CN104121533A - 用于机动车前照灯的光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车前照灯的光模块，具有多个光源、主光学单元以及次级光学单元，其中主光学单元布置为会聚从光源发出的光且转移到中间光分布中，该中间光分布具有封闭的照亮平面，且其中次级光学单元具有物侧的焦距，其中主光学单元和次级光学单元设置为使中间光分布以等于该焦距的间距在光程中位于次级光学单元之前。该光模块的特征在于，光源的光出射面通过它们之间的间距彼此隔开且主光学单元布置为这样来分配从光源发出的光，使得在中间光分布中看不见所述间距。

Description

用于机动车前照灯的光模块
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的机动车前照灯。
背景技术
在此假设这样的光模块是已知的。机动车前照灯的光模块是一种组件，其单独地或与同一个前照灯中或至少一个其他前照灯中的其他光模块共同作用来当按规定地在机动车中使用时在机动车前方产生符合规定的光分布。
这个作为假设已知的光模块具有多个光源、一个主光学单元以及一个次级光学单元，其中该主光学单元布置为会聚从光源发出的光且将它们转移到中间光分布中，该中间光分布具有封闭的照亮平面。次级光学单元具有物侧的焦距，且主光学单元和次级光学单元设置为使中间光分布以等于该焦距的间距在光程中位于次级光学单元之前。
应产生具有明暗界限的光分布的光模块的中间光分布在至少一个侧上通过清晰的边棱来限定。
次级光学单元为透镜或反射器且具有物侧的清晰平面，其特征在于，在其所在的轮廓中清晰地在光传播方向位于次级光学单元之后的光模块的前部地带成像。
最近在机动车前照灯中越来越多地使用半导体光源，例如发光二极管(LED)来作为光源。由于已经首先开始发展用于具有发光二极管的高级车的(信号)-照射灯，因此将来应产生可选择LED的中级车的近光灯和远光灯。
作为该发展的结果，产生了低成本近光灯和远光灯光模块的市场，该光模块使用LED作为光源。
如今大多使用高效的LED近光灯来作为投射前照灯。在此两级的光学单元首先产生了作为光源使用的发光二极管的光出射面的真实中间图像。为了产生足够大的光通量，将使用由多个发光二极管组成的所谓的阵列。在这个阵列中使用的单个LED的光出射面例如为正方形的且具有约1毫米的边棱长度。单个LED在阵列中这样设置，使它们的光出射面直接且实质上无间隙地邻接，从而产生了外观上连续的阵列的整体光出射面。不利的是，在该光模块中高价的投射透镜和昂贵的LED阵列。
在建造中实质上较为简单的是反射系统，其中反射器在简单的反射(1级光学单元)产生了近光灯光分布。该光分布将作为光源的多个元素图像的叠加而形成。在此将光源通过无穷小的反射区域的成像理解为光源图像。为了将光源图像叠加成均匀的光分布，光源自身同样应具有均匀的光密度。此外光源需要清晰的边界，凭借该边界的成像来产生近光灯光分布的清晰的明暗界限。因此简单、低成本的反射光学单元需要昂贵的LED阵列作为光源。
使用多个单独的，彼此间隔设置的LED(例如：SMD-LED，SMD：表面贴装设计)来代替LED阵列，因此LED芯片之间的间隙且因此特别是光出射面之间的间隙导致光分布中的暗条纹。
尝试通过反射器表面上的色散光学单元来使光分布出现的条纹消失，从而得到均匀的光分布，但最大照明强度至少与芯片宽度和芯片宽度与芯片间距之和成比例地减小。
由于单个芯片的公差、同样结合色彩转变的磷光体，导致LED芯片一侧从未真正位于一条直线上，这在阵列的成像中导致不纯的明暗界限。
由于在反射系统中明暗界限并不像在投射系统中一样通过遮光板的成像来产生，而是由不同方向的光源图像组合而成，因此与在投射系统中相比，在常规反射系统中光强中心明显更低地位于明暗界限之下。这影响了射程，因为通过几乎位于明暗界限下方的明亮区域的亮度下降而导致射程下降。同样不利的是，通过反射系统不能在明暗界限上达到像在投射系统中通常能够达到的这样高的照明强度梯度。
发明内容
在此背景下，本发明的任务是披露一种尽可能紧凑的光模块，其能够凭借低成本的SMD-LED来运行且不需要昂贵、体积庞大的投射透镜。此外光模块的效率关于近光灯光分布的明暗界限边棱上的照明强度且关于垂直于明暗界限的亮度分布的梯度的陡度接近于投射模块的效率。
该任务通过权利要求1的特征来达成。本发明与作为假设公知的光模块的区别在于，光源的光出射面通过它们之间的间隔彼此隔开且主光学单元布置为这样来分配从光源发出的光，使中间光分布中的间隔不可识别。
前述的多个光源优选实现为LED阵列。次级光学单元优选具有多个小平面，从而产生多个光源侧的焦点或一条焦线。同样特别优选地，次级光学单元具有多个物侧的焦点。
在光程中位于中间光分布后方设置有作为次级光学单元的在构造上仍为磨成多个小平面的反射器。该反射器优选这样来布置，从中间光分布中产生完整的近光灯光分布，其具有非对称的上升。
该反射器能够通过具有相应焦点位置的磨成小平面的透镜来替换。在一个可替换的构造中，次级光学单元实现为磨成小平面的透镜。通过在透镜中与反射器相比更有利的焦距与开口(光圈值)比来在该透镜-次级光学单元中产生较小的色差。
以此方式，中间光分布以有利的方式表现为替换光源，其具有无条纹外观图像所需的特征且其可与低成本的反射系统一起用来产生规则一致的光分布。
一个优选构造的特征在于，主光学单元对于每个光源都具有自身光学有效的子区域，其中的每个都具有光出射面且其中该光出射面无间隙地彼此邻接，且其中至少两个相邻的光出射面这样彼此邻接，使两个彼此邻接的光出射面中的第一光出射面的至少一个侧边棱与两个彼此邻接的光出射面中的第二光出射面的一个侧边棱位于一条直线上，从而两个对齐的边棱形成共同的笔直边棱。
主光学单元优选为一体式的光学单元阵列，其中每个LED配备有作为会聚主光学单元的光学有效子区域，且其中所有主光学单元通过它们的光出射面基本直接邻接。至少两个光学单元凭借它们的光出射面形成共同的笔直边棱。
同样优选地，每个子区域为会聚透镜。在这种情况下光学单元阵列优选由平凸透镜构成且优选由有机或无机玻璃或者由硅橡胶(LSR)组成。有机玻璃例如为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，环烯烃共聚物(COC)，环烯烃聚合物(COP)，聚碳酸酯(PC)，聚砜PSU或聚甲基丙烯酰亚胺(PMMI)。该透镜阵列优选具有至少局部地位于一侧上的笔直边棱。为此会聚透镜阵列在边棱上至少局部地通过平坦的侧表面来限定，发出光的一部分在该侧表面上反射。可替换地，该边棱也能够通过遮光板来形成，其在光程中直接位于透镜阵列的光出射面之前。
优选可替换地，每个子区域为反射器。在这种情况下，主光学单元优选形成为反射器阵列，其由自身朝向光输出锥形放大的反射器构成，反射器在平面(LED的主发光方向垂直于该平面)中优选具有正方形或矩形横截面。优选地，反射器具有截棱锥的形状。同样优选地，反射器阵列由金属化耐高温的塑料制成，特别是由热塑性塑料制成。非常适合的耐高温的热塑性塑料例如为聚醚醚酮、聚醚酰亚胺或聚砜。金属化例如由铝、银、铂金、金、镍、铬、铜、锡或包含这些金属的合金组成。接着金属化优选通过透明层密封。
能够在塑料体上多位置涂层来代替金属化。在多位置涂层中交替组合多个低折射率和高折射率的层。在镜面金属或多位置涂层之下能够设置作为发射屏障的其他金属层。该金属层例如作为厚的铜或镍层在反射器阵列的塑料体上沉淀且因此形成对于由LED的发光而引起的热负荷的保护。
在反射器阵列和LED之间能够设置隔热板，其遮住由LED发出到达反射器体背侧上的光线且因此阻止了反射器材料的热过载。反射器阵列优选具有作为相邻反射器-子区域的一行光出射面的边棱的至少一个笔直边棱。
作为其他可替换同样优选地，每个子区域为光导体。
在这种情况下，主光学单元优选形成为光导体阵列，其由自身朝向光输出锥形放大的光导体组成，光导体在平面(LED的主发光方向垂直于该平面)中优选具有正方形或矩形横截面。单个光导体-子区域的光进入面分别优选设置为平坦的且平行于所属LED的芯片平面。由此与在凸穹形中相比，更多的由LED发出的光通量耦合到光导体-子区域中。此外通过折射已经产生了一定的束集。通过在光导体侧壁上的反射进行其他的束集，这通过自身朝向光输出放大的形状来引起。在侧壁上进行的反射与光导体的不同在于透镜，其同样是透明的固体。在透镜中仅通过折射、而不通过侧壁上的反射来进行光的方向变化。
同样优选地，单个光导体的光出射面为外凸穹形。由此在光输出中获得束集效应。该光导体阵列优选由以上称为透镜材料的材料制成。光导体阵列具有至少一个笔直边棱，其由相邻光导体-子区域的单个光出射面的对齐的彼此相邻的边棱组合成。
另一个优选构造的特征在于，光模块具有遮光板，其在光线的光程中直接位于光出射面之后这样设置，使其遮住中间光分布的一部分。
该遮光板简化了中间光分布的清晰的明暗界限的生成，这有利于最终在光模块的前部地带待产生的规则一致的光分布的清晰度。遮光板在优选构造中通过模制作为主光学单元上的插入件或两部分组成的注塑件，这带来了遮光板和主光学单元之间的较小公差的优点。
同样优选地，次级光学单元具有至少一个凹面镜反射器。凹面镜反射器具有特别是与透明固体(例如透镜)相比或与具有全内反射工作的次级光学单元相比具有较低成本和较轻中量的优点。
为了获得明暗界限良好的清晰度以及因此获得高照明强度梯度，所有的反射器优选在光程中这样设置，使光程在各个反射器上始终以尽可能小的锐角(<90°)折叠。替换光源的元素图像几乎不通过该光程的锐角折叠角改变其定向，从而能够产生具有良好均匀性(在光分布中没有纵向条纹)、高的光强中心(接近近光灯-明暗界限下方)以及清晰明暗界限的近光灯光分布。
进一步优选地，次级光学单元的光学表面划分成较大的子区域和较小的子区域，其中这样来限定较大的子区域，即其具有第一物侧的焦点，且两个子区域在无穷处具有共同的像侧的焦点。
由此该次级光学单元在无穷处产生了替换光源的成像且因此在光模块的前部地带产生了一个光分布，其形状取决于中间光分布的形状且因此取决于替换光源的形状且特别是具有清晰的明暗界限(如果在中间光分布中也存在的话)。
同样优选地，凹面镜反射器具有反射平面，其较大部分具有抛物线形状，其中抛物线形状的焦点位于主光学单元的光出射面上。
在此反射器的物侧的焦点优选位于替换光源的边棱上。为了产生近光灯光分布其是替换光源的下边棱。如所述的，该边棱能够额外地通过遮光板来遮住，从而阻止散射光到达光分布的昏暗地带内。
如果次级光学单元具有多个反射器小平面，则其焦点优选同样位于替换光源的边棱上。但它们优选根据小平面的位置定位于光源边棱的不同末端。
进一步优选地，次级光学单元由两个镜面组成，它们在光程中这样前后设置，使得它们将次级光学单元的光程两次以锐角折叠且次级光学单元具有物侧的焦点，其位于主光学单元的光出射面上切其像点位于无穷处。
通过以锐角的折叠，获得所述非常清晰明暗界限的优点，因为该锐角使替换光源的图像的定向基本上保持不变地平行于明暗界限。
两次折叠开放了该可能性，即缩短光模块的空间且提供了对于光模块的元件的结构其他自由度。由此能够特别地实现尤其紧凑的光模块。此外，当光源在行驶方向向前发光且光源通过冷却体向后散热时，其提供了结构上的优点：这样的光源能够以简单的方式从前照灯的背侧来更换。冷却体同样能够在光模块的背侧上较简单地通风，这改善了冷却效率。通过紧凑的结构产生了额外的优点，光模块的重心邻近于光出射面，这简化了光模块对于照明距离调节和/或动态随动转向灯的机械转动。
因此光程的折叠同样是有利的，因为折光力在提出的光学系统中分布在主光学单元和次级光学单元上，从而能够得到具有较小折光力、即具有较长焦距(焦距为在单级系统中的2-3倍)的次级光学单元。这因此是有利的，因为通过关于开口而言非常长的焦距能够得到对于公差非常不敏感的光学单元。此外，所有芯片图像具有大致相同的大小和定向。
同样优选地，在光传播方向在光程中的第一镜面具有双曲面且第二镜面具有作为反射面的抛物面，其中双曲面的物侧的焦点形成次级光学单元物侧的焦点且双曲面像侧的焦点与抛物面的焦点重合且标出中间光分布的虚拟中间图像的位置。
同样优选地，次级光学单元在无穷处具有多个物侧的焦点以及一个或多个共同的像侧的焦点或焦线。
进一步优选地，两级次级光学单元的第一镜面具有双曲面或作为双曲面特例的平面镜，且第二镜面具有磨成小平面的抛物面，其中双曲面的物侧的焦点形成次级光学单元物侧的焦点且其中双曲面像侧的焦点标出了中间光分布的虚拟中间图像的位置且其中后方设置的抛物面小平面这样来布置，使得在中间光分布的虚拟图像的边棱上聚焦。
同样优选地，两级次级光学单元的第一镜面具有磨成小平面的双曲面或作为其特例的磨成小平面的平面镜且第二镜面具有抛物面，其中双曲面的物侧的焦点形成次级光学单元的物侧的焦点且其中双曲面的像侧的焦点标出了中间光分布的虚拟中间图像的位置且其中在光程中后方设置的抛物面小平面在中间光分布的虚拟图像的边棱上聚焦。
另一个优选构造的特征在于，两个镜面具有多个物侧的焦点，它们位于中间光分布的边棱上且它们的像点或它们的像线在无穷处位于光分布的明暗界限上，其中两个镜面平面这样来形成，使位于物侧焦点和其像点或像线之间的所有光学路径一样长。
在该构造中两级光学单元的两个镜面不是基于锥形截面且不提供替换光源的无失真的中间图像。但光学系统具有多个物侧的焦点，它们位于主光学单元光出射面的边棱上且它们的像点或像线在无穷处位于光分布的明暗界限上。
由偏转光学单元64和次级光学单元12组成的光学系统不是必须提供清晰的虚拟中间图像66，因为中间图像的像差(不清晰，失真，开口误差)能够通过下游的次级光学单元12重新补偿。
从说明书和附图中得出其他优点。
应理解，上述以及下述还要描述的特征不仅可用于各个给出的组合，还可以用于其他组合或单独使用，而不会脱离本发明的范围。
附图说明
在附图中示出并且在以下说明书中进一步描述本发明的实施例。其中，分别以示意图的形式使出：
图1根据本发明的光模块的实施例，具有位于次级光学单元下方的替换光源；
图2根据本发明的光模块的实施例，具有位于次级光学单元上方的替换光源；
图3a-3d由电路板、LED和包括作为反射器实现的子区域的主光学单元组成的组件的不同视图；
图4a-4g由电路板、LED和包括作为会聚透镜实现的子区域的主光学单元组成的组件的不同视图；
图5a-5d由电路板、LED和包括作为光导体实现的子区域的主光学单元组成的组件的不同视图；
图6a-6b根据本发明的光模块的实施例的透视图，其具有在额外偏转镜上折叠的光程；
图7a-7b具有不同偏转镜构造的图6中的对象，分别以侧视图；
图8a-8b根据图1和图2的可替换例的替换光源的结构的根据本发明的光模块的两个构造的前视图；
图9a-9b由根据本发明的光模块的实施例在光模块的前部地带产生的近光灯光分布以及光源图像的示意图，由它们组合成近光灯光分布。
具体实施方式
相同的附图标记在附图中表示相同或至少其功能相同的元件。
图1详细示出了作为根据本发明光模块14实施例的由光源组件10和次级光学单元12组成的空间结构。在此出于清晰原因且因为其对于本发明的理解以及对于本发明的可实施性也不重要，因此并未示出在空间中限定和固定该结构的保持结构。图1的图示就这方面来说着眼于光模块的光学元件。这同样适用于其他附图。
光源组件10和次级光学元件12在此这样设置，使它们在位于光模块前部地带的屏幕17上产生规则一致的光分布16。该光分布16在图示的情况中具有局部水平延伸的明暗界限18。
在位于平坦地面上的机动车的机动车前照灯中按规定地使用光模块14时，水平明暗界限的车道附近的部分18.1大致在机动车前方水平线的高度上或略低的位置(通常0.57°)延伸。明暗界限在其上向上弯折的点大致位于车道纵轴的延伸中。通过该点延伸的垂直线V在屏幕的一个点上切割水平线H，该点也表示为HV＝(0，0)。对于该光分布的细节参考对于图9a-9b的描述。
光模块14的光学系统配备有失状面20和子午面22。失状面20在水平线H的高度中平行于车道。子午面22由垂直线V的方向和光模块14的光学轴限定，该光学轴穿过HV＝(0，0)的点。
光源组件10具有冷却体24和包括设置在其上的SMD-LED28和所属的主光学单元的电路板26。SMD-LED与所属的主光学单元30放大图示为细节Z。
SMD-LED28按建筑类型设置为使其光出射面非无间隙地邻接。由该SMD-LED28发出的光通过主光学单元30这样束集，使得在主光学单元30的无缝的彼此一字排开的光出射面上出现连续密封的中间光分布。该用作替换光源的中间光分布接着由次级光学单元12作为近光灯光分布16再现于远离光模块14的屏幕17上。主光学单元30的下边棱32作为近光灯光分布的明暗界限而成像。
次级光学单元12的反射器平面由多个反射器小平面12.1、12.2、12.3组成，它们例如至少在它们的反射平面的区域中实现为旋转抛物面。该区域分别接纳小平面的反射平面的较大部分。用于不同小平面的不同抛物面具有不同的焦点34，36，它们均位于主光学单元30的光出射面的下边棱32上。焦点34，36优选位于主光学单元30的角上。子午面22将光学系统划分成两个半空间。如果光源从下发射到第二镜面，则镜面小平面以及其焦点位于相同的半空间。旋转抛物面的轴(反射器小平面基于该轴)在方向上具有近光灯-明暗界限18。在该实施例中，光源边棱成像为规则一致光分布的明暗界限。
作为图1中示出的光模块14的典型光束以下将观察到由光模块的光程组成的主光束38，其在子午面22中延伸。
单个LED的主发光方向优选彼此平行且就此而言是一致的。观察到的光束38在光源28的主发光方向延伸穿过主光学单元30的光出射面的下边界且在次级光学单元12的反射器平面的方向传播。主光束38在反射器平面上以锐角(<90°)反射且在光分布16的明暗界限18的一个点上在区域H＝0°中偏转，其垂直组份通常为V＝-0.57°。
图2中对象与图1中对象的不同之处在于，光源10从上射入次级次级反射器12。子午面22将光学系统的空间划分成两个半空间。如果光源从上射向反射器，则抛物小平面的焦点像反射器小平面一样始终位于子午面22的另一侧上，这与图1相比通过在细节Y中从右向左互换的焦点34，36来说明。通过光源的其他结构来使各个反射器小平面的焦点34，36的侧面互换。同时图2整体上示出具有非对称明暗界限18的LED-近光灯模块。
主光学单元30在本发明中的任务在于，在一个平面上产生清晰限定的、无条纹的且就此而言作为替换光源的合适的中间光分布，其由次级光学单元12在规则一致的光分布18种清晰地成像。为此主光学单元30必须特别地由SMD-LED28的非无间隙地相邻的光出射面产生封闭地连续照亮的表面。
为此目的SMD-LED28设置在一个或多个平行行中。在光程中LED-阵列前方设置由会聚透镜、反射器或锥形光导体组成的光学阵列30，从而尽可能均质且均匀地照亮光出射面且发射的光束不具有空隙。
图3a-3d示出由反射器组成的主光学阵列30。反射器子区域40在此实现为由一体式的基体42组成的彼此无间隙邻接的凹槽。图3b示出由电路板26和反射器-子区域40组成的组件的透视图，该反射器-子区域遮盖所属的LED。图3a示出穿过该组件的截面，其在串联结构的方向上延伸。图3d示出穿过该组件的截面，其垂直于串联结构延伸且图3c示出所述截面的俯视图和位置。
反射器-子区域在此具有矩形的，特别是正方形横截面。单个反射器40的光出射面无间隙地连接且因此无间隙地彼此串联且限定了具有清晰、笔直边棱44的合成照亮表面。每个SMD-LED28都配备有一个反射器40。反射器40的中点以及光源28的光出射面的中点具有相同的间距。反射器40的串联结构在此具有像LED28的串联结构一样的间隔。
在一个构造中，在反射器-子区域和LED之间设置有隔热板46，其保护光学阵列30的反射器-子区域40的背侧免受照射。自然，隔热板46通过SMD-LED28的光出射面中断，从而允许光输出。
特别地，图3a，3b和3d清楚地示出由自身朝向光输出锥形放大的具有正方形或矩形横截面的反射器40组成的阵列，其中这样的横截面设置为垂直于光学轴且因此垂直于LED28的主发光方向。反射器-子区域40优选具有图示的截棱锥的形状。如在图3a-3d中所示，反射器-子区域40以及它们各自一对一配备的光源28设置在一个或多个行中。此外，反射器-子区域40彼此相同且它们的光出射面彼此无间隙地邻接，从而它们的光出射面通过至少一条直线44来限定。图3b特别地示出成像为明暗界限的反射器串联结构的光出射面的下边棱44。图4a-4g特别地示出次级光学单元12的焦平面48，其位于具有中间光分布的平面中，该中间光分布作为反射器40的光出射面而产生。
图4a-4g示出了可与图3a-3d对比的对象。与图3a-3d种对象不同之处在于，主光学阵列50由会聚透镜构成。会聚透镜子区域50在此实现为一体式的透明基体52的彼此无间隙地邻接的子区域。一体式的基体52优选由所述材料中的一种构成。
图3b示出由电路板26和会聚透镜-子区域50以及所属的LED28组成的组件的透视图。图3a示出穿过该组件的截面，其在串联结构的方向中延伸。图3d示出穿过该组件的截面，其垂直于串联结构延伸且图3c示出所述截面的俯视图和位置。
每个光源28都一对一地配备有会聚透镜子区域50。对比图4c。透镜阵列至少在一个边棱上至少局部地通过平坦的侧表面54限定，光程的一部分在该侧表面上反射。这在图4d种可清楚地看出。
可替换地，该边棱54也可通过遮光板56形成，其在光程中直接设置在透镜阵列的光出射面之前。这在图4e和4f种示出。
图4e示出由带有额外遮光板56的会聚透镜59组成的主光学阵列。其遮盖主光学单元的边棱，从而尽可能清楚地限定光出射面。通过遮光板遮住所有在光出射面散射经过的光，从而使遮光板产生光出射面特别清晰的限定。在这种情况下，次级光学单元尽可能直接地聚焦在遮光板边棱。如果应产生具有至少局部水平延伸的明暗界限的近光灯光分布，则遮光板边棱沿着主光学单元的光出射面的下边棱延伸，凭借其帮助通过次级光学单元接着形成光分布的明暗过渡。
中间光分布在透镜阵列中位于透镜体的区域中。次级光学单元的焦点在图4f种位于遮光板54的边棱。具有透镜阵列的实施方式是优选的。
遮光板也能够与本申请中提出的其余的主光学单元的构造一起使用。
如在图4a-4g中所示，会聚透镜-子区域50也像它们各自一对一配备的光源28一样设置在一个或多个行中。此外，会聚透镜-子区域50彼此相同且它们的光出射面无间隙地彼此邻接，从而它们的光出射面通过至少一条直线44来限定。
图4g示出由多个以LED芯片形式的半导体光源28和基体52的会聚该芯片的光的会聚透镜子区域50组成的对的结构。基体52的间隔表示为T。间隔T相当于单个会聚透镜子区域50的宽度以及相邻LED芯片28的中点的间距。LED芯片28的边棱长度表示为BLED。虚拟LED芯片表示为28’。虚拟LED芯片28’的边棱长度表示为B’LED。会聚透镜子区域50的物侧焦点表示为F且会聚透镜子区域50的主点表示为H。透镜的主点H定义为透镜的主平面与光学轴的交点。根据本发明的光模块1的次级光学单元4优选聚焦到会聚透镜子区域50的主点H，优选聚焦到在光模块的光学轴附近的会聚透镜子区域50的主点H上。附图标记f表示会聚透镜子区域50的焦距且SF表示会聚透镜子区域50的后截距。LED芯片28和会聚透镜子区域50的光进入面之间的间距表示为S1，虚拟芯片-图像28’和会聚透镜子区域50的光进入面之间的间距表示为S2。
LED芯片28位于会聚透镜子区域50和气物侧的焦点F之间。LED芯片28通过会聚透镜子区域50这样放大，使芯片(在光输出方向的物侧透镜焦点F前方)的(笔直的)虚拟图像28’大致与会聚透镜子区域50一样大，即B’LED≈T。对于规定的大小大致适用以下关系：
S F - S 1 S F &ap; B LED T &ap; B LED B &prime; LED
0，1mm≤S1≤2mm
1xBLED≤T≤4xBLED
基体52的会聚透镜子区域50不仅用于产生光源28的实际中间图像，而且仅使发光表面在会聚透镜子区域50的光出射面25上成像。光源28这样设置在会聚透镜子区域50的光进入面和会聚透镜子区域50物侧的焦点F之间，使光源28的边棱位于从焦点F到透镜边棱几何连接。光源28的发光表面垂直于会聚透镜子区域50的光学轴。由此产生了会聚透镜子区域50的非常均匀的照亮，且在会聚透镜子区域50的光出射面上产生非常均匀的光分布，即所述的中间光分布。该中间光分布通过次级光学单元成像用于在机动车前方的车道上产生光模块的合成整体光分布。基体52的单个会聚透镜子区域50的光学轴都在一个平面中优选彼此平行地延伸。次级光学单元的轴在朝向基体52的侧上平行于至少一个会聚透镜子区域50的轴。LED特别地在其各自的会聚透镜子区域和其旁轴焦点之间这样设置，使得产生无间隙的中间光分布，其由单个芯片的光出射面的虚拟图像组合而成。应当指出，来自LED的光在此首先发射到空气中，接着落到所属的会聚透镜子区域。这是与现有技术的不同之处，其中使用具有透明浇铸材料的LED，其中该浇铸可能发挥透镜效应。
图5a-5d示出主光学单元阵列的其他构造。在图5a-5d的情况中，主光学单元阵列由自身朝向光输出锥形放大的光导体60组成，该横截面垂直于光导体中的光的主传播方向且因此垂直于各自光学轴定向且为矩形的，特别是正方形的。单个光导体60的光出射面62彼此无间隙地串联且限定了具有清晰、笔直边棱44(在此为下边棱44)的合成照亮表面。每个LED28一对一地配备有光导体60。
光进入面优选是平坦的且平行地位于LED芯片前方。光导体60像所属的光源一样设置在一个或多个行中，从而再次通过至少一条直线44来限定光出射面。光出射面优选为外凸穹形。光导体阵列优选由上述材料中的一种制成。光导体阵列优选由一体式的基体制成，其具有作为导光的子区域的光导体。
对于作为由反射器-子区域40、会聚透镜-子区域50和光导体-子区域60组成的阵列的主光学单元阵列的所有三个构造都适用的是，各个子区域的光出射面的组合形成封闭的、连续的中间光分布和替换光源。
如果忽略由吸收和菲涅尔反射带来的损失，则替换光源具有和单个LED的芯片类似的光密度。因此这样的替换光源在其整个光出射面上具有和单个LED一样的均匀分布的光密度和类似的发射角度。因此以下和LED-阵列一样地对待替换光源。
这样形成的光分布用作下游次级光学单元的替换光源，该次级光学单元为会聚透镜或优选为至少局部具有抛物线反射面的反射器且其凭借替换光源的帮助形成近光灯光分布。
替换光源应尽可能和近光灯光分布的明暗界限类似地定向(即至少局部水平地)，从而得到非常清晰的明暗界限(较高的照明强度梯度)。出于这个原因，所有的反射器在光程中这样设置，使光程在各个反射器上始终以尽可能的锐角(<90°)折叠且替换光源的图像的定向基本上保持不变地平行于明暗界限。
次级光学单元优选为磨成小平面的抛物线反射器。该反射器在光程中这样设置，使替换光源从前方发射到反射器中，从而使光程以锐角偏转。反射器的至少一个焦点在此位于替换光源的边棱上。如所描述的，该边棱能够额外地通过遮光板遮盖，从而阻止散射光到达光分布的昏暗地带内。
如果次级光学单元具有多个反射器小平面，则其焦点在此位于替换光源的边棱上，但根据小平面的位置优选在光源边棱的不同末端上定位：
如果光源从下发射到反射器中，则各个抛物线小平面的焦点始终在相同的由子午面限定的半空间中。如果光源从上发射到反射器中，则抛物线小平面的焦点始终像反射器小平面自身一样位于子午面的其他侧上。
由此保证了，替换光源的图像始终通过下一个角连接到近光灯-明暗界限且没有光源图像的部分进入光分布的昏暗地带。
次级光学单元并未聚焦到LED的芯片平面，而是聚焦到主光学单元的光出射面的下边棱。当沿着光出射面的边棱设置遮光板时，能够特别清晰地限定光出射面，该遮光板遮住所有在光出射面上散射经过的光。
在这种情况下，次级光学单元尽可能直接地聚焦到遮光板边棱。如果应产生具有至少局部水平延伸的明暗界限的近光灯光分布，则遮光板边棱沿着主光学单元的光出射面的下边棱延伸，凭借其帮助通过次级光学单元接着形成光分布的明暗过渡。
次级光学单元的反射器平面优选由多个反射器小平面组成，其分别具有实现为旋转抛物面的平面。不同的抛物面具有不同的焦点，它们均位于主光学单元的光出射面的下边棱上且实际上优选位于其边棱(角)上，其中焦点像隶属的小平面表面一样位于相同的半球体上。
旋转抛物面的轴(反射器小平面基于该轴)在方向上具有近光灯-明暗界限。因此光源边棱成像为光分布的明暗界限。
在一个构造中，反射器小平面替换旋转抛物面而实施为环面：为此
旋转抛物面的曲线在截面中平行于明暗界限(或向着明暗界限的一部分)通过抛物面的焦点这样提升或降低，使替换焦点而产生焦线，其平行于近光灯-明暗界限或向着明暗界限的一部分延伸。同样能够通过散射的圆柱体光学单元得到散射，该圆柱体光学单元应用在小平面表面上且其圆柱轴垂直于主光束和近光灯-明暗界限。
如果应产生升高的非对称近光灯-明暗界限，则通过反射器小平面来产生该升高，该反射器小平面尽可能地邻近于反射器表面的边棱。以下将参考图8a-8b进一步描述细节。
图6a-6b示出根据本发明的光模块14的构造，器具有偏转镜面，其额外地使光程折叠。该措施用于缩短光模块的空间且创造其他的自由度，从而能够尽可能自由地设置光模块的元件。
因此，当光源10在行驶方向(发光方向)向前发光且光源通过冷却体24向后散热时，其提供了结构上的优点：这样的光源能够以简单的方式从前照灯的背侧来更换。冷却体同样能够在光模块的背侧上较简单地通风，这改善了冷却效率。通过紧凑的结构产生了额外的优点，光模块的重心邻近于光出射面，这简化了光模块14的机械转动。
因此光程的折叠同样是有利的，因为折光力在提出的光学系统中划分到主光学单元和次级光学单元上，从而能够得到具有较小折光力，即具有较长焦距的次级光学单元(焦距为在单级系统中的2-3倍)。
偏转镜面64实施为双曲面，其中该双曲面同样应明确包含平坦镜面的特例。次级光学单元12的所述特征在这种情况下与由偏转镜面64和次级光学单元12组成的光学系统64，12有关，该光学系统通过一个或多个焦点聚焦到替换光源的下边棱上。在此偏转镜面64产生至少一个替换光源68的虚拟中间图像66。
替换光源68在此位于双曲线偏转镜面的物侧佩兹伐面上，而次级光学单元12的焦点位于双曲面的像侧佩兹伐面上，即次级光学单元12替换聚焦于实际的替换光源68而聚焦于其虚拟图像66上。
图6a示出这样的近光灯模块14，其具有通过偏转镜面64额外折叠的光程。偏转镜面64产生替换光源68的虚拟图像66。次级光学单元12的焦点因此优选位于主光学单元的角上，如结合图1所描述的。但在图6a的情况中，次级光学单元并未聚焦到实际的主光学单元上，而是聚焦到用作替换光源66的主光学单元的虚拟图像的角上。
图6b同样示出近光灯模块14，其具有通过偏转镜面64额外折叠的光程。该偏转镜面64产生替换光源68的虚拟图像66。次级光学单元12的焦点位于替换光源68的虚拟图像66的下边棱44上。偏转镜面64缩短了组装长度且因此实现了光模块14特别紧凑的结构类型。
由偏转光学单元64和次级光学单元12组成的光学系统优选这样布置，条件＝恒定值适用于所有的光学路径si，这些光学路径使通过额外的偏转镜面64两部分组成的次级光学单元的物侧的焦点34，36与共同的，位于无穷处的焦点连接。在一个构造中，两个镜面中的至少一个具有一个或多个小平面。
满足条件＝恒定值的由偏转镜面64和次级光学单元12组成的光学系统不是必须提供清晰的虚拟中间图像66，因为中间图像的像差(不清晰，失真，开口误差)能够通过下游的次级光学单元12重新补偿。
关于偏转镜面64有五个不同的构造。在第一构造中，偏转镜面64为平坦的镜面。这在图6a-6b中示出。
图7a示出具有偏转镜面64的第二构造，该偏转镜面内凹且在此具有会聚作用。形状优选为双曲线形。由于会聚特性，该虚拟中间图像66在此为替换光源68的放大图像。第一双曲线焦点70位于实际替换光源68的实际主光学单元的下边棱上。第二双曲线焦点72位于替换光源的虚拟中间图像66的下边棱上。
图7b示出具有偏转镜面64的第二构造，该偏转镜面外凸且在此具有散射作用。形状优选为双曲线形。由于散射特性，该虚拟中间图像66在此为替换光源68的缩小图像。第一双曲线焦点70位于实际替换光源68的实际主光学单元的下边棱上。第二双曲线焦点72位于替换光源68的虚拟中间图像66的下边棱上。
就此而言，图7a-7b示出具有作为偏转镜面64的双曲面的构造，该偏转镜面具有物侧的焦点70和像侧的焦点72且该偏转镜面还具有优选磨成小平面的次级光学单元，其具有偏转镜面和另一个镜面12，且该构造在无穷处具有多个物侧的焦点和一个像侧的焦点。该次级光学单元12的焦点位于替换光源68的虚拟图像66的下边棱上。该图像与平坦镜面的不同之处在于放大或缩小，取决于偏转镜面64是否为外凸或内凹的双曲面。
在一个未示出的第四构造中，光模块具有多个平坦的偏转镜面小平面和包括单独物侧焦点的次级光学单元。磨成小平面的偏转镜面划分次级光学单元的光程且因此产生具有多个焦点的光学系统，与在磨成小平面的抛物线反射器的情况类似。磨成小平面的偏转镜面产生替换光源的多个互相移动的虚拟图像。两部分组成的次级光学单元的焦点如上所述聚焦到替换光源的边棱上。
同时在一个并未示出的第五构造中，光模块具有作为偏转镜面的磨成小平面的双曲面，其具有一个物侧的焦点和多个像侧的焦点。次级光学单元在这种情况下应具有一个物侧的焦点以及一个像侧的焦点(后者在无穷处)。磨成小平面的双曲面产生光源的互相移动的、放大(内凹双曲面镜)或缩小(外凸双曲面镜)的虚拟图像，取决于双曲面镜是否为外凸或内凹地形成。
图8a-8b示出光模块的构造的前视图，如提供给观察者的，该观察者在光模块的发光方向位于光模块之前且看向光模块内。在图8a的情况以及在图8b的情况中用作次级光学单元的反射器至少在其反射器表面的区域中具有包括三个小平面的抛物线形，该区域大于其整个反射表面的一半。
图8a特别地示出一个构造，其中小平面12.1在视线右方的反射器边棱上产生光分布16中明暗界限的非对称升高18.2。小平面12.1特别地这样设置，使光源图像在升高的方向倾斜。由此下平面12.1产生具有一个定向的光源图像，该定向在光源图像的组合中产生明暗界限期望的升高。在图8a示出的例子中适合于靠右行驶。如果光源如在图8a的对象中一样从下发射到反射器中，则小平面12.1并不像升高18.2一样位于子午面的相同侧。小平面边棱局部地垂直于该升高延伸。
图8b特别地示出一个构造，其中小平面12.3正在左侧反射器边棱上产生光分布中明暗界限的非对称的升高。如果光源如在图8b的对象中一样从上发射到反射器中，则小平面12.3并不像升高18.2一样位于子午面的相同侧。小平面边棱局部地垂直于该升高延伸。
图9b示出根据本发明的光模块的构造的近光灯光分布，如在位于机动车前方的屏幕上出现的一样。水平线H位于水平线的高度上。垂直线V在光模块的主发光方向的延伸中缩短了水平线。点HV＝(0，0)的偏移分别在角度中给出。封闭曲线分别为恒定亮度的直线，其中直线到直线的亮度从外向内增加。点HV＝(0，0)右侧出现的升高表示，用于右侧行驶的光模块。
图9a说明了，如在图9b中示出的光分布作为光源图像74的叠加而产生。每个光源图像由次级光学单元的反射表面的一小部分生成。就此而言图9a的图示纯粹是示意性的。光源图像主要是水平地或平行于明暗界限来定向。与此相反，产生升高的小平面这样来布置，使其提供光源图像，其边棱平行于升高的期望走向。
主光学单元使光出射面增大一个系数，其大致相当于光学阵列的间隔与单个芯片的侧面长度的商。这是由均匀亮度的替换光源导致的。次级光学单元的焦距优选相当于单个芯片的侧面长度的50倍-200倍，特别地是该侧面长度的80倍-100倍。

Claims (15)

1.一种机动车前照灯的光模块(14)，具有多个作为光源(28)的发光二极管、主光学单元(30)以及次级光学单元(12)，其中主光学单元布置为会聚从所述光源发出的光线并且转移到中间光分布(68)中，该中间光分布具有封闭的照亮平面的形状，且其中次级光学单元具有物侧的焦距，其中，主光学单元和次级光学单元设置为使中间光分布以等于该焦距的间距在光程中位于次级光学单元之前，
其特征在于，
所述主光学单元为一体式的、由会聚透镜子区域构成的基体，并且发光二极管的芯片位于会聚该发光二极管的光的会聚透镜子区域和其物侧的焦点之间，其中，所述光源(28)的光出射面通过它们之间的间距彼此隔开，并且所述主光学单元布置为这样来分配从光源发出的光，使得在中间光分布中(68)看不见所述间距。
2.根据权利要求1所述的光模块(14)，其特征在于，所述主光学单元(30)对于每个光源都具有自身的光学有效的子区域，其中的每个都具有光出射面，并且其中该光出射面无间隙地彼此邻接，并且其中，至少两个相邻的光出射面这样彼此邻接，使两个彼此邻接的光出射面中的第一光出射面的至少一个侧边棱与两个彼此邻接的光出射面中的第二光出射面的一个侧边棱位于一条直线上，从而两个对齐的边棱形成共同的笔直边棱(44)。
3.根据权利要求2所述的光模块(14)，其特征在于，每个子区域为一个会聚透镜(50)。
4.根据权利要求2所述的光模块(14)，其特征在于，每个子区域为一个反射器(40)。
5.根据权利要求2所述的光模块(14)，其特征在于，每个子区域为一个光导体(60)。
6.根据前述任一项权利要求所述的光模块(14)，其特征在于，光模块具有遮光板(56)，其在光的光程中这样直接设置在光出射面的后方，使所述遮光板遮住中间光分布的一部分。
7.根据前述任一项权利要求所述的光模块(14)，其特征在于，次级光学单元具有至少一个凹面镜反射器(12)。
8.根据权利要求7所述的光模块(14)，其特征在于，次级光学单元的光学表面划分成较大的子区域和较小的子区域，其中这样来限定较大的子区域，即其具有第一物侧的焦点，且两个子区域在无穷处具有共同的像侧的焦点。
9.根据权利要求7所述的光模块(14)，其特征在于，凹面镜反射器具有反射平面，其较大部分具有抛物线形状，其中抛物线形状的物侧的焦点位于主光学单元的光出射面上。
10.根据权利要求7所述的光模块(14)，其特征在于，次级光学单元由两个镜面组成，它们在光程中这样前后设置，使得它们将次级光学单元的光程两次以锐角折叠且次级光学单元具有物侧的焦点，其位于主光学单元的光出射面上，并且其像点位于无穷处。
11.根据权利要求10所述的光模块(14)，其特征在于，在光传播方向在光程中的第一镜面(64)具有双曲面且第二镜面具有抛物面(12)，其中双曲面的物侧的焦点形成次级光学单元物侧的焦点且双曲面像侧的焦点与抛物面的焦点重合，且标出中间光分布的虚拟中间图像的位置。
12.根据前述任一项权利要求所述的光模块(14)，其特征在于，次级光学单元在无穷处具有多个物侧焦点以及一个或多个共同的像侧焦点或焦线。
13.根据权利要求10或11所述的光模块(14)，其特征在于，两级的次级光学单元的第一镜面(64)具有双曲面或作为双曲面特例的平面镜，且第二镜面(12)具有磨成小平面的抛物面，其中双曲面的物侧的焦点形成次级光学单元物侧的焦点且其中双曲面像侧的焦点标出了中间光分布的虚拟中间图像的位置且其中后方设置的抛物面小平面这样来布置，使得在中间光分布的虚拟图像的边棱上聚焦。
14.根据权利要求10或11所述的光模块(14)，其特征在于，两级的次级光学单元的第一镜面(64)具有磨成小平面的双曲面或作为其特例的磨成小平面的平面镜，且第二镜面(12)具有抛物面，其中双曲面的物侧的焦点形成次级光学单元的物侧的焦点，且其中双曲面的像侧的焦点标出了中间光分布的虚拟中间图像的位置，且其中在光程中后方设置的抛物面小平面在中间光分布的虚拟图像的边棱上聚焦。
15.根据权利要求10或11所述的光模块(14)，其特征在于，两个镜面(64，12)具有多个物侧的焦点，它们位于中间光分布的边棱上且它们的像点或它们的像线在无穷处位于光分布的明暗界限上，其中两个镜面平面这样来形成，使位于物侧焦点和其相应的像点或像线之间的所有光学路径一样长。
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