车辆的照明装置的制作方法

本申请要求于2016年2月16日提交的美国临时申请序列号62/295,917的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明总体上涉及一种照明装置，更具体地，涉及一种照明装置，所述照明装置可以安装在车辆上，例如安装在车辆的靠近备用摄像机的后侧上。

背景技术：

照明装置(特别是在车辆上使用的照明装置)经常需要用满足一定性能要求的照明模式来照明预定的目标区域，然而，用具有成本效益的装置来满足这些要求可能是具有挑战性的。

例如，车辆外部照明装置可能需要用一种照明模式照亮车辆后面的区域，所述照明模式至少需要在其输送的某个点处使光既准直又非准直或者使光扩散。但是，提供具有独立准直和非准直光学器件或透镜的照明装置通常会增加装置的成本。另一个潜在的性能要求涉及热管理，特别是连接到电路板上的电气组件的热管理。本领域技术人员将理解，一些热管理问题可以通过提供独立的散热器来解决，所述散热器主动地去除来自电气组件和/或电路板的热量，但是这样的散热器也增加了装置的成本和复杂性。

因此，希望提供一种照明装置设计，其成功地解决上面列出以及其他的性能要求，但以成本有效的方式这样做。

技术实现要素：

根据一个实施例，提供一种照明装置，其包括壳体和电路卡组件。所述壳体包括光准直部分和光扩散部分，并且所述电路卡组件包括至少一个光源。所述照明装置布置为使得由所述光源发射的光在离开所述照明装置之前从所述光准直部分的内部表面和所述光扩散部分的内部表面反射。

根据另一实施例，提供一种照明装置，其包括壳体、电路卡组件和透镜。所述壳体包括光准直部分和光扩散部分，并且是由模制塑料制成的单一组件。所述光准直部分包括具有用金属处理的内部表面的至少一个反射腔，并且所述光扩散部分包括具有用金属处理的内部表面的多个单独的反射特征。所述电路卡组件附接到所述壳体，并包括至少一个顶部发射(top-firing)发光二极管(LED)。所述电路卡组件覆盖所述壳体覆盖区的大部分，但不足以覆盖所述壳体的整个覆盖区，使得在光能够从所述壳体内部空间泄露处形成窗口。所述透镜附接到所述壳体。所述照明装置布置为使得：由所述顶部发射LED发射的光以准直的方式从所述反射腔的用金属处理的内部表面反射并朝向所述光扩散部分行进，准直的光以扩散的方式从所述单独的反射特征的用金属处理的内部表面反射并朝向所述窗口行进，并且扩散光穿过所述窗口和所述透镜并朝向预定目标区域行进。

根据另一实施例，提供一种操作照明装置的方法，所述照明装置包括具有光准直部分和光扩散部分的壳体以及具有至少一个光源的电路卡组件。所述方法可以包括以下步骤：为电路卡组件提供电力，使得所述光源朝向所述壳体的光准直部分发射光；布置所述照明装置，使得发射的光以准直的方式从所述光准直部分的内表面反射，使得其朝向所述光扩散部分行进；布置所述照明装置，使得准直的光以扩散的方式从所述光扩散部分的内部表面反射，使得其朝向所述壳体底部处的开口行进；并且允许扩散的光离开所述壳体底部处的开口，使得其朝向预定目标区域行进。

附图说明

下文将结合附图描述本发明的优选示例性实施例，其中相同附图标记表示相同元件，并且其中：

图1示出了具有连接到拖车上的联接牵引装置的车辆的局部视图，其中，车辆的后车盖承载照明装置，所述照明装置照亮联接牵引装置周围的区域；

图2是后车盖的外部面板内的照明装置的透视图；

图3是图2所示的照明装置的分解透视图，所述照明装置包括壳体、电路卡组件和透镜；

图4是图3所示的壳体的仰视图；

图5是图2所示的照明装置沿剖面线5-5的局部切分透视图；

图6也是图2所示的照明装置的局部切分透视图，但是壳体具有为了说明的目的而去除的顶点区域和去除的电连接部分；以及

图7是图2所示的照明装置的示意性切分侧视图，其中提供了一些光线的图示以帮助解释照明装置的操作。

具体实施方式

图1示出了照明装置的一种可能的实施方式，在此情况下，涉及运动型多用途车辆10的后端，其具有连接到拖车13(仅示出了其中的一部分)上的联接牵引装置12。在这个实施例中，照明装置14被车辆后车盖外部面板16承载并部分地隐藏在其内，所述车辆后车盖外部面板16具有用于容纳车辆牌照20的底切架或悬挂区域18。图1还示出了车辆10后面的定向光22的照明路径或区域，所述照明路径或区域从照明装置14朝向联接牵引装置12周围的区域(例如，预定的目标区域)延伸。应该理解的是，照明装置14不限于图1所示的示例性实施方式，因为这只是一个例子，并且照明装置可以代替地在许多其他车辆和非车辆应用中实现。这种应用的非限制性实例包括像侧视镜下面的车辆外部的位置，像天花板中的车辆内部的位置，以及各种非车辆应用，如建筑物和住宅等的外部和内部照明，以举一些可能的例子。

图2示出了具有几个不同开口的车辆后车盖外部面板16。在这个实例中，钥匙孔形状的开口24a设置为用于车辆后视摄像头(例如，通常沿车辆纵向中心线CL定位)，另一个开口24b设置为用于牌照灯，并且另一个开口24c设置在它们之间用于照明装置14(此处示出装置14安装在开口24c的顶部上)。照明装置14为车辆后面的预定目标区域提供照明，并且可以例如与备用摄像机(未示出)一起使用，以便在将拖车13连接到车辆联接牵引装置12上时协助驾驶员。同样，其他实施例也是可能的。

图3至图5示出了照明装置14及其部分的不同透视图。如图3的分解图中所示，照明装置14一般包括壳体30、承载至少一个光源34(示出了两个)的电路卡组件32以及透镜36。照明装置14设计为能够从相对较小的部分中提取大量的光，并通过相对窄的开口发射，从而使装置能够在仍保持在紧凑的封装中的同时提供可观的照明。此外，通过将光准直和光扩散部分集成在一个单一组件中(如将要解释的那样)，壳体30充当成本有效的、复杂的反射器，其具有以所需光束模式精确地定向光的能力。本领域技术人员应理解，由于几何形状和其他封装约束，有时很难做到：将光源放置在这样一个复杂的反射器的焦点处，并且仍然提供使所得到的光到达其预定目标区域的足够的开口。当照明装置使用较大的电路板(例如为了散热并避免需要独立的散热器)时，尤其如此，因为较大的电路板可能挡住这样的开口。照明装置14的当前设计解决了这些和其他目的。

壳体30设计为执行多种不同的功能，例如，保护照明装置14的内部部分免受污染，并且提供多个反射表面，用于将光定向到预定目标区域。根据一个实施例，壳体30是单个模制的部件或组件(例如，模制塑料，如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)或聚碳酸酯)，并且它包括光准直部分40、光扩散部分42、凸缘部分44、电连接部分46以及第一和第二端部分48。正如将更详细地解释的，光准直部分40和光扩散部分42的底面或内部表面是反射的(例如，它们可以是用金属处理的或以其他方式涂覆有反射涂层)，使得壳体可以使用一个单一模制组件同时提供光准直和光扩散。

光准直部分40构成了壳体30的圆顶结构的重要部分，并且顾名思义，它设计为以准直的方式反射光。如图4的底部视图所示，所示的实施例具有光准直部分40，其具有两个并排的反射腔50，每个反射腔布置为反射和准直来自相应光源34(在此情况下是发光二极管(LED))的光。在这个特定的实施例中，反射腔是相同的，并且每个腔50都位于相应LED 34的顶部上，并且每个腔具有抛物线或抛物面形的配置，使得LED位于该几何形状的焦点处或附近。因为它们是相同的，所以下面只描述反射抛物面腔50中的一个，并且理解该描述同样适用于两个腔。反射腔50可以包括光滑的、用金属处理的内部表面，其从凸缘部分44附近的基部区域52延伸到顶点区域54，其中光准直部分40接触或接合光扩散部分42。根据图3和图5所示的定向，反射腔50是光滑和凸起的，因为它向外弓起或弯曲离开与其配合的光源34，从而有助于形成壳体30的圆顶状部分。顶点区域54是光准直部分和光扩散部分40,42以脊或峰的形状汇聚在一起的地方。在所示实例中，顶点区域54包括两个隆起或峰，一个用于光准直部分40的反射抛物面腔50中的每一个，可以使用其他顶点或脊配置代替。

如图4的底部透视图所示，反射腔50的最大尺寸可以沿纵向轴线(Z轴)从基部区域52(第一端)延伸到顶点区域54(第二端)。虽然不是必需的，但希望腔50的纵向轴线(Z轴)与车辆的中心线CL平行或以其他方式对齐。反射腔50可以至少部分地由三维(3D)方程式定义(例如，抛物线方程式，如，z＝ax²+bx+c)(其中a、b和c是预定常数，其中x是相对于z轴的独立轴(x轴将指向图4中的页面)，并且其中抛物线的三维形状由抛物线方程式的围绕z轴的旋转来定义)。当然，反射腔50的整个表面没有必要是光滑的和是抛物线形的，因为有可能的是：只有一部分该表面是抛物线的，或者腔50具有可以帮助准直来自光源34的光的一些其他合适的形状和/或表面特征。在替代实施例中，光准直部分40包括：仅单个反射腔50、三个或更多反射腔、非相同反射腔，或它们的一些组合。

光扩散部分42也构成了壳体30的圆顶结构的重要部分，并且顾名思义，它设计为以扩散或形成图案的方式反射光。光扩散部分42从凸缘部分44延伸到顶点区域54，并且可以是凸起的，因为它向外弓起或弯曲远离光源34。在顶点区域54处，光扩散部分42与光准直部分40一体地接触并接合，使得壳体30是单个件，如已经解释过的。光扩散部分42可以包括任意数量的不同反射特征，以赋予它所需的光图案，包括但不限于多个单独弯曲的小面60。如图中所示，光扩散部分42可以包括被分成不同行和列的弯曲小面60的矩阵型分布(所示实例示出小面60的四行和四列的排列)。每个小面60可以是弯曲矩形元件，其与一个或多个相邻小面邻接、接合、重叠或以其他方式邻接排列，使得这些小面60可以一起构成光扩散部分42的内部表面的大部分。上述实例仅代表一种可能性；小面60可以是弯曲的、平的、有角的等等，它们可以是矩形的、圆形的、三角形的、六边形的、八角形的等等，或者它们可以采取任何其他合适的配置，只要它们可以根据需要使反射光适当地扩散和/或分布。

凸缘部分44围绕壳体30的底部周边的至少一部分延伸。凸缘部分44可以设计成帮助密封和保护内部空间66免受湿气、污染物等的影响，并帮助将照明装置14安装到车辆或一些其他合适的环境。在图中所示的实例中，凸缘部分44完全包围壳体30的底部或基部，并且配置为与透镜36的相应凸缘配对和密封。本领域技术人员应理解，任何数量的不同密封特征(如橡胶或弹性垫圈和其他密封件)可用于密封地封闭内部空间66。同样适用于安装特征，因为可以使用任意数量的不同合适的安装特征来将凸缘部分44附接到照明装置14的其他组件和/或其预定环境。邻近凸缘部分44定位的基部区域52的尺寸和形状可以设置为容纳电路卡组件32，使得在照明装置14的组装之后，电路卡和其承载的光源34安全地位于密封的内部空间66内。

电连接部分46可以从基部区域52和/或凸缘部分44延伸，并且设计为接收线束68或一些其他电连接。应该理解的是，壳体30不必包括通气管状电连接部分，因为可以使用许多其它实施例来代替。在一个实例中，电连接部分46接收：线束，所述线束向照明装置14提供来自车辆低压直流电源总线的电力；以及控制信号，所述控制信号控制指定装置的操作的信号。

第一和第二端部分48通常对应于壳体30的端部或侧部。根据图中所示的实例，第一和第二端部分48基本上是平的或平面的端壁，它们在一侧上的光准直部分40、另一侧上的光扩散部分42与底侧上的凸缘部分44之间延伸。总的来说，光准直部分40、光扩散部分42以及第一和第二端部分48在很大程度上限定了密封的内部空间66的形状和尺寸，所述内部空间既容纳电路卡组件32，又提供来自光源34的光通过其准直和扩散的空间或体积，因为所述光在通过透镜36离开照明装置14之前从各种内部表面反射。

现在转向图5至图7，示出了电路卡组件32(在这些图中已经移除了端部分48以显露电路卡组件)，并且电路卡组件32可以包括安装在任何合适类型的电路卡、电路板或其他电路实施方式74(例如，印刷电路板(PCB)、柔性电路等等)上的一个或多个光源34。在至少一个实施例中，光源34是顶部发射发光二极管(LED)，但是可以使用其他光源来代替。如上所述，许多传统照明装置需要使用独立的散热器，以便从电路中去除热能并使其保持在足够冷的温度下操作。然而，附加的散热器可以不希望地增加装置的成本和组装过程的复杂性。照明装置14试图在不使用独立的散热器的情况下对装置(特别是LED 34)进行热管理，并且通过提供相对较大的电路卡74来这样做，以更好地消散和/或分配由LED放出的热量。虽然在散热方面很好，但是大电路卡或PCB通常不是一种选择，因为它们往往挡住或以其他方式阻挡设计为泄露光的开口。照明装置14通过提供足够量的照明来达到这些竞争目标之间的理想的平衡，但在不使用散热器的情况下仍然能够具有可接受的热管理。如图7所示，电路卡组件32大到足以覆盖内部空间66的覆盖区的大部分(例如，由凸缘部分44限定的覆盖区或基部区域的50％以上)，从而充分地消散由LED 34产生的热量，而它不足以覆盖内部空间的整个覆盖区或基部区域，并且留下开口或窗口80，使得内部空间66内的光可以泄露并照亮预定目标区域。

如本文所使用的，“独立的散热器”是指独立的元件或装置，其耦合到电路卡组件32上，并被动地或主动地将热量从电路卡传递到某种类型的冷却流体(例如，如内部区域60内的空气)。独立的散热器通常具有翅片或叶片，所述翅片或叶片提供通过它们所述独立的散热器将不希望的热量传递到冷却流体的更大的表面积，然而，这种组件通常需要额外的空间，这样的空间在紧凑的设计中并不总是可获得的。

透镜36可以包括任何合适的盖子或透镜组件，并且可以或不可以在光离开照明装置14时对其进行光学折射。如图3所示，透镜可以包括主体90和围绕主体外周延伸的周边凸缘92。主体90可以具有任何合适形状的表面；然而，在至少一个实施方式中，主体是平的且是平滑的，并且不设计为在光离开透镜时基本上折射光。在其它实施方式中，透镜的主体90可以不是平滑的，而是具有一些合适的光学特征(例如，小面、枕形光学器件等)，以进一步使光重定向。例如，这样的光学特征可以重新准直扩散的光或进一步重定向或扩散光。凸缘92的尺寸和形状可以设置为与凸缘部分44配合和密封，如已经解释的，但这是不必要的，因为可能有许多不同的布置。透镜36可以使用任何合适的透明材料(例如，丙烯酸)来制造，包括用于影响光的颜色的材料等。在一些实施例中，透镜36是可选的组件而不是必需的。

以下是照明装置14如何能够完成上述某些目的的非限制性实例。根据这个实例，照明装置14是相对较小且紧凑的(例如，凸缘部分44的尺寸仅为大约2英寸×2英寸)，并且光源34提供了相当量的亮度(例如，输出高达大约80流明(Lm)的LED)，但是电路卡组件32能够在不使用独立的散热器的情况下充分消散来自LED的多余热量。除了由于不存在独立的散热器而降低了装置的成本之外，所述装置的成本进一步降低，因为准直和扩散光所需要的反射特征都一体地形成在由经济的塑料制成的单个模制壳体30中。这种照明装置理想地适合于许多应用，包括如图1所示的车辆外部应用，其中所述装置照亮拖车联接牵引装置12和/或相应的拖车13。

在组装期间，照明装置14可以在该装置电连接到线束68之前或之后安装到其预定环境，如车辆后车盖外部面板16。为了电连接照明装置14，线束68可以通过壳体的电连接部分46，通过壳体下侧上的开口90送入，并插入到电路板74上的相应电连接中(见图3和图4)。因此，包括LED 34的电路卡组件32可以经由线束68接收电力和/或控制信号。电路卡组件32可以使用位于壳体内部的安装特征100紧固到壳体30(见图4)。如图5和图6的剖面图所示，当固定在壳体30内时，电路卡74不延伸到壳体30的整个覆盖区或基部区域之上，而是留下一个间隙或开口80，用于光泄露并照亮感兴趣的区域，正如将要解释的。之后，透镜36可以附接到壳体30和/或电路卡组件32。应该理解的是，组装步骤的精确顺序可以是与应用或实施例相关的，因为本设计不限于任何特定顺序。

根据至少一个实施例，在组装期间，每个光源34可以定位在抛物面腔50的聚焦(或焦点)处或附近。例如(在二维或平面中)，聚焦可以是预定点，其中，与定义聚焦的抛物线方程式相关(例如，在x-z平面中)的一组所有点距其是相等的距离。类似地，当由该方程式定义的抛物线围绕z轴旋转时，三维抛物面的聚焦保持不变。应该理解的是，整个抛物面不能用于准直部分40中；然而，无论使用准直部分40的任何部分，这些点可以是具有共同焦点的方程式的一部分。术语“聚焦”和“焦点”在这里互换使用。

在操作期间，照明装置14既准直又扩散光，以便为预定目标区域提供足够的照明。参见图7中的光线的示意图，如以上所解释的，虽然可以并将经常使用多个光源是很好的设想，但结合单个光源来描述所述装置的操作。当电路卡组件32被供电(例如，经由线束68)时，LED 34被点燃并且向上发射光，使得它撞击准直部分40的内部表面(例如，抛物面腔50的内部表面)，所述内部表面是用金属处理的或以其他方式反射的。由于反射腔50的几何形状和在抛物面腔的焦点处或附近的LED的位置，光从准直部分40的内部表面以基本准直或平行的方式朝向光扩散部分42反射(由于制造公差、LED的位置和尺寸等，完全准直会是不可能的)。当光以其各种独特的反射特征(例如，弯曲小面60的阵列的内部表面)从扩散部分42的内部表面反射时，光向下倾斜，并在其朝向壳体30底部处的窗口或开口80时开始扩散或散射。然后，当光离开照明装置14时，光以折射或非折射的方式穿过窗口80和透镜36。小面60可以使光22扩散，但以一般受控的方式，使得光可以指向特定区域或感兴趣的区域。应该理解的是，此处所使用的术语“准直的”、“准直”和“准直方式”广义上是指任何反射光，所述反射光至少基本上准直，以使该区域中的光线通常彼此平行(不需要完全准直或平行)。类似地，此处所使用的术语“扩散的”、“扩散”和“扩散方式”广义上是指任何反射光，所述反射光至少基本上扩散的或扩散，以使该区域中的光线通常彼此不平行并且彼此分散或分离(不需要完全分配或不平行)。

一旦光离开照明装置14，定向光可以照亮任何合适的区域。应该理解的是，光的扩散是根据小面60的布置和特性(例如，它们的形状、尺寸、数量、排列、曲率、倾斜度、密度等等)以及间隙80的形状和尺寸来配置的。在至少一个实施例中，应该理解的是，照明装置14的z轴可以大致平行于纵向车辆中心线CL。另外，z轴可以部分地偏移到驾驶员侧(例如，使得备用摄像机可以沿着车辆中心线(CL)位于面板16的开口24a(图2)中)。在这个实施方式中，小面56可以配置为使光指向车辆中心线(例如，车辆联接牵引装置12可能在的地方)，其不直接沿着z轴但稍微倾斜。当然，这个车辆实施例仅仅是一个实例，其他用途也存在，如上所述。

其他实施例也存在。例如，壳体可以包括单个抛物面腔50，或者它可以包括两个或更多个抛物面腔50。在一些实施方式中，腔50的纵向轴向可以是平行的。在其他实施例中，这些轴线中的至少两个可以是倾斜的、偏移的或以其他方式不平行的。

在其他实施例中，壳体30可以与这里所描述的不同。例如，可以省略侧壁58。例如，准直部分40和扩散部分42可以延伸到凸缘44。

在至少一个实施例中，扩散部分42可以用不同部分来代替，所述不同部分不扩散光，而是以准直光束重定向光或聚焦光(例如，会聚光)。或者，可以对照明装置进行修改，使得来自光源的光最初从光扩散部分反射，然后从光准直部分反射，使得离开照明装置的光基本上是准直的而不是基本上扩散的。其他实施方式也存在，并且鉴于以上披露，对本领域技术人员将是显而易见的。

因此，已经描述了一种照明装置，所述照明装置包括至少一个电路卡组件，所述电路卡组件具有光源并至少部分地承载在壳体内。壳体可以包括准直部分和扩散部分。在操作中，所述装置适于从光源向准直部分发射光，当光从准直部分向扩散部分反射时准直至少一部分光，然后当光从扩散部分向壳体与电路卡之间的窗口反射时重定向光。之后，光在朝向预定目标区域时可以或不可以穿过透镜。

应该理解，以上是对本发明的一个或多个优选示例性实施例的描述。本发明不限于在此公开的具体实施例，而是仅由下面的权利要求来限定。此外，上述描述中包含的声明涉及具体实施例，并且不认为是对本发明的范围或在权利要求中所使用的术语的定义的限制，除非在上面明确地定义了术语或短语。对于本领域技术人员将显而易见的是各个其他实施例和对所公开的实施例的各种变化和修改。所有这些其他实施例、变化和修改都要在所附权利要求的范围内。

正如在说明书和权利要求中所使用的，当结合一个或多个组件或者其他物品的清单使用时，术语“例如”、“举例来说”、“诸如”和“像”，以及动词“包含”、“具有”、“包括”及它们的其他动词形式各自被认为是开放式的，意味着该清单不被认为排除其他额外的组件或物品。其他术语使用它们的最广泛的合理意义来解释，除非他们被用在要求不同解释的上下文中。