CN103574474A - 光模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光模块，它包含光源单元、主学单元和次级光学单元。为了简化光模块的安装和调校，光源单元、主学单元和次级光学单元分别构成为预装配的结构单元，它们为实现光模块的最终安装而接合在一起。在此，设置第一固定装置，用来位置准确地把主光学单元固定在光源单元上。此外，还设置第二固定装置，它设置用于相对主光学单元位置准确地固定次级光学单元。

Description

光模块

技术领域

本发明涉及一种尤其可应用在机动车-前大灯中的光模块。

背景技术

在本申请中，光模块指前大灯的本身发出光线的单元，该单元发出期望的照射光分布。根据应用领域，该照射光分布应具有特定的、通常在法律上预先规定的、独特的亮度延伸曲线。

一方面应该提供遮光的光分布，例如近光灯或雾灯。遮光的光分布的特征在于逐段基本上水平延伸的明暗界限。在此，与明暗界限背向迎面车流的部段相比，明暗界限的面向迎面车流的部段优选坚直地延伸得更低。明暗界限倾斜升高的部段（所谓的“Z字形”光分布）位于这两个水平延伸的部段之间。

另一方面应该经常产生远光-光分布。远光光分布通常由明暗界限（光斑-光分布）之上相对收窄的照亮的区域以及明暗界限之下用来使照明均匀的基本光分布组成。

一改进方案在于，提供所谓的局部-远光灯。在此，在远光-光分布中有针对性地使射出的光分布的选出区域变暗。因此，可避免对迎面车流危险的晃眼。但还可考虑的是，有针对性地照亮特定的区域，以使驾驶员的注意力转向该区域。相应的构造方案对于遮光的光分布（所谓的局部-近光灯）来说也是有利的。在与适当的探测迎面交通或其它目标的传感器共同作用的情况下，优选自动地使射出的光分布的特定区域实现所需的变暗效果。因此，可实现动态的局部-远光灯或“不晃眼的远光灯”或动态的近光灯。

原则上还期望的是，借助唯一的光模块产生一个或多个引入注意的光分布。为此已知不同的技术方案。

例如专利文献DE102008013603A1、DE102010023360A2和DE102009053581B3描述了光模块，它具有以下基本的构造：半导体光源的矩阵状布局以及具有矩阵状设置的光源元件的主光学系统，它们分别具有光入射面和光出射面。在此，光入射面分别配备了一个半导体光源。这些光出射面同样呈矩阵状设置并且构成主光学出射面。描述的光模块还具有次级光学系统，其设置用于为了达到期望的照射光分布将在主光学出射面上产生的光分布在位于前大灯或光模块之前的前部区域上成像或投影出来。

借助这种光模块可通过以下方式实现局部-远光灯或局部-近光灯，即有针对性地断开半导体光源中的单个光源，其中其余的半导体光源继续射出光线。

为了实现所述光模块的功能性，不同构件相互间的准确定位是至关重要的。一方面，主光学系统的光导元件的光入射面应定位得离配属的半导体光源的光出射面尽可能近。此外，光出射面和光入射面应这样相互定向，使得尽量多的射出光线可通过光入射面耦合到主光学系统中。光出射面和光入射面之间过大的间距或者不准确的定位会导致，一部分由半导体光源产生的光线不能用于照射光分布，从而降低光模块的效率。

此外，借助光模块可射出的光分布还受在主光学出射面上产生的以及通过次级光学系统投影的光分布的影响。在主光学出射面上产生的光分布还可敏感地由光入射面相对于半导体光源的定位决定。

次级光学系统应该精确地相对于主光学出射面进行定位。另一方面，由于（通常构成为会聚透镜的）次级光学系统的散射特性，会在射出的光分布中出现不期望的彩色边棱（彩色边缘）。

因此在构造上述类型的光模块时，对构件的定位精确度提出了很高的要求。这一点可能会导致较高的制造费用，并因此导致较高的成本。

如果光模块安装在机动车-前大灯中，则还要在各自的前大灯壳体中以及相对前大灯的其它可能的光学元件对光模块进行调校。此外，机动车-前大灯的光模块通常还必须相对同一辆机动车的其它前大灯中的光模块进行定向。就此而言，光模块在前大灯中的定向可能是有问题的。

发明内容

在此背景下，本发明的目的是，提供一种光模块，该光模块能在光学功能部件相互间的定向方面以较高的精度制成，并且可灵活地应用在各种前大灯中。此外，在制造光模块时应简化所需的校准。

按本发明的构思在于，为该光模块设置由预装配的结构单元构成的模块化构造。它们只须接合在一起，以实现光模块的最终安装。在预装配的结构单元接合在一起时，能以更有利的方式进行所需的调校和校准。

按权利要求1，建议了一种具有以下结构单元的光模块：

-光源单元，它具有多个成组的、尤其矩阵设置的、用来发出光线的半导体光源；

-主光学单元，它具有光学元件，该光学元件具有光入射面和光出射面，该光入射面用来把可发射的光线耦入到该光学元件中，该光出射面用来使光线经过光出射面从光学元件中脱耦；

-次级光学单元，它具有透镜装置，用来把在光模块运行时在光出射面上产生的光分布在位于光模块前方的前部区域投影或描绘在照射光分布中。此外，该次级光学单元还包含用来支撑该透镜装置的透镜支架。

光源单元、主光学单元和次级光学单元分别构成为预装配的结构单元，它们为实现光模块的最终安装而接合在一起。所述最终安装通过以下方式来实现，即设置第一固定装置，用来位置准确地把主光学单元固定在光源单元上。此外还设置第二固定装置，该第二固定装置设计用于相对主光学单元位置准确地固定次级光学单元。

就此而言，位置准确地进行固定，以致于可在预先设定的位置上相对于参照目标实现固定，该位置可关于所有三个空间方向在一定的范围内预先设定。

按本发明的、由预装配的结构单元构成的构造的优点是，每个结构单元都可针对自己的功能进行测试。这在制造单个结构单元时就已经实现质量控制。

此外，通过模块化的构造能以简单的方式在最终安装过程中实现单个结构单元的关键定向。为此，结构单元可逐步地相互定向、调校、校准和固定。

一方面，主光学单元可这样位置准确地与光源单元接合在一起，即光入射面正好从属于各自的半导体光源。如果主光学单元具有光入射面的矩阵状布局，它们应该分别从属于同样呈矩阵状设置的半导体光源，则这一点是尤其有利的。

然后，可在功能方面检测由光源单元和主光学单元接合在一起的下部单元。在光出射面上产生的光分布决定性地影响了光模块的射出的光分布。可检测，光学元件与各半导体光源的配属关系是否符合提出的要求，例如是否有足够的光线耦合到每个光学元件中。此外，还可在考虑配属的光学元件的效果的情况下，对单个半导体光源的射出功率进行电子校准。

在其它的最终安装步骤中，可加上次级光学单元来构建光模块。在此，第二固定单元可使透镜装置相对于主光学单元的光出射面进行准确定位。通过所述校准，可将阐述的散射效应降至最低。

总的说来，按本发明的光模块可实现成本低廉且简单的最终安装过程。这些结构单元优选这样构成，即它们可沿着安装方向接合在一起（例如推到一起或插在一起），并且相互固定。不同的结构单元优选按顺序分别彼此连接和接合在一起，它们在功能上沿着光程起效果。主光学单元尤其首先沿着安装方向与光源单元接合在一起。然后优选支撑框架沿着安装方向推到该组合组件上并且连接起来。最后优选地，次级光学单元沿着安装方向推到在各自的组合组件（根据实施例带有或不带支撑框架）并且接合起来。

通过模块化的构造，并通过沿着预先设定的安装方向进行的组接和/或以预先规定的顺序进行的组接，使制造过程更少出现错误。可在单个安装步骤或在每个安装步骤之后，对功能和质量进行控制。

此外，按本发明构建的光模块可作为单元加装在前大灯中。在此，可在光源单元和主光学单元之间以及在主光学单元和次级光学单元之间保留灵敏的校准。

在本申请中，照射光分布指这样的光分布，即它通过次级光学单元的透镜装置由在主光学单元的光出射面上产生的光分布生成。该照射光分布然后在机动车-前大灯中用来照亮位于光模块前方或前大灯前方的前部区域。这一点为光模块定义了主要照射方向。

第一固定装置优选一方面包含光源单元的固定部段，另一方面包含主光学单元配属的固定部段。就此而言，第一固定装置不强制是单独的构件，而是通过两个所述的固定部段构成。这些固定部段例如这样构造得彼此协调一致，即它们为固定可彼此嵌接。光源单元的固定部段例如具有隆起的部段（例如固定销钉）。主光学单元的固定部段则具有配属的凹槽，隆起的部段可容纳在该凹槽中（例如以轴套的形式）。

第二固定装置优选包含支撑框架，它设计用于布置在主光学单元和次级光学单元之间。该支撑框架优选具有第一配合部段和第二配合部段，该第一配合部段用来连接主光学单元，该第二配合部段用来相对主光学单元来位置准确地固定次级光学单元。

这样一来，光模块具有四个功能性主要部件：光源单元、主光学单元、支撑框架、次级光学单元。它们可简单地接合在一起，以实现最终安装。

支撑框架的第一配合部段可具有用来固定主光学单元的连接元件。但有利的是，主光学系统不是直接固定在支撑框架上，即第一配合部段没有用来直接固定主光学单元的连接元件。那么，主光学单元尤其通过光源单元与支撑框架相连。

该主光学单元优选容纳在支撑框架和光源单元之间，尤其没有将主光学系统直接固定（例如螺纹连接）在支撑框架上的器件。支撑框架尤其可这样匹配地设置在光源单元上，使得在接合在一起时形成安装空间，主光学单元配合精确地容纳在该安装空间中。

光源单元尤其从后方（即逆着光模块的光射出方向）与支撑框架可拆卸地拧在一起。例如为了维修目的，这样可更换光模块中的光源单元。

第一配合部段尤其构成为支撑框架的凹槽，主光学单元配属的部段或包围该主光学单元的局部壳体可作为整体容纳在该凹槽中。第二配合部段尤其包含固定器件，用来实现位置准确的固定和/或调校次级光学单元的位置。该固定器件优选这样构成，使得可对次级光学单元实现可拆卸和可再固定的连接。

此外，支撑框架可当作光模块和前大灯的前大灯壳体之间的接口来用，光模块应该安装在该前大灯壳体中。为此，支撑框架可具有壳体固定部段，用来把光模块固定在前大灯-壳体中。还可考虑的是，支撑框架具有支撑部段（例如球形部段），光模块通过它可支撑在前大灯壳体中。此外，该支撑框架还可具有一个或多个定向部段，光模块在前大灯壳体中的取向可通过所述定向部段这样改变，使得通过在定向部段上施加力就能使光模块倾翻和/或推移。支撑框架例如为此具有隆起，该隆起具有用来容纳导向杆的通孔，光模块可借助该导向杆进行定向。

第二固定装置优选这样构成，即，次级光学单元设置为可拆卸地且可再次固定。这一点可使次级光学单元为实现调校而松脱，并且可再次固定，因此可实现透镜装置的位置准确地定向。

通常应用LED（发光二极管）作为半导体光源。该光源单元尤其包含多个分别带有光出射面的LED-芯片，其中LED-芯片的光出射面设置为彼此呈矩阵状。该光源单元还可具有多个LED，它们以期望的（例如也可不规则的）布局定位在电路板上。在此，电路板可构成光源单元的正侧。该正侧在组装状态下面向主光学单元。

在光模块的组装状态下，在电路板的背向主光学单元的侧面上可设置用来排放热量的冷却体。该冷却体优选与电路板热相连，例如与导热的粘贴剂粘接在一起。此外，在电路板背向次级光学单元的侧面上可设置通风装置，以使空气流向冷却体。

在另一构造方案中，光源单元包含控制装置，借助它可相互独立地控制用于发光的半导体光源。该控制装置可尤其相互独立地开启或断开单个半导体光源。因此如上所述，可借助唯一的、自闭合的光模块提供可变的局部远光或无遮蔽的远光。还可考虑的是，控制装置可相互独立地改变各个半导体光源的照射强度。

控制装置优选同样设置在光源单元的所述电路板上。因此，光源单元整体上是复杂的结构单元，它可包含光模块的所有电气功能性构件。

在主光学单元方面可通过以下方式得到有利的构造方案，即光学元件由组合在一起的主光学单元提供，它具有多个分别可从属于半导体光源的导光部段，其中每个导光部段都具有光入射面。在光模块的组装状态下，导光部段分别借助其光入射面从属于半导体光源（或配属的光出射面）。优选按照半导体光源的布局，这些导光部段和/或光入射面尤其呈矩阵状设置。光出射面同样优选呈矩阵状设置，并且尤其构成共同的主光学出射面。在光模块运行时，在该主光学出射面上产生借助次级光学单元待投影的光分布。

主光学单元还可具有导向器件，用来支撑和/或定位主光学元件的各个导光部段。该主光学单元整体上是复合的结构单元，它将主光学系统的所有光学的功能性特征统一起来，并可尤其相对于光源单元进行准确的调校。

在另一构造方案中，次级光学单元可具有配合部段用来匹配精确地固定在例如支撑框架的配属的配合部段上，并具有至少部分地包围着透镜装置的装饰元件。该装饰元件这样构成和设置，使得在光模块的组装状态下在朝次级光学单元观察时该装饰元件是可见的。如果光模块加装在前大灯中，则该装饰元件也至少局部是可见的。因此，可实现有吸引力的设计。在此，次级光学单元的透镜支架不必构成为设计件。此外，无需在其它方面改变光模块的构造，就能改变该装饰元件。因此，该光模块可应用在具有不同设计的各种前大灯中，并通过各自匹配的装饰元件达到有吸引力的外观。

次级光学单元的配合部段优选设置在透镜支架上或由该透镜支架提供。该配合部段尤其这样构成，使得它可匹配精确地贴靠在支撑框架的所述第二配合部段上。透镜支架例如构成为两侧敞开的中空体，其中中空体的一个孔口由透镜装置封闭，并在另一孔口的区域中提供次级光学单元的配合部段。

就此而言，次级光学单元的配合部段有助于实现第二固定装置。次级光学单元和支撑框架的配合部段优选构造得彼此协调一致，因此它们为固定次级光学单元相互嵌接。透镜支架例如在其配合部段上具有隆起的部段（例如销钉），它可嵌入设于支撑框架上的、配属的凹槽（例如轴套）中。

因此总的说来，次级光学单元也构成为复合的结构单元，它将次级光学系统的所有功能性构件组合起来，并且包含对所述构件进行调校的器件。

附图说明

本发明的其它细节和有利的构造方案从以下描述中得出，借助该描述详细地描述和阐述了本发明的在附图中示出的实施例。

其中：

图1在透视图中示出了按本发明的光模块的预装配的结构单元；

图2在俯视图中示出了按图1的结构单元；

图3示出了通过预装配的结构单元的最终安装接合在一起的按本发明的光模块。

具体实施方式

在以下说明书中，相同的构件和特征分别用相同的附图标记表示。

借助图1至3描述了按本发明的光模块10的构造。图3在透视图中示出了在最终安装状态下的光模块10。

如图1和2所示，光模块10基本上具有四个功能性主部件，它们分别构成为预装配的复合的结构单元：光源单元12、主光学单元14、支撑框架16以及次级光学单元18。在按图1和2的视图中，沿着安装方向20依次示出了这些结构单元。为了实现光模块10的最终安装，预装配的结构单元12、14、16、18基本上沿着安装方向20相互移动并且接合在一起。

光源单元12包含电路板22，它构成光源单元12的正侧24。在光模块10的组装状态下，该正侧24面向主光学单元14。在电路板22上成组地设置多个构成为LED的半导体光源26。此外，在电路板22上还设置有控制装置的电子和电气构件，借助它们可控制用来发光的单个半导体光源26。

在光模块10的组装状态下，在光源单元背向主光学单元14的背侧上，电路板22与冷却体28传热递地相连（在图2中标出）。因此在光模块10运行时，能够有效地排出由半导体光源26发出的热量以及其余电子和电气构件的损失功率。

此外，光源单元12还包含设置在电路板22的所述背侧区域中的通风装置30（参照图1）。它的作用是，向冷却体28吹空气，以改善冷却效果。

主光学单元14具有主光学元件32。该主光学元件32包含多个光出射面34，它们这样成组地并排延伸地设置，使得产生连续的主光学出射面36。此外，主光学元件32还具有多个未详细示出的光入射面，它们在光模块10的组装状态下从属于半导体光源26并且成组地设置。通过这些光入射面耦合到主光学元件32中的光线在主光学出射面36上产生光分布，该光分布通过次级光学单元18投影为由光模块10射出的光分布。

为了安装光模块10，一方面在光源单元12和主光学单元14（一方面）以及次级光学单元18（另一方面）之间设置支撑框架16。该支撑框架构成为框架状，因此在主光学单元14和次级光学单元18之间留出了穿透支撑框架16的光程。

该支撑框架16具有第一配合部段40，它这样构成，即主光学单元14为了固定在支撑框架16上容纳在第一配合部段40中。为此，主光学单元14沿着安装方向20推入构成为凹槽的配合部段40中（对照图2）。

支撑框架16还具有第二配合部段42，该第二配合部段这样构成，即可使次级光学单元18位置准确地固定在支撑框架16上。

为了使光模块10在组装状态下例如设置在前大灯壳体中并且在前大灯壳体中定向，支撑框架16具有轴承部段45，该轴承部段在所示实施例中构成为球形部段45（参见图2）。该球形部段45支承在前大灯壳体中的相应的球形座中（未示出）。该支撑框架还具有第一铰接隆起46和第二铰接隆起47，作为定向部段。它们的作用是，尤其通过光模块10的倾翻或推移，来调整和改变光模块10在前大灯壳体中的定向。例如通过第一铰接隆起46实现竖直定向，并通过第二铰接隆起47实现水平定向。第一和第二铰接隆起46、47在所示实施例中分别具有用来容纳导向杆的通孔，借助导向杆可实现光模块的定向。该定向可手动或电机驱动地进行。例如，特定光模块在机动车中的定向能够电机驱动地与机动车的其它光模块的定向相匹配。例如可能的是，通过相对彼此改变各光模块的定向，能使远光灯和近光灯的光分布彼此协调。在此，只电机驱动地进行竖直定向，并且在构造光模块时手动地进行水平调校，就足够了。

次级光学单元18包含构成为会聚透镜的透镜装置48。它这样构造，即在光模块10运行时在主光学出射面36上产生的光分布投影在照射光分布中。次级光学单元18还包含透镜支架50，它一方面用来固定透镜装置，另一方面有助于实现次级光学单元18的位置准确的定向。该透镜支架50框架状地构成为双侧敞开的中空体，因此在光模块10的组装状态下留出了从主光学出射面36开始通过支撑框架16和透镜支架50的光程。

透镜支架50背向透镜装置48的部段构成为配合部段52。为此，该透镜支架50在配合部段52的区域中呈轮缘状地扩展，因此支撑框架16的第二配合部段42能够匹配精确地贴靠在透镜支架50的配合部段52上。

次级光学单元18还具有装饰元件54，该装饰元件构成为框架状并且这样设置在透镜支架50上，即它呈框架式地包围着透镜装置48。

为了实现光模块10的最终安装，设置有第一固定装置，用来把主光学单元14位置准确地固定在光源单元12上。该第一固定装置包含隆起的（尤其螺栓状的）固定部段56，它设置在光源单元12上。该固定部段56在光源单元12的正侧24上朝主光学单元14的方向延伸。

该主光学单元14具有相应配属的固定部段58，它这样构成为圆柱形的凹槽，即固定部段56可嵌入圆柱形凹槽58中（对照图1）。通过彼此协调构成的固定部段56和58，可把主光学单元14位置准确且可调校地固定在光源单元12上。

此外，通过第二固定装置来实现光模块10的最终安装，它构造得使次级光学单元18相对于主光学单元14位置准确地进行固定。首先，支撑框架16有助于实现第二固定装置。该支撑框架借助其配合部段40容纳着主光学单元14（尤其连同光源单元12一起）。支撑框架16的第二配合部段42上设置了凹槽60，该凹槽作为用于次级光学单元18的固定器件。该凹槽60为此这样构成，使得透镜支架50上的配合部段52的销钉状隆起62可嵌入凹槽60中。因此，既可实现位置准确的定位，也可固定次级光学单元18。以这种方式可在光模块10中通过透镜装置关于主光学出射面36的准确定向在很大程度上减少前述干扰性的散射效应（例如形成彩色边棱）。

借助图3所示的光模块10，可在主射出方向70中射出照射光分布。即便在光模块10装在前大灯壳体中时，各个构造单元（尤其是12、14、16、18）相互间的调校和相对定向也得以保持。然后，在朝前大灯壳体观察时，基本上通过装饰元件54来决定光入射。

Claims (7)

1.一种光模块（10），该光模块用于机动车-前大灯；具有：

-光源单元（12），该光源单元具有多个成组设置的、用来发射光线的半导体光源（26）；

-主光学单元（14），该主光学单元具有光学元件，该光学元件具有光入射面和光出射面（34），该光入射面用来把可发射的光线耦入到该光学元件中，该光出射面用来使光线经过光出射面（34）从光学元件中脱耦；

-次级光学单元（18），它具有透镜装置（48），用来把在光模块（10）运行时在光出射面（34）上产生的光分布投影到光模块（10）的照射光分布中，并且具有用来支撑该透镜装置（48）的透镜支架（50）；

其中，光源单元（12）、主光学单元（14）和次级光学单元（18）构成为预装配的结构单元，它们为了最终安装光模块（10）而接合在一起，其中，设置第一固定装置（56、58），用来位置准确地使主光学单元（14）和光源单元（12）相互固定，并且其中设置第二固定装置（60、62），该第二固定装置设置用于相对主光学单元（14）位置准确地固定次级光学单元（18）。

2.根据权利要求1所述的光模块（10），其特征在于，所述第一固定装置（56、58）包含光源单元（12）的固定部段（56）和主光学单元（14）的配属的固定部段（58）。

3.根据权利要求1或2所述的光模块（10），其特征在于，所述第二固定装置（60、62）包含支撑框架（16），该支撑框架设计用来设置在主光学单元（14）和次级光学单元（18）之间，该支撑框架具有用来连接主光学单元（14）的第一配合部段（40），并具有用来位置准确地固定次级光学单元（18）的第二配合部段（42）。

4.根据上述权利要求中任一项所述的光模块（10），其特征在于，第二固定装置（60、62）这样构成，使得所述次级光学单元（18）是可拆卸的并且是可再次固定的。

5.根据上述权利要求中任一项所述的光模块（10），其特征在于，所述光源单元（12）包含控制装置，该控制装置这样构造，使得可相互独立地控制用于发光的半导体光源（26）。

6.根据上述权利要求中任一项所述的光模块（10），其特征在于，所述光学元件由组合在一起的主光学元件（32）提供，它具有多个分别可从属于半导体光源（26）的导光部段，其中，每个导光部段都具有光入射面。

7.根据上述权利要求中任一项所述的光模块（10），其特征在于，所述次级光学单元（18）为实现其位置准确的固定具有配合部段（52），并具有至少部分地包围着透镜装置（48）的装饰元件（54），该装饰元件在光模块（10）的组装状态下在朝次级光学单元（18）看时至少部分是可见的。

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