CN108204570A - 用于安装在机动车照明装置中的初级光学组件和具有这种初级光学组件的机动车照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于安装在机动车照明装置(1)中的初级光学组件(10)，初级光学组件包括多个并排布置和/或上下叠置的长形的初级光学元件(12)，初级光学元件分别具有近端(13)和远端(15)以及从近端(13)朝向远端(15)逐渐增大的横截面。提出，初级光学元件(12)由形状固定的但是可弹性变形的透明材料制成，且借助保持装置(20)定位且固定在照明装置(1)的发光器件(100)或发光器件载体(104)上，其中，保持装置(20)具有用于使初级光学元件(12)在其近端(13)的区域中以高精确度定位的保持元件(22)。

Description

用于安装在机动车照明装置中的初级光学组件和具有这种初 级光学组件的机动车照明装置

技术领域

本发明涉及用于安装在机动车照明装置中的初级光学组件。初级光学组件包括多个矩阵状并排布置和/或上下叠置的初级光学元件，初级光学元件分别在初级光学元件的近端上具有光射入面且在初级光学元件的远端上具有光射出面以及具有从近端朝向远端逐渐增大的横截面。横截面沿着初级光学元件的纵向延伸部的走向小于射入面和射出面之间的距离。因此，初级光学元件分别根据光导体的类型将经由射入面耦入的光引导到射出面处，其中，光由于光导体的增大的横截面而成束。初级光学元件由形状固定的但是可弹性变形的透明材料制成且借助保持装置定位且固定在照明装置的发光器件或发光器件载体上，其中，保持装置具有用于使初级光学元件在其近端的区域中定位的保持元件。

本发明还涉及机动车照明装置，尤其机动车前照灯。照明装置包括壳体，壳体具有通过透明的盖板封闭的光射出口和布置在其中的光模块。光模块具有用于发出光的发光器件以及初级光学组件，初级光学组件具有多个矩阵状并排布置和/或上下叠置的初级光学元件，以使发出的光的至少一部分成束。

背景技术

这种初级光学组件由现有技术已知。由此例如DE 10 2011 085 315A1描述了一种初级光学组件，该初级光学组件包括矩阵状并排布置且上下叠置的多个初级光学元件的阵列。将每个初级光学元件分配给至少一个半导体光源(例如LED)且使得由该半导体光源发出的光成束。

在现有技术中，光学阵列的初级光学元件通常由透明的热塑性塑料或硅酮制成。各个初级光学元件借助机械接口定位且固定在发光器件(例如LED)或发光器件载体(例如LED的共同的电路板)上。

开头所述类型的初级光学组件例如也由US 2008/0 253 144 A1公开。已知的组件具有多个单个的由硅酮构成的初级光学元件，初级光学元件分别各自地借助单独的固定夹保持在保持装置上。每个单个的初级光学元件具有起固定夹作用的固定区段以及与其分开的光学作用区域。由此应确保，将局部有限的力施加到能弹性变形的初级光学元件上的固定夹没有损害初级光学元件的光学作用区域的光学特性。问题是这种初级光学组件具有复杂的结构，复杂的安装以及很大的空间需求。

此外，由EP 2 847 509 B1已知一种初级光学组件，在该初级光学组件中各个初级光学元件由硅酮一件式构造且矩阵状并排布置和/或上下叠置。初级光学元件布置在具有多个同样矩阵状布置的保持元件的保持装置中且保持在其中。在初级光学元件的光射出侧上，直接喷注由热塑性塑料构成的反光玻璃，该反光玻璃在固化之后是刚性的且牢固的。反光玻璃用于使初级光学元件稳固且保持在保持装置中。保持装置的保持元件在其近端相应具有定位孔，定位孔与初级光学元件的相应的外周面刚好相等地成型。因此，相应引入的初级光学元件的相应外周面线形地贴靠在保持元件的内周面上。在横向于初级光学元件的纵向延伸部的横截面中看，由此在定位孔的区域中获得在初级光学元件的近端的外周面和相应的保持元件之间的、大致圆形的接触线。

发明内容

本发明的目的是以简单的方式尽可能精确地相对于发光器件定位开头所述类型的初级光学组件的初级光学元件。优选地，应能够以成本有利的方式且借助安装机械手自动化地实现定位和固定。

为了实现该目的，基于开头所述类型的初级光学组件提出，保持装置具有拉紧弹簧元件，拉紧弹簧元件使得初级光学元件在初级光学元件完全地装入保持装置中时相对于保持装置固紧，且初级光学元件在其远端的区域中与紧邻的初级光学元件构造成一件，使得外部的初级光学元件在其远端的区域中具有沿径向向外突出的边缘区段，使得保持装置具有用于完全装入保持装置中的初级光学元件的边缘区段的环绕的支承面，且边缘区段夹持在拉紧弹簧元件和支承面之间。

在本说明的上下文中，术语“近端”和“远端”用于从发光器件的视角看。初级光学组件的构件的紧密地布置在照明装置的发光器件(例如LED)上的区域或区段，称为近端区域或区段。同样地，初级光学组件的构件的远离照明装置的发光器件(例如LED)的区域或区段，称为远端区域或区段。

各个初级光学元件形成光导体，光导体使得由发光器件发出且经由光射入面耦合到光导体中的光在通过光导体直至光射出面的路径上成束。初级光学系统由形状稳定、但是可弹性变形的透明材料制成，例如由弹性体、尤其硅酮制成。具有多个弹性光导体的初级光学系统可借助在发光器件之前、尤其在多个矩阵状布置的LED之前的保持装置定位和固紧。

初级光学元件在其远端的区域中与紧邻的初级光学元件构造成一件。这意味着，各个光导体在其光射出面的区域中彼此连接。以这种方式获得唯一的能简单操作的初级光学系统，初级光学系统由形状稳固的但是可弹性变形的材料(例如硅酮)构成。由此，初级光学元件在远端的区域中具有一定的稳定性，因为初级光学元件在其射出面的区域中基于一件式的构造方式可支撑在彼此上。当然，初级光学元件在其远端的区域中也必须定位且固紧；但是无需一定使每个单独的初级光学元件在其远端上单独地定位和固紧。而是使其中一些初级光学元件、优选多个矩阵状并排布置且上下叠置的初级光学元件中的外部的初级光学元件在其远端的区域中定位和固紧在保持元件上就足够。然后其余的初级光学元件通过在初级光学阵列的外边缘上的固紧的远端同样被定位和固紧。

在本发明中，保持装置包括拉紧弹簧元件，拉紧弹簧元件使得初级光学元件在初级光学元件完全装入保持装置中时相对于保持装置固紧。拉紧弹簧元件优选由弹簧钢构成。初级光学阵列的沿径向向外突出的边缘夹持在保持装置的支承面和拉紧弹簧元件之间。对此，拉紧弹簧元件在初级光学阵列的两个相对侧上夹持外边缘就足够。在初级光学组件安装完成的状态下，拉紧弹簧元件的接触弹簧元件建立在初级光学元件和用于接地连接的发光器件载体之间的电连接。

长形的光导体的近端需要相对于发光器件以高精确度地定位和固紧。为此，在根据本发明的初级光学组件中设置保持装置。保持装置构造成，初级光学元件的近端以照明装置的初级光学元件的光射入面相对于发光器件的光射出面的偏差和间距在约0.06mm的范围中的精确性来定位和固定。

附图说明

下面根据附图详细阐述本发明的其他特征和优点。其中：

图1示出了根据本发明的依据一个优选实施方式的机动车照明装置；

图2示出了根据本发明的初级光学组件的透视图；

图3示出了图2中的初级光学组件的沿着剖切平面III-III的纵向剖视图；

图4示出了图3中的初级光学组件的放大的局部；以及

图5示出了初级光学元件和相应的保持元件的沿着在初级光学元件的近端区域中的剖切平面V-V的横截面。

具体实施方式

本发明的此处描述的特征也可单独地或以与此处所述且在附图中所示不同的彼此结合方式而包括在本发明中。本发明不限于此处描述的实施例。

在图1中示出了整体用附图标记1表示的根据本发明的机动车照明装置。在该示例中，照明装置1构造成前照灯；但是该照明装置也可构造成用于布置在机动车前部、后部或侧面上的机动车发光体。前照灯1具有壳体2，壳体优选由塑料制成。在光射出方向3上，前照灯壳体2具有光射出口4，光射出口借助透明的盖板5封闭。盖板5由玻璃或塑料构成。在盖板5上可至少局部地布置有光学作用的构型(例如棱镜或柱面透镜)，从而使穿透的光散射(所谓的散光透镜)。但是也可想到，盖板5没有这种光学作用的元件(所谓的透明的盘片)。

在前照灯壳体2的内部中布置有光模块6。光模块6可用于产生任意的前照灯功能或其中一部分。尤其光模块6可用于产生近光分布、远光分布、雾光分布或任意合适的光分布。此外，在壳体2中可布置另一光模块7。该光模块例如用于产生另一前照灯功能。但是也可想到，光模块6、7一起产生确定的前照灯功能。由此例如光模块7可产生具有相对较宽散射和水平的明暗界限的近光基础光分布。光模块6此时可产生近光聚光分布，该近光聚光分布相比于光模块7的近光基础光分布相对更加集中，且在上侧具有非对称的明暗界限。基础光分布和聚光分布的叠加产生传统的近光分布。但是可想到，在前照灯壳体2中除了光模块6、7之外还布置其他的光模块。此外，在前照灯壳体2中可布置仅一个光模块，例如光模块6而没有光模块7。

最后可能的是，在壳体2中还布置一个或多个发光模块，例如示出的发光模块8。发光模块8用于产生任意的发光功能，例如闪光灯、位置灯、日间行车灯等。

光模块6、7或发光模块8分别具有发光器件100(参见图3)，以便发出光。发光器件100例如可具有多个半导体光源(LED)102，半导体光源以矩阵形式彼此并排布置和/或上下叠置(所谓的LED阵列)。但是也可想到，使发光器件100具有至少一个半导体光源(LED)，至少一个半导体光源具有多个彼此并排布置和/或上下叠置的LED芯片。LED102可布置在共同的发光器件载体104上，发光器件载体例如构造成电路板(所谓的PCB)，该电路板不仅以机械方式承载LED102而且与其电接触。发光器件载体104可安装在冷却体106上，从而将在LED102工作期间产生的热排放到周围环境中(例如照明装置1的壳体2的内部空间中)。

此外，光模块6、7或发光模块8可具有根据本发明的初级光学组件10，例如在图2和图3中所示且下面将描述的那样，从而使得由发光器件100发出的光的至少一部分成束且以期望的方式成型。通过初级光学组件10成束的且成型的光束可直接用于产生照明装置1的期望的光分布。光束仅穿过盖板5，且如果存在的话通过布置在其上的光学作用构型进行散射。但是也可想到，通过初级光学组件成束且成型的光束首先穿过次级光学系统，次级光学系统例如构造成聚光透镜或构造成反射器，从而为了产生照明装置1的期望的光分布而将光束投影到机动车之前的路面上。

在图3中示出了初级光学组件10的整体以及在图4中示出了初级光学组件的局部。初级光学组件包括多个并排布置和/或上下叠置的初级光学元件12，这些初级光学元件在初级光学元件12的近端13上分别具有光射入面14且在初级光学元件12的远端15上具有光射出面16，以及具有从近端朝向远端逐渐增大的横截面。初级光学元件12具有纵向延伸部(在射入面14和射出面16之间的距离)，该距离明显大于初级光学元件12沿着纵向延伸部的任意横截面。初级光学元件12由形状固定的、但是可弹性变形的透明材料(例如弹性体、尤其硅酮)制成且借助保持装置20定位且固定在照明装置1的发光器件100或发光器件载体104上。保持装置20具有保持元件22以用于初级光学元件12在其近端13的区域中的以高精确度定位。

初级光学元件12优选在其远端15的区域中与紧邻的初级光学元件12构造成一件，使得各个初级光学元件的光射出面16彼此紧邻且彼此过渡到其中。因此，各个射出面16通过弯折部彼此划分开。但是也可想到，各个初级光学元件12的射出面16是所有初级光学元件12的共同的唯一光射出面的、仅简单用肉眼不可区分的、功能性的面元件，且未通过弯折部彼此划分开。

保持元件22构造成用于容纳和定位各个初级光学元件12的近端13。初级光学元件分别具有用于其中一个初级光学元件12的容纳和引导区域。容纳和引导区域具有纵向延伸部，该纵向延伸部基本平行于初级光学元件12的纵向延伸部伸延。保持元件22的容纳和引导区域具有侧向的引导面24，侧向的引导面从保持元件22的近端区段23朝保持元件22的远端区段25延伸。在保持元件22的相对的引导面24之间的距离从近端区段23朝远端区段25逐渐增加。

在保持元件22的远端区段25中在相对的引导面24之间的距离相应于保持元件22的用于初级光学元件12的引入口26的横截面。在保持元件22的近端区段23中在相对的引导面24之间的距离相应于保持元件22的用于初级光学元件12的定位孔28的横截面。保持装置20的保持元件22的引导面24构造成，使得在将初级光学元件12装入保持装置20中时，经由保持元件22的远端区段25，使初级光学元件12的近端13沿着引导面24在其上滑动，且引导面24将初级光学元件12的近端13引入保持元件22的近端区段23中。

根据图5可明显看出，保持元件22和初级光学元件12至少在保持元件22的近端区段23以及初级光学元件12的近端13的区域中看的共同的横截面中、尤其在定位孔28的区域中看的横截面中分别具有不同成型的横截面。在所示示例中，定位孔28具有圆形的或椭圆形的横截面，但是没有弯折部或棱边。与此相对，初级光学元件12在所示的横截面中具有多边形的形状，多边形的形状具有多个角部31，在该情况下为具有八个角部的八边形。但是多边形也可构造成任意不同的多角形。多边形优选不交叉，无需构造成等边、等角和/或规则的。重要的是，在横截面中，初级光学元件12的外周面具有多个角部，多个角部在外周上如此分布，使得初级光学元件12点状地置于引导面24上且保持在保持元件22中。在初级光学元件12的近端13的区域中，初级光学元件的外表面仅通过角部31贴靠在保持元件22的内周面或引导面24上，从而在横截面中形成点状的放置。可想到，角部31在多个不同的横截面平面中贴靠在保持元件22的引导面24上，从而经由不同的横截面、沿着初级光学元件12的纵向延伸部得到多条接触线，接触线包括角部或接触点31，其中，接触线沿着初级光学元件12的纵向延伸部伸延。

保持装置20具有拉紧弹簧元件30，在初级光学元件12完全地装入保持装置20中时该拉紧弹簧使得初级光学元件12相对于保持装置20固紧。在初级光学元件12在其远端15的区域中与紧邻的初级光学元件12构造成一件时，外部的初级光学元件12可在其远端15的区域中具有沿径向向外突出的边缘区段17。保持装置20具有在外部环绕保持元件22的支承面21，支承面用于初级光学元件12的完全地装入保持装置20中的边缘区段17。边缘区段17夹持在拉紧弹簧元件30和支承面21之间。对此，在保持装置20的相对侧上伸出两个弓形的夹紧元件32且在横截面为楔形的夹紧元件27之后卡入，所述楔形的夹紧元件在外部构造在保持装置20的两个相对侧上。

拉紧弹簧元件30由导电材料、尤其由钢制成且用于整个初级光学组件10的接地连接。尤其在初级光学组件10的安装完成的状态下拉紧弹簧元件30经由至少一个接触弹簧元件33建立初级光学元件12和发光器件载体104之间的电连接。接触弹簧元件33优选通过发光器件载体104的安装有光源102的那侧建立接地连接。此外，唯一的接触弹簧元件33就足够。发光器件载体104例如构造成电路板，在电路板上固定有半导体光源102且与其电接触。接触弹簧元件33优选与拉紧弹簧元件30构造成一件。然而，为了初级光学组件10在发光器件载体104上或在与其电连接的构件(例如冷却体)上的接地连接，也可使拉紧弹簧元件30具有单独的弓形件或簧片，其建立与发光器件载体104或与其电连接的构件的电接触。

保持装置20在与初级光学元件12或边缘区域17相交部位的区域中具有限定的向前隆起部(凹陷部21a具有的延伸部大于需要容纳的边缘区域17)，从而能够补偿在运行中出现的热膨胀效应。保持装置20具有销钉状的元件29，销钉状的元件在外部构造在保持装置20上，优选在外部构造在保持装置20的两个相对侧上。元件29优选是定位销，定位销用于将整个初级光学组件10固定在其余的光模块6、7上，例如通过发光器件载体104，借助粘结来固定。可替代地或额外地，销钉状的元件29也可为间隔元件，间隔元件使得整个初级光学组件10在安装在照明装置1的发光器件载体104上时保持与发光器件100有限定的距离。在保持装置20上的特殊的容纳部几何结构和定位孔29a使得能够借助安装机械手接收整个组件10且全自动地进行定位。

保持装置20优选由金属、特别由铝制成。保持装置在触变成型工艺(所谓的半固态压铸(SSM))中制造。对此涉及在金属加工中的变型工艺，该变型工艺结合了铸造和锻造的优点。将需要加工的金属加热直至固态和液态之间的转变温度。在该阈值上实现了触变状态。在触变状态下材料的粘性减小。由此，能够以很小的压力将橡皮泥状的金属非常精确地挤压成形。

发光器件100如所述地优选构造成LED矩阵。LED矩阵100具有多个矩阵状的并排布置且上下叠置的LED芯片102。初级光学系统具有多个矩阵状的并排布置且上下叠置的初级光学元件12。在所示的实施例中，为每个LED芯片102分配自身的初级光学元件12。由LED102发出的光大部分经由光射入面14耦合到初级光学元件12中。

具有呈LED矩阵形式的这种发光器件100以及具有矩阵状布置的初级光学元件12的前照灯1也称为矩阵前照灯，因为该矩阵前照灯产生具有多个并排布置和/或上下叠置的像素状或条纹状的部分光分布的合成的光分布。由一个LED102的光以及所属的初级光学元件12产生的各个部分光分布也称为像素。合成的光分布具有多个并排布置且上下叠置的像素。尤其在所示的实施例中，像素布置成三排以及多个列。通过LED芯片102与对应的初级光学元件12的共同作用、以及如果存在根据投影通过次级光学系统，产生光分布的每个像素。

通过有针对性地操控LED矩阵100的各个LED芯片102能够几乎任意地变化合成的光分布。由此例如可想到，暂时地关断在光分布的像素区域中探测到其他的交通参与者的LED芯片102，例如借助机动车中的检测驾驶员在机动车之前的视野的摄像机以及合适的计算设备以用于评估相机图像，以便探测车辆前方的其他交通参与者。以这种方式可连续地用远光灯行驶，其中，通过从光分布中局部地去除像素而防止对其他交通参与者造成炫目光(所谓的部分远光)。此外可想到，通过有针对性地接通各个LED芯片102从而引入在机动车之前的路面上探测的物体，以便产生在近光分布的明暗界限之上的一个或多个像素，由此能够有针对性地照射在路面之前探测到的物体(所谓的标记灯或标记光)。任何其他的自适应的光分布都可以通过有针对性地对LED102进行接通/关断、和/或调节明暗来实现。

Claims (13)

1.用于安装在机动车照明装置(1)中的初级光学组件(10)，所述初级光学组件(10)包括多个矩阵状并排布置和/或上下叠置的初级光学元件(12)，所述初级光学元件分别在初级光学元件(12)的近端(13)上具有光射入面(14)且在初级光学元件(12)的远端(15)上具有光射出面(16)以及具有从所述近端(13)朝向远端(15)逐渐增大的横截面，其中，横截面沿着初级光学元件(12)的纵向延伸部的走向小于射入面(14)和射出面(16)之间的距离，其中，所述初级光学元件(12)由形状固定的但是能弹性变形的透明材料制成且借助保持装置(20)定位且固定在所述照明装置(1)的发光器件(100)或发光器件载体(104)上，其中，所述保持装置(20)具有用于使初级光学元件(12)在其近端(13)的区域中定位的保持元件(22)，其特征在于，所述保持装置(20)具有拉紧弹簧元件(30)，所述拉紧弹簧元件使得所述初级光学元件(12)在初级光学元件(12)完全地装入保持装置(20)中时相对于所述保持装置(20)固紧，且所述初级光学元件(12)在其远端(15)的区域中与紧邻的初级光学元件(12)构造成一件，使得外部的初级光学元件(12)在其远端(15)的区域中具有沿径向向外突出的边缘区段(17)，使得所述保持装置(20)具有用于完全装入保持装置(20)中的初级光学元件(12)的边缘区段(17)的、环绕的支承面(21)，且所述边缘区段(17)夹持在所述拉紧弹簧元件(30)和所述支承面(21)之间。

2.根据权利要求1所述的初级光学组件(10)，其特征在于，所述初级光学元件(12)由硅酮制成。

3.根据权利要求1或2所述的初级光学组件(10)，其特征在于，所述保持装置(20)具有多个保持元件(22)，所述多个保持元件分别构造成用于容纳和定位各个初级光学元件(12)的近端(13)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的初级光学组件(10)，其特征在于，所述保持元件(22)和所述初级光学元件(12)至少在共同的横截面中在所述保持元件(22)的近端区段(23)和所述初级光学元件(12)的近端(13)的区域中看分别具有不同成型的横截面。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的初级光学组件(10)，其特征在于，所述保持元件(22)的容纳和引导区域具有侧向的引导面(24)，所述侧向的引导面从所述保持元件(22)的近端区段(23)朝保持元件(22)的远端区段(25)延伸，其中，在保持元件(22)的相对的引导面(24)之间的距离从所述近端区段(23)朝远端区段(25)逐渐增加，其中，在保持元件(22)的近端区段(23)中在相对的引导面(24)之间的距离相应于保持元件(22)的用于初级光学元件(12)的定位孔(28)的横截面，且其中，所述保持元件(22)和所述初级光学元件(12)至少在共同的横截面中在所述定位孔(28)的区域中看分别具有不同成型的横截面。

6.根据权利要求4或5所述的初级光学组件(10)，其特征在于，所述初级光学元件(12)在共同的横截面中在所述保持元件(22)的近端区段(23)和所述初级光学元件(12)的近端(13)的区域中看具有包括多个角部的多边形的形状。

7.根据权利要求6所述的初级光学组件(10)，其特征在于，在初级光学元件(12)完全地装入保持装置(20)中时，在共同的横截面中，在保持元件(22)的定位孔(28)的区域中看，所述初级光学元件(12)的近端(13)仅以其角部接触所述保持元件(22)的引导面(24)。

8.根据权利要求7所述的初级光学组件(10)，其特征在于，在初级光学元件(12)完全地装入保持装置(20)中时，在多个不同的共同横截面中，在保持元件(22)的近端区段(23)和所述初级光学元件(12)的近端(13)的区域中看，所述初级光学元件(12)的近端(13)仅以其角部接触所述保持元件(22)的引导面(24)，使得在初级光学元件(12)和保持元件(22)的引导面(24)之间形成接触线，所述接触线基本沿着所述初级光学元件(12)的纵向延伸部伸延。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的初级光学组件(10)，其特征在于，所述拉紧弹簧元件(30)由导电材料、尤其由钢制成，且用于整个初级光学组件(10)的接地连接。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的初级光学组件(10)，其特征在于，所述保持装置(20)具有侧向布置的销钉状的元件(29)，所述销钉状的元件用于将整个初级光学组件(10)固定在所述照明装置(1)的发光器件(100)上或发光器件载体(104)上。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的初级光学组件(10)，其特征在于，所述保持装置(20)由金属、尤其铝制成。

12.根据权利要求11所述的初级光学组件(10)，其特征在于，所述保持装置(20)在触变成型工艺中制造。

13.机动车照明装置(1)，尤其机动车前照灯，包括壳体(2)，所述壳体具有通过透明的盖板(5)封闭的光射出口(4)和布置在其中的光模块(6、7、8)，所述光模块具有用于发出光的发光器件(100)以及初级光学组件(10)，所述初级光学组件具有多个矩阵状并排布置和/或上下叠置的初级光学元件(12)以使发出的光的至少一部分成束，其特征在于，所述初级光学组件(10)根据权利要求1至12中任一项所述来构造。