DE102019100784A1

DE102019100784A1 - Optische Vorrichtung, Scheinwerfer und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102019100784A1
Application number: DE102019100784.4A
Authority: DE
Inventors: Berthold Gerlach; Thomas Feil; Andreas Hartmann
Original assignee: Osram Continental GmbH
Current assignee: Plastic Omnium Lighting Systems GmbH
Priority date: 2019-01-14
Filing date: 2019-01-14
Publication date: 2020-07-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung, die zumindest eine Leiterplatte mit einer Lichtquelle aufweist. Des Weiteren weist die optische Vorrichtung zumindest zwei optische Elemente auf, wobei diese in Reihe angeordnet sind. Die optischen Elemente werden von einer Halterung gehalten und stützen sich außerdem zur Lagefixierung aufeinander ab.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung mit zumindest einer Leiterplatte und zumindest zwei optischen Elementen, und außerdem einen Scheinwerfer mit der optischen Vorrichtung. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit der optischen Vorrichtung.
Optische Vorrichtung für Frontscheinwerfer, wie beispielsweise Matrixlicht und/oder einen Adaptive Driving Beam (ADB) , auch adaptives Fernlicht, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie können beispielsweise eine Leiterplatte mit einer oder mehreren Lichtquellen, wie beispielsweise Light emitting Dioden (LED), enthalten. Damit die optische Vorrichtung einen gewünschten Bereich bestrahlt ist es zudem vorteilhaft, wenn die optische Vorrichtung zumindest eine Optik aufweist. Da eine Toleranzabweichung, beispielsweise durch eine Bewegung der Optik relativ zu der Leiterplatte und/oder durch eine Temperaturausdehnung und/oder durch andere äußere Einflüsse und/oder durch Fertigungsfehler, sich beispielsweise negativ auf die Systemeffizienz und/oder die Lichtintensität auswirkt, müssen Toleranzen möglichst klein gehalten werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kostengünstige und vorrichtungstechnisch einfache optische Vorrichtung zu schaffen, die verbessert ist und die gängigen Industrieanforderungen genügt. Eine weitere Aufgabe ist es einen Scheinwerfer mit der optischen Vorrichtung, sowie ein Fahrzeug mit der optischen Vorrichtung zu schaffen.
Die Aufgabe hinsichtlich der optischen Vorrichtung wird gelöst gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 12 oder des Anspruchs 13, hinsichtlich des Scheinwerfers gemäß den Merkmalen des Anspruchs 14 und hinsichtlich des Fahrzeugs gemäß den Merkmalen des Anspruchs 15.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß ist eine optische Vorrichtung vorgesehen, die zumindest eine Leiterplatte (printed circuit board (PCB)) aufweist. Auf der Leiterplatte ist zumindest eine Lichtquelle positioniert und/oder angeordnet. Des Weiteren weist die optische Vorrichtung zumindest zwei optische Elemente, ein erstes optisches Element und ein zweites optisches Element, auf. Die optischen Elemente oder ein jeweiliges optisches Element sind/ist aus einer Gruppe ausgewählt, wobei die Gruppe beispielsweise eine Linse, einen Reflektor, eine Blende, einen Lichtleiter, ein holografisches Element, ein Liquid Crystal Display (LCD), ein Digital Mirror Device (DMD) und/oder einen Konverter mit einem Leuchtstoff aufweist. Die optischen Elemente sind in einer Reihe angeordnet, das heißt das Licht der Lichtquelle koppelt zuerst in das erste optische Element und danach, von dem ersten optischen Element aus, in das zweite optische Element ein. Des Weiteren werden die optischen Elemente von zumindest einer Halterung oder Halterrahmen gehalten, der die optischen Elemente in Umfangsrichtung zumindest teilweise und oder im Wesentlichen vollständig umschließt, so dass sie positioniert sind. Mit anderen Worten hält die Halterung die optischen Elemente derart, dass sie sich in einer Richtung senkrecht und/oder quer zur optischen Hauptachse nicht bewegen. Des Weiteren sind die optischen Elemente derart angeordnet, so dass sich das erste optische Element an dem zweiten optischen Element abstützt, so dass das erste optische Element in einer Richtung hin zu dem zweiten optischen Element derart gestützt ist, so dass es sich in Richtung der optischen Hauptachse nicht hin zu dem zweiten optischen Element bewegen kann. Mit anderen Worten fixieren sich die optischen Elemente in Richtung der optischen Hauptachse in jeweils einer Richtung zueinander.
Ein Vorteil dieser Erfindung ist es, dass ein zusätzliches Bauteil nicht notwendig ist, über das sich das erste optische Element in Richtung weg von der Leiterplatte abstützt, da sich das erste optische Element direkt am zweiten optischen Element abstützt. Dies kann Produktionskosten und/oder Fertigungskosten sparen. Des Weiteren ist die Gefahr einer Toleranzabweichung geringer, da weniger Bauteile mit einer bestimmten Fertigungstoleranz bearbeitet werden müssen und somit können Abbildungsfehler und/oder eine Verminderung der Systemeffizienz der optischen Vorrichtung durch Fertigungsfehler vermieden werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es außerdem vorteilhaft, wenn zumindest eines der optischen Elemente in zumindest einem Querschnittsbereich eine U-Form aufweist. Insbesondere weist das erste optische Element in einem Querschnittsbereich zumindest zwei Schenkel auf, die sich von einem Basisabschnitt weg erstrecken. Mit anderen Worten liegt das erste optisches Element über seine Schenkel an dem zweiten optischen Elements an, sodass der Abstand zwischen Bereichen oder zwischen Linsenabschnitte der optischen Elemente, die das Licht beeinflussen, derart ausgebildet ist, sodass die Systemeffizienz maximal und/oder das emittierte Lichtbild optimal ist. Vorzugsweise ist das erste optische Element topfförmig oder brückenförmig ausgebildet.
Des Weiteren kann sich das erste optische Element auf einer Seite, die gegenüberliegend zu der Seite ist, mit der sich das erste optische Element an dem zweiten optischen Element abstützt, an der Leiterplatte abstützen. Das heißt das erste optische Element kann vorzugsweise sandwichartig zwischen dem zweiten optischen Element und der Leiterplatte gehalten sein. Es kann außerdem zwischen der Leiterplatte und dem ersten optischen Element ein Abstandshalter (Spacer) angeordnet sein, auf dem sich das erste optische Element in einer Richtung parallel zur optischen Hauptachse und/oder in Richtung der Leiterplatte zusätzlich oder alternativ abstützt.
In dem Abstandshalter ist vorzugsweise zumindest eine Aussparung, die eine Position hat, die einer Position entspricht, auf der die Lichtquelle auf der Leiterplatte angeordnet ist. Mit anderen Worten tritt das Licht der Lichtquelle über die Aussparung des Abstandshalters in das erste optische Element ein. Der Abstandshalter hat den Vorteil, dass der Abstand zwischen Lichtquelle und einer Einkoppelfläche des ersten optischen Elements stets innerhalb einer gewissen Toleranz liegt, die gewährleistet, dass die Systemeffizienz maximal ist. Je nach Anwendungsanforderungen der optischen Vorrichtung kann der Abstandshalter angepasst werden. Der Abstandshalter kann beispielsweise aus einem Metall und/oder einem Kunststoff hergestellt sein. Des Weiteren kann der Abstandshalter verschiedene Abschnitte, einen Trägerabschnitt und einen Basisabschnitt aufweisen. Der Basisabschnitt kann insbesondere die Lichtquellen mit einem Abstand umgeben und auf der Leiterplatte aufliegen. Das erste optische Element stütz sich vorzugsweise auf dem Trägerabschnitt ab. Mit anderen Worten überbrückt der Trägerabschnitt in einer Querschnittsansicht die Lichtquelle.
Die optische Vorrichtung weist vorzugsweise eine Klammer auf, die insbesondere in die Halterung eingreift und die zumindest einen Teil des zweiten optischen Elements, insbesondere einen Teil, der nicht zur Lichtleitung und/oder zur Lichtbeeinflussung genutzt ist, beispielsweise einen Flansch, bedeckt. Die Klammer fixiert das zweite optische Element vorzugsweise an der Halterung. Mit anderen Worten übt die Klammer eine Kraft in Richtung der Leiterplatte und in Richtung parallel zur optischen Hauptachse auf, so dass das zweite optische Element an die Halterung gepresst ist. Das erste optische Element ist in diesem Ausführungsbeispiel zwischen der Leiterplatte und/oder dem Abstandshalter und dem zweiten optischen Element sandwichartig gehalten. Dies ist vorteilhaft, da sich das erste optische Element bei einer Temperaturveränderung nicht in Richtung der optischen Hauptachse ausdehnt, da dies von der Leiterplatte und/oder dem Abstandshalter und dem zweiten optischen Element verhindert wird. Dies verhindert weiter, dass es zu Abbildungsfehlern der optischen Vorrichtung kommt und somit zu einer Verringerung der Systemeffizienz.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es möglich, dass sich das zweite optische Element in Richtung der Leiterplatte an dem ersten optischen Element abstützt. Dabei sind die optischen Elemente sandwichartig zwischen der Leiterplatte und/oder dem Abstandshalter und der Klammer gehalten und/oder zusammengepresst. Die Klammer beaufschlagt die beiden optischen Elemente bevorzugt derart mit einer Kraft, so dass eine Temperaturausdehnung, bei einer Temperaturschwankung, im Wesentlichen verhindert wird. Mit anderen Worten verändert sich die Lage der beiden optischen Elemente zueinander nicht oder im Wesentlichen nicht. Dies verhindert, dass es zu Abbildungsfehlern der optischen Vorrichtung kommt und somit zu einer Verringerung der Systemeffizienz. Ein zusätzlicher Vorteil ist es, dass das erste optische Element nicht durch eine weitere Klammer und/oder eine weitere Vorrichtung gehalten werden muss, sondern dass ein Bauteil ausreichend ist, so dass beide optische Elemente in der Richtung parallel zu der optischen Hauptachse angeordnet und/oder befestigt sind.
Die Klammer kann vorzugsweise aus Blech und/oder einem verformbaren Kunststoff gefertigt sein. Des Weiteren kann die Klammer vorzugsweise eine Topfform oder U-Form aufweisen, wobei eine Öffnung der Klammer in Richtung der Leiterplatte weist. Mit anderen Worten hat die Klammer in einer Querschnittsansicht zwei Schenkel, die sich U-förmig von einem Basisabschnitt erstrecken. Mit diesen Schenkeln übergreift die Klammer die Halterung und das zweite optische Element liegt vorzugsweise an dem Basisabschnitt an. Der Basisabschnitt erstreckt sich beispielsweise im Parallelabstand zur Leiterplatte und kann die Öffnungen aufweisen.
Die Klammer umgreift die Halterung vorzugsweis derart, sodass sie eine Kraft, insbesondere auf das zweite optische Element, aufbringen kann. Dazu kann beispielsweise die Halterung zumindest eine Aussparung aufweisen. Die Klammer kann beispielsweise in diese Aussparung eingreifen, insbesondere mit zumindest einer Auskragung. Durch Verformung und/oder elastischer Verformung kann die Auskragung in die Aussparung eingeführt werden.
Vorzugsweise weist die Halterung zumindest eine Gewindebohrung und/oder eine sonstige Befestigungsaussparung auf. Des Weiteren kann die Leiterplatte zumindest ein Durchgangsloch aufweisen. Zur Befestigung der Halterung an der Leiterplatte kann ein Befestigungsmittel, beispielsweise eine Schraube, durch das Durchgangsloch geführt werden, wobei sich ein Kopf des Befestigungsmittels an der Leiterplatte abstützen kann. Das Befestigungsmittel kann des Weiteren in die Befestigungsaussparung der Halterung eingeführt werden, um diese zu fixieren. Alternativ oder zusätzlich kann die Halterung mit der Leiterplatte über einen Stoffschluss und/oder Formschluss verbunden werden, insbesondere durch verkleben.
Weist die optische Vorrichtung einen Abstandshalter auf, so kann dieser ebenfalls zumindest eine Durchgangsbohrung, insbesondere in dessen flanschartigen Basisabschnitt, aufweisen, sodass das Befestigungsmittel bei der Montage zuerst durch die Leiterplatte und dann durch den Abstandshalter geführt wird, bevor das Befestigungsmittel in die Befestigungsaussparung der Halterung eingreift.
Vorteilhaft ist außerdem, wenn das erste optische Element auf zumindest einem Schenkel, insbesondere auf einer gesamten umlaufenden Fläche des ersten optischen Elements, über der es sich auf dem zweiten optischen Element abstützt, eine Stützfläche aufweist, die insbesondere geringe Fertigungstoleranzen aufweist. Dies hat den Vorteil, dass die Systemeffizienz der optischen Vorrichtung hoch ist.
Bevorzugt ist die Stützfläche, die oben beschrieben ist, zumindest teilweise oder im Wesentlichen vollständig beschichtet. Die Beschichtung kann insbesondere Licht reflektieren. Dies hat den Vorteil, dass Licht das in das erste optische Element eingekoppelt ist, und in die Schenkel, bzw. zu der Stützfläche strahlt, nicht von der Stützfläche des ersten optischen Elements in das zweite optische Element einkoppelt. Das Licht das an die Stützfläche geleitet ist, wird durch die reflektierende Beschichtung von dort reflektiert und somit kommt es dadurch nicht zu einem Abstrahlen des Lichts, in einer Richtung die nicht gewollt ist und somit kann eine Bestrahlung durch die optische Vorrichtung besser kontrolliert werden. Mit anderen Worten kann eine ungewollte Streuung des Lichts der optischen Vorrichtung vermieden werden.
Das erste optische Element kann zudem zumindest einen Lichtleiter (Taper) aufweisen, der sich von einer Fläche des ersten optischen Elements, die der Leiterplatte zugewandt ist, in Richtung der Leiterplatte erstreckt. Mit anderen Worten weist das erste optische Element einen Kollimator und/oder einen Total-Internal-Reflection (TIR)-Bereich auf, der das Licht der Lichtquelle vorzugsweise bündelt. Der Lichtleiter kann zudem durch die Aussparung in dem Abstandshalter ragen. Dies dient der optimalen Lichtleitung des Lichts der Lichtquelle zu dem ersten optischen Element.
Des Weiteren kann die optische Vorrichtung mehr als eine Lichtquelle auf der Leiterplatte und mehr als eine Aussparung in dem Abstandshalter aufweisen, wobei sich die Lichtquellen und die Aussparungen in Position und/oder Anzahl entsprechen können. Die Lichtquellen und/oder die Aussparungen können bevorzugt in Reihe angeordnet sein, wobei die optische Vorrichtung insbesondere zwei oder mehr Reihen von Lichtquellen und/oder Aussparungen aufweist, wobei jede Reihe eine Mehrzahl von Lichtquellen und/oder Aussparungen aufweist, insbesondere 10 bis 12 Stück.
Das erste optische Element kann außerdem zumindest eine Aussparung aufweisen, die insbesondere in einem Bereich des ersten optischen Elements ist, der nicht zur Beeinflussung des Lichts oder zur Lichtführung verwendet ist, und wobei sich das zweite optische Element durch die Aussparung an dem Abstandshalter oder an der Leiterplatte parallel zur optischen Hauptachse und/oder in Richtung hin zu der Leiterplatte abstützt. Dies ist vorteilhaft, da so das zweite optische Element in Richtung parallel der optischen Hauptachse ebenfalls an dem Abstandshalter positioniert ist. Denkbar ist, dass sich das zweite optische Element dann in Richtung hin zur Leiterplatte am Abstandshalter abstützt und nicht mehr an der Halterung.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel, kann die Halterung, die die optischen Elemente in Umfangsrichtung umfasst, zumindest eine Stützfläche aufweisen, wobei die Stützfläche vorzugsweise von der Leiterplatte weg weist. Das zweite optische Element kann sich über diese Stützfläche in Richtung der Leiterplatte und/oder parallel zur optischen Hauptachse abstützen. Stützt sich das zweite optische Element nun über die Stützfläche der Halterung ab, so beaufschlagt die Klammer das zweite optische Element mit einer Kraft, sodass dieses an die Stützfläche der Halterung angepresst wird.
Die rahmenartige Halterung kann vorzugsweise zumindest zwei Bereiche aufweisen, einen Basisbereich und einen Haltebereich. der Basisbereich kann auf der Leiterplatte und/oder auf dem Abstandshalter aufliegen und insbesondere die Befestigungsaussparung enthalten. Der Haltebereich kann die optischen Elemente positionieren und halten. Des Weiteren umgibt der Haltebereich die optischen Elemente vorzugsweise in Umfangsrichtung. Der Haltebereich kann beispielsweise die Stützfläche/n aufweisen. Weist die optische Vorrichtung einen Abstandshalter auf, so ist es möglich, dass sich die Halterung in dem Haltebereich der Form des Abstandshalters anpasst und Aussparungen und/oder Absätze aufweist, sodass der Abstandshalter zwischen der Halterung und der Leiterplatte positionierbar ist. Der Basisabschnitt ist vorzugsweise in Richtung quer zur optischen Hauptachse gesehen außen bei der Halterung vorgesehen.
Das zweite optische Element weist bevorzugt umlaufend oder abschnittsweise umlaufend einen Flansch auf, der um den Bereich des zweiten optischen Elements ausgebildet ist, der das Licht der Lichtquelle beeinflusst. Dieser Flansch kann des Weiteren eine Stützfläche aufweisen, womit sich das zweite optische Element in Richtung der optischen Hauptachse und/oder in Richtung der Leiterplatte auf dem ersten optischen Element und/oder auf der Halterung abstützt. Der Bereich, der das Licht der Lichtquelle beeinflusst, ist beispielsweise als Linse ausgebildet.
Das zweite optische Element kann vorzugsweise von der Halterung und der Klammer gehalten sein und das erste optische Element kann zwischen der Leiterplatte und/oder dem Abstandshalter und dem zweiten optischen Element angeordnet und gehalten sein. Bei einer Temperaturerhöhung kann sich das erste optische Element ausdehnen und somit aus Richtung der Leiterplatte an das zweite optische Element drücken. Die Klammer verhindert, dass die Position des zweiten optischen Elements durch eine Ausdehnung bei einer Temperaturerhöhung des ersten optischen Elements verändert wird.
Des Weiteren kann das erste optische Element und/oder das zweite optische Element aus einem Kunststoffmaterial, das insbesondere spritzgussfähig ist, wie beispielsweise Polymethylmethacrylat, Silikon und/oder aus Glas hergestellt sein. Des Weiteren können die beiden optischen Elemente unterschiedliche Farben und/oder unterschiedliche Farbverläufe und/oder unterschiedliche BrechungsIndizes aufweisen, wodurch unterschiedliche achromatische Korrekturen realisiert werden können.
In einem Ausführungsbeispiel kann ein drittes optisches Element in einem Abstand zu dem zweiten und dem ersten optischen Element angeordnet sein, so dass das dritte optische Element innerhalb eines Fokusbereichs des zweiten optischen Elements ist. Dabei können die ersten zwei optischen Elemente eine Primäroptik bilden und das dritte optische Element bildet eine Sekundäroptik. Dies erhöht eine optische Freiheit hinsichtlich Form des Gesamtlichtbildes. Des Weiteren ermöglicht dies eine bessere Kontrolle des Intensitätsverlaufes des Lichtbildes.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Halterung, die das erste und das zweite optische Element umschließt, das zweite optische Element außerdem derart umschließen, so dass sich das zweite optische Element in Richtung der optischen Hauptachse und in einer Richtung weg von der Leiterplatte an der Halterung abstützt. Mit anderen Worten kann die Halterung ein Fixieren des ersten und des zweiten optischen Elements in einer Richtung parallel zur optischen Hauptachse und/oder das Aufbringen einer Kraft auf das zweite optische Element in Richtung der optischen Hauptachse ausüben. Somit kann ein Bauteil eingespart werden und außerdem die Montage erleichtert werden, da die Klammer nicht angebracht werden muss.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel, ist die optische Vorrichtung derart ausgestaltet, dass sie zumindest eine Lichtquelle und zumindest ein erstes und ein zweites optisches Element aufweist. Des Weiteren sind die optischen Elemente vorzugsweise in Reihe angeordnet, wobei das Licht der Lichtquelle zuerst in das erste optische Element und dann in das zweite optische Element einkoppelbar ist. In ihrer Umfangsrichtung, um die optische Hauptachse herum, sind die optischen Elemente zudem von zumindest einer Halterung gehalten, wobei sich das optische Element an einer ersten Stützfläche der Halterung, die der Leiterplatte zugewandt ist, abstützt und das zweite optische Element sich an einer Stützfläche abstützt, die von der Leiterplatte weg weist. Das erste optische Element stützt sich dabei in einer Richtung weg von der Leiterplatte und in Richtung der optischen Hauptachse ab. Das zweite optische Element stützt sich in Richtung hin zu der Leiterplatte und ebenfalls in Richtung der optischen Hauptachse ab. Diese Anordnung der optischen Vorrichtung hat den Vorteil, dass sich beide optischen Elemente an dem gleichen Bauteil, der Halterung, abstützen. Dies vergünstigt und erleichtert die Produktion und die Montage, und vergünstigt somit die Herstellung der optischen Vorrichtung.
Die optische Vorrichtung weist außerdem vorzugsweise einen Abstandshalter auf, der zwischen dem ersten optischen Element und der Leiterplatte angeordnet ist, so dass der Abstand zwischen optischen Element und Lichtquelle gut einstellbar ist. Des Weiteren weist die optische Vorrichtung vorzugsweise eine Klammer auf, die die Halterung umgreift und das zweite optische Element, insbesondere in Richtung der optischen Hauptachse, fixiert und an der sich das zweite optische Element in einer Richtung weg von der Leiterplatte und in Richtung der optischen Hauptachse abstützt.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die optische Vorrichtung zumindest eine Leiterplatte aufweisen, die zumindest eine Lichtquelle hat. Des Weiteren weist die optische Vorrichtung zumindest ein optisches Element auf, wobei das Licht der Lichtquelle in das optische Element einkoppelbar ist. Die optische Vorrichtung weist zudem eine Halterung auf, die das optische Element umlaufend umschließt und außerdem eine Stützfläche aufweist, die zu der Leiterplatte hinweist, und an der sich das optische Element abstützt. Bei der Ausgestaltung der optischen Vorrichtung kann auf eine Klammer, das heißt auf ein weiteres Bauteil, verzichtet werden und somit kann die Montage und/oder die Produktion vereinfacht sein.
Die optische Vorrichtung weist vorzugsweise einen Abstandshalter auf, der zwischen dem optischen Element und der Leiterplatte angeordnet ist. Der Abstandshalter kann verschiedene Bereiche aufweisen, beispielsweise einen Basisbereich, der den Abstand zwischen optischem Element und Lichtquelle bestimmt und der zwischen dem optischen Element und der Lichtquelle angeordnet ist. Das optische Element kann sich auf diesem Basisabschnitt in Richtung der Leiterplatte abstützen. An den Basisabschnitt schließt sich vorzugsweise in einer Richtung senkrecht zur optischen Hauptachse ein weiterer Abschnitt an, der einen größeren Abstand zu der Leiterplatte aufweist, als der Basisabschnitt, insbesondere einen vielfachen Abstand im Vergleich zu dem Abstand des Basisabschnitts zur Leiterplatte. Auf diesem Abschnitt kann sich das optische Element mit einem flanschartigen Abschnitt in Richtung der optischen Hauptachse und/oder in einer Richtung hin zur Leiterplatte abstützen. Das heißt, das optisch Element stützt sich in einer Richtung hin zur Leiterplatte und/oder in Richtung der optischen Hauptachse an dem Basisabschnitt und dem weiteren Abschnitt ab. Ein dritter Abschnitt kann sich an den zweiten Abschnitt in der gleichen Richtung anschließen, wobei sich der Abstandshalter über diesen an der Leiterplatte abstützt.
Die Lichtquelle/n können beispielsweise ausgebildet sein als: eine Glühlampe; eine Halogenlampe, eine Halogen-Retrofit-LED-Lampe, eine LED-Lampe für Fahrzeuganwendungen, so wie die OSRAM XLS LED Lampe (wie sie beispielsweise in der DE 20 2014 002 809 U1 beschrieben ist); eine Entladungslampe (High Intensity Discharge (HID)), insbesondere als eine Gasentladungslampe; eine Licht emittierende Diode (LED); eine pixelierte LED (wie beispielsweise der OSRAM EVIYOS-COB-Matrix-Lichtquelle) oder allgemein ein Leuchtmittel mit Matrixanordnungen; ein Laser (wie beispielsweise ein nach dem Prinzip Laser Activated Remote Phosphor (LARP) arbeitendes System (Hinweis: der Begriff Phosphor ist umfasst fachsprachlich auch Phosphor-freie Leuchtstoffe)); ein nach einem Digital Light Processing (DLP)-Prinzip arbeitender Projektor; eine IR-Strahlungsquelle, insbesondere eine IR-Laserdiode; oder eine andere eine elektromagnetische Strahlung in und/oder teilweise in und/oder nahe bei und/oder teilweise nahe bei dem sichtbaren Bereich abgebende, wiedergebende und/oder erzeugende Vorrichtung sein. Unter einer Licht emittierenden Diode sollen insbesondere eine LED mit einem nachgelagerten Leuchtstoff zur teilweisen Umwandlung von Primärlicht (Emissionslicht der LED) in Sekundärlicht (Konversionslicht des Leuchtstoffs); eine warmweißes Licht emittierende LED; eine kaltweißes Licht emittierende LED; eine LED, welche in Vollkonversion betrieben wird; eine LED ohne einen nachgelagerten Leuchtstoff; eine pixelierte LED-Matrixanordnung; eine organische LED (OLED) und/oder dergleichen verstanden werden. Bevorzugt emittieren die LED-Chips weißes Licht im genormten ECE-Weißfeld der Automobilindustrie, beispielsweise realisiert durch einen blauen Emitter und einen gelb/grünen Konverter. Dadurch kann die Lichtquelle beispielsweise für eine Zusatzlichtfunktion bei einem Fahrzeug, wie für eine Nebellichtfunktion, eine Tagfahrlichtfunktion, eine Abblendlichtfunktion, eine Fernlichtfunktion oder eine ähnliche Funktion vorgesehen sein.
Die optische Vorrichtung kann dabei bevorzugt in einem Scheinwerfer angeordnet sein, insbesondere einem Scheinwerfer für ein Fahrzeug. Zusätzlich oder alternativ kann die optische Vorrichtung als ein Adaptive Driving Beam (ADB), auch adaptives Fernlicht, ausgebildet sein. Des Weiteren kann die optische Vorrichtung als ein MatrixLicht ausgebildet sein. Das heißt die optische Vorrichtung kann beispielsweise matrixartig angeordnete Licht imitierende Dioden (LEDs) aufweisen, wobei jede einzelne oder Gruppen von LEDs in dem Modul separat ansteuerbar sein können. Die optische Vorrichtung kann außerdem als Abblendlicht und/oder Fernlicht eingesetzt sein.
Des Weiteren kann ein Fahrzeug mit der optischen Vorrichtung geschaffen sein, wobei das Fahrzeug ein Luftfahrzeug oder ein wassergebundenes Fahrzeug oder ein Landgebundenes Fahrzeug sein kann. Das Landgebundene Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug oder ein Fahrrad sein. Besonders bevorzugt ist das Fahrzeug ein Lastkraftwagen oder ein Personenkraftwagen oder ein Kraftrad. Das Fahrzeug kann des Weiteren als nichtautonomes oder teil-autonomes oder autonomes Fahrzeug ausgestaltet sein.
Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung, die zumindest eine Leiterplatte mit einer Lichtquelle aufweist. Des Weiteren weist die optische Vorrichtung zumindest zwei optische Elemente auf, wobei diese in Reihe angeordnet sind. Die optischen Elemente werden von einer Halterung gehalten und stützen sich außerdem zur Lagefixierung aufeinander ab.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:

1 eine perspektivische Draufsicht einer optischen Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine Schnittansicht der optischen Vorrichtung aus 1,
3 eine Schnittansicht einer optischen Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
4 eine Schnittansicht einer optischen Vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

1 zeigt eine optische Vorrichtung 1 mit einer Leiterplatte 2. Auf dieser sind Stecker 4 angeordnet mit denen Verbraucher auf der Leiterplatte 2 mit elektrischer Energie versorgbar und steuerbar sind. In 1 ist zudem ein optisches Element 6 dargestellt, das von einer Klammer 8 gehalten ist. Diese greift in eine Halterung 10 ein, die das optische Element 6 über den gesamten Umfang umschließt. Die Halterung 10 ist auf der Leiterplatte 2 befestigt, wobei die Befestigungsmittel hier nicht dargestellt sind. Die Klammer 8 weist außerdem eine Aussparung auf, durch die teilweise ein Bereich des optischen Elements 6 kragt.
Das optische Element 6 ist in unterschiedlichen Bereichen unterschiedlich ausgebildet, das heißt es sind facettenartige Austrittsflächen 12 für das Licht vorgesehen, von denen nur der Einfachheit halber eine mit einem Bezugszeichen versehen ist. Das optische Element 6 weist zwei Reihen mit jeweils zwölf Austrittsflächen 12 auf. Jeder Austrittsfläche 12 ist zumindest eine Lichtquelle zugeordnet, die hier nicht dargestellt sind. Des Weiteren kragen die Austrittsflächen 12 durch die Aussparung der Klammer 8.
In 2 ist ein Schnitt durch die optische Vorrichtung 1 aus 1 entlang der Schnittlinie A-A gezeigt. Auf der Leiterplatte 2 sind zwei Lichtquellen 14 angeordnet, wobei die anderen Lichtquellen 14, die jeweiligen Austrittsflächen 12 zugeordnet sind, nicht ersichtlich sind. Damit die Lichtquellen 14 von einem ersten optischen Element 16 einen geeigneten Abstand aufweisen, befindet sich zwischen der Leiterplatte 2 und dem ersten optischen Element 16 ein Abstandshalter 18. Dieser weist einen Trägerabschnitt auf, der einen Abstand zu der Leiterplatte 2 aufweist und somit eine Brücke über die Lichtquellen 14 bildet. Der Trägerabschnitt bildet in dieser Querschnittsansicht eine U-Form. Im gezeigten Querschnitt ist neben dem ersten Trägerabschnitt umlaufend ein flanschförmiger Basisabschnitt angeordnet, der an der Leiterplatte 2 anliegt und sich auf dieser abstützen.
Auf dem Trägerabschnitt des Abstandshalters 18 stützt sich das erste optische Element 16 in Richtung Leiterplatte 2 ab, sodass das erste optische Element 16 durch den Abstandshalter 18 von den Lichtquellen 14 beabstandet ist. Das erste optische Element 16 hat eine U-förmige Querschnittsform, wobei ein Basisabschnitt 20, von dem sich zwei Schenkel 22 erstrecken, so dass die U-Form gebildet wird, auf dem Flanschabschnitt des Abstandshalter 18 aufliegt. Eine Fläche des Basisabschnitts 20, die von den Lichtquellen 14 weg weist, kann außerdem eine Linsenform aufweisen, um das emittierte Licht der Lichtquellen 14 zu beeinflussen.
Das erste optische Element 16 weist zudem Lichtleiter 23 auf, die sich von einer Fläche des Basisabschnitts 20, die hin zur Leiterplatte 2 weist, aus in Richtung der Lichtquellen 14 erstrecken.
Des Weiteren weist das optische Element 16 auf seinen Schenkeln 22 Stützflächen 24 auf, die von der Leiterplatte 2 weg weisen. Die Stützflächen 24 sind insbesondere lichtreflektierend beschichtet.
Auf den Stützflächen 24 stützt sich das erste optische Element 16 in Richtung weg von der Leiterplatte 2 an einem zweiten optischen Element 26 ab. Das zweite optische Element 26 weist einen Basisbereich auf, der die Austrittsflächen 12 enthält. Des Weiteren weist das zweite optische Element 26 einen oder mehrere Flanschabschnitte auf, die sich jeweils beidseitig oder umlaufend an den Basisbereich in einer Richtung senkrecht zur optischen Hauptachse anschließen.
Des Weiteren kann sich das zweite optische Element 26 mit den Flanschabschnitten auf zumindest einer Stützfläche 28 abstützen, die Teil der Halterung 10 sind, die die optischen Elemente 16, 26 umfasst. Die Stützfläche 28 der Halterung 10 weist dabei von der Leiterplatte 2 weg und das zweite optische Element 26 stützt sich in Richtung der Leiterplatte 2 an dieser ab.
Die Halterung 10 hat für die optischen Elemente 16, 26 einen gestuften Aufnahmeraum. Eine erste Stufe erstreckt sich ausgehend von der von der Leiterplatte 2 wegweisenden Stirnseite der Halterung 10 hin zur Leiterplatte 2. An die erste Stufe schließt sich eine zweite Stufe an, die eine verkleinerte Querschnittsfläche hat. Am Stufenübergang zwischen der ersten und zweiten Stufe ist zumindest die Stützfläche 28 zum Abstützten des zweiten optischen Elements 26 gebildet. Des Weiteren ist das zweite optische Element 26, insbesondere mit seinem Flanschabschnitt, in der ersten Stufe formschlüssig aufgenommen. Somit ist es in Richtung parallel zur Leiterplatte und in Richtung hin zur Leiterplatte lagefixiert. Das erste optische Element 16 ist in der zweiten Stufe formschlüssig aufgenommen. Somit ist das erste optische Element in Richtung parallel zur Leiterplatte ebenfalls lagefixiert.
Die optische Vorrichtung 1 weist außerdem eine Klammer 32 auf, die in die Halterung 10 eingreift und die das zweite optische Element 26 in Richtung der Leiterplatte 2 mit einer Kraft beaufschlagt. Durch die Klammer 32 sind sowohl das erste optische Element 16 als auch das zweite optische Element 26 in Richtung der optischen Hauptachse und in Richtung der Leiterplatte 2 gehalten und aneinandergepresst.
Des Weiteren weist die optische Vorrichtung 1 ein drittes optisches Element 33 auf, das in einer Entfernung zu dem zweiten optischen Element 26 angeordnet ist und sich in einer Reihe an das zweite optische Element 26 anschließt. Mit anderen Worten koppelt das Licht der Lichtquellen 14 zuerst in das erste optische Element 16 ein, von dem ersten optischen Element 16 aus in das zweite optische Element 26 und von dem zweiten optischen Element 26 in das dritte optische Element 33.
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer optischen Vorrichtung 34 dargestellt. Die optische Vorrichtung 34 weist im Vergleich zu der optischen Vorrichtung 1 aus 2, eine andere Halterung 36 auf, und das erste optische Element 38, sowie das zweite optische Element 40 sind ebenfalls verschieden ausgebildet.
Das erste optische Element 38 weist zumindest einen Lichtleiter 42 auf, der in Richtung einer Lichtquelle 44 kragt und vorzugsweise ein Kollimator ist. Des Weiteren weist das erste optische Element 38 eine Stützfläche 46 auf, die der Leiterplatte, die hier nicht aufgezeigt ist, zugewandt ist und mit der sich das erste optische Element 38 an einem Abstandshalter 48 abstützt. Die Stützfläche 46 ist bevorzugt einseitig oder beidseitig neben dem Lichtleiter 42 angeordnet. Das erste optische Element 38 weist weitere Stützflächen 50 auf, mit der es sich an der Halterung 36 in Richtung parallel zur optischen Hauptachse und in Richtung von der Leiterplatte weg abstützt. Mit anderen Worten stützt sich das erste optische Element 38 auf der Seite, die der Leiterplatte zugewandt ist, auf dem Abstandshalter 48 ab und auf der Seite, die von der Leiterplatte weg weist, an der Halterung 36.
Das zweite optische Element 40 ist derart ausgestaltet, dass es zumindest eine Stützfläche 52 aufweist mit der es sich an der Halterung 36 in Richtung der optischen Hauptachse und in Richtung der Leiterplatte abstützt.
Die Halterung 36 ist des Weiteren stufenförmig aufgebaut, wobei sich eine erste Stufe von der Stirnseite der Halterung 36, die von der Leiterplatte weg weist, zu der Leiterplatte hin erstreckt. An diese schließt sich eine weitere zweite Stufe an, wobei diese eine verkleinerte Querschnittfläche aufweist. An die zweite Stufe schließt sich in Richtung der Leiterplatte eine dritte Stufe an, die wiederrum eine vergrößerte Querschnittsfläche aufweist. Somit bildet die zweite Stufe einen Anlegebund. Das erste optische Element 38, das in der dritten Stufe formschlüssig aufgenommen ist, stützt sich in Richtung weg von der Leiterplatte an der zweiten Stufe ab, und ist somit parallel zur Leiterplatte und in einer Richtung weg von der Leiterplatte lagefixiert. Das zweite optische Element 40 ist formschlüssig in der ersten Stufe aufgenommen und stützt sich an der zweiten Stufe, in Richtung hin zur Leiterplatte, ab. Somit fixiert die Halterung 36, das zweite optische Element 40 in einer Richtung parallel zur Leiterplatte und in einer Richtung hin zur Leiterplatte.
Die optische Vorrichtung 34 weist zudem eine Klammer 54 auf, die das zweite optische Element 40 in Richtung der Leiterplatte fixiert. Die Klammer 54 ist dabei ähnlich aufgebaut, wie die Klammer 32 auf 2.
In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer optischen Vorrichtung 56 gegeben, wobei diese ein optisches Element 58 aufweist, das sich über eine Stützflächen 59 und über eine umlaufende Stützfläche 60 an einem Abstandshalter 62 abstützt in Richtung einer Leiterplatte, die hier nicht dargestellt ist.
Der Abstandshalter 62, der die Stützfläche 59 und die Stützfläche 60 aufweist, ist dabei mit verschiedenen Bereichen ausgebildet. Ein Basisbereich, der die Stützfläche 59 aufweist, weist außerdem zumindest eine Aussparung für einen Lichtleiter 63 der optischen Vorrichtung 56 auf. Des Weiteren ist der Basisbereich derart ausgebildet, dass die Stützfläche 59 das optische Element 58 mit einem Abstand zu der Leiterplatte hält. Die Stützfläche 59 ist dabei einseitig neben der Aussparung für den Lichtleiter 63 des optischen Elements 58 ausgebildet. Ein zweiter Bereich, ein Haltebereich, der die Stützfläche 60 aufweist und der sich umlaufend an den Basisbereich anschließt ist derart ausgestaltet, dass die Stützfläche 60 einen größeren Abstand zu der Leiterplatte aufweist, als die Stützfläche 59. Über die Stützfläche 60 stützt sich das optische Element 58 in diesem Haltebereich zusätzlich ab. Der dritte Bereich schließt sich in dieser Querschnittsansicht umlaufend an den Haltebereich an und über diesen stützt sich der Abstandshalter 62 an der Leiterplatte ab.
Das optische Element 58 wird von einer Halterung 64 in Richtung der Leiterplatte und/oder dem Abstandshalter 62 gehalten. Die Halterung 64 umgibt das optische Element 58 derart, dass es in einer Richtung quer zur optischen Hauptachse, sowie senkrecht zur optischen Hauptachse in Richtung der Leiterplatte gehalten ist. Das heißt, die Halterung 64 ist stufenförmig ausgebildet, wobei eine erste Stufe, die von einer Stirnseite der Halterung 64, die von der Leiterplatte weg weist, erstreckt, eine geringere Querschnittsfläche aufweist, wie eine zweite Stufe, die sich in Richtung zur Leiterplatte an die erste Stufe anschließt. In der zweiten Stufe ist das optische Element 58 formschlüssig von der Halterung 64 gehalten und das optische Element 58 stützt sich außerdem in der Richtung weg von der Leiterplatte an der ersten Stufe ab. So ist dieses lagefixiert.
Bezugszeichenliste

1: Optische Vorrichtung
2: Leiterplatte
4: Stecker
6: Optisches Element
8: Klammer
10: Halterung
12: Austrittsfläche
14: Lichtquelle
16: Erstes optisches Element
18: Abstandshalter
20: Basisabschnitt
22: Schenkel
24: Stützfläche
26: Zweites optisches Element
28: Stützfläche
32: Klammer
34: Optische Vorrichtung
36: Halterung
38: Erstes optisches Element
40: Zweites optisches Element
42: Lichtleiter
46: Stützflächen
48: Abstandshalter
50: Stützfläche
52: Stützfläche
54: Klammer
56: Optische Vorrichtung
58: Optisches Element
60: Stützfläche
59: Stützfläche
62: Abstandshalter
63: Lichtleiter
64: Halterung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202014002809 U1 [0033]

Claims

Optische Vorrichtung mit zumindest einer Leiterplatte (2), die zumindest eine Lichtquelle (14) aufweist, und mit zumindest einem ersten optischen Element (16, 38) und mit zumindest einem zweiten optischen Element (26, 40), wobei die optischen Elemente (16, 26, 38, 40) in Reihe angeordnet sind, wobei Licht der Lichtquelle (14) zuerst in das erste optische Element (16, 38) und von dort in das zweite optische Element (26, 40) einkoppelbar ist, und wobei die optischen Elemente (16, 26, 38, 40) von zumindest einer Halterung (10, 36, 64) umfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass sich das erste optische Element (16, 38) in einer Richtung parallel zu einer optischen Hauptachse am zweiten optischen Element (26, 40) zur Lagefixierung abstützt.
Optische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das erste optische Element (16, 38) in zumindest einem Querschnittsbereich eine U-Form mit zumindest zwei Schenkeln (22) aufweist, über die sich das erste optische Element (16,38) am zweiten optischen Element (26, 40) abstützt.
Optische Vorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei auf zumindest einem Schenkel (22) des ersten optischen Elements (16, 38) zumindest eine Stützfläche (24, 28, 46, 50, 52, 59, 60) zum Abstützen des ersten optischen Elements (6, 38) an dem zweiten optischen Element (26, 40) angeordnet ist die von der Leiterplatte (2) weg weist.
Optische Vorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Stützfläche (24, 28, 46, 50, 52, 59, 60) auf dem Schenkel (22) des ersten optischen Elements (16, 38) zum Reflektieren von Licht zumindest teilweise beschichtet ist.
Optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Halterung (10, 36, 64) zumindest eine Stützfläche (24, 28, 46, 50, 52, 59, 60) aufweist, die von der Leiterplatte (2) weg weist, über die sich das zweite optische Element (26, 40) abstützt.
Optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei diese eine Klammer (8, 32, 54) aufweist, die in die Halterung (10, 36, 64) eingreift und die zumindest einen Teil des zweiten optischen Elements (26, 40) umschließt, sodass, das zweite optische Element (26, 40) sich in einer Richtung weg von der Leiterplatte (2) an der Klammer (8, 32, 54) abstützt, und/oder wobei die Halterung (10, 36, 64) das zweite optische Element (26, 40) derart umschließt, dass das zweite optische Element (26, 40) sich in einer Richtung weg von der Leiterplatte (2) an einer Stützfläche (24, 28, 46, 50, 52, 59, 60) die Halterungen (10, 36, 64), die auf die Leiterplatte (2) zuweist, abstützt.
Optische Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die Halterung (10, 36, 64) und/oder die Klammer (8, 32, 54) eine Kraft auf das zweite optische Element (26, 40) ausübt/ausüben, sodass das zweite optischen Element (26, 40) gegen die Halterung (10, 36, 64) und/oder gegen die Klammer (8, 32, 56) gepresst ist.
Optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Abstandshalter (18, 48, 62) zwischen der Leiterplatte (2) und dem ersten optischen Element (16, 38) angeordnet ist, wobei sich das erste optische Element (16, 38) an dem Abstandshalter (18, 48, 62) in einer Richtung parallel zur optischen Hauptachse und/oder in Richtung hin zu der Leiterplatte (2) abstützt.
Optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das erste optische Element (16, 38) zumindest eine Aussparung aufweist, und wobei sich das zweite optische Element (26, 40) durch die zumindest eine Aussparung des ersten optischen Elements (16, 38) hindurch am Abstandshalter (18, 48, 62) oder an der Leiterplatte (2) in Richtung parallel zur optischen Hauptachse und/oder in Richtung hin zu der Leiterplatte (2) abstützt.
Optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das erste optische Element (16, 38) und das zweite optische Element (26, 40) aus unterschiedlichen Materialen ausgebildet sind und/oder unterschiedliche Farben aufweisen.
Optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei ein drittes optisches Element (33) in einem Abstand und in Reihe zu dem zweiten optischen Element (26, 40) angeordnet ist, sodass das dritte optische Element innerhalb eines Fokusbereiches des zweiten optischen Elements (26, 40) ist.
Optische Vorrichtung mit zumindest einer Leiterplatte (2), die zumindest eine Lichtquelle (14) aufweist, und mit zumindest einem ersten optischen Element (16, 38) und mit zumindest einem zweiten optischen Element (26, 40), wobei das Licht der Lichtquelle (14) zuerst in das erste optische Element (16, 38) und dann in das zweite optische Element (26, 40) einkoppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Elemente (16, 26, 38, 40) von zumindest einer Halterung (10, 36, 64) umfasst werden, wobei das erste optische Element (16, 38) sich an einer ersten Stützfläche (24, 28, 46, 50, 52, 59, 60) der Halterung (10, 36, 64), die auf die Leiterplatte (2) zuweist, abstützt und das zweite optische Element (26, 40) sich an einer zweiten Stützfläche (24, 28, 46, 50, 52, 59, 60) der Halterung (10, 36, 64), die von die Leiterplatte (2) weg weist, abstützt.
Optische Vorrichtung mit zumindest einer Leiterplatte (2), die zumindest eine Lichtquelle (14) aufweist, und mit zumindest einem optischen Element (58), wobei Licht der Lichtquelle (14) in das optische Element (58) einkoppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Halterung (10, 36, 64), die das optische Element (58) umlaufend um die optische Hauptachse umschließt, zumindest eine Stützfläche (24, 28, 46, 50, 52, 59, 60) aufweist, die auf die Leiterplatte (2) zuweist und an der sich das optische Element (58) zur Lagefixierung abstützt.
Scheinwerfer mit der optischen Vorrichtung (1, 34, 56) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13.
Fahrzeug mit der optischen Vorrichtung (1, 34, 56) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13.