专利名称：光学结构简化的信号灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及特别用于汽车的发光信号灯。
它特别适用于“第三停车灯”类的信号灯，即制动信号灯，可安装在汽车外壳内，靠在汽车尾灯上，或者做在位于汽车尾部的薄型部件如流线型发动机罩前缘或翼边内。
背景技术：
最早的这种灯的缺点是提供的照度不均匀，尽管使用了光线扩散装置，一般由封闭玻璃内或位于光源下游的信号灯光学板上的珠或环面组成。如果说从法规和光照的观点来看这一缺陷一般是可以容许的，但从美学观点上看是不利的，而当今美学正日益受到重视。
通过例如文献FR-A-2614969可了解一种照度均匀的单光源信号灯。该信号灯的外壳内有一个透明或半透明的光学屏，较通俗的叫法是“灯玻璃”或“灯泡”，放在单一光源和光学板之间，光学板基本为平面，并在垂直于信号灯光轴的方向延伸。灯玻璃特殊的几何形状保证抵达板上的光通量的表面密度在该板的整个面上基本恒定。此外，板面上有矫正来自灯玻璃的光束的条纹，以便向外发射法规规定的位于立体角的光束。
但是，汽车制造商目前希望能够使用第三停车信号灯，其中至少一个尺寸例如宽度相对较大，并且可使用几个光源，例如电致发光二极管。根据文献FR-A-2776595，解决上述问题的方案是实现一个由诸如文献FR-A-2614969中描述的光学部件组合而成，并且每个部件内照度均匀的装置。
文献FR-A-2776595考虑使用几个光源，并且，每一个光源都用一个半球形的灯玻璃，在基本垂直于总发射方向的面上，以均匀的方式将光分布在一个第二元件上，第二元件一般呈板状，可矫正入射光，使其朝向总发射方向，并且考虑，在两个相邻的板状元件之间的过渡处，至少有一个条纹可将来自两个相邻光源的光线矫正至总发射方向，两个相邻光源分别与一个灯玻璃和一个板状元件配合。
这种设计在光照方面是令人满意的，但还有待完善，尤其在其机械结构上。实际上，各不同元件，如光源、半球灯玻璃以及板，都安装在一个支撑结构上。因此，这种信号灯的结构或组装是一道比较细致的工序，很难实现自动化。此外，不同光学元件的各自的加工公差引起的各自位置的微弱变化，会导致合成光束光照质量上的重大变化。
发明内容
本发明立足于上述背景，并且其目的是提出一种信号灯，它使用几个光源，并且组装简单，从一个灯到另一个灯的光照质量恒定，而且成本不高。
因此，本发明的主题是用于汽车的信号灯，它包括几个光源和光学处理装置，后者可矫正光源发射的光线，使光在基本平行于总发射方向的方向内传播，和每一个光源配合的光学处理装置包括第一元件，能在基本垂直于总发射方向的面上，以基本均匀的方式将光线分布在一个第二元件上，第二元件一般呈板状，并且可将入射光矫正至所述总发射方向。
根据本发明，连接元件置于相邻的第一元件之间以及第一元件和第二元件之间，并且第一元件、第二元件和连接元件来自整体材料并且形成一个单一的光学结构件。
根据本发明的其它非限定性的特征为-光学结构在连接元件和第二元件之间，另外有接插件，与所述各件构成一个单一零件，-在板状第二元件的其中一条纵向边上，有一条贯穿整个边长的加强筋，-光学结构在第二元件和第一元件或连接元件之间有一个连续盘，与所述各件构成一个单一零件，-光学结构包括印制电路固定元件，-印制电路上有光源，-光源为电致发光二极管，-光源基本成一直线，-光学结构包括一个与印制电路配套的接插件固定装置，所述固定装置和光学结构形成一个单一零件，-光学结构包括一个壳内固定装置，它与光学结构构成一个单一零件，-第一元件将光分布在第二元件上，同时考虑第一和第二元件的传递系数变化，以及光源发射指标曲线变化，从而在第二元件的输出处获得一个满足事先确定的规律所要求的照度。
本发明还有一个目的在于汽车信号灯的制造方法，信号灯包括至少一个光源和光学处理装置，后者可矫正光源发射的光，使其在基本平行于总发射方向的方向内传播，与每一个光源配合的光学处理装置包括一个第一元件，可在基本垂直于总发射方向的面上，以基本均匀的方式将光分布在一个第二元件上，第二元件一般呈板状，并且可将入射光矫正至所述总发射方向，本方法包括的步骤为-至少根据板上垂直于总发射方向的坐标，制定出光学处理装置传递系数的变化规律，-根据板上的坐标，制定出希望的信号灯照度变化规律。
根据本发明，本方法还包括以下步骤-确定光源的发射指标曲线和相应的发射规律，-结合上述规律，建立来自光源并入射在第二元件上的光线方向与板上坐标之间的关系，-根据上述关系，确定光学处理装置的几何形状，-用所述几何形状加工至少用于第一元件的模具，-用所述模具模制第一元件。
本发明的其它目的、特征和优点将在下面的描述中体现，描述将参照附图依据非限定性的实施例进行，附图中-图1示出了根据本发明的信号灯的后部立体图；-图2示出了图1信号灯的前部立体图；-图3示出了图1信号灯的俯视图；-图4类似于图3，信号灯上没有电路；-图5为图4信号灯的后视图；-图6为图3信号灯一个端部的放大俯视图；-图7为图1至6信号灯的变型实施例的俯视图；-图8为图1至6或图7信号灯的侧视图，例如沿图5和图7中VIII方向的视图；-图9为沿图3中IX-IX线的剖视图；-图10为沿图3中X-X线的剖视图；-图11为沿图3中XI-XI线的剖视图；-图12为沿图7中XII-XII线的剖视图；-图13为沿图7中XIII-XIII线的剖视图；-图14为电致发光二极管的剖面示意图；-图15为电致发光二极管的发射曲线图。
具体实施例方式
根据惯例，可定义三个正交方向X、Y和Z，这三个方向将用于描述和图中，X为信号灯光束的总发射方向，基本平行于车辆的纵向轴线，Y为垂直于X的水平方向，而Z为垂直方向。
在图中，示出了一个信号灯，它集中了诸如电致发光二极管10的几个光源，每一个电致发光二极管都与一个灯玻璃12配合，灯玻璃构成球状罩，用于分布二极管10发射的光线，并照亮透明板14。
更确切些，在灯玻璃12的内面上，面向二极管10处，有基本水平的条纹16(图10)，而在其外面上有基本垂直的条纹18(图6)。同样，在板14的内面上，面向灯玻璃12处，有基本垂直的条纹20。以已知方式，例如通过上述文献，条纹16、18及20保证来自板14的照度在Y和Z方向上均匀。
该套组件用于安装在用一块玻璃盖(未示出)封闭的外壳(未示出)内。如果在板14的外面上，即距离电致发光二极管最远的面上，有使穿过的光线传播的装置，例如在该外面上形成的珠或圆环面，那么板同时可起到玻璃盖的作用。
在图示的实施方式中，信号灯包括四个光源10，因此有四个灯玻璃12。
根据本发明的一个方面，灯玻璃12彼此之间及其与板14之间出自同一材料。为此，可以考虑例如两个相邻的灯玻璃之间通过中间壁22相连，而端部的灯玻璃则通过端壁24与板14的端部相连。最好，灯玻璃12、板14以及壁22和24在Z方向的尺寸相同。壁22和24可呈任意形状，例如图中所示的直线或曲线，只要它们不处在灯玻璃12发射和板14入射的光线射程上即可。
这样，只用一道工序、例如模制就可获得一个包括信号灯主要光学元件的完整的光学结构。
这种设计有许多优点，首先是信号灯的组装十分方便。事实上，只要简单地把该光学结构放入其壳体内就可获得几乎完整的信号灯基本光学结构，而不用在该壳体内组装单个的灯玻璃和板。
为了提高该光学结构的强度，可以在该结构的不同部位考虑加固。例如可以如图3、6、9和10所示，设置加强板14，在其中一条纵向边上，形成一条贯穿整个边长的加强筋26，加强筋26沿X方向延伸，最好向后部，即向灯玻璃12延伸。这样板14的截面就呈角钢形，使其具有更大的强度。
还可以考虑通过爪28将板14与中间壁22连在一起，爪最好位于加强筋26的延伸处，如图3、4和6所示。用这种方法，不仅能提高光学结构的强度，而且，灯玻璃12和板14的相对位置亦永久固定。在爪28和板14之间或最好在爪28和中间壁22之间，还可形成角形块30，如图9和11特别示出的，而不干扰灯玻璃12发射、板14入射的光线。所述角形件30及其赖以形成的爪28，最好位于距两个相邻的灯玻璃等距离处。
根据图7、12和13所示的变型实施例，还可考虑通过连续盘32将板14与灯玻璃12以及壁22和24连接，连续盘32为加强筋26至壁22和24以及至灯玻璃12的延续。根据这种实施方式，光学结构的截面呈U形，U字的分支之间的开度随截面剖开的位置而有所不同。这种结构的强度很大。这里，爪也可以在中间壁22和盘32之间形成。
不管选择哪种光学结构实施方式，在使用电致发光二极管10的情况下，最好考虑该结构的实施能方便地在上面固定光源。根据本发明，要做到这点很容易，可设置在X方向向后延伸处形成销子和尖齿34。所述销子34适合于与印制电路36上形成的口配合，印制电路上最好焊有电致发光二极管10，以及这些二极管的电源电路38，后者由通用电子元件构成。
采用这种方式，信号灯的组装进一步简化，因为只要将另外预先装好的印制电路36固定在销子34上就可获得完整的光发生和发射组件，只要放在外壳内就可获得完整的信号灯。这种方式具有附加优点，可以按灯玻璃12预先确定的距离精确地分布电致发光二极管，以获得用如此简单可靠的方式组装的信号灯的最佳光照性能。
印制电路36可包括接线端39(图3)，用于建立与供电电源的连接，例如在这些接线端上焊上导线。在印制电路36安装在光学结构上之前，这些导线的其中一端被焊在接线端39上，而其另一端上有一个插接件。为了避免获得的信号灯输出的电线太长，最好该信号灯自己有一个插接件。
这可通过在光学结构上形成一对夹片40简单地实现，夹片用于通过例如弹簧机构接纳插接件42(图1和2)，后者是一个例如与印制电路36连成一体的插座。夹子的一对夹片40最好通过中间壁22的上下边形成，并与其形成单一零件。夹片40的形状可带有弹性部分44，用于与插接件42上的簧片配合。这样，在组装时，只要这样放置印制电路36即可，即使其开口处与销子34配合，并且插接件42的簧片卡紧在夹片40之间。
最好，对与形成夹片40的中间壁22相连的爪28进行加固，以避免在将印制电路36安装在光学结构上或者将插头(未示出)插入插座42时，对光学结构施加很大的应力，而该应力有可能使该结构断裂。
光学结构成形时还可带有突角46，突角用于方便光学结构装入其外壳内，并且保证固定在壳内。正如在图中示出的，突角46可做在光学结构的端部，例如做在端壁24上，与其形成一个单一零件。正如在图1和5中清楚地看到的，突角46的截面呈U型，其分支为三角形。根据接纳这种光学结构的外壳形状，所有其它形状的突角都可以选用。
这样就完成了一种光学结构，它包括通过中间壁22连接的灯玻璃12，通过壁24与位于端部的灯玻璃连接的板14，用于接纳印制电路36的销子34，插接件的固定夹40以及固定突角46，所有这些元件都做成一个单一零件，并且通过一道工序获得。
有了这种结构，信号灯的组装特别简单。实际上只要将另外组装好的印制电路36固定在销子34上，如果印制电路上有插接件，使插接件42的簧片与夹头40的弹性部分44配合即可。这样就获得了一个完整的光发生和发射组件，便可通过突角46将其放入外壳内，只要盖上盖就可获得完整的信号灯。这样一连串的工序可方便地实现自动化，它进一步降低了获得的信号灯的成本。
诸如刚刚描述的将光学结构做成一个单一零件的优点之一在于，该结构的不同光学元件之间的相对距离通过结构固定，并且在该结构的储运、信号灯的组装、灯的储运、将灯安装在汽车上以及在该灯的使用过程中，都不会发生变化。
由该设计获得的另一优点在于，以这种方式，始终保证灯玻璃12和板14的折射率始终如一，因为这些元件的确是用同一材料实现的。
这后两个特征的结果是，用这种光学结构组装的信号灯的光照性能可以非常精确地确定，因为它们可以很好地再制。这种性能甚至可以通过使用电致发光二极管而被最佳化。
事实上，对于一个信号灯，确定在板14水平方向希望获得的照度规律，该规律在灯的照明范围内，根据该板Y方向当前点的横坐标y，确定在板14输出处的实际照度变化。该规律用k1(θ)表示，并且特别要求在信号灯照明范围的整个水平区域内、并且因而在与单一灯玻璃12连接的板14的每一部分的整个水平区域内，照度水平E基本恒定，即k1(θ)＝E(θ)＝1
另外，如图14所示，电致发光二极管是由产生光通量的晶片P、用以汇集并向后部引导发射的光通量的反射镜M，以及用以向前部聚集发射的光通量的半球聚光镜C组成的光学系统。采用这种结构，根据图15所示的发射指标，二极管发射有角度限制的、并且其最大强度位于该二极管的X轴的光束。
图15的左半部分示出了二极管10的半个发射指标，横坐标上为角度值，而纵坐标为光束的相对强度值。图15的右半部示出了极坐标的发射半瓣，半径上为光束的相对强度值，而角坐标上为光束的角度值。示出的数值用度表示烛光，对应于垂直于轴线X并且距二极管一定距离的屏上光束的水平截面。在该屏上的束线形成一个旋转的圆点。
可看到，在图15所示的例子中，二极管发射的几乎全部光通量在立体角中处于顶角约等于60°的半角内。灯玻璃在Z方向的尺寸已确定，可以方便地确定它在X方向相对于二极管10的位置，使它汇集该光通量的全部。
对于一定的电致发光二极管10，可以确定图15所示的发射指标曲线，并且类似于12次的多项式函数I(θ)，其中I(θ)＝a0+a2θ2+a4θ4+a6θ6+a8θ8+a10θ10+a12θ12其中θ为电致发光二极管10发射的光线和方向X形成的角，如图14所示。由此得出一个规律，用k2(θ)表示，它给出二极管发射瓣的强度变化，诸如k2(θ)＝1/I(θ)表示角θ的强度计算中的分布函数，诸如E(θ)＝k2(θ)*I(θ)＝1另外看到，在灯玻璃12的内面上形成条纹16，一般为环型，并且其垂直截面形状对应于Fresnel圆柱形透镜的垂直截面形状。这些条纹16可将电致发光二极管10发射的光线向上和向下矫正，使它们在总体水平的方向传播。这些条纹对光线的水平分布没有影响。相反，在灯玻璃12的外表面形成的条纹18则保证光线向板14方向的水平分布，使灯在Y方向的整个照明范围内的照度不变。最后，在板14上形成的条纹20使来自灯玻璃12的光线改变方向，使其朝着基本平行于X方向的方向。
由此得出一个规律，用k3(θ)表示，它给出了随角θ变化的该系统的传递系数变化，角θ由电致发光二极管10发射的光线和方向X构成。
根据本发明的第二个方面，考虑了所用的电致发光二极管10的发射指标、光传递特性以及通过灯玻璃12外表面上的条纹18实现光的水平分布规律所希望的照度变化，根据方程式y＝k1(θ)*k2(θ)*k3(θ)*θ其中y为板14在Y方向的当前点的横坐标，而θ为电致发光二极管10发射的光线和方向X构成的角。
在灯玻璃12外表面上形成的条纹18的计算中考虑的分布函数F(θ)，根据所用的电致发光二极管的发射指标I(θ)确定并最佳化，每一种电致发光二极管都具有特定的发射指标I(θ)。
了解了所用的电致发光二极管的发射指标后，根据本发明，便可以确定通过灯玻璃12外表面的条纹18的光线水平分布规律，即对于每一个θ值，特定的电致发光二极管10发射的每一光线一旦被灯玻璃12改变方向，在板14上应达到的横坐标y的位置。可以通过计算确定条纹18的形状，以获得该结果。
诸如刚刚描述的信号灯的制作方法也是本发明的目的。该方法包括以下步骤-至少根据板14上垂直于总发射方向X的方向Y的坐标y，确定光学处理装置16、18、20的传递系数变化规律k3(θ)，-根据板14上的坐标，确定希望的灯的照度变化规律k1(θ)，根据本发明，该方法还包括以下步骤-确定光源10的发射指标曲线k2(θ)以及相应的发射规律I(θ)，-结合上述规律，确定来自光源10并入射在第二元件14、20上的光线方向θ和板14的坐标y之间的关系，-根据上述关系，确定光学处理装置16、18、20的几何形状，-采用所述几何形状，加工至少用于第一元件12、16、18的模具，-用所述模具模制第一元件12、16、18。
从上面得到的关系式为y＝k1(θ)*k2(θ)*k3(θ)*θ其中y为板14在方向Y上的当前点的横坐标，k1(θ)为根据板14的坐标(y)希望得到的灯的照度变化规律，k2(θ)为光源的发射规律(I(θ))，k3(θ)为传递系数变化规律，以及θ为来自光源10的光线相对于总发射方向(X)形成的角。
本发明另外还有一个优点在于，以这种方式，可以在最佳条件下减少电致发光二极管的使用数量，例如三个或四个，而原有技术的信号灯二极管的使用数量远远超过该数字。实际上，电致发光二极管通常必须以三个或四个二极管的倍数进行电气串联组合，由此形成的电路包含的二极管可多达六十四个。这种电路，除了复杂和成本高外，还有一个缺点，就是工作温度较高，对二极管的效率不利。
由于有了根据本发明的光学结构设计，可以只使用最低数量的电致发光二极管。这种三或四个二极管串联的电路对电源电压的变化几乎不灵敏，并且消耗的所有能量几乎都转换成光通量，极小部分因焦耳效应转换成热量。
本光学结构可实现的信号灯，其Y方向的宽度很大，例如300毫米左右，Z方向的高度较小，例如10毫米左右，而X方向的深度很小，例如30毫米左右，二极管的间距大约75毫米。
二极管之间的间距可使壳内的发热限制在最低值，这可在最佳工作范围内使用二极管。事实上，以发射的光量相对于消耗的电能体现的电致发光二极管的效率特点，随发光晶片的温度上升而下降。本发明通过保持二极管彼此之间的间隙而使二极管以最佳方式工作，两个相邻二极管之间的相互加热效应大大降低。因此可以使用发射大光通量的二极管，而不会使它们遭受自加热现象，并按其额定电压足功率供电，而不会影响其使用寿命。
可以使用例如LUMILED公司销售的SNAPLED品牌的电致发光二极管。这些二极管最好扣在并嵌入在金属电路上。这种金属电路具有排放二极管产生的热能的附加优点。
还可以把表面装配元件(CMS)作为电致发光二极管，将它们放在采用表面复制技术的传统电路上，并在电路上粘上金属板片用作排热或散热片。
当然，本发明不局限于描述的实施方式，相反，本领域技术人员可以在其范围内进行许多改变。例如，输出板可以为直线形，或具有一个固定或可变的弯曲半径。
权利要求
1.用于汽车的信号灯，它包括几个光源(10)和光学处理装置(16，18，20)，后者可矫正光源(10)发射的光，使其在基本平行于总发射方向(X)的方向内分布，与每一个光源(10)配合的光学处理装置(16，18，20)包括第一元件(12，16，18)，可使光在基本垂直于总发射方向(X)的面(YZ)内、以基本均匀的方式分布在第二元件(14，20)上，第二元件通常呈板状，并可将入射光矫正至所述总发射方向(X)，其特征在于，连接元件(22，24)置于相邻的第一元件(12)之间以及第一元件(12)和第二元件(14)之间，第一元件(12)、第二元件(14)以及连接元件(22，24)来自整体材料，并形成一个单一的光学结构件。
2.根据权利要求1的信号灯，其特征在于，光学结构在连接元件(22)和第二元件(14)之间，另外包括接插件(28)，它与所述元件形成一个单一零件。
3.根据权利要求1的信号灯，其特征在于，在板状第二元件(14)的其中一条纵向边上，有一条贯穿整个边长的加强筋(26)。
4.根据权利要求1的信号灯，其特征在于，光学结构在第二元件(14)和第一元件(12)或连接元件(22，24)之间，有一个连续盘(32)，它与所述元件(12，14，22，24)构成一个单一零件。
5.根据权利要求1的信号灯，其特征在于，光学结构包括印制电路(36)的固定元件(34)。
6.根据权利要求5的信号灯，其特征在于，印制电路(36)上有光源(10)。
7.根据权利要求6的信号灯，其特征在于，光源(10)为电致发光二极管。
8.根据权利要求7的信号灯，其特征在于，光源基本直线排列。
9.根据权利要求5的信号灯，其特征在于，光学结构包括与印制电路(36)配合的插接件(42)固定装置(40，44)，所述固定装置与光学结构形成一个单一零件。
10.根据权利要求1的信号灯，其特征在于，光学结构包括外壳内的固定装置(46)，它与光学结构形成一个单一零件。
11.根据权利要求1的信号灯，其特征在于，第一元件(12，16，18)将光分布在第二元件上，同时考虑第一(12)和第二(14)元件的传递系数变化(k3(θ))、以及光源(10)的发射指标曲线变化(k2(θ))，使在第二元件(14)的输出处获得的照度符合预先确定的规律(k1(θ))。
全文摘要
本发明涉及用于汽车的信号灯,它包括几个光源(10)以及光学处理装置(16,18,20),后者可矫正光源(10)发射的光,使其在基本平行于总发射方向(X)的方向内传播,与每一个光源(10)配合的光学处理装置(16,18,20)包括第一元件(12,16,18),可使光在基本垂直于总发射方向(X)的面(YZ)上、以基本均匀的方式分布在第二元件(14,20)上,第二元件通常呈板状,并可矫正入射光,使其朝向所述总发射方向(X)。根据本发明,连接元件(22,24)置于相邻的第一元件(12)之间及第一元件(12)和第二元件(14)之间,并且第一元件(12)、第二元件(14)和连接元件(22,24)来自整体材料,并形成一个单一光学结构件。
文档编号F21V17/00GK1340675SQ0112580
公开日2002年3月20日 申请日期2001年8月24日 优先权日2000年8月28日
发明者让-克劳德·加斯凯, 让－皮埃尔·埃涅, 让·德拉 申请人:瓦雷欧·维申公司