АВТОМОБИЛЬНОЕ ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
AUTOMOTIVE LIGHTING DEVICE

Изобретение относится к автомобильному осветительному устройству согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Автомобильные осветительные устройства известны из уровня техники. Они могут применяться, помимо прочего, в качестве мигающих светосигнальных устройств, стоп-сигналов, фар ближнего света, заднего света, дневных ходовых огней, передних фар и т.д. В настоящее время все чаще находят применение, в частности, светодиодные осветительные устройства, например так называемые светодиодные фары, при этом обычно различают между так называемыми разложенными и не разложенными на компоненты фарами транспортного средства. В автомобильных фарах, разложенных на компоненты, используются светодиоды, содержащие несколько источников света, причем каждый из источников света имеет какую-либо оптическую систему, например линзу или отражатель. В результате каждый источник света вносит свой отдельный вклад в получение определенного распределения света фар автомобиля. Обычно количество источников света для разложенных на компоненты фар транспортного средства находится в пределах от пяти до десяти. У фар транспортного средства без разложения на компоненты распределение света достигается посредством одной единственной светотехнической системы. При этом в качестве источника света используется светодиод с несколькими излучающими чипами (= светодиодными чипами). Однако известны и разложенные на компоненты фары транспортного средства, в которых используются светодиоды с несколькими чипами.
Особенность светодиодов с несколькими светодиодными чипами в том, что они могут выходить из строя как при возникновении так называемого обрыва нагрузки, т.е. в результате обрыва токовой цепи, так и при коротком замыкании. В частности, при коротком замыкании через оставшиеся, т.е. еще исправные, светодиодные чипы течет повышенный ток, что приводит к неэффективным характеристикам мощности и, как следствие, к сокращению срока службы. В частности, в случае с последовательно соединенными светодиодными чипами, что является наиболее предпочтительным вариантом с точки зрения энергоэффективности, при выходе из строя одного из светодиодных чипов вследствие короткого замыкания выявление отказа по электрическим характеристикам путем анализа силы тока или напряжения осложняется в силу допустимых отклонений, предусмотренных для деталей.
В настоящее время для обнаружения отказа последовательно соединенных светодиодных чипов известен ряд подходов.
Известен электрооптический источник света (DE 102009006250 А1) со светодиодным чипом, причем источник света содержит сопряженный со светодиодным чипом световой датчик. Кроме того, описана осветительная система, содержащая электрооптический источник света со светодиодным чипом и световым датчиком, причем осветительная система включает взаимодействующее с электрооптическим источником света устройство управления, которое управляет светодиодным чипом и анализирует сигнал светового датчика. Кроме того, описывается способ контроля электрооптического источника света со светодиодным чипом и световым датчиком, включающий несколько этапов, а именно: подача на световой датчик света от светодиодного чипа, анализ сигнала светового датчика, контроль функции светодиодного чипа посредством такого анализа.
Также известен способ обнаружения отказа светодиодов в транспортном средстве (DE 102009029909 А1), согласно которому параметр состояния цепи светодиодов, содержащей, по меньшей мере, один светодиод, сравнивают с контрольным значением, и в зависимости от результатов такого сравнения генерируется сигнал обнаружения отказа, причем в качестве параметра состояния регистрируется проходящий через светодиодную цепь ток, и сигнал обнаружения отказа генерируется, как только ток в цепи оказывается меньше контрольного значения. Кроме того, при включении цепи светодиодов сравнение параметра состояния с контрольным значением становится возможным только после того, как на, по меньшей мере, один светодиод будет подано прямое напряжение.
Известна автомобильная фара (описание изобретения к выложенной заявке DE 19526023 А1), содержащая источник света, отражатель и, по меньшей мере, одно средство формирования контура для создания определенных границ раздела светлое/темное. Средство формирования контура по ходу лучей световых пучков, отраженных отражателем на средство формирования контура, сопряжено с устройством для, по меньшей мере, частичного изменения направления и отделения этих световых пучков. Отделенные световые пучки попадают на линзу или соответствующую систему линз, посредством которой создается вторичный ход лучей, который можно использовать как противотуманный огонь или как дальний свет.
Известна осветительная установка для транспортного средства (см. описание изобретения к выложенной заявке DE 102004009790 А1), содержащая область света фар для получения ближнего и/или дальнего света и область габаритных огней для формирования габаритного света. Осветительная система отделяет часть получаемого в области света фар светового излучения и присоединяет ее к области габаритного света.
В патенте DE 10115868 В4 раскрыта автомобильная блок-фара, содержащая фару с отражателем и источником-излучателем для формирования ближнего света, еще одну фару с отражателем и источником света для выполнения другой осветительной функции, а также средства формирования габаритного света путем отражения света, испускаемого источником от отражателя фары, которая служит для выполнения других осветительных функций. Предусмотрен, по меньшей мере, один оптический элемент-световод, свет в который попадает в фаре, служащей для выполнения другой осветительной функции, и от отражателя которой, предназначенного для получения габаритного света, свет отражается. При этом через дополнительный отражатель свет присоединяется к, по меньшей мере, одному оптическому элементу-световоду, не захватываемому отражателем фары, предназначенной для формирования ближнего света, причем дополнительный отражатель имеет фокус F1 в области тела накала источника света и второй фокус F2 в области плоскости падения света.
В патенте DE 3142475 С2 раскрыт светильник для транспортного средства, в частности для двухколесного транспортного средства, содержащий корпус и лампу, помещенную в патрон и расположенную в пределах контура отражателя, а также рассеиватель, закрывающий отражатель и корпус, где отражатель состоит из герметично замкнутого рассеивателем полого корпуса, а в полый корпус отражателя вдается, по меньшей мере, частично светопроницаемый отступ, образующий открытую только наружу полость для размещения лампы, причем полый корпус отражателя и отступ выполнены из цельного куска прозрачного пластика с нанесенным на него отражающим слоем. Отступ снабжен оптическим прибором, включающим, по меньшей мере, линзу, действующую в основном направлении излучения света.
На отступе предусмотрены оптические элементы, отклоняющие часть испускаемых лампой лучей света и отбрасывающие ее в окна, предусмотренные на отражающей поверхности полого корпуса отражателя. Участки окон при нанесении отражающего слоя закрываются защитным материалом, благодаря чему обеспечивается возможность прохождения лучей света, так чтобы, например, требование о распределении силы света выполнялось также в направлении, перпендикулярном основному направлению излучения света.
В американском патенте US 3569933 А описано индикаторное устройство, показывающее водителю рабочее состояние осветительного прибора. Для этого часть света, испускаемого осветительным прибором, направляется по световоду на индикатор, относящийся к конкретному осветительному прибору.
В основу изобретения положена задача по созданию более совершенного по сравнению с аналогами осветительного устройства для автомобиля с интегрированным обнаружением отказа.
Согласно изобретению поставленная задача решается с помощью осветительного устройства, содержащего технические признаки, указанные в пункте 1 формулы изобретения.
Автомобильное осветительное устройство содержит, по меньшей мере, один осветительный модуль, образованный, по меньшей мере, одним блоком светоизлучателя, содержащим, по меньшей мере, один источник света, способный испускать световое излучение с получением распределенного света фар. Осветительный модуль может применяться предпочтительно в фаре транспортного средства, в частности в передних фарах транспортного средства.
Согласно изобретению предусмотрена оптическая деталь, посредством которой часть испускаемого светового излучения может быть отклонена таким образом, что проецируемое изображение от, по меньшей мере, одного блока светоизлучателя может быть получено за пределами распределенного света фар. Кроме того, проецируемое изображение от, по меньшей мере, одного блока светоизлучателя содержит такое количество освещаемых поверхностей, которое соответствует количеству источников света, расположенных в блоке светоизлучателя.
Предпочтительно с помощью отображаемых в проекции освещаемых поверхностей обеспечивается возможность простого контроля за блоком светоизлучателя и, таким образом, надежного обнаружения отказа отдельных расположенных в блоке светоизлучателя источников света. Например, блок светоизлучателя состоит из одной подложки с размещенными на ней четырьмя источниками света, например светодиодными чипами, как это известно у фар транспортных средств с функциями ближнего света. Если все четыре светодиодных чипа активны и исправны, т.е. при подаче соответствующего напряжения испускают световое излучение, то за счет оптической детали они отображаются, например в виде световых пятен, за пределами распределенного света фар. Т.е. некоторая часть испускаемого посредством источника света светового излучения отклоняется оптической деталью под углом, зависящим от угла падения. Таким образом, на поверхности оптической детали могут отображаться различные освещаемые поверхности с возможностью их восприятия за счет разных углов падения и, как следствие, углов выхода светового излучения. Так, при выходе из строя, например, одного светодиодного чипа наблюдатель может воспринимать только три световых пятна. Последовательность расположения световых пятен при этом соответствует последовательности расположения светодиодных чипов на подложке. Таким образом, наблюдатель способен зрительно воспринимать световые пятна, наблюдая за ними под определенным углом, не опасаясь быть ослепленным световым излучением от распределяемого света, и в результате может делать выводы о возможном выходе из строя одного или нескольких светодиодных чипов. Неисправный источник света или весь блок светоизлучателя в сборе может быть заменен. Таким образом, данный способ обнаружения неисправностей позволяет отказаться от дорогостоящих схем или контрольно-измерительной аппаратуры и потому является очень экономичным.
Для получения надежного отображения проекции блока светоизлучателя за пределами распределенного света фар направление светового излучения, отраженного оптической деталью, отклоняется от основного направления излучения осветительного модуля. При использовании осветительного модуля в передних фарах транспортного средства основное направление излучения проходит, главным образом, в направлении, совпадающем с направлением движения автомобиля.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения предусмотрена дополнительная оптическая деталь, посредством которой обеспечивается возможность изменения направления испускаемого светового излучения для получения распределенного света фар.
Оптическую деталь размещают предпочтительно с одного конца дополнительной оптической детали, обращенной к центру транспортного средства, причем центр транспортного средства определяется вдоль продольной оси автомобиля. Таким образом, оптическая деталь служит продолжением дополнительной оптической детали, причем проецированное изображение блока светоизлучателя может хорошо восприниматься наблюдателем сбоку, не ослепляя его распределенным светом фар. В качестве альтернативы или дополнительно возможно размещение оптической детали сбоку рядом с дополнительной оптической деталью в направлении центра транспортного средства по его продольной оси.
Предпочтительно, чтобы дополнительная оптическая деталь располагалась ниже блока светоизлучателя в основном направлении излучения, причем оптические детали в каждом случае выполняются в виде конструктивных элементов, изменяющих ход лучей.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления дополнительная оптическая деталь представляет собой первый отражатель, выполненный, например, в виде полусферы - оболочки полукруглой формы. Такая конфигурация первого отражателя, а также свойства его поверхности делают возможным отражение испускаемого светового излучения в основном направлении излучения осветительного модуля.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления оптическая деталь представляет собой второй отражатель с покрытием, уменьшающим световую мощность. Это позволяет получить более комфортные оптические условия для наблюдения за отображением блока светоизлучателя, не создавая угрозы ослепления наблюдателя.
Размеры поверхности первого отражателя при этом больше размеров поверхности второго отражателя, так что лишь сравнительно небольшая часть испускаемого светового излучения будет попадать на второй отражатель и, таким образом, использоваться для обнаружения отказа отдельных источников света. За счет этого остается еще вполне достаточное количество светового излучения для распределения света фар, так что для обнаружения отказа дополнительных источников света не требуется.
Суть изобретения более подробно поясняется далее на примерах его осуществления и с помощью чертежей.
На чертежах изображены:
Фиг. 1 - схематическая горизонтальная проекция осветительного модуля осветительного устройства, содержащего блок светоизлучателя, первую оптическую деталь и вторую оптическую деталь;
Фиг. 2 - схематическая горизонтальная проекция осветительного устройства с осветительным модулем согласно фиг. 1;
Фиг. 3 - перспективная проекция осветительного модуля согласно фиг. 1 и 2.
Соответствующие друг другу детали на всех фигурах обозначены одними и теми же ссылочными знаками.
На фигурах 1-3 изображен осветительный модуль 1 осветительного устройства 2 для автомобиля (на фигурах отдельно не показан), состоящий из блока светоизлучателя 3, первой оптической детали 4 и второй оптической детали 5. При этом на фиг. 1 представлена схематическая, а на фиг. 3 - перспективная горизонтальная проекция осветительного модуля 1, а на фиг. 2 изображена схематическая горизонтальная проекция осветительного устройства 2.
Осветительный модуль 1 предназначен для получения распределенного света фар FL автомобиля, например фар ближнего света, дальнего света, противотуманного света, статического и/или динамического поворотного света, света для движения по проселочным дорогам, автомагистралям, «городского света», света для движения в дождь или снег, дневных ходовых огней, стояночных огней, габаритного света и/или стояночного света.
Для этого осветительный модуль 1 встроен в осветительное устройство 2, выполненное согласно изобретению в виде фары транспортного средства, далее обозначаемой как фара транспортного средства 1.1.
Как правило, автомобили имеют по две фары 1.1, каждая из которых располагается по бокам в передней части автомобиля.
Фара транспортного средства 1.1 содержит корпус 1.1.1, осветительный модуль 1 и оптически прозрачный защитный диск 1.1.2, который вместе с корпусом 1.1.1 окружает осветительный модуль 1 и защищает его, в частности от атмосферных воздействий. Внутри корпуса 1.1.1 в качестве альтернативы возможно также размещение нескольких осветительных модулей 1, разделяемых в каждом случае собственными защитными дисками (не показаны).
Для получения вышеуказанного распределенного света фар FL осветительного модуля 1 последний содержит блок светоизлучателя 3, образованный в настоящем примере осуществления подложкой 3.1 и четырьмя источниками света 3.2.
Источники света 3.2 расположены на подложке 3.1 рядом друг с другом и находятся в электрическом контакте за счет предпочтительно последовательного соединения. В качестве альтернативы возможно и параллельное электрическое соединение источников света 3.2.
Для управления источниками света 3.2 автомобиль содержит блок управления, например прибор управления фарами, обеспечивающий подачу в источники света 3.2 тока, соответствующего номинальному току для источников света 3.2.
В одном из предпочтительных примеров осуществления изобретения источники света 3.2 выполнены в виде светодиодных чипов, которые во время работы, т.е. при подаче соответствующего напряжения, создают световое излучение. Под светодиодным чипом в данном случае подразумевается легированный примесями р- и n-типа полупроводниковый материал, благодаря которому возможно осуществление так называемого p-n-перехода (электронно-дырочного перехода). Если напряжение на полупроводниковый материал подается в прямом направлении, электроны дрейфуют со стороны, легированной примесью n-типа, на сторону, легированную примесью р-типа, и переходят при этом на более низкий энергетический уровень, высвобождая энергию, идущую на испускание света.
В качестве альтернативы или дополнительно возможно также нанесение на светодиодные чипы тонкой пленки или последовательности тонких пленок, предпочтительно наносимых прямо на легированный полупроводниковый материал. Тонкая пленка или последовательность тонких пленок представляет собой, например, слой или несколько слоев фотолюминесцентных (люминофорпреобразующих) веществ, преобразующих часть испускаемого посредством легированного полупроводникового материала светового излучения в световое излучение с неидентичной длиной волны, в результате чего возникает световое излучение со смешанными длинами волн. В этом случае световое излучение содержит, например, доли синего и желтого спектра, что воспринимается наблюдателем В (на фиг. 2 условно показан глазом) как белый свет. Такие светодиодные чипы называются также тонкопленочными светодиодными чипами. Благодаря своей характеристике как приближающего ламбертовского источника они подходят для применения в фарах транспортного средства 1.1.
В качестве альтернативы источниками света 3.2 могут также служить лампы накаливания или газоразрядные лампы.
Для уменьшения расхождения лучей описанного выше испускаемого светового излучения первая оптическая деталь 4 имеет более низкий уровень относительно блока светоизлучателя 3 в основном направлении излучения s осветительного модуля 1. Основное направление излучения s осветительного модуля 1 в настоящем примере осуществления проходит, главным образом, в направлении движения транспортного средства.
Первая оптическая деталь 4 выполнена предпочтительно как первый отражатель 4.1, который в данном примере осуществления образован в виде полусферы, имеющей полукруглую форму и отклоняющей поступающее световое излучение в основном направлении излучения s осветительного модуля 1 таким образом, что возникает требуемое распределение света фар FL. Для этого первый отражатель 4.1 имеет отражающую поверхность, конструктивно выполненную в форме граней.
Согласно альтернативному варианту осуществления первый отражатель 4.1 выполнен в форме усеченной пирамиды и/или в форме усеченного конуса. При этом первый отражатель 4.1 может быть выполнен и в виде сплошного тела, состоящего из диэлектрического материала, например стекла. При этом сплошное тело имеет отверстие для входа и выхода света. Кроме того, возможно также, чтобы первый отражатель 4.1 был образован защитным диском 1.1.2 и/или корпусом 1.1.1 или чтобы первый отражатель 4.1 являлся частью корпуса 1.1.1. Для обнаружения отказа одного или нескольких из ранее описанных источников света 3.2 предусмотрена вторая оптическая деталь 5, в настоящем примере осуществления изобретения представляющая собой выполненный плоским второй отражатель 5.1.
Второй отражатель 5.1 расположен в конце первого отражателя 4.1, обращенном к центру транспортного средства, причем центр транспортного средства относится к продольной оси автомобиля. Таким образом, второй отражатель 5.1 образует дополнительную отражающую поверхность первого отражателя 4.1.
Второй отражатель 5.1 находится предпочтительно сбоку на краю первого отражателя 4.1, так чтобы в силу ламбертовской диаграммы направленности излучения источника света 3.2 лишь небольшая часть испускаемого источником света 3.2 светового излучения попадала на второй отражатель 5.1.
При этом отражающая поверхность второго отражателя 5.1 меньше отражающей поверхности первого отражателя 4.1, в результате чего лишь небольшая часть испускаемого источником света 3.2 светового излучения попадает на второй отражатель 5.1. Таким образом предпочтительно лишь небольшая часть испускаемого светового излучения используется для обнаружения отказа отдельных источников света 3.2, так что влияние на внешнюю оптическую картину распределения света фар FL отсутствует или, по меньшей мере, почти отсутствует.
Кроме того, второй отражатель 5.1 имеет покрытие или обработанную поверхность, обеспечивающие уменьшение световой мощности. Покрытие или обработанная поверхность предпочтительно обладают, по меньшей мере, частично светопоглощающей способностью, так что световое излучение, попадающее на второй отражатель 5.1, отражается лишь частично. В качестве светопоглощающего покрытия или светопоглощающего средства для обработки поверхности подходят, например, лак, полимеры, полупроводники. В качестве альтернативы пригодны и другие материалы покрытий, воспринимающиеся целесообразно изобретению как темные, например черного цвета.
В качестве альтернативы второй отражатель 5.1 может быть изготовлен из, по меньшей мере, частично светопоглощающего, предпочтительно окрашенного в темный цвет, частично отражающего материала. Для этой цели может использоваться, например, пластмасса, имеющая целесообразно изобретению темный цвет, например черный сополимер акрилнитрилбутадиенстирола+поликарбонат (АБС/ПК).
Согласно альтернативному варианту осуществления изобретения второй отражатель 5.1 имеет, по меньшей мере, один оптический проецирующий блок, который собирает попадающее на второй отражатель 5.1 световое излучение и отклоняет, соответственно, лишь часть светового излучения. Оптический проецирующий блок может состоять, например, из одной или нескольких собирательных линз, или из ахроматических линз, или из комбинации собирательной линзы и ахроматической линзы.
Световое излучение, попадающее на второй отражатель 5.1, отклоняется благодаря описанной выше конфигурации второго отражателя 5.1 в направлении, которое не совпадает с основным направлением излучения s осветительного модуля 1 и которое является указывающим путь относительно центра транспортного средства. Таким образом, световое излучение LR, отраженное вторым отражателем 5.1, может зрительно восприниматься наблюдателем В за пределами распределенного света фар FL, не ослепляя при этом наблюдателя В таким распределенным светом фар FL.
В силу поверхностных свойств второго отражателя 5.1 световое излучение отражается в зависимости от угла падения. Т.е. в настоящем примере осуществления блок светоизлучателя 3 содержит четыре расположенных рядом друг с другом источника света 3.2, следовательно, отраженное световое излучение LR включает, по меньшей мере, четыре отстоящих друг от друга пучка световых лучей. Например, источники света 3.2 расположены рядом друг с другом вдоль оси, проходящей параллельно поперечной оси транспортного средства. Иными словами: с позиции наблюдателя В источники света 3.2 размещаются на подложке 3.1 рядом друг с другом слева направо. В этом случае пучки отраженных лучей света LR располагаются рядом друг с другом вдоль оси, проходящей параллельно вертикальной оси транспортного средства, т.е. для наблюдателя В они располагаются сверху вниз.
В зависимости от конфигурации источников света 3.2 отдельные пучки имеют, соответственно, разные углы выхода, так что эти пучки света могут восприниматься как мнимые источники света в виде светового пятна. Таким образом, если все источники света 3.2 исправны, то наблюдатель В может зрительно воспринимать четыре световых пятна за пределами распределенного света фар FL на поверхности второго отражателя 5.1.
Для оптимального наблюдения за этими световыми пятнами наблюдатель В, например работник мастерской, располагается под определенным углом к основному направлению излучения s осветительного модуля 1, т.е. сбоку перед автомобилем и, таким образом, сбоку перед фарой транспортного средства 1.1 (см. фиг. 2).
Благодаря, по меньшей мере, частично светопоглощающему покрытию или обработанной поверхности с возможностью, по меньшей мере, частичного светопоглощения второго отражателя 5.1 повышается безопасность наблюдателя В, т.к. интенсивность отраженного светового излучения LR снижается по сравнению со световым излучением, попадающим на второй отражатель 5.1. Поэтому наблюдатель В может наблюдать за отраженным световым излучением LR без усилий и/или без угрозы быть ослепленным.
Если, например, один из осветительных модулей 1 неисправен, т.е. осветительный модуль 1, несмотря на подаваемое напряжение, не излучает свет, то наблюдатель В может воспринимать еще только три световых пятна. За счет того, что расположение отстоящих друг от друга световых пятен совпадает с расположением осветительных модулей 1 в блоке светоизлучателя 3, наблюдатель В узнает, какой из источников света 3.2 вышел из строя. Отказ источника света 3.2 может иметь место, прежде всего, в варианте осуществления в форме светодиодного чипа при возникновении так называемого обрыва нагрузки, т.е. в результате обрыва токовой цепи, а также при коротком замыкании. В частности, при коротком замыкании повышенный ток течет через оставшиеся, т.е. еще исправные, светодиодные чипы, что приводит к неэффективным характеристикам мощности и, как следствие, к сокращению срока службы блока светоизлучателя 3.
Таким образом, изобретение позволяет обеспечить надежное обнаружение отказа источника света 3.2 с использованием только одной дополнительной детали, при этом можно отказаться от дорогостоящих электронных схем или электрооптических устройств. Это имеет преимущество, в частности, в том случае, когда в осветительном модуле 1 расположен массив из блоков светоизлучателя 3.
Дополнительно можно непрерывно контролировать источник света 3.2. Если в силу старения источника света 3.2 интенсивность испускаемого светового излучения ослабевает, интенсивность отраженного светового излучения LR также уменьшается, что можно распознать по уменьшению выраженности соответствующего светового пятна или соответствующих световых пятен.