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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtmodul, insbesondere für einen Scheinwerfer eines Fahrzeug, mit einer Lichtquelle und mit einem optischen System umfassend wenigstens ein optisches Element, über das Licht zur Erzeugung eines Leuchtbereiches bereitstellbar ist, und wobei das optische Element mittels eines Aktuators verlagerbar ist.
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STAND DER TECHNIK
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Die
EP 2 664 842 A2 zeigt beispielsweise ein Lichtmodul mit einem optischen System, und das optische System umfasst wenigstens ein optisches Element, das mit einem Aktuator verlagerbar ist. Der Aktuator weist ein piezoelektrisches Element auf, das mit dem optischen Element des optischen Systems gekoppelt ist. Bei Aktivierung des piezoelektrischen Elementes kann das optische Element verlagert werden, und das optische Element bildet einen Reflektor, der bei einer Lageänderung einen reflektierten Lichtstrahl in der Abstrahlrichtung beeinflusst. Die Kopplung des piezoelektrischen Elementes mit dem Reflektor ist so ausgeführt, dass die erzielbare Verlagerung mit dem piezoelektrischen Element unmittelbar auf eine Verlagerung des Reflektors wirkt. Damit sind nachteilhafterweise nur sehr kleine Verlagerungen möglich, und eine Neigungsänderung des Reflektors führt nur zu einer minimalen Ablenkung des Lichtstrahls. Aufgrund dieses Nachteils sind aufwendige weitere Komponenten des optischen Systems notwendig, ferner ist eine hohe Strahlqualität der Lichtquelle notwendig, um die kleinen Lageänderungen des Reflektors entsprechend im reflektierten Lichtstrahl abbilden zu können.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Lichtmoduls mit einem optischen System umfassend wenigstens ein optisches Element, das auf verbesserte Weise mit einem Aktuator verlagerbar ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird ausgehend von einem Lichtmodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ausgehend von einem optischen System gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 7 mit den jeweils kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Aktuator wenigstens einen piezoelektrischen Biegewandler umfasst und wobei ein Kopplungsmittel vorgesehen ist, mit dem eine Biegeverformung des Biegewandlers in eine Verlagerungsbewegung des optischen Elementes überführbar ist.
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Ein piezoelektrischer Biegewandler nutzt den indirekten oder reziproken piezoelektrischen Effekt, das heißt elektrische Energie wird in mechanische Energie umgewandelt. Vorteilhafterweise weist der Biegewandler eine Piezokeramik auf, die auf einem Träger aufgebracht ist. Wird an die Piezokeramik eine Spannung angelegt, so dehnt sich die Piezokeramik aus oder diese zieht sich zusammen, und gemeinsam mit dem Träger bildet die Piezokeramik bei Anliegen einer Spannung nach Art eines Bimetalls eine Biegeverformung. Je größer die anliegende Spannung ist, desto größer kann die erzeugte Verformung ausfallen. Die Verlagerungsbewegung des optischen Elementes kann folglich über eine am piezoelektrischen Biegewandler angelegte Spannung bestimmt werden. Der Vorteil eines Biegewandlers besteht insbesondere darin, dass über ein entsprechendes Kopplungsmittel eine größere Verlagerungsbewegung des optischen Elementes erzeugt werden kann als bei einer direkten, linearen Kopplung des optischen Elementes mit einer Piezokeramik. Die mit einem einzigen Biegewandler erreichbare Verlagerungsbewegung kann derart hinreichend sein, dass bei Verlagerung des optischen Elementes ein unmittelbarer Einfluss auf einen Strahlengang des durch die Lichtquelle bereitgestellten Lichtes erreicht werden kann. Insbesondere muss das Licht dabei nicht auf eine kleine Reflektorfläche fokussiert werden, um eine kleine Verlagerungsbewegung des optischen Elementes auf eine große Verschwenkbewegung eines reflektierten Lichtstrahls zu übertragen.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des Lichtmoduls kann dieses einen Grundkörper aufweisen, wobei der piezoelektrische Biegewandler ein Flächenelement bildet, das über ein erstes Ende am Grundkörper eingefasst ist und das mit einem zweiten Ende mit dem Kopplungsmittel zur Überführung der Biegeverformung in die Verlagerungsbewegung verbunden ist. Beispielsweise weist der piezoelektrische Biegewandler die Form eines Federstahlbleches auf, und das Flächenelement ist länglich ausgebildet, wobei die Längserstreckung des Flächenelementes zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende verläuft. Je länger das Flächenelement ist, desto größer kann der Bewegungsweg des freien zweiten Endes gegenüber dem festen ersten Ende erzeugt werden.
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Mit besonderem Vorteil ist das optische Element für die Ausführung der Verlagerungsbewegung am piezoelektrischen Biegewandler gehalten. Hierfür ist das optische Element insbesondere am zweiten, freien Ende des Flächenelementes gehalten, das den piezoelektrischen Biegewandler bildet. Das optische Element kann für die Ausführung der Verlagerungsbewegung auch am Grundkörper des Lichtmoduls geführt sein, unabhängig davon, ob das optische Element am piezoelektrischen Biegewandler gehalten ist. Beispielsweise kann das optische Element in Verlagerungsrichtung am Grundkörper des Lichtmoduls geführt sein, und in Führungsrichtung ist zur Ausführung der Verlagerungsbewegung das optische Element am piezoelektrischen Biegewandler gehalten. Insbesondere um eine Schwingungsbewegung des am piezoelektrischen Biegewandler gehaltenen optischen Elementes zu vermeiden, ist eine Führung des optischen Elementes am Grundkörper von Vorteil.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform kann das optische Element durch wenigstens eine Linse gebildet sein, die mittels des piezoelektrischen Biegewandlers in ihrer Position über der Lichtquelle verlagerbar ist. Durch eine Verlagerung einer Linse über der Lichtquelle kann beispielsweise ein Reflektor mit dem Licht der Lichtquelle in unterschiedlichen Bereichen ausgeleuchtet werden, da durch die Verlagerung der Linse die Strahlführung des Lichtes ebenfalls verlagert wird.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist das optische Element durch wenigstens einen Reflektor gebildet, der mittels des piezoelektrischen Biegewandlers über der Lichtquelle verlagerbar ist. Weitere Ausführungsformen können vorsehen, dass ein erstes optisches Element in Form einer Linse mit einem ersten piezoelektrischen Biegewandler verlagerbar ist, und ein zweites optisches Element in Form eines Reflektors ist durch einen zweiten piezoelektrischen Biegewandler verlagerbar. Weitere optische Elemente können im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch mit weiteren piezoelektrischen Biegewandlern gekoppelt sein, um eine entsprechende Verlagerungsbewegung auszuführen.
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Die Erfindung richtet sich ferner auf ein optisches System für ein Lichtmodul eines Scheinwerfers, aufweisend wenigstens ein optisches Element, über das Licht zur Erzeugung eines Leuchtbereiches bereitstellbar ist, und mit einem Aktuator, mit dem wenigstens eines der optischen Elemente verlagerbar ist, und es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Aktuator wenigstens einen piezoelektrischen Biegewandler umfasst und wobei ein Kopplungsmittel vorgesehen ist, mit dem eine Biegeverformung des Biegewandlers in eine Verlagerungsbewegung des optischen Elementes überführbar ist. Insbesondere kann der piezoelektrische Biegewandler ein Flächenelement bilden, das unter Anlegung einer Spannung über einen elektrischen Anschluss eine Krümmungsverformung ausführt. Diese Krümmungsverformung wird anhand des Kopplungsmittels in die Verlagerungsbewegung des optischen Elementes umgewandelt. Das Flächenelement, das den piezoelektrischen Biegewandler bildet, ist mit einem ersten Ende an einem Grundkörper des Lichtmoduls angebunden, und ein gegenüberliegendes zweites Ende ist frei beweglich und dieses ist vorzugsweise mit dem Kopplungsmittel verbunden.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
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1 eine perspektivische Darstellung eines Lichtmoduls mit einem Aktuator in Form eines piezoelektrischen Biegewandlers,
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2 die perspektivische Darstellung des Lichtmoduls gemäß 1 nach Aktivierung des piezoelektrischen Biegewandlers und
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3 eine perspektivische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform des Lichtmoduls mit einem piezoelektrischen Biegewandler zur Verlagerung eines optischen Elementes in Form eines Reflektors.
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Die 1 und 2 zeigen jeweils eine perspektivische Ansicht eines Lichtmoduls 1 mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung. Das schematisch dargestellte Lichtmodul 1 dient beispielsweise zum Einbau in einen Scheinwerfer für ein Fahrzeug und kann ein Licht bereitstellen, das eine Signallichtfunktion erfüllt oder das wenigstens einen Teil einer Hauptlichtfunktion bildet. Beispielsweise kann das durch das Lichtmodul 1 bereitgestellte Licht ein Teil eines Lichtfeldes bilden, ebenso ist es denkbar, dass das Lichtmodul 1 eine Kurvenlichtfunktion erfüllt. Das Lichtmodul 1 wird dabei fest im Scheinwerfer eingebaut und durch eine Verlagerung wenigstens eines optischen Elementes des Lichtmoduls kann trotz der starren Anordnung des Lichtmoduls 1 das bereitgestellte Licht bewegt werden.
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Das Lichtmodul 1 weist einen Grundkörper 16 auf, an dem in nicht näher gezeigter Weise eine Lichtquelle 10 angeordnet ist. Beispielsweise kann der Grundkörper 16 einen Kühlkörper bilden, um die Lichtquelle 10 zu entwärmen. Die Lichtquelle 10 ist beispielsweise gebildet durch eine Leuchtdiode, wobei auch denkbar ist, dass die Lichtquelle 10 durch eine Laserlichtquelle gebildet ist.
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Das Lichtmodul 1 weist zwei optische Elemente 11 und 12 auf, und das optische Element 11 bildet eine Linse 17 und das optische Element 12 bildet einen Reflektor 18. Licht, das durch die Lichtquelle 10 bereitgestellt wird, durchwandert zunächst die Linse 17 und reflektiert nachfolgend am Reflektor 18.
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Das Lichtmodul 1 umfasst einen Aktuator 13, der erfindungsgemäß als piezoelektrischer Biegewandler 14 ausgebildet ist. Der Biegewandler 14 weist eine Form auf, die ein Flächenelement bildet, und mit einem ersten Ende ist das Flächenelement auf der hinteren Seite am Grundkörper 16 angeordnet, sodass das erste Ende des Biegewandlers 14 eine feste Einspannung aufweist. Beispielhaft ist ein elektrischer Anschluss 20 zur Spannungsversorgung des piezoelektrischen Biegewandlers 14 dargestellt. Wird der piezoelektrische Biegewandler 14 mit einer Spannung beaufschlagt, so verformt sich der Biegewandler 14, indem das Flächenelement entlang einer Krümmungslinie verläuft.
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Das freie Ende des piezoelektrischen Biegewandlers 14 ist mit einem Kopplungsmittel 15 verbunden, und das Kopplungsmittel 15 nimmt die Linse 17 auf.
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1 zeigt den piezoelektrischen Biegewandler 14 ohne eine anliegende Spannung, und 2 zeigt den piezoelektrischen Biegewandler 14 unter Anlegung einer Spannung am elektrischen Anschluss 20. Die Darstellung zeigt eine Verschwenkbewegung 21 von einer ersten Position, dargestellt in 1, in eine zweite Position, dargestellt in 2. Die Verlagerung der Linse 17 relativ zur Lichtquelle 10 in Richtung der Verschwenkbewegung 21 bewirkt auch eine Verlagerung des ausgeleuchteten Bereiches im Reflektor 18, sodass schließlich das mit dem Lichtmodul 1 erzeugte Lichtfeld ebenfalls eine Verlagerung erfährt. Diese Verlagerung wird folglich erzeugt trotz einer ruhenden Anordnung des Grundkörpers 16 im Scheinwerfer.
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Der piezoelektrische Biegewandler 14 ist in nicht näher dargestellter Weise aufgebaut aus einer Piezokeramik und einem Trägerkörper, wobei die Piezokeramik und der Trägerkörper plan aufeinander anliegend angeordnet sind. Wird die Piezokeramik bestromt, so dehnt sich diese aus oder diese zieht sich zusammen, und nach der Funktionsweise eines Bimetalls krümmt sich der piezoelektrische Biegewandler 14. Abhängig von der Polung der am elektrischen Anschluss 20 angelegten Spannung kann sich der Biegewandler 14 entweder in eine erste oder in eine zweite Richtung krümmen. Dadurch können Verlagerungen des Aufbaus aus dem Biegewandler 14 und dem Kopplungsmittel 15 erreicht werden, die Verlagerungswinkel von beispielsweise bis zu +/–1,5 Grad betragen.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Lichtmoduls 1 mit einem Grundkörper 16, an dem auf nicht näher gezeigte Weise die Lichtquelle 10 aufgenommen ist, und über der Lichtquelle 10 befindet sich in unbeweglicher Anordnung die Linse 17. Über der Linse 17 befindet sich der Reflektor 18, der mit dem Kopplungsmittel 15 gekoppelt ist. Der piezoelektrische Biegewandler 14 erstreckt sich zwischen einem festen ersten Ende, das am Grundkörper 16 angeordnet ist, und einem freien zweiten Ende, das mit dem Kopplungsmittel 15 verbunden ist. Der piezoelektrische Biegewandler 14 bildet dabei einen Aktuator 13, der bei Bestromung über den elektrischen Anschluss 20 eine Biegebewegung ausführt, die über das Kopplungsmittel 15 in nicht näher gezeigter Weise zu einem Verschwenken des Reflektors 18 führt. Das Verschwenken kann beispielsweise erzeugt werden um eine Vertikalachse Z, sodass sich der Reflektor 18 um die Vertikalachse Z mit einer Verdrehbewegung 19 verdreht. So kann beispielsweise ein beweglicher Fernlichtanteil erzeugt werden oder es kann sogar eine Kurvenlichtfunktion damit erfüllt werden. Allgemein kann also mit einer einfachen Bestromung des Biegewandlers 14 eine Veränderung des Abstrahlwinkels des Lichtes auch bei einer starren Anordnung des Lichtmoduls 1 erzeugt werden.
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Die Verlagerung der Linse 17 gemäß dem Ausführungsbeispiel in 1 und 2 und die Verdrehung des Reflektors 18 gemäß dem Ausführungsbeispiel in 3 kann auch in einem einzigen Lichtmodul 1 gekoppelt realisiert sein. Insbesondere ist es denkbar, eine Verlagerung der Linse 17 mit einer Verschwenkbewegung 21 und eine Verdrehung des Reflektors 18 mit einer Verdrehbewegung 19 in einem Lichtmodul 1 zu realisieren, um besonders große Schwenkwinkel des abstrahlenden Lichtes zu ermöglichen.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lichtmodul
- 10
- Lichtquelle
- 11
- optisches Element
- 12
- optisches Element
- 13
- Aktuator
- 14
- piezoelektrischer Biegewandler
- 15
- Kopplungsmittel
- 16
- Grundkörper
- 17
- Linse
- 18
- Reflektor
- 19
- Verdrehbewegung
- 20
- elektrischer Anschluss
- 21
- Verschwenkbewegung
- Z
- Vertikalachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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