光学元件、光学模块和车辆的制作方法

本发明涉及一种光学元件、光学模块和车辆。

背景技术：

车辆、特别机动车辆配有大灯，也称为前照灯，用于在能见度低或夜晚的情况下照亮车辆前方的道路。这些大灯主要用于产生两种类型的照明模式，即，近光模式和远光模式。在近光模式下，光束有非常明显的明暗截止线，能够在没有干扰其他的道路参与者的情况下提供照明。在远光模式下，能够照亮车辆前方更远的距离。这两种模式可根据实际情况进行手动或自动切换。

de102006042749公开了一种用于车辆前灯的照明装置，其包括led光源和在半空间中具有两个焦点的椭圆形反光镜。led光源放置在反光镜的第一焦点处，接近反光镜。led光源发出的光由反光镜朝第二焦点反射，被称为偏转器的反光表面定位在第二焦点处。该反光表面包括位于面向反光镜侧和背离反光镜侧的边缘。这些边缘被称为“截止边缘”。由反光镜反射的光束的一部分照到反光表面并且在此被反射。光束的另一部分经过一个或多个截止边缘并且不被反光表面偏转。因此，截止边缘限定光束的被反射并且因此被偏转的部分和未被反射的部分之间的边界。透镜定位在反光表面后方，并且透镜的焦点对应于椭圆形反光镜的第二焦点。由于具有截止边缘的反光表面使光束的一部分“偏转”，以形成由透镜发出的光束的截止线，该反光表面被称为偏转器。偏转器可沿着与反光镜的光学轴线平行的轴线移动。该可动性使得可以提供远光功能和近光功能。该车辆前灯要求模块必须具有高的精度，制造成本较高。

此外，在机动车辆技术领域中需要能够以“局部道路照明模式”照明车辆前方的道路，即，在远光光束中生成一个或多个暗区，以在照射尽可能多的道路的同时避免使其他的道路参与者、尤其司机炫目。该功能称为自适应性远光光束（adb，即，adaptivedrivingbeam）功能，其旨在自动地检测易于被在远光模式中由前灯发出的照明光束干扰的道路参与者，并且改变该照明光束的轮廓，以在检测到的道路参与者的位置处产生阴影区域。adb功能例如能改进的用户舒适度、相对于近光模式的更优的能见度以及更安全的驾驶状况等等。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于提出一种光学元件、具有该光学元件的光学模块和车辆。借助于该光学元件，能够以特别紧凑的结构产生预定的光分布，并能实现低的制造和装配成本。

为此，本发明提出了一种尤其用于车辆大灯的光学元件，该光学元件包括：光入射区段，其用于接收直接来自光源的光，例如来自车辆大灯的光源组件的光；光出射区段，其具有焦平面；第三区段，其将来自光入射区段的光以预定的方式朝光出射区段引导，以产生预定的近光分布或远光分布，其中，光学元件一体地实施。通过一体实施的这种光学元件，仅需将光学元件安置在相对于光源的预定的位置处，便可产生要求的近光和远光分布，由此使得安装变得简单。在此，对于直接接收光的光入射区段，其入光面可采用目前已知的任何结构，例如入光面可具有朝向光源的居中的凸起和设置在该凸起外围的环形锥面，该环形锥面的锥形开口朝向光源。

根据本发明的实施例，第三区段可设置在光入射区段和光出射区段之间。

根据本发明的实施例，第三区段具有凹部，该凹部的表面相应形成面向光入射区段的第一光折射面、面向光出射区段的第二光折射面和在第一光折射面与第二光折射面之间的光反射面，其中，第一光折射面的至少部分区域的焦平面与光出射区段的焦平面至少近似重合。在此，光反射面可进行涂覆处理，例如涂覆有金属反射层，例如铝层。第一光折射面与第二光折射面中的至少一个可进行增透处理，例如设有增透膜。由此进一步提升光利用率。

光反射面的前缘具有曲线轮廓，以用于形成截止线。在此，例如大致地在截止边缘的中部尤其具有台阶形状。

根据本发明的实施例，凹部为穿透部。

光入射区段具有第一光入射区域和第二光入射区域，第一光入射区域和第二光入射区域分别具有至少一个光入射部位、并且布置在不同的排中，以便用于分配给产生不同的光分布的光源。

根据本发明的实施例，第一光入射区域和第二光入射区域上下相叠地布置。

根据本发明的实施例，光入射区段具有第一光入射区域和第二光入射区域，第一光入射区域和第二光入射区域上下错位地设置在凹部的面向和背离光出射区段的边缘处。

根据本发明的实施例，光学元件具有用于产生第三光分布的子区域。在此，该子区域可设置在光入射区段、光出射区段和第三区段中的至少一个处。例如，该子区域设置在第一光入射区段的相应的反光面的下部处，或设置在第三区段的第一光折射面处，或者设置在光出射区段的光出射面的进行了微型结构处理的相关区段处。由此，例如产生用于照亮标志牌的第三光分布，用于产生该第三光分布的光在焦平面处在光出射区段的光出射面的焦点下方传播。

光学元件由导光材料制成，尤其由聚碳酸酯pc、聚甲基丙烯酸甲酯pmma、硅酮、硅胶或玻璃制成。

本发明还提出了一种光学模块，尤其车辆大灯，其包括光源组件和上文所述的光学元件，光源组件分配给光学元件的光入射部。光源组件例如包括用于产生近光分布的第一光源组合和用于产生远光分布的第二光源组合。

光学模块还包括控制装置，该控制装置能够选择性地触发光源组件。

光入射区段具有第一光入射区域和第二光入射区域，光源组件包括相应分配给第一光入射区域和第二光入射区域的第一光源组合和第二光源组合，以产生近光分布和远光分布。

在此，控制装置控制光源组件的不同的光源组合以产生近光分布或远光分布，或控制同一光源组合的各单个光源，例如控制用于产生远光分布的第二光源组合的各单个光源，以产生矩阵光束，由此在需要时形成暗区。

此外，光学模块还具有检测其他道路参与者的系统，并将检测到的相关信息发送给控制装置，以相应调整光源组件，以防对其他参与者产生不利影响。例如，可以选择性地关断用于产生远光分布的光源组合的光源。

光源组件可布置在共同的保持器上，例如pcb板。当然，光源组件还可直接布置在热沉上。“直接布置”在此意指光源组件在没有pcb板的情况下布置在热沉上。

用于产生近光分布和远光分布的光源还可根据需要分别布置在自己的保持器上。

本发明还提出了一种车辆，其具有上文所述的光学元件或上文所述的光学模块。

附图说明

下面借助附图进一步阐述本发明。其中：

图1示意性地示出了根据本发明的光学元件的第一实施方式的立体图示，其中，为该光学元件配有光源组件；

图2示出了图1的光学元件的侧视图；

图3示出了图1的光学元件的俯视图；

图4示出了图1的光学元件的正视图；

图5a和图5b示出了在图1的光学元件中的近光通道的光路；

图6a和图6b示出了在图1的光学元件中的远光通道的光路；

图7示意性地示出了根据本发明的光学元件的第二实施方式的立体图示；

图8示出了图7的光学元件的仰视图；

图9示出了图8的局部放大图；

图10a、10b分别以正视图示出了在图7的光学元件中的近光通道和远光通道的光路；

图11示意性地示出了根据本发明的光学元件的第三实施方式的立体图示。

具体实施方式

在下文中示例性地说明了本发明的实施方式。如本领域的技术人员应该意识到的那样，在不背离本发明的构思的情况下，所说明的实施方式可以各种不同的方式进行修改。因此，附图和说明书本质上为示例性而非限制性的。在下文中，相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。

在图1中示意性地示出了根据本发明的光学元件1的第一实施方式的立体图示。在图2至图4中分别示出了光学元件的侧视图、俯视图和正视图。

在此，光学元件1具有：光入射区段10，其用于直接接收直接来自例如车辆大灯的光源组件5的光；光出射区段30，其具有焦平面，这还将在下文中进行阐述；第三区段20，其在此设置在光入射区段10和光出射区段30之间，并且将来自光入射区段10的光以预定的方式朝光出射区段30引导，以产生预定的光分布，例如近光分布或远光分布。在此，光学元件1一体地实施，例如由pc（聚碳酸酯）、pmma（聚甲基丙烯酸甲酯）、硅酮、硅胶或玻璃等其他合适的导光材料构成。这减少了零部件的数量，并且因此降低制造成本。

在图1中示出了光入射区段10具有第一光入射区域11和第二光入射区域12。例如，第一光入射区域11分配给用于产生近光分布的光源组合51，第二光入射区域12分配给用于产生远光分布的光源组合52。第一光入射区域11和第二光入射区域12在此相叠地布置，它们分别具有自己的光入射部位。例如，第一光入射区域11具有光入射部位11a、11b、11c和11d，而第二光入射区域12具有光入射部位12a和12b。相应的光入射部位接收来自光源组件5的光。各光入射区域的光入射部位可相同或不同地构造，以便对入射光束进行准直和/或汇聚。在图1中示出了光入射部位的外周面为锥形面，但这仅仅是示意性的，其还可为其他任何合适的形状。

第一光入射区域11和第二光入射区域12的光入射部位的数量可根据需要任意选择。各光入射区域的光入射部位可彼此平行地布置，或成预定的角度。

针对光入射部位，可如结合图4、图5a、图5b和图6a、图6b看出的那样，其至少包括入光面13和相邻于入光面的反光面14。入光面例如具有居中的面向示出的光源的凸起和布置在该凸起四周的环形锥面，锥形开口朝向光源。反光面可同样为锥面，其锥形开口背对光源，由此完成对来自光源的光束的准直或汇聚。

光源组件5可布置在未示出的保持件上，例如印刷电路板上。配有光源组件5的保持件可直接放置在热沉上，以实现产生的热量的耗散，由此降低光源组件的温度。

替代地，光源组件5可直接布置在热沉上。这进一步有利于实现光源组件产生的热量的耗散。

光源组件的各个光源可为半导体光源，例如发光二极管，诸如白色发光二极管。

在光学元件1的与光入射区段10相对而置的一端是光出射区段30，其具有光出射面31。光出射面31对到达它的光进行整形，并将整形后的光束，例如近光光束或远光光束，朝光学元件的前方投射。为此，光出射面31例如可为球面或非球面并且具有焦平面p。

设置在光学元件1的光入射区段10与光出射区段30之间的第三区段20具有设置在光学元件1中的凹部，该凹部沿横向于光出射方向的方向贯穿光学元件1，由此如在图4中的正视图中可见的那样朝上侧敞开。第三区段20具有面向光入射区段10的第一光折射面21、面向光出射区段30的第二光折射面24以及布置在它们之间的光反射面22。第二光折射面24和光反射面23在交线23处相交。交线23用于形成近光光束的截止线，这还将在下文中详细阐述。

第一光折射面21可相应于第一光入射区域11的光入射部位11a、11b、11c和11d具有子折射面21a、21b、21c和21d，它们可彼此连续地过渡或者沿光的主传播方向错位。例如，子折射面21b、21c为连续的曲面，它们的焦点至少基本上与光出射面31的焦点重合，而子折射面21a、21d相对于子折射面21b、21c错位。

当然，第一光折射面21的子折射面可根据需要作相应地调整。子折射面本身可为连续的曲面或由多个面片构成。

光反射面22沿横向于光学元件1的纵向延伸方向的方向包括第一子光反射面22a、第二子光反射面22b和第三子光反射面22c，其中，第二子光反射面22b过渡地连接不在一个平面中的第一子光反射面22a和第三子光反射面22c。上述三个子光反射面与第二光折射面24的交线23在光出射区段30的光出射面31的焦平面p中，以用于形成近光分布的截止线。由此，交线23形成截止边缘，并且具有曲线路廓。截止边缘可在中间处尤其具有台阶形状。在此，第二子光反射面22b例如可相对于第一子光反射面22a和第三子光反射面22c倾斜预定的角度，例如15°、30°、45°或其他任何适宜的角度。

当然，为了形成满足各国法规对于用于近光分布的截止线的要求，上述子光反射面的造型可根据需要进行相应的匹配修改。

光反射面22可进行涂覆处理，例如，施加有金属涂层，诸如镀铝层。

与光反射面22邻接的第二光折射面24相对于光反射面22呈预定的角度α。如在图4的正视图中可见的那样，α第二光折射面24相对于焦平面p朝光出射区段30的方向倾斜，由此α的角度大于90°，这特别有利于脱模。

现结合在图5a、图5b和图6a、图6b中示意性地说明光学元件的工作方式，其中，5a和图5b示出了在光学元件中的近光通道的光路，图6a和图6b示出了在光学元件中的远光通道的光路，光在光学元件中沿着仅仅在图5a下方用箭头示出的主传播方向h传播。

在图5a和图5b中，来自光源组合51的光经由第一光入射区域11的入光部到达其反光部。光在反光部被朝向第一光折射面21的方向反射，例如经准直或汇聚地朝向第一光折射面21的方向反射。至少一部分光在第一光折射面21处经折射朝向焦平面p传播，其中，一部分光到达中间的聚焦区域f，另一部分相应到达两侧的聚焦区域f1、f2。换句话说，光经第一光折射面21折射后主要分成三个光束，其中的一部分到达光出射面31的聚焦区域f附近，其他部分到达聚焦区域f两侧。在此，应说明的是，光经第一光折射面21折射后分成的主要光束的数量可根据需要进行选择，由此相应地匹配光入射部位的子折射面。

如从图5b中用虚线示出的典型光线可见的那样，到达焦平面p的光线的一部分直接到达光反射面22，一部分到达交线23，一部分到达第二光折射面24，其中，到达交线23的光线在此直接进入光出射区段30中，到达光反射面22的光线被朝向第二光折射面24反射，到达第二光折射面24的光在此经折射后再次进入光出射区段30中。最终，所有光线经光出射面31出射，其中，到达中间的聚焦区域f的光束被调节成与主传播方向h大致平行的光束，其他出射光束相对于主传播方向h具有预定角度，由此实现规定的出光宽度，以满足近光分布的出光要求。

在图6a和图6b中可看出，来自光源组合52的光经由第二光入射区域12的入光部到达其反光部。光在反光部被朝向光出射面31的方向反射，例如经准直或汇聚地朝向光出射面31的方向反射，被反射的光汇聚在中间的聚焦区域f处，并继续传播至光出射面31，其中，一部分光直接传播至光出射面31，另一部分经光反射面22反射后到达光出射面31。光经光出射面31折射后，产生最终期望的光分布，例如远光分布。

图6b示出了用于产生远光分布的典型光线的走向。

此外，图5b还用双点化线示出了另一光线分布，其在光反射面下方传播，并且在离开光出射面后被投射到截止线上方的区域，由此产生不同于近光分布的另一光分布，例如用于照亮标志牌。为此，在第一光入射区域11的光入射部位11a、11b、11c和11d、例如反光面的下部处可分出一单独的区域。

图7至图10a、10b示意性地示出了根据本发明的光学元件的第二实施方式。在此，光学元件1’同样具有光入射区段10’、光出射区段30’以及布置在光入射区段10’和光出射区段30’之间的第三区段20’。光入射区段10’具有用于产生近光分布的第一光入射区域11’和用于产生远光分布的第二光入射区域12’。第三区段20’具有第一光折射面21’、光反射面22’以及第二光折射面24’。光出射区段30’具有光出射面31’。在第三区段20’中，同样构造有用于产生近光分布的截止线的截止边缘23’，其具有曲线轮廓，并且在中间尤其具有台阶形状或其他适宜的形状。截止边缘处于光出射面31’的焦平面中，第一光折射面21’的至少一部分的焦点同样处于焦平面中。

然而，不同于第一实施方式的光学元件1，在第二实施方式的光学元件1’中，形成第三区段20’的凹部设置在分配给用于产生远光分布的光源的第二光入射区域12’的一侧。此外，在凹部的形成第一光折射面21’的底部设有区域28’，其用于产生不同于近光分布和远光分布的第三光分布，例如用于照亮标志牌。区域28’还将在下文中详细阐述。

示例性地示出的第一光入射区域11’和第二光入射区域12’分别具有三个光入射区段。为每个光入射区段相应配有光源。

区域28’在凹部底部设置在第一光折射面21’中间，其面向第二光折射面24’的表面具有光处理结构，以使光沿预定的方式扩散。在此，区域28’具有波浪状的横截面。为第一光入射区域11’分配的光源发出的光的一部分可到达区域28’，并在透射离开该区域之后在光反射面22’下方传播，最终产生在近光分布的截止线上方的光分布，以照亮标志牌。

光源发出的光在光学元件1’中的走向基本上类似于第一实施方式的光学元件1。对此可参见上文的说明，其中，图10a用虚线示出了近光分布的典型光线，用双点化线示出了用于照亮标志灯的典型光线，而图10b用虚线示出了用于远光分布的典型光线。

图11示意性地示出了根据本发明的光学元件的第三实施方式。

在该实施方式中，光学元件1”同样一体式地实施。在此，第三区段22”同样具有第一光折射面21”、光反射面22”、用于产生近光分布的截止线的截止边缘23”以及第二光折射面24”。光出射区段30”具有光出射面31”。截止边缘23’同样具有曲线轮廓，并且在中间尤其具有台阶形状或其他适宜的形状。截止边缘处于光出射面31”的焦平面中，第一光折射面21”的至少一部分的焦点同样处于焦平面中。光在光学元件1”中的传播基本上类似于上述实施方式。

不同于上文提到的两种实施方式，形成光学元件1”的第三区段22”的凹部部分地贯穿光学元件1”，由此形成桥接部6。光入射区段的第一光入射区域11”和第二光入射区域12”上下相叠地、然而沿主传播方向错开地布置桥接部6两端，即，设置在凹部的面向和背离光出射区段的边缘处。

此外，第二光入射区域12”的光入射部位由具有预定形状的光导组成，其在横向于主传播方向的方向上彼此并排排列。每个光导具有入光部分和出光部分，以将光从入光部分引导到截止边缘处。

在此，所有光导例如可在此沿光传播方向上发散式地布置，即，最两侧的光导的横截面的外侧之间的距离沿光传播方向逐渐增大。光导的入光部分可结合在一起，而出光部分彼此间隔开。

光导的在入光部分和出光部分之间的侧面是反射性的。

类似于第一实施方式，在第一光入射区域11”的光入射区段的反光部下部同样留有区域，以用于使反射后的光经第一光折射面离开后，在光反射面22”下方传播，并最终产生不同于近光分布和远光分布的第三光分布，以用于照亮标志牌。

根据本发明，由于第二光入射区域具有多个光入射区段，因此，可通过选择性地触发分配给相应的光入射区段的光源来产生选择性的光束。具体而言，将光束分成多个部分，它们可根据控制器发送的用于光源的指令而被选择性地启动或关断。由此，在检测到车辆前方有其他车辆或行人时，关断与相关光束部分对应的光源，以形成非炫目性的区域，然而，保持其他区域的良好的照明状态。

要理解的是，上述光学元件可由任何适宜于导光的材料制成，例如聚碳酸酯pc、聚甲基丙烯酸甲酯pmma、硅酮、硅胶或玻璃等等。

对于包括上述光学元件的光学模块，尤其车辆大灯，其除了光源之外，还具有控制装置，用于打开或关闭分配给光学元件的光入射区域的光入射区段的光源，或者用于改变相应的光源的发光功率。

光学模块还可包括用于检测道路上的其他道路参与者的模块。该模块例如包括检测车辆前方道路场景的摄像机或传感器，并且包括相应的处理装置，以允许生成检测信息。该模块能够将检测信息发给控制装置，以启动、关断光源或改变光源的功率。

本发明不限于上述结构，也可以采用其他的各种变体。虽然已经通过有限数量的实施方式描述了本发明，但是受益于本公开，本领域技术人员可以设计出不脱离在此公开的本发明的保护范围的其他实施方式。因此，本发明的保护范围应仅由所附权利要求限定。