專利名稱：汽車前照燈和汽車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括光源的汽車前照燈。
本發(fā)明也涉及裝設(shè)前照燈的汽車。
這樣的前照燈應(yīng)用于各種車輛，如汽車、貨車、公共汽車、自行車和應(yīng)用于船舶和飛機(jī)。
汽車前照燈本身是已知的。汽車前照燈一般包括，例如在含鹵素的惰性氣體中有白熾體的電燈(所謂的鹵素?zé)?，或者在電離的氣體中有一對電極的電燈(所謂的放電燈)。這樣的前照燈通常要安裝兩個(gè)光源，在工作時(shí)光源產(chǎn)生或者稱為通過光束或者稱為主光束的光束。已知的汽車前照燈，其中通過光束的光源和主光束的光源安裝在單個(gè)燈泡殼內(nèi)(所謂的H4)。其他已知的汽車前照燈是那些，其中使用兩種類型的光源，例如鹵素?zé)襞c放電燈的組合或者與一圈發(fā)光二極管的組合。也有些前照燈在工作時(shí)產(chǎn)生色光，運(yùn)通常是由裝設(shè)在燈泡殼外表面上的合適涂層所產(chǎn)生。英國專利GB-A2200199公開了一種汽車前照燈，它是通過從第一光源(無色的白色)切換到有濾色鏡的第二光源來改變它的光色。
已知的汽車前照燈的缺點(diǎn)是，由該光源照明的汽車周圍部分的能見度是不夠的。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供在開頭一段中所描述的這類汽車前照燈，這種前照燈改善汽車周圍的能見度。
為了達(dá)到這個(gè)目的，按照本發(fā)明的汽車前照燈的特征在于光電元件中至少一個(gè)的光通量在工作時(shí)至少為5lm(流明)，和其特征在于由光源產(chǎn)生的光束的光譜特征取決于在光束中的位置。
光電元件也稱為電子光學(xué)元件，例如電發(fā)光元件，象有5lm(流明)或更高光通量的發(fā)光二極管(LED)可以適合用作汽車前照燈的光源。為了保證還有周圍光照條件下例如日光或者從其他車輛前照燈發(fā)出的光照下，產(chǎn)生足夠的光，以便能從遠(yuǎn)距離足夠清楚地觀察到由光源產(chǎn)生的光束，需要相對較高的光通量。
為了產(chǎn)生所謂的通過光束和/或所謂的主光束，常規(guī)的汽車前照燈需要的光通量在600到1000lm的范圍內(nèi)以便滿足國際標(biāo)準(zhǔn)化的和特定的光束亮度。光電元件當(dāng)今的技術(shù)，特別是發(fā)光二極管，已經(jīng)提供可以適用于可見光譜不同區(qū)域的兩種不同的材料系統(tǒng)，即鋁銦鎵氮(Al In GaN)的藍(lán)綠光和鋁銦鎵磷(Al In Ga P)的黃紅光。結(jié)果，通過組合適當(dāng)?shù)陌l(fā)光二極管可以生產(chǎn)出任何所需的光譜特征。
使用有相對較高光通量的許多光電元件能使制造的汽車前照燈改善對汽車周圍環(huán)境的觀察。通過使光源產(chǎn)生的光束的光譜特征取決于光束中的位置，能更好地觀察位于光束心之外的目標(biāo)。這種光束中心之外目標(biāo)的觀察也稱為軸外視界，它與所謂的軸上視界相反，軸上視界指的是位于或在光束軸線附近目標(biāo)的能見度，換句話說，即位于光束中心或在光束中心附近目標(biāo)(如對面來的車輛)的能見度。軸外視界的例子是對位于或接近車輛司機(jī)視覺場邊緣處目標(biāo)的觀察，如路肩，(沒有照明的)目標(biāo)，例如在車輛行駛道路邊上的行人或騎自行車者，和對裝設(shè)按照本發(fā)明前照燈的車輛行駛的道路交叉的道路上車輛的觀察。
已知的汽車前照燈有兩種光束，即無色的白光或色光，但每一種光束都是通過從第一光源切換到裝設(shè)濾色鏡的第二光源產(chǎn)生的。已知的汽車前照燈的各個(gè)光束并沒有在光譜特征作為在光束中位置的函數(shù)方面顯示出很大差別。
按照本發(fā)明汽車前照燈的一個(gè)實(shí)施方案，其特征在于光源由許多光電元件組成。因此，汽車前照燈是由一種型式的光源組成。通過光通量在10-250lm范圍內(nèi)的LED或所謂的多芯片包的組合，如使25個(gè)這樣元件適當(dāng)組合的，或者少一些，最好為15個(gè)這樣元件組合的，或者更少一些，4個(gè)這樣元件組合的光通量滿足范圍在600到1000lm之間的國際標(biāo)準(zhǔn)。這樣包含相對較少數(shù)量光電元件的汽車前照燈的尺寸可以與常規(guī)的汽車前照燈尺寸不相上下。使用LED的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，與常規(guī)的汽車前照燈比較起來這些光電元件的工作壽命非常長。
在按照本發(fā)明汽車前照燈的優(yōu)選實(shí)施方案中，光束包括至少兩個(gè)有根本不同光譜特征的光束段。一般來說，由汽車前照燈發(fā)出光束的亮度作為在光束中位置的函數(shù)而減小，即在光束的中心亮度最大，位置在離光束中心的距離變大的方向上亮度逐漸降低。結(jié)果，在所謂軸上視界的光的亮度要相對大大高于在所謂軸外視界上的亮度。
眾所周知人眼的靈敏度隨著光的波長變化，不同波長的相同能量通常引起不同的照度感覺。換句話說，如果我們考慮光譜和對所有波長接受的能量(單位時(shí)間)都是相等的，那末可見光部分中間段將顯著地比紅端和藍(lán)端更加明亮。如果光的亮度相對較高(發(fā)光效率≥35Cd/m2)，照度的最大值在555nm(納米)的波長(綠/黃)，所謂適光的人眼靈敏度曲線。在這個(gè)波長，錐形在人眼中特別靈敏。如果光的亮度相對較低(發(fā)光效率≤0.035Cd/m2)，照度的最大值在507nm(納米)的波長(藍(lán)/或或青藍(lán)色)，所謂的微光人眼靈敏度曲線。在這個(gè)波長，桿形在人眼中特別靈敏。
發(fā)明者已經(jīng)認(rèn)識到在光束的軸上部分和軸外部分形成根本不同的光譜特征是有利的。特別是，在光束的軸外部分中光的光譜特征適應(yīng)于相對較低的光亮度。通過這樣使光源產(chǎn)生的光束的光譜特性依賴于光束中的位置，改善了位于光束中心外的目標(biāo)的能見度。
實(shí)踐中應(yīng)注意，適光和微光光束最好都有寬廣的光譜，使它們兩種光束都有或多或少“白”的現(xiàn)象。適光和微光光束之間的差別好象對應(yīng)于有高和低色溫光束之間的差別。
上述的光束段可以包括顯示部分重疊的光束段，這是可能的。光束段之間可能不連續(xù)的過渡會使汽車司機(jī)感到不舒服。
按照本發(fā)明的汽車前照燈的一個(gè)實(shí)施方案，其特征在于光束段其中一個(gè)的光譜特征是調(diào)準(zhǔn)在中間(mesotopically tuned)。在適光和微光人眼靈敏度曲線之間的范圍稱為中光人眼靈敏度曲線(0.035≤發(fā)光效率≤3.5Cd/m2)。通過將按照本發(fā)明汽車前照燈光束發(fā)出的光的光譜特征，特別是在光束的軸外部分，修改成適合光亮度相對較低的光譜特征，能夠更好地觀察位于光束中心之外的目標(biāo)。其結(jié)果是，汽車司機(jī)對汽車周圍的環(huán)境有更好的觀察。
在按照本發(fā)明汽車前照燈的優(yōu)選實(shí)施方案中，第一光束段有綠-黃光豐富的光譜特征，和第二光束段有藍(lán)-綠光豐富的光譜特征。一方面，在光束的軸上部分(第一光束段)存在的光譜特征適合適光人眼靈敏度曲線，即綠-黃光豐富。另一方面在光束的軸外部分(第二光束段)存在的光譜特征適合微光人眼靈敏度曲線，即藍(lán)-綠光豐富。
參考下面描述的各實(shí)施方案本發(fā)明的這些和其他方面將會很清楚。
附圖有


圖1A是裝設(shè)按照本發(fā)明前照燈的汽車的透視圖；圖1B是表示圖1A所示汽車一部分的平面圖；和圖2是包括按照規(guī)則圖案排列的許多光電元件的光源的剖面圖；圖3A表示由第一光束段產(chǎn)生的所謂通過光束和由第二光束段產(chǎn)生的所謂軸外光束的組合；圖3B表示圖3A的通過光束和軸外光束與所謂主光束的組合；圖4A表示主要由黃光組成的相對寬廣的光束；圖4B表示圖4A的相對寬廣的光束和取決于汽車方向盤位置的側(cè)光束的組合。
這些圖完全是示意性的并不是按比例畫的。特別為了清楚起見，某些尺寸是過度夸大的。在圖中相同的參考數(shù)字盡可能表示相同的部分。
圖1A是汽車1非常示意性的透視圖，汽車位于路10上并裝設(shè)按照本發(fā)明的前照燈2；3。圖1B是示意的表示在圖1A中汽車1部分的平面圖。每個(gè)汽車前照燈2；3裝設(shè)光源4；5，光源沿長度方向9發(fā)出(散射出)光束6,6＇；7,7＇。圖1B還表示虛構(gòu)的屏幕15，它用于攔住光束6，6＇發(fā)出的光。按照本發(fā)明，由光源4；5產(chǎn)生的光束6,6＇；7,7＇的光譜特征取決于在光束6,6＇；7,7＇中的位置。
在圖1B所示的例子中，由汽車前照燈2；3的光源4；5所發(fā)出的每個(gè)光束被細(xì)分成兩個(gè)光束段6,6＇；7,7＇，第一光束段6；7的光譜特征基本不同于第二光束段6＇；7＇的光譜特征。另一種是，光束可以由許多光束段組成，例如由有不同光譜特征的3或4個(gè)光束段組成。另外，由兩個(gè)或多個(gè)光束段產(chǎn)生的光可能顯示出某種重疊。由于光束大致發(fā)散特性的結(jié)果，在各光束段6,6＇；7,7＇之間有重疊的區(qū)域一般是不可避免的。
圖2是含有許多光電元件11；12；13；14的光源4的剖面圖，光電元件按照規(guī)則的圖案排列。許多光電元件也可以類似地裝設(shè)在光源5中(沒有表示)。在光源4中光電元件排列的圖案可以與光源5中的圖案不同。例如，由于對稱的原因在光源5中光電元件排列的圖案可以相對光源4中的圖案鏡象例轉(zhuǎn)。在光源4中光電元件11；12；13；14的數(shù)目不一定必須要等于光源5中的數(shù)目；光電元件11；12；13；14的排列不一定必須裝設(shè)在平的底板上，它也可以裝設(shè)在曲面的底板上。裝設(shè)光電元件11；12；13；14排列的底板形狀，在很大程度上由各種光電元件11；12；13；14發(fā)射的光束所需的方向來確定。
按照本發(fā)明，光電元件11；12；13；14中至少一個(gè)在工作時(shí)的光通量至少為5lm(流明)。最好工作時(shí)所有光電元件11；12；13；14都有大于5lm的光通量。最好汽車前照燈2；3是由單一類型的光源4；5組成。換句話說，光源4；5最好是完全由許多光電元件11；12；13；14組成。
如果要有效地應(yīng)用有5lm或更大光通量的光電元件，那么要求在汽車前照燈中裝設(shè)散熱裝置。例如，裝設(shè)光電元件11；12；13；14的底板可以是金屬或金屬合金制成。結(jié)果，獲得從光電元件11；12；13；14到底板的良好導(dǎo)熱性。
在圖2表示的例子中，光源4；5完全由許多發(fā)光二極管(LED)組成。在這個(gè)例子中LED的排列是3×8。為了識別的目的在圖2中行用字母A,B,C表示，列用1-8數(shù)字表示。通過使用光通量在10-250lm范圍的藍(lán)、黃/橙，紅和綠光的LED或所謂的多芯片包，使25個(gè)這樣元件合適組合的光通量，或者少一些最好是15個(gè)這樣元件組合的光通量，或者更少一些例如4個(gè)這樣元件組合的光通量滿足用于產(chǎn)生通過光束和/或主光束的國際標(biāo)準(zhǔn)化的和特定的亮度，這些光束的亮度范圍在600-1000lm之間。有相對較少數(shù)目光電元件11；12；13；14的汽車前照燈的尺寸與常規(guī)汽車前照燈的尺寸不相上下，甚至更小。
通過使用許多光電元件11；12；13；14，和有選擇地開關(guān)一定數(shù)目的光電元件11；12；13；14，可以相當(dāng)容易地將光源4；5產(chǎn)生的光束細(xì)分成一個(gè)或幾個(gè)有基本不同的光譜特征的光束段6,6＇；7,7＇。汽車1或前照燈2；3最好裝設(shè)用于改變光電元件11；12；13；14彼此之間相對光通量的裝置(未表示)。
在圖2表示的例子中，用參考數(shù)字11表示紅的LED，用參考數(shù)字12表示綠的LED，用參考數(shù)字13表示藍(lán)的LED，用參考數(shù)字14表示黃或白的LED。通過按圖2中指定的方式排放LED，大大減少了觀察者觀看汽車前照燈發(fā)出的光時(shí)可能的色效應(yīng)(例如對面開來的汽車)。另外，現(xiàn)在有能夠有效地混合LED發(fā)出的顏色的光學(xué)系統(tǒng)。這是很重要的，特別是為了確保紅色的LED不會錯(cuò)誤地看作是剎車信號光。
圖2表示的LED排列的例子代表發(fā)出至少4種光束的整體組件，即通過光束，主光束，對壞的天氣條件的光束和特別適合用于光的亮度相對較低區(qū)域的光束。
排序、裝設(shè)和有選擇地開和關(guān)呈排列形式的光電元件11；12；13；14也被認(rèn)為是本發(fā)明的一部分。
圖3A表示由第一光束段6產(chǎn)生的所謂通過光束和由第二光束段6＇產(chǎn)生的所謂軸外光束的組合。從光束段6,6＇產(chǎn)生的光被虛似的屏幕15擋住(見圖1B)，在這種情況下觀察者是從長度方向9看的。參考圖2，從LED A1-A8,B3,B6和B7來的光束產(chǎn)生第一，所謂的軸上光束段6，同時(shí)從LED B1,B2,C1和C2來的光束產(chǎn)生第二，所謂的軸外光束6＇。圖2中表示的其他LED，在這種發(fā)光條件下都關(guān)閉。
圖3B除了表示圖3A的通過光束和軸外光束之外，還表示主要用于改善軸上觀察條件的所謂的主光束。通過另外打開黃色或白色的LEDB4和B5，得到第三光束段6″。第一光束段6和第三光束段6″的光譜特征可以是不同的。例如可以要求增加在主光束(光束段6″)中黃光的數(shù)量，以便改善長距離的能見度。也可以要求在打開主光束(光束段6″)時(shí)，關(guān)閉部分的通過光束(光束段6)和/或軸外光束段6＇。
為了改善對汽車1周圍環(huán)境的觀察，在光束的軸上部分和軸外部分之間引入基本不同的光束的光譜特征。特別是在光束的軸外光束段6＇,7＇中，光束的光譜特征適合相對較低的光亮度。為了在相對低的光亮度下得到良好的觀察現(xiàn)場，光束6＇,7＇其中一個(gè)的光譜特征最好是調(diào)準(zhǔn)在中間段的(mesotopically tuned)。使第一光束段6；7和第三光束段6″；7″有白光或黃-橙光豐富的光譜特性，并使第二光束段6＇；7＇有藍(lán)-綠光豐富的光譜特性，就可以做到運(yùn)一點(diǎn)。通過這樣建立的光源發(fā)出的光束的光譜特征取決于光束中的位置，能更好地觀察位于光束中心之外的目標(biāo)。
在不利的天氣條件下特別是下霧和雪，由于霧或雪的顆粒造成的反向散射使能見度降低時(shí)，通過觸發(fā)不同的LED組合和改變各個(gè)LED輸出的水平可以修改由光源4；5產(chǎn)生的光束的構(gòu)形和光譜成份兩者。由于這些修改的結(jié)果，改變了光的整個(gè)光譜分布。這樣修改的一個(gè)例子表示在圖4A中，其中得到的基本由黃光組成的相對寬的光束16。在可見光中缺乏藍(lán)光組份使反向散射的效果顯著減少。
圖4B表示圖4A的相對寬的光束16與側(cè)光束16＇的組合，側(cè)光束的形狀，亮度和位置取決于汽車1的方向盤的位置。這樣的側(cè)光束16＇最好不開，只有當(dāng)拐彎或轉(zhuǎn)向時(shí)汽車的方向盤超過預(yù)先確定的限定角時(shí)才開。因此，可以盡早地動態(tài)照明汽車所處的空間和地表區(qū)域，以及汽車前進(jìn)的地方。
總的來說，LED組件工作在低電壓直流電，因此它們可以有利地應(yīng)用在汽車上。
對熟悉該技術(shù)的人們來說，很明顯在本發(fā)明的范疇內(nèi)可以進(jìn)行各種修改。例如汽車前照燈可以有許多不同的形狀，如有角度(直角)的，圓形、橢圓等等。一個(gè)或幾個(gè)光電元件也可適合用作指示器。大體上，光束的尺寸是按照要求可調(diào)的，例如在汽車低速行駛時(shí)產(chǎn)生較寬的光束(照明路肩)，或者在高速時(shí)使光束變窄。此外，由于(完全)使用光電元件，從而有很大選擇的自由度的結(jié)果，汽車前照燈的位置不再限制在常規(guī)的位置(在汽車前面，剛好在道路表面之上)?？梢砸笤谄?的擋風(fēng)玻璃附近裝設(shè)至少部分的光電元件。也可以在汽車的側(cè)面裝設(shè)另一部分光電元件。將來LED效率的提高和光輸出的增加將能進(jìn)一步減少LED的數(shù)目。
本發(fā)明保護(hù)的范圍并不局限于上述的例子。本發(fā)明包括在每個(gè)新穎的特征和每個(gè)特征的組合中。在權(quán)利要求書中參考數(shù)字并不限制它保護(hù)的范圍，使用術(shù)語“包括”并不排除除了權(quán)利要求中闡述的那些以外的元件。在元件之前使用冠詞一個(gè)并不排除存在許多這樣元件。
權(quán)利要求
1．包含光源(4；5)的一種汽車前照燈(2；3)，其特征在于該光源(4；5)包括許多光電元件(11；12；13；14)，光電元件(11；12；13；14)中至少一個(gè)光通量在工作時(shí)至少為5lm(流明)；和由光源(4；5)產(chǎn)生的光束(6,6＇；7,7＇)的光譜特征取決于在光束(6,6＇；7,7＇)中的位置。
2．如權(quán)利要求1所述的汽車前照燈，其特征在于光源(4；5)包含許多光電元件(11；12；13；14)。
3．如權(quán)利要求1或2所述的汽車前照燈，其特征在于光束包括至少兩個(gè)有基本不同光譜特征的光束段(6,6＇；7,7＇)。
4．如權(quán)利要求3所述的汽車前照燈，其特征在于光束段(6＇；7＇)中一個(gè)的光譜特征是調(diào)準(zhǔn)在中光段的。
5．如權(quán)利要求3所述的汽車前照燈，其特征在于第一光束段(6,7)有綠-黃光豐富的光譜特征，和第二光束段(6＇,7＇)有藍(lán)-綠光豐富的光譜特征。
6．如權(quán)利要求1或2所述的汽車前照燈，其特征在于光電元件(11；12；13；14)包括發(fā)光二極管。
7．一種裝設(shè)如權(quán)利要求1或2所述前照燈的汽車(1)。
8．如權(quán)利要求7所述的汽車(1)，其特征在于汽車(1)或汽車的前照燈(2,3)裝設(shè)用于改變光電元件(11；12；13；14)彼此之間光通量的裝置。
全文摘要
汽車(1)的前照燈(2,3)有包含許多光電元件(11;12;13;14),最好是發(fā)光二極管(LED)的光源(4;5)。在工作時(shí)這些光電元件(11;12;13;14)中至少一個(gè)有5lm或更高的光通量。按照本發(fā)明由光源(4;5)產(chǎn)生的光束(6,6＇;7,7′)的光譜特性取決于在光束(6,6′;7,7′)中的位置。最好光源(4;5)只由光電元件(11;12;13;14)組成。光束包括至少兩個(gè)有根本不同光譜特征的光束段(6,6′;7,7′)。最好光束段(6′;7′)中一個(gè)是調(diào)準(zhǔn)在光譜中間位置的。特別是第一光束段(6;7)包含大量的白光或黃－橙光,而第二光束段(6′;7′)包含大量的藍(lán)－綠光。
文檔編號F21W101/02GK1314981SQ00801180
公開日2001年9月26日 申請日期2000年6月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月25日
發(fā)明者S·H·A·貝格曼, G·哈貝爾斯 申請人:皇家菲利浦電子有限公司