用于机动车辆乘客室的紧凑光学系统的制作方法

本发明涉及汽车工业领域，并且更具体地，涉及内部照明装置，特别是用于机动车辆乘客室的内部照明装置。

背景技术：

已知的机动车辆乘客室包括许多内部照明装置，以便允许执行多个发光功能。通过已知发光功能的非限制性示例，某些内部照明装置允许从乘客室的壁或在乘客室的壁上显示发光指示；某些内部照明装置允许手动控制机动车辆以被照亮；并且某些其它内部照明装置专用于照亮机动车辆的乘客室内部的空间的一部分。

所有这些装置的一个共同特征是，由于在这种机动车辆乘客室中的电气装置(无论是否用于照明)的数量增加，这些装置必须满足严格的尺寸限制。因此，尽管由内部照明装置提供的发光功能在数量上逐渐增加以满足机动车辆的制造商和用户的需求，但是在乘客室中可用的壳体(housing)同时变少。这已经导致了小型化的需求，以便能够继续提供已知的发光功能和/或以便允许在机动车辆乘客室中执行新的发光功能。

更特别地，已知在这样的内部照明装置中使用被称为像素化的高亮度光源：这些光源尺寸小，并且允许更容易地满足一些上述尺寸限制。此外，这些光源具有低的购买价格，因此允许降低这些内部照明装置的制造成本。

然而，这些光源的小尺寸和它们的高亮度的结合使得这种像素化光源与在机动车辆的乘客室中的使用不兼容，因为这些光源对人眼存在潜在的危险并且这些光源降低了机动车辆的用户的舒适度。

本发明的目的是至少大致对前述问题做出反应，并且通过提供一种用于机动车辆乘客室中的新的光学系统来进一步实现其它优点。

本发明的另一个目的是相对于在已知的内部照明装置中实施的那些光学系统而言减小这种光学系统的体积。

本发明的另一个目的是降低像素化光源的亮度，同时保持其像素化。

本发明的另一个目的是限制这种光学系统和包括这种光学系统的照明装置的制造成本。

技术实现要素：

根据本发明的第一方面，前述目的中的至少一个目的是通过一种用于机动车辆乘客室的光学系统实现的，该光学系统包括：(i)漫射器，该漫射器被配置成散射由光源产生的光束的入射光线，以及(ii)光学组件，该光学组件被配置成将光源的实像投射到漫射器上，在光源处测量的光束的第一集光率小于在光学组件的出射面处测量的光束的第二集光率。

因此，漫射器的巧妙使用允许根据本发明第一方面的光学系统降低旨在与其协作的光源的亮度。此外，根据本发明第一方面的光学系统被配置成保持光源的像素化。换句话说，在光学组件和/或光学系统的出口处基本上保持了旨在与光学组件协作的光源的形状和/或几何结构。因此，透入根据本发明第一方面的光学系统的光线以降低的亮度从该光学系统出射，同时基本上保持与它们进入时具有的空间分布相同的空间分布。换句话说，光学系统被配置成执行与其旨在协作的光源的位似变换(homothetictransformation)，并且优选地执行放大类型的位似变换。漫射器的使用还允许改变通过光学系统的光线的开度角。

根据本发明第一方面的光学系统的漫射器被配置成散射(优选地没有吸收)到达其表面的任何光线(被称为入射光线)。由根据本发明第一方面的光学系统的漫射器散射的光线从所述漫射器沿多个方向发射，优选地没有特殊传播方向。换句话说，不管入射光线的方向如何，漫射器的亮度都是各向同性的。

根据本发明第一方面的光学组件旨在与光源协作，以便将由其产生的光线朝向漫射器投射。为此，当根据本发明第一方面的光学系统与所述光源一起使用时，漫射器关于光学组件而言位于与光源的位置相反的一侧。

根据本发明的第一方面，光学系统允许在(i)位于旨在与光学系统协作的光源侧的入射面与(ii)光学系统的出射面之间增加通过所述光学系统的光束的集光率。

光束的集光率表征由光源发射的并且到达所讨论的接收器的光线如何“散开”。光束的集光率对应于表征由光源产生且到达接收器的光线的子集的尺寸和形状的几何尺寸量(以m²·sr计)。换句话说，光束的集光率表征光线束在发射区域上的分布以及所述光束中的光线成角度的方式。通过近似的示例，在诸如发光二极管等在半球中发射的光源的情况下，通过将所讨论的光源的光锥(即，在其内由所述光源产生的所有光线都适合的最小光锥)乘以发射面积来获得光束的集光率。用于计算集光率的其它方法可应用于其它类型的光源，并且对于本领域技术人员来说是公知的。

因此，借助于根据本发明第一方面的光学系统，在所述光学系统的出口处的光锥大于位于所述光学系统的入口处的光源的光锥。

根据本发明第一方面的一个主要优点，这种光学系统是紧凑的，并且因此允许相对于在已知的内部照明装置中采用的那些光学系统而言，减小了这种光学系统的体积。此外，这种光学系统的生产允许限制制造成本。

根据本发明第一方面的光学系统可以有利地包括下列改进中的至少一个，形成这些改进的技术特征能够单独地或组合地应用：

-光学组件包括：(i)第一部分，该第一部分光学地位于光源和漫射器之间，第一部分能够使光源图像变形，以及(ii)第二部分，该第二部分光学地位于漫射器和光学组件的出射面之间，第二部分是用于投射由漫射器散射的光线的光学器件。副词“光学地”在这里被理解为意指在其正常使用期间光线在光学系统中的传播方向上。光学组件的第一部分特别允许生成光学系统旨在与其协作的光源的实像，该实像大于光源的实际尺寸；光源的这种实像的光锥同样地小于所述光源的光锥。形成光学组件的第二部分的投射光学器件被配置成在漫射器上生成光源的实像(被称为第一实像)的第二实像。可选地，投射光学器件通过图像变形生成第二实像。由投射光学部件生成的第二实像位于(有限或无限远的)一距离处，该距离相对于根据本发明第一方面的光学系统的尺寸而言是非常大的。通过非限制性示例，在其处生成第二实像的距离比光学系统的尺寸大至少30倍，并且优选地大100倍；

-光学组件的第一部分有利地提供大于1，优选地大于2的放大倍数；

-形成光学组件的第二部分的投射光学部件包括一个或更多个反射器和/或一个或更多个透镜和/或一个或更多个光导；

-光学组件的第一部分由与漫射器相同的材料制成并与漫射器一体地形成；和/或，光学组件的第二部分由与漫射器相同的材料制成并与漫射器一体地形成。“由与……相同的材料制成并与……一体地形成”或“由相同的材料制成并一体地形成”是指所涉及的两个部件使用相同的制造工艺制成，并且它们在不损坏或破坏这些部件中的一者或两者的情况下不能彼此分离。因此，根据第一实施例，第一元件由与漫射器相同的材料制成并与漫射器一体地形成，所述漫射器形成在所述第一元件的一个面上。根据第二实施例，投射光学部件由与漫射器相同的材料制成并与漫射器一体地形成，所述漫射器形成在所述投射光学部件的一个面上。根据第三实施例，第一元件和漫射器以及投射光学器件都由相同的材料制成并且一起一体地形成；

-光学组件的第一部分包括与第二反射器相关联的第一反射器，第二反射器被配置成反射由第一反射器反射的光线。第一反射器和/或第二反射器优选地通过用铝涂覆第一元件的第一部分而获得；

-第一反射器被配置成将光线集中到第二反射器上；

-与光学组件的第一部分相关联的第一光轴正割于与所述光学组件的第二部分相关联的第二光轴。因此，这种有利的结构允许根据本发明第一方面的光学系统具有“狗腿形”的形状，从而减小其尺寸体积。更特别地，第一光轴和第二光轴所成的角包括在70°和110°之间。在本发明的上下文中，光轴由相应的光学组件或相应的光源发射或形成的质心光线限定；

-漫射器被配置成衍射入射光线。换句话说，光学系统的漫射器被配置成连贯地(coherently)偏离入射光线，以这种方式导致干涉。为此，漫射器可以包括相对于漫射器的入射表面突出或凹进的图案的一维或二维阵列。通过非限制性示例，这种衍射漫射器可以采用全息漫射器的形式；

-漫射器是“通过式”漫射器，入射到漫射器的入射面上的光线在与入射面相反的面处相对于光学组件的第一部分被散射。这种有利的构造允许产生几何结构更紧凑的光学系统；

-漫射器被配置成至少部分地是反射性的。换句话说，漫射器被配置成能够反射入射光线中的至少一些入射光线；

-漫射器包括粗糙散射表面。“粗糙”是指散射表面在其散射表面中包括导致入射光线被散射的表面微凸体。控制表面微凸体的尺寸和/或所述表面微凸体的密度允许限定漫射器的漫射特性；

-漫射器的粗糙散射表面是有纹理的。通过非限制性示例，漫射器的这种散射表面可以通过喷砂获得；

-漫射器包括弯曲表面；

-光学组件有利地由塑料和/或玻璃制成。将优选使用聚碳酸酯(pc)、聚碳酸亚丙酯(ppc)或聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于机动车辆顶灯的内部照明装置，该内部照明装置包括：

-如上限定的光学系统；

-光源，该光源与光学系统相关联，并且被配置成产生光线，光学系统的光学组件将该光线投射到所述光学系统的漫射器上，穿过所述光学系统的出射面的光线旨在照亮机动车辆的乘客室的一部分。

因此，根据本发明第二方面的照明装置使得可以提供用于机动车辆乘客室的内灯，该内灯降低了所使用的光源的亮度，并且因此使得所使用的光源与在机动车辆乘客室中的这种使用相兼容。

根据本发明第二方面的内部照明装置可以有利地包括下列改进中的至少一个，形成这些改进的技术特征能够单独地或组合地应用：

-光源是像素化的，并且包括组织成阵列的多个发光二极管。优选地，发光二极管的阵列是一维的，或者优选地是二维的。因此，这种有利的构造允许像素化光源与在机动车辆乘客室中的使用相兼容，而不改变它们被电驱动的方式，并且特别是不改变这种像素化光源的控制电流的量级；

-形成像素化光源的发光二极管有利地由电信号驱动，该电信号的电流具有高量级，例如高于1安培。

提供了本发明的各种实施例，这些实施例在所有可能的组合中集成了这里描述的各种可选特征。

附图说明

一方面，从下列描述中，以及另一方面，从参照所附示意性附图通过非限制性描述(indication)给出的多个示例性实施例中，本发明的其他特征和优点将变得更加清楚明显，其中：

图1示出了根据本发明第一方面并在内部照明装置中实施的光学系统的第一实施例的示意图；

图2示意性地示出了根据本发明第一方面并在内部照明装置中实施的光学系统的第二实施例；

图3示出了根据本发明第一方面的光学系统的第三实施例；

图4示出了在图3示出的光学系统中实施的光学组件的第一部分的分解细节图。

当然，本发明的特征、变型和各种实施例可以以各种组合彼此关联，只要它们不相互不兼容或相互排斥。特别地，可以设想本发明的变型，其仅包括对下面描述的特征的选择，而不包括其它描述的特征(如果这些特征的选择足以使本发明相对于现有技术在技术上具有优势或与其区别的话)。

特别地，如果没有阻止其组合的技术原因，则所有描述的变型和所有描述的实施例可以组合在一起。

在附图中，多个附图中共同的元件已被给予相同的参考标记。

具体实施方式

参照图1至图3，现在将对根据本发明第一方面的光学系统1的每个所示实施例的共同特征进行描述。随后将参照图1至图4中的每一个附图对每个实施例的特定特征进行更详细的描述。

在下面描述的附图中，根据本发明的光学系统1的内部的光线路径仅仅是象征性给出的，以便有助于理解本发明的操作。

根据本发明第一方面的这种光学系统1包括：(i)漫射器11，该漫射器11被配置成散射到达所述漫射器11的入射光线8b，以及(ii)光学组件10，该光学组件10被配置成将光源2的实像4(在图1中示意性地示出)投射到漫射器11上，该光源2旨在与光学系统1一起使用。根据本发明的第一方面，在光源2处测量的光束的第一集光率低于在光学组件10的出射面1021处测量的光束的第二集光率。换句话说，根据本发明第一方面的光学系统1被配置成减少针对由旨在与所述系统协作的光源2产生的光线8a测量的光束的集光率，光束的如此减少的集光率在光学组件10的出射面1021处或出射面1021之外测量，并且由从所述光学系统1出射的光线8c形成。

根据本发明第一方面的这种光学系统1有利地旨在内部照明装置3中实施，并且用于机动车辆中以照亮乘客室的一部分。这种内部照明装置3是根据本发明的第二方面，并且包括：(i)根据本发明第一方面的至少一个光学系统1，以及(ii)与光学系统1相关联并且被配置成产生光线8a的光源2，光学系统1的光学组件10将该光线8a投射到所述光学系统1的漫射器11上，穿过所述光学系统1的出射面1021的光线8c旨在照亮机动车辆的乘客室的一部分。

有利的是，光源2以这样的方式光耦合到光学系统1，即由光源2产生的大多数(优选地，全部)光线8a通过光学系统1的入射面1011。为此，光源2有利地通过直接附接到所述光学系统1或者通过刚性保持件而牢固地紧固到光学系统1，光学系统1和光源2紧固到该刚性保持件上。

光源2有利地是像素化光源，其包括组织成二维阵列的多个发光二极管。因此，根据本发明第一方面的光学系统1特别地旨在与面光源结合使用，在该面光源中，多个发光二极管形成由光学系统1形成的光线8a。如下面将参照图1至图4详细描述的那样，光学系统1被配置成降低光源2的亮度，同时保持形成像素化光源的各发光二极管的空间分布。

更具体地说，光学系统1的光学组件10包括：(i)光学地位于光源2和漫射器11之间的第一部分101，以及(ii)光学地位于漫射器11和光学组件10的出射面1021之间的第二部分102。第一部分101和第二部分102可替代地由相同材料制成并且一体地形成或通过紧固机构(例如黏合剂粘合)彼此接合，或者紧固到共同的载体(图中未示出)。

光学组件10的第一部分101能够将光源2图像变形，以便使所述光源2的亮度降低，光学系统旨在与该光源协作。光学组件10的第一部分1011的放大倍数有利地大于或等于2，优选地等于2.5，以便充分地降低像素化光源的亮度，并使其与照亮机动车辆乘客室内部的使用相兼容。此外，光学组件10的第一部分101被配置成将光源2的实像投射到漫射器元件上或漫射器元件附近内。漫射器“附近内”意思是实像在距漫射器11小于几毫米的距离处形成，并且优选地在光线8a、8b、8c的传播方向上在漫射器11的上游形成。

光学组件10的第二部分102采用用于投射由漫射器11散射的光线的光学器件的形式。换句话说，光学组件10的第二部分102被配置成生成由光学组件10的第一部分101在漫射器11处生成的光源2的第一实像的第二实像。

光学组件10的第一部分101和/或第二部分102单独地或共同地被配置成保持光源2的像素化，光学系统1被配置成当在内部照明装置3中实施时与光源2协作。换句话说，当光源2由多个发光二极管组成时，此时光学组件10被配置成保持由所述光源2的每个发光二极管发射的光线的空间分离。

光学组件10的漫射器11使得可以根据所追求的效果使入射光线8b各向同性地或各向异性地在多个方向上散射。如图1至图3所示，漫射器11有利地位于光学系统1的光学组件10的入射面1011和出射面1021之间的光学上的中间位置。

漫射器11和光学组件10有利地由光学透明材料制成，特别是在由光源2产生的光线的波长下是光学透明的材料，光学系统1易于与该光源2协作。通过非限制性示例，漫射器11和/或光学组件10有利地由玻璃或塑料制成，例如聚碳酸酯(pc)、聚碳酸亚丙酯(ppc)或聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)。

根据本发明第一方面的光学系统10可以被给予多种构造，以便满足关于各种机动车辆乘客室的体积的尺寸限制，并且特别是由于光学系统优选地旨在集成到其中的顶灯的尺寸而引起的尺寸限制。通过非限制性示例，现在将更详细地描述图1至图4的特性。

图1示出了在内部照明装置3中实施的光学系统1的第一实施例的示意性版本，并且在该实施例中，光学系统1位于单个光轴o1上。

光学组件10的第一部分101位于距光源2一距离处，并且拥有大的进入角度，使得由光源2产生的大多数(并且优选地，全部)光线8a通过光学组件10的第一部分101的入射面1011透入光学系统10内。第一部分101由一个或更多个透镜和/或一个或更多个反射表面形成，以便沿单个光轴o1在第一部分101和漫射器11之间的光学上的中间位置形成光源2的实像4。

到达漫射器11的超出光源2的实像4的所有入射光线8b一起形成一个锥体，该锥体的开度角小于由光源2产生的所有光线8a形成的锥体的开度角。

图1中示出的光学系统10的漫射器11是透明的，以便使其成为“通过式”漫射器：到达漫射器11的入射光线8b沿光轴o1轴向地穿过漫射器11，并且在位于光学组件的出射面1021侧的面处，在围绕所述光轴o1的多个方向上被散射。

图1中示出的光学漫射器11有利地是平面的。此外，它具有至少一个粗糙表面，例如有纹理的表面，以便散射入射光线8b。

在该第一实施例中，漫射器11和光学组件10的至少一部分101、102牢固地紧固到保持件(该保持件在图1中未示出)。可替代地，其全部或部分可以由相同材料制成并一体地形成，以便仅形成单个光学部件，从而减小光学系统的尺寸体积并便于其集成到内部照明装置3中。

图2示出了在内部照明装置3中实施的光学系统1的第二实施例的示意性版本，并且其中，光学系统1具有狗腿形构造。

光学组件10的第一部分101位于距光源2一距离处，并且拥有大的进入角度，使得由光源2产生的大多数(并且优选地，全部)光线8a通过光学组件10的第一部分101的入射面1011透入光学系统10内。第一部分101由一个或更多个透镜和/或一个或更多个反射表面形成，以便沿着在第一方向上延伸的第一光轴o2在漫射器11处形成光源2的实像。

图2中示出的光学系统10的漫射器11是反射性的，并且其相对于第一光轴o2取向，以便形成优选地包括在20°和70°之间的非零角。为了使其具有反射性，漫射器11包括至少一个反射表面，例如通过铝涂层获得的反射表面。因此，漫射器11被配置成反射入射光线8b的至少一半入射光线，以便将它们在形成光学组件10的第二部分102的投射光学部件的光瞳的方向上转向。此外，漫射器11包括至少一个粗糙表面，例如有纹理的表面，以便散射入射光线8b。反射表面有利地与粗糙表面不同。在图2中示出的示意性示例中，粗糙表面是当光线8b由光学组件10的第一部分101形成时光线8b到达的表面；而反射表面是关于漫射器11的中平面而言与所述粗糙表面相反定位的表面。图2中示出的光学漫射器11有利地是平面的。

图2中示出的光学系统1的光学组件10的第二部分102在光学系统1中在光线的传播方向上位于漫射器11的下游。第二部分102沿着与第一光轴o1成非零角的第二光轴o2取向，该角根据所期望的应用优选地包括在20°和160°之间，并且更优选地等于90°。

在该第二实施例中，漫射器11和光学组件10的至少一个部分101、102牢固地紧固到保持件(该保持件在图2中未示出)。可替代地，其全部或部分可以由相同材料制成并一体地形成，以便仅形成单个光学部件，从而减小光学系统的尺寸体积并便于其集成到内部照明装置3中。

图3示出了根据本发明第一方面的光学系统1的第三实施例的示意性版本，在该实施例中，光学系统1位于单个光轴o1上。为了使该第三实施例能够被更好地理解，图4示出了光学组件的第一部分101的分解示意图。

光学组件10的第一部分101由第一光学部件101a和第二光学部件101b形成，该第一光学部件101a和第二光学部件101b有利地经由它们的接触面1015a、1015b彼此接合在一起。它们优选地经由它们的接触面1015a、1015b彼此粘附地粘合在一起。

第一光学部件101a具有圆锥形的总体形状，光源2旨在所述圆锥形表面附近的顶点1016或抵靠所述圆锥形表面的顶点1016放置。第一光学部件101a被配置成收集由光源2产生的光线。因此，圆锥形表面由位于顶点1016和接触表面1015a之间围绕光轴o1的线性外壁1017来画出轮廓。第一光学部件101a的外壁1017有利地是透明的，以便让由光源产生的光线通过。外壁1017因此形成根据该实施例的光学系统的光学组件10的入射面1011。

穿过圆锥形表面的外壁1017的光线撞击位于所述外壁1017之间并围绕光轴o1的凹形表面1012。外壁1017和凹形表面1012共同形成透镜，该透镜用于形成由光源产生的光线：第一光学部件101a的外壁1017和凹形表面1012产生正聚散度。

凹形表面1012是透明的，以便光线能够通过凹形表面1012。

通过第一光学部件101a的光线在第二光学部件101b的方向上从第一光学部件101a射出。这些光线(该光线传播通过第一光学部件101a的内部)然后到达第二光学部件101b并通过其接触表面1015b。

第二光学部件101b具有凹面形状：所述第二光学部件101b的外壁1014是非线性的，并且优选地是抛物线形的。第二光学部件的外壁1014被制成反射性的，例如通过在其表面上沉积铝。因此，第二光学部件101b的外壁1014形成第二凹面反射器，该第二凹面反射器被配置成在所述第一光学部件101a的方向上反射来自第一光学部件101a的光线，使得它们朝向光轴o1会聚。

这些光线在靠近光轴o1并形成第一凸面反射器1013的区域中到达第一光学部件101a。应注意，第一凸面反射器1013由与圆锥形表面相同的材料制成并与圆锥形表面一体地形成：第一凸面反射器1013从位于第一光学部件101a的圆锥形表面内的凹形表面1012并关于光轴o1对称地突出。第一凸面反射器1013是通过在其表面上沉积金属(例如铝)而获得的。

到达第一凸面反射器1013的光线在第二光学部件101b的方向上被朝向相对于第二光学部件101b的外壁1014靠近光轴o1的区域向后转向。因此，第一光学部件101a的第一凸面反射器1013有助于形成能够与本光学组件10相关联的光源的实像。

这样形成的实像形成在第二光学部件101b的靠近光轴o1的区域中。为此，第二光学部件包括从第二光学部件101b的外壁1014突出的透明弯曲表面1018。更特别地，透明弯曲表面1018采用关于光轴101b对称地延伸并且从外壁1014突出的圆顶的形式。

这里，透明弯曲表面1018形成根据本发明第一方面的光学系统1的漫射器11。为此，透明弯曲表面1018有利地是粗糙的，以便能够在围绕光轴o1的多个方向上散射入射光线8b。

因此，第一光学部件101a和第二光学部件101b一起使得可以在透明弯曲表面1018附近生成旨在与光学系统1协作的光源的实像。这样形成的实像相对于其实际尺寸被放大，以便降低其亮度。

随后，如图4所示，光学组件10的第一部分101与第二部分102相关联，以便将光源的实像投射到光学系统1的出射面1021之外。

在该第三实施例中示出的光学系统是特别紧凑的并且制造经济，因为它是由两个光学部件101a、101b的组装以及它们与光学组件10的第二部分102的组合产生的。

总之，本发明特别涉及光学系统1和包括联接到这种光学系统1的光源2的内部机动车辆照明装置3。光学系统1包括光学组件10的第一部分101，该第一部分101允许光源2的实像4被投射到光学系统1的漫射器11附近。光学系统1的光学组件10还包括第二部分102，该第二部分102起到投射光学器件的作用，以便将在漫射器11附近形成的光源2的实像投射到所述光学系统1之外。根据本发明的光学系统1允许内部照明装置3的光源2的亮度降低，同时保持其像素化，从而允许基于发光二极管并由高安培电流驱动的光源用在机动车辆乘客室中，而不会对所述乘客室的乘客造成任何危险。

当然，本发明不限于刚刚描述的示例，并且在不脱离本发明的范围的情况下，可以对这些示例进行许多修改。特别地，本发明的各种特征、形式、变型和实施例可以以各种组合彼此相关联，只要它们不相互不兼容或相互排斥。特别地，上述所有变型和实施例可彼此组合。