CN103727474A

CN103727474A - 光模块

Info

Publication number: CN103727474A
Application number: CN201310474407.3A
Authority: CN
Inventors: M·布伦德勒
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2013-10-12
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2033-10-12
Also published as: EP2719940A3; EP2719940A2; DE102012218684A1; US9599301B2; US20140104864A1; DE102012218684B9; EP2719940B1; CN103727474B; DE102012218684B4

Abstract

本发明涉及一种光模块，该光模块包含多个用来发射光线的半导体光源和主光学元件，该主光学单元用来把由半导体光源发射的光线在垂直于光模块的矢状面的剖面内聚集，其中该主光学元件具有毒攻额平面的、垂直于矢状物延伸的、圆盘状的导光部段，其中每个导光部段都具有光耦合面和光退耦面，并且构造得在全内反射的情况下将光线从光耦合面引导至光退耦面，其中导光部段分别这样从属于半导体光源，即半导体光源的光线能够通过各自的光耦合面耦合到导光部段中，其中每个导光部段都这样具有凸出弯曲的主反射面，即定义了分别从属于导光部段的主聚焦线，其中主聚焦线在矢状面中延伸或平行于该矢状面进行延伸。在此，设置有共同的、在光程中置于主光学元件之后的次级光学元件，该次级光学元件这样构成，即通过光退耦面启动的光线能够在平行于矢状面的剖面内聚集。

Description

光模块

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的用于机动车-前大灯的光模块。

背景技术

在目前情况下，光模块理解为实际上发射光线的单元，它发出期望的射出光分布。该光模块能够加装在机动车-前大灯上，例如镶嵌在前大灯壳体中。

根据应用领域，射出光分布应该具有特定的、通常法律上规定的、典型的强度分布。

感兴趣的是一方面产生近光灯光分布，其特征在于逐段地基本上水平延伸的明暗界限。该光分布具有垂直地位于上方的黑暗区域和垂直地位于下方的明亮区域，其中明亮区域与黑暗区域通过明暗界限分隔开来。在此特别地，直接在明暗界限下方的区域中期望尽量密集的照明（近光灯-聚光-光分布），以便达到足够的有效距离。此外，还应该确保车辆前方地带或侧面区域的充分照明（基本光-光分布）。相应的光模块可作为近光灯或雾灯来使用。

此外，应借助机动车-前大灯经常产生远光灯-光分布，它在明暗界限上方的区域中（即在近光灯光分布的黑暗区域中）具有较高的照明强度。该远光灯光分布应该尽量均匀地与近光灯光分布的基本光分布重合。例如应在不同光分布的过渡部位（尤其在明暗界限的区域中）中避免干扰性的条纹图案。

此外，还应根据应用领域提供如日间行车灯、轮廓标志灯或闪光灯这类光功能。在此，光模块的较大部分光输出面大多应具有空间上恒定不变的亮度，以便产生尽量均匀的表现形式。

为了实现不同的射出光分布，一方面已知一种投影系统。它大多是双级的光学系统，其中光源的光线通过主光学单元转到次级光学单元的焦平面中，其以期望的射出光分布来投射光线。由于双级的构造，投影系统沿着光程通常需要很大的构造空间。此外还已知一种反射系统，其中应用了反射器来形成由光源发射的光线并偏转到射出的光分布中。在此，大多需要形状复杂且较大的反射面，以达到期望的光分布。

通常期望应用LED作为机动车-前大灯的光源，因为它具有相对较小的能量消耗和相对较高的能量转化效率。在此存在的问题是，根据现有技术LED大多产生比气体放电灯或卤素灯更小的光通量。因此，必须将多个LED-光源有规律地组合在光模块中，以产生足够高的光通量。

在US 2009/0091944 A1描述了一种按权利要求1前序部分所述的光模块。在此，圆盘状的导光部段在其光耦合面的区域中聚集在一起。这会在配备有各光耦合面的半导体光源的余热方面引起问题，因为它们设置得很近。此外在所述的光模块中，每个导光部段在其光脱耦面上还具有实心的、圆柱透镜状的末端，它沿着各自的光退耦面延伸。由于该末端的大小，导光部段必须在其光退耦面的区域中相互维持一个最小间距。因此，光模块具有相对大面积的光输出部段。额外地引起了巨大的材料花费。

发明内容

本发明的目的在于，消除已知光模块的所述缺点。尤其应该提供具有半导体光源的紧凑光模块，它具有较高的光学效率并且允许借助唯一的模块来产生不同的射出光分布。

此目的通过具有权利要求1的特征的光模块得以实现。该光模块包含多个半导体光源（例如用来发射光线的发光二极管（LED））以及主光学元件，该主光学单元用来把由半导体光源发射的光线在垂直于光模块的矢状面的剖面内聚集。该主光学元件具有多个平面的、可垂直于矢状面延伸的、圆盘状的导光部段。每个导光部段都具有光耦合面和光退耦面，并且构造得在全内反射的情况下将光线从光耦合面引导至光退耦面。如果碰到导光部段的边界面上的光束朝边界面上的垂直线（Zum Lot）在反射点中形成一个角度，该角度超过全反射的临界角，则全内反射发生，从而折射定律（斯涅尔-定律）不能为该折射角提供可靠的解决方案。

在光模块中，导光部段分别这样从属于半导体光源，即半导体光源的光线能够通过各自的光耦合面耦合到导光部段中。每个导光部段都这样具有凸出弯曲的主反射面，使得定义了分别从属于导光部段的主聚焦线。其特征在于，以主聚焦线为出发点的、发散地碰到光耦合面上的光束能够变形为通过光退耦面启动、在垂直于主聚焦线的剖面内平行的光束。该主聚焦线分别在矢状面中延伸或平行于该矢状面。

在按本发明的光模块中，设置有在光程中置于主光学元件之后的次级光学元件，该次级光学元件用来使光线在平行于矢状面的剖面内聚集。该次级光学元件这样构成，即通过多个导光部段的光退耦面启动的光线能够在平行于矢状面的剖面内聚集。

为了阐述本发明，为光模块定义了矢状面。如果例如该光模块加装在机动车-前大灯中，则该矢状面是整个系统的水平面，它通过光模块的主射出方向和水平轴线垂直于主射出方向延伸。此外，下面还参照光模块的子午线平面。其指这样的平面，即它垂直于矢状面并且由矢状面的表面法线和光模块的主射出方向延伸。该子午线平面例如指这样的垂直面，即光模块的主射出方向在垂直面中延伸。水平或垂直的表述在此指光模块的参照系统。当然，该光模块也可作为整体翻转地和扭转地应用或加装。

在目前情况下，光线在平行于平面的剖面内的聚集是指，以发散角在各自的剖面中发散的光束变形为下述光束，其在各自的剖面内以更小的角度发散、尤其是平行（“准直”）甚至会聚（“束集”）。

按本发明的光模块允许不同的光功能（例如近光灯、远光灯）集成在唯一的、紧凑的光模块中。对于每个导光部段来说，能够独立地预先设定各导光部段的光学性能（尤其是焦距）。各半导体光源相对于所属的主聚焦线的位置决定了射出光分布的通过各半导体光源产生的份额的性能。因此，借助不同的导光部段能够实现各种不同的射出光分布。按本发明的光模块因此能够设计成多功能-光模块。

单个的半导体光源尤其能够相互独立地进行电控制或接通和关闭。因此，能够使不同的光功能生效和失效（例如可接通的远光灯或日光行车灯），而为此不需要活动的机械部件。

导光部段构成为圆盘状，每个导光部段都具有平面的伸展部位并且与该尺寸相比沿着该平面的伸展部位具有较小的厚度。这些圆盘状的导光部段基本上垂直于矢状面进行延伸。这些导光部段优选并排地延伸。所述主反射面尤其以光耦合面为出发点优选沿着朝向光退耦面的延伸的方向上凸出地拱起，并且垂直地竖立在导光部段的延伸面上。该主反射面尤其垂直于光模块的子午线平面进行延伸。导光部段的主反射面在具有子午线平面的剖面中或平行于子午线平面的剖面中具有凸起的延伸，尤其具有抛物线状或圆弓状延伸。主反射面优选构成为圆柱形抛物面的部段，它在具有矢状面的剖面中或平行于矢状面的剖面中基本上是无弯曲的。

主光学元件定义了主聚焦线，以主聚焦线为出发点的、在垂直于主聚焦线的剖面中发散的光线能够变形为穿透光退耦面、至少在垂直于主聚焦线的平面中平行的光束。凸出、弯曲的主反射面尤其有助于实现这一点。其尤其这样成形，即光线的光学路径（即沿着光路由照亮的路径长度和各照亮的空间区域的折射系数合起来的乘积）对于整个光路来说以主聚焦线为出发点通过各自的导光部段朝向光退耦面是恒定不变的。

按本发明的光模块整体上具有较高的光学效率。各种不同的特征对此作出了贡献。因为设置有共同的次级光学元件，所以与已知的上述类型的光模块相比能够节省材料，并且光模块的光输出部段设计得较小。这可实现较高的光密度。此外，每个半导体光源都配备有光耦合面。它能够匹配地构成，因此能够接收由半导体光源射出的光线中的较大部分。圆盘状的、具有共同的次级光学元件的导光部段实现了紧凑的结构。

多个导光部段优选在光退耦面的区域中彼此连接成一体。这些导光部段尤其并排地延伸，并且通到主光学元件的共同的退耦部段中为止。在该退耦部段中设置有光退耦面。该退耦部段能够具有用于所有导光部段的共同的光退耦面。这些导光部段优选彼此连接成一体，必要时与退耦部段连接。

但还可考虑的是，导光部段并排地延伸，并且光退耦面设置得相互隔开。导光部段不必相互连接成一体。不同导光部段的光退耦面优选位于共同的、想象的平面中。

相反，在光耦合面的区域中导光部段相互维持着间隔。因此，半导体光源能够以足够的间距进行设置，以确保充分地排出余热。

原则上，每个导光部段都由其它导光面限定。它们尤其垂直地竖立在矢状面上，并且就此而言构成导光部段的侧面，其沿着导光部段平面的伸展部位限定了导光部段。

所述的其它导光面尤其这样延伸，即导光部段在垂直于矢状面和子午线平面的剖面中具有长方形的形状。相反，如果这些侧面朝矢状面倾斜，则光线在全反射时在这种侧面上获得了垂直于矢状面的方向分量。这一点根据应用情况是不被期望的，因为光线由此会例如偏转到近光灯光分布的黑暗区域中。

所述其它导光面能够这样构成，即导光部段的横截面在从光耦合面朝光退耦面的延伸中变大。然后在侧面上进行多重全反射时，光线在每次全反射时以较小的角度碰到侧面上，该角度比在前述全反射时更小。因此，可实现光线的准直。但原则上还可考虑的是，所述其它光导面这样延伸，即导光部段的横截面以光耦合面为出发点朝光退耦面变小。因此，可实现额外的光线扇形放射。

单个导光部段的所述其它导光面也能弯曲地延伸，其中它们尤其朝矢状面垂直。该弯曲的延伸尤其是这样的，即整个导光部段在平行于矢状面的剖面中弯折地延伸。如果多个导光部段应该聚集成共同的光退耦面或共同的退耦部段，则该构造方案是有利的。然后，例如该边缘环形的导光部段能够设计成弯折的。因此，能够在半导体光源之间保持足够的间距。

此外，导光部段还（分别）具有与拱起的主反射面相对而置的对置反射面。该对置反射面构成为基本平坦的或（与主反射面相比）只是略微地弯曲。该对置反射面尤其构成圆盘状导光部段的窄侧。通过在对置反射面上的反射，导入导光部段中的光线在全反射面上反射之后获得了朝向主反射面的方向分量。这允许通过对置反射面的适当定向来改变光模块的主射出方向。

次级光学元件优选这样成型，即定义了次级聚焦线。其特征在于，想象的、以次级聚焦线为出发点、发散的光束能够变形为在垂直于次级聚焦线的剖面内平行的光束。次级聚焦线优选垂直于这些主聚焦线中的一个或所有主聚焦线。次级聚焦线和主聚焦线优选垂直于光模块的主射出方向进行定向。因为次级聚焦线和主聚焦线相互垂直，所以光线聚集在功能上划分为两个在光程中相继的构件上。次级聚焦线优选只在平行于矢状面的剖面中实现光线聚集。相反，主聚焦线尤其这样构成，即基本上只在垂直于矢状面的剖面中或在平行于子午线平面的剖面中或在子午线平面中实现光线聚集。穿透次级光学元件的光束尤其不受影响地留在垂直于矢状面的剖面内。

导光部段的光退耦面优选位于次级聚焦线和次级光学元件之间。次级聚焦线尤其逆着光模块的主射出方向位于光退耦面的后面。在此构造方案中，以光退耦面为出发点、发散的光束不平行，而是只收窄。但还可考虑的是，次级聚焦线至少在光退耦面上延伸。

一个或所有导光部段的主反射面能够分别具有一个或多个用于光线散射的小平面。小平面例如通过主反射面的一区域构成，该区域局部地相对于主反射面的环绕区域倾斜、扭转、挖深或提高。该小平面尤其这样构成，即主反射面在小平面的区域中具有局部非持续的或弯折的（即不是持续可区分的）延伸。因此，光束能够引导到与其余的、通过光退耦面启动的光束不同的方向中。光束例如能够有针对性地引导至明暗界限上方的黑暗区域中。然后借助该“架高-照明”，能够照亮例如路牌。在小平面的伸展部位相应较小时，只有小部分光线引导至黑暗区域中，因此能够避免迎面车流的危险炫目。

每个半导体光源（尤其分别包含一个或多个LED）都具有至少一个优选平坦的光射出面，它由至少一个优选笔直延伸的限定边缘进行限定。该限定边缘能够在所属的导光部段的主聚焦线上延伸。但还可考虑的是，所属的导光部段的主聚焦线通过光射出面延伸。

该限定边缘能够是光学上活跃的半导体面的边缘。但还可能的是，遮光板设置有遮光板边缘，其中遮光板边缘定义了半导体光源的所述限定边缘。

通过光射出面和限定边缘关于主聚焦线的位置，明显地影响了光模块的射出光分布。如果限定边缘在主聚焦线上延伸，则通过所属的导光部段的退耦面启动的光分布具有明暗界限。它基本上通过限定边缘的成像产生。根据光射出面以主聚焦线为出发点在哪些方向上延伸，射出光分布具有位于上方的黑暗区域（例如用于近光灯光分布）或位于下方的黑暗区域（例如用于远光-点状-光分布）。

通过按本发明的光模块，可为不同的导光部段相对于主聚焦线选择半导体光源的不同布局。这一方面通过以下方式实现，即对于不同的导光部段来说主聚焦线朝各自的光耦合面以不同的间距进行延伸（即选择不同的主焦距）。另一方面，各自的半导体光源能够朝所属的光耦合面以不同的间距设置在光模块上。

第一半导体光源或第一组半导体光源例如分别这样设置，即各自所属的导光部段的主聚焦线在各光射出面的限定边缘上延伸。第二半导体光源或第二组半导体光源能够这样设置，即主聚焦线通过光射出面延伸。在这种情况下，第一半导体光源或第一组半导体光源例如构成近光灯-光源，而第二半导体光源或第二组半导体光源构成远光灯-光源。不同的半导体光源优选能够相互独立地电操控，因此能够可选地接通远光灯。

光耦合面优选构成为平坦的并且相对于优选同样平坦的光射出面这样倾斜，即在光耦合面和光射出面之间形成间隙，该间隙的尺寸可通过光射出面的延伸而变化。尤其该间隙通过光射出面以主聚焦线为出发点的延伸持续地扩大。优选构成为圆锥状的间隙。光耦合面的拱起的延伸也可能是有利的。凹下的延伸能够例如耦合更大的光量。凸起的光耦合面可能是有利的，以便在耦合之后减少光束的发散，并且使耦合的光束的性能与导光部段的数字孔径相匹配。

但还可考虑的是，光耦合面和光射出面两个都构成为平坦的，并且相互平行地延伸。那么，该间隙具有恒定的厚度。

导光部段的光退耦面优选垂直于矢状面延伸，尤其还垂直于光模块的主射出方向。光退耦面例如构成为平坦的并且垂直地竖立在主射出方向和矢状面上。还可考虑的是，该光退耦面构成为拱起的，尤其凸出地拱起。在此，它们例如在平行矢状面的剖面中具有凸出的拱起，并且在垂直于矢状面的剖面中优选无弯曲。

次级光学元件优选构成为圆柱透镜，用来在平行于矢状面的剖面内实现光聚集。圆柱透镜在矢状面中的剖面中或在平行于矢状面的剖面中例如具有会聚透镜横截面，并在垂直于矢状面的剖面中优选无弯曲。就此而言，该圆柱透镜配备有圆柱轴线，圆柱透镜的光穿透面围绕着该圆柱轴线拱起。在此将圆柱透镜的光学上有效的表面称为光穿透面，光线通过它进入透镜中或从透镜中输出。

圆柱透镜能够在其光穿透面中的一个或两个上具有散射结构。它们构成为轧辊状，其中散射结构的轧辊轴线平行于圆柱透镜的圆柱轴线进行延伸。这种散射结构虽然阻碍了圆柱透镜的束集作用，但也实现了光输出部段的均匀照射。

通过以下方式能够尤其简单地制造紧凑的光模块，即圆柱透镜与主光学元件的导光部段连接成一体。这一点尤其通过以下方式实现，即导光部段的光退耦面与圆柱透镜的光穿透面重合。就此而言，圆柱透镜和导光部段通过光退耦面和光穿透面彼此连接成一体。这可使光模块的所有光学单元构成为唯一的模制件。

导光部段和圆柱透镜以及主光学元件的共同的退耦部段都能由玻璃或塑料构成。合适的塑料尤其是有机玻璃、聚碳酸酯（PC）、聚酸甲酯（PMMA）、环烯烃聚合物（COP）、环烯烃共聚物（COC）、聚均苯四甲酰亚胺（PMMI）或聚砜（PSU）。所述的塑料尤其能够以浇铸法加工。

本发明的另一实施形式在于，次级光学元件构成为圆柱反射器。它尤其构成为圆柱形凹镜或圆柱形抛物面镜的部段或节段。圆柱反射器例如在矢状面中具有（优选抛物状的）曲度，并且在垂直于矢状面的剖面中尤其无弯曲。因为圆柱反射器光线不仅能聚集或束集，而且能通过反射偏转，所以借助所述结构能够在构造上预先设定光模块的主射出方向。此外，例如能避免在透镜中局部出现的色差，该色差可能会在光模块的射出光分布中引起不期望的色彩边缘

圆柱反射器能够具有散射结构和/或小平面，以便达到均匀的射出光分布。例如可考虑轧辊状的散射结构，它的轧辊轴线平行于圆柱反射器的圆柱轴线进行延伸。

附图说明

本发明的其它细节和有利的构造方案从以下的描述中得出，借助这些描述详细地说明和阐述了本发明的在附图中示出的实施例。

其中：

图1示出了用来阐述几何形状和造型特征的光模块，；

图2示出了按本发明的光模块的透视图；

图3示出了图2的光模块的俯视图；

图4示出了按本发明的光模块另一实施形式的透视图；

图5示出了图4的光模块的俯视图；

图6示出了半导体光源布局的阐述性视图；

图7示出了半导体光源布局的阐述性视图；

图8阐述了在按本发明的光模块中光程的视图；

图9-图14示出了主光学元件的构造方案的视图；

图15示出了用于按本发明的光模块的另一构造方案；

图16和17示出了次级元件的构造方案的视图；

图18示出了光模块的另一备选的构造方案的视图；

图19示出了光模块的另一构造方案的视图。

具体实施方式

在下面的描述中用同一个参考标记表示相同或彼此相当的构件。

下面借助空间中的不同平面来表述不同构件的空间位置。为了阐述平面，图1示出了光模块10的细节，其中所示的造型特征能够应用在所有按本发明的光模块上。

在图1中示出了半导体光源12、作为主光学元件的一部分的圆盘状的导光部段14以及构成为圆柱透镜19的次级光学单元18。

为光模块定义了主射出方向20，在空间上的中点处以该主射出方向射出光能。此外，还定义了矢状面22，它在所示实施例中通过水平线的方向和主射出方向20延伸。此外，还将子午线平面24定义为这样的平面，即它垂直于矢状面22进行延伸并且由垂直线和主射出方向20延伸。

在光模块10运行时，在测试屏幕26上观察射出光分布28的强度分布。该测试屏幕26在垂直于主射出方向20的方向上（也就是说，既垂直于矢状面22，也垂直于子午线平面24）延伸，并且在主射出方向20的方向上设置得与光模块10有很大的间距。射出光分布28的区域的空间位置在测试屏幕26上借助垂直和水平的角座标V、H进行说明。这些角座标V、H在测试屏幕26的平面中与由水平线和垂直线延伸的笛卡尔座标系统中的座标是一致的。

在所示的实施例中，射出光分布28具有明暗界限HDG，它将垂直的、位于下方的明亮区域30与垂直的、位于上方的黑暗区域32相互分隔开来。这种射出光分布28作为近光灯光分布应用在机动车-前大灯中。

在图1中可看到半导体光源12的LED-芯片，此外它还可具有其它的LED-芯片。半导体光源12的所示的LED-芯片设置在冷却体36上，以便能排出LED的余热。

从主光学元件中只示出了圆盘状的导光部段14，它平面地垂直于矢状面22进行延伸。该导光部段14具有垂直于其延伸平面测量的厚度，该厚度基本上小于导光部段14在其延伸平面中的尺寸。该导光部段14具有面向半导体光源12的光耦合面38，光线能够通过该光耦合面耦合到导光部段14中。这样耦合的光线能够在导光部段14中在全内反射的情况下引导至光退耦面40，光线能够通过该光退耦面从导光部段14中输出。全内反射在此尤其出现在主反射面42上。在所示的实施例中，主反射面42由光耦合面38延伸至光退耦面40。

主反射面42这样凸出地关于矢状面22拱起，即导光部段14的光学特征能够通过主聚焦线44来展现。它的特征在于，想象中的、由主聚焦线在垂直于主聚焦线44的剖面中发散的光束在穿透光耦合面38和全反射之后至少在主反射面42上偏转为通过光退耦面40启动的光束，该光束在垂直于矢状面22的剖面中基本上由平行的光程构成。就此而言，导光部段14准直地（Kollimierend）作用在垂直于矢状面22的剖面内。

次级光学元件18构成为圆柱透镜19，它在光学上有效的光穿透面46圆柱形地围绕着圆柱轴线拱起。在平行于矢状面22的剖面中，圆柱透镜19分别具有会聚透镜横截面。在垂直于矢状面22的剖面中，圆柱透镜19优选具有无弯曲的走向。圆柱透镜19的光学特征还通过次级聚焦线50来展现。它的特征在于，想象中的、以次级聚焦线为出发点、在垂直于次级聚焦线50的剖面中发散的光束在穿透圆柱透镜19之后变形为一光束，该光束在平行于矢状面22的剖面中基本上由平行的光线构成。就此而言，次级光学元件18准直地作用在平行于矢状面22的剖面内。

次级光学元件18和主光学元件16这样相互设置，即次级聚焦线50垂直于主聚焦线44进行延伸。对于所有按本发明的光模块来说可能有利的是，主聚焦线44在次级聚焦线50和次级光学无件18之间延伸。该从属于圆柱透镜19的焦距例如这样选择，即次级聚焦线50逆着主射出方向20朝导光部段12的光退耦面40偏置。次级光学元件18因此非准直地作用，而是光束只在平行于矢状面22的剖面内收窄。但还可考虑的是，为圆柱透镜19选择更短的焦距，因此次级聚焦线50靠近圆柱透镜19进行延伸，例如在主聚焦线44和圆柱透镜19之间延伸，或在光退耦面40的范围内或在光退耦面上延伸。

在图1的情况下，光退耦面40垂直于矢状面22并垂直于子午线平面进行延伸。在所示的实施例中，导光部段14构造得朝子午线平面24镜像对称。同样，圆柱透镜19关于子午线平面24是镜像对称的。次级聚焦线50在子午线平面24中延伸中。

为了阐述光程，在图1中画出了主光52，它在穿透次级光学元件18之后沿着主射出方向20落到明暗界限HDG上。该主光52在子午线平面24中延伸。该主光52以主聚焦线44为出发点通过光耦合面38碰到导光部段14，并在凸出拱起的主反射面42上全反射，并且通过光退耦面40从导光部段14中输出。随后，主光52在子午线平面24中平行于矢状面22进行延伸。因为主光52不具有垂直于子午线平面24的方向分量（Richtungskomponente），所以它的延伸不受圆柱透镜19影响（在所示的实施例中）。主光52因此在圆柱透镜19之后延伸到子午线平面24中，并且垂直于矢状面22沿着主射出方向20延伸。

对于所有按本发明的光模块来说，能够应用对于光模块10在图1中阐述的尤其导光部段14和次级光学元件18的造型特征。同样为了阐述本发明的其它实施形式，参照按图1定义的矢状面22、子午线平面24、测试屏幕26和主射出方向20。

在图2和3中示出了按本发明的光模块60。光模块60的主光学元件16以图1所示的方式包含三个导光部段14、14a和14b以及构成为圆柱透镜19的次级光学元件18。

每个导光部段14、14a、14b都这样配备有作为半导光源的基座62、62a、62b（LED-芯片），即由各基座62、62a、62b发射的光线通过各自所属的光耦合面耦合到各自的导光部段14、14a、14b中。

这三个导光部段14、14a、14b并排地延伸并且分别垂直于矢状面22进行延伸（图1）。在此，中间的导光部段14以参照图1阐述的方式构成。两个外侧的导光部段14a和14b在平行于矢状面22的剖面中（图1）弯曲地延伸，这在下面尤其参照图12还将详细阐述。

导光部段14、14a、14b这样延伸，即它们通到主光学元件16的共同的退耦部段64中（图3）为止。该退耦部段64具有共同的光退耦面66，其按图1包含导光部段14、14a和14b的光退耦面40。尤其可考虑的是，退耦部段64与导光部段14、14a和14b一体地成型。

但与上述构造方案不同，也可以考虑的是，每个导光部段14、14a和14b都具有图1所示类型的单独的光退耦面40，导光部段14、14a、14b通过该光退耦面通到退耦部段64（例如在非一体的造型）中为止。那么对于退耦部段64来说，例如也可以选择光学性能（例如，折射系数）不同于导光部段14、14a、14b的材料。在图3中，导光部段14、14a、14b和退耦部段64之间的过渡通过线条标出。但它不必是分离的构件。

如图3所示，每个导光部段14、14a、14b都配备有主聚焦线44、44a、44b。这些主聚焦线44、44a、44b分别在矢状面22中延伸（对比图1）。在其沿着主射出方向20的延伸方向上，导光部段14、14a、14b具有不同的长度。所属的主聚焦线44、44a、44b尤其在光模块60中不是在共同的、想象中的线上延伸。而是主聚焦线44相对于主聚焦线44a、44b在主射出方向20上偏置。原则上，每个导光部段14、14a、14b都能这样构成，即产生期望的焦距，并因此产生各自所属的主聚焦线44、44a、44b的期望延伸。不同的导光部段14、14a、14b尤其能够配备不同的焦距，因此借助不同的导光部段14、14a、14b能够实现不同的光功能（近光灯、远光灯、日间行车灯）。

同样可考虑的是，基座62、62a、62b分别关于其各自所属的导光部段14、14a、14b的主聚焦线44、44a、44b设置在不同的位置上。

在光模块60中，在光程中置于主光学元件16之后的次级光学元件18共同地以参照图1阐述的方式作用于所有导光部段14、14a、14b。次级聚焦线50垂直于所有主聚焦线44、44a、44b进行延伸。

在图2和3的情况下，包含许多导光部段14、14a、14b主光学元件16构造得朝子午线平面24镜像对称（它具有在图1中阐述的位置，但在图2中为了视觉清晰没有标出）。单个半导体光源62、62a、62b优选也可作为整体设置且构造得朝子午线平面24镜像对称。因为圆柱透镜19也朝子午线平面24构造得镜像对称（对照图1），所以子午线平面24是整个光学系统的对称面。

在图4和5中示出了光模块70。它与光模块60的不同之处在于，这三个导光部段14、14a、14b直接通到共同的次级光学元件18中为止。

次级光学元件18构成为圆柱透镜元件72，它具有圆柱透镜表面74。该圆柱透镜表面74圆柱状地围绕着圆柱轴线76拱起，该圆柱轴线垂直于矢状面22（图1）和主射出方向20进行延伸。此外，透镜元件72还具有过渡部段78，主光学元件16的导光部段14、14a、14b通到该过渡部段中为止。

导光部段14、14a、14b通过其光退耦面40、40a、40b（见图1的阐述）与透镜元件72的过渡部段78这样相连，即穿透光退耦面40、40a、40b的光线在透镜元件72中传播，并穿透圆柱透镜表面74时折射。由于圆柱透镜表面74的圆柱形形状，透镜元件72又能配备（虚拟的）具有上述性能的主聚焦线50。

透镜元件72通过光退耦面40、40a、40b与导光部段14、14a、14b连成一体。该连接尤其是这样的，即光线从导光部段14、14a、14b过渡时通过（想象中的）光退耦面40、40a、40b在透镜元件72中无折射地传播。由构成主光学元件60的导光部段14、14a、14b以及构成次级光学元件18的透镜元件72组成的单元尤其能够作为一体化的模制件例如在浇铸方法中由合适的塑料制成。

还可考虑的是，由在图2和3中示出的光模块60通过以下方式产生一体化的结构，即退耦部段64按图2和3通过其光退耦面66一体化地与圆柱透镜19的光穿透面46相连。

在按本发明的光模块中，射出光分布28的特征基本上通过半导体光源12相对于各自所属的主聚焦线44的布局来决定，这在下面借助图6进行阐述。

优选应用发光二极管（LED）作为半导体光源12、62，它们具有平坦的光射出面80，其由笔直延伸的限定边缘82清晰地限定。例如具有正方形光射出面80和相应限定边缘82的LED是很常见的。优选多个这样的LED设置在共同的基座62上并且构成半导体光源12。

在图6中分别描绘了这种半导体光源12，其中如果半导体光源12加装在当前类型的光模块中，则标出了所属的导光部段14的主聚焦线44的三个可能的延伸。在此，为光射出面80的平面定义了向前方向84（例如基本上在主射出方向20的方向上）以及向后方向85（例如逆着主射出方向20）。

在图6a的情况下，半导体光源12是这样设置，即所属的主聚焦线44通过光射出面80延伸。对于在测试屏幕26（参见图1）上观察的射出光分布28来说，在图6a的右边半导体光源12的草图旁边还产生了所示的照明图像。

导光部段14使发散的、源自主聚焦线44的光束在垂直于主聚焦线14的剖面内平行。因为光射出面80在向前方向84和向后方向85上都以主聚焦线44为出发点进行延伸，所以垂直朝上具有方向分量的光束以及垂直朝下具有方向分量的光束都通过光退耦面和次级光学元件18启动。因此，射出光分布28没有明暗界限，而是具有点状-光分布的特性，其在主射出方向周围具有光强中心（例如通过在图1中阐述的主光52发出）。

在图6b的情况下，光射出面80的限定边缘82在主聚焦线44上延伸。光射出面80以主聚焦线44为出发点在向后方向85上延伸。以所述限定边缘82为出发点的光线在主射出方向20中平行。这一点在测试屏幕26上引起明暗界限HDG，如同在图6b中在射出光分布28的草图中在芯片62的视图右边标出的一样。光束在穿透光退耦面40或次级光学元件18之后具有垂直朝下的方向分量，该光束以在向后方向85上延伸的光射出面为出发点。因此，射出光分布28具有垂直地位于下方的明亮区域30和从这里由明暗界限HDG隔开的、垂直地位于上方的黑暗区域32。

在图6c的实施例中，光射出面80以主聚焦线44为出发点在向前方向84上延伸。在此，主聚焦线44通过光射出面80的限定边缘82进行延伸。相应地，以位于主聚焦线44上的限定边缘82为出发点的光线相应地再次引起了清晰的明暗界限HDG，其中在这种情况下明亮区域30垂直地位于黑暗区域32上方（在图6c的右边示出）。

在图6b和6c的情况下，限定边缘82分别作为射出光分布28的明暗界限进行描绘，该限定边缘在各自的主聚焦线44上延伸。其余的光射出面80通过导光部段14和次级光学元件18投射到相应的光源图像中。如果光射出面80相对于主聚焦线44在向前方向84或向后方向85上推移，则所述光源图像的位置在垂直方向上在测试屏幕26上改变。在此，导光部段14优选这样构成，即在推移时各光源图像的沿着垂直方向V测量的大小不会变化。

如同所述的一样，因为射出光分布28的特性取决于半导体光源12关于主聚焦线44的位置，所以借助按本发明的布局能以简单的方式实现多功能-光模块。为此，能够设置多个半导体光源12，其中设置按图6b的方式构成的第一组半导体光源12。第二组能够具有按图6c的方式设置的半导体光源12。这一点在图7中示出。那么，第一组半导体光源引起了具有垂直地位于下方的明亮区域的射出光分布，相反第二组引起了具有垂直地位于上方的明亮区域的射出光分布（参照图6）。因此，所述的第一组能够供应机动车-前大灯的近光灯光分布，它具有水平延伸的明暗界限。第二组能够作为远光灯光源来使用，它照亮了明暗界限上方。

在所述的实施例中，第一组半导体光源优选能够与第二组半导体光源无关地进行电控制（尤其是接通和断开）。因此，能够根据近光灯-光分步的需要来接通和断开远光灯-光分布。

为了在明暗界限上方的远光灯-照明和明暗界限下方的基本光-光分布之间实现尽量均匀的过渡，例如第二组的光射出面80能够这样推移，即光射出面80略微地覆盖主聚焦线44。

对于不同的导光部段14来说，在按本发明的光模块中能够关于各自的主聚焦线44选择所属半导体光源12的不同布局。因此，借助不同的导光部段14能够为射出光分布作出不同的贡献。但还可考虑的是，导光部段14配备有基座62，其具有多个带有光射出面80的LED，其中不同的LED关于一个或同一个导光部段14的主聚焦线44占据不同的位置。

按本发明的光模块的导光部段14的光学性能在下面借助图8进行详细阐述。图8示出了穿过按本发明的光模块（例如光模块60）的剖面，其中该剖面垂直于矢状面22进行延伸。

为了达到所述的光学性能，导光部段14（尤其是主反射面42、光耦合面38、光退耦面40）这样构成，即光学路径（在垂直于主聚焦线44的投影中）对于所有的、以主聚焦线44为出发点、通过光耦合面48启动且在主反射面42上全反射的光线来说一直到穿透光退耦面40（以及通过次级光学元件18的其它延伸中）都是恒定不变的。通过材料部段的光学路径在此以已知的方式是指各自所属的折射系数n_i和在各自的材料部段中经过的路径si的乘积。在图8中示例性地示出了三个不同光线在垂直于主聚焦线44的平面中的光学路径。第一光线以主聚焦线44为出发点经过了路径s1直至光耦合面38，并在导光部段14中经过了路径s2直至主反射面42，并在全反射之后通过导光部段14经过路径s3直至光退耦面40，并从导光部段14中输出之后经过了其它的路径部段s4、s5（通过次级光学元件18）和s6。在此，导光部段14的折射系数对于路径部段s2和s3来说是决定性的，对此路径部段s1和s4通过空气延伸。相应地，示出了另外两个路径（s1’、s2’、s3’、s4’、s5’、s6’和s1”、s2”、s3”、s4”、s5”、s6”），它们的不同之处在于全反射的点在全反射面42上的位置。通过单个路径部段合起来的乘积s_i乘n_i对于所有路径都是恒定不变的。

在图8所示的实施例中，导光部段14以蛋糕块的方式由抛物线状的圆柱体构成，其中光耦合面38以锐角与光退耦面40会聚。在所示的实施例中，主反射面42从光耦合面38一直延伸至光退耦面40。但该构造方案不是强制必需的。尤其可考虑的是，光耦合面38和光退耦面40围成直角。如果导光部段14具有其它的限定面，则光耦合面38和光退耦面40也能平行地延伸，如同下面还参照图15详细阐述的一样。

在图8的实施例中，光耦合面38基本上与半导体光源12（其例如以参考图6阐述的方式构成）的未详细示出的光射出面平行地延伸。因此，在光耦合面38和光射出面80之间形成间隙88，该间隙沿着半导体光源12的光射出面的延伸具有恒定的尺寸。但还可考虑这样的构造方案，即光耦合面38呈角度地朝半导体光源12的光射出面延伸，并因此间隙88具有可通过光射出面的延伸而变化的尺寸。同样，光耦合面38能够拱起地（例如凸起或凹下弯曲地）构成，因此间隙88的尺寸通过半导体光源12的光射出面的延伸而变化。

下面在图9至14中阐述了导光部段14的构造方案。它们能够应用在按本发明的光模块的所有导光部段中，其中在图9至14中分别只示出了单个导光部段14。

如图9所示，不是导光部段14的所有限定面都必须在光学上起效。导光部段14尤其能够在主反射面42和光退耦面40之间或在光耦合面38和光退耦面40之间或在光耦合面38和主反射面42之间的区域中具有在光学上无功能的部段，也就是说，对于导光部段14的光学性能来说基本上没有意义。因此，导光部段14例如在光退耦面40朝主反射面42和朝光耦合面38的过渡部位上具有凸缘状的超出部位90。该超出部位能够当作导光部段14的固定部段来使用。同样，通过该凸缘状的超出部位90还能实现位置准确地定向。相应地，可在光耦合面38和主反射面42之间的过渡部位上设置固定或定位部段92。该固定或定位部段90，92优选在制造导光部段14时在浇铸步骤中与它一体地成型。

导光部段14由其它的导光面94和96限定，它们垂直于矢状面22（图1）。就此而言，这些其它的导光面94和96形成了平面延伸的导光部段14的较大侧面，而光耦合面38、光退耦面40和主反射面42是圆盘状导光部段14的窄侧面。就通过导光部段14的光线输送而言，所述其它的导光面94和96的功能是，使具有方向分量的光线垂直于主射出方向20在全内反射的情况下由光耦合面38引导至光退耦面40。

如图10所示，所述其它的导光面94和96尤其垂直地竖立在矢状面22（图10的视线面），并且能够相互平行地延伸。

在图11中示出了备选的构造方案。在此，所述其它的导光面94和96同样垂直于矢状面22（图11的视线面），但在主射出方向20上分离地延伸，因此导光部段14的在垂直于主射出方向20的剖面中测定的横截面在主射出方向20的方向上前进时持续地扩大。所述其它的导光面94和96尤其构成为平坦的，并彼此围成在主射出方向20上敞开的锐角。因此，导光部段14在平行于矢状面22（图11的视线面）的剖面中具有梯形的形状。就此而言，所述其它的导光面94和96呈圆锥状地分离地延伸。在图11的实施例中，导光部段14构造得朝子午线平面24镜像对称。但还可考虑的是，导光部段14在垂直于子午线平面的方向上偏置，或者导光面94与主射出方向20围成与导光面96不同的另一（锐）角。

图12示出了在平行于矢状面22（图12的视线面）的剖面中弯曲的导光部段14的造型。在此，所述其它的导光面94和96垂直地在矢状面22上延伸，但在平行于矢状面22的剖面内弯曲。在此，导光面94和96尤其非平行地延伸，而是具有略有偏差的延伸，使得导光部段14的横截面再次在主射出方向20上前进时持续地扩大。从图11的视图中得出，图12所示的导光部段14通过以下方式获得，即选择在具有矢状面22的剖面中弯曲延伸的引导面98，来代替作为导光部段14的对称面的子午线平面24，因此所述其它的导光面94和96朝引导面98的镜像对称只适用于导光面94和96在引导面98上的极小的、相互垂直投射的表面部分。就此而言，该引导面构成导光部段的中性纤维。

此外在图12的实施例中，导光部段14在垂直于子午线平面24的方向上偏置。

导光部段14的在图10至12所示的构造方案具有共同点，即导光部段14在垂直于主射出方向20的剖面中（或在垂直地竖立在子午线平面24和矢状面22上的剖面中）基本上具有长方形的形状。因此在所述其它的导光面94和96上进行全反射时，光线不能获得垂直于矢状面22的附加方向分量。

在图12所示的导光部段14的弯折的构造方案中有利的是，多个导光部段14并排设置并且应该通到共同的退耦部段64（图2）或共同的、一体模制的次级光学元件18（图4）中为止。

在图13和14中所示的用于导光部段14的构造方案中，导光部段14的主反射面42具有小平面（Facette）102，用来实现有针对性的光线散射（图13a）。该小平面102这样构成，即由主反射面42在小平面102的区域中反射的光线104有针对性地偏转到一个方向上，该方向与在小平面102的周围环境中反射的光线之间存在着偏差。因此，例如能够实现图13b所示类型的射出光分布28。该射出光分布28具有明暗界限HDG，它限定了垂直地位于下方的明亮区域30（在测试屏幕上的视图以参照图1阐述的方式）。该小平面102使一部分由半导体光源12发射的光线有针对性地引导至明暗界限HDG上方的黑暗区域中，它引起了射出光分布28的借助相对较弱的强度照亮的“架高-区域”106（对照图13b）。它能够照亮路牌，而不会使迎面车流感到炫目。

如同在图14的细节图中可看到的一样，小平面102通过以下方式实现，即主反射面42的隔开区域相对于主反射面42的周围区域以小平面角α倾斜。在图14中用虚线示出了不具有小平面102的主反射面42’的走向。因此，光线104偏转到明暗界限HDG上方的区域中。小平面102优选设置在导光部段14的面向次级光学元件18的边缘部段中。尤其可考虑的是，导光部段14在主反射面42的前方边缘的区域中以小平面102的形式构成。

图15描述了用于导光部段14的另一构造方案，它实现了光模块110的结构作为本发明的其他实施形式。图15示出了垂直于矢状面（参照图1）的剖面图。可看到导光部段14，它在子午线平面中呈圆盘状地平面地延伸。

导光部段14与上述构造方案的不同之处在于，设置与主反射面42相对而置的对置反射面112。它在其延伸中在平行于子午线平面24（图15的视图面）的剖面中尤其构成为平坦的或只轻微地弯曲。就导光部段14的其它侧面的结构而言，请参照图8至14的阐述。

对置反射面112在光程中设置在主反射面42之后。该对置反射面112的功能是，将在导光部段14中引导的光线在主反射面42上全反射之后再次通过全反射偏转到垂直于矢状面的剖面中。因此通过对置反射面112的定向的默认值，能够预先设定通过光退耦面40离开导光部段14的光线的优先方向。在所示的实施例中，与本发明的上述实施形式不同的是，光退耦面40与光耦合面38平行地定向。相应地，光模块110具有几乎90°旋转的主射出方向20。如果例如由于位置原因冷却体36的取向相对于上述实施形式必须改变，则这样的结构例如是有利的。

图16示出了构成为圆柱透镜19的次级光学元件18的另一构造方案，它能够应用在所有按本发明的光模块中。圆柱透镜19在其面向主光学元件16（尤其是导光部段14）的光穿透面46上具有轧辊状的散射结构116，它在图16b的细节图中详细标出。在该轧辊状的散射结构116的区域中，光穿透面46分别圆柱形地围绕着未详细示出的轧辊轴线拱起，它优选平行于圆柱透镜19的圆柱轴线48（参照图1）进行延伸。因此，单个的光线克服总共的聚集作用在平行于矢状面的剖面中散射，这尤其能使光模块的射出光分布具有更好的均匀性。

图17示出了一个构造方案，其中次级光学元件18由在导光部段14上一体模制而成的光输出部段构成，该光输出部段具有呈圆柱形拱起的圆柱透镜面。

在按本发明的光模块中原则上可能的是，共同的次级光学元件18由圆柱反射器120构成。在图18中示出了这一点。该圆柱反射器120构成为圆柱形凹镜的节段，它在矢状面22（图18的视图面）中具有逐段呈抛物线状的延伸。因此，圆柱反射器120配备有垂直于矢状面22延伸的次级聚焦线50，该次级聚焦线在图18中垂直于图面进行延伸。对于以次级聚焦线50为出发点的、发散的光束来说除了在平行于矢状面的剖面内的准直效果以外，圆柱反射器还使离开导光部段14的光线偏转。因此，通过圆柱反射器120的适当定向，可预先设定光模块的主射出方向20。

图19示出了导光部段14的另一构造方案，它同样能够应用在按本发明的所有光模块中。导光部段14的光退耦面40能够具有轧辊状的散射结构124，它在按图19a的布局的图19b的细节图中可看到。在散射结构124的区域中，光退耦面40在平行于矢状面22（图19的视图面）的剖面中具有凸起弯曲的、尤其是呈圆柱形或抛物线状的延伸。就此而言，光退耦面40在散射结构124的区域中分别围绕着未详细示出的轧辊轴线弯曲，该轧辊轴线垂直于矢状面22进行定向。这使光线在平行于矢状面22的剖面中散射，并因此使射出光分布均匀。在图19的实施例中，导光部段14具有垂直于矢状面22延伸的、其它的导光面94和96，它们在主射出方向20上分离地延伸。这有助于导入导光部段14中的光线在平行于矢状面22的剖面中实现准直。

Claims

1.一种用于机动车的照明装置的光模块（60、70、110），该光模块包含：

-许多用来发射光线的半导体光源（12、62、62a、62b）；

-主光学元件（16），该主光学单元用来把由半导体光源（12、62、62a、62b）发射的光线在垂直于光模块（60、70、100）的矢状面（22）的剖面内聚集，其中该主光学元件（16）具有多个平面的、垂直于矢状物（22）延伸的、圆盘状的导光部段（14、14a、14b），其中每个导光部段（14、14a、14b）都具有光耦合面（38）和光退耦面（40），并且构造得在全内反射的情况下将光线从光耦合面（38）引导至光退耦面（40），其中导光部段（14、14a、14b）分别这样从属于半导体光源（12、62、62a、62b），即半导体光源（12、62、62a、62b）的光线能够通过各自的光耦合面（38）耦合到导光部段（14、14a、14b）中，其中每个导光部段（14、14a、14b）都这样具有凸出弯曲的主反射面（42），即定义了分别从属于导光部段（14、14a、14b）的主聚焦线（44），其中主聚焦线（44）在矢状面（22）中延伸或平行于该矢状面进行延伸，其特征在于，设置有共同的、在光程中置于主光学元件（16）之后的次级光学元件（18、19、120），该次级光学元件这样构成，即通过光退耦面（40）启动的光线能够在平行于矢状面（22）的剖面内聚集。

2.根据权利要求1所述的光模块（60），其特征在于，这些导光部段并排地延伸，并且通到主光学元件（16）的共同的退耦部段（64）中为止，在该退耦部段中设置有光退耦面（66、40）。

3.根据权利要求1或2所述的光模块（60、70、110），其特征在于，次级光学元件（18、19、120）这样构成，即定义了次级聚焦线（50），其中次级聚焦线（50）垂直于主聚焦线（44）延伸。

4.根据上述权利要求中任一项所述的光模块（60、70、110），其特征在于，次级光学元件（18、19、120）这样构成，即光退耦面（40、66）位于次级聚焦线（50）和次级光学元件（18、19、120）之间。

5.根据上述权利要求中任一项所述的光模块，其特征在于，主反射面（42）具有用于光线散射的小平面（102）。

6.根据上述权利要求中任一项所述的光模块，其特征在于，每个半导体光源（12、62）都具有尤其平坦的光射出面（80），它由至少一个优选笔直延伸的限定边缘（82）进行限定，其中该限定边缘（82）在所属的导光部段的主聚焦线（44）上延伸，或者所属的导光部段（14、14a、14b）的主聚焦线（44）通过光射出面（80）延伸。

7.根据上述权利要求中任一项所述的光模块，其特征在于，光耦合面（38）构成为平坦的并且相对于光射出面（80）这样倾斜，即形成间隙，该间隙具有可通过光射出面（80）的延伸而变化的尺寸。

8.根据上述权利要求中任一项所述的光模块（60、70），其特征在于，光退耦面（40）优选垂直于矢状面（22），尤其还垂直于光模块（60、70）的主射出方向（20）延伸。

9.根据上述权利要求中任一项所述的光模块（60、70、110），其特征在于，次级光学元件（18）优选构成为圆柱透镜（19），用来在矢状面中的剖面内或在平行于矢状面（22）的剖面内实现光聚集。

10.根据上述权利要求中任一项所述的光模块（70），其特征在于，圆柱透镜（19）与导光部段（14、14a、14b）连接成一体。