CN108431490A - 具有准确光学元件定位的照明布置 - Google Patents

Abstract

描述了具有LED元件30的照明布置10。参考框架部件14包括由框架边28a、28b、28c、28d进行定界的框架开口26。布置LED元件30，使得光通过框架开口26被发射，并至少在第一框架边28b处被部分地遮挡。参考框架部件还包括参考部分20a、20b、20c、20d，以限定相对于框架开口的位置。第一参考部分20a、20b在平行于LED元件30的发光表面38布置的参考框架部件14的第一表面部分上被提供。第二参考部分20c被布置在垂直于第一表面部分布置的参考框架部件14的第二平面部分上。第三参考部分20d被布置在垂直于第一和第二表面部分两者的参考框架部件14的第三表面部分上。用于对来自从LED元件30通过框架开口26发射的光的光照光束42进行整形的光学元件12被布置为与参考框架部件14在第一、第二和第三参考部分20a、20b、20c、20d处接触，以限定光学元件相对于框架开口26的位置。

Description

具有准确光学元件定位的照明布置

技术领域

本发明涉及照明布置。具体地，本发明涉及包括至少一个LED元件的照明布置，其可以在例如车辆照明，特别是汽车前部照明中使用。

背景技术

特别是在汽车照明中，由于LED照明元件的固有优势，例如长寿命、节能和小尺寸，LED照明元件越来越多地被使用。

特别是对于汽车前部照明，从照明布置发射的光照光束必须遵循严格的规范。这需要照明布置的元件相对于彼此准确定位。

WO2006/082537A1描述了具有至少一个发光元件的光源模块，特别地用在机动车辆的前灯中。在一实施例中，LED模块具有大致为立方体的载体。光出射区域的形状是矩形。该区域的至少一条边可以用于在光学系统的光发射图案中产生明-暗分界。光源（例如LED）、准直器孔或光导的端部位于模块的侧面中的矩形开口中。优选地将与开口形状相同的透镜元件放置于光源之上。在第一侧面上，布置三个参考点，通过这三个参考点将立方体载体紧靠属于光学系统的相应的配合表面安置。在第二侧表面上，布置两个第二参考点。通过参考点的方式相对于光学系统的参考平面将模块排列或定位。

US2007/0133220A1公开了具有灯具室的车辆照明装置，灯具室具有设置在其中的光源单元。光源单元包括作为光源的发光装置和作为用于分布光的光分布控制构件的投影透镜。位于发光装置的透镜安装部分的远端的面支承部分与沿着投影透镜的外圆周设置的圈部的后表面相对应。

EP2428725A2描述了光学单元，其包括散热器和基部，散热器发散来自光源的热，基部包括反射器安装部段、透镜安装部段和将反射器安装部段与透镜安装部段相连接的连接部段。基部配置为使得来自光源的光被安装在反射器安装部段上的反射器反射，并入射到安装在透镜安装部段上的投影透镜上。散热器暴露于由透镜安装部段、连接部段和反射器安装部段包围的空间。

发明内容

可以考虑提出照明布置的目的，其便于光学元件相对于LED元件的准确定位。

该目的是由根据权利要求1的照明布置实现的。从属权利要求指的是本发明的优选实施例。

本发明人已经考虑到，LED元件的实际发光表面的位置是由LED芯片位置限定的。如果LED芯片被布置在载体（例如板）上，载体上的芯片的定位公差可能是公差链中的重要因素。为了克服这一点，本发明人提出具有参考框架部件的照明布置，参考框架部件包括用于光学元件的准确定位的参考部分和框架开口，来自LED元件的光可以通过框架开口被发射。

根据本发明的照明布置包括至少一个LED元件。本文使用的术语“LED元件”指的是任何类型的单个固态照明元件或固态照明元件组，例如发光二极管、激光二极管、有机发光二极管（OLED）等。LED元件具有可以优选为平面表面的发光表面。发光表面可以优选为矩形。

为了对来自从LED元件发射的光的光照光束进行整形，提供了光学元件。本文中术语“光学元件”指的是任何类型的可以整形或改变所发射的光束的元件，例如特别是准直器、反射器、透镜等。

提供了参考框架部件，其包括框架开口和用以限定相对于框架开口的位置的参考部分。

LED元件可以被布置在框架开口之中或框架开口之后，使得从LED元件发射的光通过框架开口被发射。至少一条框架边（本文称之为第一框架边）被布置以遮挡从LED元件发射的一部分光。因此，至少第一框架边是光学活跃的，即有助于整形通过框架开口发射的光束。在优选实施例中，多于一个框架边可以遮挡从LED元件发射的光。

通过使用由一个或多个框架边进行定界的框架开口，一个或多个框架边部分地遮挡从LED元件发射的光，LED元件相对于各个框架边的实际定位（例如在其载体上）不再助长公差链。光学系统、且特别是光学元件，可以相对于框架开口、且特别是相对于第一框架边而非相对于LED元件的实际位置被参考。

光学元件的参考是通过提供参考框架部件上的参考部分实现的，参考部分至少包括：参考框架部件的第一表面部分上的第一参考部分，第一表面部分为平行于发光表面（Z-参考）布置；参考框架部件的第二表面部分上的第二参考部分，第二表面部分为垂直于第一表面部分（X-参考）布置；以及参考框架部件的第三表面部分上的第三参考部分（Y-参考），第三表面部分为垂直于第一表面部分和第二表面部分两者布置。因此，参考框架部件为光学元件在三个轴（例如，垂直于发光表面的Z轴和平行于发光表面的X轴与Y轴）的方向上的布置提供参考部分。在各个表面上提供的每个参考部分可以是适合于由光学元件的相应部件接触的任何形状。尽管如结合优选实施例将变得显而易见的，参考部分可以优选地利用各个表面部分外的突出部提供，但也可能将参考部分提供为表面部分的平的部件、或者洞或凹口。

光学元件被布置为与至少位于第一、第二和第三参考部分的参考框架部件接触，以限定其相对于框架开口的位置。以这种方式，可以实现非常小的公差，因为参考部分和框架边—特别是第一框架边—被布置在相同元件上。优选地，可以提供参考框架部件使得至少第一框架边和第一、第二及第三参考部分作为单个物体来提供，而不是从几个部件组合而来。尤其优选提供完整一件的参考框架部件。例如，参考框架部件可以例如通过注塑成型由塑料制成。可替换地，参考框架部件可以由其他材料制成，例如陶瓷、金属或嵌入塑料的金属。

通过使用优选地提供在LED元件和光学元件之间的参考框架部件，因此可能实现光学元件相对于LED元件的光的非常准确的定位，因为LED元件的光是通过框架开口发射的，且至少在第一框架边处被部分地遮挡。例如反射器的光学元件的定位可以在全部三个轴的方向上实现。

根据本发明的优选实施例，框架开口的深度或厚度是相对小的。优选框架边具有小于框架开口的宽度的厚度（在主要光发射方向上测量，即在垂直于发光表面的方向上测量）。框架开口的宽度可以被例如作为相对的框架边之间的距离测量。对于矩形框架，可能存在大宽度（在短边之间测量）和小宽度（在长边之间测量）。优选框架边的深度或厚度小于甚至是框架开口的最小宽度。特别优选的是小于框架开口的最小宽度的一半的厚度。

优选地，框架边的内表面直着延伸到主要光发射方向中，即被布置为垂直于发光表面，或被布置为向内倾斜，使得框架开口到光学元件小于较低的框架边之间的距离，来自LED元件的光在较低的框架边之间进入。因此，优选框架边不向外倾斜。至少一个、优选全部框架边直着或向内倾斜布置，可以有助于实现在边处的一定遮挡，并获得良好限定的发光区域。

进一步地，优选框架边具有非镜面内表面。以这种方式，框架边可以更好地适合于遮挡所发射的光的部分，且因此对有效光发射区域进行定界而不引入反射。进一步优选地，框架边的表面可以是白色，即具有高于90%的反射率。

根据本发明，可以将LED元件相对于框架边布置，使得当从主要光发射方向观看时，发光表面至少延伸直到全部框架边。LED元件的发光表面也可能可以延伸超过框架边一定（优选小）距离，即如果从主要光发射方向观看，发光表面可以被至少一条框架边部分地覆盖。尽管光的一定部分之后通过遮蔽而消失，且总光通量降低，但这确保框架开口可以全部被照亮，使得其框架边构成有效发光表面的准确边界。

尽管可以提供其他类型的光学元件，但与参考框架部件接触的光学元件优选为反射器。特别地，优选为圆顶状反射器。如结合优选实施例将变得显而易见的，反射器的反射表面优选覆盖LED照明元件的主要光发射方向，使得从反射器发射的光照光束的光学轴被布置在与LED元件的原主要光发射方向成一角度处。

在本发明的优选实施例中，可以将散热器布置为与LED元件热接触。任何可以耗散由LED元件生成的热的形状和材料的物体可以用作散热器。优选地，散热器是由金属制成的，特别是由具有良好热传导性的金属制成，诸如例如铜或铝。进一步地，优选散热器包括热耗散结构，例如实现扩大表面的翅片或其他突出部。优选地，可以将参考框架部件布置在散热器和光学元件之间。

可以提供至少一个弹簧元件，以施加力来将光学元件压靠在至少一个参考部分上。一个或多个弹簧元件可以在全部三个轴方向X、Y和Z上将光学元件向参考框架部件推。特别地，优选布置弹簧用于在光学元件和散热器之间施加力，从而将参考框架部件夹在两者之间。

根据一个优选实施例，参考框架部件可以包括突起部分。可以将突起部分布置为在主要光发射方向上（即垂直于发光表面）在框架开口之上突起。如结合优选实施例将变得显而易见的，特别优选提供具有沿着远离框架开口的方向倾斜的上表面的突起部分，即随着离框架开口的横穿距离的增加，突起部分的高度（在主要光发射方向上）增加，使得最小化或避免由突起部分遮蔽光。

优选地，参考框架部件可以包括剪切掉的部分来接纳载体（例如印刷电路板（PCB）），在载体上提供LED元件。特别优选在突起部分之中提供剪切掉的部分，使得可以为电学组件提供充足空间。

附图说明

通过下面的优选实施例的描述，本发明的上述和其他特征及优势将变得显而易见，其中

图1示出了照明布置的实施例的侧视图；

图2示出了图1的照明布置的参考框架部件的透视图；

图3-5示出了图2的参考框架部件的俯视图、正视图和侧视图；

图6示出了图1的照明布置的剖面图；

图6a示出了图6中部分A的放大图。

具体实施方式

图1示出了LED照明模块（照明布置）10的侧视图，包括作为光学元件的圆顶状反射器12。照明布置10还包括参考框架部件14和散热器16。参考框架部件14被提供为夹在反射器12和散热器16之间。弹簧18（符号化示出）将反射器12向散热器16推进，在示出的示例中沿着Z轴的方向。

如图1所示，反射器12与参考部分20a、20b、20c直接机械接触，参考部分20a、20b、20c被提供在参考框架部件14上。

图2-5示出了参考框架部件14，在示出的实施例中，其一般包括平板状主体22和在平板状主体22的平面上方在Z轴方向上延伸的突起部分24。参考框架部件14被提供为单个塑料物体。它包括内部的剪切掉的部分32，向较低侧开口。

参考框架部件14包括由框架边28a、28b、28c、28d进行定界的矩形框架开口26。两个较短框架边28c、28d和两个较长框架边28a、28b是彼此相对布置的。

在参考框架部件14的表面上提供的是参考部分20a、20b、20c、20d。在示出的示例中，参考部分是在各个表面上提供的微小的圆突出部。如解释的那样，参考部分用于反射器12的定位。因此，在可替换的实施例（未示出）中，参考部分可以是适合于达到与反射器12的相应部件邻接接触的不同形状，例如除了示例中示出的其他形状的突起突出部，或者参考框架部件14的洞、凹口、剪切掉的部分、或平面表面。

在主平板体22的上表面上和倾斜部分24的上、直表面部分上提供突出部20a、20b。各表面为垂直于Z轴布置。因此，参考部分20a、20b充当反射器12在Z轴方向上的准确定位的参考。

在如图2-5示出的主平板体22的边表面上提供参考部分20c。在其上提供它们的边表面为垂直于Y轴布置，从而平行于X轴和Z轴。因此，参考部分20c可以有助于相对于Y轴定位反射器12。

参考部分20d被布置在主平板体22的另外的边表面，该边表面垂直于X轴且平行于Z轴和Y轴。因此，参考部分20d可以有助于相对于X轴定位反射器12。

图6以剖面图示出了照明布置10。圆顶状反射器12是中空的，并具有内反射器表面34。布置在参考框架部件14的剪切掉的部分32中的是印刷电路板36。布置在印刷电路板36上的是LED芯片30，正如也可以从图6a的放大图看到的那样。在参考框架部件14的中空突起部分24中的印刷电路板36上提供用于操作LED芯片30的另外的电学组件。

印刷电路板36被布置在散热器16上，使得电学组件和特别是LED芯片30是热接触的且可以将热耗散。

特别是如从图6a的放大图可以看到的，LED芯片30被布置在框架开口26之下，使得来自上发光表面38的在主要光发射方向L上的光通过框架开口26被发射。

框架边28a、28b、28c、28d的内表面40是直的且平行于主要光发射方向L，垂直于发光表面38。

框架开口的厚度d，即在方向L上的延伸，与宽度w相比相对小。在图6a的视图中，示出了在矩形框架开口26长框架边28a、28b之间的最小宽度w。厚度d小于最小宽度w的一半。

如从图6a可以看到的，当从方向L观看，LED芯片30延伸直到框架边28a、28b。由于发光表面38作为朗伯发射器的性质，因此框架边28a、28b遮挡从发光表面38发射的光的一定部分。在横穿方向（未示出）上，LED芯片30也延伸直到短框架边28c、28d，因此短框架边28c、28d也遮挡所发射的光的一部分。既然由此LED芯片30的发光表面38完全充满框架开口26，则此开口可以视为有效发光区域，与LED芯片30在印刷电路板36上或相对于参考框架部件14的准确定位无关。

尽管框架开口26作为有效发光区域的使用允许在LED芯片30的定位和参考框架部件14之间存在一定量的公差，仍优选在相对布置中实现良好的精确度。因此，可以优选布置和固定参考框架部件14，使得框架边28a、28b、28c、28d非常靠近发光表面38的边界。在生产期间，相对布置可以通过单独的对准步骤实现。LED芯片30、印刷电路板36和参考框架部件14可以通过刚性连接（例如通过焊接、胶接、复合模塑工艺等）固定在相对于彼此对准过的位置上。

为了解决在相对布置中增加的公差量，可以考虑（未在图中示出）提供具有稍大于框架开口26的宽度w的发光表面38的LED芯片30。因此，当从垂直方向L观看时，框架边28a、28b、28c、28d的一个或多个可以覆盖发光区域38的一定部分；即，发光区域38可以延伸超过框架开口26下的一个或多个框架边。为了光学系统剩余组件的设计的目的，可以将框架开口26考虑为有效发光区域，而不是LED芯片30的实际发光表面38。

在照明布置10的操作中，来自LED芯片30的发光表面38的光通过框架开口26发射进入反射器12的内部。所发射的光在边28a、28b、28c、28d处被部分地遮挡。然而，参考框架部件14的突起部分24以一倾斜角度布置，使得通过框架开口26的所发射的光没有被进一步遮挡的部分。

如图6所示，从LED芯片30发射的光在反射器12的反射内表面34处被反射，以形成从反射器开口44发射的光照光束42。布置圆顶状反射器12，使得光照光束42完全由在反射表面34处反射的光束组成，没有来自LED芯片30的直接光。如果LED模块10用于汽车前部照明，则光照光束42包括根据各规则的光强分布，其中光强分布可以例如包括明/暗切换。光照光束42的光强分布是通过反射器12（在图中仅符号化示出）的反射表面34的形状实现的。特别地，光照光束42的光强分布中的明/暗切换可以通过框架开口26的边中的一条（例如长边28b）的反射实现。

反射器12相对于全部三个轴X、Y和Z参考参考框架部件14来定位。在Z轴方向上，反射器12被压靠在参考框架部件14的上表面上的参考部分20a、20b上。对于Y轴方向上的定位，反射器12的一凸片被压靠在参考框架部件14的第一边表面上的参考部分20c上。相对于X轴，反射器12的另一凸片被压靠在在参考框架部件14的第二边表面上提供的参考部分20d上。

由于参考部分20a、20b、20c、20d与框架边28a、28b、28c、28d一起在一个部件中被提供，反射器12相对于充当有效发光区域的框架开口26的定位可以以很小的公差被提供。

尽管在附图和前面的描述中已经详细图示和描述了本发明，这种图示和描述将被认为是说明性或示例性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。

例如，在反射器12之外或替代反射器12，照明布置和另外的光学系统可以包括另外的或其他的光学元件，例如其他类型和形状的反射器、透镜等。

本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过学习附图、公开内容以及所附权利要求，可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施这一纯粹事实不表示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (12)

1.照明布置，包括：

至少一个具有发光表面（38）的LED元件（30），

参考框架部件（14），包括由框架边（28a、28b、28c、28d）进行定界的矩形的框架开口（26），

所述LED元件（30）被布置使得来自所述发光表面（38）的光通过所述框架开口（26）被发射并至少由第一框架边（28b）部分地遮挡，

所述LED元件（30）的所述发光表面（38）延伸至少到达所述框架边（28a、28b、28c、28d），以确保所述框架开口（26）被完全照亮，使得所述框架边（28a、28b、28c、28d）构成所述LED元件（30）的有效发光表面的准确边界，

所述参考框架部件（14）还包括参考部分（20a、20b、20c、20d），以限定相对于所述框架开口（26）的位置，所述参考部分至少包括：

第一参考部分（20a、20b），其在与所述发光表面（38）平行布置的所述参考框架部件（14）的第一表面部分上，

第二参考部分（20c），其在与所述第一表面部分垂直布置的所述参考框架部件（14）的第二表面部分上，

第三参考部分（20d），其在与所述第一和第二表面部分两者垂直布置的所述参考框架部件（14）的第三表面部分上，以及

光学元件（12），用于对来自所述LED元件（30）的通过所述框架开口（26）发射的光的光照光束（42）进行整形，所述光学元件（12）被布置为与所述参考框架部件（14）在所述第一、第二和第三参考部分（20a、20b、20c、20d）处接触，以限定所述光学元件（12）相对于所述框架开口（26）的位置。

2.根据权利要求1的照明布置，其中

所述框架边（28a、28b、28c）在垂直于所述发光表面（38）的方向上具有厚度（d），

所述厚度（d）小于所述框架开口（26）的宽度（w）。

3.根据上述权利要求中任一项的照明布置，其中

所述框架边（28a、28b、28c、28d）具有垂直于所述发光表面（38）布置的内表面（40），或所述内表面（40）向内倾斜布置。

4.根据上述权利要求中任一项的照明布置，其中

所述框架边（28a、28b、28c、28d）具有非镜面内表面（40）。

5.根据上述权利要求中任一项的照明布置，其中

所述光学元件是反射器（12）。

6.根据权利要求5的照明布置，其中

所述反射器（12）是圆顶状。

7.根据上述权利要求中任一项的照明布置，其中

散热器（16）被布置为与所述LED元件（30）热接触，

所述参考框架部件（14）被布置在所述散热器（16）和所述光学元件（12）之间。

8.根据上述权利要求中任一项的照明布置，其中

提供弹簧元件（18）以施加力来将所述光学元件（12）压靠在所述参考部分（20a、20b、20c、20d）的至少一个上。

9.根据权利要求7和8的照明布置，其中

所述弹簧（18）被布置为在所述光学元件（12）和所述散热器（16）之间施加所述力。

10.根据上述权利要求中任一项的照明布置，其中

所述参考框架部件（14）包括突起部分（24），其被布置为在垂直于所述发光表面（38）的方向上在所述框架开口（26）之上突起。

11.根据权利要求10的照明布置，其中

所述突起部分（24）包括上表面，所述上表面在远离所述框架开口（26）的方向上倾斜。

12.根据上述权利要求中任一项的照明布置，其中

所述参考框架部件（14）包括剪切掉的部分（32），以接纳载体（36），所述载体（36）上提供所述LED元件（30）。