CN112413527A - 用于机动车照明设备的初级光学组件的光导体模块和初级光学组件 - Google Patents

用于机动车照明设备的初级光学组件的光导体模块和初级光学组件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车照明设备的初级光学组件(200)的光导体模块(100)，其中，所述光导体模块(100)包括多个并排设置的、长形的光导体段(1)，所述光导体段分别具有带有光耦入面(12)的近端(11)和远端(13)，其中，所述光导体段(1)的远端(13)通入到所述光导体模块(100)的光出射面(2)中，并且所述光导体段(1)的长度(X)分别通过在所述近端与所述远端之间的间距来限定，其中，所述光导体模块具有至少区段式地环绕所述光出射面的凸缘，其中，所述凸缘具有局部高度，所述局部高度基本上等于相应紧邻于所述凸缘的光导体段的长度，其中，所述局部高度分别通过在所述凸缘的近端区段与所述凸缘的远端区段之间的间距来限定。

Description

用于机动车照明设备的初级光学组件的光导体模块和初级光 学组件
技术领域
本发明涉及一种用于机动车照明设备的初级光学组件的光导体模块，其中，所述光导体模块包括多个并排设置的、长形的光导体段，所述光导体段分别具有远端以及带有光耦入面的近端，其中，所述光导体段的远端通入到所述光导体模块的光出射面中，并且所述光导体段的长度分别通过在所述近端与所述远端之间的间距来限定。此外，本发明涉及一种机动车照明设备的初级光学组件，所述初级光学组件包括光导体模块、支承框架和紧固保持件。
背景技术
在现代机动车照明设备中，多个发光二极管(LED)以矩阵式布置结构构造为照明装置，所述照明装置的光被引导通过所配设的光导体。通常，各个光导体构成为一件式的光导体模块的各段，其中，所述光导体的(亦即朝向LED的)各近端分别具有一个光耦入面，并且所述光导体的远端通入到一个共同的光出射面中。这种光导体模块通常由高透明的硅树脂制成，所述硅树脂的特征在于其光学上和机械上的特性在宽温度范围内和在温度快速变化的情况下的高稳定性。所述光导体模块通常利用紧固保持件紧固在支承框架和/或所谓的分离器上，由此形成用于设置在LED阵列前面的初级光学组件。到光导体段的近端中的光耦入典型地经由在LED与光耦入面之间的小的气隙进行。所述气隙是必要的，因为在通过所述光导体段直接接触LED的情况下会出现耦入的光的非期望的颜色偏移。
在本说明书的上下文中，概念“近”和“远”参照LED照明装置在照明设备中的位置使用。光导体模块的靠近设置于LED上的构件区段以及指向LED的方向称为“近”，而设置在背离LED的侧上的构件区段以及背离LED的方向称为“远”。
对于运行所属的机动车照明设备，显著的挑战在于，使在LED与光导体段的光耦入面之间的间距在出现的运行温度的宽范围上保持恒定，这由于硅树脂的大约为250-300x10-6K-1的高热膨胀系数而变得困难。缝隙尺寸的变化不利地导致光输出的非期望的和不可控的变化和/或导致耦入光的颜色偏移。特别是，在照明设备接通的情况下，所述光导体模块通过由LED辐射的运行热经历剧烈升温，由此特别是造成各个光导体段的明显的纵向膨胀。
为了应对所述问题，在现有技术中所述光导体段例如这样确定尺寸，使得在照明设备的如安装好的、冷的状态中，在LED与光耦入面之间存在增加了计算上确定好的过盈量的间距，其中，所述间距在LED运行期间才由于光导体段的纵向热膨胀而减小到适合于光耦入的缝隙尺寸。该解决方案不利的是，该照明设备因此具有直至使所述光导体模块完全且均匀地升温的一定预热阶段，其中，所述照明设备的功能在该预热阶段期间由于有缺陷的光耦入而降级。此外，运行环境的极端温度(亦即例如在夏季炎热时或者在严寒中)会显著影响热感应地调节对于光耦入的理想缝隙尺寸。
备选地，例如DE 10 2017 214 636 A1提出了一种具有包括光导体的光学仪器的照明系统，在所述光学仪器中在所述光学仪器与支承LED的电路板之间设置间隔保持件。所述间隔保持件为了定位光导体而具有支承开口，所述光导体导入到所述支承开口中，其中，所述支承开口在其边缘区域上具有至少一个指向电路板的支撑面，导入到所述支承开口中的所述光导体能支撑在所述支撑面上。为此，所述光导体例如可以具有台阶或突起，所述台阶或突起于是从光导体的确定的插入深度起可以贴靠在所述支撑面上，由此，特别是在光导体由于温度升高而膨胀的情况下可以限制所述光导体进一步(亦即朝向LED的方向)移动到所述支承开口中。这一方面伴随着制造耗费的提高，此外，在导体横截面中的这种棱边可能由于散射和/或衍射而导致非期望的光损失。
发明内容
因此，本发明的目的是，提出一种用于机动车照明设备的初级光学组件的光导体模块以及一种初级光学组件，所述光导体模块和所述初级光学组件克服现有技术的上述缺点并且能以结构上简单的方式在常见的运行温度的整个范围上在LED与光导体模块之间实现保持不变的光耦入。
所述目的从按照权利要求1的前序部分的光导体模块和按照权利要求5的前序部分的初级光学组件出发结合相应特征部分的特征来实现。在各从属权利要求中给出本发明有利的进一步扩展方案。
本发明包括如下技术教导，即，所述光导体模块具有至少区段式地环绕所述光出射面的凸缘，其中，所述凸缘具有局部高度，所述局部高度基本上等于相应紧邻于所述凸缘的光导体段的长度，其中，所述局部高度分别通过在所述凸缘的近端区段与所述凸缘的远端区段之间的间距来限定。特别是，所述凸缘护套体式地包围所述光导体段，其中，所述凸缘在其近端区段与其远端区段之间基本上平行于相应紧邻的光导体段延伸。此外，在按照本发明的初级光学组件中，光模块这样设置在支承框架与紧固保持件之间，使得所述凸缘的近端区段贴靠在所述支承框架上。
在此，本发明基于如下构思，即，利用环绕的凸缘来实现热对称的补偿元件，所述补偿元件的热膨胀运动通过以下方式决定性地影响整个光导体模块的热变形，即，邻接到凸缘处的光导体段在其热膨胀时被一同带动。在此，凸缘和邻接的光导体段在主膨胀方向上、亦即在近端与光出射面之间的方向上的几何尺寸一致，从而所述光导体段能够采用其热平衡构型，而不会由于在边缘侧的强制条件而经受附加的变形。位于进一步内部的光导体段由此同样能够实施基本上自由的热变形，只要在相邻的光导体段之间的长度差小或者光导体段特别是全部具有相同的长度。
为了说明所描述的机制，在此还要再次明确指出，所述光导体模块如在现有技术中常用的那样材料一体地实施，其中，所述光导体段的远端的整体形成所述共同的光出射面，在边缘侧环绕的凸缘一体成型(anformen)到所述光出射面上。所述各光导体段因此相互地并且借助于凸缘处于直接相互作用并且特别是在其热膨胀方面彼此对应。
本发明的目的借助于按照本发明的光导体模块通过以下方式得以实现，即，在按照本发明的初级光学组件中，所述凸缘的近端区段这样设置在支承框架与紧固保持件之间，使得所述近端区段贴靠在所述支承框架上。由此防止所述凸缘朝向所述支承框架和因此朝向相应的照明设备中设置在所述支承框架后面的LED热膨胀，从而在升温时朝向远方、也就是说远离LED实施所述凸缘的整个纵向膨胀。与此相应地，邻接于凸缘的光导体段也实现仅朝向远方延伸的纵向延展，因为所述纵向延展通过所述光导体段的远端耦联于凸缘的膨胀，并且似乎位于内部的光导体段也经受纯向远方的纵向膨胀。因此，通过将凸缘的近端区段紧固在支承框架上，也因此实现光导体段的近端的间接的紧固，亦即在光导体模块升温的情况下相对于支承框架和因此相对于刚性地设置在支承框架后面的LED，虽然进行向远方的移动和必要时光出射面的稍微变形，但相反在光导体段的近端的位置方面不发生变化。因此，在相应的照明设备中，在LED与在光导体段的近端上的光耦入面之间的缝隙尺寸保持温度不变，从而确保在整个运行温度范围内恒定的光耦入。
在按照本发明的光导体模块的一种有利的实施方式中，所有光导体段的光耦入面设置在一个共同的平面中。所述光导体段的这种布置结构或尺寸设计基于按照本发明的光耦入面位置与固有温度不相关性的优点是可能的，而不必如由DE 10 2017 214 636 A1已知的那样，附加地借助于在支承框架上的分阶的构型和单独的支撑面来防止光导体段的近端朝向近处、亦即朝向通常同样设置在一个平面中的LED热膨胀。如果在所配设的照明设备中的LED应当具有较不规则的布置结构、特别是不应位于一个共同的平面中，则所述光导体段的光耦入面也当然必须具有与此互补的布置结构——按照本发明的优点至少在于，所有的光耦入面已经可以在装配侧与相应所属的LED以相同的间距来设置，因为在照明设备运行中不会出现所述间距的热相关的变化。
在另一实施方式中，按照本发明的光导体模块具有凹形弯曲的或平坦的光出射面。凹形弯曲特别是可以通过以下方式实现，即，所有光导体段的光耦入面设置在一个共同的平面中并且所述光导体段的长度相应地变化，使得在边缘侧设置比在光出射面的中央区域中更长的段。所述凹形弯曲用于使从光导体模块中射出的光束聚焦，所述光束在所配设的照明设备中接下来被透镜系统接收。在所述光导体模块升温的情况下，边缘侧的较长的光导体段具有比位于内部的较短的段而绝对更大的纵向膨胀，从而在热状态中出现光出射面的明显弯曲且因此出现较强的聚焦效果。在平坦的光出射面的情况下，所有的光导体段长度相同并且彼此平行地设置。该变型方案在结构方面具有优点，使得每个光导体段能够无侧凹地制成。
为了将光导体模块紧固在按照本发明的初级光学组件中，凸缘的近端区段有利地构造为伸出的法兰，并且初级光学组件的紧固保持件优选地这样构造，使得所述紧固保持件框架式地围绕所述光导体模块并且将所述法兰夹式地固定在所述支承框架上。由此保证所述凸缘的近端的稳健地紧固，而所述凸缘的通入到光出射面中的远端在升温的情况下可以自由地膨胀。
附图说明
以下借助于附图与对本发明的一个优选实施例的描述共同地详细示出改进本发明的其他措施。图中：
图1a示出按照本发明的光导体模块的透视图，
图1b示出图1a中的光导体模块的侧视图，
图1c示出图1a中的光导体模块的另外的侧视图，
图2示出图1a中的光导体模块的剖视图，以及
图3示出按照本发明的初级光学组件。
具体实施方式
图1a、1b和1c示出按照本发明的光导体模块100的透视图，所述光导体模块的光出射面2由多个光导体段1的远端13形成(出于清晰性的原因，仅所选出的光导体段1配设有所属的附图标记)，并且所述光导体模块在边缘侧通过沿周向环绕的凸缘3限制。
所述光导体段1矩阵式地并排设置，在所示出的示例中存在3x30个光导体段1，所述光导体段在所属的照明设备中配设给相应的3x30的LED阵列。所述光导体段1的横截面例如可以是圆形或椭圆形的和/或沿着光导体段100的纵向膨胀方向而变化。特别是，如在所示出的示例中，横截面在近端11处的光耦入面12与远端13之间可以持续扩大。所有光导体段1的光耦入面12设置在一个共同的平面中，所述平面相应于在图1b和1c中的水平线。由于光导体段1的不同长度和相邻的光导体段1彼此间一定的倾斜位置，光出射面2具有凹形弯曲的构型。
环绕的凸缘3以其远端区段33通入到光出射面2中并且其近端区段31构造为沿周向环绕的法兰32。
所述光导体模块100材料一件式地构造并且由视觉上透明的硅树脂、例如借助于注塑工艺制成。
图2示出光模块1沿着在图1a中示出的剖切线II-II’的部分区段的剖视图。在此说明了本发明的中心特征，所述特征在于，所述凸缘3的局部高度Y等于相应与所述凸缘3邻接的光导体段1的长度X，所述局部高度定义为在近端区段31与远端区段33之间的间距。就这点而言，“局部”意味着，高度Y沿着光导体模块100的周边在所示出的示例中符合在周边设置的光导体段1的长度X变化而变化。
在光导体模块100的规定的安装位置中，凸缘3的近端区段31紧固在按照本发明的初级光学组件200的支承框架4上，其中，后者在此未完全示出。也可以考虑将其紧固在其他构件上，所述构件在相应的照明设备中相对于LED发光器件刚性地设置。基于这样的紧固，所述凸缘3在光导体模块1在所配设的照明设备的运行中升温的情况下不能实施在朝向近处的纵向膨胀，替代于此地实施高度Y朝向远方的整个热增大Δy，从而远端区段33经历相对于设置在近端区段31下面的支承框架4的、尺寸为Δy的纵向移动。因为按照本发明高度Y等于紧邻于凸缘3的光导体段1的长度X，所以光导体段1的热感应的长度变化Δx也基本上等于高度变化Δy、亦即Δx＝Δy，其中，前提是整个光导体模块1均匀地升温。在图2中示出的膨胀Δx和Δy为了清楚起见而被夸大地确定尺寸，在实际运行中出现的温度提高为直至大约100K的情况下，硅树脂的相对纵向膨胀仅为大约2-3％。
由于光导体段1的远端13与凸缘3的远端区段33的材料一件式地连接，通过凸缘3的近端区段31的固定而造成的强制条件也间接地对光导体段1的热感应变形起作用，从而纵向膨胀Δx也仅朝向远方进行。因为所有光导体段1通过其远端13材料一件式地相互连接，所以定向变形的该效果不仅涉及直接与凸缘3相邻的光导体段1，而且以相同程度也涉及进一步向内设置的光导体段1。因此，光导体模块100的热膨胀整体上导致光射出面2朝向远方移动，从而所述光射出面贴靠在例如在图2中示出的轮廓线2’上。由于不同光导体段1的长度X略微不同，相应的绝对长度变化Δx也大小不同，从而随着光出射面2的向远方移动，所述光出射面的弯曲也发生一定的变化。必要的是，将相邻的光导体段1的长度差设计得尽可能小，以便按照本发明的补偿效果对所有光导体段1整体起作用。
现在，本发明的主要技术效果在于，光导体模块100的热变形不会导致光导体段1的近端11的位置变化。所有的光导体段1能够采用其热平衡构型，然而其中，由于凸缘3在边缘侧在支承框架4上的支撑，所述光导体段具有仅朝向远方的膨胀Δx，并且近端11连同朝向LED的光耦入面12相对于支承框架4保持不变地定位。因此，在光耦入面12与刚性地设置在支承框架4上或后面的LED之间的缝隙在光导体模块100温度变化的情况下保持不变，从而确保到光导体段1中的恒定最佳的光耦入。
在此还要明确指出本发明的特征Y＝X的重要性。例如如果凸缘3的尺寸更小、即Y＜X，则由此也得到Δy＜Δx。在这种情况下，与凸缘3相邻的光导体段1朝向远方的膨胀受限，使得光导体段1仅能够通过朝向近处的附加的纵向膨胀而占据其热平衡构型，由此光导体段的光耦入面12将移动到更靠近所配设的LED。相反地，Y>X和因此Δy>Δx导致光出射面2的过度向远方移动并且这也伴随着光导体段1的近端11朝向远方移动并因此导致与LED的缝隙不利地增大。
图3示出了按照本发明的初级光学组件200，所述初级光学组件具有在支承框架4上的光导体模块100，其中，紧固保持件5用于紧固光导体模块100。在所配设的照明设备中，LED发光器件设置在支承框架4的后面，也就是说设置在支承框架4的在图3中背向观察者的侧面上，并且所述支承框架4在设置用于容纳所述光导体模块100的区段中具有一个或多个开口，从而由所述LED发射的光能够耦入到光导体模块100的各个光导体段1(参见例如图1b)的近端11中。
所述紧固保持件5具有框架式的构型并且覆盖在边缘侧环绕光导体模块100的凸缘3的法兰32(参见例如图1a)。借助于夹式的紧固器件6，紧固保持件5下压到所述法兰32上，从而使得所述法兰夹紧并且固定在紧固保持件5与支承框架4之间(为了清楚起见，不是所有的紧固器件配设有附图标记)。在这种紧固中，对光导体模块100在其朝向远方(也就是说在升温的情况下)的变形性方面不进行任何限制，凸缘3的远端区段33和因此光出射面2也能够不受阻碍地实施之前描述的向远方的移动，从而所述光导体段1的近端11相对于支承框架4和LED保持位置不变。
本发明在其实施方式上不限于上面给出的优选的实施例。更确切地说，可设想在原则上不同类型的实施方案中也使用所示出的解决方案的多种变形方案。所有由权利要求书、说明书或附图得出的特征和/或优点(包括结构上的细节和空间上的布置结构)不仅对于自身而且以不同的组合对于本发明而言是重要的。
附图标记列表
100 光导体模块
200 初级光学组件
1 光导体段
11 光导体段的近端
12 光耦入面
13 光导体段的远端
2 光出射面
2 轮廓走向
3 凸缘
31 凸缘的近端区段
32 法兰
33 凸缘的远端区段
4 支承框架
5 紧固保持件
6 夹子
X 光导体段的长度
Y 凸缘的高度
Δx 光导体段的长度变化
Δy 凸缘的高度变化
II、II’ 剖面标记

Claims (8)

1.用于机动车照明设备的初级光学组件(200)的光导体模块(100)，其中，所述光导体模块(100)包括多个并排设置的、长形的光导体段(1)，所述光导体段分别具有远端(13)以及带有光耦入面(12)的近端(11)，其中，所述光导体段(1)的远端(13)通入到所述光导体模块(100)的光出射面(2)中，并且所述光导体段(1)的长度(X)分别通过在所述近端(11)与所述远端(13)之间的间距来限定，其特征在于，所述光导体模块(100)具有至少区段式地环绕所述光出射面(2)的凸缘(3)，其中，所述凸缘(3)具有局部高度(Y)，所述局部高度基本上等于相应紧邻于所述凸缘(3)的光导体段(1)的长度(X)，其中，所述局部高度(Y)分别通过在所述凸缘(3)的近端区段(31)与所述凸缘(3)的远端区段(33)之间的间距来限定。
2.按照权利要求1所述的光导体模块(100)，其特征在于，所述凸缘(3)护套体式地包围所述光导体段(1)，其中，所述凸缘(3)在其近端区段(31)与其远端区段(33)之间基本上平行于相应紧邻的光导体段(1)延伸。
3.按照权利要求1或2所述的光导体模块(100)，其特征在于，所有光导体段(1)的光耦入面(12)设置在一个共同的平面中。
4.按照上述权利要求之一所述的光导体模块(100)，其特征在于，所述光出射面(2)是凹形弯曲的或平坦的。
5.按照上述权利要求之一所述的光导体模块(100)，其特征在于，所述光导体模块(100)由硅树脂制成。
6.按照上述权利要求之一所述的光导体模块(100)，其特征在于，所述凸缘(3)的近端区段(31)构造为伸出的法兰(32)。
7.机动车辆照明设备的初级光学组件(200)，所述初级光学组件包括光导体模块(100)、支承框架(4)和紧固保持件(5)，其特征在于，光导体模块(100)按照权利要求1至6之一构造，其中，所述光导体模块设置在支承框架(4)与紧固保持件(5)之间，使得所述凸缘(3)的近端区段(31)贴靠在所述支承框架(4)上。
8.按照权利要求7所述的初级光学组件(200)，其特征在于，所述光导体模块(100)按照权利要求6构造，其中，所述紧固保持件(5)构造为使得所述紧固保持件框架式地围绕所述光导体模块(100)并且所述法兰(32)被夹式地固定在所述支承框架(4)与所述紧固保持件(5)之间。
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