CN110319418B - 具有微镜的用于机动车前照灯的光模块 - Google Patents

Abstract

提出用于机动车前照灯的光模块(10)，光模块具有光源(12)、初级光学系统(14)、微镜组件(16.4)和用于折射光的次级光学系统(18)，光源(12)、初级光学系统(14)、微镜组件(16.4)和次级光学系统(18)相对彼此布置成，使得从光源(12)发出且通过初级光学系统(14)指向微镜组件(16.4)的光(22)可通过微镜组件(16.4)反射到用于折射光的次级光学系统(18)上。光模块(10)的特征在于，其具有内部空间(26)，内部空间通过壳体前部(28)、中央的支撑元件(30)、DMD芯片(16)、第一电路板(20)、次级光学系统(18)以及通过防尘的压力平衡膜片(32)以防尘的方式限定。

Description

具有微镜的用于机动车前照灯的光模块

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的用于机动车前照灯的光模块。这种光模块由DE 198 22 142 C2得知并且具有光源、初级光学系统、微镜组件和次级光学系统，微镜的镜位置可控，次级光学系统具有至少一个次级光学透镜。光源、初级光学系统、微镜组件和次级光学系统相对彼此布置成，使得从光源发出且通过初级光学系统对准微镜组件的光可通过微镜组件反射到用于光折射的次级光学系统上。

背景技术

微镜组件是DMD芯片(digital mirror device数字微镜器件)的组成部分。这种DMD芯片可具有大量(大于一百万)的微镜。每个单个微镜对此例如仅8x8微米大。每个单个微镜的位置可在两个位置之间切换。在一个位置中，微镜将射入的光反射到次级光学系统上，且在另一位置中微镜将光例如反射到吸收器上。次级光学系统使微镜组件成像到光模块的在机动车前照灯中例如位于车道上的前部区域中。将光反射到次级光学系统上的微镜在由成像得到的光分布中呈现为亮的像素，而将光反射到吸收器上的微镜在光分布中中呈现为暗的像素。由此结果可以控制具有由多个像素以及由多个微镜预定的精度的光分布的形状，这例如实现摄像机可控的光分布，在其中，使其他的交通参与者炫目的区域可有针对性地变暗并且另外的区域，例如交通指示牌或行人可有针对性地被照亮，由此驾驶员可看见他们。

已经显示出，借助已知的光模块产生的光分布具有局部的暗处或单个微镜的不清楚的成像。

发明内容

本发明的目的是提供开头所述类型的光模块，光模块的光分布没有不利的暗处以及不清楚的成像。

该目的通过权利要求1的特征实现。根据本发明的光模块的特征在于，光模块具有防尘的内部空间并且光源、初级光学系统和微镜组件布置在防尘的内部空间中。

由此，本发明基于以下认知，即，局部不期望的暗处和单个微镜的不清楚的成像由灰尘颗粒产生，灰尘颗粒位于光的尤其在微镜组件和次级光学系统之间的光路中。灰尘颗粒的尺寸在0.1微米和100微米之间。光模块的典型结构体积为0.2mx0.2mx0.1m。已经显示出，较小的颗粒、例如0.5微米大小的颗粒使得由于不清楚的成像而发生光损耗，大于约10微米的颗粒必须完全地保持在光路之外。内部空间的灰尘自由度优选相应于保护等级IP6K2。优选在净化室中安装光模块的参与内部空间的防尘密封的构件。

优选的构造方案的特征在于，防尘的内部空间通过壳体前部、中央的支撑元件、DMD芯片、第一电路板、次级光学透镜以及通过防尘的压力平衡膜片围住。由此使用总归存在的用于密封的构件。

还优选地，壳体前部在壳体前部的面对第一电路板的部分中具有壳体窗口，壳体窗口通过第一电路板防尘地遮盖。该构造方案实现第一电路板的电接触，该第一电路板除了其遮盖壳体窗口的表面区域之外完全地位于防尘的内部空间中，而电路板或线缆束无需穿过密封面(即，穿过密封部所在的面)。

还优选地，壳体前部具有光射出孔，光射出孔被次级光学透镜以防尘的方式遮盖。防尘的内部空间必须强制性地具有透明的窗口，光通过透明的窗口可从内部空间中出来。次级光学透镜对该功能的应用无需使用额外的窗口，这避免了光损耗并且降低了复杂度和构件数量。

另一优选的构造方案的特征在于，壳体前部具有压力平衡孔，压力平衡孔通过防尘的压力平衡膜片遮盖，其中，压力平衡膜片是透气的。该构造方案使得尽管由于防尘密封而难以在内部空间和其周围环境之间交换粒子但是实现压力平衡。

还优选地，中央的支撑元件具有支撑元件窗口，支撑元件窗口的开口通过承载微镜组件的DMD芯片遮盖。该特征允许承载微镜的前侧布置在防尘的外部空间中，而通过完全位于内部空间之外的第二电路板可进行电接触。

还优选地，DMD芯片布置在中央的支撑元件的背离内部空间的后侧上，其中，微镜组件布置在支撑元件窗口的开口之前。由此DMD芯片本身用于密封，这降低了构造的复杂度。

另一优选的构造方案的特征在于，中央的支撑元件具有内部空间侧的法兰区域，内部空间侧的法兰区域沿着闭合的空间曲线伸延，壳体前部具有壳体法兰区域，壳体法兰区域的形状是中央的支撑元件的法兰区域的形状的相反部，从而两个法兰区域在壳体前部与中央的支撑元件接合在一起时沿着法兰区域的空间曲线的整个长度面式地接触或相应地面式接触在他们之间的密封部。

还优选地，密封部在壳体窗口的边缘的整个长度上位于壳体窗口的内部空间侧的边缘上。

还优选地，壳体前部由塑料构成，并且密封部和模制在壳体前部的法兰区域上的密封唇由密封材料构成。

其他的优点由下面的描述、附图和从属权利要求中得出。应理解，前述以及后面还将阐述的特征不仅可以相应给出的组合、而且也可以不同的组合或单独来应用，而没有离开本发明的范围。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在下面的描述中详细阐述。

对此相应地以示意性的方式示出：

图1示出了根据本发明的光模块的实施例的与光模块的光学轴线平行的剖视图；

图2示出了DMD芯片；

图3示出了具有电路板窗口的第二电路板；

图4示出了中央的支撑元件的后侧在安装DMD芯片之前的斜视图；

图5示出了中央的支撑元件的前侧的俯视图，具有第一电路板、支撑元件窗口和中央的支撑元件的内部空间侧的法兰区域；

图6示出了与图5中的中央的支撑元件互补的壳体前部件；

图7示出了固定件，固定件用于将次级光学透镜保持在壳体前部件中；

图8示出了具有内部密封区域的壳体前部件的前视图；以及

图9示出了具有装入的次级光学透镜的固定件。

具体实施方式

对此，不同附图中的相同附图标记相应表示相同元件或至少在其功能方面类似的元件。

具体地，图1示出了根据本发明的机动车前照灯的光模块10的实施例的剖视图。光模块具有光源12、初级光学系统14、DMD芯片16和次级光学系统18。光源12是半导体光源，其布置在第一电路板20上并且光22朝初级光学系统14的方向照射。初级光学系统14具有用于光折射的部分14.1和反射器14.2。用于光折射的部分14.1被光源12照射并且将光22指向反射器14.2。反射器14.2使从用于光折射的部分14.1射入的光22偏转到DMD芯片16的前侧16.1的用于镜反射的面上，其中，用于镜反射的面由多个微镜构成。对此重要的是，初级光学系统使光源的光指向DMD芯片。这具体如何呈现以及这具体借助哪些光学元件呈现对于本发明不重要。

微镜的摆动位置可个别地针对每个微镜或至少针对一部分微镜在第一摆动位置和第二摆动位置之间切换。位于第一摆动位置中的每个微镜使从初级光学系统14射到其上的光偏转到次级光学系统18上。位于第二摆动位置中的每个微镜使从初级光学系统14射到其上的光22如此偏转，使得光22.1没有射到次级光学系统18上。光22.1例如转向到吸收器24上并且在此被吸收，从而不会产生干扰的光效果。

次级光学系统18使从DMD芯片16射到其上的光22对准光模块10的前部区域中。在光模块的正常应用中通过该光22照亮位于机动车之前的车道。次级光学系统18具有由透明的塑料或玻璃构成的次级光学透镜18。次级光学系统18也可具有多个透镜，例如由消色差透镜和用于成像的透镜构成的组件。

在根据本发明的光模块10中，光22从光源12直至其穿过次级光学系统18从次级光学系统18出来的路径完全位于防尘的密封的内部空间26中。该内部空间26由壳体前部28、中央的支撑元件30、DMD芯片16、第一电路板20、次级光学系统18和防尘的压力平衡膜片32限定。

中央的支撑元件30具有面对内部空间26的前侧30.1和后侧30.2。中央的支撑元件30具有光源和初级光学系统侧的第一部分区域30.3和DMD芯片侧的第二部分区域30.4。两个部分区域30.3和30.4在空间上彼此分开，但是材料连接地相关联并且共同形成一件式的中央的支撑元件30。两个部分区域30.3和30.4包围大于90°、但是小于180°的角。中央的支撑元件30优选由金属构成并且也用作冷却体，冷却体吸收在光源12中放出的热量并且释放到光模块10的周围。

第一电路板20牢固地与中央的支撑元件30在其第一部分区域30.3中的前侧30.1连接。该连接例如是螺旋连接和/或粘接。第一电路板20的前侧20.1承载实现为半导体光源的光源12和初级光学系统14。第一电路板20的后侧20.2面对中央的支撑元件30的前侧30.1。在横向于第一电路板20的前侧20.1以及后侧20.2指向的方向上，中央的支撑元件30伸出到第一电路板20上。该方向在下面也称为侧向方向34。在图1中给出了侧向方向34的示例。其他的侧向方向垂直于绘图平面。中央的支撑元件30的前侧30.1的侧向突出的边缘形成中央的支撑元件30的内部空间侧的法兰区域30.5的一部分。

中央的支撑元件30的第二部分区域30.4具有支撑元件窗口35。环绕支撑元件窗口35的窗口边缘区域在中央的支撑元件30的后侧30.2上形成窗口法兰区域36。DMD芯片16如此布置在中央的支撑元件30在其第二部分区域30.4中的后侧30.2上，使得DMD芯片遮盖支撑元件窗口35。

如图2所示，DMD芯片16具有呈前侧16.1和后侧形式的两个宽侧，其中，前侧和后侧通过位于其间的侧面窄侧16.3彼此分开。对此，其承载微镜16.4的前侧16.1面对支撑元件窗口35以及内部空间26。DMD芯片16的前侧16.1具有中央的芯片区域，微镜16.4布置在该芯片区域中，并且芯片区域具有以闭合曲线环绕中央的芯片区域的法兰区域16.5，没有微镜16.4布置在该法兰区域中。微镜的数量例如约为1.3百万个，其布置成具有1152列和1152行的矩阵。这种DMD芯片(digital mirror device数字微镜器件)例如由德州仪器公司制造和销售。

图1和图2彼此结合地示出了，DMD芯片16总体上如此布置，使得两个法兰区域36和16.5彼此相对而置。呈面密封形式的DMD芯片密封部38位于两个法兰区域36和16.5之间，DMD芯片密封部通过法兰区域36和16.5以将该法兰区域压向彼此的按压力保持并且以闭合的曲线环绕支撑元件窗口35。

图2也示出了，DMD芯片16布置在第二电路板40的底座40.1中并且保持在其中。对此，DMD芯片16在底座中的机械保持经由侧向窄侧16.3实现并且必要时额外地经由DMD芯片16的后侧的部件实现，电接触同样经由侧向窄侧16.3和/或经由DMD芯片16的后侧实现。

第二电路板40牢固地与中央的支撑元件30的第二部分区域30.4连接。该连接优选作为粘接实现。在图1中，这通过第二电路板40被中央的支撑元件的螺旋套30.6接触来呈现。但是对此，第二电路板40没有施加垂直于第二电路板40的面以及DMD芯片16的前侧16.1作用的按压力。但是第二电路板40以其底座沿与DMD芯片16的前侧16.1和第二电路板40相切的方向牢固保持DMD芯片16。第二电路板40完全位于密封的内部空间26之外。DMD芯片16的后侧的中央区域用作接口，接口用于从DMD芯片16导走热量并因此没有电连接端。

图3示意性地示出了具有电路板窗口42的第二电路板40的俯视图。电路板窗口42的开口在安装完成的状态下与DMD芯片16的后侧的没有电连接端的中央区域相对而置。

图4示出了在安装DMD芯片16之前中央的支撑元件30的后侧30.2的斜视图。中央的支撑元件30在其后侧30.2上具有以闭合的曲线环绕支撑元件窗口35的外部法兰区域，外部法兰区域在图4中被DMD芯片密封部38遮盖。DMD芯片密封部38的轮廓相应于外部法兰区域和支撑元件窗口35的轮廓。图4也示出了螺旋套30.6，借助螺旋套使DMD芯片16通过额外的构件压到DMD芯片密封部38上。由此确保密封效果，并且附加地使DMD芯片16固紧在其最终位置中。

图1示出了如何通过弹性元件44产生垂直于DMD芯片16的前侧16.1和后侧作用的按压力以及借助冲头46穿过在图3中示出的电路板窗口42施加到DMD芯片16的后侧的中央部分上。

弹性元件44相对于冲头46具有一个近端区域44.1和两个远端44.2。远端44.2与中央的支撑元件30、尤其与其第二部分区域30.4刚性连接。近端区域44.1与冲头46的第一端部46.1形状配合连接。冲头46.1的第二端部46.2在预紧下贴靠在DMD芯片16的后侧上。对此，该预紧相应于弹性元件44的复位力，在组装光模块10时通过弹性元件44的弹性变形产生复位力。

螺旋套30.6优选还用于使弹性元件44的远端44.2固定在中央的支撑元件30上。总体上，DMD芯片16以其宽侧相切地通过底座40.1以及通过第二电路板42保持。在垂直于DMD芯片16的宽侧的方向上，DMD芯片16以夹紧的方式保持在受弹簧加载的冲头46和外部法兰区域之间，DMD芯片在中央的支撑元件30的后侧30.2上以闭合的曲线环绕支撑元件窗口35。对此，由弹性元件44产生的按压力也同时施加到DMD芯片密封部38上，这由此有助于内部空间26的防尘密封。

图5示意性地示出了中央的支撑元件30的前侧30.1的俯视图，其具有第一电路板20、支撑元件窗口35和中央的支撑元件30的内部空间侧的法兰区域30.5，内部空间侧的法兰区域具有闭合曲线的形状。在图1示出的两个部分区域30.3和30.4彼此包围的角度大于90°且小于180°的实施例中，该曲线不在一个平面中。但是根据构造方案，该曲线也可在一个平面中伸延。在任何情况下该曲线都形成在空间中伸延的且因此空间上的曲线。在第一电路板20上可放置面密封部或法兰加强部50，其在与壳体前部28组装的状态下围绕壳体前部的壳体窗口38走向。

图6示出了与图5中的中央的支撑元件30互补的壳体前部28。对此尤其可看见与光模块10的内部空间26面对的具有壳体法兰区域28.1的壳体前部28的内侧。壳体前部28具有壳体法兰区域28.1，其形状是中央的支撑元件30的法兰区域30.5的形状的相反部，使得在接合壳体前部28与中央的支撑元件30时两个法兰区域28.1、30.5沿着法兰区域30.5的空间曲线的整个长度面式接触或相应面式地接触在其之间的密封部。在壳体法兰区域28.1上在其整个长度上放置密封部52。密封部54在壳体窗口48的边缘的长度上放置在边缘上。

密封部52和54优选是由密封材料构成的密封唇，密封材料被模制到优选由塑料构成的壳体前部28上。密封材料例如是可塑性变形的塑料，例如硅酮。硅酮具有的优点是，其在组装之前可被完全加热，这避免之后通过沉积蒸发的密封材料而损害光模块10的光学面。在组装光模块10时密封部52被挤压在法兰区域28.1和30.5之间，并且密封部54被挤压在一侧上的法兰加强部50或第一电路板20和在另一侧上的壳体窗口48的边缘之间。

投影模块10优选具有螺旋连接件，借助螺旋连接件将法兰区域30.5和28.1挤压到彼此上。在接合的状态下，壳体前部28和中央的支撑元件30包围内部空间26。

如图1示出地，对此至少第一电路板20的与中央的支撑元件30的内部空间侧的前侧30.1面对的后侧20.2位于内部空间26中。第一电路板20的承载光源12和初级光学系统14的前侧20.1面对壳体前部28。壳体前部28在壳体前部20的面对第一电路板20的部分中具有壳体窗口48。壳体窗口使得布置在光模块10的防尘密封的内部空间26中的电部件、尤其光源12能够与从外部引来的线缆束29电连接。

对此，壳体窗口48的边缘在其面对第一电路板20的一侧上具有壳体窗口法兰，壳体窗口法兰在其整个长度上面式地接触第一电路板20或壳体窗口法兰至少在其整个长度上面式地接触环绕窗口的开口的密封部54，密封部本身在其整个长度上面式地接触第一电路板20。由此第一电路板20防尘地遮盖壳体窗口48。

对此，壳体前部的形状如此与第一电路板20在中央的支撑元件30上的位置协调，使得在壳体法兰区域28.1和中央的支撑元件30的内部空间侧的法兰区域30.5之间还有小的间距时，实现在第一电路板20和壳体窗口法兰之间或在第一电路板20、密封部54和壳体窗口法兰之间的接触。由此，在进一步接合且使壳体前侧28固定在中央的支撑元件30上时获得在壳体窗口法兰和第一电路板20之间或壳体窗口法兰、密封部54和第一电路板之间的用于密封的按压力。由此密封部52和54位于相对彼此错开的密封平面中。第一电路板20的围绕第一电路板20的宽侧伸延的窄侧的整个长度都位于内部空间26之内。由此电接触部无需在一个密封平面中伸延，这改进了密封部的可靠性。

如图6示出地，壳体前部28具有光射出孔56。壳体前部的环绕光射出开口56的有效宽度的边缘构造成壳体前部28的内部的密封区域58。在优选的构造方案中，内部的密封区域58同样设有密封材料。

图7示出了固定件60，固定件用于使次级光学透镜保持在壳体前部28中。固定件60具有外部的密封区域62，外部的密封区域的形状是壳体前部38的内部的密封区域58的相反部。在固定件60中的开口64和环绕该开口64的边缘具有与次级光学透镜的边缘区域的形状相应的形状，固定件60使次级光学透镜形状配合连接地容纳在开口64中。固定件60的环绕固定件的开口64的内部边缘构造成内部的密封区域65。在优选的构造方式中，内部的密封区域65同样设有密封材料。

图8示出了壳体前部28及其内部的密封区域58的前视图。固定件60在组装时从前方以及反向于光射出方向装入壳体前部28的光射出孔56中并且固定在壳体前部28上。例如借助螺旋连接部进行固定。在壳体前侧28中的另一开口68通过防尘的、但是气体可透过的且水蒸气可透过的压力平衡膜片70遮盖，压力平衡膜片实现了在密封的内部空间26和光模块10的周围环境之间的压力平衡。

图9示出了固定件60以及装入的次级光学透镜18.1和壳体前部28。次级光学透镜18.1遮盖固定件60的留有的开口64，并且固定件60和次级光学透镜18.1的连接借助固定件60的内部的密封区域65的密封材料进行密封。

固定件60通过沿径向伸入开口64中的凸缘形状配合连接地确定次级光学透镜18.1在次级光学系统18的光学轴线的一个方向上的位置(参见图7)。

在附图中未示出的透镜支架通过形状配合连接检测次级光学透镜18.1的前部边缘并且形状配合连接地确定次级光学透镜18.1在光学轴线的另一方向上的位置且同时将指向内部空间26的按压力施加到次级光学透镜18.1上以及位于次级光学透镜18.1和固定件60的内部的密封区域65之间的密封材料上。透镜支架优选固定在中央的支撑元件30上。这例如可通过螺旋连接部实现。

Claims (8)

1.用于机动车前照灯的光模块(10)，所述光模块具有光源(12)、初级光学系统(14)、微镜组件(16.4)和次级光学系统(18)，所述微镜组件的镜位置能控制，所述次级光学系统具有至少一个次级光学透镜(18.1)，其中，所述光源(12)、所述初级光学系统(14)、所述微镜组件(16.4)和所述次级光学系统(18)相对彼此布置成，使得从所述光源(12)发出且通过所述初级光学系统(14)指向所述微镜组件(16.4)的光(22)能通过所述微镜组件(16.4)反射到用于折射光的次级光学系统(18)上，其特征在于，所述光模块(10)具有防尘的内部空间(26)，且所述光源(12)、所述初级光学系统(14)和所述微镜组件(16.4)布置在防尘的内部空间(26)中，所述防尘的内部空间(26)通过壳体前部(28)、中央的支撑元件(30)、DMD芯片(16)、第一电路板(20)、次级光学透镜(18.1)以及通过防尘的压力平衡膜片(32)围住，其中，所述中央的支撑元件(30)具有内部空间侧的法兰区域(30.5)，所述内部空间侧的法兰区域沿着闭合的空间曲线伸延，并且所述壳体前部(28)具有壳体法兰区域(28.1)，所述壳体法兰区域的形状是所述中央的支撑元件(30)的法兰区域(30.5)的形状的相反部，从而两个法兰区域(28.1、30.5)在壳体前部(28)与所述中央的支撑元件(30)接合在一起时沿着所述法兰区域(30.5)的空间曲线的整个长度面式地接触或相应地面式接触在它们之间的密封部(52)。

2.根据权利要求1所述的光模块(10)，其特征在于，所述壳体前部(28)在所述壳体前部(28)的面对所述第一电路板(20)的部分中具有壳体窗口(48)，所述壳体窗口通过所述第一电路板(20)防尘地遮盖。

3.根据权利要求1或2所述的光模块(10)，其特征在于，所述壳体前部(28)具有光射出孔(56)，所述光射出孔被所述次级光学透镜(18.1)以防尘的方式遮盖。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光模块(10)，其特征在于，所述壳体前部(28)具有压力平衡孔(31)，所述压力平衡孔通过防尘的压力平衡膜片(32)遮盖，其中，所述压力平衡膜片(32)是透气的。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的光模块(10)，其特征在于，所述中央的支撑元件(30)具有支撑元件窗口(35)，所述支撑元件窗口的开口通过承载所述微镜组件(16.4)的DMD芯片(16)遮盖。

6.根据权利要求5所述的光模块(10)，其特征在于，所述DMD芯片(16)布置在所述中央的支撑元件(30)的背离所述内部空间(26)的后侧(30.2)上，其中，所述微镜组件(16.4)布置在所述支撑元件窗口(35)的开口之前。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的光模块(10)，其特征在于，密封部(54)在所述壳体窗口(48)的边缘的整个长度上位于所述壳体窗口(48)的内部空间侧的边缘上。

8.根据权利要求7所述的光模块(10)，其特征在于，所述壳体前部(28)由塑料构成，并且所述密封部(52)和模制在所述壳体前部(28)的法兰区域上的密封唇由密封材料构成。

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