CN101457890B - 动态三维效果灯组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及动态三维效果灯组件。一种提供三维灯光影像的灯组件可通过利用机电装置响应于变化的输入信号来驱动镜部分而产生动画。这样就能够根据优选的输入信号来相应地重新成形三维影像。

Description

动态三维效果灯组件

相关专利的交叉引用

申请人要求享有其于2007年12月13日提交的编号为No.61/007,558的临时申请“VehicleIlluminationSystems”的优先权。

技术领域

本发明涉及电灯，尤其涉及机动车车灯。更具体地说，本发明涉及一种具有三维影像的机动车电灯。

背景技术

包括根据37CFR1.97和1.98公开的信息在内的相关技术的描述：

外用机动车车灯通常具有反射壳体，其根据所需要的方向和图案来引导所发射的光。这些壳体为灯光影像提供深度，从而容许带式样和放大的影像尺寸。然而，壳体具有必须容纳在相邻的发动机舱、行李箱或车辆的其它区域中的物理深度。如果能够形成可提供深度视觉影像、但实际上只需要很小的实际深度的灯，那将会是很便利的。外用机动车车灯和保险杠经常是高度风格化的，以使某一车辆与另一车辆区别开来，尤其是在除此之外其空气动力学相类似的情况下。被照亮的反射器和透镜盖的宝石状外观可吸引观察者的眼球。然而，将灯放置在保险杠区域内在机械方面是很便利的，但其可能与所设计的保险杠外观发生冲突，尤其是在全铬保险杠的情况下。灯的这种宝石状或色彩艳丽的外观有损于铬保险杠的立体轮廓。这样就需要一种在美观性方面与铬保险杠浑然一体的灯。

发明内容

一种提供了具有更大外观深度的影像的、具有薄的实际尺寸的灯组件可由光源、反射器和部分反射且部分透射的透镜组成。反射面沿轴向定向成面向待照射的区域。该反射器包括周边。部分光反射且部分光透射的透镜具有面向该反射器的第一表面。该透镜偏离该反射面，从而限定了介于该反射器和该透镜之间的腔体。该反射面和该透镜的第一表面相对于彼此平滑地弯成弓形。至少一个能够发射可见光的LED(发光二极管)光源定位在该腔体附近，并且定向成以便将光引导至介于反射器和透镜之间的腔体中。该透镜具有面向待照射区域的第二表面。第一表面反射百分之四以上的直接来自LED光源的入射可见光，并透射百分之四以上的直接来自LED光源的入射可见光。

附图说明

图1显示了一种机动车车灯的示意性的侧截面视图，其具有向前弯曲的、提供三维影像的反射器。

图2显示了一种备选的机动车车灯的示意性侧截面视图。

图3显示了一种提供三维影像的备选机动车车灯的示意性的侧截面视图。

图4显示了一种提供三维影像的机动车车灯的投影影像的正视图。

图5显示了一种提供三维影像的备选机动车车灯的示意性的侧截面视图。

图6显示了一种提供三维影像的备选机动车车灯的示意性的侧截面视图。

图7显示了动画三维灯的分解正视图。

图8显示了动画三维灯的分解的后侧视图。

图9显示了动画三维灯的截面侧视图。

具体实施方式

可形成并操作车灯以产生影像图案，这种影像图案在感知到的形状方面是可变的，但在光强或整体定位上并不是可变的。这种灯具有电光源，其定位成以便将光引导至具有光学图案成形元件和光路变更元件的光学投影组件上。该光学图案成形元件可以是一组屏幕、折射或反射元件。该光路变更元件相对于该光学图案成形元件具有被动的位置关系。来自光源的光被图案化，之后传递至光路变更元件，以进行反射、折射或由光路变更元件以其它方式进行引导。从光学投影组件中被动地投射出的光形成了带有图案的稳定光束。利用响应于所接收的信号输入的机电装置在以机械的方式被驱动的元件中产生机械运动。被驱动的元件固定到光学投影组件上，以改变光学图案成形元件和光路变更元件之间的被动位置关系。变更运动优选平行于(沿着)光路，以扩展或收缩图案，但也可采用相对于光路轴线成角度的运动，围绕光路轴线的旋转运动，或者其组合。

图1显示了一种提供三维影像的机动车车灯组件10的示意性的截面视图。灯组件10包括至少一个光源12、反射器16和部分反射的透镜34。

虽然组件10可构造成具有任何光源，但是优选通过利用小型成像光源例如小的白炽灯、小型弧光放电灯或最优选小型(5毫米直径或更小)LED(发光二极管)光源12而使组件10保持沿轴向尽可能薄。光源12具有最小的成像直径，其是横过朝向待照射区域所投影的影像测得的最小测量值。光源12可以是白色光源或有色光源。光源12可恰当地安装在印刷电路板17或类似的框架上，然后通过已知的方法使该印刷电路板17或类似的框架相对于反射器16及透镜34定位(registration)。或者可将光源12直接安装在反射器16的后部上。如果有的话，通过连接导线或其它已知的方法可在反射器的后部的支承框架上恰当地形成用于光源12的电连接19。

反射器16具有沿轴向20面向待照射的区域的前表面18。反射器16包括反射面22，该反射面可以是前表面，或者面向待照射的区域的、类似地定向的表面。反射器16可以是平的、向内(向后)弯曲、向外(向前)弯曲、带小面的或者以其它方式形成为带有反射变更特征。优选的反射器16从该反射器周边26到该反射器中心略微向外(向前)弯曲，例如弯曲为球面的一部分。在一个实施例中，反射器16形成为具有前反射面的、8平方厘米的方形。该方形向外弯曲成254厘米半径球面的一部分。

优选的反射器16具有围绕反射器周边26而形成的多个狭窄通道24。或者，反射器16可形成为带有相似的多个凹部，这些凹部围绕反射器的周边而形成。多个光源12(优选是LED)相对于通道24(或凹部)进行相应的定位，以围绕反射器16周边26及靠近反射器16前表面18而发射光。应该懂得，根据待形成的图案，通道24可沿着反射器16表面而定位在任何地方。LED可定位在反射器16之后，以透过相应的通道24。或者可将LED定位在通道24或凹部中，以便从通道24或凹部中发射光。LED还可定位成延伸穿过通道24，以在前表面18的前方，但靠近反射器16前表面18而发射光。这样，反射器16和光源12就围绕反射器16的周边26而提供了沿轴向朝向待照射的区域投影的一系列第一影像30。

小通道24与安装在反射器16之后以透过该通道24的LED组合，以产生朝向待照射的区域而照射的小的光学影像(第一影像30)。对于小流明光源12，重要的是增加到达待照射的区域的光。将最初发自光源12的光直接射到待照射的区域上极大地增强了区域的照度。从透镜反射至反射面并返回透镜的次级反射影像32对第一影像30进行了补充。人们认为，从不太明亮的次级影像32开始获得合适的总的最终区域照度更加困难。

透镜34沿轴向定位在反射器16前方，并且与该反射器16稍微间隔开。透镜34设计成可部分地反射光和部分地透射光。应该懂得，清晰的透镜具有大约百分之四的固有反射率。这里规定的透镜34具有比固有的百分之四反射率更大的反射率，并且优选反射百分之七十五(75％)的以90度角度入射的光，并相应地透射百分之二十五(25％)的以90度角度入射的光。可理解的是，从5％至95％的反射(或从95％至5％的透射)也是可行的。在这些计算中忽略了透镜34对光的吸收。透镜34例如可以是金属化的、镀银的、镀铝的、或具有干涉涂层37，以形成部分反射部分透射(“半反射镜”或“四分之三反射镜”)的透镜34。如本领域中所知，还可将合适的保护涂层应用于反射表面，以防止反射和透射涂层的氧化或其它劣化。反射对透射的相对比率可针对所需的效果进行调节。透镜34具有面向反射器16的第一表面35，和面向待照射的区域的第二表面36。透镜34可以是平的或弯曲的。透镜34通常是透明(清澈)的，并且不是扩散型的透镜34。透镜34可以是有色的。为了实现紧凑性，优选的是反射器16和透镜34相对于彼此大致平行，但彼此略有弯曲，并彼此稍微偏离一段距离38。透镜34尺寸优选基本横跨反射器16的整个轴向投影影像，以便从而截获即便不是所有，也是大多数来自光源12或多个光源12的、穿过且靠近反射器16进行投射或由反射器16进行反射的光。应该懂得，透镜34可具有比反射器16更小的横向跨度，以提供部分成形的三维影像。或者，透镜34可具有比反射器16更大的横向跨度，以确保截获即便不是所有，也是大多数从反射器16传递的光。透镜34优选偏离反射器16的反射表面一定距离38，该距离等于或大于对于光源12的最小影像直径。这样，反射器16和偏离的透镜34就在反射器16和部分反射的透镜34之间限定了腔体40。

至少一个光源12定位成以便将光引导至介于反射器16和部分反射的透镜34之间的腔体40中。这样，光就可从穿过所限定的通道24的光源12处，从保持在反射器16凹部中的光源12处，或者从保持在通道24中的光源12处传送进入腔体40中，以便部分地由透镜34透射(形成第一影像30)，并部分地被透镜34反射回反射器16，再被反射器16反射回透镜34，并再次部分地由透镜34进行透射(形成第二影像32)，并部分地被反射，如此反复以产生另外的多重影像。所产生的多个影像30，32等等排成图案，在观察者看来该图案是弯曲的、涡旋的或以其它方式赋予了三维效果。当反射器16呈球形向外弯曲时，来自周边26光源12的该光源12影像系列以连续的、递增的轴向横向偏差排列起来，从而产生类似于三维碗件的内部的光学幻像，其看起来可能与反射器16或透镜34的横贯轴向尺寸38一样深或者甚至更深。这样，虽然灯组件10的实际深度(透镜前表面至灯支承件背面)可以为一厘米或更少，但光学外观深度远大于此。

罩壳44可用于封装光源12、光源支承件(如果有的话)、反射器16和部分反射的透镜34，以提供用于将组件10联接到车辆上的合适的电力和机械连接装置。车灯罩壳通常是防风雨的、为了导航(aiming)而频繁可调的，而且包括插头式电连接。可供此处所述的光源、反射器和透镜组件使用的特定的罩壳和联接结构被认为是设计选择的问题，对于此，可从许多种结构和方法中进行选择。

图2显示了一种备选机动车车灯的示意性的侧截面视图，其中平面反射器50和LED光源52安装在形成于反射器50中的通道54中。

图3显示了一种提供三维影像的备选机动车车灯的示意性的侧截面视图，该机动车车灯具有向后弯曲的反射器60、安装成在反射表面64的前方的LED光源62。图4显示了一种提供三维影像的、图1类型的机动车车灯的投射影像的正视图。半镀银的透镜提供了当光源处于关断状态时面向外部的反射面，并且当光源处于打开状态时，可透射具有多重光源影像的照射光。在没有运行时，前透镜是一种有效的全反射面，提供了完全镀银或镀铬反射影像。该透镜面可放置在铬罩壳中，例如放置在车辆保险杠中，并在光源关断时从视觉上不可见。当光源打开时，光增强反射并向前穿过前透镜，从而从银或铬的环境中显现出来，提供了深的多重影像的幻像。类似地，虽然灯可具有小的实际深度，例如两至三个厘米，但横向尺寸可以是十个厘米或更多厘米，并且当照亮时，该灯可在视觉上显得具有与实际横向尺寸一样大或者更大的幻像深度。

图5显示了一种提供三维影像的备选机动车车灯的示意性的侧截面视图。仅需要反射表面相对于透镜的部分地反射的表面是弯曲的。图5显示了透镜72，该透镜具有朝向反射器76弯曲的部分地反射的表面74，反射器76具有平的反射面78。这种结构使得支承在基板82上的LED光源80能够定位，并紧密地嵌在形成于反射器76中的通道中。图6显示了提供三维影像的又一备选机动车车灯的示意性的侧截面视图。部分地透射的透镜90可具有弯曲的表面92，并且反射器94也可具有弯曲的表面96。LED光源98还可安装在形成于反射器94中的凹部100中。在图1，3，5，6所示的示例中，透镜或反射器的弯曲视情况可沿相反方向弯曲。

在另一变体中，可通过连接机电装置来移动镜(mirror)以使三维灯光影像产生动画。图7显示了动画三维灯110的分解图。该灯包括安装在衬底例如印刷电路板114前侧上的LED光源112。如本领域中所知，可例如通过导线116来形成到衬底的电连接。LED光源112中心地定位在轴线118上，大致面向待照射的区域。

LED光源112和衬底114组件配合在反射器盘120形状的反射器的后部，反射器盘120形成为具有由第一内壁124形成的轴向通孔122。第一内壁124是反射性的，并且优选覆有涂层以具有类似镜面的表面。第一内壁124还在光学方面成形为以便在向前方向上大致平行地反射来自LED光源112的光。反射器盘120包括第二内侧壁126，该第二内侧壁126形成了反射器盘120的径向外侧。在优选的实施例中，第二内壁126包括多个贝壳状的凹陷128，其围绕第二内壁126而延伸。凹陷128在光学上造型成(回转抛物面段)以便将沿径向接收的光引导至与轴线大致平行的向前方向。在优选的实施例中，反射器盘120包括一个或多个用于镜130的安装座129，例如三个用于通孔螺纹联接的柱销插座。

沿轴向定位在反射器盘120前方的是镜130，该镜130横跨反射器盘120的腔体。镜130的背侧形成为具有自该镜130朝向LED光源112延伸的反射锥132。锥132的大小和形状设置成可基本上截获自LED光源112直接投射或由第一内壁124向前反射的光，并且将该截获的光沿径向引导至第二内壁126上，以便向前反射。镜130还形成为具有多个通道134，这些通道沿着镜130的周边、靠近相应的贝壳状凹陷128(如果有的话)而延伸。形成于该镜中的通道134可成形为使投射的光呈现成单独的影像，例如呈现为圆形、方形、三角形、字符(文本)、标志、或类似的几何上可辨认的图案。反射器盘120和镜130还可形成为以便沿着其相应的径向周边边缘136，138例如利用嵌套唇缘和边缘面来相匹配，从而可将反射器盘120和镜130相对于彼此而定位。在优选的实施例中，该镜的向前的面经涂覆，以具有反射性前表面。根据可能需要的优选的光学图案，该前表面可以是凹入的、平的或凸起的。优选的镜包括三个柱销139，它们通过螺钉而安装在反射器盘120上，以便将这两者刚性地保持在一起。

镜130相对于以电动机械的方式被驱动的元件进行安装，从而至少可以在轴向方向118上移动。在一个优选的实施例中，LED光源112、衬底114、反射器盘120和镜130组合成一种刚性组件，然后将其安装在以电磁的方式被驱动的元件的可动面150上，例如安装在扬声器面上。螺线管、压电元件或类似元件可用于相对于透镜140而沿轴向驱动镜130。扬声器可形成为具有中心通道，可使得用于LED光源112的引线116穿过该中心通道。

镜130的前方是基本横跨镜130的前表面的透镜140，围绕镜130的周边形成通道134。透镜140包括之前所述的部分反射的表面142，该表面偏离镜130的前反射面144，从而限定了光反射腔体。透镜140以机械的方式固定，以独立于镜130。在一个实施例中，透镜140具有杯状形式，其面向镜130的内表面是如上所述的四分之三反射(四分之一透射)面。杯的围绕周壁146延伸至扬声器罩壳152的径向外部，其是不随扬声器表面的电磁作用而移动的部分。或者透镜140可固定到某些其它罩壳或其它独立地支承的元件上。这样，光源112和镜130的组件沿轴向随着由透镜140和扬声器罩壳152所封闭的容积而一起移动。重要的是，从镜130表面144到四分之三反射的透镜140表面142的腔体距离148根据由扬声器磁体154引起的镜130的机械移位而增加和减少。结果，反射光腔体中所形成的三维影像会根据电磁体驱动器或功率源112而动态地变化。

机电元件154接收来自优选功率源112的输入信号，并响应于该输入信号而产生机械输出运动。可能的机电输入装置包括压电元件、电动机、螺线管和扬声器驱动器，例如导线线圈和相关的磁体。机电装置机械地连接到镜上，以使该镜变形，改变该镜相对于半反射透镜的角度，使反射镜向透镜移动，或者是上述作用的某种组合。机电装置可直接连接到镜、输出透镜、用于镜的支承件上，或连接到用于输出窗的支承件上。这样，该机电装置可振动、变形、摇晃，或引起镜的反射面至透镜的内表面之间的距离变化。输入信号可以是打开或关断信号、高压或低压信号、固定的轮生音调或可变信号。该可变信号可来自车辆制动、转变信号方向、动作传感器、发动机加速信号或任何其它可变输入，例如射频信号或TV信号。这样，三维影像灯可提供一种闪烁的、脉动的或类似的变化的信号。

全反射镜和部分反射镜不需要是相互之间相对较平的，也就是说，根据具体情况，两者都是相对光束轴线或车辆轴线沿横向延伸的平行平面。反之，全反射镜和部分反射镜可以是相互弯曲的，同时彼此偏离。这种相互或公共曲率都是相对于光束轴线或车辆轴线的。在这种互相弯曲的形式中可能并不存在实际的光束轴线。这样，这两个镜可例如共同地包绕(弯曲)车辆的转角，以提供一种可部分地从灯组件的后部、转角和侧视图看到的三维影像。虽然已经显示并描述了本发明的当前所认为的优选实施例，但是本领域中的技术人员应该明白，本申请可以做出各种变化和修改，而不脱离本发明的由所附的权利要求所限定的范围。

Claims (23)

1.一种动态灯组件，包括：

反射器，其具有沿轴向定向成面向待照射的区域的反射面，所述反射器包括周边；

部分光反射且部分光透射的透镜，其具有面向所述反射器的第一表面，所述透镜还偏离所述反射面，从而在所述反射器和所述透镜之间限定了腔体，

能够发射可见光的至少一个发光二极管光源，其定位在所述腔体附近，并且定向成以便将光引导至介于所述反射器和所述透镜之间的所述腔体中；

所述透镜具有面向待照射区域的第二表面，所述第一表面反射百分之四以上的直接来自所述至少一个发光二极管光源的入射可见光，并且透射百分之四以上的直接来自所述至少一个发光二极管光源的入射光；和

机电转换器，其响应于电输入信号而提供机械输出，所述转换器以机械的方式连接到所述反射器上,

所述机电转换器的机械输出产生动态地变化的影像图案。

2.根据权利要求1所述的动态灯组件，其特征在于，所述机械转换器是压电元件。

3.根据权利要求1所述的动态灯组件，其特征在于，所述机械转换器是电动机。

4.根据权利要求1所述的动态灯组件，其特征在于，所述机械转换器是螺线管。

5.根据权利要求1所述的动态灯组件，其特征在于，所述机械转换器是带有包围磁体的线圈的扬声器驱动器。

6.根据权利要求1所述的动态灯组件，其特征在于，所述反射器是平面镜。

7.根据权利要求1所述的动态灯组件，其特征在于，所述反射器向外弯曲。

8.根据权利要求1所述的动态灯组件，其特征在于，所述反射器向内弯曲。

9.根据权利要求1所述的动态灯组件，其特征在于，所述透镜是平面透镜。

10.根据权利要求1所述的动态灯组件，其特征在于，所述透镜向外弯曲。

11.根据权利要求1所述的动态灯组件，其特征在于，所述透镜向内弯曲。

12.根据权利要求1所述的动态灯组件，其特征在于，所述透镜基本沿横向轴向跨越整个所述反射器。

13.根据权利要求1所述的动态灯组件，其特征在于，所述透镜的反射面偏离所述反射器至少有所述至少一个发光二极管光源沿轴向投影影像的最小直径的距离。

14.根据权利要求1所述的动态灯组件，其特征在于，所述透镜反射来自所述至少一个发光二极管光源的入射光的一半。

15.根据权利要求1所述的动态灯组件，其特征在于，所述透镜透射大约一半以90度入射的光，并且反射大约一半以90度入射的光。

16.根据权利要求1所述的动态灯组件，其特征在于，所述至少一个发光二极管光源定位在所述反射器和所述透镜之间。

17.根据权利要求1所述的动态灯组件，其特征在于，所述反射器包括凹部，所述至少一个发光二极管光源定位在所述凹部中，并且定向成以便将光导向所述透镜。

18.根据权利要求1所述的动态灯组件，其特征在于，所述反射器包括通道，所述至少一个发光二极管光源定位在所述通道中，并且定向成以便将光导向所述透镜。

19.根据权利要求1所述的动态灯组件，其特征在于，所述反射器包括光透射通道，并且所述光源定位成以便引导光穿过所述光透射通道而射向所述透镜。

20.根据权利要求1所述的动态灯组件，其特征在于，所述透镜半镀银，提供了当所述光源处于关断状态时面向外部的反射面，并且当所述光源处于打开状态时透射具有所述光源的多重影像的照射光。

21.一种车灯，包括：

电光源，

光学投影组件，所述电光源将光引导至所述光学投影组件，所述光学投影组件具有：

光学图案成形元件，其包括折射元件；

至少一个光路变更元件，其包括镜；

所述至少一个光路变更元件具有相对于所述光学图案成形元件的被动位置关系，从而自所述光学投影组件被动地投射出的光形成了带图案的稳定光束，和机电装置，其接收信号输入，并响应于所述输入信号而在以机械的方式被驱动的元件中产生机械运动，所述被驱动的元件固定在所述光学投影组件上，以通过沿着所述光路移动所述光路变更元件来改变所述光学图案成形元件和所述光路变更元件之间的被动位置关系，

所述光学图案成形元件和所述光路变更元件之间的被动位置关系的改变产生动态地变化的影像图案。

22.根据权利要求21所述的车灯，其特征在于，所述位置关系变化是沿轴向沿着所述光路的。

23.根据权利要求21所述的车灯，其特征在于，所述位置关系变化相对于所述光路是围绕轴线旋转的。