EP3088798B1 - Verfahren und vorrichtung zur anordnung eines schaltungsträgers mit einer halbleiterlichtquelle in einer bestimmten lage relativ zu einem optischen system einer beleuchtungseinrichtung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur anordnung eines schaltungsträgers mit einer halbleiterlichtquelle in einer bestimmten lage relativ zu einem optischen system einer beleuchtungseinrichtung Download PDF

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EP3088798B1
EP3088798B1 EP16167219.1A EP16167219A EP3088798B1 EP 3088798 B1 EP3088798 B1 EP 3088798B1 EP 16167219 A EP16167219 A EP 16167219A EP 3088798 B1 EP3088798 B1 EP 3088798B1
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EP
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optical system
light
emitting region
reflector
relative
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EP3088798A2 (de
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Oliver Fritz
Klaus Heusing
Daniel Euchner
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Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Original Assignee
Automotive Lighting Reutlingen GmbH
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Publication date
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    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/141—Light emitting diodes [LED]
    • F21S41/147—Light emitting diodes [LED] the main emission direction of the LED being angled to the optical axis of the illuminating device
    • F21S41/148—Light emitting diodes [LED] the main emission direction of the LED being angled to the optical axis of the illuminating device the main emission direction of the LED being perpendicular to the optical axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21S43/10—Signalling devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. brake lamps, direction indicator lights or reversing lights characterised by the light source
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    • F21S43/14—Light emitting diodes [LED]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21S43/19—Attachment of light sources or lamp holders

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for arranging a circuit carrier in a specific position relative to an optical system of a lighting device.
  • the circuit carrier has at least one semiconductor light source mounted thereon.
  • a highly accurate positioning and alignment of the light emitting areas of the semiconductor light sources relative to the rest of the optical system (eg a reflector) of the lighting device is of great importance.
  • a method for the camera-controlled high-precision placement of semiconductor light sources (light-emitting diodes, LEDs) on a circuit carrier known.
  • the outer contour of the LEDs is not detected and used to place the LEDs on the circuit substrate.
  • the light-emitting area of the LED is detected and, based on its position, the LED is placed on the circuit carrier and then electrically contacted. This has the advantage that regardless of tolerances in the arrangement of the light-emitting area on the remaining LED, the light-emitting area is always arranged in a predetermined position on the circuit carrier.
  • the circuit carrier is then arranged with the mounted or LEDs mounted in the optical system of a lighting device and fixed there.
  • the circuit carrier has reference points or markings which are arranged relative to the optical system. Because of from the WO 2014/153576 A1 known high-precision placement method of the LEDs on the circuit board, the light-emitting areas of the LEDs are thus also arranged more precisely with respect to the rest of the optical system. However, the purely mechanical positioning of the circuit carrier in the optical system leads to inaccuracies.
  • the object of the present invention is to improve the accuracy in the positioning and alignment of light-emitting surfaces of semiconductor light sources relative to an optical system of a lighting device.
  • At least one light-emitting region of the at least one semiconductor light source is optically detected, the optically detected at least one light-emitting region for determining an actual position of the at least one light-emitting region with respect to at least one Reference range of the optical system is evaluated, a target position of the at least one light emitting area is specified with respect to the at least one reference region of the optical system, the determined actual position with the predetermined desired position for determining a position difference of the at least one light emitting region of at least one semiconductor light source relative to the optical system is compared, and a relative movement of the circuit carrier relative to the optical system for reducing, preferably to minimize the position difference is performed.
  • the circuit carrier with the semiconductor light source, in particular the light-emitting region of the semiconductor light source, and at least a part of the optical system, for example by means of a camera.
  • a reference region of the optical system is detected.
  • the actual position (position and orientation) of the light-emitting region of the semiconductor light source relative to the reference region can be determined.
  • a corresponding desired position is specified. This was previously determined by calculation or by practical tests on prototypes of the optical system or by simulation with the aid of a suitable simulation tool. By comparing the desired position with the actual position, a position difference can be determined.
  • a relative movement of the circuit carrier with the light-emitting region on the one hand and the rest of the optical system on the other hand can be carried out so that the position difference is minimized.
  • the position of the circuit carrier is set relative to the rest of the optical system exactly to the desired position.
  • the relative movement between the light-emitting region of the semiconductor light source and the reference region of the optical system includes, for example, a displacement in the Surface extension (in an XY plane) of the light-emitting region and rotation about a perpendicular axis (about a Z-axis). It is conceivable that the lower side or a lower wall of the reflector in the XY plane simultaneously forms a bearing surface for the semiconductor light source.
  • the underside of the lower wall of the reflector is preferably flat and formed without steps or bulges.
  • the light-emitting region can be positioned and aligned with an accuracy of approximately +/- 50 ⁇ m relative to the optical system, for example in the form of a reflector or its reflection surface.
  • a particular advantage of the present invention is that a complex and expensive placement of semiconductor light sources on a circuit carrier can be dispensed with. It can be used a simple and inexpensive process.
  • the desired high accuracy between the light-emitting region of the semiconductor light sources and the rest of the optical system is - independently of the placement of the semiconductor light sources on the circuit substrate - subsequently realized in the context of the arrangement of the circuit carrier relative to the optical system.
  • the position of the light-emitting region can be determined, for example, by means of edge detection.
  • the optical system comprises a reflector.
  • the circuit carrier is arranged relative to a reflection surface of the reflector in a precise position and optionally attached.
  • the reflection surface is the photometrically effective surface of the reflector.
  • the reference region is preferably arranged outside the reflection surface in order not to impair the photometric properties of the reflector.
  • the reflector be received by a suitable holding device or attached thereto.
  • the position of the reflector in three-dimensional space is defined by mechanical application of a reference region of the reflector to a suitable delivery device whose position in space is known. On the position of the delivery device in the room so the position of the reflector is determined in space.
  • a camera detects a light-emitting region of the semiconductor light source, for example an LED emission surface or converter material there, and determines the actual position of the light-emitting region with respect to the reference region of the reflector.
  • a target position of the light emitting area with respect to the reference area is predetermined.
  • the semiconductor light source is preferably a light-emitting diode (LED), particularly preferably a surface-mounted (SMD) light-emitting diode, which is mounted on the circuit carrier by means of an SMT (Surface Mounted Technology) method has been.
  • the light-emitting diode preferably comprises only one light-emitting region (so-called LED chip), but may also have a plurality of light-emitting regions (LED chips). If the LED has a plurality of LED chips, each of the LED chips is assigned to a specific reflector area or reflector section or to a specific reflector chamber. The reflector areas, reflector sections or reflector chambers can be adjusted relative to the respective associated LED chip.
  • the circuit carrier is, for example, at least partially made of a metal, in particular aluminum. Of course, it can also be made of another material, for example FR4.
  • the at least one reference region is an integral part of a part of the optical system, that this part of the optical system is produced by a tool comprising at least one tool part and that this part of the optical system and the reference region pass through it Tool part are produced.
  • the part of the optical system is a reflector
  • the means for evaluating and / or the means for comparing are implemented as software that runs on a computing device of the device.
  • the computing device may be a microprocessor, a microcontroller or a conventional personal computer running the necessary software to evaluate the optically detected images of the light emitting area and the actual position of the light emitting area relative to the optical system with the corresponding predetermined target Situation to compare.
  • the computing device with the software running on it thus represents the control of the device according to the invention.
  • the camera and an adjustment device can be connected to the computing device. The camera detects, on command of the controller, images from the light-emitting area of the semiconductor light source and also from the reference area of the optical system and returns corresponding image data to the computing device. There will be the image data is evaluated in order to determine the actual position of the light-emitting area relative to the reference area.
  • the predetermined target position can be stored.
  • the controller calculates suitable control signals for the adjusting device in order to reduce the positional difference. In particular, the position difference is minimized.
  • the controller forwards the control signals to the adjusting device.
  • the adjusting device performs a relative movement of the circuit carrier relative to the optical system, for example, by moving the circuit carrier relative to the optical system, whereby the positional difference becomes smaller. Then, when a desired end position of the circuit carrier relative to the reference range of the optical system is reached, the circuit carrier can be fixed to the optical system.
  • Lighting devices in which the circuit carrier has been arranged in the specific position relative to the optical system by the method according to the invention differ from known lighting devices in that the light-emitting region of the semiconductor light source is arranged particularly precisely with respect to a photometrically effective region of the optical system.
  • an LED chip of a light-emitting diode is positioned and aligned with high precision relative to a reflection surface of a reflector of the illumination device.
  • the accuracy is in the range of at least +/- 50 ⁇ m. Experiments have shown that even accuracies of +/- 30 ⁇ m can be achieved.
  • the high accuracy is particularly advantageous for LED headlights that produce a light distribution with a light-dark border, for example.
  • the circuit carrier together with the LED can be glued to the optical system as soon as the circuit carrier is arranged in the desired desired position relative to the optical system.
  • a UV-sensitive adhesive can be used, which cures quickly upon UV irradiation.
  • a reflector a peel force of at least 20 N resistance realized.
  • the semiconductor light sources are, for example, designed as light-emitting diodes (LEDs). These have a light-emitting region which, for example, comprises converter material which, when illuminated with blue light, emits yellow light from an LED, which mixes with the blue light of the LED to form white light.
  • LEDs light-emitting diodes
  • At least one LED is mounted on a circuit carrier, which may have, for example, a metal, in particular aluminum.
  • a circuit carrier which may have, for example, a metal, in particular aluminum.
  • the circuit carrier with the LED or LEDs mounted thereon is arranged in the optical system of a lighting device and fixed there.
  • the circuit carrier has reference points or markings which are arranged relative to the optical system. The purely mechanical positioning of the circuit carrier in the optical system leads to inaccuracies.
  • a circuit carrier can be arranged particularly precisely relative to the optical system of a lighting device.
  • the optical system can be a light module 20 (cf. FIG. 2 ) a lighting device of a motor vehicle, for example.
  • a motor vehicle headlight or a motor vehicle light be.
  • the optical system 20 comprises, for example, a reflection surface 24 of a reflector 22, a light entry region of an attachment optics made of a solid transparent material for bundling light beams by refraction when entering the optics and / or exit from the optics and / or by means of total internal reflection at lateral boundary surfaces the optics, or a light entry region of a light guide or the like, in relation to a high-precision arrangement of a light emitting diode 32 is important so that the optical system 20 can produce a predetermined light distribution as accurately as possible.
  • the inventive method is described below with reference to the flowchart of FIG. 1 explained in more detail. In advance of the process, an LED 32 by any method, for example.
  • the inventive method begins in a functional block 2.
  • a functional block 4 at least one light-emitting region 34 of the at least one semiconductor light source 32 is optically detected.
  • an LED 32 with a light-emitting region 34 is arranged on the circuit substrate 30, an LED 32 with a light-emitting region 34.
  • the optical detection of the light-emitting region 34 can be carried out, for example, with a camera 52 of a device 50 according to the invention (cf. FIG. 8 ). The camera 52 looks over a mirror 54 at the light emitting area 34 of the LED 32.
  • the optically detected at least one light-emitting region 34 is then evaluated to determine its actual position with respect to at least one reference region of the optical system 20.
  • This can be done, for example, in a computing device 56 of the device 50.
  • the computing device 56 is, for example, a personal computer on which a suitable computer program runs, which is programmed to evaluate the at least one light-emitting region 34 and carries out the evaluation when it runs on the computing device 56.
  • the recorded images of the light-emitting region 34 are transmitted to the arithmetic unit 56 via one or more data transmission connections, for example in the form of data lines 58.
  • the data transmission can also be wireless, for example via radio.
  • the computing device 56 has a microprocessor 60 which is designed to execute the computer program.
  • the computer program can be stored on a memory element 62 of the computing device 56 and transmitted to the microprocessor 60 for execution, either by command or as a whole.
  • the reference region preferably comprises at least one clearly visible surface, edge or contour of the optical system 20.
  • the reference region clearly defines a position of the optical system 20 in three-dimensional space.
  • the reference region comprises a contoured recess in an upper wall of the reflector 22 or end surfaces 26, 28 defined thereby (cf. FIGS. 4 and 5 ).
  • the reference regions 26, 28 are arranged outside a photometrically effective region of the optical system 20, in particular outside the reflection surface 24, in order not to impair the photometric properties of the reflector 22.
  • the reference regions comprise two end faces 26 which open at right angles to one another and open in the direction of light exit 36 and have a plane which is perpendicular to the light exit direction 36 Face 28.
  • the at least one reference region 26, 28 is an integral part of a part 22 of the optical system 20.
  • This part 22 of the optical system 20 is produced by a tool comprising at least one tool part.
  • This part 22 of the optical system 20 and the reference region 26, 28 are manufactured by the same tool part.
  • this means that the at least one reference region 26, 28 is an integral part of the reflector 22 that the reflector 22 is made by a tool comprising at least one tool part and that the reflector 22 and the reference region 26, 28 are produced by the same tool part ( no use of slides or other tool parts separate from the tool part at the location of the reference area 26, 28).
  • a predetermined setpoint position of the at least one light-emitting region 34 with respect to the at least one reference region 26, 28 of the optical system 20 is also stored in the memory element 62.
  • the desired position was previously determined by calculation or by practical tests on prototypes of the optical system 20, by simulation with the aid of a suitable simulation tool or by means of a suitable calibration tool.
  • On the computing device 56 may run a suitable computer program that is programmed to compare the determined actual position with the predetermined target position and makes the comparison when it runs on the computing device 56.
  • the computer program may be stored on the memory element 62 of the computing device 56 and transmitted to the microprocessor 60 for execution either by command or as a whole.
  • a relative movement of the circuit carrier 30 relative to the optical system 20 or the reference regions 26, 28 is carried out with the aim of achieving a reduction, preferably a minimization of the positional difference between the actual and desired position of the light-emitting region 34 .
  • This can be achieved, for example, by a manipulator 64 holding the circuit carrier 30, for example by means of a mechanical or pneumatic gripper 68, and moving the circuit carrier 30 relative to the optical system 20 or the reference regions 26, 28.
  • the manipulator 64 has an actuator in the upper region, which transmits movements via control rods 70 to the gripper 68.
  • the manipulator 64 may also be designed differently.
  • control signals for the manipulator 64 are calculated as a function of the determined position difference of the at least one light-emitting region 34 of the at least one semiconductor light source 32 relative to the optical system 20 or the at least one reference region 26, 28.
  • the drive signals are transmitted via one or more data transmission connections, for example in the form of Data lines 66, transmitted from the computing unit 56 to the manipulator 64.
  • the data transmission can also be wireless, for example via radio.
  • the relative movement between the light-emitting region 34 of the semiconductor light source 32 and the reference region 26, 28 of the optical system 20 includes, for example, shifting in the surface extension (in an XY plane) of the light-emitting region 34 (see FIG. FIG. 6 ) and a rotation C about a perpendicular axis (about a Z-axis).
  • the lower side or a lower wall of the reflector 22 simultaneously forms a bearing surface for the semiconductor light source 32 in the XY plane.
  • the underside of the lower wall of the reflector 22 is preferably formed flat and without steps or bulges. In this way, the light-emitting region 34 can be positioned and aligned with an accuracy of approximately +/- 50 ⁇ m relative to the optical system 20, for example, to the reflection surface 24 of a reflector 22.
  • the positioning and alignment of the circuit carrier 30 relative to the optical system 20 and the reference regions 26, 28 in functional block 10 can be done in one pass by moving the circuit carrier 30 to its target position and orientation. However, it is also conceivable that the movement and alignment take place in the context of an iterative process.
  • a corresponding iteration loop 12 is in FIG. 1 drawn with dashed line.
  • the circuit carrier 30 is initially moved only slightly in the direction of its target position and orientation. Then, in function block 4, the light-emitting surface 34 is detected again, in function block 6 the actual position is determined, in function block 8 the determined actual position is compared with the predetermined desired position and corresponding control signals for manipulator 64 are calculated.
  • the manipulator 64 is then again with the drive signals to move the circuit carrier 30 further in the direction of its target position and orientation.
  • the iteration loop 12 can be run through until a termination criterion is met, for example until the positional difference is smaller than a predefinable limit value.
  • the circuit carrier 30 arranged in or near the desired position can be fixed in a functional block 14 on the optical system 20.
  • the circuit carrier 30 can be attached to the reflector 22 of a lighting device. It is conceivable, for example, an attachment by welding, gluing or staples. For bonding, a fast curing adhesive under the influence of UV radiation can be used.
  • a reflection surface 24 of the reflector 22nd is positioned. In a function block 16, the method is then terminated.
  • a particular advantage of the present invention is that a complex and expensive placement of semiconductor light sources 32 on a circuit carrier 30 can be dispensed with. For this purpose, a simple and inexpensive method can be used.
  • the desired high accuracy between the light-emitting region 34 of the semiconductor light sources 32 and the rest of the optical system 20 is - independently of the placement of the semiconductor light sources 32 on the circuit substrate 30 - then realized in the context of the arrangement of the circuit substrate 30 relative to the optical system 20.
  • improved positioning accuracy of the semiconductor light sources 32 relative to the optical system 20 can be realized.
  • the actual position of the light-emitting region 34 can be determined in function block 6, for example, by means of edge detection.
  • a converter material of the light emitting portion 34 for emitting light.
  • phosphorus when phosphorus is used as the converter material, it can be excited by emitting blue light to emit yellow light.
  • the edges of the luminous surface 34 are better spaced from the surrounding dark area of the remaining semiconductor light source 32. It is essential that the light for illuminating the scene to be detected in the detection can be filtered out with a filter and only the fluorescent light is used for detection.
  • the semiconductor light source 32 is preferably a light emitting diode (LED), more preferably a surface mounted (SMD) light emitting diode mounted on the circuit substrate 30 by an SMT (Surface Mounted Technology) process.
  • the light-emitting diode 32 preferably comprises only one light-emitting region 34 (so-called LED chip), but may also have a plurality of light-emitting regions (LED chips).
  • each of the LED chips 34 is preferably associated with a particular reflector area or reflector portion or a particular reflector chamber. The reflector regions, reflector sections or reflector chambers can be adjusted relative to the respectively associated LED chip 34.
  • the reflector 22 be received at the beginning of the process by a suitable holding device or attached thereto.
  • the position of the reflector 22 in three-dimensional space is defined by mechanical application of the reference region 26, 28 of the reflector 22 to a suitable delivery device whose position in space is known.
  • the position of the reflector 22 or the reflection surface 24 in the room is determined by the position of the delivery device in the room.
  • the camera 52 detects the light-emitting region 34 of the semiconductor light source 32, for example an LED emission surface or converter material there, and determines the actual position of the light-emitting region 34 with respect to the reference region 26, 28 of the reflector 22.
  • a target position of the light emitting area 34 with respect to the reference area 26, 28 is predetermined.
  • a camera both the semiconductor light source 32, for example.
  • An LED Abstrahlober Structure or there existing converter material as the light emitting region 34, as well as the reference regions 26, 28 in the same image. This has the advantage that the reference regions 26, 28 and the measurement object can be detected in an image and evaluated together to determine the actual position of the light-emitting region 34 with respect to the reference region 26, 28 of the reflector 22.
  • An illumination device comprises an optical system 20 and a circuit carrier 30 arranged in a specific position with at least one semiconductor light source 32 mounted thereon.
  • the optical system 20 is arranged together with the circuit carrier in a housing of the illumination device.
  • the housing is preferably made of plastic and has in the light exit direction 36 on a light exit opening, which is closed by a transparent cover.
  • FIGS. 2 to 7 only the optical system 20 and the circuit carrier 30 with the semiconductor light source 32 are shown. For better clarity, the housing of the lighting device and the cover were omitted.
  • the circuit carrier 30 is arranged relative to the optical system 20 such that at least one light-emitting region 34 of the at least one semiconductor light source 32 is arranged after an optical detection of the at least one light-emitting region 34 with the smallest possible position difference to a desired position with respect to at least one reference region 26, 28 of the optical system 20.
  • the illumination device differs from known illumination devices in that a light-emitting region 34 of a semiconductor light source 32 is arranged particularly precisely with respect to a photometrically effective region 24 of the optical system 20.
  • an LED chip 34 of a light-emitting diode 32 is positioned and aligned with high precision relative to a reflection surface 24 of a reflector 22 of the illumination device.
  • the accuracy is in the range of +/- 50 ⁇ m.
  • the high accuracy is particularly advantageous for LED headlamps that produce a light distribution with a light-dark border, for example, a low beam or a fog light with horizontal light-dark boundary or a Generalfernlicht or marker light (marker light) with vertical light-dark boundaries.
  • the reflector 22 is preferably made of a bulk molding compound (BMC).
  • BMC bulk molding compound
  • the reflector 22 may also be made of a thermoplastic, for example polycarbonate (PC) or another material.
  • PC polycarbonate
  • BMC is supplied as a shapeless mass in bags or other containers. Compared to pure resin, BMC has higher strengths, stiffness and temperature limits.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anordnung eines Schaltungsträgers in einer bestimmten Lage relativ zu einem optischen System einer Beleuchtungseinrichtung. Der Schaltungsträger weist mindestens eine darauf befestigte Halbleiterlichtquelle auf.
  • Zur Erzeugung vorgegebener lichttechnischer Funktionen von Beleuchtungseinrichtungen (z.B. Scheinwerfern oder Heckleuchten in Kraftfahrzeugen), die Halbleiterlichtquellen verwenden, ist eine hochgenaue Positionierung und Ausrichtung der lichtemittierenden Bereiche der Halbleiterlichtquellen relativ zu dem restlichen optischen System (z.B. einem Reflektor) der Beleuchtungseinrichtung von großer Bedeutung. So ist bspw. aus der WO 2014/153576 A1 ein Verfahren zur kameragesteuerten hochgenauen Platzierung von Halbleiterlichtquellen (Leuchtdioden, LEDs) auf einem Schaltungsträger bekannt. Dabei wird nicht die äußere Kontur der LEDs erfasst und zum Platzieren der LEDs auf dem Schaltungsträger herangezogen. Stattdessen wird der lichtemittierende Bereich der LED erfasst und anhand von dessen Position die LED auf dem Schaltungsträger platziert und anschließend elektrisch kontaktiert. Das hat den Vorteil, dass unabhängig von Toleranzen bei der Anordnung des lichtemittierenden Bereichs auf der restlichen LED der lichtemittierende Bereich stets in einer vorgegebenen Position auf dem Schaltungsträger angeordnet ist.
  • In einem nachfolgenden Montageschritt wird dann der Schaltungsträger mit der oder den darauf montierten LEDs in dem optischen System einer Beleuchtungseinrichtung angeordnet und dort befestigt. Dazu weist der Schaltungsträger Referenzpunkte oder Markierungen auf, die relativ zu dem optischen System angeordnet werden. Aufgrund des aus der WO 2014/153576 A1 bekannten hochgenauen Platzierungsverfahrens der LEDs auf dem Schaltungsträger sind die lichtemittierenden Bereiche der LEDs somit auch genauer bezüglich des restlichen optischen Systems angeordnet. Allerdings führt die rein mechanische Positionierung des Schaltungsträgers in dem optischen System zu Ungenauigkeiten.
  • Andere Verfahren zum rein mechanischen Positionieren von Schaltungsträgern bezüglich eines optischen Systems sind aus den nachfolgenden Druckschriften bekannt: WO 2014/028954 A1 , WO 2014/056012 A1 und DE 10 2012 111 312 A1 .
  • Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit bei der Positionierung und Ausrichtung von lichtemittierenden Flächen von Halbleiterlichtquellen relativ zu einem optischen System einer Beleuchtungseinrichtung zu verbessern.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass mindestens ein lichtemittierender Bereich der mindestens einen Halbleiterlichtquelle optisch erfasst wird, der optisch erfasste mindestens eine lichtemittierende Bereich zur Ermittlung einer Ist-Lage des mindestens einen lichtemittierenden Bereichs in Bezug auf mindestens einen Referenzbereich des optischen Systems ausgewertet wird, eine Soll-Lage des mindestens einen lichtemittierenden Bereichs in Bezug auf den mindestens einen Referenzbereich des optischen Systems vorgegeben wird, die ermittelte Ist-Lage mit der vorgegebenen Soll-Lage zur Ermittlung einer Lagedifferenz des mindestens einen lichtemittierenden Bereichs der mindestens einen Halbleiterlichtquelle relativ zu dem optischen System verglichen wird, und eine Relativbewegung des Schaltungsträgers relativ zu dem optischen System zur Verringerung, vorzugsweise zur Minimierung der Lagedifferenz ausgeführt wird.
  • Es wird also vorgeschlagen, den Schaltungsträger mit der Halbleiterlichtquelle, insbesondere den lichtemittierenden Bereich der Halbleiterlichtquelle, sowie zumindest einen Teil des optischen Systems bspw. mittels einer Kamera optisch zu erfassen. Bevorzugt wird ein Referenzbereich des optischen Systems erfasst. Durch Auswerten der aufgenommenen Bilder kann die Ist-Lage (Position und Ausrichtung) des lichtemittierenden Bereichs der Halbleiterlichtquelle relativ zu dem Referenzbereich ermittelt werden. Eine entsprechende Soll-Lage ist vorgegeben. Diese wurde zuvor rechnerisch oder anhand von praktischen Versuchen an Prototypen des optischen Systems oder durch Simulation mit Hilfe eines geeigneten Simulationstools ermittelt. Durch einen Vergleich der Soll-Lage mit der Ist-Lage kann eine Lagedifferenz ermittelt werden. Eine Relativbewegung des Schaltungsträgers mit dem lichtemittierenden Bereich einerseits und des restlichen optischen Systems andererseits kann so ausgeführt werden, dass die Lagedifferenz minimiert wird. Vorzugsweise wird die Lage des Schaltungsträgers relativ zu dem restlichen optischen System genau auf die Soll-Lage eingestellt.
  • Die Relativbewegung zwischen lichtemittierendem Bereich der Halbleiterlichtquelle und dem Referenzbereich des optischen Systems umfasst bspw. ein Verschieben in der Flächenerstreckung (in einer XY-Ebene) des lichtemittierenden Bereichs sowie eine Drehung um eine dazu senkrecht stehende Achse (um eine Z-Achse). Es ist denkbar, dass die Unterseite bzw. eine untere Wandung des Reflektors in der XY-Ebene gleichzeitig eine Auflagefläche für die Halbleiterlichtquelle bildet. Dazu ist die Unterseite der unteren Wandung des Reflektors vorzugsweise eben und ohne Stufen oder Wölbungen ausgebildet. Damit kann der lichtemittierende Bereich mit einer Genauigkeit von etwa +/- 50 µm relativ zu dem optischen System bspw. in Form eines Reflektors bzw. dessen Reflexionsfläche positioniert und ausgerichtet werden.
    Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass auf eine aufwendige und teure Platzierung von Halbleiterlichtquellen auf einem Schaltungsträger verzichtet werden kann. Es kann ein einfaches und kostengünstiges Verfahren verwendet werden. Die gewünschte hohe Genauigkeit zwischen lichtemittierendem Bereich der Halbleiterlichtquellen und dem restlichen optischen System wird - unabhängig von der Platzierung der Halbleiterlichtquellen auf dem Schaltungsträger - anschließend im Rahmen der Anordnung des Schaltungsträgers relativ zu dem optischen System realisiert. Somit kann mit geringerem Aufwand und geringeren Kosten eine verbesserte Positionierungsgenauigkeit der Halbleiterlichtquellen relativ zu dem optischen System realisiert werden.
    Die Lage des lichtemittierenden Bereichs kann bspw. mittels Kantendetektion ermittelt werden. Zur Verbesserung der Detektion ist es denkbar, entweder die Halbleiterlichtquelle während des optischen Erfassens zu aktivieren, damit der lichtemittierende Bereich Licht aussendet, oder aber bei ausgeschalteter Halbleiterlichtquelle die lichtemittierende Fläche von außerhalb mit Licht anzustrahlen, welches ein Konvertermaterial des lichtemittierenden Bereichs zum Aussenden von Licht anregt. So kann bspw. bei Verwendung von Phosphor als Konvertermaterial dieses durch Anstrahlen mit blauem Licht zum Aussenden von gelbem Licht angeregt werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst das optische System einen Reflektor. Der Schaltungsträger wird relativ zu einer Reflexionsfläche des Reflektors lagegenau angeordnet und ggf. befestigt. Die Reflexionsfläche ist die lichttechnisch wirksame Fläche des Reflektors. Der Referenzbereich ist vorzugsweise außerhalb der Reflexionsfläche angeordnet, um die lichttechnischen Eigenschaften des Reflektors nicht zu beeinträchtigen.
  • Es wird vorgeschlagen, dass der Reflektor durch eine geeignete Haltevorrichtung aufgenommen bzw. daran befestigt wird. Die Position des Reflektors im dreidimensionalen Raum wird durch mechanisches Anlegen eines Referenzbereichs des Reflektors an eine geeignete Zustelleinrichtung definiert, deren Position im Raum bekannt ist. Über die Position der Zustelleinrichtung im Raum ist also die Position des Reflektors im Raum bestimmt. Eine Kamera erfasst einen lichtemittierenden Bereich der Halbleiterlichtquelle, bspw. eine LED-Abstrahloberfläche bzw. dort vorhandenes Konvertermaterial, und ermittelt die Ist-Lage des lichtemittierenden Bereichs in Bezug auf den Referenzbereich des Reflektors. Eine Soll-Lage des lichtemittierenden Bereichs in Bezug auf den Referenzbereich ist vorgegeben. Durch eine Relativbewegung zwischen dem Schaltungsträger und dem Referenzbereich kann eine Lagedifferenz zwischen der Ist-Lage und der Soll-Lage minimiert werden, vorzugsweise können die beiden Teile (Schaltungsträger und Referenzbereich) sogar in die vorgegebene Soll-Lage relativ zueinander gebracht werden.
  • Die Halbleiterlichtquelle ist vorzugsweise eine Leuchtdiode (LED), besonders bevorzugt eine oberflächenmontierte (SMD) Leuchtdiode, die mittels eines SMT (Surface-Mounted-Technology)-Verfahrens auf dem Schaltungsträger montiert wurde. Die Leuchtdiode umfasst vorzugsweise nur einen lichtemittierenden Bereich (sog. LED-Chip), kann aber auch mehrere lichtemittierende Bereiche (LED-Chips) aufweisen. Wenn die LED mehrere LED-Chips aufweist, ist jeder der LED-Chips einem bestimmten Reflektorbereich oder Reflektorabschnitt oder aber einer bestimmten Reflektorkammer zugeordnet. Die Reflektorbereiche, Reflektorabschnitte bzw. Reflektorkammern können relativ zu dem jeweils zugeordneten LED-Chip justiert werden. Der Schaltungsträger ist bspw. zumindest teilweise aus einem Metall, insbesondere Aluminium, gefertigt. Selbstverständlich kann er auch aus einem anderen Material, bspw. FR4, gefertigt sein.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der mindestens eine Referenzbereich integraler Bestandteil eines Teils des optischen Systems ist, dass dieses Teil des optischen Systems durch ein mindestens ein Werkzeugteil umfassendes Werkzeug hergestellt wird und dass dieses Teil des optischen Systems und der Referenzbereich durch dasselbe Werkzeugteil hergestellt werden. Wenn das Teil des optischen Systems ein Reflektor ist, bedeutet dies, dass der mindestens eine Referenzbereich integraler Bestandteil des Reflektors ist, dass der Reflektor durch ein mindestens ein Werkzeugteil umfassendes Werkzeug hergestellt wird und dass der Reflektor und der Referenzbereich durch dasselbe Werkzeugteil hergestellt werden. Dies hat den Vorteil, dass eine Abnutzung des Werkzeugteils für das Teil des optischen Systems und den Referenzbereich in etwa in gleichem Umfang erfolgt. Eine Abnutzung des Werkzeugteils wirkt sich also auf beide Teile gleichermaßen aus. Dadurch kann die lagerichtige Anordnung des Schaltungsträgers relativ zu dem optischen System selbst bei Fertigungstoleranzen aufgrund einer Abnutzung des Werkzeugs sichergestellt werden.
  • Zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens schlägt die Erfindung auch eine entsprechende Vorrichtung vor. Diese ist gekennzeichnet durch
    • mindestens eine Kamera zum optischen Erfassen mindestens eines lichtemittierenden Bereichs der mindestens einen Halbleiterlichtquelle,
    • Mittel zum Auswerten des optisch erfassten mindestens einen lichtemittierenden Bereichs und zur Ermittlung einer Ist-Lage des mindestens einen lichtemittierenden Bereichs,
    • ein Speicherelement zum Abspeichern einer Soll-Lage des mindestens einen lichtemittierenden Bereichs in Bezug auf mindestens einen Referenzbereich des optischen Systems,
    • Mittel zum Vergleichen der ermittelte Ist-Lage mit der vorgegebenen Soll-Lage und zur Ermittlung einer Lagedifferenz des mindestens einen lichtemittierenden Bereichs der mindestens einen Halbleiterlichtquelle relativ zu dem optischen System, und
    • Mittel zum Ausführen einer Relativbewegung des Schaltungsträgers relativ zu dem optischen System zur Verringerung, vorzugsweise zur Minimierung der Lagedifferenz.
  • Vorteilhafterweise sind die Mittel zum Auswerten und/oder die Mittel zum Vergleichen als Software realisiert, die auf einem Rechengerät der Vorrichtung abläuft. Das Rechengerät kann ein Mikroprozessor, ein Mikrocontroller oder ein herkömmlicher Personal Computer sein, auf dem die erforderliche Software abläuft, um die optisch erfassten Abbilder des lichtemittierenden Bereichs auszuwerten und um die Ist-Lage des lichtemittierenden Bereichs relativ zu dem optischen System mit der entsprechenden vorgegebenen Soll-Lage zu vergleichen. Das Rechengerät mit der darauf ablaufenden Software stellt somit die Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar. An das Rechengerät können die Kamera sowie eine Justierreinrichtung angeschlossen sein. Die Kamera erfasst auf Befehl der Steuerung Bilder von dem lichtemittierenden Bereich der Halbleiterlichtquelle und auch von dem Referenzbereich des optischen Systems und liefert entsprechende Bilddaten an das Rechengerät zurück. Dort werden die Bilddaten ausgewertet, um die Ist-Lage des lichtemittierenden Bereichs relativ zu dem Referenzbereich zu ermitteln.
  • In einem Speicherbereich des Rechengeräts kann die vorgegebene Soll-Lage abgespeichert sein. Durch einen Vergleich der Ist-Lage mit der entsprechenden Soll-Lage wird die Lagedifferenz ermittelt. Abhängig von der Lagedifferenz berechnet die Steuerung geeignete Ansteuersignale für die Justiereinrichtung, um die Lagedifferenz zu verringern. Insbesondere wird die Lagedifferenz minimiert. Die Steuerung leitet die Ansteuersignale an die Justiereinrichtung weiter. Als Reaktion auf die Ansteuersignale führt die Justiereinrichtung eine Relativbewegung des Schaltungsträgers relativ zu dem optischen System aus, bspw. indem der Schaltungsträger relativ zu dem optischen System bewegt wird, wobei die Lagedifferenz kleiner wird. Wenn dann eine gewünschte Endlage des Schaltungsträgers relativ zu dem Referenzbereich des optischen Systems erreicht ist, kann der Schaltungsträger an dem optischen System festgelegt werden.
  • Beleuchtungseinrichtungen, bei denen der Schaltungsträger nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in der bestimmten Lage relativ zu dem optischen System angeordnet wurde, unterscheiden sich von bekannten Beleuchtungseinrichtungen dadurch, dass der lichtemittierende Bereich der Halbleiterlichtquelle besonders genau bezüglich eines lichttechnisch wirksamen Bereichs des optischen Systems angeordnet ist. Insbesondere ist ein LED-Chip einer Leuchtdiode hochgenau relativ zu einer Reflexionsfläche eines Reflektors der Beleuchtungseinrichtung positioniert und ausgerichtet. Die Genauigkeit liegt im Bereich von mindestens +/- 50 µm. Versuche haben gezeigt, dass sogar Genauigkeiten von +/- 30 µm erreicht werden können. Die hohe Genauigkeit ist insbesondere für LED-Scheinwerfer vorteilhaft, die eine Lichtverteilung mit einer Helldunkelgrenze erzeugen, bspw. ein Abblendlicht oder ein Nebellicht mit horizontaler Helldunkelgrenze oder ein Teilfernlicht oder ein Markierungslicht (Markerlight) mit vertikalen Helldunkelgrenzen.
  • Der Schaltungsträger mitsamt der LED kann an dem optischen System festgeklebt werden, sobald der Schaltungsträger in der gewünschten Soll-Lage relativ zu dem optischen System angeordnet ist. Zum Kleben kann ein UV-empfindlicher Klebstoff verwendet werden, der bei UV-Bestrahlung schnell aushärtet. Dabei wird zwischen Schaltungsträger und dem Teil des optischen Systems, an dem der Schaltungsträger befestigt ist, bspw. einem Reflektor, eine Abzugskraft von mind. 20 N Widerstand realisiert.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
    Figur 2
    einen Reflektor einer Beleuchtungseinrichtung mit einem separat angeordneten Schaltungsträger;
    Figur 3
    den Reflektor der Beleuchtungseinrichtung aus Figur 2 mit einem lagegenau angeordneten Schaltungsträger;
    Figur 4
    den Reflektor der Beleuchtungseinrichtung aus Figur 2 mit einem Referenzbereich;
    Figur 5
    den Reflektor der Beleuchtungseinrichtung aus Figur 4 in einer Ansicht von oben;
    Figur 6
    den Reflektor der Beleuchtungseinrichtung aus Figur 3 mit dem lagegenau angeordneten Schaltungsträger und verschiedenen Möglichkeiten zur Variation der Lage des Schaltungsträgers relativ zu dem Reflektor; und
    Figur 7
    den Reflektor der Beleuchtungseinrichtung aus Figur 3 in einer Ansicht von vorne entgegen einer Lichtaustrittsrichtung; und
    Figur 8
    eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
  • Zur Erzeugung vorgegebener lichttechnischer Funktionen von Beleuchtungseinrichtungen (z.B. Scheinwerfern oder Heckleuchten in Kraftfahrzeugen), die Halbleiterlichtquellen verwenden, ist eine hochgenaue Positionierung und Ausrichtung (lagegenaue Justierung) der lichtemittierenden Bereiche der Halbleiterlichtquelle relativ zu dem restlichen optischen System der Beleuchtungseinrichtung von großer Bedeutung. Die Halbleiterlichtquellen sind bspw. als Leuchtdioden (LEDs) ausgebildet. Diese weisen einen lichtemittierenden Bereich auf, der bspw. Konvertermaterial umfasst, das beim Anstrahlen mit blauem Licht von einer LED gelbes Licht aussendet, das sich mit dem blauen Licht der LED zu weißem Licht mischt.
  • Zunächst wird mindestens eine LED auf einem Schaltungsträger montiert, der bspw. ein Metall, insbesondere Aluminium, aufweisen kann. Ein solches Verfahren ist bspw. aus der WO 2014/153576 A1 bekannt, das allerdings recht aufwendig und teuer ist. Anschließend wird in einem nachfolgenden Montageschritt der Schaltungsträger mit der oder den darauf montierten LEDs in dem optischen System einer Beleuchtungseinrichtung angeordnet und dort befestigt. Dazu weist der Schaltungsträger Referenzpunkte oder Markierungen auf, die relativ zu dem optischen System angeordnet werden. Die rein mechanische Positionierung des Schaltungsträgers in dem optischen System führt zu Ungenauigkeiten.
  • Mit der vorliegenden Erfindung kann ein Schaltungsträger besonders genau relativ zu dem optischen System einer Beleuchtungseinrichtung angeordnet werden. Das optische System kann ein Lichtmodul 20 (vgl. Figur 2) einer Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, bspw. eines Kraftfahrzeugscheinwerfers oder einer Kraftfahrzeugleuchte, sein. Das optische System 20 umfasst bspw. eine Reflexionsfläche 24 eines Reflektors 22, einen Lichteintrittsbereich einer Vorsatzoptik aus einem massiven transparenten Material zum Bündeln von Lichtstrahlen mittels Brechung beim Eintritt in die Optik und/oder Austritt aus der Optik und/oder mittels interner Totalreflexion an seitlichen Grenzflächen der Optik, oder einen Lichteintrittsbereich eines Lichtleiters o.ä., in Bezug auf die eine hochpräzise Anordnung einer Leuchtdiode 32 wichtig ist, damit das optische System 20 eine vorgegebene Lichtverteilung möglichst genau erzeugen kann. Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm der Figur 1 näher erläutert. Im Vorfeld des Verfahrens wurde eine LED 32 nach einem beliebigen Verfahren, bspw. durch das aus der WO 2014/153576 A1 bekannte, auf einem Schaltungsträger 30 platziert und elektrisch kontaktiert (vgl. Figur 2). Dabei ist es nicht erforderlich, die Platzierung der LED 32 mit besonders hoher Genauigkeit zu realisieren. Das kann Zeit und Kosten für die Platzierung der LED 32 auf dem Schaltungsträger 30 sparen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt in einem Funktionsblock 2. In einem Funktionsblock 4 wird mindestens ein lichtemittierender Bereich 34 der mindestens einen Halbleiterlichtquelle 32 optisch erfasst. In dem Beispiel aus den Figuren 2 bis 7 ist auf dem Schaltungsträger 30 eine LED 32 mit einem lichtemittierenden Bereich 34 angeordnet. Das optische Erfassen des lichtemittierenden Bereichs 34 kann bspw. mit einer Kamera 52 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 50 erfolgen (vgl. Figur 8). Die Kamera 52 blickt über einen Spiegel 54 auf den lichtemittierenden Bereich 34 der LED 32.
  • In einem Funktionsblock 6 wird dann der optisch erfasste mindestens eine lichtemittierende Bereich 34 zur Ermittlung seiner Ist-Lage in Bezug auf mindestens einen Referenzbereich des optischen Systems 20 ausgewertet. Dies kann bspw. in einem Rechengerät 56 der Vorrichtung 50 erfolgen. Das Rechengerät 56 ist bspw. ein Personal Computer, auf dem ein geeignetes Computerprogramm abläuft, das zur Auswertung des mindestens einen lichtemittierenden Bereichs 34 programmiert ist und die Auswertung vornimmt, wenn es auf dem Rechengerät 56 abläuft. Die aufgenommenen Bilder des lichtemittierenden Bereichs 34 werden über eine oder mehrere Datenübertragungsverbindungen, bspw. in Form von Datenleitungen 58, an die Recheneinheit 56 übertragen. Die Datenübertragung kann auch kabellos, bspw. über Funk, erfolgen. Das Rechengerät 56 weist einen Mikroprozessor 60 auf, der zum Abarbeiten des Computerprogramms ausgebildet ist. Das Computerprogramm kann auf einem Speicherelement 62 des Rechengeräts 56 abgespeichert sein und zur Abarbeitung entweder befehlsweise oder als Ganzes an den Mikroprozessor 60 übertragen werden.
  • Der Referenzbereich umfasst vorzugsweise mindestens eine gut sichtbare Fläche, Kante oder Kontur des optischen Systems 20. Durch den Referenzbereich ist eine Lage des optischen Systems 20 im dreidimensionalen Raum eindeutig definiert. In den Figuren 2 bis 7 umfasst der Referenzbereich eine konturierte Aussparung in einer oberen Wandung des Reflektors 22 bzw. dadurch definierte Stirnflächen 26, 28 (vgl. Figuren 4 und 5). Die Referenzbereiche 26, 28 sind außerhalb eines lichttechnisch wirksamen Bereichs des optischen Systems 20, insbesondere außerhalb der Reflexionsfläche 24 angeordnet, um die lichttechnischen Eigenschaften des Reflektors 22 nicht zu beeinträchtigen. Die Referenzbereiche umfassen insbesondere zwei in einem rechten Winkel zueinander stehende, nach vorne in Lichtaustrittsrichtung 36 öffnende Stirnflächen 26 sowie eine ebene, senkrecht zur Lichtaustrittsrichtung 36 stehende Stirnfläche 28.
  • Der mindestens eine Referenzbereich 26, 28 ist integraler Bestandteil eines Teils 22 des optischen Systems 20. Dieses Teil 22 des optischen Systems 20 wird durch ein mindestens ein Werkzeugteil umfassendes Werkzeug hergestellt. Dieses Teil 22 des optischen Systems 20 und der Referenzbereich 26, 28 werden durch dasselbe Werkzeugteil hergestellt. Für das in den Figuren 2 bis 7 dargestellte Ausführungsbeispiel bedeutet dies, dass der mindestens eine Referenzbereich 26, 28 integraler Bestandteil des Reflektors 22 ist, dass der Reflektor 22 durch ein mindestens ein Werkzeugteil umfassendes Werkzeug hergestellt wird und dass der Reflektor 22 und der Referenzbereich 26, 28 durch dasselbe Werkzeugteil hergestellt werden (keine Verwendung von Schiebern oder anderer von dem Werkzeugteil getrennter Werkzeugteile an der Stelle des Referenzbereichs 26, 28). Dies hat den Vorteil, dass eine Abnutzung des Werkzeugteils für den Reflektor 22 und den Referenzbereich 26, 28 über die Zeit in etwa in gleichem Umfang erfolgt. Eine Abnutzung des Werkzeugteils wirkt sich also auf beide Bereiche des Reflektors 22 gleichermaßen aus. Dadurch kann die lagerichtige Anordnung des Schaltungsträgers 30 relativ zu dem optischen System 20 selbst bei Fertigungstoleranzen aufgrund einer Abnutzung des Werkzeugs sichergestellt werden.
  • In dem Speicherelement 62 ist auch eine vorgegebene Soll-Lage des mindestens einen lichtemittierenden Bereichs 34 in Bezug auf den mindestens einen Referenzbereich 26, 28 des optischen Systems 20 abgespeichert. Die Soll-Lage wurde zuvor rechnerisch oder anhand von praktischen Versuchen an Prototypen des optischen Systems 20, durch Simulation mit Hilfe eines geeigneten Simulationstools oder mittels eines geeigneten Kalibriertools ermittelt. In einem Funktionsblock 8 wird die ermittelte Ist-Lage mit der vorgegebenen Soll-Lage zur Ermittlung einer Lagedifferenz des mindestens einen lichtemittierenden Bereichs 34 der mindestens einen Halbleiterlichtquelle 32 relativ zu dem optischen System 20 bzw. dem mindestens einen Referenzbereich 26, 28 verglichen. Dies kann bspw. auch in dem Rechengerät 56 der Vorrichtung 50 erfolgen. Auf dem Rechengerät 56 kann ein geeignetes Computerprogramm ablaufen, das zum Vergleich der ermittelten Ist-Lage mit der vorgegebenen Soll-Lage programmiert ist und den Vergleich vornimmt, wenn es auf dem Rechengerät 56 abläuft. Das Computerprogramm kann auf dem Speicherelement 62 des Rechengeräts 56 abgespeichert sein und zur Abarbeitung entweder befehlsweise oder als Ganzes an den Mikroprozessor 60 übertragen werden.
  • Dann wird in einem Funktionsblock 10 eine Relativbewegung des Schaltungsträgers 30 relativ zu dem optischen System 20 bzw. den Referenzbereichen 26, 28 mit dem Ziel ausgeführt, eine Verringerung, vorzugsweise eine Minimierung der Lagedifferenz zwischen Ist- und Soll-Lage des lichtemittierenden Bereichs 34 zu erzielen. Dies kann bspw. dadurch erreicht werden, dass ein Manipulator 64 den Schaltungsträger 30 hält, bspw. mittels eines mechanischen oder pneumatischen Greifers 68, und den Schaltungsträger 30 relativ zu dem optischen System 20 bzw. den Referenzbereichen 26, 28 bewegt. Zu diesem Zweck verfügt der Manipulator 64 über eine Aktorik im oberen Bereich, welche Bewegungen über Steuerstangen 70 an den Greifer 68 überträgt. Selbstverständlich kann der Manipulator 64 auch beliebig anders ausgebildet sein.
  • Mit Hilfe eines Computerprogramms in dem Rechengerät 56 werden abhängig von der ermittelten Lagedifferenz des mindestens einen lichtemittierenden Bereichs 34 der mindestens einen Halbleiterlichtquelle 32 relativ zu dem optischen System 20 bzw. dem mindestens einen Referenzbereich 26, 28 Ansteuersignale für den Manipulator 64 berechnet. Die Ansteuersignale werden über eine oder mehrere Datenübertragungsverbindungen, bspw. in Form von Datenleitungen 66, von der Recheneinheit 56 an den Manipulator 64 übertragen. Die Datenübertragung kann auch kabellos, bspw. über Funk, erfolgen.
  • Die Relativbewegung zwischen lichtemittierendem Bereich 34 der Halbleiterlichtquelle 32 und dem Referenzbereich 26, 28 des optischen Systems 20 umfasst bspw. ein Verschieben in der Flächenerstreckung (in einer XY-Ebene) des lichtemittierenden Bereichs 34 (vgl. Figur 6) sowie eine Drehung C um eine dazu senkrecht stehende Achse (um eine Z-Achse). Es ist denkbar, dass die Unterseite bzw. eine untere Wandung des Reflektors 22 in der XY-Ebene gleichzeitig eine Auflagefläche für die Halbleiterlichtquelle 32 bildet. Dazu ist die Unterseite der unteren Wandung des Reflektors 22 vorzugsweise eben und ohne Stufen oder Wölbungen ausgebildet. Damit kann der lichtemittierende Bereich 34 mit einer Genauigkeit von etwa +/- 50 µm relativ zu dem optischen System 20 bspw. zu der Reflexionsfläche 24 eines Reflektor 22 positioniert und ausgerichtet werden.
  • Die Positionierung und Ausrichtung des Schaltungsträgers 30 relativ zu dem optischen System 20 bzw. den Referenzbereichen 26, 28 in Funktionsblock 10 kann in einem Durchgang durch eine Bewegung des Schaltungsträgers 30 bis in seine Zielposition und -ausrichtung erfolgen. Es ist aber auch denkbar, dass die Bewegung und Ausrichtung im Rahmen eines iterativen Verfahrens erfolgen. Eine entsprechende Iterationsschleife 12 ist in Figur 1 mit gestrichelter Linie eingezeichnet. Dabei wird der Schaltungsträger 30 zunächst nur ein wenig in Richtung seiner Zielposition und -ausrichtung bewegt. Dann wird in Funktionsblock 4 nochmals die lichtemittierende Fläche 34 erfasst, in Funktionsblock 6 die Ist-Lage ermittelt, in Funktionsblock 8 die ermittelte Ist-Lage mit der vorgegebenen Soll-Lage verglichen und entsprechende Ansteuersignale für den Manipulator 64 berechnet. In dem Funktionsblock 10 wird der Manipulator 64 dann wieder mit den Ansteuersignale beaufschlagt, um den Schaltungsträger 30 weiter in Richtung seiner Zielposition und -ausrichtung zu bewegen. Die Iterationsschleife 12 kann so oft durchlaufen werden, bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist, bspw. bis die Lagedifferenz kleiner als ein vorgebbarer Grenzwert ist.
  • Falls gewünscht, kann der in der oder nahe der Soll-Lage angeordnete Schaltungsträger 30 in einem Funktionsblock 14 an dem optischen System 20 festgelegt werden. Insbesondere kann der Schaltungsträger 30 an dem Reflektor 22 einer Beleuchtungseinrichtung befestigt werden. Denkbar ist bspw. eine Befestigung mittels Schweißen, Kleben oder Klammern. Zum Kleben kann ein unter Einfluss von UV-Strahlung schnell aushärtender Klebstoff verwendet werden. Damit erhält man eine Beleuchtungseinrichtung mit einem optischen System 20, bspw. umfassend einen Reflektor 22, in dem eine lichtemittierende Fläche 34 einer Halbleiterlichtquelle 32 mit besonders hoher Genauigkeit relativ zu den lichttechnisch wirksamen Bereichen des optischen Systems 20, bspw. einer Reflexionsfläche 24 des Reflektors 22, positioniert ist. In einem Funktionsblock 16 ist das Verfahren dann beendet.
  • Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass auf eine aufwendige und teure Platzierung von Halbleiterlichtquellen 32 auf einem Schaltungsträger 30 verzichtet werden kann. Dazu kann ein einfaches und kostengünstiges Verfahren verwendet werden. Die gewünschte hohe Genauigkeit zwischen lichtemittierendem Bereich 34 der Halbleiterlichtquellen 32 und dem restlichen optischen System 20 wird - unabhängig von der Platzierung der Halbleiterlichtquellen 32 auf dem Schaltungsträger 30 - anschließend im Rahmen der Anordnung des Schaltungsträgers 30 relativ zu dem optischen System 20 realisiert. Somit kann mit geringerem Aufwand und geringeren Kosten eine verbesserte Positionierungsgenauigkeit der Halbleiterlichtquellen 32 relativ zu dem optischen System 20 realisiert werden.
  • Die Ist-Lage des lichtemittierenden Bereichs 34 kann in Funktionsblock 6 bspw. mittels Kantendetektion ermittelt werden. Zur Verbesserung der Detektion ist es denkbar, entweder die Halbleiterlichtquelle 32 während des optischen Erfassens mit der Kamera 52 zu aktivieren, damit der lichtemittierende Bereich 34 Licht aussendet, oder aber bei ausgeschalteter Halbleiterlichtquelle 32 die lichtemittierende Fläche 34 von außerhalb mit Licht anzustrahlen, welches ein Konvertermaterial des lichtemittierenden Bereichs 34 zum Aussenden von Licht anregt. So kann bspw. bei Verwendung von Phosphor als Konvertermaterial dieses durch Anstrahlen mit blauem Licht zum Aussenden von gelbem Licht angeregt werden. Die Kanten der leuchtenden Fläche 34 grenzen sich besser gegenüber der umgebenden dunklen Fläche der restlichen Halbleiterlichtquelle 32 ab. Wesentlich ist dabei, dass das Licht zur Beleuchtung der zu erfassenden Szene bei der Detektion mit einem Filter herausgefiltert werden kann und nur das Fluoreszenzlicht zur Detektion verwendet wird.
  • Die Halbleiterlichtquelle 32 ist vorzugsweise eine Leuchtdiode (LED), besonders bevorzugt eine oberflächenmontierte (SMD) Leuchtdiode, die mittels eines SMT (Surface-Mounted-Technology)-Verfahrens auf dem Schaltungsträger 30 montiert wurde. Die Leuchtdiode 32 umfasst vorzugsweise nur einen lichtemittierenden Bereich 34 (sog. LED-Chip), kann aber auch mehrere lichtemittierende Bereiche (LED-Chips) aufweisen. Wenn die LED 32 mehrere LED-Chips 34 aufweist, ist jeder der LED-Chips 34 vorzugsweise einem bestimmten Reflektorbereich oder Reflektorabschnitt oder aber einer bestimmten Reflektorkammer zugeordnet. Die Reflektorbereiche, Reflektorabschnitte bzw. Reflektorkammern können relativ zu dem ihnen jeweils zugeordneten LED-Chip 34 justiert werden.
  • Es wird vorgeschlagen, dass der Reflektor 22 zu Beginn des Verfahrens durch eine geeignete Haltevorrichtung aufgenommen bzw. daran befestigt wird. Die Position des Reflektors 22 im dreidimensionalen Raum wird durch mechanisches Anlegen des Referenzbereichs 26, 28 des Reflektors 22 an eine geeignete Zustelleinrichtung definiert, deren Position im Raum bekannt ist. Über die Position der Zustelleinrichtung im Raum ist also die Position des Reflektors 22 bzw. der Reflexionsfläche 24 im Raum bestimmt. Die Kamera 52 erfasst den lichtemittierenden Bereich 34 der Halbleiterlichtquelle 32, bspw. eine LED-Abstrahloberfläche bzw. dort vorhandenes Konvertermaterial, und ermittelt die Ist-Lage des lichtemittierenden Bereichs 34 in Bezug auf den Referenzbereich 26, 28 des Reflektors 22. Eine Soll-Lage des lichtemittierenden Bereichs 34 in Bezug auf den Referenzbereich 26, 28 ist vorgegeben. Durch eine Relativbewegung zwischen dem Schaltungsträger 30 und dem Referenzbereich 26, 28 wird die Lagedifferenz zwischen der Ist-Lage und der Soll-Lage minimiert, vorzugsweise können die beiden Teile (Schaltungsträger 30 und Referenzbereich 26, 28) sogar in die vorgegebene Soll-Lage relativ zueinander gebracht werden.
  • In einer alternativen Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass eine Kamera (nicht dargestellt) sowohl die Halbleiterlichtquelle 32, bspw. eine LED-Abstrahloberfläche bzw. dort vorhandenes Konvertermaterial als lichtemittierenden Bereich 34, als auch die Referenzbereiche 26, 28 im gleichen Bild. Das hat den Vorteil, dass die Referenzbereiche 26, 28 und das Messobjekt in einem Bild erfasst werden und gemeinsam ausgewertet werden können, um die Ist-Lage des lichtemittierenden Bereichs 34 in Bezug auf den Referenzbereich 26, 28 des Reflektors 22 zu ermitteln.
  • Die Vorrichtung zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Figur 8 gezeigt und in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnet. Diese ist gekennzeichnet durch
    • mindestens eine Kamera 52 zum optischen Erfassen mindestens eines lichtemittierenden Bereichs 34 der mindestens einen Halbleiterlichtquelle 32,
    • Mittel 56 zum Auswerten des optisch erfassten mindestens einen lichtemittierenden Bereichs 34 und zur Ermittlung einer Ist-Lage des mindestens einen lichtemittierenden Bereichs 34 in Bezug auf mindestens einen Referenzbereich 26, 28 des optischen Systems 20,
    • ein Speicherelement 62 zum Abspeichern einer Soll-Lage des mindestens einen lichtemittierenden Bereichs 34 in Bezug auf den mindestens einen Referenzbereich 26, 28 des optischen Systems 20,
    • Mittel 56 zum Vergleichen der ermittelten Ist-Lage mit der vorgegebenen Soll-Lage und zur Ermittlung einer Lagedifferenz des mindestens einen lichtemittierenden Bereichs 34 der mindestens einen Halbleiterlichtquelle 32 relativ zu dem optischen System 20, und
    • Mittel 64 zum Ausführen einer Relativbewegung des Schaltungsträgers 30 relativ zu dem optischen System 20 zur Verringerung, vorzugsweise zur Minimierung der Lagedifferenz.
  • Eine Beleuchtungseinrichtung umfasst ein optisches System 20 und einen in einer bestimmten Lage dazu angeordneten Schaltungsträger 30, der mindestens eine darauf befestigte Halbleiterlichtquelle 32 aufweist. Das optische System 20 wird zusammen mit dem Schaltungsträger in einem Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung angeordnet. Das Gehäuse ist vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt und weist in Lichtaustrittsrichtung 36 eine Lichtaustrittsöffnung auf, die durch eine transparente Abdeckscheibe verschlossen ist. In den Figuren 2 bis 7 sind lediglich das optische System 20 und der Schaltungsträger 30 mit der Halbleiterlichtquelle 32 gezeigt. Der besseren Übersichtlichkeit halber wurden das Gehäuse der Beleuchtungseinrichtung sowie die Abdeckscheibe weggelassen.
  • Bei der Beleuchtungseinrichtung ist der Schaltungsträger 30 derart relativ zu dem optischen System 20 angeordnet, dass mindestens ein lichtemittierender Bereich 34 der mindestens einen Halbleiterlichtquelle 32 nach einer optischen Erfassung des mindestens einen lichtemittierenden Bereichs 34 mit einer möglichst geringen Lagedifferenz zu einer Soll-Lage in Bezug auf mindestens einen Referenzbereich 26, 28 des optischen Systems 20 angeordnet ist. Die Beleuchtungseinrichtung unterscheidet sich von bekannten Beleuchtungseinrichtungen dadurch, dass ein lichtemittierender Bereich 34 einer Halbleiterlichtquelle 32 besonders genau in Bezug auf einen lichttechnisch wirksamen Bereich 24 des optischen Systems 20 angeordnet ist. Insbesondere ist ein LED-Chip 34 einer Leuchtdiode 32 hochgenau relativ zu einer Reflexionsfläche 24 eines Reflektors 22 der Beleuchtungseinrichtung positioniert und ausgerichtet. Die Genauigkeit liegt im Bereich von +/- 50 µm. Die hohe Genauigkeit ist insbesondere für LED-Scheinwerfer vorteilhaft, die eine Lichtverteilung mit einer Helldunkelgrenze erzeugen, bspw. ein Abblendlicht oder ein Nebellicht mit horizontaler Helldunkelgrenze oder ein Teilfernlicht oder ein Markierungslicht (Markerlight) mit vertikalen Helldunkelgrenzen.
  • Der Reflektor 22 ist vorzugsweise aus einem Bulk Molding Compound (BMC) gefertigt. Selbstverständlich kann der Reflektor 22 auch aus einem Thermoplast, bspw. Polycarbonat (PC) oder einem anderen Material, gefertigt sein. Dabei handelt es sich um ein Faser-Matrix-Halbzeug. Es besteht zumeist aus Kurz-Glasfasern und einem Polyester- oder Vinylesterharz, andere Verstärkungsfasern oder Harzsysteme sind ebenfalls möglich. Naturfasern, als preiswerte Alternative zu Glasfasern, finden zunehmend Verbreitung. BMC wird als formlose Masse in Beuteln oder anderen Gebinden geliefert. Gegenüber dem reinen Harz hat BMC höhere Festigkeiten, Steifigkeiten und Temperatureinsatzgrenzen.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Anordnung eines Schaltungsträgers (30) in einer bestimmten Lage relativ zu einem optischen System (20) einer Beleuchtungseinrichtung, wobei der Schaltungsträger (30) mindestens eine darauf befestigte Halbleiterlichtquelle (32) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein lichtemittierender Bereich (34) der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (32) optisch erfasst wird, der optisch erfasste mindestens eine lichtemittierende Bereich (34) zur Ermittlung einer Ist-Lage des mindestens einen lichtemittierenden Bereichs (34) in Bezug auf mindestens einen Referenzbereich (26, 28) des optischen Systems (20) ausgewertet wird, eine Soll-Lage des mindestens einen lichtemittierenden Bereichs (34) in Bezug auf den mindestens einen Referenzbereich (26, 28) des optischen Systems (20) vorgegeben wird, die ermittelte Ist-Lage mit der vorgegebenen Soll-Lage zur Ermittlung einer Lagedifferenz des mindestens einen lichtemittierenden Bereichs (34) der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (32) relativ zu dem optischen System (20) verglichen wird, und eine Relativbewegung des Schaltungsträgers (30) relativ zu dem optischen System (20) zur Verringerung der Lagedifferenz ausgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der in der bestimmten Lage angeordnete Schaltungsträger (30) relativ zu dem optischen System (20) festgelegt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Auswertung des optisch erfassten mindestens einen lichtemittierenden Bereichs (34) eine Lage mindestens einer Kante des mindestens einen lichtemittierenden Bereichs (34) detektiert wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System (20) einen Reflektor aufweist und der Schaltungsträger (30) in einer bestimmten Lage relativ zu einer Reflexionsfläche (24) des Reflektors (22) angeordnet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Lage des mindestens einen lichtemittierenden Bereichs (34) in Bezug auf mindestens einen außerhalb der Reflexionsfläche (24) des Reflektors (22) angeordneten Referenzbereich (26, 28) vorgegeben wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Referenzbereich (26, 28) integraler Bestandteil eines Teils (22) des optischen Systems (20) ist, dass dieses Teil (22) des optischen Systems (20) durch ein mindestens ein Werkzeugteil umfassendes Werkzeug hergestellt wird, durch das auch der mindestens eine Referenzbereich (26, 28) hergestellt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Referenzbereich (26, 28) integraler Bestandteil des Reflektors (22) ist, dass der Reflektor (22) durch ein mindestens ein Werkzeugteil umfassendes Werkzeug hergestellt wird, durch das auch der mindestens eine Referenzbereich (26, 28) hergestellt wird.
  8. Vorrichtung (50) zur Anordnung eines Schaltungsträgers (30) in einer bestimmten Lage relativ zu einem optischen System (20) einer Beleuchtungseinrichtung, wobei der Schaltungsträger (30) mindestens eine darauf befestigte Halbleiterlichtquelle (32) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (50) aufweist:
    - mindestens eine Kamera (52) zum optischen Erfassen mindestens eines lichtemittierenden Bereichs (34) der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (32),
    - Mittel (56) zum Auswerten des optisch erfassten mindestens einen lichtemittierenden Bereichs (34) und zur Ermittlung einer Ist-Lage des mindestens einen lichtemittierenden Bereichs (34) in Bezug auf mindestens einen Referenzbereich (26, 28) des optischen Systems (20),
    - ein Speicherelement (62) zum Abspeichern einer Soll-Lage des mindestens einen lichtemittierenden Bereichs (34) in Bezug auf den mindestens einen Referenzbereich (26, 28) des optischen Systems (20),
    - Mittel (56) zum Vergleichen der ermittelten Ist-Lage mit der vorgegebenen Soll-Lage und zur Ermittlung einer Lagedifferenz des mindestens einen lichtemittierenden Bereichs (34) der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (32) relativ zu dem optischen System (20), und
    - Mittel (64) zum Ausführen einer Relativbewegung des Schaltungsträgers (30) relativ zu dem optischen System (20) zur Verringerung der Lagedifferenz.
  9. Vorrichtung (50) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (56) zum Auswerten und die Mittel (56) zum Vergleichen als Software realisiert sind, die auf einem Rechengerät (56) der Vorrichtung (50) abläuft.
  10. Vorrichtung (50) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherelement (62) Teil des Rechengeräts (56) ist.
  11. Vorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (50) Mittel zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 7 aufweist.
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