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Die Erfindung geht aus von einem Beleuchtungssystem mit zumindest einer Lichtquelle und einer nachgeschalteten Optik. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Scheinwerfer mit einem derartigen Beleuchtungssystem.
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Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeuge bekannt, die als Zusatzausstattung einen Adaptive Driving Beam (ADB) aufweisen. Hierfür können beispielsweise matrixartig angeordnete Licht emittierende Dioden (LEDs) eingesetzt sein, wobei die LEDs Teil eines Moduls sind. Jede einzelne oder Gruppen von LED(s) in dem Modul kann/können dann separat ansteuerbar und dadurch ein- und ausschaltbar sowie dimmbar sein. In Kombination mit einem Kamerasystem und einer bildverarbeitenden Elektronik, werden beispielsweise Gegenverkehr und vorausfahrende Fahrzeuge erkannt und zumindest bereichsweise ausgeblendet. Hierdurch ist denkbar beispielsweise dauerhaft mit „Fernlicht“ zu fahren, ohne andere Verkehrsteilnehmer zu blenden, insbesondere wenn bestimmte Bedingungen vorliegen. Als Bedingungen können vorgesehen sein, dass das Fahrzeug außer Orts fährt und/oder eine Geschwindigkeit von über 50 km/h aufweist. Neben anderen Verkehrsteilnehmern können auch Hindernisse, wie beispielsweise Schilder, lokal ausgeblendet werden.
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Es ist erforderlich, dass ein Lichtbild des Moduls mit den matrixartigen LEDs möglichst homogen ist, insbesondere, wenn keine Ausblendung, beispielsweise anderer Verkehrsteilnehmer, erfolgt. Gleichzeitig ist es erforderlich, dass starke Kontraste und steile Gradienten vorgesehen sind, um einen Dunkelbereich - wie beispielsweise im Bereich eines ausgeblendeten Fahrzeugs - von einem Hellbereich zu trennen, wobei der Hellbereich möglichst nahe am ausgeblendeten Fahrzeug liegen sollte. Diese Erfordernisse sind für Module mit vergleichsweise wenigen LEDs, also mit einer vergleichsweise relativ schlechten Auflösung, schwer erreichbar, beispielsweise wenn das Modul mit den matrixartig angeordneten LEDs (Lichtpixel) weniger als 50 LEDs (Lichtpixel) pro Spalte aufweist.
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Um die genannten Erfordernisse zu erfüllen, können mehrere Module eingesetzt werden, deren Lichtbilder sich im Fernfeld optisch überlagern. Dies führt jedoch nachteilig zu einem erhöhten Bauraumbedarf, da mehrere Module notwendig sind. Außerdem ist es nachteilig, dass ein auszublendendes Objekt je nach Entfernung zu den Modulen für ein jeweiliges Modul unter einem anderen Winkel auftritt. Eine Position des Objektes bezüglich der Module, also eine horizontale und vertikale Position und eine Entfernung, müssen genau bekannt sein, um es korrekt auszublenden.
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Aus der
WO 2015/018729 A1 ist eine Beleuchtungsanordnung offenbart, die eine oder mehrere Lichtquellen aufweist. Diesen ist ein gemeinsamer Lichtleiter nachgeschaltet, um das abgestrahlte Licht zu einem Bildgeber zu führen. Mit diesem kann ein räumliches Lichtbild mit einem variablen Lichtfeld geschaffen werden.
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Aus der
AT 514705 A4 ist eine Haltevorrichtung für einen Optikkörper für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer bekannt, bei der der Optikkörper eine Anzahl miteinander verbundener Vorsatzoptiken aus lichtleitendem Material mit je einer Lichteinkoppelfläche für zwei auf einem Träger gegenüberliegend angebrachte LEDs und einer gemeinsamen Lichtauskoppelfläche besitzt. Die Halterungsvorrichtung weist einen Grundkörper mit Aufnahmen für den Optikkörper sowie einen Haltekörper, der den Optikkörper mittels Klemmelementen in der Aufnahme hält. Der Grundkörper ist mit dem Träger verbindbar eingerichtet.
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Aus der
US 2014/169014 A1 ist ein LED-Lichtquellenmodul für einen Fahrzeugscheinwerfer bekannt, bei dem eine primäroptische Einheit in einer Haltvorrichtung aufgenommen und vermittels dieser an einer Leiterplatte mit darauf angebrachten LEDs befestigt ist. Die primäroptische Einheit weist eine Anzahl untereinander durch Stege verbundener primäroptischer Elemente mit je einer Lichteinkoppelfäche auf, die je zwei LEDs gegenüberliegen, sowie eine gemeinsame Lichtauskoppelfläche. Eine Positioniereinheit dient zur Positionierung der primäroptischen Einheit relativ zur Leiterplatte mit den LEDs.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Beleuchtungssystem und einen Scheinwerfer zu schaffen, die vorrichtungstechnisch einfach ausgestaltet sind, eine hohe Lichtqualität aufweisen und die genannten Nachteile beseitigen.
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Diese Aufgabe hinsichtlich des Beleuchtungssystems wird gelöst gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1, 6 und 7 und hinsichtlich des Scheinwerfers gemäß den Merkmalen des Anspruchs 13.
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Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß ist ein Beleuchtungssystem mit einer Optik vorgesehen, die eine Mehrzahl von Lichtleitern oder Lightguides oder Tapers aufweist. Diese sind jeweils für Lichtquellen oder Strahlungsquellen, insbesondere für matrixartig angeordnete Lichtquellen, vorgesehen. Die Lichtleiter weisen jeweils eine Einkoppelfläche auf. Ausgangsseitig können die Lichtleiter über einen gemeinsamen Verbindungsabschnitt der Optik verbunden sein. Dieser kann eine von den Lichtleitern wegweisende Austrittsfläche für das aus den Lichtleitern austretende Licht haben. Mit Vorteil ist ein Halterahmen oder Lens Holder für die Optik vorgesehen, über den die Optik an einer die Lichtquellen aufweisenden Leiterplatte des Beleuchtungssystems befestigbar ist.
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Diese Lösung hat den Vorteil, dass die Lichtleiter gemeinsam mit dem Verbindungsabschnitt verbunden sind und somit einfach über den Halterahmen an der Leiterplatte befestigbar und positionierbar sind. Somit kann eine gemeinsame Positionierung der Lichtleiter bezüglich der Lichtquellen der Leiterplatte ausgerichtet werden. Mit dem Halterahmen können somit die Optik und die Leiterplatte fixiert werden und präzise zueinander ausgerichtet werden. Durch die Lichtleiter kann des Weiteren von den Lichtquellen abgestrahltes Licht zusammengeführt werden, wobei sich dann die einzelnen Lichtpfade der Lichtleiter beispielsweise, insbesondere randseitig, überschneiden können. Hierdurch kann auf vorrichtungstechnisch einfache Weise ein homogenes Lichtbild emittiert sein. Wird bei einem Lichtleiter oder bei mehreren Lichtleitern kein Licht hindurchgeführt, so ist vorteilhafter Weise gegenüber einem benachbarten Lichtleiter, aus dem Licht austritt, im Lichtbild eine scharfe Hell-Dunkel-Grenze ermöglicht. Somit sind aufgrund der Lichtleiter einzelne Pixel mit einem hohen Kontrast voneinander trennbar und gleichzeitig sind keine oder nur geringe dunkle Bereiche zwischen den Pixeln vorgesehen. Die Lichtpfade können sich insbesondere beim gemeinsamen Verbindungsabschnitt überschneiden.
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Bei einem Pixel soll es sich um das durch einen jeweiligen Lichtleiter hindurchtretende Licht handeln, das beispielsweise über eine oder mehrere Lichtquellen in den jeweiligen Lichtleiter einkoppelbar ist.
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Die Erfindung sieht ferner einen Abstandshalter oder Spacer für die Optik vor. Dieser kann an einer Verbindungsseite des Halterahmens angeordnet sein, die von der Austrittsfläche der Optik weg weist, also entgegengesetzt zur Austrittsfläche vorgesehen ist, und über die der Halterahmen mit der Leiterplatte verbindbar ist. Mit dem Abstandshalter kann vorteilhafter Weise ein definierter Abstand zwischen der Optik und der Leiterplatte ausgebildet sein, damit das Beleuchtungssystem ein Lichtbild mit einer hohen Effizienz und einer gleichbleibenden Qualität aufweist. Der Abstandshalter ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass zumindest ein Lichtleiter oder zumindest ein Teil der Lichtleiter exakt zu den gegenüberliegenden Licht emittierenden Flächen der zugeordneten Lichtquellen positioniert ist/sind. Des Weiteren kann der Abstandshalter derart ausgestaltet sein, dass der Halterahmen und/oder die Optik vor nicht eingekoppeltem Licht geschützt und abgeschirmt sind, wobei der Abstandshalter dann die Funktion einer Blende erfüllen kann. Somit ist die Gefahr minimiert, dass Licht, welches nicht aktiv zur Lichtverteilung beiträgt, als Streulicht unerwünschte Effekte verursacht.
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Von diesem Aufbau mit Abstandshalter ausgehend betrifft die Erfindung drei alternative Aspekte:
- Einem ersten Aspekt der Erfindung zufolge hat der Abstandshalter einen, insbesondere die zumindest eine Lageröffnung aufweisenden, Basisabschnitt. Von dem aus erstreckt sich dann ein weg von der Optik weisender Kragen, über den sich der Abstandshalter an der Leiterplatte abstützt. Über den Kragen hat der Abstandshalter dann einen definierten Abstand zur Leiterplatte. Gegenüberliegend vom Basisabschnitt können die Lichtquellen der Leiterplatte vorgesehen sein.
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Einem zweiten Aspekt der Erfindung zufolge weist zumindest ein Lichtleiter oder zumindest ein Teil der Lichtleiter am Übergang zwischen dem Eintrittsabschnitt und dem Lichtleiterabschnitt eine Stufe mit einer zum Abstandshalter weisenden Stufenfläche auf. Die Stufenfläche kann dabei ringförmig oder im Wesentlichen ringförmig ausgebildet sein und einen jeweiligen Lichtleiter umgreifen, wobei es denkbar ist, die Umfangslinie einer Stufenfläche auch elliptisch, rechteckig, trapezförmig oder freiförmig auszubilden. Über die oder diese kann sich dann der oder ein jeweiliger Lichtleiter am Abstandshalter abstützen. Mit der Stufenfläche beziehungsweise mit der definierten Geometrieübergangsfläche an jedem einzelnen Lichtleiter kann somit vorteilhafter Weise ein Eintauchen nur bis zum einem festgelegten Tiefenmaß zugelassen werden, da ab einer bestimmten Eintauchtiefe des Lichtleiters oder der Lichtleiter in die entsprechende Lageröffnung die Stufenfläche, insbesondere flächig oder eben, an der Basisplatte anliegen kann. Ein weiteres Eintauchen und eine damit verbundene Abstandreduzierung zwischen den Einkoppelflächen und den emittierenden Flächen der Lichtquellen ist somit nicht möglich, womit ein Mindestabstand erreicht ist. Somit kann auch eine Abstandsverringerung zwischen Lichtleiter und Lichtquelle aufgrund einer Wärmeausdehnung der Lichtleiter, beispielsweise wenn diese aus Silikon bestehen, durch die Anlage der Stufenfläche an den Abstandshalter verhindert werden. Liegen die Lichtleiter dann beispielsweise am Abstandshalter an und es erfolgt eine weitere thermische Ausdehnung, so ist denkbar, dass die Lichtleiter eine geringe Stauchung erfahren, die dann vom Material der Lichtleiter, insbesondere vom Silikonmaterial, und der Geometrie aufgenommen wird. Dies führt zu einer Verlagerung der thermisch bedingten Geometrieveränderungen in aus optischer Sicht gesehen unkritischere Bereiche. Mit anderen Worten kann ein direktes Aufliegen der Einkoppelflächen der Lichtleiter auf die Licht emittierenden Flächen der Lichtquellen selbst bei großen Wärmeausdehnungen vermieden werden, wodurch weiter undefinierte, sich ändernde Einkoppeleffekte und damit eine über den Temperaturbereich schwankende Lichtverteilung vermieden ist.
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Die Stufenfläche umgreift vorzugsweise den zugehörigen Lichtleiter vollständig oder im Wesentlichen vollständig und liegt des Weiteren vorzugsweise vollständig oder im Wesentlichen vollständig - insbesondere ab einer bestimmten Temperatur oder innerhalb eines zu erwartenden Temperaturbereichs - an dem Abstandshalter an, womit eine gleichbleibende Orientierung der Einkoppelfläche gewährleistet ist. Ist eine Anlage innerhalb des zu erwartenden Temperaturbereichs vorgesehen, so kann weiter vorgesehen sein, dass eine Anlage der Stufenfläche im zu erwartenden Temperaturbereich unter Vorspannung erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass der Lichtleiter stets anliegt und immer einen definierten Abstand zur Lichtquelle aufweist. Würde dagegen die Stufenfläche beispielsweise nur an einem Punkt anliegen, so könnte die Einkoppelfläche bei Wärmeausdehnung der Optik beispielsweise bezüglich dem Punkt verdreht werden, womit sich deren Orientierung ändern könnte. Somit kann eine Winkelstellung der Einkoppelfläche relativ zur Licht emittierenden Fläche der zugehörigen Lichtquelle konstant, insbesondere parallel, verbleiben, was sich äußerst vorteilhaft auf die Effizienz der Optik auswirkt. In Kombination mit der genauen Positionierung quer zur Hauptabstrahlrichtung der Lichtquellen und/oder quer zur optischen Hauptachse kann die Optik somit eine äußerst hohe Effizienz aufweisen. Somit kann festgestellt werden, dass die Einkoppelflächen der Optik mechanisch über den gesamten zu erwartenden Temperaturbereich ideal zu den Licht emittierenden Flächen gleich bleibend positionierbar sind.
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Einem dritten Aspekt der Erfindung zufolge weist der Abstandshalter eine Feder auf, über die er am Halterahmen abstützbar ist und mit einer Federkraft in Richtung der Leiterplatte beaufschlagbar ist. Hierdurch wird eine sichere Anlage des Abstandshalters an der Leiterplatte gewährleistet, selbst bei Temperaturschwankungen und sich daraus ergebenen Geometrieänderungen der Komponenten des Beleuchtungssystems. Vorrichtungstechnisch einfach ist die Feder als Federzunge am Abstandshalter ausgebildet.
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Vorzugsweise sind zwei, drei, vier oder mehr Federn oder Federzungen vorgesehen, um eine ausreichende Federkraft zur Verfügung zu stellen. Vorzugsweise sind die Federn am Abstandshalter verteilt angeordnet, um diesen gleichmäßig mit der Federkraft zu beaufschlagen. Mit anderen Worten sorgen die am Abstandshalter ausgebildeten Federzungen dafür, dass über den gesamten zu erwartenden Temperaturbereich eine gleichmäßige und vibrationssichere Anlage auf der Leiterplattenoberfläche erfolgt.
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Weitere vorzugsweise Ausgestaltungen ergeben sich wie folgt:
- Der Halterahmen hat vorzugsweise einen Aufnahmeraum, in den die Optik zumindest abschnittsweise einsetzbar ist. Somit ist die Optik vor äußeren Einflüssen sicher geschützt. Der Aufnahmeraum des Halterahmens ist beispielsweise in einer Richtung weg von der Leiterplatte geöffnet, um die Optik einzusetzen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann in den Aufnahmeraum für zumindest einen Lichtleiter eine Führung vorgesehen sein. Hierdurch kann der zumindest eine Lichtleiter beim Einführen der Optik in den Aufnahmeraum durch die vorhandene Führungsgeometrie eingefädelt und ausgerichtet werden. Vorzugsweise ist für einen Teil der Lichtleiter oder für alle Lichtleiter eine Führung vorgesehen, womit eine einfache Einführung und Ausrichtung der gesamten Optik ermöglicht ist. Der Halterahmen kann somit nicht nur zum Schutz der Optik und zum Positionieren der Optik an der Leiterplatte eingesetzt werden, sondern zusätzlich eine Einfädelhilfe für die Optik aufweisen. Die Führung oder eine jeweilige Führung kann vorrichtungstechnisch einfach als Durchgangsaussparung einer Bodenseite des Aufnahmeraums vorgesehen sein. Des Weiteren kann die Führung oder eine jeweilige Führung eine die Mantelfläche des entsprechenden Lichtleiters umgreifende Führungsfläche aufweisen, wobei vorzugsweise die Führungsfläche oder eine jeweilige Führungsfläche dann im eingesetzten Zustand der Optik in dem Halterahmen von der entsprechenden Mantelfläche beabstandet oder im Wesentlichen beabstandet ist, um die Optik nicht negativ zu beeinflussen.
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Mit Vorteil sind die Lichtleiter einstückig mit dem verbindungsabschnitt verbunden, was eine einfache Herstellung und Montage ermöglicht. Die Optik mit dem Verbindungsabschnitt und den Lichtleitern besteht vorzugsweise zumindest teilweise oder im Wesentlichen vollständig oder vollständig aus Silikon, allerdings sind auch andere transparente Materialien wie Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC) oder Glas denkbar, insbesondere abhängig von einem Abstand, einer konkreten Form der Optik und einer Strahlungsintensität/Leuchtdichte der LEDs. Die Lichtleiter können vom Verbindungsabschnitt wegkragen und jeweils eine Mantelfläche zur Lichtführung haben, womit kein zusätzlicher Mantel erforderlich ist, wie es beispielsweise bei Lichtleitern zur Datenübertragung üblich ist. Die jeweilige Mantelfläche ist somit beispielsweise einfach die Grenzfläche zwischen dem Material der Optik und der Umgebung (Luft). Die Einkoppelflächen der Lichtleiter erstrecken sich vorzugsweise quer zur optischen Hauptachse der Optik.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann ein Niederhalter oder eine Clamp am Halterahmen festgelegt sein, über den dann einfach die Optik im Aufnahmeraum festhaltbar ist. Vorrichtungstechnisch einfach kann der Niederhalter als Klammerteil ausgebildet sein, das den Halterahmen übergreift und hierbei die Optik festhält. Ein derartiges Klammerteil ist zum einen leicht herstellbar und zum anderen leicht montierbar, indem es einfach auf den Halterahmen geklemmt wird. Denkbar ist, dass der Niederhalter einen etwa U-förmigen Querschnitt aufweist. Er kann dann einen Basisabschnitt haben, der an der Optik anliegt und des Weiteren zwei Schenkel aufweisen, die sich dann vom Basisabschnitt wegerstrecken. Mit den Schenkeln kann der Niederhalter dann den Halterahmen, der beispielsweise blockförmig ausgestaltet ist, übergreifen. Der Basisabschnitt des Niederhalters hat vorrichtungstechnisch einfach eine Aussparung, durch die dann die Optik, insbesondere der Verbindungsabschnitt mit der Austrittsfläche, hindurchgeführt ist. Die Schenkel des Niederhalters weisen beispielsweise jeweils zumindest eine Aussparung auf, in die eine jeweilige Rastnase des Halterahmens eingreifen kann, um den Niederhalter zu fixieren. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Niederhalter an seinen Schenkeln jeweils eine Rastnase hat, die dann in eine entsprechende Aussparung des Halterahmens eingreifen kann.
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Vorzugsweise weist der Halterahmen für einen jeweiligen Schenkel zumindest zwei Rastnasen auf, wobei insgesamt zumindest vier Rastnasen vorgesehen sein können. Ein jeweiliger Schenkel kann dann entsprechend jeweils zumindest zwei Aussparungen aufweisen, womit eine sichere Fixierung des Niederhalters ermöglicht ist. Die Rastnase oder eine jeweilige Rastnase kann eine Rampe aufweisen, damit der Niederhalter mit seinen Schenkeln einfach über diese geführt werden kann.
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Mit Vorteil ist die Optik von einem, insbesondere einstückig, ausgebildeten Halteflansch umgriffen. Über diesen kann sie sich dann einfach am Halterahmen abstützen. Denkbar ist dann, dass der Aufnahmeraum des Halterahmens hierfür gestuft ausgestaltet ist, wobei in einer ersten kleineren Stufe die Lichtleiter angeordnet sind und in der zweiten breiteren Stufe sich dann der Flanschabschnitt abstützt. Der Niederhalter kann dann an der Flanschfläche des Halteflansches angreifen, die in die gleiche Richtung wie die Austrittsfläche weist, um die Optik mit einer Haltekraft zu beaufschlagen. Somit werden die Lichtleiter und der Verbindungsabschnitt nicht mit der Haltekraft direkt belastet, da diese auf den Halteflansch beaufschlagt ist. Des Weiteren tritt hierdurch vorteilhafterweise kein negativer optischer Einfluss des Niederhalters auf, da er nur den Flanschabschnitt abdeckt und die Optik im Übrigen nicht von dem Niederhalter abgedeckt ist.
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An der Flanschfläche der Optik kann zumindest ein Anlagevorsprung ausgebildet sein, der vorzugsweise in eine Richtung weg vom Halterahmen weist und damit eine gewisse Federwirkung hat, um insbesondere einer Überdefinition entgegen zu wirken. An diesen kann dann der Niederhalter, insbesondere der Basisabschnitt des Niederhalters, angreifen, um die Optik gegen den Halterahmen zu spannen. Somit wird die Haltekraft über eine Punktbelastung auf die Optik über den zumindest einen Anlagevorsprung eingebracht. Vorzugsweise sind eine Mehrzahl oder Vielzahl derartiger Anlagevorsprünge vorgesehen, die beispielsweise umlaufend um die Flanschfläche verteilt sind. Der zumindest eine Anlagevorsprung oder die Anlagevorsprünge sind beispielsweise kegelstumpfförmig ausgestaltet, wobei sie sich in einer Richtung weg von der Optik verjüngen können. Denkbar ist auch eine andere Geometrie und/oder andere Anordnung des zumindest einen Anlagevorsprungs oder der Anlagevorsprünge vorzusehen. Der Anlagevorsprung oder die Anlagevorsprünge können als punktuell wirkende Federn ausgestaltet sein. Mit dem Niederhalter kann die Optik kraft- und formschlüssig mit dem Halterahmen verbunden werden.
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Vorzugsweise weist der Halterahmen des Weiteren eine Zentriernase auf, die in eine entsprechende Zentrieraussparung des Niederhalters eingreift, um eine falsch orientierte oder verdrehte Montage des Niederhalters zu verhindern. Die Zentriernase erstreckt sich beispielsweise einfach stirnseitig des Halterahmens in einer Richtung weg von der Leiterplatte und kann benachbart zum Aufnahmeraum vorgesehen sein. Die Zentrieraussparung ist beispielsweise am Basisabschnitt und/oder an einem der Schenkel vorgesehen. So kann sie beispielsweise im Übergangsbereich vom Basisabschnitt zum Schenkel eingebracht sein. Bei der Zentriernase des Halterahmens und der Zentrieraussparung des Niederhalters kann es sich somit um ein sogenanntes „Poka Yoke“ handeln und somit um eine technische Vorkehrung beziehungsweise Einrichtung um Fehler zu verhindern.
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Vorzugsweise hat der Abstandshalter für zumindest einen Lichtleiter oder für zumindest einen Teil der Lichtleiter, insbesondere für dessen/deren Eintrittsabschnitt, eine durchgängige Lageröffnung. Hierdurch kann dann der entsprechende Lichtleiter beispielsweise quer zur optischen Hauptachse der Optik oder quer zur Hauptabstrahlrichtung der Lichtquellen gelagert und positioniert sein. Vorzugsweise ist die Lageröffnung an den entsprechenden Lichtleiter oder an den entsprechenden Eintrittsabschnitt des Lichtleiters angepasst. Somit können die Mantelfläche des Eintrittsabschnitts eines jeweiligen Lichtleiters und die jeweilige Lageröffnung einen, insbesondere etwa, gleichen Querschnitt aufweisen. Somit können die Flächen aneinander angepasst sein, um eine genaue Positionierung der Lichtleiter quer zur Abstrahlrichtung der Lichtquellen zu ermöglichen. Weiter vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass zwischen der jeweiligen Lageröffnung und dem entsprechenden Lichtleiter ein Spiel ist. Vorzugsweise ist der Lichtleiter von der ihm zugeordneten Lageröffnung radial beabstandet.
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Mit Vorteil ist bei zumindest einem Lichtleiter oder bei zumindest einem Teil der Lichtleiter ein Eintrittsabschnitt mit der Einkoppelfläche vorgesehen, wie vorstehend bereits erwähnt. Dieser ist oder diese sind beispielsweise kreiszylindrisch oder etwa kreiszylindrisch ausgestaltet. An den oder einem jeweiligen Eintrittsabschnitt kann sich dann ein Lichtleiterabschnitt anschlie-ßen, der zwischen dem Eintrittsabschnitt und dem Verbindungsabschnitt vorzugsweise verbreitert ist, also eine Stufe im Lichtleiter darstellen kann, wobei sich der Lichtleiterabschnitt dann in Strahlungsrichtung verbreitern kann. Auf diese Weise kann sich der Lichtleiter auf dem Abstandhalter „abstützen“ und der Abstand zwischen Lichtquelle und Lichtleiter präzise eingestellt und gehalten werden. Durch den Eintrittsabschnitt ist damit eine vorteilhafte Lagerung, Referenzierung und Positionierung im Abstandshalter (insbesondere in allen drei Raumrichtungen) ermöglicht, wobei dann beim Lichtleiterabschnitt eine freie Formung und Lenkung des Lichts ermöglicht ist. Neben der zylindrischen oder kreiszylindrischen Ausgestaltung sind auch andere Geometrien denkbar, wie beispielsweise Eintrittsabschnitte und/oder Lageröffnungen mit elliptischen, rechteckigen, vieleckigen, n-eckigen oder freiförmigen Querschnitten.
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Außerdem kann der Abstandshalter eine präzise hergestellte Durchbruchanordnung für die Lichtleiter aufweisen, wobei ein jeweiliger Durchbruch dann einen definierten Durchmesser und eine definierte Position quer zur optischen Hauptachse oder in einer X-Y-Ebene aufweist. Des Weiteren kann der Abstandshalter eine exakt definierte Höhe haben. Mit anderen Worten kann somit zumindest ein definierter Minimalabstand in Richtung der optischen Hauptachse beziehungsweise in einer Z-Richtung ermöglicht sein. Um einen gewünschten Maximalabstand besonders bei tiefen Temperaturen zu gewährleisten, kann die (Silikon-)Optik mit entsprechendem Übermaß verbaut werden. Für eine temperaturbedingte Schrumpfung kann somit „Materiallänge“ vorgehalten werden.
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Somit ist mit dem Abstandshalter insgesamt eine exakte Positionierung der Lichtleiter relativ zu den lichtemittierenden Flächen der Lichtquellen in X-, Y- und Z-Richtung ermöglicht.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Material des Abstandshalters an das Material der Leiterplatte angepasst, insbesondere indem diese ähnliche oder gleiche oder im Wesentlichen gleiche physikalische Eigenschaften haben. Hierdurch können diese Komponenten im Betrieb hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften gleichwirkend sein und nicht nachteilig gegeneinander wirken. Beispielsweise ist denkbar, dass ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Abstandshalters an den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Leiterplatte angepasst ist oder dass diese gleich oder im Wesentlichen gleich sind. Somit werden die einzelnen Lichtleiter der Optik bei thermischen Änderungen bezüglich der an der Leiterplatte vorgesehenen Lichtquellen, insbesondere quer zur optischen Hauptachse oder in einer X-Y-Ebene, nachgeführt. Mit anderen Worten kann der Abstandshalter eine ähnliche oder gleiche thermische Ausdehnung wie das Leiterplattenmaterial aufweisen. Vorzugsweise besteht der Abstandshalter zumindest teilweise oder im Wesentlichen vollständig oder vollständig aus Stahl, insbesondere aus nicht rostendem Stahl, wobei es sich hierbei um ein Material handelt, das üblicherweise eine ähnliche thermische Ausdehnung wie das Leiterplattenmaterial hat. Des Weiteren ist dieses Material nicht lichtdurchlässig, womit die Funktion des Abstandshalters als Strahlungsabschirmung ebenfalls einfach umsetzbar ist.
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Vorzugsweise ist der Abstandshalter kostengünstig als Tiefziehteil ausgestaltet. Des Weiteren ist denkbar den Halterahmen als Gussteil, insbesondere als Kunststoffspritzgussteil auszubilden. Der Abstandshalter kann dann ein Einlegeteil bilden, womit ein inlay-molding-Verfahren ermöglicht werden kann, was zu einer Montagevereinfachung führt. Alternativ ist denkbar, den Abstandshalter einstückig oder einteilig mit dem Halterahmen auszugestalten oder zu kombinieren. Hierbei ist vorzugsweise für den Abstandshalter und den Halterahmen ein Material vorgesehen, dass ausreichend Resistenz gegen eine auftretende Bestrahlungsstärke hat. Alternativ können die relevanten Bereiche des eingesetzten Materials über eine strahlungsbeständige Beschichtung oder Metallisierung geschützt werden.
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Der Abstandshalter ist insbesondere derart ausgestaltet, dass die Einkoppelflächen der Lichtleiter im relevanten oder erwarteten Temperaturbereich, insbesondere zwischen -40° Celsius bis +125° Celsius, von den Lichtquellen beabstandet sind.
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Vorzugsweise sind die Optik und der Halterahmen kombiniert fertigbar, beispielsweise durch ein over-moulding-Verfahren. Somit kann beispielsweise zunächst die Optik als Spritzgussteil (Vorspritzling) ausgebildet werden und im nachfolgenden Verfahrensschritt kann diese dann mit einer zweiten Schmelze überspritzt werden, die dann den Halterahmen ausbilden kann.
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Wie vorstehend erläutert können insbesondere die Optik und der Halterahmen und/oder der Halterahmen und der Abstandshalter in einem Mehrkomponenten-Spritzguss-Verfahren hergestellt werden. Denkbar ist auch die Optik und den Halterahmen und/oder den Halterahmen und den Abstandshalter als Einzelkomponenten auszubilden.
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Vorzugsweise hat die Leiterplatte eine Mehrzahl von Lichtquellen in Form von licht emittierenden Dioden (LEDs). Eine LED kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten LED oder in Form mindestens eines LED-Chips, der eine oder mehrere Leuchtdioden aufweist, vorliegen.
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Es können mehrere LED-Chips auf einem gemeinsamen Substrat („Submount“) montiert sein und eine LED bilden oder einzeln oder gemeinsam beispielsweise auf einer Platine (z.B. FR4, Metallkernplatine, etc.) befestigt sein („CoB“ = Chip on Board) . Die mindestens eine LED kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, beispielsweise mit mindestens einer Fresnel-Linse oder einem Kollimator. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen LEDs, beispielsweise auf Basis von AlInGaN oder InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs) einsetzbar. Die LED-Chips können direkt emittierend sein oder einen vorgelagerten Leuchtstoff aufweisen. Alternativ kann die lichtemittierende Komponente eine Laserdiode oder eine Laserdiodenanordnung sein. Denkbar ist auch eine OLED-Leuchtschicht oder mehrere OLED-Leuchtschichten oder einen OLED-Leuchtbereich vorzusehen. Die Emissionswellenlängen der lichtemittierenden Komponenten können im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich liegen. Die lichtemittierenden Komponenten können zusätzlich mit einem eigenen Konverter ausgestattet sein. Bevorzugt emittieren die LED-Chips weißes Licht im genormten ECE-Weißfeld der Automobilindustrie, beispielsweise realisiert durch einen blauen Emitter und einen gelb/grünen Konverter. Die LEDs können auf einer zur Optik weisenden Plattenfläche der Leiterplatte angeordnet sein. Die LEDs der Leiterplatte sind vorzugsweise matrixartig angeordnet, wobei einem jeweiligen Lichtleiter eine jeweilige LED zugeordnet sein kann. Es ist aber auch denkbar, dass mehrere LEDs einem Lichtleiter zugeordnet werden. Bei der Leiterplatte handelt es sich beispielsweise um eine Metallkern-Leiterplatte (Metal Core Printed Circuit Board (MCPCB) oder eine Leiterplatte mit thermisch leitfähigem Kern (sog. „Inlay“), wie beispielsweise eine sogenannte FR4 Leiterplatte mit Kupferkern oder einem Kern aus einem anderen Material, oder Leiterplatten, welche gänzlich aus anderen Materialien hergestellt sind, wie beispielsweise Aluminiumnitrid (AlN). Zusätzlich können auf der Leiterplatte Elektronikkomponenten und -bauteile vorgesehen sein.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei einer bestimmten Temperatur, insbesondere bei einer Raumtemperatur, die Stufenflächen der Lichtleiter am Abstandshalter anliegen und die Lichtleiter zusätzlich mit einer Spannkraft beaufschlagt sind. Sinkt die Temperatur, so liegen die Lichtleiter weiterhin am Abstandshalter an. Mit anderen Worten kann, insbesondere beim Einsatz des Beleuchtungssystems in einem Fahrzeug, bei einer zu erwartenden tiefen Minustemperatur in Kombination mit dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Optik, die insbesondere aus Silikon besteht, vorgesehen sein, die Optik mit einem definierten Übermaß zu verbauen. Das heißt insbesondere, dass die Stufenflächen bei einer bestimmten Temperatur, insbesondere bei der Raumtemperatur, mit Druck am Abstandshalter anliegen. So wird gewährleistet, dass bei einer kältebedingten Schrumpfung der Optik es nicht zu einer Abstandsvergrößerung zwischen den Einkoppelflächen der Lichtleiter und den Licht emittierenden Flächen der Lichtquellen kommt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass bei einer bestimmten Temperatur, insbesondere bei einer Raumtemperatur, die Stufenflächen der Lichtleiter am Abstandshalter anliegen und die Lichtleiter mit einer geringen oder keiner Spannkraft beaufschlagt sind. Die Größe der Spannkraft wird insbesondere derart ausgelegt, dass bei geringeren Temperaturen, bei denen typischerweise die LEDs heller werden, der Abstand zwischen den LEDs und den Lichtleitern vergrößert wird, womit wiederum die Optik ineffizienter wird. Hierdurch kompensieren sich diese Effekte gegenseitig und der resultierende Lichtstrom bleibt annähernd konstant.
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Vorzugsweise stützt sich eine jeweilige Stufenfläche der Lichtleiter flächig und/oder planar auf einer Oberfläche des Abstandshalters ab. Hierdurch kann die Parallelität zwischen den Einkoppelflächen der Lichtleiter und der Licht emittierenden Flächen der Lichtquellen zumindest weitestgehend gewährleistet sein. Vorzugsweise ist die Oberfläche des Abstandshalters zumindest im Bereich der jeweiligen Stufenfläche parallel zur jeweiligen Stufenfläche ausgestaltet. Insbesondere kann/können die Oberfläche des Abstandshalters zumindest im Bereich der jeweiligen Stufenfläche und eine jeweilige Stufenfläche planar sein und/oder aneinander angepasst sein, wobei beispielsweise auch eine gekrümmte Ausgestaltung der Flächen von dem Abstandshalter und der Lichtleiter denkbar ist. Somit können die aneinander anliegenden Flächen beispielsweise planar sein oder aneinander angepasst sein, indem sie beispielsweise dieselbe Krümmung aufweisen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist denkbar, dass ein jeweiliger Lichtleiter mehrere Stufenflächen aufweisen kann, um die Spannkraft oder Federkraft temperaturabhängig zu variieren. Die Oberfläche des Abstandshalters zumindest im Bereich der jeweiligen Stufenflächen kann dann entsprechend ausgestaltet sein. Somit ist auch eine Mehrfach-Stufe bei dem jeweiligen Lichtleiter denkbar.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist am Halterahmen oder an der Leiterplatte zumindest eine Referenzgeometrie ausgestaltet. Diese durchsetzt vorzugsweise eine, insbesondere durchgehende, Referenzaussparung des Abstandhalters. Des Weiteren kann die Referenzgeometrie in eine Referenzaussparung der Leiterplatte beziehungsweise des Halterahmens eintauchen, je nachdem ob sie am Halterahmen oder an der Leiterplatte ausgestaltet ist. Somit wird aufgrund der Referenzgeometrie eine Toleranzkette maßgeblich reduziert. Durch die Referenzgeometrie können der Halterahmen mit der darin eingesetzten Optik und der Abstandshalter bezüglich der Leiterplatte mit ihren einzelnen Lichtquellen positioniert und referenziert werden. Somit kann über die Referenzgeometrie insbesondere eine Positionierung quer zur optischen Hauptachse und/oder quer zur Hauptabstrahlrichtung der Lichtquellen, insbesondere in der X-Y-Ebene, erfolgen. Die Optik ist dann einfach über den Abstandshalter referenziert. Vorzugsweise ist die Referenzgeometrie über eine Steckmontage in die Leiterplatte oder den Halterahmen eingesetzt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Referenzgeometrie vorzugsweise als, insbesondere zylindrischer, Referenzvorsprung ausgestaltet sein. Auch andere Geometrien z.B. Drei-, Vier-, Sechs-, Mehrkant, Oval oder Freiform sind möglich.
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Dieser kann sich vom Halterahmen, insbesondere parallel zur optischen Hauptachse der Optik und/oder zur Hauptabstrahlrichtung der Lichtquellen, weg erstrecken. Alternativ kann sich der Referenzvorsprung auch von der Leiterplatte weg erstrecken. Ein derartiger Referenzvorsprung ist einfach herstellbar. Die Referenzaussparung des Abstandshalters ist beispielsweise vorrichtungstechnisch einfach als Bohrung ausgestaltet, die mit engen Toleranzen eingebracht sein kann. Zur Aufnahme des Referenzvorsprungs weist die Leiterplatte oder der Halterahmen vorzugsweise ebenfalls eine vorrichtungstechnisch einfache und mit engen Toleranzen ausbildbare Bohrung auf. Somit kann die Referenzgeometrie die eng tolerierten Bohrungen des Abstandshalters und der Leiterplatte beziehungsweise des Halterahmens durchdringen, wodurch die Toleranzkette maßgeblich reduziert wird. Vorzugsweise sind zwei parallele Referenzvorsprünge vorgesehen, die jeweils eine jeweilige Referenzaussparung des Abstandshalters durchsetzen und jeweils in eine jeweilige Referenzaussparung der Leiterplatte beziehungsweise des Halterahmens eintauchen. Weiter vorzugsweise sind die Lichtleiter zwischen den Referenzaussparungen des Abstandshalters durch diesen geführt.
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Mit anderen Worten kann sowohl die Leiterplatte als auch der Abstandshalter auf dieselbe Referenz, nämlich den Halterahmen, referenziert sein, anstelle beispielsweise den Halterahmen bezüglich des Abstandshalters zu referenzieren und den Abstandshalter bezüglich der Leiterplatte zu referenzieren. Somit wird die durch die einzelnen Komponenten entstehende Toleranzkette aufgrund der Verwendung von Referenzgeometrien minimiert.
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Vorzugsweise weist der Halterahmen in weiterer Ausgestaltung der Erfindung auf seiner zur Leiterplatte weisenden Verbindungsseite mehrere, insbesondere eckseitige, Anlagevorsprünge auf. Je nach Größe und Anordnungsmöglichkeit sind anstatt vier (oder mehr) auch nur zwei oder drei Anlagevorsprünge umsetzbar. Mit diesen kann er an der Leiterplatte anliegen und des Weiteren über diese mit Befestigungsmitteln, wie beispielsweise Schrauben, an der Leiterplatte befestigt werden.
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Vorzugsweise können mit dem Halterahmen die Komponenten des Beleuchtungssystems, insbesondere die Optik, der Abstandshalter und die Leiterplatte vorrichtungstechnisch einfach fixiert werden und präzise zueinander ausgerichtet werden.
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Erfindungsgemäß ist ein Scheinwerfer oder ein Scheinwerfermodul mit einem Beleuchtungssystem gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Aspekte vorgesehen. Bei der Optik handelt es sich dann beispielsweise um eine Primäroptik. Zusätzlich kann zumindest eine Sekundäroptik vorgesehen sein, die der Primäroptik nachgeschaltet ist.
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Vorzugsweise ist der Scheinwerfer bei einem Fahrzeug vorgesehen. Beim Fahrzeug können hohe Temperaturschwankungen auftreten, die durch den erfindungsgemäßen Scheinwerfer keinen oder kaum Einfluss auf die Effizienz und Qualität des abgestrahlten Lichtbilds haben. Das Beleuchtungssystem im Scheinwerfer kann beispielsweise für ein Fernlicht oder Zusatzfernlicht eingesetzt sein, insbesondere für einen Adaptive Driving Beam (ADB).
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der Scheinwerfer als Matrix-Scheinwerfer ausgebildet ist. Somit kann er sämtliche Funktionen eines adaptiven Fernlichts erfüllen. Beispielsweise kann dann jede einzelne oder Gruppen von Lichtquelle(n) in Form einer/mehrerer LED(s) in dem Beleuchtungssystem, das als Modul ausgestaltet sein kann, separat angesteuert und dadurch ein- und ausgeschaltet sowie gedimmt werden. In Kombination mit einem Kamerasystem und einer bildverarbeitenden Elektronik und/oder anderer Sensorik, können Gegenverkehr und vorausfahrende Fahrzeuge erkannt und bereichsweise ausgeblendet werden. Bei einer entsprechend hohen Pixelanzahl ist es außerdem denkbar, über das Kamerasystem erkannte Objekte, wie Fußgänger, Tiere oder Hindernisse, separat anzuleuchten und somit den Fahrer darauf aufmerksam zu machen.
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Das Fahrzeug kann ein Luftfahrzeug oder ein wassergebundenes Fahrzeug oder ein landgebundenes Fahrzeug sein. Das landgebundene Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug oder ein Fahrrad sein. Besonders bevorzugt ist die Verwendung des Fahrzeugscheinwerfers in einem Lastkraftwagen oder Personenkraftwagen oder Kraftrad. Das Fahrzeug kann des Weiteren als autonomes oder teilautonomes Fahrzeug ausgestaltet sein.
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Weitere Anwendungsbereiche können beispielsweise Scheinwerfer für Effektlichtbeleuchtungen, Entertainmentbeleuchtungen, Architainmentbeleuchtungen, Allgemeinbeleuchtung, medizinische und therapeutische Beleuchtung, Horticulture etc. sein.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
- 1 in einer Explosionsdarstellung ein erfindungsgemäßes Beleuchtungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel
- 2 in einer perspektivischen Schnittansicht einen Halterahmen mit einer Optik des Beleuchtungssystems
- 3 in einer perspektivischen Darstellung den Halterahmen mit der Optik und einem Niederhalter
- 4 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung den Halterahmen, einen Abstandshalter und eine Leiterplatte
- 5a bis 5d in verschiedenen Ansichten Teile des Beleuchtungssystems, insbesondere im Bereich des Abstandshalters, wobei in 5c der besseren Darstellbarkeit halber kein Abstandshalter gezeigt ist
- 6 in einer perspektivischen Darstellung, Komponenten des Beleuchtungssystems mit Bezeichnung der Raumachsen
- 7 in einer Seitenansicht eine Optik mit Lichtquellen gemäß einer weiteren Ausführungsform
- 8 in einem Diagramm die Effizienz einer Einkopplung eines Lichts von Lichtquellen in Lichtleiter der Optik in Abhängigkeit eines Abstands der Lichtquellen von der Optik
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Gemäß 1 ist ein Scheinwerfer 1 vereinfacht mit einer Strichlinie dargestellt, der ein Beleuchtungssystem 2 aufweist. Dieses hat eine Leiterplatte 4 mit einer Vielzahl von matrixartig angeordneten Lichtquellen in Form von Licht emittierenden Dioden (LEDs) 6. Des Weiteren weist das Beleuchtungssystem 2 eine Optik 8 auf, die über einen Halterahmen 10 an der Leiterplatte 6 befestigt ist. Am Halterahmen 10 ist die Optik 8 über einen klammerförmigen Niederhalter 12 festgelegt. Über Befestigungselemente in Form von Schrauben 14 ist der Halterahmen 10 an der Leiterplatte 4 fixiert. Des Weiteren ist zwischen der Leiterplatte und dem Halterahmen 10 ein Abstandshalter 15 angeordnet, um die Optik 8 genau zu positionieren. Zudem ist eine Sekundäroptik (nicht dargestellt) Bestandteil des Scheinwerfers 1 bzw. des Beleuchtungssystems 2.
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Gemäß 2 weist der Halterahmen 10 einen von der Leiterplatte 4 wegweisenden Aufnahmeraum 16 für die Optik 8 auf. Der Aufnahmeraum 16 hat eine Bodenseite 18 in der eine Vielzahl von Durchgangsaussparungen 20 in Form von Führungen ausgebildet sind. Durch diese sind Lichtleiter 22 der Optik 8 hindurchführbar. Die Lichtleiter 22 der Optik 8 erstrecken sich von einem gemeinsamen Verbindungsabschnitt 24 der Optik 8 etwa parallel zur optischen Hauptachse der Optik. Der Verbindungsabschnitt 24 hat auf seiner von den Lichtleitern 22 und dem Halterahmen 10 wegweisenden Seite eine Austrittsfläche 26. Einem jeweiligen Lichtleiter 22 ist jeweils eine LED 6, siehe 1, zugeordnet, die dann Licht über die Lichtleiter 22 in die Optik einkoppeln können. Über die Lichtleiter 22 kann dann das von den LEDs 6 emittierte Licht angenähert werden. Hierdurch können Dunkelbereiche zwischen Lichtpfaden einer jeweiligen LED 6 vermieden werden, indem die Lichtpfade durch den Verbindungsabschnitt 24 sich randseitig überlappen.
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Der Aufnahmeraum 16 ist gestuft ausgebildet und hat eine erste Stufe 28, die sich von der Bodenseite 18 erstreckt, und eine sich an die erste Stufe 28 anschließende verbreiterte zweite Stufe 30. Die erste Stufe 28 dient zur Aufnahme der Lichtleiter 22 und die zweite Stufe 30 dient zur Aufnahme eines an der Optik 8 ausgebildeten Halteflansches 32, der die Optik 8 umgreift und einstückig mit dieser ausgebildet ist. In der zweiten Stufe 30 sind mehrere Federn 34 ausgebildet die in entsprechende Nuten 36 des Halteflansches 32 eingreifen. Hierdurch kann ein falsch orientiertes Einsetzen der Optik 8 vermieden werden. Im eingesetzten Zustand der Optik 8 in den Halterahmen 10 ist dann der Halteflansch 32 in der zweiten Stufe 30 aufgenommen und die Lichtleiter 22 sind durch die Durchgangsaussparungen 20 hindurchgeführt.
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Gemäß 3 ist der Niederhalter 12 gezeigt, über den die Optik 8 am blockförmigen Halterahmen 10 fixiert ist. Der im Querschnitt gesehen etwa U-förmige Niederhalter 12 ist als Klammerteil ausgebildet und hat einen Basisabschnitt 37 von dem aus sich ein erster und zweiter Schenkel 38 und 40 erstrecken, die etwa im Parallelabstand zueinander angeordnet sind. Am Basisabschnitt 37 ist mittig eine Aussparung 42 ausgebildet, durch die der Verbindungsabschnitt 24 der Optik 8 hindurchgeführt ist. Die Schenkel 38 und 40 übergreifen dann den blockförmigen Halterahmen 10 seitlich und verrasten jeweils mit jeweils zwei am Halterahmen 10 ausgebildeten Rastnasen 44, 46.
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Am Halterahmen 10 ist des Weiteren eine Zentriernase 48 vorgesehen. Diese ist bündig mit einer Seitenfläche des Halterahmens ausgebildet, die vom Schenkel 40 übergriffen ist. Die Zentriernase 48 erstreckt sich dann etwa parallel zur optischen Hauptachse und kragt vom übrigen Halterahmen 10 in eine Richtung weg von der Leiterplatte 4, siehe 2. Die Zentriernase 48 wirkt dabei mit einer Zentrieraussparung 50 des Niederhalters 12 zusammen, womit der Niederhalter 12 nur in einer möglichen Position am Halterahmen 10 anordbar ist, womit eine Falschmontage vermieden wird.
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Des Weiteren sind gemäß 3 am Halteflansch 32 eine Vielzahl von Anlagevorsprüngen 52 ausgebildet. Diese sind umfangsseitig um den Verbindungsabschnitt 24 der Optik 8 herum verteilt. Zumindest wenn der Niederhalter 12 nicht auf den Halterahmen 10 gesetzt ist, kragen diese aus dem Aufnahmeraum 16, siehe auch 2, aus. Wird der Niederhalter 12 dann auf den Halterahmen 10 gesetzt, so liegt dieser mit seinem Basisabschnitt 37 an den Anlagevorsprüngen 52 an und beaufschlagt somit über diese den Halteflansch 32 mit einer Haltekraft. Die Optik 8 ist dann über den Halteflansch 32 zwischen dem Niederhalter 12 und der zweiten Stufe 30, siehe auch 2, fest eingespannt. Über die Anlagevorsprünge 52 kann vorteilhafterweise definiert die Haltekraft in den Halteflansch 32 eingeleitet werden.
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Gemäß 4 ist neben dem Halterahmen 10 und der Leiterplatte 4 der dazwischen liegende Abstandshalter 15 gezeigt. Der etwa plattenförmige Abstandshalter 15 hat auf seiner zur Leiterplatte 4 weisenden Seite einen abschnittsweise umlaufend ausgebildeten Kragen 54. Über diesen liegt der Abstandshalter 15 im eingebauten Zustand an einer zum Halterahmen 10 weisenden Plattenfläche 56 der Leiterplatte 4 an. Da die Lackschicht u.U. größeren Schichtdickenschwankungen unterliegt, dienen als Auflageflächen für den Abstandshalter 15 und den Halterahmen 10 toleranzbedingt (Z-Ausrichtung) nur die dafür vorgesehenen unlackierten Bereiche der Plattenfläche 56. Auf der Leiterplatte 4 sind dann die LEDs 6 angeordnet. Der Abstandshalter 15 liegt dann über den LEDs 6 und ist somit zwischen diesen und dem Halterahmen 10 angeordnet. Die LEDs 6 sind des Weiteren innerhalb des Kragens 54 angeordnet.
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Für einen jeweiligen Lichtleiter 22, siehe 2, hat der Abstandshalter 15 Lageröffnungen 58, was untenstehend näher erläutert ist. Des Weiteren hat der Abstandshalter 15 seitlich zwei Referenzaussparungen 60 und 62, insbesondere in Form von Bohrungen, die durchgängig sind. Diese sind jeweils im montierten Zustand von Referenzgeometrien in Form von Referenzvorsprüngen 64 und 66 des Halterahmens 10 durchsetzt. Diese erstrecken sich gemäß 2 seitlich der Durchgangsaussparungen 20 im Parallelabstand zur optischen Hauptachse. Gemäß 4 sind dann für die Referenzvorsprünge 64 und 66 des Weiteren in der Leiterplatte 4 zwei Referenzaussparungen 68, 70 eingebracht, in die dann die Referenzvorsprünge 64 und 66 im montierten Zustand eingetaucht sind. Über die Referenzvorsprünge 64 und 66 sind somit der Abstandshalter 15 und die Leiterplatte 4 unabhängig voneinander zum Halterahmen 10 referenziert und positioniert, insbesondere lateral oder in X- und Y-Richtung.
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Gemäß 5a ist in einer perspektivischen Schnittansicht eine Verbindungsseite 72 des Halterahmens 10 gezeigt, die zur Leiterplatte 4, siehe beispielsweise 1, weist. Des Weiteren sind der Abstandshalter 15 und die Optik 8 ersichtlich. Es ist erkennbar, dass die Lichtleiter 22 jeweils mit einem endseitigen Eintrittsabschnitt 74 in eine jeweilige Lageröffnung 58, siehe auch 4, des Abstandshalter 15 eintauchen und diesen durchsetzen. Der Abstandshalter 15 hat gemäß 5a Federzungen 76, wobei in der Schnittansicht gemäß 5a zwei von vier Federzungen 76 dargestellt sind. Der Einfachheit halber sind diese in der 4 (Schnittdarstellung) nicht dargestellt. Die Federzungen 76 erstrecken sich jeweils hin zum Halterahmen 10 und stützen sich an diesem ab. Im montierten Zustand beaufschlagen sie dann den Abstandshalter 15 mit einer Federkraft in Richtung der Leiterplatte 4, siehe 4, womit eine Anlage des Abstandshalters 15 auf der Leiterplatte 4 selbst bei unterschiedlichen Temperaturen und somit unterschiedlichen Ausdehnungen, beispielsweise des Halterahmens 10, gewährleistet ist.
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Gemäß 5b sind perspektivisch und abschnittsweise die Leiterplatte 4, der Abstandshalter 15 und die Lichtleiter 22 dargestellt. Es ist erkennbar, dass die endseitigen Eintrittsabschnitte 74 der Lichtleiter 22 einen kreiszylindrischen Querschnitt aufweisen. Auf ihrer zu den LEDs 6 weisenden Seite haben die Eintrittsabschnitte 74 dann jeweils eine Einkoppelfläche. Über eine Stufe schließt sich an einem jeweiligen Eintrittsabschnitt 74 ein Lichtleiterabschnitt 78 an. Ein jeweiliger Lichtleiter 22 weist dann aufgrund der Stufe gemäß 5b eine ringförmige Stufenfläche 80 auf, wobei in der 5d in einer perspektivischen Darstellung ein Abschnitt des Abstandshalters 15, der Leiterplatte 4 und den Lichtleitern 22 gezeigt ist. Über die Stufenfläche 80 kann sich ein jeweiliger Lichtleiter 22 gemäß 5b am Abstandshalter 15 abstützen, womit eine Eintauchtiefe der Eintrittsabschnitte 74 begrenzt ist. Somit kann ein Mindestabstand zwischen den LEDs 6 und den Einkoppelflächen der Lichtleiter 22 erreicht werden. Die Einkoppelflächen sind in 5d mit dem Bezugszeichen 82 gezeigt.
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Gemäß 5c ist ein Abstand in Z-Richtung, also in einer Richtung parallel zur optischen Hauptachse der Optik 8 aus 1, zwischen einer Licht emittierenden Fläche 84 einer LED 6 und der Einkoppelfläche 82 eines Lichtleiters 22 gezeigt.
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Gemäß 6 sind die Leiterplatte 4 und die Lichtleiter 22 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Des Weiteren ist die Z-Richtung 86, eine X-Richtung 88 und eine Y-Richtung 90 gezeigt. Wie vorstehend bereits erläutert handelt es sich bei der Z-Richtung um die Richtung der optischen Hauptachse der Optik 8 und/oder um eine Hauptabstrahlrichtung der LEDs 6. Im eingebauten Zustand des Scheinwerfers 1, siehe 1, in einem Fahrzeug kann sich dann die Z-Richtung alternativ oder zusätzlich parallel zur Fahrzeuglängsachse erstrecken. Die X-Richtung 88 kann sich dann horizontal und die Y-Richtung 90 vertikal erstrecken. Gemäß 6 sind die X-Richtung 88 und die Y-Richtung 90 in einer Ebene vorgesehen, die sich parallel zur Leiterplatte 4 erstreckt.
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Gemäß 7 ist stark vereinfacht eine weitere Ausführungsform einer Optik 92 dargestellt. Hierbei ist ein Verbindungsabschnitt 94 gebogen ausgebildet, mit einer konkaven Austrittsfläche 96, die in oder vor einer Fokalebene einer nachgeschalteten Sekundärlinse liegen kann, um einen Abbildungsfehler zu verringern. Die zu Lichtleitern 98 weisende Fläche des Verbindungsabschnitts 94 ist dagegen konvex ausgestaltet, womit Austrittsflächen der Lichtleiter 98 nicht in einer gemeinsamen Ebene liegen. Gemäß 7 ist nur die Hälfte der Optik 92 gezeigt. Des Weiteren sind gemäß 7 die LEDs 6 dargestellt, die in einer gemeinsamen Ebene liegen. Die Fläche, die gemäß 7 konvex ist, kann hinsichtlich ihrer Form auch anders ausgestaltet werden, um beispielsweise eine Länge der Lichtleiter und/oder eine Richtwirkung der Lichtleiter anzupassen. Der Halterahmen ist dann vorzugsweise entsprechend angepasst.
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Gemäß 8 ist der Zusammenhang zwischen einer Effizienz der Einkopplung des von den LEDs 6, siehe 1, abgestrahlten Lichts in die Lichtleiter 22, siehe 2, und einem Abstand der LEDs 6 zu den Lichtleitern 22, insbesondere im Abstand der lichtimitierenden Flächen 84, siehe 5c, und den Einkoppelflächen 82 der Lichtleiter 22, erkennbar. Die Effizienz der Einkopplung ist hierbei auf der Ordinate in Prozent dargestellt und der Abstand in Millimeter auf der Abszisse. Es ist erkennbar, dass die Effizienz umso größer ist, je geringer der Abstand ist. So ist beispielsweise bei einem Abstand von 400 µm die Hälfte des emittierten Lichts der LEDs 6 nicht in die Lichtleiter 22 eingekoppelt. Bei einem Abstand von 700 µm sind zwei Drittel des Lichts nicht eingekoppelt. Hierdurch ist die Relevanz eines vorzugsweisen gleichbleibenden Abstands erkennbar. Des Weiteren sollte der Abstand möglichst gering sein, um möglichst viel Licht einzukoppeln.
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Offenbart ist ein Beleuchtungssystem mit einer Optik, die eine Mehrzahl von Lichtleitern aufweist, die verbunden sind. Ein zwischen Leiterplatte und Primäroptik befindlicher Abstandshalter gewährleistet über den gesamten zu erwartenden Temperaturbereich einen nahezu konstant geringen Abstand zwischen der lichtemittierenden Fläche der Lichtquelle und der Lichteintrittsfläche der Primäroptik. Die Optik ist über einen Halterahmen an einer Leiterplatte, die Lichtquellen aufweist befestigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Scheinwerfer
- 2
- Beleuchtungssystem
- 4
- Leiterplatte
- 6
- LED
- 8; 92
- Optik
- 10
- Halterahmen
- 12
- Niederhalter
- 14
- Schrauben
- 15
- Abstandshalter
- 16
- Aufnahmeraum
- 18
- Bodenseite
- 20
- Durchgangsaussparung
- 22; 98
- Lichtleiter
- 24; 94
- Verbindungsabschnitt
- 26; 96
- Austrittsfläche
- 28, 30
- Stufe
- 32
- Halteflansch
- 34
- Feder
- 36
- Nut
- 37
- Basisabschnitt
- 38
- Schenkel
- 40
- Schenkel
- 42
- Aussparung
- 44, 46
- Rastnase
- 48
- Zentriernase
- 50
- Zentrieraussparung
- 52
- Anlagevorsprünge
- 54
- Kragen
- 56
- Plattenfläche
- 58
- Lageröffnung
- 60, 62, 68, 70
- Referenzaussparung
- 64, 66
- Referenzvorsprung
- 72
- Verbindungsseite
- 74
- Eintrittsabschnitt
- 76
- Federzunge
- 78
- Lichtleiterabschnitt
- 80
- Stufenfläche
- 82
- Einkoppelfläche
- 84
- Licht emittierenden Fläche
- 86
- z-Richtung
- 88
- x-Richtung
- 90
- y-Richtung
