机动车辆前照灯用的光模块的制作方法

1.本发明涉及一种用于生成总光分布的机动车辆前照灯用的光模块。


背景技术：

2.开头所述类型的光模块例如从de102018222333a1已知。光模块包括led阵列和两件式透镜光学器件。led阵列形成具有高亮度的有源黑白显示器。每个led对应于显示器的一个像素并且可以单独以不同的亮度级别被控制。通过大量的像素和像素的二维分布能够产生大量的光分布。这些光分布通过两件式透镜光学器件被投影到环境中。灯模块可以集成在前照灯中，以便在那里单独或与其他灯模块一起生成光分布，例如近光灯、远光灯、局部远光灯、转弯灯。所描述的光模块具有的缺点是，所生成的成像具有高色度。这是因为所描述的结构无法校正色差错误。这个问题可以通过使用消色差或复消色差来解决。然而，这导致更高的成本、更高的重量、更多所需结构空间并且通常导致光模块的更低的光学效率，因为由菲涅耳反射和材料吸收造成的损失增加。此外，根据现有技术，仅这种光模块不足以在前照灯中生成全远光灯分布。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种可以消除上述缺点的光模块。
4.该目的使用一种根据权利要求1所述的光模块来实现。
5.根据本发明，从开头提到类型的光模块出发提出的是，光模块包括用于生成第一光分布的第一子模块和至少一个另外的用于生成第二光分布的第二子模块，其中，第一和第二子模块各自包括至少一个具有用于发射光的发光面的半导体光源和光学系统，所述光学系统具有用于将发射光的至少一部分集束的初级光学器件和用于将集束光的至少一部分在光模块的光出射方向上投影的次级光学器件，其中，光模块的总光分布包括第一光分布和第二光分布的叠加，以及第一子模块的半导体光源布置在第一子模块的光学系统的第一波长的波长依赖焦点处，并且第二子模块的半导体光源布置在第二子模块的光学系统的第二波长的波长依赖焦点处，其中，第一波长不同于第二波长。
6.因此，根据本发明，针对第一波长设计第一子模块，并且针对第二波长设计第二子模块。第一子模块和第二子模块的光分布各自包括较大的颜色误差，其中，颜色误差在此尤其是指光色与某个白点的偏差。通过叠加第一子模块和第二子模块的光分布，光模块的总光分布中的颜色误差相互抵消。
7.由于第一子模块是针对第一波长来设计的，因而第一子模块将第一波长的光束清晰成像。由于光学系统既不包括消色差也不包括复消色差，因而其他波长例如第二波长的光束的成像不是最佳的。因此，第一光分布包括颜色误差，尤其是在边缘区域中。颜色误差被理解为光色与白点的偏差。例如，光分布在明暗边界处在应该显得暗的区域中包括由第二波长的光束生成的色边。在明暗边界处在应该显得亮的区域中，第二波长的光束比例又有点太小，从而这里第一波长的光束以增强方式决定光色。这种效应也称为色差。色差不由
第一光学系统校正。为此，例如正如已经提到的，消色差或复消色差将是必要的，结果必须用消色差或复消色差替换次级光学器件。这又会增加光学系统的透镜的数量。这将与更高的成本、更大所需的结构空间、更大的重量和可能更低的光学效率相关联。
8.由于第二子模块是针对第二波长来设计的，因而第二子模块将第二波长的光束清晰成像。由于光学系统既不包括消色差也不包括复消色差，因而其他波长例如第一波长的光束的成像不是最佳的。因此，第二光分布包括颜色误差，尤其是在边缘区域中。例如，光分布在明暗边界处在应该显得暗的区域中包括由第一波长的光束生成的色边。在明暗边界处在应该显得亮的区域中，第一波长的光束比例又有点太小，从而这里第二波长的光束以增强方式决定光色。
9.第一子模块的第一光分布和第二子模块的第二光分光的颜色误差可以通过将两个光分布叠加来校正。因此，通过合适设计第一和第二子模块，可以显著降低总光分布的色度。
10.可以使用光模块生成的总光分布不包括在明暗边界处的硬白色对比。在机动车辆前照灯的情况下，通常不需要硬白色对比。通常，甚至会做出额外的努力来降低明暗边界处的对比度，例如通过所谓的透镜面的微结构化或磨砂。在根据本发明的光模块中不需要这种措施。
11.总之，可以因此通过合适设计光模块的子模块来生成足够颜色中性的总光分布，同时可以避免明暗边界处的硬白色对比。在这里，可以省去消色差或复消色差以及透镜面的额外微结构或磨砂。因此，有利地使成本、重量和结构空间最小化。同时，可以有利地通过合适的材料选择和设计来提高光学效率，因为所需的透镜或透镜面数量越少，吸收就越少，并且由菲涅耳反射造成的损失就越少。
12.根据一个优选实施方式规定的是，第一子模块的第一光分布和第二子模块的第二光分布至少部分地、尤其是大部分地叠加。也可以证明有利的是，第一和第二子模块的照射区域相同，从而至少第一和第二光分布完全叠加。
13.根据一个优选实施方式规定的是，第一子模块的半导体光源和/或第二子模块的半导体光源包括至少一个、尤其是多个发光二极管即led。led可以呈矩阵状叠加或并排布置，从而它们形成led阵列。半导体光源的led可以有利地单独、成组或全部一起被控制。
14.根据另一优选实施方式规定的是，第一和/或第二子模块的光学系统的数值孔径至少为0.5，尤其是至少为0.65。
15.有利地，可以规定的是，第一子模块的次级光学器件和第二子模块的次级光学器件一件式构成。由此，减少了构件数量并因此减少了在构件的定位和成本方面要保持的公差。此外，光出射面的尤其是一件式圆柱形形状可以对光模块的美学外观产生有利影响。
16.有利地，可以规定的是，第一子模块的次级光学器件和第二子模块的次级光学器件构成为变形透镜。
17.在本发明构思的改进方案中可以证明有利的是，变形透镜的至少一个光入射面构成为具有水平旋转轴线的圆柱形面部段，并且变形透镜的至少一个光出射面构成为具有竖直旋转轴线的圆柱形面部段。
18.有利地，可以规定的是，第一子模块和/或第二子模块包括光圈。
19.可以证明有利的是，第一子模块和第二子模块的光圈一件式构成。
20.根据另一优选实施方式规定的是，光模块包括用于生成第三光分布的第三子模块，所述第三子模块具有至少一个具有用于发射光的发光面的半导体光源和光学系统，所述光学系统具有用于将发射光的至少一部分集束的初级光学器件和用于将集束光的至少一部分在光模块的光出射方向上投影的次级光学器件，其中，光模块的总光分布包括第三光分布的叠加，其中，半导体光源布置在第三子模块的光学系统的第三波长的波长依赖焦点处，其中，第三波长不同于第一波长和第二波长。
21.参照第一和/或第二子模块所描述的设计可行方案也可以应用于第三子模块。此外，光模块还可以包括附加的另外的子模块，这些附加的另外的子模块尤其是针对另外的波长而设计的。
22.有利地，可以规定的是，第一波长约为500nm和/或第二波长约为570nm和/或第三波长约为470nm。
23.另一实施方式包括一种机动车辆前照灯，其包括至少一个光模块，其中，光模块是根据上述实施方式而构成的。
附图说明
24.本发明的有利改进方案和进一步优选的实施例可以从从属权利要求以及以下附图说明和相关附图中可以得到。在附图中：
25.图1以立体图示出了根据本发明的根据第一实施方式的光模块；
26.图2以俯视图示出了图1的光模块；
27.图3a和图3b各自示出了图1和图2的光模块的第一和第二光学系统的点图(spot-diagramm)；
28.图4以立体图示出了根据本发明的根据第二实施方式的光模块；
29.图5以俯视图示出了图4的光模块；
30.图6以侧视图示出了图4和图5的光模块；
31.图7a和图7b示出了图4、图5和图6的光模块的次级光学器件的不同实施方式；以及
32.图8示出了具有根据本发明的光模块的机动车辆前照灯。
具体实施方式
33.图1和图2示出了整体用附图标记10标识的光模块。光模块10在机动车辆前照灯中用于在光出射方向上在车辆前方的路面上生成可预定的总光分布。
34.光模块包括第一子模块20a和第二子模块20b。第一子模块20a包括半导体光源22a。第二子模块20b包括半导体光源22b。根据所示实施方式，半导体光源22a、22b包括多个发光二极管即led。led可以呈矩阵状叠加或并排布置，从而它们形成led阵列。半导体光源22a、22b的led可以有利地单独、成组或全部一起被控制。
35.此外，第一子模块20a和第二子模块20b各自包括光学系统24a、24b，该光学系统24a、24b各自具有用于将从半导体光源22a、22b发射的光的至少一部分集束的初级光学器件26a、26b并且各自具有用于将集束光的至少一部分在光模块10的光出射方向12上投影作为第一和第二光分布的次级光学器件28a、28b。
36.第一子模块的半导体光源22a布置在第一子模块20a的光学系统24a的第一波长的
波长依赖焦点30a处，并且第二子模块20b的半导体光源22b布置在第二子模块20b的光学系统24b的第二波长的波长依赖焦点30b处。第一波长与第二波长彼此不同。
37.通过将半导体光源22a布置在第一波长的光学系统24a的焦点30a处，并且通过将半导体光源22b布置在第二波长的光学系统24b的焦点30b处，针对第一波长设计第一子模块20a，并且针对第二波长设计第二子模块。“设计”在此被理解为，第一子模块20a的光学系统24a尽可能清晰地将第一波长的半导体光源22a成像，并且第二子模块20b的光学系统24b尽可能清晰地将第二波长的半导体光源22b成像。
38.图3a和图3b各自示出了第一和第二子模块20a、20b针对中心物点、即针对位于相应的半导体光源22a、22b的平面与相应的光学系统24a、24b的光轴的交点上的点的所谓点图。在点图中，从中心物点开始的入射点显示在图像平面中。
39.在图3a中示出了第一子模块20a的点图。第一波长的光束入射到图中心的区域中，而第二波长的光线以散射方式入射到中心区域周围，例如半径约为0.2度。第一波长的光束的入射点用十字标记。第二波长的光束的入射点由正方形标记。由于第一子模块20a是针对第一波长设计的，因而第一波长的光束入射到的中心区域的半径最小。由于光学系统24a既不包括消色差也不包括复消色差，因而其他波长例如第二波长的光束的成像不是最佳的。因此，可以用第一子模块20a生成的光分布包括颜色误差，尤其是在光分布的边缘区域中。颜色误差被理解为光色与白点的偏差。例如，光分布在明暗边界处在应该显得暗的区域中包括由第二波长的光束生成的色边。在明暗边界处在应该显得亮的区域中，第二波长的光束比例又有点太小，从而这里第一波长的光束以增强方式决定光色。这种效应也称为色差。色差不由第一光学系统24a校正。为此，例如正如已经提到的，消色差或复消色差将是必要的。这又会增加光学系统24a的构件尤其是透镜的数量，并因此会导致更高的成本、更大所需的结构空间、更大的重量和可能更低的光学效率。
40.在图3b中示出了第二子模块20b的点图。第二波长的光束入射到图中心的区域中，而第一波长的光束以散射方式入射到中心区域周围的不同点，例如半径约为0.2度。第一波长的光束的入射点用十字标记。第二波长的光束的入射点由正方形标记。由于第二子模块20b是针对第二波长设计的，因而第二波长的光束入射到的中心区域的半径最小。由于光学系统24b也不包括消色差或复消色差，其他波长例如第一波长的光束的成像不是最佳的。因此，可以用第二子模块20b生成的光分布包括颜色误差，尤其是在光分布的边缘区域中。例如，光分布在明暗边界处在应该显得暗的区域中包括由第一波长的光束生成的色边。在明暗边界处在应该显得亮的区域中，第一波长的光束比例又有点太小，从而这里第二波长的光线以增强方式决定光色。色差也不由第二光学系统24b校正。
41.第一子模块20a的第一光分布和第二子模块20b的第二光分布的颜色误差可以通过叠加两个光分布来校正。有利地，第一子模块20a的第一光分布和第二子模块20b的第二光分布至少部分地、尤其是大部分地叠加。也可以证明有利的是，第一和第二子模块20a、20b的照射区域相同，从而至少第一和第二光分布完全叠加。
42.第一波长例如为500nm，并且第二波长例如为570nm。在这种情况下，第一光分布在明暗边界处在应该显得暗的区域中包括蓝色色边，并且在明暗边界处在应该显得亮的区域中包括暖白色至黄色光色。第二光分布在明暗边界处在应该显得暗的区域中包括黄色色边，并且在明暗边界处在应该显得亮的区域中包括冷白到蓝色光色。通过叠加两个光分布，
黄色和蓝色色边叠加在明暗边界处在应该显得暗的区域中，并且冷白到蓝光光色和暖白到黄色光色叠加在应该显得亮的区域中，从而总光分布包括白色光色。
43.因此，通过合适设计第一和第二子模块20a、20b，可以显著降低光模块10的总光分布的色度。
44.可以使用光模块10生成的总光分布不包括在明暗边界处的任何硬白色对比。在机动车辆前照灯的情况下，通常不需要硬白色对比。通常，甚至会做出额外的努力来降低明暗边界处的对比度，例如通过所谓的透镜面的微结构化或磨砂。在根据本发明的光模块10中不需要这种措施。
45.总之，可以因此通过合适设计光模块10的子模块20a、20b来生成足够颜色中性的总光分布，同时可以避免明暗边界处的硬白色对比。在这里，可以省去消色差或复消色差以及透镜面的额外微结构或磨砂。因此，有利地使成本、重量和结构空间最小化。同时，可以有利地通过合适的材料选择和设计来提高光学效率，因为所需的透镜或透镜面数量越少，吸收就越少，并且由菲涅耳反射造成的损失就越少。
46.在图2中还针对设计子模块20a、20b所针对的相应的波长示出了第一和第二子模块20a、20b的光束路径32a、32b。光束路径32a、32b各自从相应的半导体光源22a、22b的位于焦点30a、30b处的相应的中心出发并且由光学系统24a、24b捕获和成像。
47.在这里，光束路径的并排布置的图示仅是例示性的。有利地，光束路径32a、32b有利地叠加成光模块10的总光分布。
48.从半导体光源22a、22b发出的光束具有高发散度。通常，半导体光源22a、22b各自发射到整个半空间中。由光学系统24a、24b捕获和成像的这些光束越多，光学系统24a、24b的所谓数值孔径就越大。数值孔径与张角的正弦成正比。如果半导体光源22a、22b是朗伯辐射器，则光学系统24a、24b的光学效率再次与数值孔径的平方成正比。因此，效率与张角的正弦的平方成正比。因此，对于所述光模块10的效率非常有利的是，光学系统24a、24b的数值孔径尽可能高。有利地，光学系统24a、24b的数值孔径至少为0.5，尤其是0.65。
49.图4、图5和图6示出了光模块10的另一实施方式的不同图示。
50.根据所示的实施方式，光模块10包括另外的子模块20c。原则上，子模块20c与已经描述的子模块20a、20b类似地构造并且在这里有利地针对第三波长而设计。在这里，第三波长不同于第一波长和第二波长。
51.此外，图4、图5和图6中的光模块包括光圈34。根据所示的实施方式，光圈34对于三个子模块20a、20b、20c以一件式构成。然而，替代地，还可以设想的是，每个子模块20a、20b、20c包括单独的光圈。
52.根据图4、图5和图6所示的实施方式，子模块20a、20b、20c的光学系统24a、24b、24c的次级光学器件28a、28b、28c构成为一件式次级光学器件28。一件式次级光学器件28还构成为变形透镜。这显示在图7a和图7b中。
53.图7a从光入射侧示出变形透镜28，并且图7b从光出射侧示出变形透镜28。根据所示的实施方式，光入射面36a、36b、36c各自包括具有竖直旋转轴线的圆柱形面部段。光出射面38包括具有水平的、尤其是垂直于光出射方向12取向的旋转轴线的圆柱形面部段。
54.光入射面36a、36b、36c如此设计，使得入射光束在水平平面内被集束，参见图5。光出射面38有利地如此设计，使得出射光束在竖直平面内被集束，参见图6。
55.通过一件式次级光学器件28减少了所需构件的数量并因此减少了在定位和成本方面要保持的公差。此外，光出射面38的尤其是一件式圆柱形形状可以对光模块10的美学外观产生有利影响。
56.最后，图8示出了机动车辆前照灯40。前照灯40包括例如由塑料制成的壳体42。壳体42在光出射方向12上具有光出射开口44，该光出射开口44由透明盖板46封闭。在壳体42的内部中布置有根据本发明的光模块10。光模块10用于生成机动车辆前照灯或其一部分例如近光灯、远光灯、自适应行驶灯(城市灯、乡村灯、高速公路灯、局部远光灯、标志灯)、雾灯等的任意产生的行驶光分布。与灯模块10一起，在壳体42中还可以布置有用于生成任何行驶光分布或其一部分的其他灯模块，或用于实现任意灯功能的灯模块(例如闪光灯、位置灯、驻车灯、日间行驶灯、驻车灯、倒车灯、制动灯等)。