CN114353011A - 用于机动车辆前照灯的微型投影光模块的投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于机动车辆前照灯的微型投影光模块的一件式投影装置，其具有多个微型投影仪，所述多个微型投影仪中的每一个具有光圈。光圈由第一子容腔和第二子容腔组成，所述第一子容腔和所述第二子容腔除了横向于长度的宽度和高度之外，还具有平行于长度延伸的深度，所述深度大于微型投影仪的长度的5％并且沿所述微型投影仪的长度的方向延伸，其中，所述第一子容腔的透射率小于所述第二子容腔的透射率。

Description

用于机动车辆前照灯的微型投影光模块的投影装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于机动车辆前灯的微型投影光模块的一件式投影装置。这种投影装置从WO2019/120900A中已知。

背景技术

另一种用于机动车辆前照灯的微型投影光模块的投影装置从DE102018101991B3已知。

除了这些机动车辆前照灯的光模块外，用于前照灯的常规光模块概念主要基于LED光源或激光光源，其光由初级光学器件收集并通过作为投影光学器件的透镜符合规则地分布在道路上。

通常，力求实现具有高效率、低的结构深度和高的公差不敏感性的价格低廉的光模块。即使与传统卤素灯相比，LED或激光光源可以实现更低的结构深度，但传统的光模块仍然具有10-20cm的典型结构深度。

减少结构深度的一种方法是缩短光学器件的焦距。在此，一个重要因素是透镜的最大可能曲率，这主要依赖于其折射率和其尺寸。

聚碳酸酯、硅树脂或玻璃等典型透镜材料的折射率n在n＝1.4-1.6的范围内并因此只能有条件地变化。减小投影装置的尺寸的一种可行方案是使用具有多个按行和列布置的微型投影仪的投影装置。WO2019/120900A和DE102018101991B3示出了这种投影装置。

通常，所谓的微型投影光模块由至少一个光源(通常为LED光源)、至少一个准直光学器件(通常为TIR光学器件(TIR：total internal reflection，全内反射)和多个微型投影仪组成，该多个微型投影仪中的每一个具有光入射光学元件、光圈和光出射光学元件。通过将多个这种微型投影仪以组合方式布置成微型投影光模块的投影装置，投影装置的尺寸可以从对于投影透镜典型的～80mm(B)×30mm(H)的值减小到小于1mm×1mm的值，这一方面可以实现1mm和10mm之间的焦距，但另一方面导致不期望的高的制造公差。

当前用于控制制造公差的解决方案在多件式微型投影仪的情况下需要通过使用压电致动器设定光圈的入射光学器件来进行昂贵的重新调整(参见EP336559381)。在光入射面、光圈装置和光出射面实施成一件式的投影光学器件的情况下，如在WO2019/120900A中的情况那样，对于例如由金属层和黑漆制成的光圈的制造过程，需要从工具中多次移除部件。由此产生对各个层相对于彼此定位的高要求，这导致不期望的高成本。

发明内容

在此背景下，本发明的目的是提供一种具有低的结构深度的投影装置，其价格低廉且对公差不敏感，并且不需要对微型投影仪进行复杂的重新调整。

另一目的是提出一种用于制造具有本发明的装置特征的投影装置的方法。

该目的针对其装置方面由权利要求1的特征来实现，并且针对其方法方面由独立方法权利要求的特征来实现。

本发明与根据WO2019/120900A1的投影装置的不同之处在于，光圈由第一子容腔和第二子容腔组成，该第一子容腔和该第二子容腔除了横向于长度的宽度和高度之外，还具有平行于长度延伸的深度，该深度大于微型投影仪的长度的5％并且沿微型投影仪的长度的方向延伸，并且其中，第一子容腔的透射率小于第二子容腔的透射率。因此，第一子容腔是暗子容腔。

在此，光圈不仅具有形成明暗边界的轮廓的功能，而且具有防止微型投影仪之间的串扰的功能。到目前为止，这两个功能只能通过两个分开的构件(参见EP3365593B1)来实现。

代替金属的、金属化的或涂漆层的光圈，在本发明中使用以第二子容腔形式的光圈，该第二子容腔比第一子容腔更不透光。

光圈可以采用与透光的透镜材料相同的注塑方法来制造。因此，在制造过程中无需移除构件，由此大大减少了整体公差，并且无需执行成本昂贵的重新处理和重新调整方法。

与金属嵌入件相比，可以适配光圈边缘的曲率，以减少成像误差，例如视场曲率。

一种优选设计方案的特征在于，第二子容腔的横向于长度的横截面在第二子容腔的面向光入射光学器件的端部处是最小，并且在第二子容腔的面向光出射光学器件的端部处是最大。

优选的是，第二子容腔具有对于波长为500nm的光小于1/mm的吸收系数。这种材料在下文中也称为透光的。

还优选的是，第二子容腔具有对于波长为500nm的光大于5/mm的吸收系数。这种材料在下文中也称为几乎不透光的。

另一优选设计方案的特征在于，第一子容腔填充有掺有颗粒的载体材料。颗粒具有散射部分光(优选为朗伯辐射体)和吸收部分光的特性，以便以这种方式降低透光率并因此达到遮光效果。

载体材料优选地与第二透光子容腔的材料相同。由此产生第一子容腔和第二子容腔的相同(或相似，即相差最大10％)的热膨胀系数的优点。对于前照灯的温度范围T＝-40℃-180℃，与作为嵌入件的金属光圈相比(参见DE102016112617B3或WO2015/058227A1)，预计不会由于光圈和透镜的不同膨胀而导致光图像失真。

还优选的是，颗粒是白色或灰色的TiO₂颗粒。

还优选的是，第一子容腔填充有材料，并且第一子容腔的材料与第二子容积的材料的折射率相差不大于10％。

由此，防止了不透光的层处的菲涅尔反射，这会在道路上产生不需要的成像。

另一优选设计方案的特征在于，光入射面为凸曲的或平坦的。通过光入射面的成型，可以控制投影装置的光分布的明暗边界的曲率。

还优选的是，在第一步骤中，通过注塑过程生成一件式光圈层，其中，光圈的第二子容腔直接彼此相邻地按行和列布置并且填充有掺有颗粒的载体材料。

还优选的是，在第二步骤中，用材料填充第一子容腔并且注塑光出射光学器件。

另一优选设计方案的特征在于，在第三步骤中，将光入射光学器件注塑到由第一步骤产生的结构上。

不言而喻，在不脱离本发明的范围的情况下，上面提到的和下面将要说明的特征不仅可以以分别指定的组合来使用，而且可以以其他组合或单独来使用。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在以下描述中更详细地予以说明。在这里，不同图中的相同附图标记分别表示相同或至少在其功能方面可比的元件。附图分别以示意图形式示出：

图1示出了具有投影装置的投影光模块；

图2示出了图1的投影光模块的截面；

图3以斜视图示出了单个微型投影仪；

图4示出了透过光圈的透光的第二子容腔的光的一条光束路径；

图5示出了从准直辅助光学器件入射到根据本发明的投影光学器件的一个实施例的光的四条光束路径；

图6示出了用于制造根据本发明的投影装置的一个实施例的第一方法步骤的结果；

图7示出了用于制造根据本发明的投影装置的一个实施例的第二步骤的结果；

图8示出了用于制造根据本发明的投影装置的一个实施例的第三步骤的结果；

图9示出了第一子容腔的可能形状；以及

图10示出了第一子容腔的另一可能形状。

具体实施方式

详细地，图1示出了微型投影光模块10的结构。光源12(例如LED、激光)的光由辅助光学器件14准直并照亮投影装置16，该投影装置16将光投影到道路上。在此，投影装置16由多个按行和列的阵列布置的微型投影仪18形成。

图2示出了图1的微型投影光模块10的截面。该截面当按规定在机动车辆中使用时平行于由装置的光轴20和垂直线22跨越的平面。

投影装置16由第一透光层24、光圈层26和第二透光层28组成，其中，光圈层26又包含几乎不透光的第一子容腔30和透光的第二子容腔32。

投影装置16是一件式。它仅由以一体式-材料配合方式相连的材料组成。每个微型投影仪18具有光入射光学器件34和光出射光学器件36。光入射光学器件34具有光入射面38。光出射光学器件36具有光出射面40。每个微型投影仪18的长度l为其光出射面40与其光入射面38之间的最大距离。每个微型投影仪18具有光圈42，该光圈42布置在光入射光学器件34和光出射光学器件36之间。

光圈42由第一子容腔30和第二子容腔32组成。两个子容腔30、32除了横向于长度的、垂直于图平面延伸的宽度和平行于垂直线22的高度之外，还具有平行于长度1延伸的深度，该深度大于微型投影仪18的长度的5％并沿微型投影仪的长度1的方向延伸。深度对应于子容腔30、32沿1方向的长度。

第一子容腔30的透射率小于第二子容腔32的透射率。因此，第一子容腔30是光圈42的遮光暗部并在下文中也称为几乎不透光的。而第二子容腔32在下文中也称为透光的。

第二子容腔的横向于长度的横截面在第二子容腔的面向光入射光学器件的端部处是最小，并且在第二子容腔的面向光出射光学器件的端部处是最大。在两者之间，横截面在一种设计方案中单调且连续地变化。也可以设想沿长度弯曲的曲线走向。优选地，线性地进行横截面变化。

图3以斜视图示意性示出了单个微型投影仪18。射到光入射光学器件34的光由该光入射光学器件34聚束到用作光圈42的几乎不透光的第一子容腔30上，并且要么在不透光的第一子容腔30处被散射或吸收，要么在透光的第二子容腔30处透射。

在此，不透光的第一子容腔32生成明暗边界的轮廓，该轮廓由光出射光学器件34投影到投影装置前方，从而在按规定使用时生成光分布(例如近光分布)。

不透光的第一子容腔30具有避免微型投影仪18之间串扰的附加效果。在这里，串扰应理解为，来自微型投影仪18的透光的第二子容腔32的光到达另一微型投影仪的透光的第二子容腔。

这会由以下情况产生，即，从准直辅助光学器件14实际射出的光束没有完全平行取向并仍然具有几度的张角。这种在一定程度上剩余的张角会导致光束从微型投影仪的光出射光学器件投射到相邻微型投影仪的光出射光学器件，这将导致在所期望的光分布的上方或下方或左侧或右侧的道路上的光出射光学器件的成像。

图4示出了透过光圈42的透光的第二子容腔32的光L1的一条光束路径。光圈42的不透光的第一子容腔30优选地如此显现，使得可以避免微型投影仪之间的串扰，例如通过遵循束锥的轮廓的轮廓或通过在深度方向上的弯曲的曲线走向。为了实现尽可能大的遮光，优选的是，子容腔尽可能靠近光出射面40延伸。

图5示出的是，对于从准直辅助光学器件14入射的光束可以区分以下四种情况。

光束L2横穿透光的第二子容腔32并因此有助于生成符合规则的光分布。

光束L3在几乎不透光的第一子容腔30处被多次散射和/或部分吸收。光束L3在几乎不透光的第一子容腔30上被多次散射和/或部分吸收。这些光束L3中没有显著成分有助于生成符合规则的光分布。

光束L4在几乎不透光的第一子容腔30内被多次散射和/或吸收。光束L4不投射到相邻微型投影仪的透光的第二子容腔32中。由此，防止了微型投影仪之间的串扰。这些光束L4中没有显著成分有助于生成符合规则的光分布。

光束L5在不透光的第一子容腔30和透光的第二子容腔32之间的边界处被多次散射和/或部分吸收，然后又进入到透光的第二子容腔32中。这些光束L5有助于生成符合规则的光分布。

在上述情况中，光束L2和L3确保具有限定的明暗边界的光分布。第三种情况(光束L4)减少了微型投影仪之间的串扰，并且光束L5柔化了明暗边界，即减少了明暗边界的清晰度。光束L5的大范围出现是不期望的。然而，可以通过改变几乎不透光的第一子容腔的材料特性可预见地影响该范围。

因此，几乎不透光的第一子容腔30的材料应具有以下特性：

该材料优选地由掺有颗粒的载体材料组成。颗粒具有散射部分光(优选为朗伯辐射体)和吸收部分光的特性。例如，白色或灰色的TiO₂颗粒适合作为材料。

颗粒的封装密度和吸收特性应如此选择，使得一方面一小部分光束对应于光束L5。另一方面，光应广泛分布在两个子容腔之间的界面处，以将局部热量输入保持得尽可能少。

因此，典型地，几乎透光的第二子容腔的材料在垂直入射的光束的情况下具有在500nm的波长时小于1/mm的吸收系数。

两个子容腔的材料的折射率应几乎相同。由此，防止了不透光的层处的菲涅尔反射，该菲涅尔反射会在道路上生成不需要的成像。

几乎不透光的第一子容腔30应尽可能靠近光出射面34延伸。在一种设计方案中，两个子容腔30、32的长度应至少是光出射光学器件的长度的一半大。换句话说：子容腔的长度应大于光出射面与几乎不透光的第一子容腔之间的距离的50％。

原则上，通过本发明能够制造整个一件式投影装置18，而无需在此期间移除构件。对于投影装置18的构件的注塑过程，可以设想以下三个步骤：

在第一步骤中，将几乎不透光的第一子容腔30按行和列的布置进行注塑。该步骤的结果是如图6所示的光圈层。行数和列数可以与图6的图示不同。在图6中，尤其可以看到光圈层26的面向稍后要注塑的光入射光学器件的前侧。

优选地，该层具有平坦的后侧(在光入射方向上观察，在图6中由光圈层覆盖)和平坦的或弯曲的前侧。平坦侧在此应理解为后侧的点都位于一个平面内。

弯曲的后侧在此应理解为，前侧的各自属于微型投影仪的光圈的点位于弯曲的圆柱形侧面上，其中，圆柱体的轴线在按规定使用时平行于垂直线。

通过前侧的形状可以控制明暗边界的曲率。因此，可以设想，如图9、图10所示，产生笔直(H')或弯曲(H”)的明暗边界的原型。通过合适的H”曲率可以校正成像误差，例如像场曲率。

在第二步骤中，将光出射光学器件36以第二透光层28的形式注塑到光圈层的后侧上。在这里，向第二子容腔32填充光出射光学器件36的透光材料。图7示出了第二步骤的结果。

于是，各个第二子容腔32具有面向稍后要注塑的光入射光学器件的前侧。图7示出了用于制造根据本发明的投影装置的实施例的第二步骤的结果。

图9示出了第二子容腔32的可能形状。该子容腔具有平坦的前侧。

图10示出了第二子容腔的另一可能形状。该子容腔具有在垂直方向上平坦的且在横向于垂直线的平面中由弯曲伸展的线界定的前侧。

几乎不透光的第一子容腔30的在第一步骤中生成的前侧优选地各自具有与其相关联的第二子容腔32相同的形状。所提及的线的曲率以及因此前侧的曲率影响当按规定使用投影装置时产生的明暗边界的形状。

各个第一子容腔30还具有形成投影装置的光出射侧的后侧。

因此，总体上，在第二步骤中生成的层在其前侧上具有影响明暗边界的曲率并在其后侧上具有光出射光学器件的形状。

图8示出了第三步骤的结果。在第三步骤中，将光入射光学器件34注塑到在第二步骤中生成的层的前侧上。光入射光学器件34由透光材料制成。

这三个步骤不一定必须按照所描述的顺序进行，也可以同时进行。另一种顺序也是可能的。例如可以设想，首先生成具有透光的第一子容腔的光圈层，然后才生成不透光的第二子容腔。第二步骤也可以与第三步骤同时进行。

Claims (11)

1.一种用于机动车辆前照灯的微型投影光模块(10)的一件式投影装置(16)，其具有多个按行和列布置的微型投影仪(18)，所述微型投影仪(18)中的每一个具有光入射光学器件(34)，所述光入射光学器件(34)具有光入射面(38)，并且所述微型投影仪(18)中的每一个具有光出射光学器件(36)，所述光出射光学器件(36)具有光出射面(40)，并且其中，每个微型投影仪(18)的长度为其光出射面(40)与其光入射面(38)之间的最大距离，并且所述微型投影仪(18)中的每一个具有光圈(42)，所述光圈(42)布置在所述光入射光学器件(34)和所述光出射光学器件(36)之间，其特征在于，所述光圈(42)由第一子容腔(30)和第二子容腔(32)组成，所述第一子容腔(30)和所述第二子容腔(32)除了横向于长度的宽度和高度之外，还具有平行于长度延伸的深度，所述深度大于所述微型投影仪(18)的长度的5％并且沿所述微型投影仪(18)的长度的方向延伸，并且其中，所述第一子容腔(30)的透射率小于所述第二子容腔(32)的透射率。

2.根据权利要求1所述的投影装置(16)，其特征在于，所述第二子容腔(32)的横向于长度的横截面在所述第二子容腔(32)的面向所述光入射光学器件(34)的端部处是最小，并且在所述第二子容腔(32)的面向所述光出射光学器件(38)的端部处是最大。

3.根据权利要求1或2所述的投影装置(16)，其特征在于，所述第一子容腔(30)具有对于波长为500nm的光大于5/mm的吸收系数。

4.根据前述权利要求中任一项所述的投影装置(16)，其特征在于，所述第二子容腔(32)具有对于波长为500nm的光小于1/mm的吸收系数。

5.根据前述权利要求中任一项所述的投影装置(16)，其特征在于，所述第一子容腔(30)填充有掺有颗粒的载体材料。

6.根据权利要求5所述的投影装置(16)，其特征在于，所述颗粒是白色或灰色的TiO₂颗粒。

7.根据权利要求6所述的投影装置(16)，其特征在于，所述第二子容腔(32)填充有材料，并且所述第一子容腔(30)的材料与第二子容积(32)的材料的折射率相差不大于10％。

8.根据前述权利要求中任一项所述的投影装置(16)，其特征在于，所述光入射面(36)为凸曲的或平坦的。

9.一种用于制造具有权利要求1的特征的投影装置(16)的方法，其特征在于，在第一步骤中，通过注塑过程生成一件式光圈层(26)，其中，所述光圈(42)的所述第一子容腔(30)直接彼此相邻地按行和列布置并且填充有掺有颗粒的载体材料。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在第二步骤中，用材料填充所述第一子容腔(30)并且注塑所述光出射光学器件(36)。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在第三步骤中，将所述光入射光学器件(34)注塑到由所述第一步骤产生的结构上。

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