专利名称：用于机动车的前大灯投影模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于机动车的前大灯投影模块，用来产生预设的光分布。该投影模块包含:-光源，其用来发出光线；-主光学单元，其使发出的光的至少一部分束集；-次级光学单元，其使束集起来的光线的至少一部分投影在投影模块的光出射方向上，例如投影在机动车前方的车道上。
背景技术：
新式的投影前大灯如今主要用半导体光源、尤其是发光二极管(LED)来当光源。发光二极管至少目前还不会像在高压-气体放电灯中出现的一样产生很高的发光密度值，为此，发光二极管在扩展的动态区域内是可控的，并且可在运行温度明更低的情况下产生光线。与传统的电源(例如气体放电灯和白炽灯)相比，运行温度低是很重要的优点。因此在LED-投影前大灯中可采取光技术方面的措施，使光线在光源的附近束集。在现代前大灯构造中，由于温度较低总是可使用塑料，来代替金属、玻璃或陶瓷。因此，一方面可实现新颖且明显更复杂的光学附件。另一方面，尽管很复杂，且尽管离散的LED-光源的数量明显更多，但重量以及所需的空间比常规的解决方案更小。例如从DE 10 2009 053 581 B3已知这种现代前大灯模块的实施例。在该处公开的前大灯模块中，光源具有多个矩阵状并排且相叠设置的半导体光源，例如发光二极管(LED-阵列)。相应地，主光学单元具有多个矩阵状并排且相叠设置的光导体(光导体-阵列)，其中每个光导体都配备了 LED —阵列的至少一个发光二极管。每个光导体都具有面向发光二极管的光进入面、指向光出射方向的光出射面以及设置在光输入面和光出射面之间的全反射侧面。为了使从主光学单元中输出的光束均匀化，并且为了在机动车前方实现尽量均匀的光分布，建议在光出射方向上在主光学单元之后设置光学上有效的输出光学单元。从主光学单元中脱耦并穿透输出光学单元的光线通过次级光学单元(例如以投影透镜的形式)投影在机动车前方。发光二极管是明显分散的光源，并借助由它发出的光束遮盖很大的立体角。为了能有效地利用它的光线，必须在光出射方向(即机动车前方的车道的方向)上将光通量束集起来。在横截面过大之前，这一点进行得越早，则为此所需的表面或主光学单元可构造得越小，但是它们必须越靠近发光二极管。在发光二极管中由于运行温度相对较低，这一点是可行的，因为它们在正常运行时通常不高于或不允许高于最大100°c至150°c，以便能确保发光二极管的正常功能。在从DE 10 2009 053 581 B3已知的前大灯模块中，就已经在发光二极管表面的后面通过最小的气隙并通过光导体-耦合面上的光折射实现了第一束集措施，该耦合面分别从属于发光二极管。其它走向的特征在于在特别成型的光导体-侧面上的多次全反射。因此，在主光学单兀的光出射面上产生局部的光分布，该光分布满足光技术方面的严格要求，并由次级光学单元投影到车道上。在此，通常源自次级光学单元的圆环形光输入面，例如图1的DE 10 2009 053 581 B3描述的一样。在此，对由主光学单元成型并由次级光学单元成像的光分布提出了尤其重要的要求:主光学单元角开度必须与次级光学单元-角孔径相匹配，因此该有针对性成型的主光学单元-光线部分能全部由次级光学单元捕捉到。否则，光线部分不能碰到次级光学单元，因此不能为车道上的光分布做出贡献。该光学系统的转换效率以及期望的光分布可能会因此受影响。出于此原因，在由DE 10 2009 053 581 B3已知的前大灯模块中，主光学单元的光出射面优选设计成凸出拱起的。在主光学单元的构造方面的其它要求与从驾驶员的视线上看产生的光分布的在车道上投影的单个局部区域的角度范围有关。因此，成像的像素应该例如只具有几度(例如1° )的角宽。成像的像素的竖直角度范围只稍大一点。因此，通过有针对性地操控前大灯模块的一个或多个发光二极管，产生的光分布可尤其精细地改变，例如用来实现局部远光功能或标志光功能。在局部远光功能中通过有针对性地熄灭单个的发光二极管，可遮住产生的光分布的已探测到了其它交通参与者的区域。在标志光功能中通过有针对性地激活单个的发光二极管，在机动车前方有针对性地照射探测到的目标，以使机动车的驾驶员注意该目标。按照在无损耗的光学系统中的扩展量-获取(Etendue-Erhaltung),由照亮的表面和张角构成的产品具有恒定不变的大小。因此，光穿透面(例如主光学单元12的光出射面)横向于其最大范围的方向束集得最历害。因为发光二极管邻近朗博的光分布，并且主光学单元12-光出射面的水平范围小于竖直范围，所以主光学单元12-光输出束集具有相对较大的水平张角。因为主光学单元12-退耦光学单元的竖直范围更大，所以反过来也适用，即退耦的光束的竖直张角更小。这在一定程度上导致，穿透次级光学单元14的光束的横截面具有比坚直范围更大的水平范围。为此，光束横截面通常应保持得尽量小，以便能从轴附近的光学光程的较高成像质量中获取好处。在理想化地照亮圆形的次级光学单元时，主光学单元-光束在进入到次级光学单元14时必须强制性地具有大致相同大小的圆形横截面。但在新式的前大灯投影模块中，次级光学单元14由于设计和/或位置原因与圆形横截面不同。放弃了在光学原因上有利的圆形形状，并例如通过纵向拉伸的形状代替，甚至通过长方形或类似形状代替，其甚至在竖直平面中可朝水平线倾斜，因此产生菱形形状。
发明内容
基于已述的现有技术，本发明的目的在于，即尽量完整地、并且按预设的强度分布、尤其尽量均匀均匀地照亮次级光学单元截取的、不同于圆形横截面的光穿透面。为了实现该目的，基于前述类型的前大灯投影模块建议，在次级光学单元的虚拟目标位置(即由主光学单元产生的光分布)中，在束集起来的光线的光程中设置光学上起作用的、折射光的微结构，其中该微结构具有在微米范围内的、确定功能的结构部件的尺寸，尤其是结构部件的高度差。单个结构部件的宽度优选在毫米范围内。本发明可实现，以最小的效率损失以期望的方式照亮具有圆形或非圆形横截面的次级光学单元。借助本发明，由主光学单元束集的光线通过次级光学单元的尽可能大的光穿透面来分布。尤其由主光学单元产生的光束至少局部地偏转到圆形光穿透面以外的区域中。通过大面积地照亮次级光学单元，产生了新式的设计和更大的顾客接受度。穿过次级光学单元的光穿透面可几乎任意地成型。此外，通过该微结构可几乎任意地改变光穿透面内的强度分布。优选的是，试图尽量均匀地照亮次级光学单元的整个光穿透面。当然还可考虑的是，次级光学单元的光穿透面也可按其它默认值来照亮。与从现有技术已知的前大灯投影模块相比，本发明既在设计技术上，也在光学和光线技术上具有明显的优点。按本发明建议的附件为前大灯外部的观察者开启了整个光学系统的可见的、新式的、造型方面的自由空间。借助该微结构，从主光学单元中输出的光束这样在几乎任意的方向上朝次级光学单元折射，使得主光学单元的在次级光学单元的光输入面上产生的光分布的形状和强度分布可几乎任意地变化。因此，几乎任意成型的光穿透面可被次级光学单元照亮。此外，在圆形表面的外部在次级光学单元的边缘上均匀地照亮待添加的光学上不利的设计区域。尤其可考虑的是，照亮长方形或菱形的光穿透面或次级光学单元。此外，可由此以较高的规模来改变光穿透面内部的强度分布。尤其可考虑的是，均匀地照亮光穿透面。它们都不会明显地降低光学系统的成像质量和光线传输效率。本发明当然还包含这样的前大灯模块，即在该前大灯模块中光学上起作用的、折射光的结构不是精确地设置在主光学单元的虚拟目标平面上，而是只设置在由主光学单元产生的光分布的虚拟目标平面的附近(优选直接附近)。在该目标位置中产生的光分布通过次级光学单元以扩大的形式作为产生的光分布或当作产生的光分布的一部分在机动车前方的车道上成像。即，由主光学单元产生的光分布的虚拟目标平面基本上位于次级光学单元的目标平面中。由主光学单元产生的光分布的图像通过用来产生光分布的次级光学单元投影到机动车的前方。通过光学上起作用的结构，局部的光分布不会改变，或最多细微地改变。这是指，通过具有微结构(其设置在目标平面中)的投影模块产生的、在机动车前方产生的光分布基本上等于借助无微结构的投影模块产生的光分布。该光学上起作用的结构只修改局部的主光学单元-退耦方向，并且散射从主光学单元中输出的光束，因此与无微结构的投影模块相比，这些光束可能或至少局部地在其它不同的地方经过次级光学单元。该微结构尤其还会扩展光束的张角，其中根据微结构的构造可在竖直和/或水平方向上实现该扩展。因此，产生的局部光分布不会改变。因此尽管有光学上起作用的结构，由投影模块产生的光分布在很大程度上保持不变，由主光学单元产生的光束的方向只通过该光学上起作用的结构来改变，因此修改的光束碰到次级光学单元的光耦合面的预设区域上，并且该光束以预设的形状穿越次级光学单元的光穿透面。局部的主光学单元-退耦方向优选这样修改，即确保次级光学单元的预设的、例如均匀的照亮。在由次级光学单元投影到车道上的产生的光分布中，不会或几乎不会在表现上出现主光学单元-退耦合方向的局部修改。光分布的形状和尺寸在很大程度上保持不变。该光学上起作用的结构只是这样来改变主光学单元和次级光学单元之间的光线传播方向，即不会出现效率损失，或可能只出现很小的效率损失。这意味着，优选整个横向于传播方向延伸的光束碰到次级光学单元，并因此用来在机动车前方的车道上产生光分布。因为主光学单元和次级光学单元之间的光束比现今更强烈地搅混，所以光学上起作用的结构也有助于改善颜色均匀性，即通过在原本平滑的主光学单元-退耦面上的光线弥散效果来抑制颜色附聚。该光学上起作用的结构优选构成为微结构，其具有在微米范围内的确定功能的结构部件的尺寸，尤其是单个结构部件的高度差。在微米范围内的调制结构由于光的折射使穿透的光线散射出来。但该散射不会改变局部的光分布，而是只会修改局部的主光学单元-退耦合方向或依赖于方向的光分布。按本发明的有利的改进方案建议，该光学上起作用的结构构成为一维的、具有多个波纹的波纹结构，其中波纹的波峰和波谷通过圆柱形或大致圆柱形的部段构成，并且圆柱形或大致圆柱形的部段的纵轴线彼此平行地延伸。可考虑的是，圆柱形或大致圆柱形的部段具有相同或不同的半径。备选地建议，该光学上起作用的结构构成二维的波纹结构，其具有第一组波纹和第二组波纹，其中波纹的波峰和波谷通过圆柱形或大致圆柱形的部段构成，其中第一组波纹的圆柱形或大致圆柱形的部段的纵轴线彼此平行地延伸，并且第二组波纹的圆柱形或大致圆柱形的部段的纵轴线彼此平行地延伸，并且其中第一组波纹和第二组波纹的纵轴线以不等于零的角度相互定向。可考虑的是，一组波纹内的圆柱形或大致圆柱形的部段具有相同或不同的半径。第一组波纹和第二组波纹在两维的波纹结构中重叠，因此产生了峰-谷-调制结构。第一组波纹和第二组波纹之间的角度优选在10度和80度之间的范围内。通过峰-谷-调制的斜度，也可在主光学单元的光出射面上调制出不同于圆形、长方形或菱形的光分布，例如环形、水滴形或肾形。光束的这些调制出的光分布则碰到次级光学单元的光耦合面上，并在相应成型的光穿透面中穿越次级光学单元。次级光学单元优选按光穿透面的形状和尺寸来成型或构造。该光学上起作用的结构这样构成，即它这样来偏转通过主光学单元产生的光束，即它们以预设的方式(例如尽量均匀地)照亮次级光学单元的任意成型的光耦合面或次级光学单元的光穿透面的预设形状。即，通过微调制结构提供额外的造型方面的自由度。当然可考虑的是，该光学上起作用的结构也构造得与所述的一维或二维波纹结构不同。尤其可考虑的是，该结构构成为自由形状结构，其中该结构的特定区域分别构造得用来以相应的方式产生期望的效果。以这种方式可提高整个光学系统的效率，因为从主光学单元中输出的光束的至少一部分可通过光学上起作用的结构的相应区域最佳地偏转到次级光学单元的光耦合面的预设区域上。还可考虑的是，不是所有由主光学单元产生的光束都借助微结构来修改，而是只是其中的几个。即，不再是所有从主光学单元退耦的光线都变形或偏转，而只是其中的几个。由主光学单元束集起来的光线还能够以这种方式尤其精确并以相当高的分辨率以期望的方式(例如尽量均匀地)分布在次级光学单元的整个光耦合面上。按本发明的另一优选的实施例建议，该光学上起作用的结构这样定向，即在安装于机动车中的状态下，波纹的纵轴线在竖直平面(基本上垂直于光线传播方向)内并且关于投影模块的水平面倾斜地延伸。因此，次级光学单元的长方形或菱形的光耦合面可尤其良好地、尤其均匀地照亮。多个分别是长方形或菱形的单个光束可通过同样呈长方形或菱形的次级光学单元作为产生的总光分布投影到车道上。
按本发明的前大灯模块的光源能以任意的方式构成。因此例如可考虑的是，光源包含气体放电灯或白炽灯。但尤其优选的是，该光源具有至少一个半导体光源、尤其是发光二极管。按本发明的尤其优选的改进方案建议，该光源包含多个以行或列并排或相叠设置的半导体光源、尤其是发光二极管。这样的光源也称为LED-阵列。并排或相叠设置的半导体光源能设置在共同的承载元件上或设置在多个分开的承载元件上。这个或这些承载元件例如构成为印刷电路板(PCB )，导体电路、主动或被动的电子或电气元件可设置在该电路板上。它们用来给发光二极管供应电能和/或对它进行操控。此外，发光二极管要么使用共同的冷却体，要么使用多个冷却体。该发光二极管优选通过承载元件设置在冷却体上。须承载元件和冷却体之间构成或设置有其它的用来改善冷却体上的LED的热传递的器件，其形式例如为导热胶或可电子操纵帕尔贴元件。此外还建议，主光学单元具有反射器。构成为反射器的主光学单元优选应用在前大灯模块中，在该处光源包含气体放电灯或白炽灯。在此实施例中，该光学上起作用的结构同样设置在由该反射器产生的光分布的虚拟目标位置中，或设置在它的附近。但尤其优选的是，主光学单元具有至少一个光导体，其具有面向光源的光输入面、指向光出射方向的光出射面以及设置在光输入面和光出射面之间的全反射侧面。尤其建议，主光学单元具有多个以行或列并排或相叠设置的或矩阵状并排或相叠设置的光源，其分别具有面向光源的光输入面、指向光出射方向的光出射面以及设置在光输入面和光出射面之间的全反射侧面。此实施例尤其适用于前大灯模块，其中光源具有多个矩阵状并排或相叠设置的半导体光源，尤其是发光二极管。由发光二极管发出的光束通过光输入面f禹合到从属于发光二极管的光导体中。一个光导体也可配备超过一个LED。发光二极管是离散的光源，也就是说，它在较大的立体角度中发射光线。因此为了达到良好的效率，重要的是，主光学单元的光输入面设置得离发光二极管非常近。因此，大部分由发光二极管发出的光线(优选所有发出的光线)碰到光导体的光输入面上，并耦合到光导体中，并且在里面借助全反射沿光出射面的方向传播。可考虑的是，TIR (全内反射)-附加光学单兀设置在光输入面的前方，或者该光输入面自身构成为TIR-附加光学单元。在光导体的内部，耦合的光束在全反射的侧壁上经历了多次反射。在反射时，光导体中的光束由于非平行延伸的光导体侧壁而更强烈地束集。该光导体具有基本上呈漏斗状或以圆锥形收尾的侧壁；即，光导体的横截面在光出射面的方向上增大。全反射的侧面优选具有合适的形状，因此自身强烈离散的光束在它的光程上通过光导体朝光出射面这样偏转，即它们离光导体的光学轴线更近得多地离开光导体。换言之:在光导体壁板上的反射角度借助每个全反射而变得更小，并因此至少为主要光通量使光束在主要光出射方向上束集起来。该全反射的侧面优选不具有抛物线或类似抛物线的形状。全反射具有效率高的优点。尽管多倍反射，但几乎没有光通量从光导体中退耦，除非在表面缺陷处或表面污染处被吸附。除了在光线输入和输出时的菲涅尔-损失以外，在沿着光导体的路程上几乎没有吸附损失，因为光导体材料是高度透明的。建议，该至少一个光导体的光出射面位于主光学单元的虚拟目标平面中或其附近。在此尤其有利的是，该光学上起作用的结构构成在该至少一个光导体的光出射面上。备选地建议，该光学上起作用的结构构成在由该至少一个光导体分开的透明体上，该透明体设置在该至少一个光导体的光出射面和次级光学单元之间。可考虑的是，具有光学上起作用的结构的透明体直接邻接地设置在该至少一个光导体的光出射面上。在主光学单元(例如光导体的光出射面)和光学透明体(其具有光学上起作用的结构)之间可设置气隙形式的间距。但还可考虑的是，光导体的光出射面和透明体之间的间距通过透明的、可透光的、优选无色的材料填充。通过该材料，从光导体中退耦的光束可碰到透明体上。按本发明的优选实施例建议，具有光学上起作用的结构的透明体由与该至少一个光导体不同的材料构成，尤其由折射率高于该至少一个光导体的材料构成。更高折射的材料虽然在每个退耦面上具有更高的反射性，但在弯曲半径更小的情况下也具有更强的束集性，因此凸出的退耦以及它的调制深度可制造得更平坦，即简单且成本划算。从光学单元的领域中已知的在主光学单元-光导体和透明体之间的折射率匹配问题在此处不重要，因为折射率差在最大约0.1-0.3的规格范围内。在这种情况下，更高的折射率与更小的阿贝数相关，也就是说小于50，即在折射更低的光导体中具有有铅玻璃效果，来代替无铅玻璃效果O有利的是，该光学上起作用的结构的确定功能的结构的尺寸朝光出射面或表面区域的边缘缩小，其中尤其可能一直缩减至零，该结构构成在该至少一个光导体的光出射面上，或构成在单独的透明体的从属于该至少一个光导体的表面区域内。通过借助调制结构的光偏转，可产生散射光线，虽然很少量，因此可优化散射光线的分布。基于此原因，调制结构可这样构成，即它朝每个光导体-退耦面的边缘一直缩减至零，并且在车道上产生的光分布中明确地分开单个的像素，并且把它们无缝地连接起来。因此，调制结构的投影即在像素内部也在像素边缘中都不显眼。备选的是，调制结构还可尽量像素搭接地构成，使得在光导体的光出射面的边缘上不会出现台阶，也就是说，主光学单元的相邻光导体的光出射面与光导体-阵列无缝地转变。按本发明的另一优选实施例建议，次级光学单元具有至少一个投影透镜。当然还可考虑的是，该次级光学单元包含至少一个反射器，它像从主光学单元中退耦的光束成像，用来在机动车前方的车道上产生期望的光分布。按本发明的前大灯模块的构成为投影透镜的次级光学单元优选具有不同于圆形的光输入面。尤其对于前大灯模块来说，其具有不同的圆形的投影透镜，本发明是尤其有利的，因为它能使几乎任意成型的投影透镜实现尽量均匀的照射，并且很大程度上无需损失效率。
下面借助附图详细地阐述了本发明的其它特征和优点。提到的特征既可单独地也可以任意的组合存在，对本发明都是很重要的，而不为此分别详细地强调。其中:图1示出了机动车前大灯的由现有技术已知的投影模块，其具有构成为圆环形投影透镜的次级光学单元，用来产生无水平明暗界限的光分布；图2示出了机动车前大灯的由现有技术已知的投影模块，其具有构成为圆环形投影透镜的次级光学单元，用来产生带水平明暗界限的光分布；图3在透视图中示出了机动车前大灯的由DE 10 2009 053 581 B3已知的投影模块；图4在前视图中示出了由DE 10 2009 053 581 B3已知投影模块；图5在细节图中示出了已知的按图3和4的前大灯投影模块的主光学单元；
图6示出了由图5的主光学单元在构成为投影透镜的次级光学单元的光输入面上产生的光分布；图7示出了按第一优选实施例的机动车前大灯的按本发明的投影模块；图8在透视图中示出了按第二优选实施例的机动车前大灯的按本发明的投影模块；图9在前视图中示出了按本发明的图8的投影模块；图10在透视图中示出了按第三优选实施例的机动车前大灯的按本发明的投影模块；图11在前视图中示出了按本发明的图10的投影模块；图12在细节图中示出了按本发明的按图8至11中的一个所示的前大灯投影模块的主光学单元；图13示出了由图12的主光学单元在构成为投影透镜的次级光学单元的光输入面上产生的光分布的实施例；图14在扩大视图中示出了在按本发明的投影模块的主光学单元的虚拟目标平面上构成的、光学上有效的、折射光线的结构的第一实施例；图15在扩大视图中示出了在按本发明的投影模块的主光学单元的虚拟目标平面上构成的、光学上有效的、折射光线的结构的另一实施例；图16在扩大视图中示出了在按本发明的投影模块的主光学单元的虚拟目标平面上构成的、光学上有效的、折射光线的结构的另一实施例；图17在透视图中示出了按第四优选实施例的机动车前大灯的按本发明的投影模块，用来产生无明暗界限的光分布；图18在透视图中示出了按第五优选实施例的机动车前大灯的按本发明的投影模块，用来产生带明暗界限的光分布；以及图19在示意图中示出了按本发明的机动车前大灯。
具体实施例方式本发明涉及机动车前大灯的领域。在图19中示例性地示出了这种前大灯，并且整体上用参考标记I表示。前大灯I包含前大灯壳体2，它优选由塑料制成。在光出射方向3上，该壳体2具有光输出孔4,该光输出孔借助透明的盖板5封闭,该盖板优选由玻璃或透明塑料制成。当然，该壳体2和盖板5也可由其它与上述材料不同的材料制成。该盖板5可具有在光学上起作用的元件(例如棱镜或圆柱形透镜)，以便在水平和/或竖直方向上散播穿透的光线。但还可考虑的是，盖板5构成为所谓的清晰圆盘，没有光学上起作用的元件。在前大灯壳体2的内部设置有至少一个按本发明的投影模块10，它的详细构造和工作原理在下面进行详细阐述。该投影模块10用来产生预设的光分布的至少一部分，例如近光、远光、雾灯或其它任意的适当的光分布(例如城市灯光、乡村灯光、高速公路灯光、恶劣天气灯光等)。除了投影模块10以外，在壳体2中还可设置其它的光模块和/或照明模块 6、7。在图19所示的实施例中设置有另一前大灯模块6，它可构成为投影模块或反射模块。该前大灯模块6优选用来产生与由投影模块10产生的光分布不同的其它预设的光分布。但还可考虑的是，前大灯模块6和投影模块10—起产生预设的光分布。因此，例如远光分布可通过以下方式产生，即点光分布叠加在基本光分布上，该点光分布用来在离机动车较远的地方照亮相对狭窄受限的区域，该基本光分布用来在离机动车更近的地方实现更宽的照明。前大灯模块6 ；10中一个在此可产生点光分布,而另一个模块10 ;6产生基本光分布。此外，在前大灯I的所示实施例中，照明模块7沿着盖板5的下边缘设置在壳体2中。该照明模块7用来产生一个或多个照明功能，例如闪光灯、定位灯或停车灯或日间行车灯。在图1中示例性地示出了由现有技术已知的用于机动车的投影前大灯模块，并且整体上用参考标记10’表示。该投影模块10’用来产生预设的光分布，如同上面参照图10已阐述的一样。该模块10’包含用来发出光线的光源11’，它在图1的实施例中构成为卤素灯或白炽灯。此外，该投影模块10’包含主光学单元12’，其使由光源11’发出的光的至少一部分束集起来。在图1的实施例中，主光学单元12’构成为外罩状的反射器。它在包含光学轴线13’的剖开面中优选具有椭圆体的形状，或具有与之稍有差别的自由形状。还可考虑的是，该反射器12’的形状在竖直剖开面和水平剖开面中是不同的。此外，已知的投影模块10’包含次级光学单元14’，它把由主光学单元12’束集起来的光线的至少一部分投影到该投影模块10’的光出射方向3’上，优选投影到机动车前方，尤其投影到机动车前方的车道上。在所示的实施例中，次级光学单元14’构成为具有圆环形横截面的投影透镜。还可考虑的是，该次级光学单元14’也可由包含两个或多个透镜的系统构成。这些透镜可由具强弱不同的弥散现象(不同的阿贝数)的不同材料构成。次级光学单元尤其可由会聚透镜(优选无铝玻璃)和散射透镜(优选燧石玻璃)构成，其具有比会聚透镜更小的阿贝数，并因此弥散现象更强。图1的该投影模块10优选用来产生远光分布。图2示出了由现有技术已知的投影模块10’的另一实施例。图2的投影模块10’与图1的投影模块10’具有很大的相似性。区别尤其在于，在主光学单元12’的虚拟的目标平面上或在该目标平面的附近设置有遮光装置15’，该遮光装置15’遮住了由主光学单元12’束集起来的光线的一部分。图2的投影模块10’用来产生遮蔽的光分布(例如近距光或雾灯)，其中次级光学单元14’将遮光装置15’的上边缘16’投影到机动车前方的光出射方向3’上，作为光分布的明暗界限。图3示出了另一由现有技术已知的投影模块10’，在DE 10 2009 053581 B3中详细描述了它的构造和工作原理。在图3的光模块10’的构造和工作原理方面明确地参照该文献中，并且该文献的内容应也应该是本申请的内容。已知的投影模块10’在图3中所示的实施例与图1和2所示的投影模块10’的区别尤其在于，光源11’(在图3中不可见，因为被主光学单元12’遮住了)包含多个半导体光源、尤其是发光二极管(LED)。光源11’尤其具有多个以行或列并排或相叠设置的半导体光源，或者具有多个矩阵状并排或相叠设置的导体光源(如同在图3的实施例中所不的一样)。在所不的实施例中，光源11’包含3x30矩阵、总共90个LED-光源11’。此外在图3的实施例中，主光学单元12’构造得与图1和2不同。该主光学单元12’包含多个以行或列并排或相叠设置的半导体光源，或者具有多个矩阵状并排或相叠设置的导体光源(如同在图3的实施例中所示的一样)，它们分别具有面向LED-光源11’的光输入面、指向光出射方向3’的光出射面以及设置在光输入面和光出射面之间的全反射侧面。光导体12’的构造在图5中详细示出。图4在前视图(即逆着光出射方向3’)中示出了图3的已知的投影模块10’，矩阵设置的光导体12’设置在投影透镜14的后面。矩阵设置的LED-光源11’也设置在光导体12的后面。图5详细地示出了图3的投影模块10’的主光学单元12’。此外还可看到，LED-光源11’设置在承载元件17’上，它例如构成为印刷电路板(PCB)。在此，每个LED-光源11’都设置在自己的承载元件17’上。当然还可考虑的是，投影模块10’的多个LED-光源11’中甚至所有LED-光源11’都设置在共同的承载元件17’上。该承载元件17’自身在热技术方面可传导与一个或多个冷却体(未示出)相连，因此由LED-光源11’在其运行时产生的废热可尽量有效地排放到周围环境中。光导体12’优选由硅酮制成。当然还可能的是，光导体12’也可由其它透明材料(例如玻璃)、其它塑料或技术上相类似的材料制成。它们分别具有面向所属的LED-光源11’的光输入面18’、指向光出射方向3’的光出射面19’以及设置在光输入面18’和光出射面19’之间的全反射侧面20’。该侧面20’至少在局部区域内是凹下弯曲的，因此光导体12’基本上构造得呈锥形或漏斗形扩展。但该侧面20’在其它局部区域中也可以是平坦的，但构造得呈锥形延伸。重要的是，在光出射方向3’上光导体12’的侧面20’分别不是彼此平行地延伸，而是彼此漂离开来。图6示例性地示出了通过光导体-阵列12’在次级光学单元14’的光耦合面21’上产生的光分布。可看到，该光分布照亮了用虚线22’限定的、基本上呈圆环形或椭圆形的光穿透面25’。在该照亮的区域25’中，可看到分别由光导体12’产生的单个-光束的单个像素23’。为了进行阐述，在单个像素23’之间标出了虚线，但它实际上是不存在的。每个像素23’都通过局部光束构成,该光束由光导体-阵列的光导体12’产生。重要的是，由现有技术已知的投影模块10’(如同图1至5所示的一样)只适合用来照亮次级光学单元14’的圆环形的光穿透面25’。借助本发明，通过光导体12’产生的光分布应该这样改变，即次级光学单元14的非圆形的光穿透面22也以预设的强度分布优选尽量均匀地、完整地照射，且没有效率损失，或效率损失非常小。此目的通过按本发明的投影模块得以实现，图7中示意性地示出了它的第一实施例。不例性地不出了单个光导体12作为主光学单兀,它的横截面从光输入面18(未不出)朝光出射面19扩展，即侧面20在光出射方向3上彼此漂离开来，因此整体上产生漏斗状的光导体12。按本发明在光导体12的虚拟的目标平面中，光学上起作用的折射光的结构24设置在束集起来的光线的光程中。确切地说，该光学上起作用的结构24设置在由主光学单元12产生的光分布的虚拟目标位置中，或设置在它的附近。通过该结构24，不会或基本上不会改变局部的光分布。当然，通过该结构24可这样来修改局部的主光学单元-退耦方向，即可实现预设地(例如均匀地)照亮次级光学单元14。次级光学单元14的通过光束照亮的区域用参考标记25表示，该光束由主光学单元12产生。该区域25也称之为光穿透面25。可明显地看到，光穿透面25不是像已知的投影模块10’中那样构成为圆形，而构成为长方形或菱形(即伸展开来)。由主光学单元12产生的光分布通过以合适方式构成的光学上起作用的结构24带到光穿透面25的期望的长方形或菱形形状上。光学上起作用的结构24可例如构成为波纹结构，它在透镜14的变形方向上延伸。即，波纹结构的波峰和波谷的纵轴线横向于透镜14的变形方向。该变形方向是指这样的方向，即首先呈圆形的透镜在该方向上伸展，以使透镜14具有与圆形不同的形状。当然，光学上起作用的结构24也可这样构成，即可尽量完整地照亮光穿透面25的多个不同轮廓。如果通过光穿透面25穿透次级光学单元14的光线通过次级光学单元14投影到机动车前方，则投影到车道上的、产生的光分布与由相应的、从现有技术已知的、无光学上起作用的结构24的光模块10’产生的光分布没有不同，或基本上没有不同。按本发明的光模块10的产生的光分布在很大程度上相当于通过已知的投影模块10’产生的光分布，并满足法律方面的要求。尤其当次级光学单元14具有不同于圆形的形状或具有不同于圆形的光穿透面25时，成像的光学单元的照明与已知的投影模块10’相比明显更好。下面参照附图14至16详细阐述了光学上起作用的结构24的构造、布局和工作原理。碰到级光学单元14的光线通过光学上起作用的结构24仅重新分配，但在数量上不会改变或至多只轻微地改变。图8示出了按本发明的投影模块10的另一实施例。在此，主光学单元12包含多个矩阵状设置的光导体。该次级光学单元14不再构成为圆形的投影透镜。投影透镜14而是具有大致长方形的形状。投影透镜14的整个长方形的光线耦合面21实际上被由主光学单元12产生的光分布以期望的方式照亮，因此光穿透面25大致相当于光输入面21。在图8的所示实施例中，光学上起作用的结构24设置在漏斗状的光导体12的光出射面19上。在此，光学上起作用的结构24是光导体12的集成的组成部分。但还可考虑的是，该光学上起作用的结构24设置在与光导体12分开的透明体(未示出)上，该透明体在光出射方向3上在光导体12的光出射面19之后设置在光程中。光导体12的光出射面19和具有光学上起作用的结构24的透明体之间的间距可选择得如此之小，使产只产生最小的气隙，即具有光学上起作用的结构24的透明体直接邻接在光导体12的光出射面19上。可考虑的是，以透明材料填充气隙。具有光学上起作用的结构24的透明体的材料可与光导体的材料不同。透明体的材料尤其可具有比光导体12的材料更高的折射率。图9在前视图(即逆着光出射方向3)中示出了按本发明的投影模块10的图8的实施例。在此，投影透镜14遮盖了光导体-阵列12，并且矩阵状设置的LED-光源11定位在该光导体-阵列12的后面(原本同样看不见)。图10示出了按优选实施例的按本发明的投影模块10的另一实施例。此实施例与图8和9的实施例的不同之处尤其在于，次级光学单元14构成为基本上菱形的投影透镜。该菱形尤其可从图11的前视图中看到，即逆着光出射方向3。为了使由主光学单元12束集起来的光线尽量均匀且完整地照亮菱形的光穿透面25，图10和11的实施例的光学上起作用的结构24构造得与图8和9的实施例的光学上起作用的结构24略有不同。在图10和11的实施例中，光学上起作用的结构24要么直接构成在光导体12的光出射面19上，要么构成在单独的透明体上，该透明体设置在由主光学单元12束集起来的光线的光程中。图12示出了按优选实施例的按本发明的投影模块10的主光学单元12，例如来自图8至11中的一个的投影模块10的主光学单元12。明显可看到，光学上起作用的调整或波纹结构24至少构成在光导体12的光出射面19的一部分上。S卩，在图12中示例性标出的结构24可遮盖光导体12的一部分或整个光出射面19。该结构24可实现主光学单元-退耦方向的局部更改，因此产生了不同于圆形的单个光束，该光束在次级光学单元14的光耦合面21上添加至同样不同于圆形的光分布中，如同例如在图13中所示的一样。通过虚线22划界的光分布尤其具有菱形或与菱形相似的形状，因此它尤其适合照亮菱形的次级光学单元14，如同例如在图10和11的实施例中示出的一样。通过本发明，可更好地、尤其更大面积地照亮不同于圆形的次级光学单元14。此外，通过结构24的合适构造，能以期望的方式、尤其尽量均匀地调整产生的光分布的强度分布。在投影透镜14基本呈圆形的情况下，通过光分布照亮的区域相当于光穿透面25，该光分布以虚线22界定。在投影透镜14基本构成为圆形的情况下，光穿透面25小于投影透镜14的光耦合面21。在图13中示例性地示出了这一点。但如果投影透镜14以不同于圆形的形状(例如菱形)构成，则几乎可遮盖菱形的投影透镜14的整个光耦合面21。借助图13还可看到，碰到次级光学单元14的光分布通过光学上起作用的结构24不仅会变形，而且还会使它均匀。这一点通过以下方式变得明显，即虚线22划界的光分布或通过投影透镜14的光耦合面21的被照亮的区域25不能再看到单个的像素(参照图6中的像素23’)，而是作为均匀照亮的表面显现出来。需注意，光学上起作用的结构24可构成为光导体12的光出射面19的集成的组成部分，或者可构成为单独的透明体的部件。如果该结构24直接构成在光导体12的光出射面19上，则光出射面19例如借助波纹结构24来调制，因此表面19得以维持它的基本走向(例如凸出拱起)。但波纹结构24这样构成，即它局部地横向于调制的纵向方向(垂直于波纹的纵轴线)由于光折射而散射。因此，单个光束的冲击点的云点横向于更改方向并且优选在切割的次级光学单元-边界(虚线22)的内部延伸(参见图13)。因此，通过主光学单元12产生的光分布的调制的局部光分布可例如与投影透镜14的菱形的设计横截面相匹配。在图12的实施例中，该调制24直接在主光学单元输出面19上进行。因此，通过光导体12产生的局部光分布不会改变，或最多非常轻微地改变。该在次级光学单元14的虚拟目标平面上局部不变化的光分布由次级光学单元14投影到车道上，理想的状态是在变化的尺度内重复。该调制结构24只这样来改变主光学单元和次级光学单元12、14之间的光线传播范围，即不产生额外的效率损失，即整个延伸的光束碰到次级光学单元14，并因此抵达车道上。因为与迄今已知的投影模块10’相比，在主光学单元12和次级光学单元14之间进行的搅拌更强烈，该调制结构24也有助于潜在地改善颜色均匀性，即通过在先前平滑的主光学单元-退耦面19’上的光线弥散效果来抑制颜色附聚。按图14的实施例，光学上起作用的结构24构成为具有多个波纹的一维波纹结构。这些波纹包含波峰26和波谷27。该波纹结构的波峰26和波谷27通过圆柱形或大致圆柱形的部段构成，它们优选具有圆形或椭圆形的横截面。在图14中示例性地示出了波纹结构24的两个纵轴线28、29。圆柱形或大致圆柱形的部段的纵轴线28、29优选彼此平行地延伸。该光学上起作用的结构24优选构成为微结构，其确定功能的结构部件的尺寸在微米范围内。波纹结构24的波峰26和波谷27或侧腹26、27可称为调制结构24的确定功能的(光学上起作用的)结构部件。波峰26和波谷27之间的高度差相当于确定功能的结构的尺寸，该尺寸优选在微米范围内，即在多个10_6的范围内。波峰26和/或波谷27的宽度(即波纹结构的波长24 ;26、27)优选在毫米范围内，即在多个10_3的范围内。确定功能的结构元件26、27的高度和宽度(即结构24的波长)都可通过光导体12的光出射面19分散地变化，即具有不同的数值。备选或附加的是，确定功能的结构元件26、27的高度和宽度(即结构24的波长)都可在光导体-阵列(参照图12)的单个光导体12的光出射面19之间变化。此外，该结构24不一定包含带直线的线性波纹，作为波峰26和波谷27的纵轴线28、29、30、31。可考虑的是，该结构24包含弯曲的波纹，其具有任意弯曲的曲线作为波峰26和波谷27的纵轴线28、29、30、31。此外还可考虑的是，该结构24不包含波纹，而是包含其它折射光线的结构，例如锯齿或棱柱结构。该光学上起作用的结构24的可行的备选方案是调制，它不仅圆柱形地(即在前拉方向上)进行，而且是二维的调制，其中可产生峰-谷-调制。在图15中示例性地示出了这种调制。该处示出的光学上起作用的结构24构成为二维的波纹结构，其具有第一组波纹和第二组波纹。波纹的波峰26和波谷27通过两组波纹的圆柱形或大致圆柱形的部段的叠加来构成。第一组波纹的圆柱形或大致圆柱形的部段的纵轴线30彼此平行地延伸。同样，第二组波纹的圆柱形或大致圆柱形的部段的纵轴线31彼此平行地延伸。在此，第一组波纹的纵轴线30和第二组波纹的纵轴线31以大于堆的角度彼此定向。总的说来，以这种方式产生了所述的峰-谷-调制结构24。因此，穿透的光线既横向于第一组波纹的纵向方向(纵轴线30)也横向于第二组波纹批价向方向(纵轴线31)进行散射。通过峰-谷-调制的斜度，可调制出不同于圆形、长方形或菱形的光分布，例如环形、水滴形或肾形的光分布。在此，隐藏地具有额外的构造方面的自由度，其可供助微-调制结构24来充分利用。为了使由该结构24产生的散射光线的效果保持尽量小，调制结构24可这样构成，即它朝每个光导体-输出面19的边缘具有变小的尺寸，尤其直至减至零，如同例如在图16中示出的一样。确定功能的结构(波峰26和波谷27)的尺寸(例如高度)朝输出面19减至零。因此，在光分布中产生单个像素23的清晰分离，其在次级光学单元14的光输入面21上产生，但不可看到像素23的格栅结构，如同在已知的投影模块10’的情况下以小尺寸出现的一样(参照图6)。借助朝边缘缩减的结构24，按本发明的投影模块10在次级光学单元14的进入侧21上产生了与图13的光分布相一致的光分布。单个像素23无缝地彼此连接。因此，调制结构24的投影既在像素内部也在像素边界上都不显眼。备选的是，调制结构24可像素搭接地构成，但不可能在像素边界面19上产生额外的台阶，如同例如在图14和15中示例性示出的一样。图16示出了单个光导体12的光出射面19。设置在它上面的调制结构24 —维地按图14所示的波纹结构的方式构成。明显可看到，确定功能的结构26、27的尺寸朝输出面19的边缘缩减，尤其减至零。本发明不仅涉及具有矩阵状附件的投影模块10，即LED-阵列11和作为主光学单元的矩阵状设置的光导体12，还涉及传统的投影模块10，其具有作为光源11的气体放电灯或白炽灯以及作为主光学单元12的反射器。在图17和18中示例性地示出了按本发明的投影模块10的相应实施例。在此，图17的投影模块10设计得用来产生远光分布，而图18的投影模块10设计得用来产生遮蔽的光分布。只要本发明的基本理念是，在次级光学单元14的虚拟目标平面上设置或构成光学上起作用的结构24，则图17和18的投影模块10也属于本发明。主光学单兀12可构成为传统的镜子-反射器或TIR (全内反射)-反射器。光学上起作用的结构24不会改变由主光学单元12成型的局部光分布，因为该结构24位于主光学单元12的目标位置中，或离它非常近。该结构24来修改主光学单元12和次级光学单元14之间的光线传播方向，即更好地(例如更均匀地)照亮成像的次级光学单元14，该次级光学单元构造成圆形或不同于圆形的形状。原则上，与无调制结构24照亮的光学单元-区域(在图6中的虚线22’内的表面25’)相比，把调制结构24放置在由主光学单元12束集起来的光线的光程中，并且把该结构24设置在主光学单元12的虚拟目标平面中，这可扩大照亮的光学单位-区域(在图13中的虚线22内的表面25)。这意味着，在应用调制结构24之前，照亮的区域25’通常应小于合适的、待照亮的区域。在菱形的投影透镜14构成为次级光学单元的实施例中，在应用调制结构24时照亮的区域25应小于菱形-切边，即小于菱形的投影透镜14的光输入面21。如果没有注意这一点，则必须容忍光学系统10中的光线传输效率的损失。但如果适当地照亮切边的投影模块10的光耦合面21，这种解决方向在一定的情况下也是值得追求的。按迄今的现有技术，试图用其它方式来实现成像的次级光学单元14的均匀照射。迄今还不知道，借助光学上起作用的、光折射的微结构24来调制主光学单元-退耦面19。类似的散射光结构迄今只为了其它目的应用在次级光学单元-退耦面上，即用来弱化在车道上成像的遮蔽的光分布的明暗界限的清晰度，并因此改善车道上的局部的颜色或照视均匀性。但与之相对的是，在本发明中是指，通过以下方式来提高整个光学系统10的可接受性。即构成为投影透镜14的次级光学单元的几乎任意成型的光穿透面25以期望的方式例如尽量均匀地、完整地照亮。按本发明，任意成型的投影透镜14的区域减至最小或保持得尽可能小，该区域不会被由主光学单元12束集起来的光线照亮。
权利要求
1.一种用于机动车的前大灯投影模块(10)，用来产生预设的光分布，该投影模块(10)包含: -光源(11)，其用来发出光线； -主光学单元(12)，其使发出的光的至少一部分束集，和； -次级光学单元(14)，其使束集的光线的至少一部分投影在投影模块(10)的光出射方向(3)上， 其特征在于，在所述次级光学单元(14)的虚拟目标位置中，在束集的光线的光程中设置在光学上起作用的、折射光的微结构(24)，其中该微结构(24)具有在微米范围内的、确定功能的结构部件(26、27)的尺寸。
2.根据权利要求1所述的投影模块(10)，其特征在于，该光学上起作用的结构(24)构成为一维的、具有多个波纹的波纹结构，其中波纹的波峰(26)和波谷(27)通过圆柱形或大致圆柱形的部段构成，并且其中所述圆柱形或大致圆柱形的部段的纵轴线(28)彼此平行地延伸。
3.根据权利要求1所述的投影模块(10)，其特征在于，该光学上起作用的结构(24)构成二维的波纹结构，其具有第一组波纹和第二组波纹，其中波纹的波峰(26)和波谷(27)通过叠加两组波纹的圆柱形或大致圆柱形的部段构成，其中第一组波纹的圆柱形或大致圆柱形的部段的纵轴线(30)彼此平行地延伸，并且第二组波纹的圆柱形或大致圆柱形的部段的纵轴线(31)彼此平行地延伸，并且其中第一组波纹和第二组波纹的纵轴线(30、31)以大于零的角度相互定向。
4.根据权利要求2或3所述的投影模块(10)，其特征在于，该光学上起作用的结构(24)这样定向，使得在安装于机动车中的状态下，波纹的纵轴线(28 ；30 ;31)关于投影模块 (10)的水平面倾斜地延伸。
5.根据权利要求1至4之任一项所述的投影模块(10)，其特征在于，所述光源(11)包含气体放电灯或白炽灯。
6.根据权利要求1至4之任一项所述的投影模块(10)，其特征在于，所述光源(11)具有至少一个半导体光源、尤其是发光二极管。
7.根据权利要求6所述的投影模块(10)，其特征在于，所述光源(11)包含多个以行或列并排或相叠或呈矩阵状并排和相叠设置的半导体光源、尤其是发光二极管。
8.根据权利要求1至7之任一项所述的投影模块(10)，其特征在于，主光学单元(12)具有反射器。
9.根据权利要求6或7所述的投影模块(10)，其特征在于，所述主光学单元(12)具有至少一个光导体，该光导体具有面向光源(11)的光输入面(18)、指向光出射方向(3)的光出射面(19)以及设置在光输入面(18)和光出射面(19)之间的全反射侧面(20)。
10.根据权利要求9所述的投影模块(10)，其特征在于，所述主光学单元(12)具有多个以行或列并排或相叠设置的或矩阵状并排或相叠设置的光导体，其分别具有面向光源(11)的光输入面(18)、指向光出射方向(3)的光出射面(19)以及设置在光输入面(18)和光出射面(19)之间的全反射侧面(20)。
11.根据权利要求9或10所述的投影模块(10)，其特征在于，该至少一个光导体(12)的光出射面(19)位于次级光学单元(14)的目标平面中。
12.根据权利要求11所述的投影模块(10)，其特征在于，该光学上起作用的结构(24)构造在该至少一个光导体(12)的光出射面(19)上。
13.根据权利要求9或10所述的投影模块(10)，其特征在于，该光学上起作用的结构(24)构造在与该至少一个光导体(12)分开的透明体上，该透明体设置在该至少一个光导体(12)的光出射面(19)和次级光学单元(14)之间。
14.根据权利要求13所述的投影模块(10)，其特征在于，具有光学上起效的结构(24)的透明体直接邻接地设置在该至少一个光导体(12)的光出射面(19)上。
15.根据权利要求13或14所述的投影模块(10)，其特征在于，具有光学上起作用的结构(24)的透明体由与该至少一个光导体不同的材料构成，尤其由折射率高于该至少一个光导体(12)的材料构成。
16.根据权利要求1至15之任一项所述的投影模块(10)，其特征在于，该光学上起作用的结构(24)的确定功能的结构(26、27)的尺寸朝光出射面(19)或表面区域的边缘缩小，尤其一直缩减至零，该光学上起作用的结构构成在该至少一个光导体(12)的光出射面(19)上，或构成在单独的透明体配属于该至少一个光导体(12)的表面区域内。
17.根据权利要求1至17之任一项所述的投影模块(10)，其特征在于，所述次级光学单元(14)具有至少一个投影透镜。
18.根据权利要求17所述的投影模块(10)，其特征在于，所述至少一个投影透镜(14)具有不同于圆形面成型的光输入面(21)。
19.一种机动车前大灯，用 来产生预设的光分布，其包含前大灯壳体，该壳体具有设置在光出射方向上的、通过透明盖板封闭的光出射孔口，并具有至少一个设置在前大灯壳体中的投影模块。
全文摘要
本发明涉及一种用于机动车的前大灯投影模块(10)，用来产生预设的光分布。该投影模块(10)包含光源(11)，其用来发出光线；主光学单元(12)，其使发出的光的至少一部分束集起来；次级光学单元(14)，其使束集起来的光线的至少一部分投影在投影模块(10)的光出射方向(3)上。为了使投影模块(10)实现尽量有效的构造，并且为了能尤其尽量整个表面地且均匀地照亮非圆形的次级光学单元(14)，建议，在次级光学单元(14)的虚拟目标位置中在束集的光线的光程中设置光学上起作用的、折射光的微结构(24)，其中该微结构(24)具有在微米范围内的确定功能的结构部件(26、27)的尺寸，尤其是单个结构部件(26、27)的高度差。
文档编号F21Y101/02GK103090286SQ20121042103
公开日2013年5月8日 申请日期2012年10月29日 优先权日2011年10月27日
发明者埃米尔·P·斯特凡诺夫, 马库斯·基赛尔, 恩斯特奥拉夫·罗森汉 申请人:汽车照明罗伊特林根有限公司