用于機動車照明裝置的光模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種機動車照明裝置的光模塊（1）。它包含：多個單獨可控制的、組接成陣列（15）的光源（16），該光源用來發(fā)出光線；多個組接成主光學單元陣列（17）的主光學單元元件（18），其形式是會聚透鏡，該會聚透鏡分別具有光輸入面（24）和光輸出面（25），其中主光學單元元件（18）構(gòu)造得用來聚集至少一部分從光源（16）中發(fā)出的光線，并且用來在光輸出面（25）上產(chǎn)生中間光分布；以及用來使發(fā)出的光線作為光模塊（1）的合成的總光分布（5）在機動車前方的車道上成像的次級光學單元系統(tǒng)（4）。為了改善光模塊（1），建議，該次級光學單元系統(tǒng)（4）在會聚透鏡（18）的光輸出面（25）的至少一個上聚焦，以使中間光分布在機動車前方的車道上成像，作為光模塊（1）的合成的總光分布（5）。
【專利說明】用于機動車照明裝置的光模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種機動車照明裝置的光模塊。光模塊包含光源結(jié)構(gòu)、多個主光學單 元元件和次級光學單元系統(tǒng)，該光源結(jié)構(gòu)具有：多個單獨可控制的、組接成陣列的光源，該 光源用來發(fā)出光線；多個以會聚透鏡形式的主光學單元元件組接成主光學單元陣列，該會 聚透鏡分別具有光輸入面和光輸出面，并且該次級光學單元系統(tǒng)用來使發(fā)出的光線作為合 成的總光分布在機動車前方的車道上成像。主光學單元元件構(gòu)造得用來聚集至少一部分從 光源中發(fā)出的光線，并且用來在光輸出面上產(chǎn)生中間光分布。此外，本發(fā)明還涉及一種具有 一個或多個這種光模塊的照明裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 從現(xiàn)有技術(shù)中已知不同的方案，借助專門的光模塊(其構(gòu)成為投影系統(tǒng)）無調(diào)節(jié)馬 達地實現(xiàn)無炫目的遠光。在此，借助主光學陣列由許多半導體光源(例如LED)產(chǎn)生中間圖 像，它們通過透鏡系統(tǒng)投射到機動車前方的車道上，以便產(chǎn)生光模塊的合成的光分布。例如 從DE2008013603A1中已知相應的光模塊。
[0003] 因為在目前的投影模塊中不僅產(chǎn)生明暗界限，而且產(chǎn)生暗明界限，也就是說還不 能確定應該照亮哪些車道側(cè)面，所以由于單透鏡的投影系統(tǒng)的顏色錯誤只能受限制地應用 它。為了解決該問題，例如由DE102010029176A1已知，應用消色差的、雙透鏡的系統(tǒng)。
[0004] 通過應用反射器作為次級光學單元或投影單元，能夠在透鏡系統(tǒng)中繞開有色像差 的問題。反射器系統(tǒng)與透鏡透鏡相比是有優(yōu)勢的，因為它沒有色差并且能夠簡單且成本低 廉地制成，尤其當需要大的光學表面時，不會由于菲涅耳反射引起漫射光。相反在反射器系 統(tǒng)中的缺點是，在數(shù)字表示的孔徑較大時會出現(xiàn)孔徑錯誤，也就是說，不同的反射器區(qū)域具 有不同的放大情況。此外，在反射器系統(tǒng)中對于遠軸光線來說還會出現(xiàn)偏差(所謂的彗差)。 正方形的光源不是呈現(xiàn)出正方形，而是呈梯形或蘑菇狀變形，其中圖像的大小、位置和定向 都明顯地取決于光源在目標場中的位置。由多個半導體光源構(gòu)成的系統(tǒng)應該產(chǎn)生多個筆直 的、界限清晰的光分布，其具有單個明暗界限的定義的位置，但是原則上必須具有成像的特 性。光模塊的相應總光分布必須由相同大小和相同定向的光源圖像構(gòu)成或組合而成。
[0005] 此外，已知的矩陣-遠光模式(通常是單芯片LED、尤其是SMD (表面貼裝器 件)-LED)與主光學單元陣列結(jié)合起來。主光學單元陣列在光學單元陣列的主光學單元元件 的光輸出面上產(chǎn)生中間圖像，然后它們通過在光程中后置的次級光學單元投射到車道上。 中間圖像(所謂的像素）的表面受LED之間的間距影響相當大，這需要焦距非常大的投影透 鏡。合成的光模塊因此構(gòu)造得相當大，這對于在機動車中的應用來說是不利的，因為在這里 只有相當受限的安裝空間用于光模塊以及裝配光模塊的照明裝置。
[0006] 除了這兩個已提到的文獻以外，還參照現(xiàn)有技術(shù)的以下文獻：DE102008005488AI、 DE102007052742A1、DE102009053581B3、DE102010023360A1、EP2045515A1、EP2388512A2、 US6, 758, 582B1和 US7, 055, 991B2。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 在所述現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上提出本發(fā)明的目的，S卩如下地構(gòu)造和改進光模塊，該光 模塊用來從矩陣設(shè)置的光源的光線中產(chǎn)生合成的總光分布，使得能夠達到尤其均勻的總光 分布。在此應該把緊湊的構(gòu)造尺寸和光模塊的短的安裝長度保持在特定值。此外，通過不 同光源的轉(zhuǎn)換(有針對性的接通和關(guān)閉)，能夠在主光學單元元件的光輸出面上在不同的相 互鄰接的中間光分布之間轉(zhuǎn)換，以便能以簡單的方式獲得無炫目的遠光，作為合成的總光 分布。在此，一個或多個中間光分布的投影有針對性地從總光分布的區(qū)域中提取出來，其它 的交通參與者位于該區(qū)域中。
[0008] 按本發(fā)明，此目的通過機動車照明裝置的光模塊得以解決，該光模塊具有專利權(quán) 利要求1的所有特征。特別地在前述類型的光模塊的基礎(chǔ)上建議，次級光學單元系統(tǒng)在會 聚透鏡的光輸出面的至少一個上聚焦，以使中間光分布在機動車前方的車道上成像，作為 光模塊的合成的總光分布。
[0009] 該光模塊包含多個組接成主光學單元陣列的主光學單元元件，該主光學單元元件 分別具有光輸入面和光輸出面。主光學單元元件構(gòu)造得用來聚集至少一部分從光源中發(fā)出 的光線，并且用來在光輸出面上產(chǎn)生中間光分布。該次級光學單元系統(tǒng)在光輸出面的至少 一個上聚焦，以使中間光分布在機動車前方的車道上成像，作為光模塊的合成的總光分布。 可考慮的是，次級光學單元不是只具有一個焦點，而是具有多個焦點，其中這些焦點中的多 個能夠在光輸出面中的多個上聚焦。不必要的是(并且在實踐中也很難實現(xiàn))，次級光學單 元的這個或這些焦點在所有主光學單元元件的輸出面上聚焦。
[0010] 即，光模塊包含半導體光源陣列和主光學單兀陣列，其中在光學單兀陣列的光輸 出面上產(chǎn)生的中間光分布由次級光學單元系統(tǒng)投射到車道上。即，不是光源的影像、而僅僅 是照亮的表面投射到車道上。光源陣列與主光學單元陣列的組合在下面也稱為備用光源陣 列。光源和從屬于該光源的主光學單元元件也稱為備用光源，其中多個備用光源能夠直接 并排地或重疊地設(shè)置成陣列。在此，在一行或多行中并排設(shè)置的主光學單元元件構(gòu)成主光 學單元陣列。因為主光學單元元件通常大于各從屬于主光學單元元件的光源，所以在備用 光源陣列中在單個的光源之間產(chǎn)生了相對較大的間距。
[0011] 與常規(guī)的投影系統(tǒng)相反，在按本發(fā)明的光模塊中會聚透鏡在次級光學單元的目標 側(cè)的匹茲瓦面中不會產(chǎn)生光源的影像。在按本發(fā)明的光模塊中，僅照亮會聚透鏡的光輸出 面。次級光學單元在這些照亮的表面的一個或多個上聚焦。會聚透鏡陣列在光輸出面上具 有均勻的光密度，其無最大值。這尤其適用于與明暗界限或像素界限垂直的剖面中的光分 布。次級光學單兀在主光學陣列的輸出光瞳上聚焦。
[0012] 有利的是，與常規(guī)的投影系統(tǒng)不同的是，在按本發(fā)明的光模塊中光模塊的成型（即 像素的堅直和/或水平走向）為了實現(xiàn)光模塊的總光分布至少部分地通過次級光學單元來 實現(xiàn)。優(yōu)選地，光分布的成型完全地或幾乎完全地通過次級光學單元來實現(xiàn)。這一點尤其 可在形式為會聚透鏡陣列的主光學單元陣列中實現(xiàn)，因為在此在主光學單元的輸出光瞳中 不會產(chǎn)生值得一提的照明亮度差異。在此，光的造型能夠幾乎完全通過例如環(huán)面的次級光 學單元來實現(xiàn)。
[0013] 這些光源有利地構(gòu)成為半導體光源，尤其構(gòu)成為LED-光源、LED-陣列、單芯片LED 或 SMD-LED。
[0014] 次級光學單元可按本發(fā)明的不同的優(yōu)選實施例如下地構(gòu)成：
[0015] 1.構(gòu)成為拋物面反射器，尤其構(gòu)成為磨成小平面的拋物面反射器；
[0016] 2.構(gòu)成為會聚透鏡，尤其構(gòu)成為磨成小平面的消球差的會聚透鏡；
[0017] 3.構(gòu)成為消色差鏡頭，其具有由會聚透鏡(顏色分散?。┖蜕⑸渫哥R(顏色分散大） 構(gòu)成的組合體；
[0018] 4.構(gòu)成為雙曲線反射器與會聚透鏡的組合體，其中會聚透鏡的目標側(cè)的焦點和雙 曲線反射器的圖像側(cè)的焦點是重合的；或者
[0019] 5.構(gòu)成為橢圓形反射器與散射透鏡的組合體，其中散射透鏡的目標側(cè)的焦點和橢 圓形反射器的圖像側(cè)的焦點是重合的。
[0020] 主光學單元陣列可如下構(gòu)成：
[0021] 1.構(gòu)成為會聚透鏡陣列，尤其是由平凸透鏡構(gòu)成的陣列。具有環(huán)面透鏡表面的透 鏡陣列是尤其有利的。
[0022] 2.構(gòu)成為反射器陣列，尤其具有多邊形的橫截面，優(yōu)選具有四方形的、長方形的或 三角形的反射器橫截面。這些反射器面優(yōu)選構(gòu)成為平坦的鏡面或圓柱形的雙曲面。
[0023] 3.構(gòu)成為光導體陣列，其中單個的光導體，優(yōu)選圓錐形的光導體具有從其光輸入 面朝其光輸出面增大的橫截面。這些光導體優(yōu)選具有多邊形的、尤其是三角形的、四邊形的 或正方形的橫截面。光導體的光輸入面有利地構(gòu)成為平坦的表面，它設(shè)置得與從屬于它的 半導體光源的主射出方向垂直，尤其與半導體芯片的平面伸展方向平行。光導體的光輸出 面優(yōu)選具有凸出的拱起部位。
[0024] 4.構(gòu)成為具有多個圓片狀光導體的光導體陣列。這些光導體圓片分別具有光輸入 面、光輸出面、反射器面和兩個輸送面，耦合到光導體中的光在這些輸送面上借助全反射輸 送至光輸出面。該反射器面優(yōu)選設(shè)置在光輸入面和光輸出面之間。有利的是，這些光輸入 面和光輸出面在與反射器面結(jié)合時形成兩個聚焦線，它們遵從成像定理。這意味著，目標側(cè) 和圖像側(cè)的聚焦線之間的光學路徑具有相同的光學路徑長度：總和Summ ei (siXni)=恒定不 變。
[0025] 如果應用兩部件或多部件組成的次級光學單元，則在射出方向上置于前面的主光 學單元的圖像側(cè)的焦點與后面的次級光學單元的目標側(cè)的焦點是重合的。這兩個光學單元 具有相同的光學軸線(透鏡和反射器的旋轉(zhuǎn)軸線)。通過具有多個依次連接的反射器或鏡子 的次級光學單元，可使光程折疊，因此明顯地縮短光模塊的結(jié)構(gòu)長度。
[0026] 次級光學單元的焦點優(yōu)選位于備用光源陣列的光輸出面上，并且使它在車道上成 像。為了獲得良好的成像效果，次級光學單元這樣構(gòu)成，即焦點和(離得較遠的)像點之間的 所有光學路徑都是一樣長的。在把反射器用作主光學單元和/或次級光學單元(拋物面反 射器、雙曲線反射器或橢圓反射器）時，可例如借助以下措施實現(xiàn)這一點：
[0027] 光源陣列或備用光源陣列在形成銳角的情況下優(yōu)選逆著車輛的行駛方向或與行 駛方向傾斜地照到反射器中，也就是說，光程通過反射器下降成銳角。此外反射器優(yōu)選這樣 磨成小平面，即所有小平面朝反射器的共同焦點具有大致相同的間距。與位于光學軸線側(cè) 面上的小平面內(nèi)部棱角相比，所有背向光模塊的光學軸線(旋轉(zhuǎn)軸線）的小平面棱角朝共同 的反射器焦點具有更大的間距。這些小平面棱角優(yōu)選垂直于合成的總光分布的明暗界限 (例如在帶狀遠光中堅直的明暗界限一水平的小平面棱角）。還有利的是圍繞著光學軸線設(shè) 置的圓形狀的反射器小平面。
[0028] 它遵循具有光源、主光學單元和次級光學單元的不同組合的布局。所有這些應該 是本發(fā)明對象的組合都通過X表示。那些出于技術(shù)角度和可達到的效果方面表示為同樣有 吸引力的解決方案的組合用X'表示。
[0029]

【權(quán)利要求】
1. 一種機動車照明裝置的光模塊（1)，其包含光源結(jié)構(gòu)、多個主光學單元元件（18) 和次級光學單元系統(tǒng)（4)，該光源結(jié)構(gòu)具有：多個單獨可控制的、組接成陣列（15)的光源 (16)，該光源用來發(fā)出光線；多個形式是會聚透鏡的主光學單元元件組接成主光學單元陣 列（17)其，該會聚透鏡分別具有光輸入面（24)和光輸出面（25)，其中主光學單兀兀件（18) 構(gòu)造得用來聚集至少一部分從光源（16)中發(fā)出的光線，并且用來在光輸出面（25)上產(chǎn)生 中間光分布，該次級光學單元系統(tǒng)用來使發(fā)出的光線作為光模塊（1)的合成的總光分布 (5)在機動車前方的車道上成像，其特征在于，這些光源（16)設(shè)置在會聚透鏡（18)的光輸 入面（24)和會聚透鏡（18)的目標側(cè)的焦點（F)之間，并且該次級光學單元系統(tǒng)（4)在會聚 透鏡（18)的光輸出面（25)的至少一個上聚焦，以使中間光分布在機動車前方的車道上成 像，作為光模塊（1)的合成的總光分布（5)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光模塊（1)，其特征在于，光源結(jié)構(gòu)的光源構(gòu)成為SMD-LED和 /或LED芯片（16)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光模塊（1 )，其特征在于，主光學單元元件（18)構(gòu)成為平 凸透鏡。
4. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的光模塊（1 )，其特征在于，次級光學單元系統(tǒng)（4) 具有拋物面反射器，尤其具有磨成小平面的拋物面反射器。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求1至3中任一項所述的光模塊（1)，其特征在于，次級光學單元系 統(tǒng)（4)具有會聚透鏡、尤其是消球差的會聚透鏡，在它里面既不會出現(xiàn)球面像差也不會出現(xiàn) 彗差。
6. 根據(jù)上述權(quán)利要求1至3中任一項所述的光模塊（1)，其特征在于，次級光學單元系 統(tǒng)（4)具有消色差鏡頭，其具有由顏色分散小的會聚透鏡和顏色分散大的散射透鏡構(gòu)成的 組合體。
7. 根據(jù)上述權(quán)利要求1至3中任一項所述的光模塊（1)，其特征在于，次級光學單元系 統(tǒng)（4)具有雙曲線反射器（4'）與會聚透鏡（4"）的組合體，其中會聚透鏡（4"）的目標側(cè)的 焦點（32)和雙曲線反射器（4'）的圖像側(cè)的焦點是重合的。
8. 根據(jù)上述權(quán)利要求1至3中任一項所述的光模塊（1)，其特征在于，次級光學單元系 統(tǒng)（4'）具有橢圓形反射器與散射透鏡（4"）的組合體，其中散射透鏡（4"）的目標側(cè)的焦點 (33)和雙曲線反射器（4'）的圖像側(cè)的焦點是重合的。
9. 根據(jù)上述權(quán)利要求1至3中任一項所述的光模塊（1)，其特征在于，次級光學單元系 統(tǒng)（4)具有反射器（4 ;4'、4"、4"'、4"")，其中這些光源（16)在光模塊（1)中相對于反射器 這樣設(shè)置和/或定向，即它們借助其主射出方向在形成銳角的情況下優(yōu)選逆著機動車的行 駛方向照到反射器（4 ;4'、4"、4"'、4""）中，并且反射器（4 ;4'、4"、4"'、4""）將光程通過折 疊成銳角。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的光模塊（1)，其特征在于，反射器（4 ;4'、4""）磨成小平面， 其中所有小平面朝反射器（4 ;4'、4""）的共同焦點（12)具有大致相同的間距。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光模塊（10)，其特征在于，磨成小平面的反射器（4 ;4'、 4"")的小平面棱角垂直于單個光分布（6'）的明暗界限進行延伸，該單個光分布是通過單個 光源（16)的光線在機動車前方的車道上產(chǎn)生的。
12. -種機動車的照明裝置，其特征在于，該照明裝置具有至少一個根據(jù)上述權(quán)利要求 中任一項所述的光模塊（1 )。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的照明裝置，其特征在于，該照明裝置具有多個根據(jù)權(quán)利要 求1至11中任一項所述的光模塊（1)，總光分布（5)被多個光模塊（1)至少局部地重疊和/ 或補充，以形成照明裝置的總光分布。
【文檔編號】F21S8/10GK104100902SQ201410128971
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月11日
【發(fā)明者】M·布倫德勒, E·P·斯特凡諾夫, A·奧斯特舒爾特, H·茲維克, H·凱勒曼 申請人:汽車照明羅伊特林根有限公司