EP2297515A1 - Halterungsrahmen mit mindestens einem optischen element - Google Patents

Halterungsrahmen mit mindestens einem optischen element

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EP2297515A1
EP2297515A1 EP09780522A EP09780522A EP2297515A1 EP 2297515 A1 EP2297515 A1 EP 2297515A1 EP 09780522 A EP09780522 A EP 09780522A EP 09780522 A EP09780522 A EP 09780522A EP 2297515 A1 EP2297515 A1 EP 2297515A1
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EP
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optical element
support frame
light
projections
region
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EP09780522A
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Peter Frey
Thomas Reiners
Ralf Vollmer
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Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
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Publication date
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    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/50—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by aesthetic components not otherwise provided for, e.g. decorative trim, partition walls or covers
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to a mounting frame with at least one optical element attached thereto, a method for mounting an optical element to a mounting frame and a lighting device, in particular a vehicle headlamp module, with a mounting frame.
  • US 2005/0128762 A1 describes an illumination device comprising a lens carrier and a glass lens designed to be arranged in front of a light source, wherein the lens (an optical refraction-imaging element) is assembled with the lens carrier which abuts the light source is mounted, wherein the support is made of a plastic material, wherein the lens has a back which is adapted to point in the direction of the light source, and an optical front and a peripheral edge, which connects the back and the front wherein the lens carrier comes into engagement with the lens at the edge, the lamp being characterized in that the carrier is attached to the lens by means of injection molding, wherein the material constituting the carrier at least partially surrounds the edge of the lens ,
  • the support frame is equipped with at least one attached thereto by means of an injection molding optical element, wherein the at least one optical element for beam shaping is formed at least by means of total internal reflection and / or diffraction.
  • An optical element with at least total internal reflection and / or diffraction is understood to mean an optical element whose beam guidance is based on total internal reflection and / or diffraction, but can additionally also be based on refraction.
  • the at least one optical element has a CPC-like region, a CEC-like region and / or a CHC-like region.
  • a CPC-type concentrator may be used, which means a concentrator whose reflecting sidewalls have at least partially and / or at least substantially the shape of a compound parabolic concentrator (CPC).
  • CPC compound parabolic concentrator
  • a composite elliptic concentrator (CEC) and / or compound hyperbolic concentrator (CHC) may be employed.
  • a concentrator may, especially when used as a primary optic in a vehicle headlamp module, preferably serve to throw light from a light source to a secondary optics while adjusting a light distribution pattern, e.g. B. to create a light / dark boundary.
  • a light distribution pattern e.g. B. to create a light / dark boundary.
  • the optical element may also be preferred if it has a truncated pyramid-like region or a frustoconical region.
  • the optical element preferably has at least two projections for mechanically good-natured attachment to the mounting frame, in particular laterally arranged projections. Preferably, the provision of exactly two projections at opposite positions. It is particularly preferred for reducing transmission of mechanical and / or thermal stresses when the protrusions are arranged on only a smaller part of a circumference of the optical element
  • the projections are held by means of a marginal, in particular narrow, overhang on the support frame.
  • a support frame which consists of a plastic, in particular a thermoplastic material, especially PPS ("polyphenylene sulfide”, also called “PoIy (thio-p-phenylene)”), especially linear PPS exists.
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PoIy thio-p-phenylene
  • Linear PPS can, unlike networked! PPS, formed into components through a wide range of processing methods.
  • a support frame is preferred in which an inner side of the wall, which is intended to be directed towards the optical element, having a light-absorbing surface structure.
  • the wall may, for example, be roughened and / or coated with a light-absorbing layer.
  • a mounting frame having a closed circumferential wall for laterally surrounding the optical element.
  • the method for producing a system of support frame and an optical element attached thereto comprises at least the step of injection molding the support frame, wherein the optical element is potted only at a plurality of fastening projections with the support frame, in particular by means of a marginal overhang.
  • the support element can then be connected directly or via further means, such as circuit carrier, heat sink or substrate plates, with the light source.
  • the lighting device is equipped with such a mounting frame and has at least one semiconductor light source, in particular light-emitting diode, on which the optical element is connected downstream, in particular as primary optics.
  • the optical element may be made of glass or transparent plastic, preferably silicone.
  • the invention will be described schematically with reference to an embodiment schematically. It can be provided with the same reference numerals for better clarity identical or equivalent elements.
  • FIG. 1 shows an exploded view in an oblique view from above of a frame according to an optical element with an optical element to be held therein separated therefrom;
  • FIG. 2 shows an oblique view from above of the system of FIG. 1 with the optical element attached to the frame;
  • FIG. 3 shows a sectional side view of a lighting device with a system according to FIG. 2
  • the optical system 1 shows an optical system 1 with a mounting frame 2 and an optical element 3 to be fastened to the frame in an exploded view.
  • the optical system 1 is typically connected downstream of one or more light sources and serves for beam guidance of at least part of the light emitted by the light source or the light sources.
  • the optical system 1 can be used for example as part of an automotive lamp, z. B. a headlight.
  • the support frame 2 has a hollow base body 4 which is open at the top and at the bottom and which is formed by means of a closed, circumferential, thick wall 5 with a substantially oval passage contour.
  • the thus formed inner cavity 6 of the base body 4 serves to receive the optical element 3.
  • the base body 4 at its upper edge 7 has two receiving areas in the form of opposing recesses 8.
  • In a lower region of the main body 4 are four laterally protruding tabs 9, 10 for fastening the support frame 2 to a ner, not shown here, light available.
  • the other two tabs 10 have through holes 12 for the implementation of fastening screws.
  • the support frame 2 is made of linear PPS.
  • the PPS is blackened to minimize light reflection on the support frame 2.
  • unwanted scattered light which impinges on the support frame 2 can be suppressed.
  • the inside 13 of the main body 4 or its wall 5 is roughened.
  • a lateral leakage of stray light from the support frame 2 is also suppressed by the closed circumferential shape of the wall 5.
  • the optical element 3 is designed as a totally internal reflection (TIR) optic with an asymmetrically truncated pyramid base body 14 made of glass.
  • TIR totally internal reflection
  • Such a designed primary optic enables an efficient reduction of the divergence of light, which in particular allows headlamps with sufficient brightness and a well-defined emission characteristic to be achieved.
  • the optical element 3 For attachment to the support frame 2, the optical element 3 has a corresponding attachment region with two lateral tab-shaped projections 15.
  • the projections 15 have essentially the attachment function and have only a negligible influence on the optical property of the optical element 3.
  • An advantage of the attachment only to the projections 15 is also that then a cut-off line is well defined.
  • the optical element 3 is thus fixed only by the projections 15 on the support frame 2, while the remaining surface free is.
  • protrusions 15 By virtue of the protrusions 15 occupying a circumferentially small portion of the optical element 3 (namely, being located only on the narrow sides of the upper edge), mechanical stress on the protrusions, which could be caused by assembly, is only marginal to the remaining volume of the optical element 3, since distortions in the material can be at least partially degraded by the free surface.
  • This "load goodness" is all the more pronounced the fewer projections 15 are used and the smaller the relative fastening area.
  • optical system 1 is produced by injection molding of the support frame 2, the Garrungsrah- men 2 and the optical element 3 thus intended not be separated.
  • FIG. 2 shows the optical system 1 with the support frame 2 and the optical element 3 connected together. This is done by injection molding the support frame 2 to the optical element 3. Since the TIR element 3 on the upper side with the upper edge 7 of the support frame 2 is substantially flush, sets a narrow, marginal camber 19 directly above the projection 15 of the optical TIR element 3 and holds the optical element 3 on the support frame. 2
  • the surface of the optical element 3 outside the protrusions 15 is not in contact with the support member 2.
  • the optical element 2 thus does not close the inner cavity 6.
  • FIG 3 shows the lighting device with a system according to FIG 2 in cross section.
  • This view shows that the optical element 3 (TIR concentrator) is not symmetrical.
  • the two side walls 20 are inclined at different angles, wherein, nevertheless, direct connecting lines between a lower light entry surface 21 and an upper light exit surface 22 are substantially straight along them.
  • a non-widening extension region 24 adjoins, on which also the lateral tabs are arranged.
  • the bulges 19 hold the optical element 3 at the edge of the upper light exit surface 22.
  • the optical element 3 is laterally completely surrounded by the support frame 17 along its longitudinal extent (parallel to the z-axis). It can be seen from the cross-sectional illustration shown here on the narrower side of the optical element 3 that the optical element 2 fills less than a third of the inner cavity 6, but over almost its entire length (along the z-direction).
  • light from a light-emitting diode 25 is fed into the lower light entry surface 21 of the optical element 3, as is merely outlined here.
  • the light-emitting diode 25, which is constructed here from a plurality of mounted on a common submount white-emitting LED chips is arranged so close to the lower light entrance surface 21, that radiated by her light for the most part enters the lower light entrance surface 21 and only a small Part up the inside 13 of the wall 5 of the support frame 2 is blasted. No light from the LED 25 is transmitted directly through the free space between the optical element 3 and the wall 5.
  • the light-absorbing property of the inner side 13 absorbs incident light thereon. Thus, only the optical element 3 light is emitted to the outside (here: up).
  • TIR total internal reflection
  • thermoplastic plastic
  • This is preferably opaque.
  • the type of optical element is not limited. Instead of the TIR concentrator having a substantially truncated pyramidal structure, it is also possible, for example, to use a substantially frusto-conical basic shape.
  • a TIR concentrator instead of a TIR concentrator but z.
  • a free-form, CPC, CEC or CHC-type concentrator can also be used.
  • general deflection prisms can be used.
  • diffractive optical elements such as a Fresnel zone plate or a diffraction grating, can also be held in the mounting frame.
  • the optical element may have a microstructured surface for beam shaping, e.g. B. a so-called cushion structure.
  • the number of attachment areas, in particular attachment projections, of the optical element is not limited. Thus, more than two attachment areas may be present, or only a single receiving area, for example in the form of a partially or completely circumferential edge.
  • the semiconductor light source comprises at least one light-emitting diode.
  • the light source may, for example, be in the form of an LED module with a light-emitting diode chip or a plurality of light-emitting diode chips, or as a single housed LED ('LED lamp'), which preferably emits white, eg. B. a conversion LED. In the presence of several LEDs, these z. B. same color (monochrome or multi-colored) and / or different colors shine.
  • an LED module may have a plurality of single LED chips ('LED cluster'), which together result in a white mixed light, z. B. in 'cold white' or 'warm white'.
  • the LED cluster preferably comprises light-emitting diodes which shine in the primary colors red (R), green (G) and blue (B).
  • red (R), green (G) and blue (B) red-emitting diodes
  • single or multiple colors can also be generated by several LEDs simultaneously; Combinations RGB, RRGB, RGGB, RGBB, RGGBB etc. are possible.
  • the color combination is not limited to R, G and B, but may include, for example, white-emitting LED chips.
  • one or more amber LEDs 'amber' (A) may also be present to produce a warm white hue.
  • An LED module can also have several white single chips, which results in a simple scalability of the light source. Electricity.
  • the individual chips and / or the modules can be equipped with suitable optics for beam guidance, z. B. Fresnel lenses, collimators, and so on. It can be arranged on a contact several identical or different types of LED modules, for. B. several similar LED modules on the same substrate.
  • z. B. based on InGaN or AlInGaP organic LEDs (OLEDs) are generally used.
  • z. B. diode lasers are used.

Abstract

Der Halterungsrahmen ist mit mindestens einem daran mittels eines Spritzgussverfahrens befestigten optischen Element ausgestattet, wobei das mindestens eine optische Element zur Strahlformung mindestens mittels innerer Totalreflexion und / oder Beugung ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Halterungsrahmen mit mindestens einem optischen Element
Die Erfindung betrifft einen Halterungsrahmen mit mindestens einem daran befestigten optischen Element, ein Verfahren zum Montieren eines optischen Elements an einem Halterungsrahmen und eine Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere ein Fahrzeugscheinwerfermodul, mit einem Halterungsrahmen.
US 2005/0128762 Al beschreibt eine Beleuchtungsvorrichtung, die einen Linsenträger und eine Glaslinse umfasst, die dazu ausgestaltet ist, vor einer Lichtquelle angeordnet zu sein, wobei die Linse (ein mittels Lichtbrechung abbildendes opti- sches Element) mit dem Linsenträger zusammengebaut ist, welcher an der Lichtquelle angebracht ist, wobei der Träger aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist, wobei die Linse eine Rückseite aufweist, die dazu ausgestaltet ist, in Richtung der Lichtquelle zu zeigen, sowie eine optische Vorderseite und einen peripheren Rand, welcher die Rückseite und die Vorderseite miteinander verbindet, wobei der Linsenträger am Rand in Eingriff mit der Linse kommt, wobei die Lampe dadurch gekennzeichnet ist, dass der Träger an der Linse mittels Um- spritzens befestigt ist, wobei das Material, aus welchem der Träger besteht, den Rand der Linse zumindest teilweise umgibt .
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine weitere Möglichkeit zur Halterung eines optischen Elements, insbeson- dere für eine Beleuchtungsvorrichtung, bereitzustellen, insbesondere unter weiterer Reduzierung der Belastung des aufzunehmenden optischen Elements.
Diese Aufgabe wird mittels eines Halterungsrahmens, mittels eines Verfahrens zum Erzeugen eines Systems aus Halterungsrahmen und einem daran befestigten optischen Element und mittels einer Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere eines Fahr- zeugscheinwerfermoduls, nach dem jeweiligen unabhängigen Anspruch gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Der Halterungsrahmen ist mit mindestens einem daran mittels eines Spritzgussverfahrens befestigten optischen Element ausgerüstet, wobei das mindestens eine optische Element zur Strahlformung mindestens mittels innerer Totalreflexion und / oder Beugung ausgebildet ist. Unter einem optischen Element mit mindestens innerer Totalreflexion und / oder Beugung wird ein optisches Element verstanden, dessen Strahlführung auf innerer Totalreflexion und / oder Beugung beruht, aber zusätzlich auch noch auf einer Brechung beruhen kann.
Es wird insbesondere bevorzugt, wenn das mindestens eine optische Element einen CPC-artigen Bereich, einen CEC-artigen Bereich und / oder einen CHC-artigen Bereich aufweist. Insbesondere kann ein CPC-artiger Konzentrator eingesetzt werden, wobei damit ein Konzentrator gemeint ist, dessen reflektie- rende Seitenwände zumindest teilweise und/oder zumindest wei- testgehend die Form eines zusammengesetzten parabolischen Konzentrators ("Compound parabolic concentrator", CPC) aufweisen. Auch können z. B. ein zusammengesetzter elliptischer Konzentrator ("Compound elliptic concentrator", CEC) und/oder ein zusammengesetzter hyperbolischer Konzentrator ("Compound hyperbolic concentrator", CHC) eingesetzt werden.
Besonders bevorzugt wird die Verwendung eines Freiform- Konzentrators . Ein Konzentrator kann, insbesondere bei einer Verwendung als Primäroptik in einem Fahrzeugscheinwerfermodul, vorzugsweise dazu dienen, Licht von einer Lichtquelle auf eine Sekundäroptik zu werfen und dabei ein Lichtverteilungsmuster einzustellen, z. B. eine Hell/Dunkel-Grenze zu erzeugen . Alternativ oder zusätzlich kann es aber auch bevorzugt sein, wenn das optische Element einen pyramidenstumpfartigen Bereich oder einen kegelstumpfartigen Bereich aufweist.
Das optische Element weist zur mechanisch gutmütigen Befestigung mit dem Halterungsrahmen vorzugsweise mindestens zwei Vorsprünge auf, insbesondere seitlich angeordnete Vorsprünge. Bevorzugt ist das Vorsehen von genau zwei Vorsprüngen an entgegengesetzten Positionen. Es wird zur Verringerung einer Ü- bertragung mechanischer und / oder thermischer Belastungen insbesondere bevorzugt, wenn die Vorsprünge an nur einem geringeren Teil eines Umfangs des optischen Elements angeordnet sind
Es wird insbesondere bevorzugt, wenn die Vorsprünge mittels einer randständigen, insbesondere schmalen, Überwölbung am Halterungsrahmen gehalten werden.
Besonders bevorzugt wird ein Halterungsrahmen, der aus einem Kunststoff, insbesondere einem thermoplastischen Kunststoff, speziell PPS ( "Polyphenylensulfid", auch "PoIy (thio-p- phenylen) " genannt), besonders linearem PPS, besteht. Die guten mechanischen Eigenschaften von PPS bleiben auch bei Temperaturen von weit über 200 0C erhalten, so dass ein Dauer- einsatz je nach Belastung bis 240 0C möglich ist. Kurzzeitig werden auch Belastungen bei Temperaturen von bis zu 270 0C standgehalten. Herausragend ist zudem die chemische Beständigkeit gegenüber nahezu allen Lösemitteln, vielen Säuren und Laugen so wie bedingt gegenüber Luftsauerstoff auch bei hohen Temperaturen. PPS verfügt ferner neben einer geringen Wasseraufnahme auch über eine gute Dimensionsstabilität und inhärente Flammwidrigkeit. Es hat hervorragende elektrisch isolierende Eigenschaften, ist für die meisten Flüssigkeiten und Gase hochgradig undurchlässig, weist auch bei höheren Tempe- raturen nur eine geringe Kriechneigung auf und ist aufgrund seines guten Fließvermögens auch für lange, schmale Formteile und komplexe Werkzeuggeometrien geeignet. Lineares PPS kann, im Gegensatz zu vernetzten! PPS, durch ein breites Spektrum an Verarbeitungsverfahren zu Bauteilen geformt werden.
Es wird zur besonders effektiven Reduzierung von Streulicht ein Halterungsrahmen bevorzugt, bei dem eine Innenseite der Wand, die dazu vorgesehen ist, zum optischen Element hin gerichtet zu sein, eine lichtabsorbierende Oberflächenstruktur aufweist .
Dazu kann die Wand beispielsweise aufgeraut sein und / oder mit einer lichtabsorbierenden Schicht beschichtet sein.
Es wird zur effektiven und allseitigen Reduzierung von Streulicht ferner ein Halterungsrahmen bevorzugt, der eine ge- schlössen umlaufende Wand zum seitlichen Umgeben des optischen Elements aufweist.
Das Verfahren zum Erzeugen eines Systems aus Halterungsrahmen und einem daran befestigten optischen Element weist mindes- tens den Schritt des Spritzgießen des Halterungsrahmens auf, wobei das optische Element lediglich an mehreren Befestigungsvorsprüngen mit dem Halterungsrahmen vergossen wird, insbesondere mittels einer randständigen Überwölbung.
In einem weiteren Schritt kann dann das Halterungselement direkt oder über weitere Mittel, wie beispielsweise Schaltungsträger, Kühlkörper oder Substratplatten, mit der Lichtquelle verbunden werden.
Die Beleuchtungsvorrichtung ist mit einem solchen Halterungsrahmen ausgestattet und weist mindestens eine Halbleiter- Lichtquelle, insbesondere Leuchtdiode, auf, der das optische Element nachgeschaltet ist, insbesondere als primäre Optik.
Das optische Element kann aus Glas oder transparentem Kunststoff, vorzugsweise Silikon, bestehen. In den folgenden Figuren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch genauer beschrieben. Dabei können zur besseren Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
FIG 1 zeigt als Explosionsdarstellung in Schrägansicht von oben einen Rahmen gemäß für ein optisches Element mit einem darin zu halternden optischen Element getrennt davon;
FIG 2 zeigt in Schrägansicht von oben das System aus FIG 1 mit dem optischen Element mit dem Rahmen befestigt;
FIG 3 zeigt als Schnittdarstellung in Seitenansicht eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem System nach FIG 2.
FIG 1 zeigt ein Optiksystem 1 mit einem Halterungsrahmen 2 und einem an dem Rahmen zu befestigenden optischen Element 3 in einer Explosionsdarstellung. Das Optiksystem 1 ist typischerweise einer oder mehreren Lichtquellen nachgeschaltet und dient einer Strahlführung zumindest eines Teils des von der Lichtquelle bzw. den Lichtquellen abgestrahlten Lichts. Das Optiksystem 1 kann beispielsweise als Teil einer Automobilleuchte eingesetzt werden, z. B. eines Scheinwerfers.
Der Halterungsrahmen 2 weist einen hohlen, oberseitig und unterseitig offenen Grundkörper 4 auf, der mittels einer ge- schlössen umlaufenden, dicken Wand 5 mit einer im Wesentlichen ovalen Durchgangskontur gebildet wird. Der dadurch gebildete innere Hohlraum 6 des Grundkörpers 4 dient der Aufnahme des optischen Elements 3. Dazu weist der Grundkörper 4 an seinem oberen Rand 7 zwei Aufnahmebereiche in Form von sich gegenüberliegenden Vertiefungen 8 auf. In einem unteren Bereich des Grundkörpers 4 sind vier seitlich hervorstehende Laschen 9, 10 zu Befestigung des Halterungsrahmens 2 an ei- ner, hier nicht dargestellten, Leuchte vorhanden. Zur Führung des Halterungsrahmens 2 weisen zwei sich schräg gegenüberliegende Laschen 9 senkrecht stehende Führungsstifte 11 auf, deren unterer Teil zur Positionierung des Halterungsrahmens 2 dient und deren oberer Teil zur Positionierung einer Sekundäroptik dient. Die anderen beiden Laschen 10 weisen Durchgangslöcher 12 zur Durchführung von Befestigungsschrauben auf .
Der Halterungsrahmen 2 ist aus linearem PPS hergestellt. Das PPS ist eingeschwärzt, um eine Lichtreflexion am Halterungsrahmen 2 zu minimieren. Dadurch kann unerwünschtes Streulicht, das auf den Halterungsrahmen 2 trifft, unterdrückt werden. Zur weiteren Unterdrückung von Lichtreflexion am HaI- terungsrahmen 2 ist die Innenseite 13 des Grundkörpers 4 bzw. dessen Wand 5 aufgeraut. Ein seitlicher Austritt von Streulicht aus dem Halterungsrahmen 2 wird auch durch die geschlossen umlaufende Gestalt der Wand 5 unterdrückt.
Das optische Element 3 ist als innen totalreflektierende ('total internal reflection ' ; TIR) -Optik mit asymmetrisch pyramidenstumpfförmigem Grundkörper 14 aus Glas ausgebildet. Eine so gestaltete Primäroptik ermöglicht eine effiziente Verringerung der Divergenz von Licht, wodurch sich insbeson- dere Scheinwerfer mit ausreichender Helligkeit und wohldefinierter Abstrahlcharakteristik erreichen lassen.
Zur Befestigung am Halterungsrahmen 2 weist das optische Element 3 einen entsprechenden Befestigungsbereich mit zwei seitlichen laschenförmigen Vorsprüngen 15 auf. Die Vorsprünge 15 weisen im Wesentlichen die Befestigungsfunktion auf und besitzen nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf die optische Eigenschaft des optischen Elements 3. Ein Vorteil der Befestigung nur an den Vorsprüngen 15 besteht auch darin, dass dann eine Hell-Dunkel-Grenze gut definierbar ist. Das optische Element 3 ist somit nur durch die Vorsprünge 15 am Halterungsrahmen 2 befestigt, während die übrige Oberfläche frei ist. Dadurch, dass die Vorsprünge 15 einen in Umfangs- richtung geringen Abschnitt des optischen Elements 3 einnehmen (nämlich nur an den schmalen Seiten des oberen Rands angeordnet sind) , wirkt sich eine mechanische Belastung der Vorsprünge, welche durch eine Montage bewirkt werden könnte, nur geringfügig auf das übrige Volumen des optischen Elements 3 aus, da hier durch die freie Oberfläche Verzerrungen im Material zumindest teilweise abgebaut werden können. Diese "Belastungsgutmütigkeit" ist um so ausgeprägter, je weniger Vor- sprünge 15 genutzt werden und je kleiner der relative Befestigungsbereich ist.
Es ist zu bedenken, dass das Optiksystem 1 durch Spritzgießen des Halterungsrahmens 2 hergestellt wird, der Halterungsrah- men 2 und das optische Element 3 somit bestimmungsgemäß nicht getrennt vorliegen.
FIG 2 zeigt das Optiksystem 1 mit dem Halterungsrahmen 2 und dem optischen Element 3 miteinander verbunden. Dies geschieht durch Spritzgießen des Halterungsrahmens 2 an das optische Element 3. Da das TIR-Element 3 oberseitig mit dem oberen Rand 7 des Halterungsrahmens 2 im Wesentlichen bündig abschließt, setzt eine schmale, randständige Überwölbung 19 direkt oberhalb des Vorsprungs 15 des optischen TIR-Elements 3 an und hält das optische Element 3 am Halterungsrahmen 2.
Im Vergleich zu einer vollständig umlaufenden Befestigung, z. B. mittels eines umlaufenden Befestigungsrands, ergibt sich durch die randseitig nur abschnittweise vorhandenen Vorsprün- ge 15 erstens der Vorteil, dass die thermische Belastung des optischen Elements 3 weit geringer ist und zweitens die Verbindung einfacher spritzzugießen ist. Dies wird durch die nur schmalen Überwölbung 19 unterstützt. Dadurch mag sogar ein optisches Element aus Silikon verwendet werden.
Die Oberfläche des optischen Elements 3 außerhalb der Vorsprünge 15 steht nicht in Kontakt mit dem Halterungselement 2. Bei Sicht längs des inneren Hohlraums 6 von oben oder unten verbleibt ein bis auf die Vorsprünge 15 umlaufend freier Raum zwischen dem optischen Element 3 und dem Halterungsrahmen 2. Das optische Element 2 schließt somit den inneren Hohlraum 6 nicht ab. Durch diese "lockere" Anordnung ist es möglich, verschiedenartig geformte optische Elemente (Kon- zentratoren, Beugungsgitter usw.) in den gleichen Halterungsrahmen 2 einzusetzen.
FIG 3 zeigt die Beleuchtungsvorrichtung mit einem System gemäß FIG 2 im Querschnitt. Diese Ansicht zeigt, dass das optische Element 3 (TIR-Konzentrator) nicht symmetrisch ausgestaltet ist. So sind die beiden Seitenwände 20 unterschiedlich schräg, wobei dennoch an ihnen entlang direkte Verbindungsli- nien zwischen einer unteren Lichteintrittsfläche 21 und einer oberen Lichtaustrittsfläche 22 im Wesentlichen gerade verlaufen. Ferner schließt oberhalb des pyramidenstumpfförmigen Bereichs 23 des optischen Elements 3 ein sich nicht aufweitender Erstreckungsbereich 24 an, an welchem auch die seitlichen Laschen angeordnet sind. Die Überwölbungen 19 halten das optische Element 3 am Rand der oberen Lichtaustrittsfläche 22 fest. Das optische Element 3 ist entlang seiner Längserstreckung (parallel zur z-Achse) seitlich vollständig vom Halterungsrahmen 17 umgeben. Aus der hier gezeigten Querschnitts- darstellung auf die schmalere Seite des optischen Elements 3 ist ersichtlich, dass das optische Element 2 weniger als ein Drittel des inneren Hohlraums 6 ausfüllt, aber diesen über fast seine gesamte Länge (entlang der z-Richtung) .
Im Betrieb wird Licht von einer Leuchtdiode 25 in die untere Lichteintrittsfläche 21 des optischen Elements 3 eingespeist, wie hier lediglich skizziert ist. Die Leuchtdiode 25, die hier aus mehreren auf einem gemeinsamen Submount angebrachten weiß strahlenden LED-Chips aufgebaut ist, ist so nah an der unteren Lichteintrittsfläche 21 angeordnet, dass von ihr abgestrahltes Licht zum größten Teil in die untere Lichteintrittsfläche 21 eintritt und nur zu einem geringen Teil auf die Innenseite 13 der Wand 5 des Halterungsrahmens 2 gestrahlt wird. Es wird kein Licht von der LED 25 direkt durch den freien Zwischenraum zwischen optischem Element 3 und Wand 5 hindurchgestrahlt. Durch die lichtabsorbierende Eigenschaft der Innenseite 13 wird darauf einfallendes Licht absorbiert. Somit wird nur vom optischen Element 3 Licht nach außen (hier: nach oben) abgegeben. Genauer gesagt läuft in die untere Lichteintrittsfläche 21 eintretendes Licht entweder direkt durch das optische Element 3 bis zur oberen Lichtaus- trittsfläche 22, von wo aus es wieder ausgestrahlt wird; oder auf die Seitenwände 20 des optischen Elements 3 auftreffende Lichtstrahlen werden mittels innerer Totalreflexion (TIR) wieder in das optische Element 3 zurückreflektiert. Dadurch ergibt sich ein gewünschtes Beleuchtungsmuster mit nur gerin- gen Strahlungsverlusten.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
So kann statt PPS auch ein anderer, vorzugsweise thermoplastischer, Kunststoff verwendet werden. Dieser ist vorzugsweise lichtundurchlässig.
Die Art des optischen Elements ist nicht eingeschränkt. Statt des TIR-Konzentrators mit im Wesentlichen pyramidenstumpfförmigem Aufbau kann beispielsweise auch eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Grundgestalt verwendet werden.
Statt eines TIR-Konzentrators kann aber z. B. auch ein frei- form-, CPC-, CEC- oder CHC-artiger Konzentrator eingesetzt werden .
Auch ist es möglich, eine kombinierte Konzentrator/Beugungs- Optik zu verwenden, z. B. indem auf einem Konzentrator Beu- gungsstrukturen aufgebracht sind.
Auch können allgemein Umlenkprismen verwendet werden. Alternativ können insbesondere auch beugende optische Elemente, wie eine Fresnel-Zonenplatte oder ein Beugungsgitter, im Halterungsrahmen gehaltert werden.
Das optische Element kann zur Strahlformung eine mikrostrukturierte Oberfläche aufweisen, z. B. eine sogenannte Kissenstruktur .
Die Zahl der Befestigungsbereiche, insbesondere Befestigungsvorsprünge, des optischen Elements ist nicht eingeschränkt. So können auch mehr als zwei Befestigungsbereiche vorhanden sein, oder nur ein einzelner Aufnahmebereich, beispielsweise in Form eines teilweise oder vollständig umlaufenden Rands.
Bevorzugterweise umfasst die Halbleiter-Lichtquelle mindestens eine Leuchtdiode. Die Lichtquelle kann beispielsweise als LED-Modul mit einem Leuchtdioden-Chip oder mehreren Leuchtdioden-Chips vorliegen, oder als einzelne (s) ge- hauste (s) LED ('LED-Lampe'), die vorzugsweise weiß strahlt, z. B. eine Konversions-LED. Bei Vorliegen mehrerer Leuchtdioden können diese z. B. gleichfarbig (einfarbig oder mehrfarbig) und / oder verschiedenfarbig leuchten. So mag ein LED- Modul mehrere Einzel-LED-Chips ( ' LED-Cluster ' ) aufweisen, welche zusammen ein weißes Mischlicht ergeben, z. B. in 'kaltweiß' oder 'warmweiß'. Zur Erzeugung eines weißen Mischlichts umfasst das LED-Cluster bevorzugt Leuchtdioden, die in den Grundfarben rot (R), grün (G) und blau (B) leuchten. Dabei können einzelne oder mehrere Farben auch von mehreren LEDs gleichzeitig erzeugt werden; so sind Kombinationen RGB, RRGB, RGGB, RGBB, RGGBB usw. möglich. Jedoch ist die Farbkombination nicht auf R, G und B beschränkt, sondern kann beispielsweise auch weiß strahlende LED-Chips umfassen. Zur Erzeugung eines warmweißen Farbtons können beispielsweise auch eine oder mehrere bernsteinfarbige LEDs 'amber' (A) vorhanden sein. Ein LED-Modul kann auch mehrere weiße Einzel-Chips aufweisen, wodurch sich eine einfache Skalierbarkeit des Licht- Stroms erreichen lässt. Die Einzel-Chips und / oder die Module können mit geeigneten Optiken zur Strahlführung ausgerüstet sein, z. B. Fresnel-Linsen, Kollimatoren, und so weiter. Es können an einem Kontakt mehrere gleiche oder verschiedenartige LED-Module angeordnet sein, z. B. mehrere gleichartige LED-Module auf dem gleichen Substrat. Statt oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z. B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs) einsetzbar. Auch können z. B. Diodenlaser verwendet werden.
Bezugs zeichenliste
1 Optiksystem
2 Halterungsrahmen 3 optisches Element
4 Grundkörper
5 Wand
6 innerer Hohlraum
7 oberer Rand 8 Vertiefung
9 Lasche
10 Lasche
11 Führungsstift
12 Durchgangsloch 13 Innenseite der Wand
14 Grundkörper des optischen Elements
15 Vorsprung
19 Überwölbung
20 Seitenwand 21 untere Lichteintrittsfläche
22 obere Lichtaustrittsfläche
23 pyramidenstumpfförmiger Bereich des optischen Elements
24 Erstreckungsbereich
25 Leuchtdiode

Claims

Patentansprüche
1. Halterungsrahmen (2) mit mindestens einem daran mittels eines Spritzgussverfahrens befestigten optischen Element (3) , wobei das mindestens eine optische Element (3) zur Strahlformung mindestens mittels innerer Totalreflexion und / oder Beugung ausgebildet ist.
2. Halterungsrahmen (2) nach Anspruch 1, bei dem das opti- sehe Element (3) einen freiformkonzentrator-artigen Bereich, CPC-artigen Bereich, einen CEC-artigen Bereich und / oder einen CHC-artigen Bereich aufweist.
3. Halterungsrahmen (2) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das optische Element (3) einen pyramidenstumpfartigen Bereich oder einen kegelstumpfartigen Bereich aufweist.
4. Halterungsrahmen (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das optische Element (3) zur Befesti- gung mit dem Halterungsrahmen (2) mindestens zwei Vorsprünge, insbesondere seitlich angeordnete Vorsprünge (15) , aufweist .
5. Halterungsrahmen (2) nach Anspruch 4, bei dem die Vor- sprünge (15) mittels einer randständigen Überwölbung
(19) am Halterungsrahmen (19) gehalten werden.
6. Halterungsrahmen (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine geschlossen umlaufenden Wand (5) zum seitlichen Umgeben des optischen Elements (3) .
7. Halterungsrahmen (2) nach Anspruch 6, bei dem eine Innenseite (13) der Wand (5), die dazu vorgesehen ist, zum optischen Element (3) hin gerichtet zu sein, eine licht- absorbierende Oberflächenstruktur aufweist.
8. Halterungsrahmen (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere PPS, besteht.
9. Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere Fahrzeugscheinwerfermodul, mit einem Halterungsrahmen (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend mindestens eine Halbleiter-Lichtquelle, insbesondere Leuchtdiode (25) , der das optische Element (3) nachgeschaltet ist, insbe- sondere als primäre Optik nachgeschaltet ist.
10. Verfahren zum Erzeugen eines Systems aus einem Halterungsrahmen (2) und einem daran befestigten optischen Element (3) , wobei das Verfahren mindestens den folgen- den Schritt aufweist:
Spritzgießen des Halterungsrahmens (2), wobei das optische Element (3) lediglich an mehreren Befestigungsvorsprüngen (15) mit dem Halterungsrahmen (2) vergossen wird, insbesondere mittels einer randständigen Überwöl- bung (19) .
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