WO2012059330A1 - Lichtemittermodul mit umlenkoptik - Google Patents

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WO2012059330A1
WO2012059330A1 PCT/EP2011/068324 EP2011068324W WO2012059330A1 WO 2012059330 A1 WO2012059330 A1 WO 2012059330A1 EP 2011068324 W EP2011068324 W EP 2011068324W WO 2012059330 A1 WO2012059330 A1 WO 2012059330A1
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led
light
sensor
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optics
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PCT/EP2011/068324
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Elena Justus-Bischler
Bernhard Bayersdorfer
Christoph Nitzl
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Lisa Dräxlmaier GmbH
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    • H01L25/16—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits
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Definitions

  • the present invention relates to interior lighting, in particular by means of LEDs, as used for example in automobiles.
  • Such lighting can be a so-called ambient lighting or effect lighting, but also a signal lighting (eg. In case of danger).
  • a color sensor could be used to control the RGB LED.
  • the problem arises that the light emitted by the RGB LED light must be thoroughly mixed before it reaches the color sensor.
  • a direct irradiation in the color sensor is not possible because the intensity and color coordinates are falsified. Accordingly, the light guide would have to be adapted, which is time consuming and causes increased costs.
  • a controller is designed here as a microprocessor and connected by means of a line with a temperature sensor for detecting the temperature of the LEDs.
  • the controller is connected by means of a line to a photodiode, which is arranged facing a light exit surface of a prism whose light entrance surface faces the photodiodes.
  • the document DE 10 2008 039 364 AI is known, which relates to a semiconductor light-emitting device.
  • the semiconductor light source may include at least one LED.
  • the object of the present invention is to provide a module with an LED and a sensor, in which the components can be accommodated in a small installation space, and at the same time the light emitted by the LED is hardly attenuated by the measurement with the sensor.
  • a module according to claim 1 is provided. exemplary
  • the core idea of the present invention is to arrange the LED (preferably an RGB LED), the sensor and the optics in a module such that before coupling the light of the LED into an optical fiber inserted into the module, a small part of this light is guided to the sensor becomes.
  • the sensor and control unit are calibrated for this configuration, and the control unit controls the LED based on the measurement results.
  • the senor only needs to be calibrated / tuned once for a specific module.
  • the control is thus independent of the changing geometry of the light guide.
  • the control can be used not only for color matching, but also for brightness control.
  • the present invention makes it possible to accommodate the individual elements in a small space, and it is also prevented that the light emitted by the LED is adversely affected by the measurement.
  • the LED and the sensor are fixed on a common base. As a result, the relative orientation of the sensor to the LED can be ensured.
  • the LED is a so-called RGB LED having a plurality of color diodes.
  • an RGB LED is equipped with a green, a blue and a red color diode. By mixing the individual colors, a broad color spectrum can be realized.
  • the senor be calibrated when it is mounted in the light emitter module with respect to the LED which is likewise already mounted in the light emitter module.
  • the sensor can be adjusted to the conditions in the specific module. This is particularly advantageous if - in the case of an RGB LED - depending on the light emitter module different color components are detected by the sensor.
  • the control unit connected to the LED and the sensor based on the measurement data of the sensor can control the LED targeted, and thus set the desired color exactly.
  • the light guide used has a diameter between 2-5 mm, preferably about 3.5 mm.
  • the dimension of about 3.5 mm diameter is a commonly used size.
  • the light rays that have entered the optics are reflected at at least one interface within the optics. This causes a good mixing of the light until it reaches the sensor.
  • the sensor is provided such that a detection surface points in the direction of the light exit from the LED. This makes it possible to realize an extremely compact design.
  • the light guide has, in an end region, a conical end section, which lies opposite the LED.
  • This konusformige end portion is laterally enclosed by the optics.
  • the optic encloses this area, and can pick off a light that is not coupled into the cone-shaped end section, and guide it to the sensor.
  • the LED facing end surface of the cone-shaped end portion of the light guide has a relation to the light exit opening of the LED smaller area.
  • this end face of the cone-shaped end portion is only slightly smaller than the surface of the Lichtaustrittsöff formed, so that only a very small part of the light of the LED does not enter the light guide, but in the optics.
  • the conical end section of the light guide has a step at the transition to the cylindrical light guide.
  • the optics can rest, and thus the light guide, the optics and the LED are positioned in relation to each other.
  • a separate optics is provided in sections between the light guide and the LED.
  • the light thus enters the optic from the LED, and a small portion of the light is at the interface between the optic and the optic Reflected light guide in the direction of the sensor. The remaining majority of the light is transmitted to the light guide.
  • the interface between the optics and the light guide cloudy, or clear but defined reflective coated is preferably provided. This parameter adjusts how much of the light is transmitted to the fiber and how much is reflected to the sensor.
  • Fig. 1 shows an exemplary embodiment of the present invention in which an RGB LED, a light guide, an optic and a color sensor are arranged in a compact construction.
  • Fig. 2 shows a schematic view of a second
  • Embodiment of the present invention wherein a portion of an optic is located between an LED and a light guide.
  • Fig. 3 shows a third embodiment of the present invention
  • Fig. 4 shows a fourth embodiment of the present invention
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a module with an RGB LED 5 and a color sensor 2.
  • RGB LED is in this context, a LED (light emitter diode) with multiple Diodes meant.
  • This term also includes RGGBs, RGBWs or similar LEDs with more than one light-emitting chip.
  • the RGB LED 5 and the color sensor 2 are mounted on a printed circuit board 1 in a housing G.
  • the color sensor 2 may be, for example, a so-called true color sensor or an RGB sensor.
  • an optical fiber 4A inserted into the module, which in this embodiment has a diameter of approximately 3.5 mm, and forwards the light beams emitted by the RGB LED.
  • the cylindrical optical waveguide comprises a conical termination, the cone having a flat tip in the direction of the RGB LED, and a step 4b being present in the transition to the cylindrical optical waveguide.
  • the plane of the step 4b and the plane of the flat cone tip 4a are substantially parallel to each other.
  • the color sensor 2 is mounted on the circuit board.
  • the detection section of the sensor 2 points in the same direction as the main light exit direction of the RGB LED (pointing away from the circuit board in FIG. 1 in a vertical direction).
  • the module according to the present embodiment comprises an optical system (RGB optics) with which light beams from the RGB LED to the color sensor 2 can be guided by reflection.
  • the optics 3 can likewise be mounted on the printed circuit board 1, and it extends from a region of the RGB LED 5 to the color sensor 2.
  • the RGB LED 5 includes a plurality of color diodes, in the present embodiment, a green light diode 6, a blue light diode 7, and a red light diode 8 These diodes 6-8 can produce a large color spectrum.
  • the structure of the module according to the invention that a majority of the color beams emitted by the RGB LED 5 pass at the surface 4a into the optical waveguide 4A (approximately 99%).
  • the scattered radiation of the RGB LED is collected in the edge region next to the conical end of the light guide 4A by the area around this complementary complemented, the cone of the light guide laterally enclosing optics 3, and passed through reflection within the optics to the sensor.
  • the light of the individual diodes is not collected in equal proportions because of the position to the optics and the sensor.
  • the arrangement according to the preferred embodiment thus guarantees an indirect irradiation in the color sensor. Incidentally, the light emitted from the LED is hardly attenuated.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the present invention.
  • this variant comprises in a housing G a printed circuit board 1, a sensor 2 mounted thereon, an RGB LED 5 with diodes 6, 7 and 8, and a light guide 4B arranged vertically above the RGB LED.
  • This optical fiber 4B was inserted into and detachably attached to the module as in the first embodiment.
  • the relative orientation of said components to each other is substantially equal to the first embodiment.
  • the optical fiber 4B does not have the conical termination described in the first embodiment, but closes with a circuit board 1 and thus to the top of the RGB LED 5 substantially plane-parallel surface 4c.
  • the optical system 3B is present in the second embodiment.
  • the optic 3B is not interrupted by the conical termination of the light guide as in the first embodiment.
  • the optical system 3B of the second embodiment transmits almost all the light (about 99%) emitted from the LED 5 into the optical fiber 4B. A small amount is reflected at the interface of the optics 3B to the light guide 4B, scattered and directed in the direction of the sensor.
  • the optics 3B at this interface cloudy, or clear but defined reflective coated so that the scattered light component is slightly increased. Furthermore, the turbidity also ensures the mixture of all the colors emitted by the different diodes.
  • FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention.
  • a circuit board 1, a sensor 2 attached thereto and an RGB LED 5 are provided in a housing G.
  • a light guide 4C Vertically above the RGB LED 5 is a light guide 4C, which, however, unlike in the embodiments 1 and 2, a bevelled surface 4d in the direction of the RGB LED 5 has.
  • an optical system 3C is provided, which is formed in the manner of a prism.
  • This optics transmits a majority of the light emitted by the RGB LED light in the light guide 4C. A small proportion is reflected at the interface between the optic 3C and the light guide 4C (first reflection surface), and deflected directly into the sensor detector surface via a second reflection surface of the optic 3C.
  • the first reflection surface could be provided with a special filter layer which reflects a certain, very small proportion of the light and allows the rest of the light rays to pass through,
  • the structure shown in Fig. 3 has the advantage that less tolerance problems occur during assembly of the module, since the light beams are always deflected at the same angle, and the distance between the RGB LED and the sensor always remains the same. Accordingly, it is possible to work with larger tolerance ranges during assembly.
  • a roughening of the second reflection surface of the optic 3C, or the exit surface of the optic 3C in the direction of the sensor 2 may be provided.
  • Fig. 4 shows a fourth embodiment of the present invention, which is similar to the third embodiment.
  • the essential difference is that the color sensor 2 is arranged laterally next to the optics 3D, and the light beams Sa-8a do not impinge directly on the detection section of the color sensor 2.
  • a haze of the second reflection surface would, as in Embodiment 3, favor the mixing of the light rays.
  • the surface of the optical system 3D facing the sensor is roughened so that a coupling-out of the light in the direction of the sensor 2 can take place.
  • the construction shown in FIG. 4 has the advantage that the detector surface is directed towards a mixed light, and the direct light of the RGB LED 5 does not impinge on the detecting section of the color sensor 2.
  • contact pins are provided on the color sensor 2.
  • the contact with the circuit board is via so-called mqs-action-pin.
  • contact holes are made available on the board, which are smaller in diameter than the contact pins.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Innenraumbeleuchtungen insbesondere mittels LEDs, wie sie beispielsweise in Automobilen zum Einsatz kommt. Eine solche Beleuchtung kann eine sogenannte Ambientebeleuchtung oder Effektbeleuchtung, aber auch eine Signalbeleuchtung (bspw. bei Gefahr) sein. Das erfindungsgemäße Lichtemittermodul umfasst: eine LED (5) und einen Sensor (2), wobei die LED (5) und der Sensor (2) über eine Steuereinheit in Verbindung stehen, sowie einen in das Modul einführbaren, der LED (5) gegenüberliegenden Lichtleiter (4A-D), und eine Optik (3A-D), wobei die Optik (3A-D) einen Teil der Lichtstrahlen (6a-8a) der LED (5) vor deren Eintritt in den Lichtleiter (4A-D) in Richtung des Sensors (2) abzweigt, damit diese vom Sensor (2) detektiert werden können.

Description

Lichtemittermodul mit Umlenkoptik
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Innenraumbeleuchtungen insbesondere mittels LEDs, wie sie beispielsweise in Automobilen zum Einsatz kommt. Eine solche Beleuchtung kann eine sogenannte Ambientebeleuchtung oder Effektbeleuchtung, aber auch eine Signalbeleuchtung (bspw. bei Gefahr) sein.
2. Stand der Technik
Im Bereich der Ambientebeleuchtung für Fahrzeuge besteht neben bereits bekannter einfarbiger Beleuchtung der Wunsch nach Mehrfarbigkeit. Betriebsintern ist es bekannt, eine solche Mehrfarbigkeit mit mehreren einfarbigen LEDs umzusetzen. Allerdings ist der zur Verfügung stehende Bauraum klein, weshalb der an die LEDs angekoppelte Lichtleiter einen gewissen Durchmesser nicht überschreiten sollte. Da die Lichtleitung weiter homogen über große Längen gewährleistet werden soll, wird üblicherweise von einem maximalen Lichtleitungsdurchmesser von 5,5 mm ausgegangen. Bei einem solchen Durchmesser kann man allerdings mittels maximal zweier einfarbiger LEDs Licht einkoppeln.
Durch die Mischung der Intensität dieser beiden LEDs können neben einer spezifischen Farbe einer LED zusätzliche Mischfarben erzeugt werden, die in der CIE-Normtafel auf Verbindungsgeraden zwischen den Reinfarben liegen.
Um die Farbenvielfalt im Fahrzeug weiter zu vergrößern, und gar eine unbegrenzte Anzahl an Farben bereitstellen zu können, wäre anstelle mehrerer einfarbiger LEDs eine Lichteinkoppelung mittels einer GB-LED von Vorteil. Bei Verwendung einer solchen RGB-LED könnten darüber hinaus Lichtleiter mit einem Durchmesser von 3,5 mm eingesetzt werden .
Zur Steuerung der RGB-LED könnte ein Farbsensor eingesetzt werden. Allerdings stellt sich das Problem, dass das von der RGB-LED abgestrahlte Licht erst ausreichend durchmischt werden muss, bevor es den Farbsensor erreicht. Eine direkte Einstrahlung in den Farbsensor ist nicht möglich, weil die Intensitäts- und Farbortangabe verfälscht werden. Demnach müsste der Lichtleiter angepasst werden, was zeitaufwändig ist und erhöhte Kosten verursacht.
Als Stand der Technik ist das Dokument DE 10 2006 099 551 B4 bekannt, das eine Vorrichtung zum Erzeugen von Licht einer frei auswählbaren Farbe mit mehren einfarbigen Leuchtmitteln betrifft. Eine Steuerung ist hier als ein Mikroprozessor ausgebildet und mittels einer Leitung mit einem Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur der Leuchtdioden verbunden. Gleichfalls ist die Steuerung mittels einer Leitung mit einer Fotodiode verbunden, die einer Lichtaustrittsfläche eines Prismas zugewandt angeordnet ist, dessen Lichteintrittsfläche den Fotodioden zugewandt ist.
Als weiterer Stand der Technik ist das Dokument DE 10 2008 039 364 AI bekannt, das eine Halbleiter- Leuchtvorrichtung betrifft. Die Halbleiterlichtquelle kann mindestens eine LED umfassen. Weiter können mehrere gleichfarbige und/oder verschiedenfarbige Leuchtdioden vorliegen .
Ein anderer Stand der Technik, die DE 10 2008 025 865 AI, betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines LED-Moduls bestehend aus einer Anzahl verschiedenfarbiger LEDs. Aus diesem Stand der Technik geht bereits das Problem hervor, dass im Falle der Neubeschaffung eines RGB-RGBA oder Hybrid-LED-Moduls nur die Reproduzierbarkeit von definiertem LED-Licht den Einsatz der LED-Technologie in der Allgemeinbeleuchtung ermöglichen wird. Nur ein Farbsensor, der den Farbort bestimmt und somit die einzelnen Farbanteile berechnen kann, erlaubt eine genaue Farbortsteuerung .
3. Gegenstand der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein Modul mit einer LED und einem Sensor bereitzustellen, bei dem die Komponenten in einem kleinen Bauraum untergebracht werden können, und gleichzeitig das von der LED emittierte Licht durch die Messung mit dem Sensor kaum abgeschwächt wird.
Zur Lösung dieser erfindungsgemäßen Aufgabe wird ein Modul gemäß Anspruch 1 bereitgestellt. Beispielhafte
Ausführungsformen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Kerngedanke der vorliegenden Erfindung ist dabei, die LED (bevorzugt eine RGB-LED) , den Sensor sowie die Optik derart in einem Modul anzuordnen, dass vor Einkopplung des Lichts der LED in einen in das Modul eingeführten Lichtleiter ein geringer Teil dieses Lichts zum Sensor geführt wird. Der Sensor und die Steuereinheit sind für diese Konfiguration kalibriert, und die Steuereinheit regelt basierend auf den Messergebnissen die LED.
Deshalb muss der Sensor nur einmalig für ein spezifisches Modul kalibriert/ abgestimmt werden. Die Regelung ist somit unabhängig von der sich ändernden Geometrie des Lichtleiters. Im Übrigen kann die Regelung nicht nur zur Farbabstimmung, sondern auch zur Helligkeitsregelung eingesetzt werden. Des Weiteren ermöglicht die vorliegende Erfindung die Unterbringung der einzelnen Elemente auf kleinem Bauraum, und es wird darüber hinaus verhindert, dass das von der LED emittierte Licht durch die Messung negativ beeinflusst wird. In einer bevorzugten Ausführung form der vorliegenden Erfindung sind die LED sowie der Sensor auf einer gemeinsamen Basis fixiert. Hierdurch kann die relative Ausrichtung des Sensors zur LED gewährleistet werden. Insbesondere wird als gemeinsame Basis eine Leiterplatte verwendet (PCB = printed circuit board) .
Weiter ist es bevorzugt, dass die LED eine sogenannte RGB-LED mit mehreren Farbdioden ist. Üblicherweise ist eine RGB-LED mit einer grünen, einer blauen und einer roten Farbdiode ausgestattet. Durch Mischung der einzelnen Farben kann ein breites Farbspektrum realisiert werden.
Weiter ist es bevorzugt, dass der Sensor bei seiner Montage in das Lichtemittermodul bezüglich der ebenfalls im Lichtemittermodul bereits montierten LED kalibriert wird. Somit kann der Sensor auf die Gegebenheiten im spezifischen Modul eingestellt werden. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn - im Falle einer RGB-LED - je nach Lichtemittermodul verschiedene Farbanteile vom Sensor erfasst werden.
Somit kann die mit der LED und dem Sensor verbundene Steuereinheit auf Grundlage der Messdaten des Sensors die LED gezielt ansteuern, und somit die gewünschte Farbe exakt einstellen. Dabei ist es in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bevorzugt, dass der verwendete Lichtleiter einen Durchmesser zwischen 2-5 mm, bevorzugt etwa 3,5 mm, aufweist. Dabei ist das Maß vom ca. 3,5 mm Durchmesser eine gängig eingesetzte Größe. Somit wird auch die Lichtleitung homogen über relativ große Strecken gewährleistet, was bei größeren Lichtleiter-Durchmessern zu Problemen führen kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die in die Optik gelangten Lichtstrahlen an zumindest einer Grenzfläche innerhalb der Optik reflektiert werden. Hierdurch kommt es zu einer guten Durchmischung des Lichts, bis dieses zum Sensor gelangt. In einer weiteren Ausführungsform ist der Sensor derart vorgesehen, dass eine Detektierflache in die Richtung des Lichtaustritts aus der LED weist. Hierdurch lässt sich eine äußerst kompakte Bauweise realisieren.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der Lichtleiter in einem Endbereich einen konusförmigen Endabschnitt aufweist, welcher der LED gegenüberliegt. Dieser konusformige Endabschnitt wird von der Optik seitlich umschlossen. Somit bietet der konusformige Endabschnitt den Bereich, in dem das Licht in den Lichtleiter eingekoppelt wird. Die Optik umschließt diesen Bereich, und kann ein nicht in den konusförmigen Endabschnitt eingekoppeltes Licht abgreifen, und zum Sensor leiten.
Dabei ist es bevorzugt vorgesehen, dass die zur LED weisende Endfläche des konusförmigen Endabschnitts des Lichtleiters eine gegenüber der Lichtaustrittsöffnung der LED kleinere Fläche aufweist. Dabei ist diese Endfläche des konusförmigen Endabschnitts lediglich etwas kleiner als die Fläche der Lichtaustrittsöff ung ausgebildet, so dass lediglich ein sehr geringer Teil des Lichts der LED nicht in den Lichtleiter, sondern in die Optik eintritt.
Weiter ist es bevorzugt vorgesehen, dass der konusformige Endabschnitt des Lichtleiters am Übergang zum zylinderförmigen Lichtleiter eine Stufe aufweist. An dieser Stufe kann die Optik aufliegen, und somit der Lichtleiter, die Optik und die LED in Relation zueinander positioniert werden .
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist eine gesonderte Optik abschnittsweise zwischen dem Lichtleiter und der LED vorgesehen. In dieser Konfiguration tritt das Licht somit von der LED in die Optik ein, und ein geringer Teil des Lichts wird an der Grenzfläche zwischen der Optik und dem Lichtleiter in Richtung des Sensors reflektiert. Der übrige überwiegende Teil des Lichts wird zum Lichtleiter transmittiert .
Hierfür ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Grenzfläche zwischen der Optik und dem Lichtleiter trübe, oder klar aber definiert reflektierend beschichtet ist. Über diesen Parameter wird eine Einstellung vorgenommen, wie viel des Lichts zum Lichtleiter transmittiert, und wie viel zum Sensor reflektiert wird.
4. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Aus führungsform der vorliegenden Erfindung, bei der eine RGB-LED , ein Lichtleiter, eine Optik und ein Farbsensor in einer kompakten Bauweise angeordnet sind.
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein Abschnitt einer Optik zwischen einer LED und einem Lichtleiter befindet.
Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung
Fig. 4 zeigt eine vierte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, die eine ähnliche Optik wie die dritte Ausführung form verwendet.
5. Detaillierte Beschreibung der beispielhaften
Aus führungs form
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Moduls mit einer RGB-LED 5 und einem Farbsensor 2. Mit RGB-LED ist in diesen Zusammenhang eine LED (light emitter diode) mit mehreren Dioden gemeint. Es sind unter diesem Begriff auch RGGBs , RGBWs oder ähnliche LEDs mit mehr als einem lichtemittierenden Chip umfasst.
Hierbei sind in einem Gehäuse G die RGB-LED 5 sowie der Farbsensor 2 auf einer Leiterplatte 1 angebracht. Der Farbsensor 2 kann beispielsweise ein so genannter Truecolor- Sensor oder ein RGB-Sensor sein. In einer vertikalen Richtung oberhalb der RGB-LED 5 (derjenigen der Leiterplatte 1 abgewandten Seite der RGB-LED 5) befindet sich ein in das Modul eingeführter bzw. eingesteckter Lichtleiter 4A, der in dieser Ausführungsform einen Durchmesser von etwa 3,5 mm aufweist, und die von der RGB-LED ausgesandten Lichtstrahlen weiterleitet. An der zur RGB-LED 5 weisenden Seite umfasst der zylinderförmige Lichtleiter einen konischen Abschluss, wobei der Konus eine flache Spitze in Richtung der RGB-LED aufweist, und im Übergang zum zylindrischen Lichtleiter eine Stufe 4b vorhanden ist. Die Ebene der Stufe 4b sowie die Ebene der flachen Konusspitze 4a sind im Wesentlichen parallel zueinander.
Ebenfalls auf der Leiterplatte ist der Farbsensor 2 angebracht. Der Detektierabschnitt des Sensors 2 weist dabei in die gleiche Richtung wie die Hauptlichtaustrittsrichtung der RGB-LED (in Fig. 1 in vertikaler Richtung von der Leiterplatte weg weisend} .
Weiter umfasst das Modul gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Optik (RGB-Optik) , mit der Lichtstrahlen von der RGB-LED zum Farbsensor 2 durch Reflektion geleitet werden können. Die Optik 3 kann hierzu ebenfalls auf der Leiterplatte 1 angebracht sein, und sie erstreckt sich von einem Bereich der RGB-LED 5 zum Farbsensor 2.
Die RGB-LED 5 umfasst mehrere Farbdioden, in der vorliegenden Ausführungsform eine Diode für grünes Licht 6, eine Diode für blaues Licht 7 und eine Diode für rotes Licht 8. Mithilfe dieser Dioden 6-8 kann ein großes Farbspektrum erzeugt werde .
Hierbei ist es beim erfindungsgemäßen Aufbau des Moduls vorgesehen, dass ein Großteil der von der RGB-LED 5 ausgesandten Farbstrahlen an der Fläche 4a in den Lichtleiter 4A gelangt (ca. 99%) . Die Streustrahlung der RGB-LED wird im Randbereich neben dem konischen Abschluss des Lichtleiters 4A durch die um diesen Bereich komplementär angeordnete, den Konus des Lichtleiters seitlich umschließende Optik 3 gesammelt, und durch Reflexion innerhalb der Optik zum Sensor geleitet. Hierbei wird das Licht der einzelnen Dioden wegen der Lage zur Optik und zum Sensor nicht in gleichmäßigen Anteilen gesammelt. Jedoch kann durch eine Kalibrierung des Systems gewährleistet werden, dass der Sensor die Werte aus der Optik derart auswerten kann, dass durch eine entsprechende Farbeinstellung die gewünschte Farbe in den Lichtleiter eingespeist wird.
Die Anordnung gemäß der bevorzugten Ausführungsform garantiert somit eine indirekte Einstrahlung in den Farbsensor. Im Übrigen wird das von der LED emittierte Licht kaum abgeschwächt.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in der ersten Ausführungsform umfasst diese Variante in einem Gehäuse G eine Leiterplatte 1, einen hierauf montierten Sensor 2, eine RGB-LED 5 mit Dioden 6, 7 und 8 sowie einen senkrecht oberhalb der RGB-LED angeordneten Lichtleiter 4B . Dieser Lichtleiter 4B wurde wie in der ersten Ausführungsform in das Modul eingeführt und lösbar an diesem befestigt. Die relative Ausrichtung der genannten Komponenten zueinander ist im Wesentlichen gleich zur ersten Ausführungsform . Allerdings weist der Lichtleiter 4B nicht den in der ersten Ausführungsform beschriebenen konischen Abschluss auf, sondern schließt mit einer zur Leiterplatte 1 und somit zur Oberseite der RGB-LED 5 im Wesentlichen planparallelen Fläche 4c ab.
Im Bereich des konischen Abschlusses des Lichtleiters 4A der ersten Ausführungsform ist in der zweiten Ausführungsform die Optik 3B vorhanden. Mit anderen Worten ist die Optik 3B nicht wie bei der ersten Ausführungsform durch den konischen Abschluss des Lichtleiters unterbrochen.
Die Optik 3B der zweiten Ausführungsform transmittiert fast das gesamte Licht (ungefähr 99%) , das von der LED 5 emittiert wird, in den Lichtleiter 4B . Ein geringer Anteil wird an der Grenzfläche der Optik 3B zum Lichtleiter 4B reflektiert, gestreut und in Richtung des Sensors geleitet. Hierzu ist die Optik 3B an dieser Grenzfläche trübe, oder klar aber definiert reflektierend beschichtet, damit der gestreute Lichtanteil etwas vergrößert wird. Weiter wird durch die Trübung auch die Mischung aller Farben gewährleistet, die von den verschiedenen Dioden emittiert werden.
Wie bei der ersten Ausführungsform wird somit eine indirekte Einstrahlung der von der RGB-LED 5 emittierten Strahlen in den Sensor 2 gewährleistet. Im Übrigen ergibt sich eine gute Durchmischung des von den einzelnen Dioden 6-8 emittierten Lichts .
Fig. 3 zeigt eine dritte Au führungsform der vorliegenden Erfindung. Hierbei ist, wie bei den Ausführungsformen 1 und 2, eine Leiterplatte 1, ein hieran befestigter Sensor 2 sowie eine RGB-LED 5 in einem Gehäuse G vorgesehen. Senkrecht oberhalb der RGB-LED 5 befindet sich ein Lichtleiter 4C, der jedoch, anders als bei den Ausführungsformen 1 und 2, eine abgeschrägte Fläche 4d in Richtung der RGB-LED 5 aufweist.
Zwischen der RGB-LED 5 sowie der abgeschrägten Fläche 4d des Lichtleiters 4C ist eine Optik 3C vorgesehen, die in der Art eines Prismas ausgebildet ist. Diese Optik transmittiert einen Großteil des von der RGB-LED abgestrahlten Lichts in den Lichtleiter 4C. Ein geringer Anteil wird an der Grenzfläche zwischen der Optik 3C und dem Lichtleiter 4C (erste Reflexionsfläche) reflektiert, und über eine zweite Reflexionsfläche der Optik 3C direkt in die Sensordetektorfläche umgelenkt. Hierbei könnte die erste Reflexionsfläche mit einer speziellen Filterschicht versehen sein, die einen bestimmten, sehr kleinen Anteil des Lichts reflektiert und den Rest der Lichtstrahlen hindurchgelangen lässt ,
Der in Fig. 3 gezeigte Aufbau hat den Vorteil, dass bei der Montage des Moduls weniger Toleranzprobleme auftreten, da die Lichtstrahlen stets im gleichen Winkel umgelenkt werden, und der Abstand zwischen der RGB-LED und dem Sensor stets gleichbleibt. Demnach kann mit größeren Toleranzbereichen bei der Montage gearbeitet werden. Um die Qualität der Messergebnisse weiter zu verbessern, könnte z.B. eine Aufrauung der zweiten Reflexionsfläche der Optik 3C, oder der Austrittsfläche der Optik 3C in Richtung des Sensors 2 vorgesehen sein.
Fig. 4 zeigt eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ähnlich zur dritten Ausführungsform ausgebildet ist. Der wesentliche Unterschied liegt darin, dass der Farbsensor 2 seitlich neben der Optik 3D angeordnet ist, und die Lichtstrahlen Sa - 8a nicht direkt auf die Detektiersektion des Farbsensors 2 auftreffen. Eine Trübung der zweiten Reflexionsfläche würde jedoch, wie in der Ausführungsform 3, die Mischung der Lichtstrahlen begünstigen. Im Übrigen ist die zum Sensor weisende Fläche der Optik 3D angeraut, so dass eine Auskopplung des Lichts in Richtung des Sensors 2 stattfinden kann.
Der in Fig. 4 gezeigte Aufbau hat den Vorteil, dass die Detektorfläche auf ein gemischtes Licht hin gerichtet ist, und nicht das direkte Licht der RGB-LED 5 auf die Detektiersektion des Farbsensors 2 auftrifft.
Bei vorangegangenen Ausführungsformen gibt es verschiedene Möglichkeiten, den Farbsensor 2 an der Leiterplatte 1 zu fixieren. Eine Möglichkeit ist es, Kontaktpins an der Leiterplatte 1 anzubringen und im Gehäuse G Führungsschlitze für die Pins vorzusehen. Am Sensor wird an den einzelnen Ausgängen eine Aufnahme für die Kontaktpins vorgesehen. Die Aufnahme zwischen den Federn am Farbsensor 2 ist kleiner als der Kontaktpindurchmesser, damit eine Einrastung des Kontaktpins und damit ein fester Kontakt gewährleistet werden kan .
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Kontaktpins am Farbsensor 2 vorzusehen. Die Kontaktierung mit der Leiterplatte erfolgt über sogenannte mqs-action-pin . Dafür werden auf der Platine Kontaktbohrungen zur Verfügung gestellt, die im Durchmesser kleiner sind als die Kontaktpins. Beim Eindrücken der Kontaktpins in die Bohrungen wird Material in den Bohrungen plastisch verformt, und die Kontaktpins rasten somit fest ein.

Claims

Ansprüche
1. Lichtemittermodul, umfassend: eine LED {5} und einen Sensor (2), wobei die LED (5) und der Sensor (2) über eine Steuereinheit in Verbindung stehen, sowie einen in das Modul einführbaren, der LED (5) gegenüberliegenden Lichtleiter (4A-D) , und eine Optik (3A-D) , wobei die Optik (3A-D) einen Teil der Lichtstrahlen (6a- 8a) der LED (5) vor deren Eintritt in den Lichtleiter (4a-D) in Richtung des Sensors (2) abzweigt, damit diese vom Sensor (2) detektiert werden können.
2. Lichtemittermodul gemäß Anspruch 1, bei dem die LED (5) und der Sensor (2) auf einer gemeinsamen Basis (1) , insbesondere einer Leiterplatte, fixiert sind.
3. Lichtemittermodul gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die LED (5) eine RGB-LED mit mehreren Farbdioden versehen ist, insbesondere einer grünen, einer blauen und einer roten Farbdiode (6-8) . . Lichtemittermodul gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der Sensor (2) bei der Montage bezüglich der in diesem Lichtemittermodul montierten LED (5) kalibriert wird.
5. Lichtemittermodul gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Steuereinheit basierend auf den Messdaten des Sensors (2) die LED (5) ansteuern kann.
6. Lichtemittermodul gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der Lichtleiter (4A-D) einen Durchmesser von 2 bis 5 mm, bevorzugt etwa 3,5 mm aufweist .
7. Lichtemittermodul gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die in die Optik (3A-D) gelangten Lichtstrahlen (6a-8a) der LED {5} an Grenzflächen innerhalb der Optik (3A-D) reflektiert werden.
8. Lichtemittermodul gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der Sensor {2) eine Detektierfläche aufweist, die in die Ausstrahlrichtung der LED (5) weist .
9. Lichtemittermodul gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche , bei dem ein konusförmiger Endabschnitt des Lichtleiters {4A} der LED (5) gegenüberliegt, und der konusförmige Endabschnitt von der Optik (3A) seitlich umschlossen wird .
10« ichtemittermodul gemäß Anspruch 9, bei dem die zur LED (5) weisende Endfläche {4a) des konusförmigen Endabschnitts des Lichtleiters (4A) eine gegenüber der Lichtaustrittsöffnung der LED (5) kleinere Fläche aufweist .
11. Lichtemittermodul gemäß Anspruch 9 oder 10, bei dem der konusförmige Endabschnitt am Übergang zum Lichtleiter eine Stufe ausbildet .
12. Lichtemittermodul gemäß einem der Ansprüche 1-8, bei dem die Optik {3B-D} abschnittsweise zwischen dem Lichtleiter (4B-D) und der LED (5) liegt, und somit ein Teil des von der LED (5) ausgestrahlten Lichts an der Grenzfläche zwischen der Optik (3B-D) und dem Lichtleiter (4B-D) in Richtung des Sensors (2) reflektiert wird.
Lichtemittermodul gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Grenzfläche zwischen der Optik (3B-D) und dem Lichtleiter (4B-D) trübe oder klar - aber definiert reflektierend - beschichtet ist.
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