллиматоры воплощают как двухполостную структуру с общей разделительной стенкой, вследствие чего коллиматор содержит, по существу, параболическую внешнюю стенку, а эта параболическая внешняя стенка содержит фокальную точку вблизи общей разделительной стенки. Преимущество таких воплощений над известными решениями заключается в том, что специальные почти мундштучные коллиматоры обеспечивают благоприятное направленное частичное разделение лучей, исходящих из двух источников света. Это приводит к соответствующему частичному разделению на вспомогательной оптике. В этих зонах лучам для выполнения двух раздельных функций света (например, дальнего света, ближнего света) можно придавать форму по отдельности, тогда как область перекрытия обеспечивает более

компактную систему фар.

Разделение лучей можно получить альтернативным образом. Поэтому в еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретения встраиваемый осветительный узел содержит коллимационное устройство, в котором коллиматоры расположены таким образом, что коллиматор с одной стороны от оптической оси осветительного узла направляет свой луч, по существу, в область оптического устройства с другой стороны от оптической оси, так что первый луч пересекает второй луч перед прибытием в оптическое устройство. Иными словами, «верхний» коллиматор выполнен с возможностью направлять свой луч света в «нижнюю» область вспомогательной оптики, а «нижний» коллиматор выполнен с возможностью направлять свой луч света в «верхнюю» область вспомогательной оптики. Лучи света, проходящие через фокальную точку вспомогательной оптики, будут покидать вспомогательную оптику, по существу, параллельным образом. Иными словами, для этого воплощения «пересекающихся лучей», свет «в» фокальной плоскости, который испускается из выходного отверстия для света коллиматора, будет эффективно проецироваться оптическим устройством, создавая «изображение» этого выходного отверстия для света. Поэтому в приложении, связанном с дальним светом и ближним светом, «верхний» источник света можно использовать для генерирования ближнего света, а «нижний» источник света можно использовать для генерирования дальнего света. Это воплощение довольно выгодно, поскольку оказывается возможным благоприятное упрощение конструкции коллиматоров. Источники света, а точнее, выходные отверстия для света коллиматоров, изображаются на виртуальном экране или в плоскости проекции. Чтобы получить желаемое перекрытие в плоскости проекции, вспомогательную оптику можно изменить путем введения дополнительного функционального элемента, например призматического элемента, для сдвига части ближнего света кверху или части дальнего света книзу с получением желаемой области перекрытия.

Однако в предпочтительном варианте осуществления изобретения, области перекрытия в плоскости проекции получают путем надлежащего манипулирования первым и вторым лучами перед тем, как они прибывают во вспомогательную оптику. Поэтому в конкретно предпочтительном варианте осуществления встраиваемый осветительный прибор содержит коллимационное устройство, в котором коллиматоры расположены так, что первый и второй лучи пересекаются, по меньшей мере, частично в фокальной плоской области перекрытия в фокальной плоскости оптического устройства, так что область перекрытия в плоскости проекции соответствует этой фокальной плоской области перекрытия.

Большее перекрытие лучей в фокальной плоскости будет связано с большей областью перекрытия в плоскости проекции или на проекционном экране. Вместе с тем, вообще говоря, желательно иметь отличающиеся выходящие лучи с отличающимися освещенными зонами и узкую область перекрытия в плоскости проекции. В предпочтительном варианте, лучи света, выходящие из коллиматоров, должны лишь немного перекрываться в фокальной плоскости. Кроме того, поскольку исходящий из коллиматора свет в фокальной плоскости будет эффективно использоваться для создания «изображения» источника света, как упоминалось выше, в дополнительном предпочтительном варианте осуществления изобретения встраиваемый осветительный узел содержит коллимационное устройство, в котором выходные отверстия для света первого коллиматора и второго коллиматора находятся в непосредственной близости к фокальной плоскости оптического устройства. Здесь термин «непосредственная близость» следует понимать как означающий, что лучи лишь немного перекрываются в фокальной плоскости. Фактическое расстояние между выходными отверстиями для света и фокальной плоскостью будет зависеть от размеров встраиваемого осветительного устройства и приложения, для которого оно предназначено. Например, при использовании светодиодных источников света в коллиматорах на отрезке 10 мм для автомобильного фарного устройства, обеспечивающего дальний свет и ближний свет, это расстояние предпочтительно составляет 2 мм, предпочтительнее - 1 мм, наиболее предпочтительно - 0,5 мм.

Чтобы обеспечить пересечение лучей, можно расположить коллиматоры под углом друг к другу. Однако с точки зрения изготовления, может оказаться предпочтительной и более экономичной установка обоих источников света на общем, по существу, плоском держателе, а не иметь два держателя, расположенные под углом. Поэтому в предпочтительном варианте осуществления изобретения встраиваемое осветительное устройство содержит коллимационное устройство, в котором призматический элемент установлен на выходное отверстие для света одного или обоих коллиматоров. Такой призматический элемент предпочтительно воплощен с возможностью преломления луча света к оптической оси, обеспечивая перекрытие первого и второго лучей и при этом обеспечивая установку источников света на общий плоский держатель.

Можно использовать любой подходящий источник света, который достаточно мал и ярок и который может быть частично огражден коллиматором. Однако в конкретно предпочтительном варианте осуществления встраиваемого осветительного узла в соответствии с изобретением, источник света содержит светодиодный источник. Существуют очень яркие тонкопленочные «белые» СИДы, например, СИД Luxeon® Altilon. Ни в коей мере не ограничивая изобретение, отметим, что первый и/или второй лучи можно генерировать с помощью одного или более таких источников света, скомпонованных в функциональных группах. Например, можно осуществлять возбуждение светодиодной матрицы в соответствующем коллимационном устройстве для генерирования объединенного луча света.

Коллиматору, ограждающему источник света для воплощения, в котором лучам света, пересекающимся перед прибытием во вспомогательную оптику или оптическое устройство, можно придавать форму любым подходящим образом. Например, стенки коллиматора можно расположить так, чтобы получалось прямоугольное поперечное сечение (вследствие чего соответствующий луч оказывается также, по существу, прямоугольным в поперечном сечении), и эти стенки могут иметь сужающуюся форму, параллельную форму, и т.д. В предпочтительном варианте, стенкам коллиматора придана дугообразная форма, дающая луч света, который, по существу, сохраняет свое поперечное сечение перед прибытием во вспомогательную оптику. Стенки коллиматоров предпочтительно являются достаточно тонкими, так что когда коллиматоры расположены под углом, касаясь или почти касаясь (для обеспечения пересечения лучей), выходные отверстия для света располагаются как можно ближе друг к другу. Следовательно, предпочтительной является толщина стенки коллиматора примерно от 0,1 мм до 1 мм. Коллиматору для направления своего луча света в область вспомогательной оптики на той же стороне от оптической оси предпочтительно придают форму, результатом которой является зона перекрытия первого и второго лучей, составляющая не более чем 20°, как описано выше. Длину коллиматора можно выбирать в соответствии с системой, в которую его встраивают. Например, можно было бы использовать короткий коллиматор с длиной примерно 6 мм, или длинный коллиматор с длиной примерно 18 мм. Предпочтительно, для автомобильного приложения, такого как встраиваемое осветительное устройство для фары, коллиматор предпочтительно содержит почти мундштучный коллиматор с длиной порядка 12 мм, например 10-14 мм.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлено схематическое изображение автомобиля с известным фарным устройством, проецирующим дальний свет и ближний свет на виртуальный проекционный экран;

на фиг.2а представлено схематическое изображение известного осветительного устройства для проецирования дальнего света и ближнего света на виртуальный проекционный экран;

на фиг.2b представлено схематическое изображение еще одного известного фарного устройства для проецирования дальнего света и ближнего света на виртуальный проекционный экран;

на фиг.3 представлено схематическое изображение встраиваемого осветительного устройства в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;

на фиг.4 представлено схематическое изображение встраиваемого осветительного устройства в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения;

на фиг.5 представлено схематическое изображение встраиваемого осветительного устройства;

на фиг.6 представлено схематическое изображение встраиваемого осветительного устройства в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения;

на фиг.7 показана проекционная линза с дополнительными функциональными элементами для использования во встраиваемом осветительном устройстве в соответствии с изобретением;

на фиг.8 представлено схематическое изображение встраиваемого осветительного устройства в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения;

на фиг.9 представлено схематическое изображение фарного устройства в соответствии с вариантом осуществления изобретения;

на фиг.10 представлено схематическое изображение автомобиля с фарным устройством согласно фиг.8 для проецирования дальнего света и ближнего света на виртуальный проекционный экран.

На чертежах одинаковые позиции везде обозначают одинаковые объекты. Объекты на чертежах необязательно начерчены в масштабе; в частности, элементы и относительные положения оптического устройства, такого как линза и коллиматор, показаны лишь весьма упрощенным образом.

Подробное описание вариантов осуществления

На фиг.1 представлено схематическое изображение автомобиля 10 с известной фарой 11 с осветительным устройством, проецирующим ближний свет 160 и дальний свет 170 на виртуальный проекционный экран 4. В верхней части чертежа виртуальный экран 4 показан на виде сбоку на стандартном расстоянии D от устройства фар. В соответствии со стандартом, расстояние D должно составлять 25 м, а пространственные зоны 41, 42 покрываемые проекциями ближнего и дальнего света на экране, должны удовлетворять определенным требованиям. Например, ближний свет 160 должен освещать определенную минимальную область 42 перед фарой и в стороны от нее. Ближний свет 160 должен быть направлен к боку автомобиля от центра дороги с тем, чтобы лучше освещалась обочина, и при этом ближний свет 160 можно не направлять в зону, слишком высокую на плоскости 4 проекции. Аналогично, дальний свет 170 должен освещать определенную минимальную область 41 над областью 110 ближнего света с тем, чтобы лучше освещалась дорога на большом расстоянии. Области 41, 42, освещаемые на виртуальном экране 4, показаны на виде в плане в нижней части чертежа. Этот вид в плане виртуального экрана 4 иллюстрирует недостаток известных осветительных устройств, показывая, что области 41, 42, покрытые, соответственно, дальним светом 170 и ближним светом 160, не дают полностью освещенную зону на виртуальном экране, а разделены зазором 43. С точки зрения водителя, этот зазор проявляет себя как темная область или плохо освещенная зона и может снижать безопасность водителя либо безопасность прохожих или животных на краю или обочине дороги.

На фиг.2а представлено схематическое изображение известного осветительного устройства для проецирования дальнего света 170 и ближнего света 160 на виртуальный проекционный экран 4 и поясняется, как может возникнуть неосвещенная зона 43. Очевидно, что размеры и расстояния на этом и следующих чертежах отображены чересчур упрощенно и предназначены лишь для того, чтобы служить в пояснительных целях. В данном случае, два источника S₁, S₂ света установлены на держателе 13 или основании 13, расположенном позади линзы 2 в устройстве фар. Один источник S₁ света расположен «выше» оптической оси X, а луч 16 света, исходящий из этого источника S₁ света, отображается в первом выходящем луче 160 или ближнем свете 160, создавая проекцию 42 ближнего света на виртуальном экране. Другой источник S₂ света расположен «ниже» оптической оси X, а луч 17 света, исходящий из этого источника S₂ света, отображается во втором выходящем луче 170 или дальнем свете 170, создавая проекцию 41 дальнего света на виртуальном экране 4. В этом воплощении, источники света излучают по Ламберту, так что большая доля светоотдачи утрачивается, как показано линиями 15. Изображение 42, созданное верхним источником S₁ света, обозначено линиями, исходящими из центра источника S₁ света, которые сходятся в некоторой точке на виртуальном экране 4, соответствующей центру изображения 42 источника света в первом выходящем луче 160. Аналогично, изображение 41, созданное нижним источником S₂ света, обозначено линиями, исходящими из центра источника S₂ света, которые сходятся в некоторой точке на виртуальном экране 4, соответствующей центру изображения 41 источника света во втором выходящем луче 170 (из соображений ясности, на чертеже показаны только точки, описывающие центр источника света и соответствующую ему точку в изображении этого источника света). Зазор между источниками S₁, S₂ света также «изображается» как зазор 43 между областями 41, 42 на экране. Вместе с тем, поскольку на расстоянии плоскости проекции требуются две очевидно различные изображенные области, невозможно просто поместить источники S₁, S₂ света непосредственно рядом друг с другом.

На фиг.2b представлено схематическое изображение еще одного известного осветительного устройства для проецирования дальнего света 170' и ближнего света 160' на виртуальный проекционный экран 4. В данном случае, каждый источник S₁, S₂ света находится в коллиматоре C₁, C₂, так что можно использовать больше света для воспроизведения изображений 41, 42 источников света на виртуальном экране 4. Однако источники S₁, S₂ света по-прежнему являются отдельными, так что эффективный зазор между источниками S₁, S₂ света (или выходными отверстиями для света коллиматоров C₁, C₂) также приводит к соответствующему зазору 43 между областями 41, 42 изображений на виртуальном экране 4.

На фиг.3 представлено схематическое изображение встраиваемого осветительного устройства 1А в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения. В данном случае, пара коллиматоров C₁, C₂, каждый из которых ограждает источник S₁, S₂ света расположен позади оптического устройства 2, в этом случае - проекционной линзы 2, так что входные отверстия для света коллиматоров C₁, C₂ располагаются близко к фокальной плоскости FP линзы 2 и позади этой плоскости. Кроме того, коллиматоры C₁, C₂ расположены так, что каждый коллиматор направляет свой луч света, по существу, в часть линзы 2 со стороны от оптической оси Х, противоположной той, где находится коллиматор. Термин «оптическая ось» следует понимать как воображаемую линию, определяющую путь распространения света через линзу. В случае, по существу, симметричной линзы, как показано здесь, оптическая ось может быть осью вращательной симметрии линзы. Как показано на чертеже, первый коллиматор C₁ (выше оптической оси X) направляет свой луч света L₁ в нижнюю часть линзы 2 (ниже оптической оси X), а второй коллиматор C₂ (ниже оптической оси X) направляет свой луч света L₂ в верхнюю часть линзы 2 (выше оптической оси X). «Устойчивые» конусы L₁, L₂ света, излучаемого коллиматорами C₁, C₂, можно получать, например, путем использования коллиматоров C₁, C₂, имеющих, по существу, параллельные боковые стенки. Коллиматоры C₁, C₂ расположены так, что лучи света L₁, L₂ частично пересекаются (что обозначено заштрихованной зоной), создавая фокальную плоскую зону L_FP перекрытия (обозначенную более толстыми линиями) в фокальной плоскости FP. Изображение «объекта» в фокальной плоскости FP проецируется на виртуальный экран 4, создавая область 410 дальнего света, соответствующую второму лучу L₂ света, и область 420 ближнего света, соответствующую первому лучу L₁ света. Зона 44 перекрытия на проекционном экране, представляющая собой перекрытие между областью 410 дальнего света и областью 420 ближнего света, по существу, является «изображением» фокальной плоской зоны L_FP перекрытия в фокальной плоскости FP линзы 2, что акцентируется толстой черной линией. Эта зона 44 перекрытия гарантирует, что с точки зрения водителя, зона, освещаемая фарами, освещается без какого бы то ни было «темного зазора» или неосвещенной зоны между ближним светом и дальним светом.

На фиг.4 представлено схематическое изображение встраиваемого осветительного устройства 1В в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения. Это воплощение представляет собой дальнейшее развитие воплощения согласно фиг.3, описанного выше. В данном случае, лучи L₁, L₂ света, выходящие из коллиматоров C₁, C₂, сначала преломляются призматическими элементами 6, установленными в выходных отверстиях для света коллиматоров C₁, C₂, что приводит к большей зоне L_FP перекрытия, принадлежащей фокальной плоскости, т.е. находящейся в фокальной плоскости FP. Это приводит к лучшей, большей области 44 перекрытия, обозначенной более толстой черной линией, на виртуальном экране 4.

На фиг.5 представлено схематическое изображение встраиваемого осветительного устройства, не заявляемого согласно изобретению. В этом воплощении принцип действия является другим по сравнению с предыдущими двумя вариантами осуществления. В данном случае пара коллиматоров C₁, C₂, каждый из которых ограждает источник S₁, S₂, расположена позади проекционной линзы 2, но коллиматоры расположены так, что каждый коллиматор направляет свой луч света, по существу, в часть линзы 2, расположенную с той же стороны от оптической оси X, с какой расположен коллиматор. Первый луч L₁ генерируется источником S₁ света в первом коллиматоре C₁ и направляется главным образом в верхнюю половину линзы выше оптической оси X. Второй луч L₂ генерируется источником S₂ света во втором коллиматоре C₂ и направляется главным образом в нижнюю половину линзы ниже оптической оси X. Сужающиеся конусы L₁, L₂ света, излучаемого коллиматорами C₁, C₂, можно получать, например, путем использования коллиматоров C₁, C₂, имеющих, по существу, параболическую форму. Коллиматоры C₁, C₂ также можно воплотить в виде двухполостных коллиматоров с разделительной стенкой, и при этом внешние стенки каждого коллиматора C₁, C₂ имеют параболическую форму, а фокальная точка параболы находится близко к общей разделительной стенке. Проекционная линза 2 снабжена дополнительными функциональными элементами 21, 22. Расширяющий элемент 21 крепится к задней поверхности линзы 2 ближе к верху, а сдвигающий элемент 22 крепится к задней поверхности линзы 2 ближе к низу. Часть первого луча L₁ света прибывает в центральную область линзы 2, главным образом - в верхней половине, и проецируется на область 420 виртуального экрана. Остаток первого луча L₁ света прибывает в расширяющий элемент 21 и расширяется с последующим проецированием на область 421 на виртуальном экране 4. Второй луч прибывает главным образом в нижнюю половину линзы выше сдвигающего элемента 22 и проецируется на область 410 дальнего света виртуального экрана 4. Остаток второго луча прибывает в сдвигающий элемент 22, где преломляется с последующим проецированием на область 411 сдвинутого дальнего света на виртуальном экране 4.

На фиг.6 представлено схематическое изображение встраиваемого осветительного устройства 1D в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения. Это воплощение характеризуется комбинацией принципов действия предыдущих вариантов осуществления. И опять, коллиматоры C₁, C₂ расположены так, что первый и второй лучи L₁, L₂ света пересекаются до достижения фокальной плоскости FP, а линза 2 также пополнена сдвигающим элементом 22 и расширяющим элементом 21. Поскольку коллиматоры C₁, C₂ расположены с возможностью направления своих лучей L₁, L₂ света поперек оптической оси X, сдвигающий элемент 22 крепится к верхней области линзы 2, а расширяющий элемент 21 крепится к нижней области линзы 2. Части первого луча L₁ и второго луча L₂, прибывающие в линзу 2 между расширяющим элементом 21 и сдвигающим элементом 22, приводят к появлению, соответственно, области 420 ближнего света и области 410 дальнего света на виртуальном экране 4. Зона L_FP перекрытия, принадлежащая фокальной плоскости, т.е. находящаяся в фокальной плоскости FP, проецируется как зона 44 перекрытия на виртуальный экран 4, и расширяющий элемент 21 приводит к появлению более оптимальной области 421 ближнего света, а сдвигающий элемент 22 приводит к появлению улучшенной области 411 дальнего света.

На фиг.7 показана проекционная линза 2 с дополнительными функциональными элементами 21, 22 для использования в вариантах осуществления осветительного устройства в соответствии с изобретением, описанного выше в связи с фиг.5 и 6. В этом воплощении, сдвигающий элемент 22 содержит ряд плоских призматических элементов 220, назначением которых является преломление входящего света от оптической оси линзы. Этот сдвигающий элемент 22 используется для получения оптимизированной области 411 дальнего света на виртуальном экране 4. Расширяющий элемент 21 содержит ряд цилиндрических линз 210, которые действуют, расширяя входящий свет в этой области линзы 2, и которые используются для получения более широкой области 421 ближнего света на виртуальном экране 4.

На фиг.8 представлено схематическое изображение встраиваемого осветительного устройства 1Е в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения. В данном случае, для направления света из осветительного устройства 1, вместо проекционной линзы используется отражатель 3. Отражатель 3 показан лишь схематически и упрощенно посредством кривой линии, которая отображает часть, по существу, параболического отражателя с открытым концом. Пара коллиматоров C₁, C₂ расположены оба выше оптической оси отражателя 3, так что изображения источников S₁, S₂ света можно получать без какой бы то ни было «тени» коллимационного устройства. В данном случае, на чертеже можно лишь указать фактические пути, проходимые лучами света в трехмерном пространстве. В основном, некоторая часть света, испускаемого первым коллиматором C₁, направляется в расширяющий элемент 31 отражателя 3. Аналогично, некоторая часть света, испускаемого вторым коллиматором C₂, направляется в сдвигающий элемент 32 отражателя 3. Эти расширяющий и сдвигающий элементы 31, 32 могут быть просто имеющими надлежащую форму областями отражателя 3, или они могут быть дополнительными оптическими элементам, прикрепленными в надлежащих положениях на внутренней стенке отражателя 3. Отражатель 3 выполнен с возможностью направления света, выходящего из коллиматоров C₁, C₂, в область 420 ближнего света, область 421 расширенного ближнего света, область 410 дальнего света и область 411 сдвинутого дальнего света на виртуальном экране 4. И опять, область 44 перекрытия задается перекрытием между областью 410 дальнего света и областью 420 ближнего света.

На фиг.9 представлено схематическое изображение фарного устройства 12 в соответствии с вариантом осуществления изобретения и показано оптическое устройство, содержащее пару источников S₁, S₂ света, расположенных в паре коллиматоров C₁, C₂, размещенных позади проекционной линзы 2 в корпусе 120. Источники S₁, S₂ света, в данном случае - светодиодные источники S₁, S₂ света такого типа, как Luxeon® Altilon, установлены на подходящем теплопоглощающем приспособлении 121. Один или оба коллиматора можно устанавливать на подвижном основании, которым можно управлять для наклона коллиматора к или от оптической оси X проекционной линзы 2. Водитель 122 подает необходимые сигналы управления для активации одного или обоих источников S₁, S₂ света, например, в соответствии с входным воздействием пользователя (преднамеренным включением дальнего света) в ответ на показания датчика (который может обнаружить, проходит ли транспортное средство по гребню или холму, либо входит ли транспортное средство в поворот), или в ответ на любой другой подходящий сигнал управления. Тогда при любой ситуации коллиматорами C₁, C₂ осветительного устройства можно управлять так, что ближний свет и дальний свет оптимально перекрываются в области перекрытия, как описано выше.

На фиг.10 представлено схематическое изображение автомобиля 10 с фарным устройством 12 согласно фиг.8 для проецирования дальнего света B_HI и ближнего света B_LO на виртуальный проекционный экран 4 на расстоянии 25 м от устройства 12. Используя любой из вариантов осуществления, описанных в связи с фиг.3-7, для манипулирования ближним и дальним светом B_LO и B_HI, можно получить оптимальную область 44 перекрытия на виртуальном экране 4, гарантируя повышение безопасности водителя и других участников дорожного движения.

Хотя данное изобретение раскрыто в форме предпочтительных вариантов осуществления и вносимых в них изменений, должно быть ясно, что в рамках объема притязаний изобретения в него можно внести многочисленные дополнительные модификации и изменения. Встраиваемое осветительное устройство, описанное здесь, можно использовать для любой комбинации двух разных типов света, например, дальнего света и света фар при езде в дневное время (DRL), противотуманного света и DRL, дальнего свети и противотуманного света, и т.д.

Во избежание сомнений, следует понять, что употребление признаков единственного числа по всей заявке не исключает множество, а слово «содержащий(ая, ее, ие)» не исключает другие этапы или элементы.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является повышение эффективности освещения ближним и дальним светом и повышение безопасности водителя. Встраиваемый осветительный узел (1A, 1B, 1С, 1D, 1E) содержит оптическое устройство (2, 3), первый источник (S₁) света для генерирования первого луча (L₁) света, первый коллиматор (C₁) для направления первого луча (L₁) в оптическое устройство (2, 3), второй источник (S₂) света для генерирования второго луча (L₂) света и второй коллиматор (C₂) для направления второго луча (L₂) в оптическое устройство (2, 3), при этом оптическое устройство воплощено с возможностью манипулирования первым и вторым лучами (L₁, L₂) света, создавая первый выходящий луч (B_LO) и второй выходящий луч (B_HI) таким образом, что первый выходящий луч (B_LO) и второй выходящий луч (B_HI) частично объединяются в области (44) перекрытия в плоскости (4) проекции, находящейся на заранее определенном расстоянии от встраиваемого осветительного узла (1A, 1B, 1С, 1D, 1E). В изобретении также описано автомобильное фарное устройство (12), содержащее встраиваемый осветительный узел (1A, 1B, 1С, 1D, 1E). 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Встраиваемый осветительный узел (1A, 1B, 1D, 1E), содержащий:
оптическое устройство (2, 3);
первый источник (S₁) света для генерирования первого луча (L₁) света;
первый коллиматор (C₁) для направления первого луча (L₁) в оптическое устройство (2, 3);
второй источник (S₂) света для генерирования второго луча (L₂) света; и
второй коллиматор (C₂) для направления второго луча (L₂) в оптическое устройство (2, 3);
причем коллиматоры (C₁, C₂) расположены так, что коллиматор (C₁, C₂) с одной стороны от оптической оси (Х) осветительного узла (2, 3) направляет свой луч (L₁, L₂) света, по существу, в область оптического устройства (2, 3) с другой стороны от оптической оси (Х), так что первый луч (L₁) пересекает второй луч (L₂) перед прибытием в оптическое устройство (2, 3), и
при этом оптическое устройство (2, 3) воплощено с возможностью манипулировать первым и вторым лучами (L₁, L₂) света, создавая выходящий ближний свет (B_LO) и выходящий дальний свет (B_HI) таким образом, что выходящий ближний свет (B_LO) и выходящий дальний свет (B_HI) частично объединяются в области (44) перекрытия в плоскости (4) проекции, находящейся на заранее определенном расстоянии от встраиваемого осветительного узла (1A, 1B, 1D, 1E).

2. Встраиваемый осветительный узел (1D, 1E) по п.1, в котором оптическое устройство (2, 3) содержит расширяющий элемент (21) для горизонтального расширения любого света, падающего на расширяющий элемент (21), и/или сдвигающий элемент (22) для вертикального сдвига любого света, падающего на сдвигающий элемент (22).

3. Встраиваемый осветительный узел (1D, 1E) по п.2, в котором расширяющий элемент (21) воплощен с возможностью расширения, по меньшей мере, части первого луча (L₁) перед манипулированием посредством оптического устройства (2), так что выходящий ближний свет (B_LO) проецируется, создавая две перекрывающиеся области (420, 421) первого луча в плоскости (4) проекции.

4. Встраиваемый осветительный узел (1D, 1E) по п.2 или п.3, в котором сдвигающий элемент (22) воплощен с возможностью сдвига, по меньшей мере, части второго луча (L₂) перед манипулированием посредством оптического устройства (2), так что выходящий дальний свет (B_HI) проецируется, создавая две перекрывающиеся области (410, 411) второго луча в плоскости (4) проекции.

5. Встраиваемый осветительный узел (1A, 1В, 1D) по п.1 или п.2, в котором оптическое устройство (2) содержит проекционную линзу (2).

6. Встраиваемый осветительный узел (1D) по п.5, в котором сдвигающий элемент содержит множество призматических элементов (220), установленных на проекционной линзе (2) и выполненных с возможностью вертикального сдвига света, падающего на сдвигающий элемент (22), перед преломлением посредством проекционной линзы (2).

7. Встраиваемый осветительный узел (1A, 1B, 1D, 1E) по п.5, в котором расширяющий элемент (21) содержит множество цилиндрических линзовых элементов (210), установленных на проекционной линзе (2) и выполненных с возможностью преломления и горизонтального расширения света, падающего на расширяющий элемент (21), перед преломлением посредством проекционной линзы (2).

8. Встраиваемый осветительный узел (1A, 1B, 1D) по п.1 или п.2, в котором первый и второй лучи (L₁, L₂) пересекаются, по меньшей мере, частично в области (L_FP) перекрытия, находящейся в фокальной плоскости FP оптического устройства (2, 3), так что область (44) перекрытия в плоскости проекции соответствует области (L_FP) перекрытия в фокальной плоскости.

9. Встраиваемый осветительный узел (1A, 1B, 1D) по п.1 или п.2, содержащий коллимационное устройство, в котором выходные отверстия (5) для света первого коллиматора (С₁) и второго коллиматора (С₂) находятся в непосредственной близости к фокальной плоскости (FP) оптического устройства (2, 3).

10. Встраиваемый осветительный узел (1В) по п.1 или п.2, содержащий коллимационное устройство, в котором коллиматор (C₁, C₂) содержит призматический элемент (6) в своем выходном отверстии для света, причем этот призматический элемент (6) выполнен с возможностью преломления луча (L₁, L₂) света по направлению к оптической оси (X).

11. Встраиваемый осветительный узел по п.1 или п.2, в котором источник (S₁, S₂) света содержит СИД источник (S₁, S₂) света.

12. Встраиваемый осветительный узел по п.1 или п.2, в котором коллиматор (C₁, C₂) содержит почти мундштучный коллиматор (C₁, C₂) с длиной в диапазоне между 6 мм и 18 мм, а наиболее предпочтительно - с длиной порядка 12 мм.

13. Автомобильное фарное устройство (12), содержащее встраиваемый осветительный узел (1A, 1B, 1D, 1E) по любому из п.п.1-12.