CN101111712B - 光源模块及其支座 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种光源模块，这种光源模块具有至少一个发光元件(3)，尤其是如LED、光导、准直仪元件或透镜元件，本发明还描述了用于这种类型的模块的支座。这种模块特别以LED模块的形式且适用于设计具有特定发光模式的光学系统，尤其是如机动车前灯或照明或投影装置。为了这种目的，能够相对于光学系统的至少一个基准平面将这种模块定位，且能够容易地替换这种模块，而并不要求锡焊、粘合或焊接连接。

Description

光源模块及其支座
技术领域
本发明涉及光源模块，这种光源模块具有至少一个发光元件，尤其是如LED、光导、透镜元件或准直仪孔径。本发明还涉及用于这种类型的模块的支座。这种模块特别以LED模块的形式且适用于设计具有特定发光模式的光学系统，尤其是如机动车前灯或照明或投影装置。
背景技术
已知有各种LED模块，这些LED模块具有一个或多个LED元件和托架，这种托架能够使这些LED元件机械固定就位并允许与这些LED元件进行电接触。例如，在EP 0 434 471中，描述了一种用于LED元件的以壳体形式的LED模块，这种LED模块设计用于表面安装在印刷电路板上。
另外，在DE 101 33 255中描述了一种LED模块，这种LED模块具有多个LED元件，这些LED元件布置在托板上，这种托板设计用于LED模块与照明装置的电连接并用于LED模块固定到托板。
从总体上来讲，这些以及其它LED模块的缺点在于它们不适用于或在受限程度上适用于某些用途，在这些用途中，一方面必须以一个或多个平面中的最大可能的精度获得所发射的光束的特定形状和/或准直(发光模式)，另一方面将模块设计成能够易于替换，而并不要求任何锡焊、焊接、粘合等等。例如，在用在汽车前灯中时会有这些要求。
现在确实已知用于前灯的这种类型的灯支座，在这种灯支座中，可将通常所使用的卤素灯相对容易地插入，并且可在同时将卤素灯相对于前灯的光轴正确地定位(并可电气连接上)，在这种情形中，光轴通常近似地以与汽车的纵轴方向相同的方向指向。不过，这种灯支座的原理并不能够用于在平面中扩散的LED和类似的元件或装置，仅仅是因为在平面中扩散的LED和类似的元件或装置具有与卤素灯(具有在转动时基本上对称的强度分布)不同的发光模式(如朗伯(Lambertian)强度分布)，而且也因为若要以目前的精度获得用于前灯(或其它某些光学系统)的对应于元件的扩散的理想发光模式，需要以更大的精度将在平面中扩散的LED和类似的元件或装置定位。
对于LED和类似的元件来讲，往往非常重要的其它因素特别是所称的明暗界限在垂直于光轴(或者如汽车的纵轴)的平面中的定位。一般而言，不可将这种明暗界限相对于垂直于光轴(即相对于汽车的水平轴或相对于横轴)的特征方向倾斜，而且必须将这种明暗界限保持与光轴有固定的距离。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种在开始段落中说明的类型的光源模块，这种光源模块作为光学系统尤其是如前灯的一部分，利用这种光源模块可获得理想的发光模式，与公知的光源模块尤其是如LED模块相比，这种发光模式具有实质上的更高精度或实质上的更低公差。
本发明还提供一种在开始段落中说明的类型的光源模块，这种光源模块可插入光学系统尤其是如前灯中，并且可相对容易地从光学系统拆卸。
就本发明而言，还旨在一种在开始段落中说明的类型的光源模块，利用这种光源模块可确保与光学系统的可靠的电气和机械连接，而不必为了这种目的而进行锡焊、焊接、粘合或类似的连接。
最后，还旨在一种在开始段落中说明的类型的光源模块，利用这种光源模块可确保由光源发出的热的可靠而足够的散逸，尤其是在这种模块具有多个发光元件时。
这种目的由用于光学系统的光源模块来实现，这种光源模块具有至少一个光出口区域，所述光出口区域由一个或多个发光元件或LED或透镜元件来形成，或由光导或镜元件的光出口区来形成；或者所述光源模块具有准直仪结构的光出口孔径，其中选择所述光出口区域或所述光出口孔径在平面中的形状和/或范围，以对应于将要用该光学系统获得的发光模式，所述光源模块将要插入所述光学系统中，并且其中所述光出口区域或所述光出口孔径具有至少一个边缘，所述边缘设计用于在垂直于所述光学系统的光轴的平面中产生处于所述光学系统的发光模式的明暗界限，所述光源模块具有多个基准点，通过所述基准点将所述光源模块倚在该光学系统上，其中多个第一基准点设计用于通过以该光轴所处的方向将所述光源模块位移和/或通过相对于所述光学系统的该光轴将所述光源模块倾斜来将所述光源模块定位，并且其中多个第二和/或第三基准点设计用于通过相对于垂直于该光轴的轴将所述光源模块倾斜和/或通过以垂直于所述光学系统的该光轴的方向将所述光源模块位移来将所述光源模块定位。
正如在权利要求8中所要求的那样，这种目的由用于光源模块的插入的支座来实现，这种支座具有用于模块的至少一个基准点的至少一个支撑面。
这些方案的特别优点一方面在于产生参考系统，通过这种参考系统，可在模块的光学区域与这种系统之间获得限定的界面，而在同时形成一种校正系统，利用这种校正系统，可将发光元件(或该模块)相对于光学系统(或光学系统的基准平面)定位或准直。
不仅可以用一个或多个适当布置的LED而且可以用透镜元件、纤维光学装置或其它光导或镜元件或其它光源或发光元件的光出口区来形成光出口区域。可以使用的其它元件还有尤其是准直仪结构的光出口孔径，这种光出口孔径将来自一个或多个LED的光收集或聚焦。在此情形中，优选这种出口孔径的边缘用于产生处于模块所插入的光学系统的发光模式的明暗界限(即，例如，在垂直于光学系统的光轴的平面中，或者，若有要求，在光学系统的光轴与汽车的纵轴不同时，在垂直于汽车的纵轴的平面中)。
从属权利要求涉及本发明的有利实施例。
在权利要求2中所要求的实施例尤其适用于机动车前灯，在这种前灯中，设计所发出的光束具有明暗界限，例如，这种明暗界限在垂直于光束的光轴的平面中。
权利要求3和4涉及基准点的各种布置，利用这些布置，可用特定的精度获得相对于光学系统的光轴，以及若有要求，相对于汽车的横轴的模块的理想位置，并因此而获得如路径的理想位置，这种路径之后是明暗界限，汽车的横轴通常垂直于光学系统的光轴。
同时，权利要求5所要求的实施例也使在模块设有发光元件时可以用特别简单的方式进行电气接触。
权利要求6所要求的实施例在发光元件具有相对较高的输出功率时特别有利。
利用权利要求7所要求的实施例，可以用有利的方式将光出口区域相对于光源模块的基准点定位或准直。
权利要求9所要求的支座的优点在于可容易地将光源模块插入或替换，而无需进行锡焊、焊接、粘合或类似的连接技术。
权利要求10和11涉及用于将插入支座的模块机械锁定就位的有利装置。
从下面所描述的实施例就会明白本发明的这些和其它方面，且通过参考下面所描述的实施例对本发明的这些和其它方面进行说明。
附图说明
图1是示出了LED模块的第一实施例的透视图。
图2是示出了LED模块的第二实施例的透视图。
图3是示出了LED模块的第三实施例的主视图。
图4是示于图3中的LED模块的侧视图。
图5是示于图3中的LED模块的仰视图。
图6是用于LED模块的支座的第一实施例的平面图。
图7是示于图6中的支座的透视图。
图8示出了配合在一起之前的图3中的LED模块和图6中的支座。
图9示出了在配合时的图3中的LED模块和图6中的支座。
图10示出了在配合状态的图3中的LED模块和图6中的支座。
图11是用于LED模块的支座的第二实施例的透视图。
图12示出了配合在一起之前的图3中的LED模块和图11中的支座。
图13示出了图3中的LED模块和图6中的支座，且已将LED模块插入。
图14示出了在锁定状态的图3中的LED模块和图11中的支座。
图15是示出了LED模块的第四实施例的透视图。
图16是示于图15中的LED模块的另一种透视图。
图17是示于图15中的LED模块的第一侧视图。
图18是示于图15中的LED模块的第二侧视图。
具体实施方式
下面所描述的实施例特别适于用在汽车前灯或其它光学系统中，在这些光学系统中，一方面(例如，为了避免眩光)必须精确地保持在垂直于光学系统的光轴(或者，若有要求，在光学系统的光轴与汽车的纵轴不同时，垂直于汽车的纵轴)的平面中发射的光束的形状和位置，并因此而必须精确地保持模块相对于光轴的位置。另一方面，模块易于替换并确保模块与光学系统的可靠的电气和机械连接，即便是在有相对剧烈的振动是也是如此，而并不要求锡焊、粘合或焊接连接。
其它发光元件(如准直仪孔径、透镜元件、纤维光学装置、镜元件等等)也可用作光出口区域以替代LED元件，这样，在这种情形中，产生光的至少一个源(如LED)不必布置在模块上。
图1是示出了根据本发明的LED模块的第一实施例的透视图。LED模块包括基本上呈立方形的托架1，本体2插入托架1中，在所示出的情形中，本体2呈圆柱形并且用具有高热导率的材料制成。优选本体2由金属如铜构成且基本上是实心的。本体2有一个端面8，多个LED元件3插入端面8中，这些LED元件所产生的热通过本体2散逸。出于这种目的，将本体2连接到托架1的后侧上适当的散热装置(未示出)。
通过第一触点4进行与LED元件3的电接触，这些第一触点4布置在托架1的边缘，以在将LED模块插入属于光学系统的支座中时使这些第一触点4与对应的配合触点接触。
同时，LED元件3形成本体2的光出口区域，且光出口区域的形状和/或范围选择为适合于用光学系统获得的发光模式(和尤其是亮度在垂直于光轴的平面中的分布)，可将模块插入这种光学系统中。
例如，对于在汽车前灯中的使用来讲，为了避免强光对靠近的车辆的照射，要求光束在垂直于汽车的纵轴的平面中基本上呈矩形，或者至少具有基本上水平延伸的和/或呈曲线形的和/或分步提供的分界线(明暗界限)。
出于这种目的，沿着线布置LED元件3，该线的路径对应于随后为分界线的路径，该分界线是所发射的光束在该平面中的分界线，该线(以及其它光学元件)在产生这种分界线或发光模式中起到重要的作用。
对于要获得的这种类型的发光模式(或其它某些发光模式)来讲，并且对于要获得的用于这种类型的发光模式的正确位置或方向来讲，LED模块占据光学系统中的受限位置或地点即相对于如二次光学元件如透镜或反射镜的位置或地点并永久性地且用最大可能的精度占据这种位置或地点尤为重要。
出于这种目的，优选在光学系统中限定基准平面，该基准平面垂直于光学系统的光轴，且相对于该基准平面将该模块定位。还会设想出这种光学系统的光轴垂直于模块的光出口区域所处的平面延伸。
对于相对于基准平面或光轴的模块的定位来讲，使用三个第一基准点5，这些第一基准点5布置在示于图1中的托架1的顶面上，且模块通过这些第一基准点5倚在对应的属于光学系统的支座的配合表面上。这样就将模块相对于该基准平面准直或定位，即通过将模块以垂直于该基准平面的方向位移(即通过以光轴所处的方向将模块位移)和/或通过相对于该基准平面(或相对于光轴)将模块倾斜。
这样就利用这些第一基准点5在模块的光面与模块所插入的光学系统的光面之间产生参考系统，从而能够确定与模块相关的光学系统的光特性。
两个第二基准点6位于托架1的第一侧面上，模块同样通过这些第二基准点6倚在支座上，且可利用这些第二基准点6通过将模块相对于垂直于光轴的第一轴倾斜和/或尤其通过以垂直于光轴的第一方向即在目前的情形中以与光学系统发射的光束的分界线(明暗界限)的位置和路径相关的第一方向将模块位移来以受限方式将模块定位。因此，这些第二基准点6使相对于汽车的纵轴方向的精确定位成为可能。这些第二基准点6还使精确地保持分界线与光轴之间的距离成为可能。
最后，第三基准点7位于第二侧面上，模块通过该第三基准点7倚在支座上，且利用该第三基准点7通过将模块相对于垂直于光轴的第二轴倾斜和/或通过以相对于光轴的第二方向即在目前的情形中以相对于分界线的侧向位置的第二方向位移模块来确定模块的受限位置，该分界线以光轴的纵向方向。
用适当的材料如硬橡胶、塑料或金属制成这些基准点5、6和7，且这些基准点5、6和7固定到托架1或是托架1的一部分。可通过调节这些基准点5、6和7的厚度来实现相对于这些基准点5、6和7的光出口区域即LED元件3的精确定位，这些基准点5、6和7的厚度的调节通过对这些基准点5、6和7进行机械加工或以其它某种方式处理来进行。
作为选择或作为附加，还可以用可将这些LED元件3相对于这些基准点5、6和7定位或准直的方式将承载这些LED元件3的本体2安装在托架1上，这些LED元件3的定位或准直通过相对于托架1将本体2位移或转动来进行。
图2示出了本发明中的LED模块第二实施例。在此实施例中，与示于图1中的部件相同的部件用相同的参考数字识别。与图1相比，第二实施例具有温度传感器9，温度传感器9插入LED元件3排之后的本体2中。为了允许与温度传感器9的电接触，在托架1的边缘设有两个触点10，而可通过这些第一触点4将这些LED元件3连接到电源。
可通过这两个触点10将温度传感器9连接到外电子单元或结合在模块或光学系统中的电子单元，以在达到温度的特定限定值时，例如，能够使这些LED元件的光输出减少。
在这两个实施例中，第一和第二触点4和10的形式是它们以对于光学系统的发光模式关键的方向(基本上垂直于基准平面和分界线的方向)仅施加极小的力。
这些触点4和10的形式还可以是它们施加或增强弹力，通过这种弹力将LED模块压入光学系统中的正确位置或地点中。
图3至图5是根据本发明的LED模块的第三实施例的不同视图。在这三个图中的每一个中，相同的部件用相同的参考数字识别。
这种模块具有用高热导率材料制成的基本上呈矩形的本体20，共同形成光出口区域的LED元件3排再次布置在本体20的一个端部。本体20的另一个端部固定到托架21的第一纵向侧面，托架21用非导电材料制成，尤其是如塑料。
为了能够使由LED元件3所产生的热散逸，并且为了允许对LED模块进行处理，将两个指持构件24和25安装在托架21的相对的第二纵向侧面上，这两个指持构件24和25与本体20热连接并且用具有良好的热导率的材料制成。
为了允许将功率提供给LED元件3，使触点22位于托架21的两个窄侧面中的每一个上，在将模块插入支座中时，触点22与对应的配合触点电接触。
特别地，从示于图5中的LED模块的仰视图中可清楚地看出，在托架21的(底部)第一纵向侧面上有三个基准点23，这三个基准点23中的每一个以凸出件的形式，且这三个基准点23用于再次倚在属于支座的配合表面上，并允许相对于所涉及的光学系统的基准平面将模块或光出口区域定位。在这两个指持构件24和25之间，可在托架21上施加弹力，以将模块压靠在该配合表面上。
最后，标记26可位于托架21的第一纵向侧面上，标记26采取如托架21中的凹口的形式，在将模块插入支座中时，支座上的对应凸出件接合到该凹口中。这样就可确保将正确的模块以正确的取向插入支座中。
图6和图7是用于示于图3至图5中的LED模块的支座H的第一实施例的示意图。在这些图中的每一个中，相同的部件用相同的参考数字识别。
支座H基本上包括槽形构件，这种槽形构件具有凹部31，凹部31的尺寸与托架21的外部尺寸相匹配，且凹部31具有底面33。
开口34位于底面33中，在将模块的托架21插入凹部31中时，本体20穿过开口34延伸。在将托架21这样插入时，托架21的基准点23倚在包围开口34的底面33的区域上。
支座H还具有配合触点32，在将模块插入时，配合触点32与模块的触点22电接触。
图8和图9示出了怎样将LED模块M插入支座H中，且图10示出了LED模块M和支座H处于配合在一起的状态。从这些图中可清楚地看出，可通过以一个方向引导LED模块M来将LED模块M插入支座H中，这样就在同时通过这些基准点23相对容易地获得模块M相对于光学系统的基准平面的受限位置或地点。
为了确保可将模块M牢固而可靠地锁定在支座H中的适当位置，将配合触点32设计成有弹性，以使这些配合触点32建立与托架21上的触点22的闭锁或按压连接，利用这种连接可通过托架21的基准点23将模块M压在托架21的底面33上。
图11示出了用于示于图3至图5中的LED模块的支座H的第二实施例。支座H也包括基本上呈槽形的构件，这种槽形构件用于具有模块M的配合触点32和凹部31，凹部31具有底面33，底面33具有开口34。
与示于图6和图7中的第一实施例相比，在第二实施例中，将插入的LED模块用夹子41压在基准平面上，即出于这种目的，夹子41承担了由支座H的第一实施例中的弹性配合触点32所执行的功能。
通过夹子41的第一端部安装夹子41，以在支座H上的支架42中转动，且图11、图12和图13示出了打开位置，在这种打开位置中，可将模块M插入支座H中，如图12所示。
图13示出了夹子41闭合之前的处于插入状态的模块M，其中图14中的(A)和(B)是已将夹子41闭合之后的插入支座H中的模块M的透视图。
正如可从图14(A)中清楚地看出的那样，夹子41的第二端部锁定到处于闭合状态的支座H上的闭锁装置43。
优选用线的两个部分形成夹子41，在将夹子闭合之后，这两个部分弹性支撑在两个指持构件24和25之间的托架21上，并因此而将LED模块M压入支座H中，或者，换言之，压在基准平面上。
例如，闭锁装置43可包括两个部分，这两个部分中的每一个具有以凹槽形式的凹口，一旦已将线的这些部分压在闭锁装置43的这两个部分之间并在闭锁装置43的这两个部分之间向下转动，线的部分中的一个弹性插入这些凹槽中的一个，以闭合夹子41。
同样在此实施例中，通过以一个方向将模块引导到支座H中来实现将LED模块M机械锁定就位和LED模块M与支座H的电接触。
支座的第二实施例对模块和支座均暴露给剧烈振动的应用尤为有利。
图15至图18示出了根据本发明的LED模块的第四实施例，图15和图16是模块的透视图，且图17图18是模块的侧视图。
这种LED模块具有基本上呈立方形的托架50，托架50具有第一侧面，光出口区域51位于该第一侧面中。正如尤其可从图17中清楚地看出的那样，光出口区域51基本上呈矩形，在这种情形中，该区域的至少一个边缘可用于在所涉及的光学系统的发光模式中产生明暗界限。光出口区域51由如该第一侧面中的相应地呈矩形的开口产生，光源如LED、准直仪孔径或光导的端部位于这种矩形开口中。优选将与这种开口的形状相同的透镜元件置于这种光源上方。
三个第一基准点54也位于第一侧面上，托架50通过这些第一基准点54倚在对应的属于光学系统的配合表面上。这样，以类似于由第一基准点5在示于图1和图2中的情形中所采用的方式将模块相对于光学系统的基准平面准直或定位，即通过以光学系统的光轴所处的方向将模块位移和/或通过相对于光学系统的光轴将模块倾斜来将模块准直或定位。
正如可从图15、16和17看出的那样，两个第二基准点55位于托架50的第二侧面上，利用这些第二基准点55，以类似于由第二基准点6在示于图1和图2中的情形中所采用的方式通过以垂直于光轴的方向将模块位移和/或通过相对于垂直于光学系统的光轴的轴将模块倾斜来将模块准直或定位。
同样用适当的材料如硬橡胶、塑料或金属制成这些基准点54和55，且这些基准点54和55固定到托架50或是托架50的一部分。可通过调节这些基准点54和55的厚度(回溯性调节，若有要求的话)来实现相对于这些基准点54和55的光出口区域的精确定位，这些基准点54和55的厚度的调节通过对这些基准点54和55进行机械加工或以其它某种方式处理来进行。
最后，托架50还具有连接器52和冷却片53，连接器52用于连接到电缆或光缆，且由光源所产生的热通过这种冷却片53散逸。

Claims (5)

1.一种用于光学系统的光源模块，所述光源模块具有至少一个光出口区域（51），所述光出口区域由一个或多个LED元件（3）或透镜元件来形成，或由光导或镜元件的光出口区来形成，或由准直仪结构的光出口孔径来形成，其中所述光出口区域具有在平面中的形状和/或范围，选择所述光出口区域在所述平面中的形状和/或范围，以对应于将要用该光学系统获得的发光模式，所述光源模块将要插入所述光学系统中，并且其中所述光学系统的光轴垂直于所述光出口区域所在的所述平面延伸并且所述光出口区域具有至少一个边缘，所述边缘设计用于在垂直于所述光学系统的该光轴的平面中产生处于所述光学系统的发光模式的明暗界限，所述光源模块具有多个基准点（5、6、7；54、55），通过所述基准点（5、6、7；54、55）将所述光源模块倚在该光学系统上，
其中多个第一基准点（5；54）设计用于通过以该光轴所处的方向将所述光源模块位移和/或通过相对于所述光学系统的该光轴将所述光源模块倾斜来将所述光源模块定位，并且
其中多个第二或第三基准点（6；7；55），或第二和第三基准点设计用于通过相对于垂直于该光轴的轴使所述光源模块倾斜和/或通过以垂直于所述光学系统的该光轴的方向将所述光源模块位移来将所述光源模块定位，
其中通过所述多个基准点（5、6、7；54、55）对所述光源模块进行的定位是通过调节这些基准点（5、6、7；54、55）的厚度来实现的。
2.如权利要求1所述的光源模块，其特征在于：具有触点，这些触点用于与所述至少一个发光元件（3）电接触，在将所述光源模块（M）插入支座（H）中时，这些触点与对应的配合触点接触。
3.如权利要求1所述的光源模块，其特征在于：将所述发光元件（3）插入本体（2）中，所述本体（2）具有高热导率且安装在属于所述光源模块（M）的托架（1）上。
4.如权利要求1所述的光源模块，其特征在于：具有托架（1）和本体（2），所述光出口区域布置在所述本体（2）上，并且以能够将所述光出口区域相对于所述至少一个基准点（5、6、7）定位或准直的方式安装所述本体（2），以能够在所述托架（1）上转动和/或位移。
5.一种光学系统，其包括：
如权利要求1-4中的任一项所述的光源模块；以及
用于插入所述光源模块的支座，
其中：所述支座具有用于所述光源模块的至少一个基准点的至少一个支撑面。
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