CN107525039A - 用于大灯的光学件、光学装置和大灯 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于运输工具大灯的光学件，其一部分由硅树脂制成，并且另一部分由更硬的材料制成。该另一部分在此被硅树脂包围。此外，本发明还涉及具有这种光学件的光学装置、具有这种光学件或光学装置的用于运输工具的大灯、以及用于制造这种光学件的方法。

Description

用于大灯的光学件、光学装置和大灯
技术领域
本发明涉及一种用于运输工具的大灯的光学件。此外，本发明还涉及一种具有这种光学件的光学装置、以及一种具有这种光学件的、用于运输工具的大灯。此外，本发明还涉及一种用于这种光学件的制造方法。
背景技术
由现有技术公知了矩阵系统，例如用于运输工具的前大灯，利用这些矩阵系统来实现自适应光束调整应用(ADB应用)或自适应前照明系统应用(AFS应用)。在矩阵系统中，例如多个发光二极管(LED)以矩阵形式布置在大灯中，这些发光二极管可以单独地驱控并且由此能够单独地接通和断开及调暗。由此，例如可以结合摄像系统和图像处理电子装置以识别并且至少局部地遮住迎面车辆和前行车辆。然而在照亮区域的边缘区域，尤其是在被遮住的区段的或关闭的LED的边缘区域，仍可能出现不利的彩色边纹可替换的或除了LED光源外，也可以使用激光光源，其中，蓝色的激光束借助于转换元件(发光材料)部分地转换为黄色的转换光，从而在未转换的蓝色激光和黄色的转换光的叠加中，产生白色的混合光(有用光)。该白色混合光的颜色坐标在此优选地应该处于根据ECE/324/Rev.1/Adb.47/Reg.No.48/Rev.12的准则的、标准化的ECE白光范围内。
发明内容
本发明的目的是给出一种光学件和一种光学装置，其尤其用于大灯，它们在装置技术上简单地构造，具有高的强度，和/或以相对高的精度使光束转向。此外，本发明的目的是给出一种用于运输工具的大灯，其具有小的重量并且以高的精度放射光。此外本发明的目的是给出一种成本低的、用于制造光学件的方法。
根据本发明提出一种光学件，其尤其用于大灯或者运输工具大灯或者运输工具照明。该光学件具有作为透镜起作用的第一光学部件或作为透镜起作用的第一光学组件。该光学部件在此优选至少部分地或者基本上完全地或者完全地由硅树脂(Silikon)制成，硅树脂适合用在光学部件中，也就是硅树脂的特性例如由对于射线、尤其是蓝色射线的抵抗性表现出，并且硅树脂具有良好的密封功能。例如为此可以使用Wacker公司的Lumisil LR7600/70类型的硅树脂。此外优选的是，在第一光学部件中布置第二光学部件，其由与硅树脂相比更硬的材料制成，也就是具有尤其对于机械变形而言更高的刚性。
这种解决方案具有的优点是，利用第一光学部件能够以高的精度折射光，其中，与完全由玻璃制成的光学件相比，该光学件成本更低并且能够简单地生产。此外，由硅树脂制成的光学部件能够以在装置技术上小的耗费、例如通过压铸法来任意地成型，并因此可以具有任意的自由形状，因此例如也能实现尤其取决于材料的咬边(Hinterschneidung)。通过更硬的第二光学部件，光学件在重量小的情况下还具有高的稳定性。换句话说，这种解决方案具有的优点是，光学件不像通常那样由玻璃制成而是由硅树脂制成，具有由更硬的材料形成的、提高了刚性的内嵌物。光学件内部的更硬的材料因此提高了整个系统的刚性，其使得例如在运输工具大灯中的装配变得更轻松，并且平衡了硅树脂的低硬度。此外有利的是，第一光学部件作为弹性元件使用，从而在使用光学件时阻止碰撞。此外还有利的是，由硅树脂制成的第一光学部件能抗高温并且防紫外线，因此与常规使用的、例如由聚碳酸酯(PC)或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成的光学合成材料相比不出现老化或者基本上不出现老化。通过硅树脂此外还实现了显著的重量减少。
因此，例如第一光学部件的耦合输入面和耦合输出面可以由硅树脂制成。此外，第二光学部件优选地布置在穿过第一光学部件的光路中。
运输工具可以是飞机或者水上交通工具或者陆地交通工具。陆上交通工具可以是机动车或轨道车辆或者自行车。特别优选的是将运输工具大灯用在货车或者客车或摩托车中。
有利的是，第二光学部件至少部分地或者基本上完全地或者完全地由玻璃制成，尤其是具有高透光性和与硅树脂不同的阿贝数值(Abbe-Zahl)的玻璃。此外，利用玻璃还能低成本且简单地提升光学件的机械刚性。
优选地，第二光学部件同样设计成透镜或者是透镜。因此，光学件能够以简单的方式具有两个透镜。第二光学部件因此可以用于提升光学件的强度，并且附加地通过折射使至少一个表面上的光转向。如果第二光学部件不设计成透镜，那么第二光学部件至少可以有利地用于提升强度。
如果光学件设计成消色差透镜(Achromat)，那么除了前述优点以外其能够附加地减少或防止开头所述的、出现在边缘区域内的彩色边纹。这类彩色边纹由成像的光学件的色散引起，也就是说取决于光的波长的折射指数。为了避免彩色边纹，因此必须进行颜色纠正，其由消色差透镜实现。在现有技术中，这类消色差透镜成本很高，并且具有大的重量，这使其对于用在运输工具中而言没有吸引力。通过设计成消色差透镜的光学件，因此在运输工具中的应用在技术上和经济上都是有意义的。因为消色差透镜的透镜是由硅树脂制成的，因此该消色差透镜比完全由玻璃制成的消色差透镜更便宜。
优选地，第二光学部件被第一光学部件基本上完全地或者完全地包围，由此至少实现形状配合的连接，并且例如不需要附加的粘合剂。换句话说，玻璃透镜完全被硅树脂包裹，尤其是没有气体进入。因此确保了玻璃和硅树脂保持机械上的接触，因为气体不能进入到边界面的区域中。可替换地或者附加地，能够提出随后例如通过浇注来密封一个或多个安装有一个保持元件或多个保持元件的位置。
在本发明的另一个设计方案中，为第二光学部件配置保持结构，该保持结构尤其配置在其边缘区域上，和/或与第二光学部件连接。由此能够实现第二光学部件例如在生产中、尤其是在硅树脂压铸工具中的精确的定位。保持结构例如是合成材料保持件或者金属板保持件。也可以将一个元件或者多个元件设计为保持结构，这个或者这些元件是有弹性的和/或排斥硅树脂的，以便将第二光学部件定位在压铸工具中。也可以考虑的是，将一个或者多个尤其是弹性的栓钉设置为保持结构。它们例如可以被插到压铸工具中的芯轴上。
该保持结构、尤其是栓钉因此在压铸过程中可以由硅树脂包围，因此其形成光学件的一部分。该保持结构、尤其是栓钉可以为了光学件的基准的或固定的目的而应用在运输工具大灯中。
在本发明的另一种设计方案中可以考虑的是，第二光学部件尤其在边缘区域中具有一个留空部或者多个留空部或钻孔。由此能够在第一光学部件和第二光学部件之间实现另外的形状配合的连接，以便尤其在热学上制止硅树脂的膨胀效应，从而将光学成像中的变化最小化。
优选地，在包围了光学件的大面积的边缘上设置一个由硅树脂制成的密封带。该密封带可以作为在光学件与光学件保持装置之间的密封件应用，例如用在运输工具大灯中。
如果光学件设计成消色差透镜，那么第一光学部件就可以例如设计成平面凸的和/或双面凸的和/或双面凹的(就其外部几何形状而言)，并且第二光学部件设计成双面凸的。光学部件的耦合输入面在此优选地例如彼此以平行的间距布置，因此第一光学部件在这个区域内具有大约恒定的厚度。此外还可以考虑的是，光学部件的耦合输出面彼此间具有与耦合输入面的情况相比更大的间距，并且特别地，第一光学部件在这个区域内不具有恒定的厚度。其他的透镜形式应该同样也是可行的，例如第一光学部件可以设计成平面凸的，并且第二光学部件可以构造成平面凹的。
如果第二光学部件不设计成透镜，而是仅仅用作加强光学件，那么第二光学部件可以优选地形成大约平坦的盘。由此使得光学件仅仅具有由能够自由造型的硅树脂制成的耦合输入面和耦合输出面。第二光学部件或者玻璃板在此优选地完全被包围到第一光学部件中。第一光学部件例如设计成双面凸的。附加地，第一和/或第二光学部件可以具有抗反射涂层。
如果光学件设计成复消色差透镜(Apochromat)，那么优选地在第一光学部件中布置有第三光学部件。该第三光学部件在此同样优选地至少部分地或者基本上完全地或者完全地由玻璃制成。另外有利的是，第二和第三光学部件的材料互不相同。因此，玻璃透镜可以由不同的、合适的玻璃制成。在有三个光学部件的情况下，第一光学部件以有利的方式在第二和第三光学部件之间作为透镜起作用。因此，玻璃透镜之间的由硅树脂填充的区域可以形成第三透镜。第二光学部件和第三光学部件优选地具有相同的设计方案。有利地，第二光学部件和第三光学部件设计成双面凸的。第二和第三光学部件、也就是两个玻璃透镜优选地形成预先安装组。尤其是第二和第三光学部件在这此可以通过一个保持结构或者一个保持装置相互预先固定，并且因此一同被置入压铸工具中。
在另一个优选的实施例中，设置有由第二光学部件组成的矩阵或阵列，其被第一光学部件的矩阵或阵列包围。然后可以为相应的第二光学部件配置相应的第一光学部件。这种光学件能够极其有利地用于例如前大灯中的矩阵系统。这些第二光学部件例如设计成连接在一起的，并且例如可以形成一体式的玻璃板。因此在该玻璃板内部将相应的第二光学部件设计为单独玻璃透镜。也可以考虑的是，第二光学部件不是一体式的，而是以其他方式机械地连接的。如果第二光学部件彼此设计成相连的或者一体式的，那么第二光学部件可以以在装备技术上简单的方式作为结合体置入压铸工具中。第一光学部件可以完全地包围第二光学部件。因此第一光学部件的矩阵设计成一体式的。然后光学件可以设计成组块形式的。如果设计成矩阵形式的光学件作为消色差透镜来使用，那么该光学件就其第一光学部件而言优选地具有多个凸的耦合输入面，这些耦合输入面分别分配给相应的第二光学部件，其中，第二光学部件可以分别设计成双面凸的。第一光学部件的耦合输出面可以例如设计成大致凹的。
另外有利的是，光学件构造或设计用于，使得光学成像在对于使用目而言典型的或者常见的或者平均的使用温度的情况下是最优的，例如特别是在对于汽车领域相关的-40℃至+125℃的温度范围内。由此，以简单的方式实现了温度补偿，因为硅树脂具有比较强的热膨胀性、以及折射指数的取决于温度的相关性。
优选地，设置有具有根据一个或者多个前述观点的光学件的光学装置。该光学装置在此以有利的方式具有散热装置和/或加热装置。因此，在温度极其不同的情况下确保了光学件的光学成像的高精度。散热装置和/或加热装置优选地通过对流实现，例如通过热的或冷的空气流，但是也可以包括另外的加热或散热元件，例如电阻加热丝、可通电的ITO(氧化铟锡)涂层、珀耳帖元件(Peltierelemente)，红外线辐射器等等。加热或散热元件也可以由硅树脂包围。可替换地或者附加地，可以考虑为光学件设置位置调节装置，其例如通过光传感器结合连续的再调节尤其是沿着光学轴、也就是沿着放射方向来确定位置。由此可以沿着光学轴对光学件的或透镜系统的位置进行再调节，从而当系统的焦点例如取决于温度地变化时最优地设置该系统的焦点。
根据本发明提出用于运输工具的大灯，其具有根据一个或者多个前述观点的光学件。光学件优选地布置在一个或者多个放射源的后续路径中。
至少一个放射源可以设计成半导体光源或者发光二极管(LED)、尤其是LED，其中，蓝色的初级射线借助于转换发光材料部分地转换为黄色的转换光，和/或设计成有机的LED(OLED)，和/或设计成激光二极管，和/或设计成根据激光激活远程荧光(LARP)原理工作的照明装置，和/或设计成卤素灯，和/或设计成气体放电灯(HID)，和/或设计成根据数字光处理(DLP)原理工作的投影仪。因此提供了多个作为光源的替换方案。
发光二极管(LED)或者照明二极管可以以至少一个单独封装的LED的形式或者以至少一个具有一个或多个照明二极管的LED芯片的形式存在。可以将多个LED芯片装配到一个共同的基座(Submount)上，并且制成一个LED，或者单独地或共同地固定在例如一个电路板上(例如FR4、金属芯电路板等等)(CoB＝Chip on Board，板上芯片)。至少一个LED可以装备有至少一个独有的和/或共同的、用于引导光束的光学件，例如装备有至少一个菲涅尔透镜(Fresnel-Linse)或者准直镜。代替无机LED的或者除无机LED之外，例如以氮化铟镓(InGaN)或者磷化铝铟镓(AlInGaP)为基础，通常也可以使用有机LED(OLED，例如聚合物OLED)。LED芯片可以是直接发光的，或者具有置于前面的发光材料。可替换地，该LED可以是激光二极管或者激光二极管装置。也可以考虑设置一个OLED发光层或者多个OLED发光层或者一个OLED照明区域。LED的发射波长可以位于紫外的、可见的或者红外的光谱范围内。优选地，LED芯片发射在汽车工业中标准化的ECE白光范围内的白光。
在大灯中，在根据本发明的光学件和放射源之间优选地设置有初级光学件，其用于相应的放射源或者用于放射源的一部分或者用于所有的放射源，其中，根据本发明的光学件然后可以形成次级光学件。
如果被使用的LED的光谱分别在蓝色的和黄色的光谱范围内具有峰值，那么有利的是将光学件设计成消色差透镜，以使得两个峰值波长的焦距基本一样或者一样。
大灯例如可以是自适应前照明系统(AFS)的一部分或者自适应光束调整应用(ADB)的一部分。
其他的应用领域例如可以是用于效果灯光照明、娱乐照明、建筑照明、常用照明、医学和手术照明、园艺等等的大灯。
在根据本发明的、用于制造根据前述一个或多个观点的光学件的方法中，可以提出以下步骤：
将第二光学部件或者玻璃尤其通过其保持结构布置在压铸工具中；
利用硅树脂注塑包封第二光学部件，以便形成第一光学部件。
利用这种方法因此可以以低成本制造光学件。由于压铸制造，因此不需要用于连接这些光学部件的、附加的接触剂或粘合剂。
在该方法中，可以在包围了光学件的大面积的边缘上喷射注塑一个密封带。这例如在注塑包封第二光学部件时或者在附加的方法步骤中进行。
附图说明
接下来应该借助实施例更详尽地阐述本发明。附图示出：
图1a和1b用透视图和侧视图示出了根据第一实施例的光学件，
图2a和2b用透视图和侧视图示出了根据第二实施例的光学件，
图3a和3b用透视图和侧视图示出了根据第三实施例的光学件，
图4a和4b用立体透视图和侧视图示出了根据第四实施例的光学件，
图5a和5b用侧视图和立体透视图示出了根据一个实施方式的、用于运输工具的大灯，
图6以流程图示出了根据一个实施方式的制造方法。
具体实施方式
根据图1a，光学件1具有第一光学部件2和第二光学部件4。该光学件1在这里构造成消色差透镜。第一光学部件2在这里基本上完全由硅树脂制成。相反地，第二光学部件4基本上由玻璃制成。第二光学部件4此外还作为内嵌物布置在第一光学部件2中，并且因此被第一光学部件2完全地包围和封闭。图中未示出对于压铸过程而言可选地使用的保持元件或者保持位置。
根据图1b，光学件1的第一光学部件2具有凸的耦合输入面6和轻微凹的耦合输出面8(其中在这里存在从右侧的入射)。从辐射方向看设置在耦合输入面6后方的、第二光学部件4的耦合输入面10同样设计成凸的。第二光学部件4的耦合输出面12也是凸的。耦合输入面6和10的间距至少基本上相同，因此第一光学部件2在耦合输入面6和10之间的辐射路径中具有大致恒定的厚度和/或基本上相同的曲率半径。第一光学部件2的外周面14或边缘具有基本上为圆柱体的横截面。对于第二光学部件4的外周面16或边缘来说也是如此。然而，外周面16的直径小于外周面14的直径，因此第二光学部件4被第一光学部件2包围。光学部件2和4优选彼此大致共轴地布置。耦合输出面8和12的间距大于耦合输入面6和10的间距。
在图1b中用点划线示意性地示出了一个保持结构18。通过其可以将第二光学部件4定位并保持在压铸工具中。在制造完成后，保持结构18能够形成光学件1的一部分。
根据图2a的光学件20同样具有第一光学部件22和第二光学部件24。根据图2b，第二光学部件24大致设计成平的圆盘并且具有带有大致为圆柱形的横截面的外周面26。第二光学部件24因此不作为透镜使用，而是用于光学件20的机械加强件。第一光学部件22设计成双面凸的并且具有一个凸的耦合输入面28和一个凸的耦合输出面30，它们被一个带有大致为圆柱形的横截面的外周面32包围。在第二光学部件24的指向耦合输入面28的光学件表面34与耦合输入面28之间的间距大于在第二光学部件24的指向耦合输出面30的光学件表面36与耦合输出面30之间的间距。
根据图3a，光学件38具有一个第一光学部件40，在该第一光学部件中设置了第二光学部件42和第三光学部件44。光学件38是复消色差透镜。光学部件42和44在这里基本上完全由玻璃制成。
根据图3b，第一光学部件40的外部的光学件表面46和48分别设计成凸的。光学部件42和44分别设计成双面凸的，并且分别具有凸的耦合输入面50、52以及凸的耦合输出面54、56。
在光学部件44的耦合输入面52与光学部件42的耦合输出面54之间，基本上由硅树脂制成的第一光学部件40形成了透镜58。
根据图3b，光学部件表面46与耦合输入面50之间的厚度相同。此外，光学件表面48与耦合输出面56之间的厚度分别相同。这些厚度本身也同样可以是相同的。
根据图3b，光学部件44和42的直径是基本相同的并且小于光学部件40的直径。
根据图4a示出了一个矩阵形式的光学件60。根据图4b，该光学件由第二光学部件63的矩阵62形成，该矩阵被由第一光学部件65组成的矩阵64包围。第二光学部件63在此设计成一体式的。其分别具有双面凸的形状。第一光学部件65同样设计成相互连接的或者一体式的，并且分别具有凸的耦合输入面和凹的耦合输出面(其中在这里存在从左侧的入射)。相应的第二光学部件63与相应配置的第一光学部件65在这里形成了消色差透镜。
根据图4a，该光学件60大致设计成组块形式。
在图5a中示出了一个用于运输工具的大灯66。在其中布置了一排放射源68、例如发光二极管(LED)，在这些放射源后方连接有一个初级光学件70，也参见图5b。该初级光学件70在这里设计成伸长的，并且放射源68大致在水平方向上延伸。在初级光学件70的后续路径中设置有一个光学件72，其具有一个第一光学部件74、一个第二光学部件76和一个第三光学部件78。光学件72在此大致相应于图3a和3b中的光学件38。为了让光学件72的温度基本上保持恒定，在大灯66中设置有散热装置和加热装置80，它们在图5a中示意性地示出。可替换地或者附加地，位置调节装置82设计用于在大灯66中的光学件72，该位置调节装置同样也示意性地示出。
图6示出了一种用于制造光学件的方法。在第一步骤84中，在此进行至少基本上由玻璃制成的第二光学部件在压铸工具中的布置，其中，为此可以设置有保持结构。在接下来的步骤86中，第二光学部件由硅树脂注塑包封，由此形成第一光学部件，并且第二光学部件形成内嵌物。
在前述的实施例中，耦合输入面10、28、50和52分别具有小于对应的耦合输出面12、30、54和56的曲率半径。
本发明公开了一种用于运输工具大灯的光学件，其一部分由硅树脂制成，并且另一部分由更硬的材料制成。该另一部分在此被硅树脂包围。
附图标记列表
1 光学件
2 第一光学部件
4 第二光学部件
6 耦合输入面
8 耦合输出面
10 耦合输入面
12 耦合输出面
14 外周面
16 外周面
18 保持结构
20 光学件
22 第一光学部件
24 第二光学部件
26 外周面
28 耦合输入面
30 耦合输出面
32 外周面
34 光学件表面
36 光学件表面
38 光学件
40 第一光学部件
42 第二光学部件
44 第三光学部件
46 光学件表面
48 光学件表面
50 耦合输入面
52 耦合输入面
54 耦合输出面
56 耦合输出面
58 透镜
60 光学件
62 矩阵
63 第二光学部件
64 矩阵
65 第一光学部件
66 大灯
68 放射源
70 初级光学件
72 光学件
74 第一光学部件
76 第二光学部件
78 第三光学部件
80 散热装置和加热装置
82 位置调节装置
84 步骤
86 步骤

Claims (10)

1.一种光学件，所述光学件具有作为透镜起作用的第一光学部件(2)，所述第一光学部件由硅树脂制成，并且在所述第一光学部件中布置有第二光学部件(4)，所述第二光学部件与所述第一光学部件(2)相比由更硬的和/或刚性更高的材料制成。
2.根据权利要求1所述的光学件，其中，所述第二光学部件(4)至少部分地由玻璃制成。
3.根据权利要求1或2所述的光学件，其中，所述第二光学部件(4)作为透镜起作用。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学件，其中，所述光学件是消色差透镜或复消色差透镜。
5.根据前述权利要求中任一项所述的光学件，其中，所述第二光学部件(4)被所述第一光学部件(2)基本上完全地或者完全地包围。
6.根据前述权利要求中任一项所述的光学件，其中，为所述第二光学部件(4)配置保持结构(18)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的光学件，其中，设置有由第一光学部件的矩阵(64)或阵列包围的、第二光学部件的矩阵(62)或阵列，其中，为相应的第二光学部件配置相应的第一光学部件。
8.一种具有根据前述权利要求中任一项所述的光学件的光学装置，其中，设置有用于所述光学件的散热装置，和/或其中设置有用于所述光学件的加热装置，和/或其中设置有用于所述光学件的位置调节装置(82)。
9.一种用于运输工具的大灯，所述大灯具有根据权利要求1至7中任一项所述的光学件或者具有根据权利要求8所述的光学装置。
10.一种用于制造根据权利要求1至7中任一项所述的光学件的方法，
所述方法具有以下步骤：
将第二光学部件(4)布置在压铸工具中；
利用硅树脂注塑包封所述第二光学部件(4)。
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