用于計(jì)算光學(xué)透鏡的表面的方法和按該方法計(jì)算的用于機(jī)動(dòng)車(chē)前照燈的光模塊的投影透鏡的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于計(jì)算光學(xué)透鏡(10)的表面(12,13)的方法以及一種帶有按所述方法計(jì)算出的表面(12,13)的光學(xué)透鏡(10)。該方法包括以下步驟：a)預(yù)先規(guī)定希望的光分布，b)使第一表面(13)變形，目的是在光分布中產(chǎn)生不同大小的光源圖像(30)；c)使第二表面(12)變形，使所有的光源圖像(30)這樣移動(dòng)，使得光源圖像以其最高的點(diǎn)直接位于生成的光分布的明暗分界線上，d)通過(guò)與預(yù)先規(guī)定的光分布比較確定生成的光分布的質(zhì)量；e)如果質(zhì)量在能預(yù)先規(guī)定的臨界值之上，存儲(chǔ)計(jì)算出的表面(12,13)并終止方法，f)否則重新使第一表面(13)變形，g)重新使第二表面(12)變形，h)重復(fù)步驟f)和g)，直至生成的光分布的質(zhì)量處于臨界值之上，以及i)存儲(chǔ)計(jì)算出的表面(12,13)并終止方法。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于計(jì)算光學(xué)透鏡的表面的方法和按該方法計(jì)算的用于機(jī)動(dòng)車(chē)前照燈的光模塊的投影透鏡

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于計(jì)算光學(xué)透鏡的表面的方法。本發(fā)明還涉及一種用于實(shí)現(xiàn)該方法的計(jì)算機(jī)程序。本發(fā)明還涉及一種用于機(jī)動(dòng)車(chē)前照燈的光模塊的投影透鏡。該投影透鏡設(shè)計(jì)用于將至少一部分由光模塊的光源發(fā)出的光線投影到配設(shè)前照燈的機(jī)動(dòng)車(chē)前面的行車(chē)道上用于產(chǎn)生近光的光分布。此外，本發(fā)明涉及一種用于機(jī)動(dòng)車(chē)前照燈的光模塊。該光模塊包括用于發(fā)出光線的光源和用于將至少一部分由光源發(fā)出的光線投影到配備有前照燈的機(jī)動(dòng)車(chē)前面的行車(chē)道上用于產(chǎn)生近光的光分布的投影透鏡。
[0002]最后，本發(fā)明涉及一種機(jī)動(dòng)車(chē)前照燈。其包括光模塊，該光模塊包括用于發(fā)出光線的光源和用于將至少一部分由光源發(fā)出的光線投影到配備有前照燈的機(jī)動(dòng)車(chē)前面的行車(chē)道上用于產(chǎn)生近光的光分布的投影透鏡。

【背景技術(shù)】
[0003]在機(jī)動(dòng)車(chē)照明裝置領(lǐng)域，尤其在機(jī)動(dòng)車(chē)前照燈領(lǐng)域，原則上能夠劃分兩種不同類(lèi)型的光模塊。在所謂的反射模塊中，借助于反射器在機(jī)動(dòng)車(chē)前面的行車(chē)道上產(chǎn)生希望的光分布，該反射器將由光源發(fā)出的光線反射到行車(chē)道上，用于產(chǎn)生希望的近光的光分布。
[0004]在投影模塊中，在光路中額外設(shè)有投影透鏡，其將由反射器或其它類(lèi)型的初級(jí)光學(xué)器件束集的光線投影到機(jī)動(dòng)車(chē)前面的行車(chē)道上，用于產(chǎn)生希望的近光光分布。為了產(chǎn)生近光光分布，通常在初級(jí)光學(xué)器件和投影透鏡之間設(shè)置遮擋裝置，其中，該遮擋裝置的上邊棱為了產(chǎn)生近光光分布的明暗分界線由投影透鏡成像在機(jī)動(dòng)車(chē)前面的行車(chē)道上。
[0005]反射模塊由于與光源和反射區(qū)域的不同間距和視角在生成的光分布中具有不同大小的光源圖像?？梢粤己玫乩貌煌笮〉墓庠磮D像，以便在設(shè)計(jì)這種反射模塊時(shí)利用不同大小的光源圖像照亮生成光分布的不同區(qū)域。因此例如已知的是，使用小的光源圖像來(lái)形成近光的光分布的明暗分界線并且用于實(shí)現(xiàn)光分布盡可能大的有效范圍，方式是將小的光源圖像盡可能近地在明暗分界線下面反射到光分布的一個(gè)位置中。反之，大的光源圖像經(jīng)常被用于照亮機(jī)動(dòng)車(chē)前部地帶或附近區(qū)域且用于生成的光分布中的側(cè)面照明。尤其希望將光線在遠(yuǎn)方直接置于明暗分界線下面，以便可能僅通過(guò)盡可能小的光源圖像實(shí)現(xiàn)生成的光分布的盡可能大的有效距離。
[0006]在投影模塊中，為了束集由光源發(fā)出的光線，使用反射器或其它類(lèi)型的初級(jí)光學(xué)元件。因此例如已知的是，采用透鏡系統(tǒng)或所謂的附加光學(xué)器件作為初級(jí)光學(xué)器件。附加光學(xué)器件通常由透明的玻璃或塑料材料構(gòu)成，由光源發(fā)出的光線耦入到該附加光學(xué)器件中。耦入的光線至少部分在外邊界面被全反射并且接著從附加光學(xué)器件射出。耦入的光線沒(méi)有全反射的部分優(yōu)選直接再次從附加光學(xué)器件射出。在此，光線的束集通過(guò)在光入射面和/光出射面的折射且通過(guò)在附加光學(xué)器件的分界面上的全反射實(shí)現(xiàn)。
[0007]另外，在投影模塊中使用次級(jí)光學(xué)器件來(lái)將束集的光線成像在行車(chē)道上并且用于產(chǎn)生希望的近光的光分布。次級(jí)光學(xué)器件可以設(shè)計(jì)為反射器或者投影透鏡。投影透鏡可以將由初級(jí)光學(xué)器件通過(guò)束集的光線在中間平面中產(chǎn)生的中間光分布成像在遠(yuǎn)方或者設(shè)計(jì)為所謂的直接成像的系統(tǒng)。
[0008]在直接成像的投影模塊中，例如包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管(LED)的光源通過(guò)投影透鏡成像在行車(chē)道上，而不需要其它光學(xué)作用的面來(lái)束集或偏轉(zhuǎn)光束。這種直接成像的投影模塊通過(guò)恰當(dāng)形式的投影透鏡產(chǎn)生光分布，該光分布在水平和豎直方向具有規(guī)定的延伸。
[0009]由現(xiàn)有技術(shù)還已知有投影透鏡，其這樣設(shè)計(jì)，使得其能夠在沒(méi)有設(shè)置在光路中的額外遮擋裝置的情況下產(chǎn)生帶有基本上水平的明暗分界線的近光光分布。明暗分界線在此可以足以滿足ECE-、SAE-或任意其它法律要求。
[0010]由現(xiàn)有技術(shù)已知設(shè)計(jì)用于在機(jī)動(dòng)車(chē)前照燈的光模塊中的投影透鏡這樣成形，使得透鏡的一側(cè)要么是平地、凸地或凹地成形。在此，離開(kāi)已知的投影透鏡的光束的發(fā)散在投影透鏡的整個(gè)光出射面上幾乎相同。這種投影透鏡的光源的圖像在與光模塊或機(jī)動(dòng)車(chē)前照燈以一間距設(shè)置的測(cè)量屏幕上全部具有類(lèi)似的大小。因此投影模塊明顯區(qū)別于反射模塊。
[0011]由投影模塊產(chǎn)生的幾乎相同大小的光源圖像導(dǎo)致在產(chǎn)生這種投影模塊的生成的光分布時(shí)不存在這樣的可能性，即，將不同大小的光源圖像偏轉(zhuǎn)到生成的光分布的不同區(qū)域中。尤其沒(méi)有特別小的圖像，其可以被用于產(chǎn)生光分布的高的有效距離，并且沒(méi)有特別大的光源圖像，其可以用于照亮前部地帶或在光分布的區(qū)域中側(cè)面照明。盡管如此，為了使生成的投影模塊的光分布還滿足要求的客戶需求，由現(xiàn)有技術(shù)已知的是，將大致相同大小的光源圖像偏轉(zhuǎn)到光分布的希望的區(qū)域中，而不影響其大小。尤其在已知的投影模塊中，僅借助于較小的光源圖像的下降實(shí)現(xiàn)令人滿意的前部地帶照明。這意味著，光源圖像必須從直接在明暗分界線下面的區(qū)域向下移動(dòng)到光分布的前部地帶。這導(dǎo)致，明暗分界線的有效距離和梯度被削弱。
[0012]盡管理論上可以通過(guò)光源和投影透鏡之間的間距改變圖像尺寸。但是為了獲得小的光源圖像，必須增大間距。然而這導(dǎo)致投影透鏡也必須橫向于照射方向增大，以便接收相對(duì)光源而言的相同的空間角。備選地，在橫向于照射角的尺寸相同時(shí)，更少的光線量透過(guò)投影透鏡，這將會(huì)減弱投影模塊的效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]從現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，相應(yīng)構(gòu)造和改進(jìn)設(shè)計(jì)一種用于計(jì)算光學(xué)透鏡的表面的方法，一種投影透鏡，一種投影模塊和/或一種機(jī)動(dòng)車(chē)前照燈，使得能夠產(chǎn)生帶有不同的圖像尺寸的成像的系統(tǒng)，因此獲得了不同大小的光源圖像，這些光源圖像然后可以被針對(duì)性地偏轉(zhuǎn)到生成的光分布中的希望的區(qū)域中。尤其希望的是，也在直接成像的投影模塊中提供用于照亮直接在明暗分界線下面的光分布區(qū)域的較小的光源圖像和用于照亮前部地帶中和/或光分布的側(cè)面區(qū)域中的光分布的區(qū)域的較大的光源圖像。
[0014]為了解決該技術(shù)問(wèn)題建議一種開(kāi)頭所述類(lèi)型的方法，其特征在于，
[0015]a)預(yù)先規(guī)定希望的光分布，該光分布應(yīng)當(dāng)由通過(guò)計(jì)算的透鏡(10)的光線產(chǎn)生，
[0016]b)使所述透鏡的第一表面變形，目的是在光分布中產(chǎn)生不同大小的光源圖像；
[0017]c)使透鏡的與第一表面相對(duì)的第二表面變形，目的是使所有的光源圖像這樣移動(dòng)，使得光源圖像分別以其最高的點(diǎn)直接位于生成的光分布的明暗分界線旁或上，該光分布通過(guò)透鏡以變形的表面產(chǎn)生；
[0018]d)通過(guò)與預(yù)先規(guī)定的光分布比較確定生成的光分布的質(zhì)量；
[0019]e)如果質(zhì)量在能預(yù)先規(guī)定的臨界值之上，存儲(chǔ)計(jì)算出的用于透鏡的表面并終止方法，
[0020]f)否則重新使第一表面變形，目的是在光分布中產(chǎn)生光源圖像更大或更小的束；
[0021]g)重新使第二表面變形，目的是使所有的光源圖像這樣移動(dòng)，使得光源圖像分別以其最高的點(diǎn)位于生成的光分布的明暗分界線旁或上，
[0022]h)重復(fù)步驟f)和g)，直至生成的光分布的質(zhì)量處于臨界值之上，以及
[0023]i)存儲(chǔ)計(jì)算出的用于透鏡的表面并終止方法。
[0024]希望的光分布可以在步驟a)中通過(guò)法律法規(guī)(例如ECE-，SAE-或其它法規(guī))或者通過(guò)客戶的需求(例如前照燈廠商或機(jī)動(dòng)車(chē)廠商)預(yù)先規(guī)定。因此例如可以是這樣的客戶需求，即，實(shí)現(xiàn)符合法律要求的近光燈分布、該近光燈分布帶有特別清晰分界的明暗分界線和/或特別近的靠近機(jī)動(dòng)車(chē)的前部地帶照明和/或一個(gè)或多個(gè)特別亮地照明的側(cè)板區(qū)域。這可以通過(guò)按本發(fā)明的帶有投影透鏡的光模塊或前照燈實(shí)現(xiàn)，其表面按按本發(fā)明的方法計(jì)算出。
[0025]步驟b)在計(jì)算機(jī)上根據(jù)待計(jì)算的透鏡的數(shù)學(xué)模型被模擬。在此，優(yōu)選這樣計(jì)算或改變透鏡表面的離散點(diǎn)，使得通過(guò)透鏡的變形區(qū)域的光束產(chǎn)生更大或更小的光源圖像。光源圖像的大小同樣可以根據(jù)用于變形的透鏡的光路的數(shù)學(xué)模型模擬。第一透鏡表面的變形是良好地在生成的光分布中照亮前部地帶和/或光分布的側(cè)面區(qū)域并且同時(shí)還有足夠的光線用于產(chǎn)生清晰分界的明暗分界線的前提。這由此實(shí)現(xiàn)，即，不是像現(xiàn)有技術(shù)中常見(jiàn)的那樣，將光源圖像簡(jiǎn)單地向下下降到前部地帶或者側(cè)向移動(dòng)到側(cè)邊區(qū)域。在此，不存在移動(dòng)到前部地帶或側(cè)邊區(qū)域中用于產(chǎn)生明暗分界線的光線。而是，在本發(fā)明中，這樣使第一透鏡表面變形，使得產(chǎn)生了不同大小的光源圖像。
[0026]在步驟c)中，然后這樣使另一透鏡表面變形，使得所有的光源圖像分別以其最高點(diǎn)緊密地位于明暗分界線旁或上。這在模擬的范疇中根據(jù)變形的透鏡的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出。因此，光源圖像全部盡可能近地靠近明暗分界線。大的光源圖像以其下部區(qū)域延伸至前部地帶。大的光源圖像的下部也可以用于形成前部地帶照明。但是同時(shí)，大的圖像的上部區(qū)域設(shè)置在明暗分界線旁或上，使得在此不會(huì)像在現(xiàn)有技術(shù)中那樣由于整個(gè)光源圖像下降到前部地帶中那樣出現(xiàn)光線丟失。
[0027]在此可以通過(guò)外部邊界條件預(yù)先規(guī)定透鏡表面變形的類(lèi)型和范圍。這些邊緣條件例如可以是光模塊或前照燈中的結(jié)構(gòu)規(guī)定(例如空間位置)。因此，在光模塊深入設(shè)置在前照燈中時(shí)這樣進(jìn)行在透鏡下部區(qū)域中的透鏡表面的變形，使得在該區(qū)域中產(chǎn)生小的光源圖像。由于較少發(fā)散的光束，更少的光線例如照射到蓋框架上，因此更多的光線可用于產(chǎn)生生成的光分布并且同時(shí)減少了干擾的反射。通過(guò)表面在透鏡的上部和下部區(qū)域中變形，使得能夠如在迄今僅通過(guò)反射系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)的那樣產(chǎn)生光分布。在此，優(yōu)選產(chǎn)生原來(lái)較大光源圖像的區(qū)域這樣變形，使得光源圖像變得更大。類(lèi)似的應(yīng)用可以被用于由原本小的圖像產(chǎn)生更小的光源圖像。
[0028]在步驟d)中，可以通過(guò)以任意方式與前述在步驟a)中預(yù)先規(guī)定的光分布比較確定生成的光分布的質(zhì)量。例如，可以檢查亮度分布的最大值是否位于光分布預(yù)先規(guī)定的位置上，尤其是足夠靠近明暗分界線。同樣可以檢查在前部地帶和/或在光分布的側(cè)邊區(qū)域中生成的光分布的亮度值是否滿足由預(yù)先規(guī)定的光分布的規(guī)定。另外，可以考慮檢查，明暗分界線上方的亮度值是否不超過(guò)法律規(guī)定的最大值。也可以根據(jù)多個(gè)不同的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)生成的光分布進(jìn)行評(píng)估?？梢匀斯せ蜃詣?dòng)地進(jìn)行光分布的質(zhì)量的評(píng)估。
[0029]如果生成的光分布的質(zhì)量還不滿足規(guī)定的要求(參見(jiàn)步驟f)，在重復(fù)的方法(參見(jiàn)步驟g和h)中將待計(jì)算的透鏡的表面一直繼續(xù)這樣變形，使得一方面產(chǎn)生不同大小的光源圖像，并且光源圖像全部以其最上方的點(diǎn)位于明暗分界線旁或上，另一方面，由單個(gè)光源圖像疊加形成的生成的光分布盡可能良好地對(duì)應(yīng)于預(yù)先規(guī)定的光分布。為了確定生成的光分布的質(zhì)量，也可以簡(jiǎn)單地計(jì)算執(zhí)行的重復(fù)流程的次數(shù)。按照本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施形式，重復(fù)的方法在一預(yù)定數(shù)量的重復(fù)流程之后被中斷。
[0030]因此例如可以考慮的是，在生成的光分布的亮度最大值不足夠靠近明暗分界線時(shí)，通過(guò)繼續(xù)減小用于小的光源圖像的光束的發(fā)散度產(chǎn)生更小的光源圖像。然后，較小的圖像最大值可以更靠近明暗分界線，使得生成的光分布的最大值整體往回靠近明暗分界線。然后通過(guò)在步驟h)中檢查生成的光分布的質(zhì)量來(lái)檢查在重復(fù)的方法步驟g)和h)中實(shí)現(xiàn)的透鏡表面的變形是否實(shí)現(xiàn)了希望的效果。
[0031]如果滿足了中斷標(biāo)準(zhǔn)，也就是當(dāng)光分布的質(zhì)量滿足預(yù)先規(guī)定的臨界值，也就是當(dāng)生成的光分布在希望的程度上對(duì)應(yīng)于預(yù)先規(guī)定的光分布，則存儲(chǔ)為透鏡的表面計(jì)算的值。中斷標(biāo)準(zhǔn)也可以規(guī)定為達(dá)到預(yù)定數(shù)量的重復(fù)流程。存儲(chǔ)的值可以被用于制造符合該值的透鏡或?yàn)榱四M目的，例如用于模擬配有透鏡的光模塊的輻射曲線，或者在設(shè)計(jì)配有透鏡的光模塊或前照燈時(shí)用作CAD-數(shù)據(jù)。
[0032]本發(fā)明建議，第一表面是光出射面，而第二表面是光入射面。當(dāng)然，該方法也可以設(shè)計(jì)為，首先為了改變光源圖像的大小使光入射面變形，然后為了將光源圖像的最高點(diǎn)定位在明暗分界線旁或上而使光出射面變形。
[0033]以這種方式計(jì)算的按本發(fā)明的投影透鏡的特征在于，投影透鏡的成像特性被這樣選擇，使得為了產(chǎn)生近光的光分布使小的光源圖像直接在光分布的明暗分界線下面凸出且使大的光源圖像一直凸出到前部地帶和/或光分布的側(cè)邊區(qū)域中。
[0034]借助于按本發(fā)明的投影透鏡可以產(chǎn)生具有不同圖像尺寸的成像系統(tǒng)。為此，替代常見(jiàn)的成像投影透鏡使用這樣一個(gè)投影透鏡，其僅使由初級(jí)光學(xué)器件產(chǎn)生的中間光分布的一個(gè)小區(qū)域清晰成像，由其余區(qū)域構(gòu)成的中間光分布由于在投影透鏡的豎直截面上看局部不同的、與位置有關(guān)地變化的圖像尺寸而不清晰地成像。這導(dǎo)致借助于按本發(fā)明的投影透鏡產(chǎn)生不同大小的光源圖像。為了在近光光分布的明暗分界線的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生最大值和/或局部的梯度，在光分布內(nèi)部采用小的光源圖像。其可以非常精確地將光線局部集中。為了產(chǎn)生相同形狀的光分布，特別是在前部地帶或在光分布的側(cè)面延伸中，采用較大的光源圖像。本發(fā)明使得這樣構(gòu)造投影系統(tǒng)和機(jī)動(dòng)車(chē)前照燈，其可以通過(guò)唯一一個(gè)投影透鏡產(chǎn)生小的和大的光源圖像。
[0035]這種投影透鏡可以借助于新式的計(jì)算機(jī)程序計(jì)算。類(lèi)似于已經(jīng)對(duì)于所謂的自由成形反射器已知的那樣，其為投影模塊給定的結(jié)構(gòu)條件計(jì)算投影透鏡的形狀，以便能夠產(chǎn)生帶有希望數(shù)量和位置的較小和較大的光源圖像的希望的光分布。
[0036]投影模塊的結(jié)構(gòu)條件例如是光源和投影透鏡之間的間距，投影透鏡的直徑，投影透鏡的焦距，光源關(guān)于投影透鏡的焦點(diǎn)的布置、光源的類(lèi)型、構(gòu)造和/或朝向。這些和其它邊緣條件可以作為邊緣參數(shù)預(yù)先規(guī)定并且由計(jì)算機(jī)程序在進(jìn)一步的計(jì)算中考慮。計(jì)算機(jī)程序從投影透鏡的預(yù)先給定的形狀開(kāi)始，該投影透鏡帶有光入射面和光出射面的預(yù)定的表面曲線。然后，計(jì)算機(jī)程序按照根據(jù)本發(fā)明的重復(fù)方法為離散點(diǎn)確定必須使預(yù)先規(guī)定的透鏡變形的值，以便生成的光分布盡可能近地靠近預(yù)先規(guī)定的光分布。最后，可以在透鏡表面計(jì)算的離散點(diǎn)之間內(nèi)插，使得以接近的方式獲得投影透鏡的透鏡入射面和/或透鏡出射面的形狀或表面曲線，其適于產(chǎn)生希望的光分布。
[0037]投影透鏡的形狀或透鏡表面的曲線的計(jì)算可以針對(duì)希望的光分布在豎直方向且針對(duì)希望的光分布在水平方向相互分開(kāi)進(jìn)行，尤其是依次進(jìn)行。投影透鏡的表面曲線可以在離散點(diǎn)這樣變化，直至盡可能好的實(shí)現(xiàn)希望的光分布。計(jì)算機(jī)程序在此執(zhí)行重復(fù)的方法，當(dāng)實(shí)際實(shí)現(xiàn)的光分布在規(guī)定數(shù)量的離散點(diǎn)中盡可能近地靠近希望的光分布，則停止該計(jì)算機(jī)程序。如果滿足中斷標(biāo)準(zhǔn)，則終止通過(guò)計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的方法。計(jì)算出的用于適于產(chǎn)生希望的光分布的投影透鏡的形狀和/或表面曲線的數(shù)據(jù)可以直接用于制造透鏡，例如通過(guò)輸入到銑床中，以便由玻璃塊銑削出希望的投影光學(xué)器件。
[0038]按照按本發(fā)明的方法的一種有利的改進(jìn)設(shè)計(jì)建議，借助于優(yōu)化程序確定光分布的質(zhì)量。優(yōu)化程序有利地利用目標(biāo)函數(shù)來(lái)描述生成的光分布，該光分布通過(guò)具有變形的表面的透鏡實(shí)現(xiàn)，其中嘗試通過(guò)表面的變形使目標(biāo)函數(shù)最小化。優(yōu)選采用偏差平方和作為目標(biāo)函數(shù)。為了使偏差平方和最小化，優(yōu)選使用最小二乘法。
[0039]為了能夠在自動(dòng)執(zhí)行的方法的范疇中確定生成的光分布的質(zhì)量，可考慮各種方式。作為一種可能的方式建議，將預(yù)先規(guī)定的光分布和通過(guò)帶有變形的表面的透鏡實(shí)現(xiàn)的生成的光分布的亮度值在同一像素柵格中針對(duì)選定的像素相互比較，并且偏差平方和分別由特定像素中的亮度值的偏差的平方計(jì)算出。對(duì)于像素柵格選定的像素也分別為生成的光分布和預(yù)先規(guī)定的光分布確定亮度值。計(jì)算在這些像素中的亮度值的偏差并且形成偏差的平方。根據(jù)為選定的像素計(jì)算出的平方的和可以自動(dòng)確定生成的光分布的質(zhì)量。在此可考慮的是，對(duì)于不同像素分配不同權(quán)重的平方。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0040]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在以下參照示出了優(yōu)選的實(shí)施例的附圖和詳細(xì)說(shuō)明。圖中示出:
[0041]圖1是由現(xiàn)有技術(shù)已知的用于產(chǎn)生用于前部地帶照明和/或光分布中的側(cè)邊照明的下降的光源圖像的投影透鏡的豎直截面視圖；
[0042]圖2是通過(guò)圖1所示的透鏡實(shí)現(xiàn)的光分布；
[0043]圖3是通過(guò)按本發(fā)明的按第一種實(shí)施例的投影透鏡的豎直截面圖，用于產(chǎn)生用于最大值和近光光分布的明暗分界線的小光源圖像；
[0044]圖4是按本發(fā)明的投影透鏡按第二種實(shí)施例的豎直截面圖，其用于產(chǎn)生用于前部地帶照明和/或光分布的側(cè)邊照明的大的光源圖像；
[0045]圖5按本發(fā)明投影透鏡的第三種實(shí)施例的豎直截面圖，用于產(chǎn)生不同大小的光源圖像；
[0046]圖6是通過(guò)圖5所示的透鏡示例產(chǎn)生的光源圖像；
[0047]圖7是通過(guò)圖5所示的透鏡通過(guò)疊加按圖6的光源圖像實(shí)現(xiàn)的光分布；
[0048]圖8a_8b是光分布在豎直方向的規(guī)定和為滿足該規(guī)定設(shè)計(jì)的按本發(fā)明的投影透鏡的相應(yīng)的垂直截面之間的關(guān)系，
[0049]圖9是按第四種實(shí)施例的按本發(fā)明的投影透鏡的垂直截面圖；
[0050]圖10是通過(guò)圖9所示的透鏡實(shí)現(xiàn)的光分布；
[0051]圖11是按第五種實(shí)施例的按本發(fā)明的投影透鏡的豎直截面圖，其僅在豎直方向上造成光源變形；
[0052]圖12是通過(guò)圖11所示的透鏡示例產(chǎn)生的、僅在豎直方向變形的光源圖像；
[0053]圖13是通過(guò)圖11所示的透鏡通過(guò)疊加按圖12的光源圖像實(shí)現(xiàn)的光分布；
[0054]圖14是按第六種實(shí)施例的按本發(fā)明的投影透鏡的水平截面圖，其僅在水平方向造成光源的變形；
[0055]圖15是通過(guò)按圖14所示的透鏡示例產(chǎn)生的僅在水平方向變形的光源圖像；
[0056]圖16是通過(guò)圖14所示的透鏡通過(guò)疊加按圖15的光源圖像實(shí)現(xiàn)的光分布；
[0057]圖17是按第七種實(shí)施例的按本發(fā)明的投影透鏡的透視圖，其既在水平方向也在豎直方向?qū)е鹿庠吹淖冃危?br> [0058]圖18是通過(guò)圖17所示的透鏡示例產(chǎn)生的既在豎直方向也在水平方向變形的光源圖像；
[0059]圖19是通過(guò)圖17所示的透鏡通過(guò)疊加按圖18的光源圖像實(shí)現(xiàn)的光分布；
[0060]圖20是從按圖13的光分布出發(fā)通過(guò)相對(duì)按圖11的投影透鏡降低光源實(shí)現(xiàn)的光分布；
[0061]圖21是已知投影透鏡的豎直截面圖；
[0062]圖22是通過(guò)圖21所示的已知透鏡產(chǎn)生的傳統(tǒng)光源圖像；
[0063]圖23是通過(guò)圖21所示的已知透鏡通過(guò)疊加按圖22的光源圖像實(shí)現(xiàn)的傳統(tǒng)的光分布；
[0064]圖24是已知投影透鏡的透視圖；
[0065]圖25是通過(guò)圖24所示的已知透鏡產(chǎn)生的傳統(tǒng)光源圖像；
[0066]圖26是通過(guò)圖24所示的已知透鏡通過(guò)疊加按圖25的光源圖像實(shí)現(xiàn)的傳統(tǒng)光分布；
[0067]圖27是按優(yōu)選實(shí)施形式的按本發(fā)明的機(jī)動(dòng)車(chē)前照燈；
[0068]圖28是通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)已知的按圖21的透鏡可實(shí)現(xiàn)的光分布；
[0069]圖29是通過(guò)由現(xiàn)有技術(shù)已知的按圖1的透鏡可實(shí)現(xiàn)的光分布；
[0070]圖30是通過(guò)按本發(fā)明的透鏡可實(shí)現(xiàn)的光分布；
[0071]圖31是通過(guò)由現(xiàn)有技術(shù)已知的按圖21的透鏡可實(shí)現(xiàn)的光分布在遠(yuǎn)區(qū)域中的亮度；
[0072]圖32是通過(guò)由現(xiàn)有技術(shù)已知的按圖1的透鏡可實(shí)現(xiàn)的光分布在遠(yuǎn)區(qū)域中的亮度；
[0073]圖33是通過(guò)按本發(fā)明的透鏡可實(shí)現(xiàn)的光分布在遠(yuǎn)區(qū)域中的亮度；
[0074]圖34是通過(guò)由現(xiàn)有技術(shù)已知的按圖21的透鏡可實(shí)現(xiàn)的光分布在前部地帶的亮度；
[0075]圖35是通過(guò)由現(xiàn)有技術(shù)已知的按圖1的透鏡可實(shí)現(xiàn)的光分布在前部地帶的亮度；以及
[0076]圖36通過(guò)按本發(fā)明的透鏡可實(shí)現(xiàn)的光分布在前部地帶中的亮度。

【具體實(shí)施方式】
[0077]在圖27中示出了按優(yōu)選實(shí)施例的按本發(fā)明的機(jī)動(dòng)車(chē)前照燈。該前照燈整體用附圖標(biāo)記I表示。前照燈I包括殼體2，其優(yōu)選由塑料制成。在前部部段中，也就是在光出射方向3上看，殼體2具有光出射口 4，其通過(guò)透明的蓋板5封閉。蓋板5可以具有光學(xué)作用的元件(例如棱鏡或柱形透鏡)，其用于優(yōu)選在水平方向，但也可以考慮在豎直方向散射穿過(guò)的光束(所謂的散射片)。蓋板5然而優(yōu)選不設(shè)計(jì)光學(xué)作用的元件(所謂的光片)。蓋板5由透明的玻璃或塑料材料制成。
[0078]在前照燈殼體2的內(nèi)部設(shè)置有光模塊，其整體用附圖標(biāo)記7表示。光模塊7包括光源8，其可以設(shè)計(jì)為白熾燈、氣體放電燈或一個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管(LED)。由光源8發(fā)出的光束借助于初級(jí)光學(xué)器件9束集并且偏轉(zhuǎn)到大致光出射方向3上。在所示的實(shí)施例中，初級(jí)光學(xué)器件9設(shè)計(jì)為反射器。然而也可以考慮的是，初級(jí)光學(xué)器件9設(shè)計(jì)為T(mén)IR(全內(nèi)反射)_附加光學(xué)器件。這種附加光學(xué)器件由透明的玻璃或塑料材料制成。由光源8發(fā)出的光線被耦入到附加光學(xué)器件中，在附加光學(xué)器件的外邊界面上全反射并且然后再次從附加光學(xué)器件射出。光束的束集在TIR-附加光學(xué)器件中通過(guò)在進(jìn)入到附加光學(xué)器件時(shí)和在從附加光學(xué)器件射出時(shí)的折射和/或通過(guò)在邊界面的全反射實(shí)現(xiàn)。
[0079]在束集的光束的光路上，還設(shè)置有投影光學(xué)器件10，為了產(chǎn)生希望的光分布，其將通過(guò)其的光線投影到在配有前照燈I的機(jī)動(dòng)車(chē)前面的行車(chē)道上。投影光學(xué)器件10設(shè)計(jì)為按本發(fā)明的投影透鏡，并且在后面還將詳細(xì)說(shuō)明。光模塊7也被稱為投影模塊。其是固定的或可圍繞水平和/或豎直軸線可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在殼體2中。投影模塊7的光軸用附圖標(biāo)記11表示。
[0080]在投影模塊7中使用透鏡10，其要么將例如通過(guò)反射器9生成的光分布在中間平面成像到遠(yuǎn)處，要么是所謂的直接成像系統(tǒng)，其中光源8 (通常是LED)通過(guò)透鏡10成像，而不需要其它光學(xué)作用的面用于束集光束。
[0081]這種直接成像的投影系統(tǒng)通過(guò)透鏡10的恰當(dāng)形狀產(chǎn)生光分布，該光分布在水平和豎直方向具有規(guī)定的延展。投影透鏡10這樣設(shè)計(jì)，使得投影透鏡與初級(jí)光學(xué)器件9共同作用，在沒(méi)有額外的設(shè)置在光路中的遮蓋裝置的情況下可以產(chǎn)生近光光分布的明暗分界線。
[0082]明暗分界線在此可以嚴(yán)格水平對(duì)稱地延伸，或者具有不對(duì)稱的延伸，例如按照ECE-或SAE-規(guī)定。已知的投影透鏡這樣成形，即，透鏡的一側(cè)是平的、凸或凹地形成。
[0083]圖21示出了由現(xiàn)有技術(shù)已知的傳統(tǒng)投影透鏡20的豎直截面圖，帶有用于示例選擇的光束的相應(yīng)光路。在此可清楚看出，離開(kāi)透鏡20的光束的豎直延展或發(fā)散與從透鏡20的射出點(diǎn)無(wú)關(guān)地近乎一樣大。由此獲得的、在以一間距相對(duì)配有傳統(tǒng)的投影透鏡20的前照燈I設(shè)置的測(cè)量屏21上的光源圖像在圖22中舉例示出。在測(cè)量屏21上示出了兩個(gè)正交的軸線，一個(gè)是水平軸HH，一個(gè)是豎直軸W。軸線HH，VV在點(diǎn)HV相交。模塊7的光軸11優(yōu)選延伸經(jīng)過(guò)交點(diǎn)HV。可清楚地看出，可以通過(guò)傳統(tǒng)的投影透鏡20產(chǎn)生的光源圖像22與其形狀略微不同，但是在大小幾乎一樣。在測(cè)量屏21上通過(guò)疊加光源圖像22獲得的光分布23在圖23中被示出。
[0084]研究這種已知的透鏡20的光路發(fā)現(xiàn)，光源8的圖像22全部在測(cè)量屏21上具有類(lèi)似的大小。這導(dǎo)致，已知的投影模塊在產(chǎn)生希望的光分布時(shí)不能產(chǎn)生用于有效距離的特別小的圖像22，或用于前部地帶照明或側(cè)邊照明的較大的圖像。
[0085]因?yàn)橐阎耐队巴哥R20不能產(chǎn)生小的光源圖像22，只能通過(guò)下降光源圖像22實(shí)現(xiàn)前部地帶照明。這意味著，圖像22從明暗分界線向下被移動(dòng)到前部地帶。這必然導(dǎo)致有效距離減小并且明暗分界線上的梯度減弱。
[0086]在圖1中示出了由現(xiàn)有技術(shù)已知的投影透鏡20，其光入射面24相對(duì)圖21所示的傳統(tǒng)的投影透鏡20在區(qū)域25中略微變化，以便實(shí)現(xiàn)降低光源圖像22以照明前部地帶的已知效果。下降的光束通過(guò)箭頭標(biāo)明。這樣設(shè)計(jì)的投影透鏡20的光分布23在圖2中示出?？梢郧宄乜闯?，明暗分界線上的梯度被減弱(光分布的上側(cè)的Isolux-線彼此不是非?？拷?并且光分布23缺少有效距離。
[0087]本發(fā)明尤其用于產(chǎn)生帶有不同圖像大小的成像系統(tǒng)，例如投影模塊7。替代由現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)的成像透鏡20，使用按本發(fā)明的投影透鏡10，其僅在小區(qū)域中清晰成像，而在其它區(qū)域中由于變化的圖像大小僅不清晰地成像。這導(dǎo)致，不同大小的光源圖像可用于產(chǎn)生希望的預(yù)先規(guī)定的光分布。為了在光分布的明暗分界線的區(qū)域中產(chǎn)生最大值和局部梯度，主要使用小的光源圖像。這可以非常精確地局部集中光線。為了產(chǎn)生光分布均勻照亮的區(qū)域，尤其在前部地帶區(qū)域或者在光分布的側(cè)板延伸部，反之使用較大的光源圖像。借助于本發(fā)明可能的是，這樣設(shè)計(jì)投影系統(tǒng)，使得通過(guò)唯一一個(gè)投影透鏡10可以產(chǎn)生小和大的光源圖像。
[0088]本發(fā)明尤其基于這樣的考慮，即，存在折光物體的光入射面和光出射面的組合，其導(dǎo)致，光源圖像22以不同的大小顯示在測(cè)量屏21上。
[0089]在投影透鏡20如圖21所示的傳統(tǒng)構(gòu)造中，光束在從透鏡射出之后以幾乎一樣大小的發(fā)散度傳播。
[0090]在圖3中示出了按一種優(yōu)選的實(shí)施形式的按本發(fā)明的投影透鏡10。所示的投影透鏡10的特征尤其在于，其在中央，也就是在投影模塊7的光軸11的區(qū)域具有以特殊方式構(gòu)造的光入射面12和相應(yīng)構(gòu)造的光出射面13。投影透鏡10尤其在中央這樣構(gòu)造，使得光線在光軸11的區(qū)域中幾乎平行地離開(kāi)透鏡10。這導(dǎo)致較小的光源圖像，其特別適于產(chǎn)生用于最大值的光線集中和用于光分布的明暗分界線。這在所示的實(shí)施例中由此實(shí)現(xiàn)，即，在光入射面12的中央構(gòu)造一個(gè)局部凹陷14以及在光出射面13的中央構(gòu)造有局部增厚部15。
[0091]在圖4中示出了按本發(fā)明的投影透鏡10的另一種實(shí)施例。在此，光入射面12和光出射面13在透鏡10的中間區(qū)域，也就是在光軸11的區(qū)域中這樣構(gòu)造，使得光束在中央強(qiáng)烈發(fā)散地離開(kāi)透鏡10。這導(dǎo)致較大的光源圖像，其特別適于產(chǎn)生用于前部地帶照明和/或側(cè)邊照明的光分布均勻的大面積照亮的區(qū)域。在所示的實(shí)施例中，這例如通過(guò)光入射面12的局部增厚部16和光出射面13在投影透鏡10的中央的相應(yīng)局部凹陷17實(shí)現(xiàn)。
[0092]盡管按圖21，3和4的透鏡10，20不同地構(gòu)造，但所有三個(gè)透鏡都產(chǎn)生了清晰的水平明暗分界線。每個(gè)光束可以這樣定向，使得光源圖像的最高點(diǎn)位于明暗分界線旁或上。然而按本發(fā)明的光模塊7的投影透鏡10具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)其可以產(chǎn)生不同大小的光源圖像31，其為了優(yōu)化光分布可以被偏轉(zhuǎn)到光分布的希望的區(qū)域中(小的圖像緊密靠近明暗分界線，大的圖像在前部地帶或光分布的側(cè)邊區(qū)域中)。
[0093]在圖5中示出了按本發(fā)明的投影透鏡10的另一種優(yōu)選的實(shí)施形式，其中，不按比例示出了光入射面12和光出射面13的變化，以便闡明本發(fā)明的原理。在圖5中示出了投影透鏡10，其產(chǎn)生由強(qiáng)烈發(fā)散和幾乎平行的光束的組合。在此，強(qiáng)烈發(fā)散的光束用于在前部地帶或者在光分布的側(cè)面產(chǎn)生大的光源圖像。反之，幾乎平行的光束用于在明暗分界線的區(qū)域中產(chǎn)生較小的光源圖像。
[0094]相比傳統(tǒng)的投影透鏡20，較強(qiáng)發(fā)散的光束大致在投影透鏡10的中央在圖5中通過(guò)附圖標(biāo)記18表示。與透鏡10的中央的間隔處用附圖標(biāo)記19表示相比傳統(tǒng)的投影透鏡20較強(qiáng)聚集的光束。在投影透鏡10的外邊緣示出了光束，其發(fā)散度大致相當(dāng)于傳統(tǒng)的投影透鏡20。如根據(jù)圖5清楚看出，用于每個(gè)光源圖像的光束集具有不同的發(fā)散度。在這種情況下，光入射面12和光出射面13也用于，使每個(gè)光源圖像或每個(gè)光源圖像的最高點(diǎn)直接位于明暗分界線旁。
[0095]在圖6中舉例示出了通過(guò)圖5所示的透鏡10在測(cè)量屏21上產(chǎn)生的光源圖像30?？梢粤己玫乜闯觯庠磮D像30不僅具有不同的形狀，而且也具有明顯不同的大小。
[0096]通過(guò)疊加圖5所示的投影透鏡10的圖6所示的光源圖像30可以產(chǎn)生的相應(yīng)光分布31在圖7中示出。因此，所有的光源圖像30或其最高點(diǎn)直接位于明暗分界線下面并且通過(guò)其在豎直方向的延展區(qū)分，一方面，產(chǎn)生清晰的明暗分界線，另一方面實(shí)現(xiàn)了良好的前部地帶照明。光重心在此與希望的那樣靠近明暗分界線。這在明顯改善前部地帶照明的同時(shí)導(dǎo)致光分布31明顯更好的有效距離。
[0097]通過(guò)本發(fā)明以及基于所描述的構(gòu)思，可以產(chǎn)生用于產(chǎn)生預(yù)先規(guī)定的光分布31的投影透鏡10。也就是說(shuō)，規(guī)定光分布31在測(cè)量屏21上的豎直延伸，并且產(chǎn)生了相應(yīng)的投影透鏡10，其相應(yīng)使光源8成像，使得可以由不同大小的光源圖像30產(chǎn)生希望的光分布。希望的照明強(qiáng)度E與在測(cè)量屏21上的豎直位置有關(guān)地在圖8a)中示出。在圖Sb)中舉例示出了用于由此獲得的、適合用于產(chǎn)生預(yù)定的光分布的投影透鏡10的一種可能性。在此，光入射面12和光出射面13在局部增厚部和局部凹陷區(qū)域內(nèi)的形狀沒(méi)有按比例示出，而是為清晰而放大示出。
[0098]為了產(chǎn)生希望的光分布，存在多個(gè)不同的可能性來(lái)構(gòu)造投影光學(xué)器件10的光入射面12和光出射面13。在圖9中示出了按本發(fā)明的、在該情況下關(guān)于光軸不對(duì)稱構(gòu)造的投影光學(xué)器件10的另一種實(shí)施例，其中，光束在經(jīng)過(guò)透鏡10之后具有比在傳統(tǒng)的透鏡20中更強(qiáng)的聚焦，該光束大致在投影透鏡10的中央通過(guò)附圖標(biāo)記19表示。相應(yīng)地，在通過(guò)透鏡10之后相比傳統(tǒng)的投影透鏡20更強(qiáng)發(fā)散的光束用附圖標(biāo)記18表示。發(fā)散的光束18以一間隔相對(duì)透鏡10的中央或相對(duì)強(qiáng)烈聚集的光束19布置。
[0099]通過(guò)圖9的透鏡10實(shí)現(xiàn)在測(cè)量屏21上的光分布31在圖10中示出。在所有示出和描述的按本發(fā)明的投影透鏡10的實(shí)施形式中的特點(diǎn)在于，可以在光分布31的各個(gè)子區(qū)域中局部產(chǎn)生光源圖像30，其豎直的延展明顯不同并且其最高點(diǎn)靠近明暗分界線。
[0100]迄今，僅示出和描述了投影透鏡10，其具有光出射面13，該光出射面在豎直方向顯得彎曲并且在水平方向幾乎是平的。當(dāng)然也可以這樣構(gòu)造面12，13，使得在光出射面13的豎直和水平方向出現(xiàn)彎曲。這種投影透鏡10的例子在圖11中示出。在這種情況下，設(shè)置有不同的局部的分別在整個(gè)透鏡10上的透鏡部段，其分別具有不同的圖像尺寸。在圖11中示出的整個(gè)透鏡10僅在豎直方向使光源8變形。在圖12中示出了通過(guò)圖11所示的透鏡10產(chǎn)生的、在測(cè)量屏21上的僅在豎直方向變形的光源圖像30。相應(yīng)在測(cè)量屏21上生成的光分布31在圖13中示出，該光分布由圖12所示的圖像30疊加而成。
[0101]在圖14中在水平截面圖中示出了成像的投影透鏡10，其僅在水平方向使光源8變形。在此也通過(guò)附圖標(biāo)記18表示強(qiáng)烈發(fā)散的光束以及通過(guò)附圖標(biāo)記19表示聚集光束。通過(guò)圖14所示的透鏡10產(chǎn)生的、僅在水平方向變形的在測(cè)量屏21上的光源圖像30示例性的在圖15中示出。在圖16中示出了在測(cè)量屏21上相應(yīng)生成的光分布31。因此，圖14所示的投影透鏡10除了產(chǎn)生具有高梯度的明暗分界線之外也產(chǎn)生光分布31 (側(cè)面散射)的水平延伸。與光分布31通過(guò)不同大小的光源圖像30 (參見(jiàn)圖12)的豎直延伸一樣，在圖15中的水平變形中，所有的光源圖像30或其最高點(diǎn)位于明暗分界線旁并且有助于光分布的水平中央的最大值。如果如在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中一樣，為了側(cè)面發(fā)散將光源圖像朝側(cè)面移動(dòng)，則其在光分布的中央沒(méi)有提供貢獻(xiàn)。
[0102]在圖17中舉例示出了成像的透鏡10的透視圖，其將光源8在豎直方向且在水平方向變形。為此，在透鏡10的光出射面13上大致在中央構(gòu)造有局部的凹陷14。通過(guò)透鏡10產(chǎn)生的在豎直和水平方向變形的在測(cè)量屏21上的光源圖像30在圖18中示出。通過(guò)圖17的透鏡10通過(guò)按圖18的光源圖像30疊加實(shí)現(xiàn)的在測(cè)量屏21上的相應(yīng)的光分布31在圖19中示出。
[0103]為了與圖17所示的按本發(fā)明的投影透鏡10，圖18所示的相應(yīng)的光源圖像30和圖19所示的相應(yīng)生成的光分布31相比較，在圖24中示出了由現(xiàn)有技術(shù)已知的傳統(tǒng)的投影透鏡20，在圖25中示出了通過(guò)圖24的已知透鏡20產(chǎn)生的傳統(tǒng)的光源圖像22以及在圖26中示出了通過(guò)圖24的已知透鏡20通過(guò)疊加按圖25的光源圖像22實(shí)現(xiàn)的傳統(tǒng)光分布23。明顯可以看出，傳統(tǒng)透鏡20的不同的光源圖像22全部都幾乎精確地一樣大。相應(yīng)地，生成的傳統(tǒng)的光分布23在明暗分界線的區(qū)域中缺少?gòu)?qiáng)烈地亮度梯度以及缺少足夠的前部地帶照明和側(cè)邊照明?？梢钥闯?，光分布23在豎直方向僅僅具有約O度至-3度的延伸(缺少前部地帶照明)以及在水平方向具有約-4度到4度的延伸(缺少側(cè)邊照明)。
[0104]在水平和豎直方向使光源圖像30變形的可能性，也就是增大或縮小光源圖像，按本發(fā)明的投影透鏡10允許符合要求地設(shè)計(jì)希望的光分布31。大的光源圖像30用于前部地帶和/或側(cè)向散射，小的光源圖像用于明暗分界線附近的光分布中心。
[0105]因?yàn)椴煌笮〉墓庠磮D像30不同地對(duì)光源8的變形起反應(yīng)，這種特性也可以用于實(shí)現(xiàn)可變的光分布31。相應(yīng)再次參考圖13，其中示出了用于近光燈的帶有水平的明暗分界線的光分布31。在圖20中示出了用于遠(yuǎn)光燈的相應(yīng)的光分布，其中，光源8僅關(guān)于投影透鏡20基本上垂直于光軸向下運(yùn)動(dòng)。可清楚看出，光分布在近光燈(參見(jiàn)圖13)和遠(yuǎn)光燈(參見(jiàn)圖20)之間切換時(shí)在核心區(qū)域幾乎沒(méi)有變化。其僅略微向上朝水平方向上升，如通常希望的那樣。通過(guò)大的光源圖像30產(chǎn)生的前部地帶區(qū)域反之被明顯提升。這尤其在于不同的圖像尺寸。如果所有的光源圖像30具有類(lèi)似的大小，其在光源8的位置改變時(shí)類(lèi)似地明顯運(yùn)動(dòng)。
[0106]按本發(fā)明的用于產(chǎn)生不同大小的光源圖像30的投影透鏡10使得能夠通過(guò)光學(xué)元件相互的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不僅移動(dòng)光分布31，而且也基本上改變其形狀。這例如在從近光燈切換到遠(yuǎn)光燈(所謂的雙-功能)時(shí)是希望的。在此，在光源8向上或向下相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，光源圖像30強(qiáng)烈的向上或向下運(yùn)動(dòng)。這被用于在將光分布31從近光燈切換到遠(yuǎn)光燈時(shí)使核心光分布僅略微向上(快到明暗分界線下面)(參見(jiàn)圖13)移動(dòng)到水平線(參見(jiàn)圖20)，而較大的光分布30更多地向上運(yùn)動(dòng)(從靠近前部地帶到水平線周?chē)蜕戏降膮^(qū)域)，這在駕駛員的視向?qū)б矫媸怯欣?。在近光燈時(shí)，駕駛員的主要注意力在前部地帶照亮區(qū)直至明暗分界線，在遠(yuǎn)光燈時(shí)，駕駛員也照亮并識(shí)別明顯位于水平線上方的路牌等。
[0107]本發(fā)明的其它可能的構(gòu)造形式如下:
[0108]-替代光源8也可以使用傳輸光線的元件(光導(dǎo)體、附加光學(xué)器件等)的脫耦面；
[0109]-除了光源8之外，可以在投影光學(xué)器件10的焦點(diǎn)中設(shè)置一個(gè)或多個(gè)遮蔽元件(例如遮蓋裝置)，其能夠提高光分布在明暗分界線區(qū)域內(nèi)的梯度；
[0110]-替代光源8，也可以使用其他光學(xué)系統(tǒng)(例如反射器、必要時(shí)帶有遮蓋裝置)的光分布。可以利用不同的成像大小來(lái)改變光分布31，例如偏離前部地帶或?qū)⒐饩€更強(qiáng)地局部聚集。
[0111]-替代直的水平明暗分界線當(dāng)然也可以產(chǎn)生這樣的明暗分界線，其彎曲和/或傾斜地(例如在近光燈時(shí)有15 %的升角)延伸。這種明暗分界線優(yōu)選滿足ECE和/或SAE規(guī)定的要求。
[0112]-替代所有的光源圖像30直接定位在明暗分界線上，也可以將一些光源圖像30豎直和/或水平地局部移動(dòng)。豎直移動(dòng)與在傳統(tǒng)的反射系統(tǒng)中一樣有意義，以便能夠更好地控制光源8關(guān)于其相對(duì)投影透鏡10的位置，關(guān)于其構(gòu)造等的公差，因此公差不會(huì)導(dǎo)致不允許的光分布31，例如因?yàn)樵诿靼捣纸缇€以上的亮度值過(guò)高。
[0113]-替代透鏡10的平的光出射面13可以為透鏡10配設(shè)局部的結(jié)構(gòu)，其偏移明暗分界線，也就是導(dǎo)致明暗分界線不清楚。
[0114]-還要注意的是，通過(guò)按本發(fā)明的投影透鏡替代帶有明暗分界線的光分布31也可以產(chǎn)生這樣一個(gè)光分布，其沒(méi)有明暗分界線(例如遠(yuǎn)光燈分布)。不同大小的光源圖像30也非常適合產(chǎn)生遠(yuǎn)光燈分布。因此可以針對(duì)性地改變光分布的特性。一樣大的光源圖像將產(chǎn)生幾乎恒定的均勻的光分布。如果具有小和大的圖像，可以在光分布的希望區(qū)域內(nèi)使用小圖像用于產(chǎn)生顯著的“頂點(diǎn)”最大值。
[0115]-替代具有明暗分界線的光分布31，也可以產(chǎn)生這樣的光分布，其沒(méi)有明暗分界線。不同大小的光源圖像30也良好地適于產(chǎn)生用于信號(hào)功能的光分布(例如閃光信號(hào)燈、位置燈、駐車(chē)燈、尾燈、日間行車(chē)燈等)。也可能的是，這種透鏡10從光出射面13的所有區(qū)域在希望的方向射出光線，這導(dǎo)致由這些方向構(gòu)成的特別均勻的圖像。
[0116]-替代所謂的雙功能中移動(dòng)光源8，也可以在不同位置在光模塊7中設(shè)置一個(gè)或多個(gè)另外的光源，并為此針對(duì)性地接通和/或斷開(kāi)。
[0117]總的來(lái)說(shuō)，本發(fā)明描述了一種投影透鏡10，其通過(guò)光入射面12和/或光出射面13的特殊造型可以產(chǎn)生不同大小的光源圖像30。該光源圖像30可以根據(jù)希望的目的幾乎任意地定位在光分布31中。
[0118]傳統(tǒng)的投影透鏡20，如在圖21中所示，具有這樣的缺點(diǎn)，即，前部地帶和/或光分布23的側(cè)邊區(qū)域(參見(jiàn)圖23)僅能不足地被照亮，因?yàn)槠漕?lèi)似地產(chǎn)生大的光源圖像22 (參見(jiàn)圖22)并且所有的光源圖像22幾乎定位在明暗分界線的下方。通過(guò)同樣由現(xiàn)有技術(shù)已知的投影透鏡20，如例如在圖1中所示，類(lèi)似大的光源圖像在光分布23的中央(參見(jiàn)圖2)，下降到測(cè)量屏21上大致豎直線VV的區(qū)域中，以便能更好地照亮光分布23的前部地帶。然后，下降的光源圖像在產(chǎn)生明暗分界線時(shí)缺失，其較弱并且沒(méi)有通常要求的清晰度(光亮度的梯度)。
[0119]通過(guò)按本發(fā)明的投影透鏡10既可以令人滿意地照亮前部地帶(和/或光分布的側(cè)邊區(qū)域)，也可以產(chǎn)生清晰的明暗分界線。這由此實(shí)現(xiàn)，即，至少一些光源圖像30通過(guò)局部改變透鏡10的圖像尺寸被增大，使得大的光源圖像30以其上面的點(diǎn)盡管與以前一樣還是可以緊密的靠近明暗分界線，但另一方面，通過(guò)其下面的區(qū)域這樣遠(yuǎn)地凸出到光分布31的前部區(qū)域中(和/或光分布的側(cè)邊區(qū)域中)，使得其能夠良好地照亮前部地帶或側(cè)邊區(qū)域。
[0120]以下參照?qǐng)D28至30再次根據(jù)不同光分布的比較說(shuō)明按本發(fā)明的投影透鏡10的主要優(yōu)點(diǎn)和特征。圖28示出了通過(guò)由現(xiàn)有技術(shù)已知的、按圖21的透鏡20可實(shí)現(xiàn)的光分布
23。其具有足夠好的有效距離，可以看出，光重心23*遠(yuǎn)離機(jī)動(dòng)車(chē)，也就是靠近明暗分界線。在圖31中示出了在機(jī)動(dòng)車(chē)前20至50米距離的相應(yīng)的亮度分布。然而，圖28的光分布23僅實(shí)現(xiàn)了有限的前部地帶照明，可以看出，光分布23僅能到達(dá)機(jī)動(dòng)車(chē)附近6米區(qū)域。在圖34中示出了機(jī)動(dòng)車(chē)前面O至10米的間距的相應(yīng)亮度分布。
[0121]圖29示出了通過(guò)由現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)的按圖1的透鏡20可實(shí)現(xiàn)的光分布23。其具有相當(dāng)差的有效距離，可以看出，光重心23*較近地在機(jī)動(dòng)車(chē)前面，也就是遠(yuǎn)離地位于明暗分界線下面。在圖32中示出了機(jī)動(dòng)車(chē)前20至50米的距離的相應(yīng)的亮度分布。然而，圖29所示的光分布23實(shí)現(xiàn)了良好的前部地帶照明，可以看出，光分布23到達(dá)機(jī)動(dòng)車(chē)附近4米區(qū)域。在圖35中示出了在機(jī)動(dòng)車(chē)前O至10米的距離的相應(yīng)亮度分布。
[0122]圖30示出了通過(guò)按本發(fā)明的透鏡10可實(shí)現(xiàn)的光分布31。其具有足夠好的有效距離，可以看出，光重心31*遠(yuǎn)離地在機(jī)動(dòng)車(chē)前面，也就是靠近明暗分界線。在圖33中示出了機(jī)動(dòng)車(chē)前20至50米距離的相應(yīng)的亮度分布。此外，圖30所示的光分布31實(shí)現(xiàn)了良好的前部地帶照明，可以看出，光分布31—直到達(dá)機(jī)動(dòng)車(chē)附近小于4米區(qū)域。在圖36中示出了在機(jī)動(dòng)車(chē)前O至10米的距離的相應(yīng)的亮度分布。
【權(quán)利要求】
1.一種用于計(jì)算光學(xué)透鏡(10)的表面(12，13)的方法，其特征在于: a)預(yù)先規(guī)定希望的光分布，該光分布應(yīng)當(dāng)由通過(guò)計(jì)算的透鏡(10)的光線產(chǎn)生， b)使所述透鏡(10)的第一表面(13)變形，目的是在光分布中產(chǎn)生不同大小的光源圖像； c)使透鏡(10)的與第一表面(13)相對(duì)的第二表面(12)變形，目的是使所有的光源圖像這樣移動(dòng)，使得光源圖像分別以其最高的點(diǎn)直接位于生成的光分布的明暗分界線旁或上，該光分布通過(guò)透鏡(10)以變形的表面(12，13)產(chǎn)生； d)通過(guò)與預(yù)先規(guī)定的光分布比較確定生成的光分布的質(zhì)量； e)如果質(zhì)量在能預(yù)先規(guī)定的臨界值之上，存儲(chǔ)計(jì)算出的用于透鏡(10)的表面(12，13)并終止方法， f)否則重新使第一表面(13)變形，目的是在光分布中產(chǎn)生光源圖像更大或更小的束； g)重新使第二表面(12)變形，目的是使所有的光源圖像這樣移動(dòng)，使得光源圖像分別以其最高的點(diǎn)位于生成的光分布的明暗分界線旁或上， h)重復(fù)步驟f)和g)，直至生成的光分布的質(zhì)量處于臨界值之上，以及 i)存儲(chǔ)計(jì)算出的用于透鏡(10)的表面(12，13)并終止方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第一表面(12)是透鏡(10)的光出射面，光線從透鏡(10)通過(guò)該光出射面射出，并且第二表面(13)是透鏡(10)的光入射面，光線通過(guò)該光入射面進(jìn)入到透鏡(10)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步驟(f)中在使第一表面(13)重新變形時(shí)改變通過(guò)透鏡(10)的變形部段產(chǎn)生的圖像尺寸。
4.根據(jù)前列權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，借助于優(yōu)化程序確定光分布的質(zhì)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，通過(guò)預(yù)先規(guī)定的數(shù)量的優(yōu)化流程定義臨界值。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述優(yōu)化程序利用目標(biāo)函數(shù)來(lái)描述光分布，該光分布通過(guò)帶有變形的表面(12，13)的透鏡(10)實(shí)現(xiàn)，其中，該目標(biāo)函數(shù)通過(guò)表面(12，13)的變形最小化。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，采用偏差平方和作為目標(biāo)函數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，使用最小二乘法最小化偏差平方和。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，將預(yù)先規(guī)定的光分布和通過(guò)帶有變形的表面(12，13)的透鏡(10)實(shí)現(xiàn)的光分布的亮度值在相同的像素柵格中針對(duì)選定的像素相互比較，分別由特定像素中的亮度值的偏差的平方計(jì)算出偏差平方和。
10.一種用于在計(jì)算機(jī)的處理器上執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，當(dāng)該計(jì)算機(jī)程序在處理器上運(yùn)行時(shí)，其編程用于執(zhí)行按權(quán)利要求1至9之一所述的方法。
11.一種用于機(jī)動(dòng)車(chē)前照燈(I)的光模塊(7)的投影透鏡(10)，其中，該投影透鏡(10)用于將至少一部分由光模塊(7)的光源(8)發(fā)出的光線投影到配備有前照燈(I)的機(jī)動(dòng)車(chē)前面的行車(chē)道上，用于產(chǎn)生近光光分布(31)，其特征在于，投影透鏡(10)的表面(12，13)按權(quán)利要求1至9之一所述的方法計(jì)算得出。
12.一種用于機(jī)動(dòng)車(chē)前照燈(I)的光模塊(7)，該光模塊(7)包括用于發(fā)出光線的光源(8)和用于將至少一部分由光源(8)發(fā)出的光線投影到配備有前照燈(I)的機(jī)動(dòng)車(chē)前面的行車(chē)道上用于產(chǎn)生近光光分布(31)的投影透鏡(10)，其特征在于，所述光模塊(7)具有按權(quán)利要求11所述的投影透鏡。
13.機(jī)動(dòng)車(chē)前照燈(I)，包括帶有用于發(fā)出光線的光源(8)的光模塊(7)和用于將由光源(8)發(fā)出的光線的至少一部分投影到配設(shè)有前照燈(I)的機(jī)動(dòng)車(chē)前面的行車(chē)道上用于產(chǎn)生近光的光分布(31)的投影透鏡(10)，其特征在于，所述前照燈(I)具有按權(quán)利要求12所述的光模塊。
【文檔編號(hào)】F21W101/10GK104375269SQ201410392038
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年8月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月12日
【發(fā)明者】S·維爾斯多夫, H·凱勒曼 申請(qǐng)人:汽車(chē)照明羅伊特林根有限公司