CN111656861B - 线路装置、照明装置以及车辆探照灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种线路装置（1），该线路装置包括：电路板（2）；与所述电路板（2）相连接的至少一个微镜结构元件（3），用于对对准该微镜结构元件（3）的光束进行调制；以及与所述至少一个微镜结构元件（3）热连接的散热体；以及电流调节单元（5），其中所述微镜结构元件（3）具有借助于所述电流调节单元（5）能控制的加热元件（3a），其中所述电流调节单元（5）为了操控所述加热元件（3a）而与其电连接，其中所述电流调节单元（5）此外通过与所述散热体（4）的热连接与所述微镜结构元件（3）相连接，以用于传导在所述电流调节单元（5）上产生的损耗热。

Description

线路装置、照明装置以及车辆探照灯
技术领域
本发明涉及一种线路装置，该线路装置包括：电路板；至少一个与所述电路板相连接的微镜结构元件，该微镜结构元件用于对光源的照射到该微镜结构元件上的光束进行调制；以及与所述至少一个微镜结构元件热连接的散热体；以及电流调节单元，其中为所述微镜结构元件分配了借助于所述电流调节单元能够控制的加热元件，该加热元件与所述微镜构件热连接。
术语“调制”在这方面是指一种方法，其中能够通过对于微镜结构元件的有针对性的操控来使光偏转，其中比如通过在所述微镜结构元件的微镜的一种状态中将光束通过后置的成像光学器件来投影到车行道上，并且在另一种状态中所述光束已经事先被吸收。通过所述状态的间隙性的变换，由此不仅能够改变光分布而且能够改变强度。
此外，本发明涉及一种具有按本发明的线路装置的照明装置以及一种具有按本发明的照明装置的车辆探照灯。
背景技术
已经知道，作为用于探照灯系统的光处理元件而使用成像器，所述成像器具有大量能操控的像素区。因此，DE102013215374A1说明了以下解决方案，在所述解决方案中光源的光通过所谓的“锥形物”、锥形的光导元件来引导给LCD成像器、LCoS芯片或者微镜装置（“DMD”），以用于而后通过投影光学器件来投影到车行道上。
DMD是用于“Digital Micromirror Device（数字微镜设备）”的首字母缩略词，由此代表着微镜阵列或者微镜矩阵。这样的微镜阵列具有很小的、典型地处于10mm的数量级中的尺寸。
对于DMD来说，微镜执行器矩阵状地布置，其中每个单个的镜元件能够比如通过电磁的或者压电的执行器来倾斜特定的角度、比如20°。微镜的最终位置在本说明书中被称为接通状态或者切断状态，其中接通状态意味着，光由微镜经过成像光学器件到达道路上，而在切断状态中光则比如被引导到吸收器上。基于微镜阵列的探照灯比如在DE 195 30 008A1中得到了描述。
微镜结构元件通常具有以下温度工作范围，所述温度工作范围在没有额外的措施的情况下在车辆探照灯应用情况中在正常运行中可能离开允许的运行温度范围，其中在这种情况下会出现故障或者间接损害。为了将所述工作范围限制到允许的运行温度范围，在按照应用可能经受环境温度的高的波动宽度的车辆探照灯应用情况中，规定将微镜结构元件与散热体连接起来。由此能够保证，在出现高的环境温度的情况下在微镜结构元件上产生的损耗热不会导致不允许的高的构件温度。
而对于低于比如0℃的温度来说，散热体的设置则可能产生负面影响，因为微镜结构元件的所规定的运行温度同样具有温度下限，对于0℃以及更低的环境温度来说可能低于所述温度下限，因为由此要与在这种情况中不受欢迎的低的环境温度相适应。因此，为了在环境温度低的情况下防止低于允许的运行温度的情况，所述微镜结构元件具有加热元件，该加热元件与所述构件热连接或者优选被集成到所述构件中。因为所述散热体抑制对于微镜结构元件的加热，所以需要可观的功率来给微镜结构元件加温。另外，尤其DMD芯片中的典型地集成的加热元件的绕组电阻非常强烈地取决于温度，因此设置了用于对加热元件进行操控或者用于对加热功率进行控制的电流调节单元。在这个电流调节单元上，按照由电压降USR和电流IHeater（参见图4）构成的乘积产生损耗，所述损耗非常强烈地取决于加热元件的温度。
所述电流调节单元上的损耗功率有时可能达到与DMD加热元件（PHEATER）的功率相类似的值。在此，需要高达比如40W的水平的加热功率，以用于对微镜结构元件进行足够地加温。因此，在所述电流调节单元上可能产生比如40W的水平的损耗。
发明内容
因此，本发明的任务是，降低线路装置的损耗功率并且优化微镜结构元件的运行。该任务用开头所提到的类型的线路装置来解决，对于该线路装置来说按照本发明所述用于对加热元件进行操控的电流调节单元与所述加热元件电连接，其中此外所述电流调节单元通过与散热体的热连接来与微镜结构元件相连接，以用于传导在电流调节单元上产生的损耗热。由此，可能的是，将在电流调节单元中产生的损耗功率用于对微镜结构元件进行加热，由此能够降低应该在微镜结构元件的加热元件中实现的加热功率。总系统的效率由此得到提高，因为在总体上需要较少的能量，以用于将微镜结构元件置于允许的温度范围内。此外，这种效率改进能够将印制导线以及给印制导线供电的电缆束——尤其是柔性连接——相应地设计得尺寸更细。所述光源优选是一个或者多个LED光源。
所述加热元件比如能够被构造为加热绕组。所述微镜结构元件比如能够是DMD芯片（digital mirror device），其中所述微镜结构元件优选如此被构造并且能够操控，使得大量镜具能够个性化地操控到被接通的和被切断的状态中，以用于由此产生所期望的光分布模式，所述光分布模式通过投影光学器件被投影到车行道上。
所述微镜结构元件也能够被称为射束偏转单元。DMD芯片比如能够被构造为基于DLP的光模块，其中这样的模块比如可以从“Texas Instruments（德州仪器）”这家企业购得。
优选能够规定，所述电路板具有开口，导热元件通过该开口从微镜结构元件朝散热体延伸，以用于进行热传导。所述导热元件与微镜结构元件和散热体热连接。尤其能够规定，所述导热元件被集成到散热体中或者与所述散热体构造成一体。在导热元件与微镜结构元件之间，为了优化热传导而优选布置有导热膏或者导热胶。所述电路板比如能够是双面装配的FR4电路板。这样的板能够成本低廉地制造，不过具有差的导热性。
为了在车辆探照灯的内部固定并且参照所述微镜结构元件，比如能够规定，所述线路装置此外包括能够与车辆探照灯壳体相连接的支承架，其中所述电路板布置在散热体与支承架之间。尤其能够规定，所述支承架具有用于固定微镜结构元件相对于该支承架的位置的定位器件。
尤其能够规定，所述加热元件被集成到微镜构件中。通过这种方式，能够特别有效地将热能传导到微镜上。
比如能够规定，所述电流调节单元布置在电路板的朝向散热体的一面上。在这种情况下，所述散热体能够直接——比如通过其外壳体——与电流调节单元相接触。根据所述外壳体的导热性，这种布置能够是特别有利的。
作为替代方案，能够规定，所述电流调节单元布置在电路板的背向散热体的一面上。由此，比如能够使用单面装配的电路板。此外，能够规定，所述电流调节单元通过至少一个穿过电路板延伸的导热器件、尤其是导热的通孔（Vias）与散热体热连接。由此，能够使所述电流调节单元有效地与微镜结构元件热接触。“通孔”是指所谓的“垂直连通的通道”、也就是穿过电路板来延伸的连接。这种布置具有以下特殊优点，即：所述电流调节单元的冷却或者到散热体上的热传导典型地特别有效地通过所述电流调节单元的下侧面来进行，因为所述电流调节单元配备有相应的金属触头并且与电路板相连接，所述金属触头延伸到电流调节单元的内部中并且由此有效地将热引导至下侧面。
在此，尤其能够规定，所述散热体与支承架如此连接，使得所述电路板能够通过散热体固定在其相对于支承架的位置中，由此能够将所述微镜构件固定在其相对于与支承架相连接的车辆探照灯壳体及被接纳在其中的组件的位置中。为了使所述线路装置在车辆探照灯内部的安装和最终定位变得容易，能够规定，所述散热体借助于螺纹连接与支承架相连接，其中所述散热体能够沿着螺纹连接来移动并且设置了弹簧元件，借助于所述弹簧元件将所述散热体朝支承架的方向挤压。
尤其能够规定，所述电流调节单元是线性调节的电流调节单元、尤其是线性电源。与脉冲激励的电流调节单元相比，这些电流调节单元受到线性调节并且能够成本低廉地制造。线性调节的电流调节单元具有比脉冲激励的调节单元高的损耗功率，不过所述高的损耗功率能够在本发明的意义上有利地加以利用，从而能够充分地利用合算的线性的电流调节单元的成本节省潜力。作为线性的恒流电源，比如可以考虑具有J-FET的恒流电源、具有双极晶体管的恒流电源、具有运算放大器（OPV）和晶体管的恒流电源、作为恒流电源的电流镜或者具有线性调节器的恒流电源。
尤其能够规定，所述线路装置的所有电子构件是SMD构件（也就是surfacemounted devices）。
此外，能够规定，在所述电路板上设置了至少一个用于接纳至少一个微镜结构元件的基座。通过这种方式，原则上能够在探照灯装配的任意时刻来安装或者比如更换微镜结构元件。
此外，能够规定，相对于微镜结构元件以最大3cm的间距来布置所述电流调节单元。
此外，本发明涉及一种照明装置，该照明装置包括按本发明的线路装置、光源以及至少一个成像光学器件，为了由照明元件辐射出的光成像至能预先给定的光分布，其中所述光源、微镜结构元件和成像光学器件如此布置，使得通过所述光源辐射出的光能够通过微镜结构元件朝成像光学器件偏转。
此外，本发明涉及一种车辆探照灯、尤其是机动车探照灯，其包括根据前述权利要求中任一项所述的照明装置。
此外，本发明涉及一种车辆，该车辆包括按本发明的车辆探照灯、尤其是机动车探照灯。
附图说明
下面借助于示范性的并且无限制性的实施方式对本发明进行详细解释，所述实施方式在附图中得到图解。其中：
图1示出了按照现有技术的线路装置的示意图；
图2示出了按本发明的线路装置的第一种实施方式的示意图；
图3示出了按本发明的线路装置的第二种实施方式的示意图；并且
图4示出了由电流调节单元和微投影元件的加热元件构成的电路的等效线路图。
在以下附图中，只要未作其他说明，相同的附图标记就表示相同的特征。
具体实施方式
图1示出了按照现有技术的线路装置1’的示意图。所述线路装置1’在其中包括电路板2’、至少一个与电路板2’相连接的准微镜结构元件3’以及电流调节单元5’，其中所述微镜结构元件3’用于使对准它的光束偏转。所述微镜结构元件3’具有能够借助于电流调节单元5’来控制的所集成的加热元件3a’。所述电流调节单元5’布置在电路板2’上，其中没有设置用于与微镜结构元件3’进行热连接的结构元件。所述电流调节单元5’上的损耗热因此未得到利用。
图2示出了按本发明的线路装置1的第一种实施方式的示意图。与图1相类似，所述按本发明的线路装置1包括电路板2和至少一个与电路板2相连接的微镜结构元件3，该微镜结构元件3用于对对准它的光束进行调制。此外，所述线路装置1包括与至少一个微镜结构元件3热连接的散热体4以及电流调节单元5。所述微镜结构元件3具有能够借助于电流调节单元5来控制的所集成的加热元件3a。
与按照现有技术的线路装置1’相比，对于所述线路装置1来说，按照本发明，所述与加热元件3a电连接的电流调节单元5通过与散热体4的热连接来与微镜结构元件3热连接，以用于传导在电流调节单元5上产生的损耗热。为此目的，在本实施例中，所述电路板2具有开口2a，导热元件4a通过所述开口从微镜结构元件3朝散热体4延伸，以用于进行热传导。在本实施例中，所述导热元件4a与所述散热体4被构造成一体。在散热体4与电路板2之间，为了改进热传导而能够布置导热材料10（比如导热膏）。尤其能够规定，这种导热材料10（比如Bergquist公司的填缝剂GF1500）专门被设计用于在较大间距范围内（在毫米范围内）进行传导，其中所述材料布置在电路板2与电流调节单元5之间的区域中。这种材料同样能够布置在微镜构件3与导热元件4a之间。作为替代方案，能够设置传统的导热膏或者导热胶。
此外，所述线路装置1包括能够与车辆探照灯壳体（在附图中未示出）相连接的支承架6，其中所述电路板2布置在散热体与支承架6之间。所述支承架6包括被构造为凸起的定位器件6a，所述定位器件用于固定微镜结构元件3相对于支承架6的位置。
所述线路装置1的电子结构元件不仅布置在电路板2的朝向支承架6的一面上而且布置在背向支承架的一面上，其中所述电流调节单元5通过至少一个穿过电路板2来延伸的导热器件2b、尤其是导热通孔与散热体4热连接。
所述散热体4与支承架6如此连接，使得所述电路板2能够通过散热体4固定在其相对于支承架6的位置中。这在本实施例中得到实现，方法是：所述散热体4与支承架6借助于螺纹连接7来连接，其中所述散热体4能够沿着螺纹连接7来移动并且设置了弹簧元件8，借助于所述弹簧元件将所述散热体4朝支承架6的方向挤压。
在所述电路板2上布置有基座9，该基座被设置用于接纳微镜结构元件3并且通过该基座使所述微镜结构元件3与电路板2电连接。
为了尽可能完全地并且快速地将在所述电流调节单元5上产生的损耗热传导给微镜结构元件3，能够规定，微镜结构元件3与电流调节单元之间（从元件的中心朝通过电路板2撑开的平面的方向测量的）间距最大为3cm。
此外，本发明涉及一种在附图中未详细示出的照明装置，该照明装置包括按本发明的线路装置1、光源以及至少一个成像光学器件（所述光源和成像光学器件在附图中未未出），所述成像光学器件用于使由照明元件辐射出的光成像至能预先给定的光分布，其中所述光源和微镜结构元件如此布置，使得通过所述光源辐射的光能够通过微镜结构元件引导至成像光学器件、尤其是投影装置（透镜）。此外，本发明涉及一种包括按本发明的照明装置的车辆探照灯、尤其是机动车探照灯以及一种包括按本发明的车辆探照灯、尤其是机动车探照灯的车辆。
图3示出了按本发明的线路装置1的第二种实施方式的示意图。与第一种实施方式相比，其中所述电流调节单元5布置在电路板2的下侧面上，其中所述散热体4借助于导热材料直接在其壳体上与电流调节单元5相接触。
图4示出了由微投影元件3的加热元件3a和电流调节单元5构成的电路的等效线路图。所述等效线路示出了电源Uo，通过该电源向所述电流调节单元5和加热元件3a供电。所述电压Uo被分成电压UDMD和USR，其中这些电压的比例根据加热元件的状态、环境温度以及调节器5的性能及其运行状态来预先给定。如开头已经提到的那样，所述调节器5上的损耗功率能够具有与加热绕组的热功率完全相同的值。因此，在这种情况下USR=UDMD，其中所述损耗功率PSR=IHeater*USR并且PDMD=IHeater*UDMD。通过按照本发明将在所述电流调节单元5上产生的损耗功率PSR用于给微镜结构元件3加温这种方式，能够降低加热功率PDMD并且由此降低用于对微镜结构元件3进行加热的总能量需求。
考虑到这种教导，本领域的技术人员能够在没有独创性的辅助动作的情况下获知本发明的其他未示出的实施方式。本发明或者实施方式的各个方面能够得到考虑并且彼此组合。权利要求中的可能的附图标记是示范性的并且仅仅用于权利要求的更为容易的可读性，而没有限制所述权利要求。

Claims (18)

1.一种线路装置（1），包括：
- 电路板（2）；
- 与所述电路板（2）相连接的至少一个微镜结构元件（3），用于对光源的对准该微镜结构元件（3）的光束进行调制；
- 与所述至少一个微镜结构元件（3）热连接的散热体（4）；以及
- 电流调节单元（5），
其中为所述微镜结构元件（3）分配了借助于所述电流调节单元（5）能控制的加热元件（3a），该加热元件与微镜结构元件（3）热连接，
其特征在于，
所述电流调节单元（5）为了操控所述加热元件（3a）而与其电连接，其中所述电流调节单元（5）此外通过与所述散热体（4）的热连接与所述微镜结构元件（3）相连接，以用于传导在所述电流调节单元（5）上产生的损耗热。
2.根据权利要求1所述的线路装置（1），其中，所述电路板（2）具有开口（2a），导热元件（4a）通过所述开口从所述微镜结构元件（3）朝所述散热体（4）延伸，以用于进行热传导。
3.根据权利要求1或2所述的线路装置（1），其中，所述线路装置（1）此外包括能够与车辆探照灯壳体相连接的支承架（6），其中所述电路板（2）布置在所述散热体（4）与所述支承架（6）之间。
4.根据权利要求3所述的线路装置（1），其中，所述支承架（6）具有用于固定所述微镜结构元件（3）相对于该支承架（6）的位置的定位器件（6a）。
5.根据权利要求1或2所述的线路装置（1），其中，所述加热元件（3a）被集成到所述微镜结构元件（3）中。
6.根据权利要求1或2所述的线路装置（1），其中，所述电流调节单元（5）布置在所述电路板的朝向散热体（4）的一面上。
7.根据权利要求1或2所述的线路装置（1），其中，所述电流调节单元（5）布置在所述电路板的背向散热体（4）的一面上。
8.根据权利要求7所述的线路装置（1），其中，所述电流调节单元（5）通过至少一个穿过电路板（2）延伸的导热器件（2b）与所述散热体（4）热连接。
9.根据权利要求8所述的线路装置（1），其中，所述导热器件（2b）是导热的通孔。
10.根据权利要求3所述的线路装置（1），其中，所述散热体（4）与所述支承架（6）如此连接，使得所述电路板（2）能够通过所述散热体（4）固定在电路板相对于支承架（6）的位置中。
11.根据权利要求10所述的线路装置（1），其中，所述散热体（4）借助于螺纹连接（7）与所述支承架（6）相连接，其中所述散热体（4）能够沿着螺纹连接来移动并且设置了弹簧元件（8），借助于所述弹簧元件将所述散热体（4）朝所述支承架（6）的方向挤压。
12.根据权利要求1或2所述的线路装置（1），其中，所述电流调节单元（5）是线性调节的电流调节单元。
13.根据权利要求1或2所述的线路装置（1），其中，所述线路装置（1）的所有电子构件是SMD构件。
14.根据权利要求1或2所述的线路装置（1），其中，在所述电路板（2）上设置了至少一个用于接纳至少一个微镜结构元件（3）的基座（9）。
15.根据权利要求1或2所述的线路装置（1），其中，相对于所述微镜结构元件（3）以最大3cm的间距来布置所述电流调节单元（5）。
16.一种照明装置，包括光源、至少一个成像光学器件以及按照前述权利要求中任一项所述的线路装置（1），以使由照明元件辐射出的光成像至能预先给定的光分布，其中所述光源、所述微镜结构元件（3）和所述成像光学器件如此布置，使得通过所述光源辐射出的光能够通过所述微镜结构元件（3）朝所述成像光学器件偏转。
17.一种车辆探照灯，包括根据权利要求16所述的照明装置。
18.根据权利要求17所述的车辆探照灯，其中所述车辆探照灯是机动车探照灯。
CN201980011860.6A 2018-02-06 2019-01-11 线路装置、照明装置以及车辆探照灯 Active CN111656861B (zh)

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EP18155280.3A EP3522682B1 (de) 2018-02-06 2018-02-06 Schaltungsanordnung, leuchtvorrichtung sowie fahrzeugscheinwerfer
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