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Die Erfindung geht aus von einer optischen Anordnung mit zumindest einer Lichtquelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und von einem Scheinwerfer.
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Aus dem Stand der Technik sind matrixartig angeordnete Licht emittierende Dioden (LEDs) bekannt, wobei die LEDs Teil einer Baugruppe sind. Jede einzelne oder Gruppen von LED/LEDs in der Baugruppe kann/können dann separat ansteuerbar und dadurch ein- und ausschaltbar sowie dimmbar sein, was auch als pixeliertes Licht bezeichnet werden kann. Derartig ausgestaltete Matrix-Systeme weisen eine Optik auf, durch welche die Strahlung der LEDs lenkbar ist.
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Das Dokument
DE 10 2012 213 193 A1 beschreibt eine Anordnung mit einer Vielzahl von optischen Halbleiterelementen. Die Halbleiterelemente werden jeweils über ein Federelement gegen einen Halbleiterelementträger gespannt. An dem Federelement liegt zusätzlich ein einem jeweiligen Halbleiterelement zugeordnetes optisches Element an, wobei das Federelement dabei derart ausgestaltet ist, dass es den Abstand zwischen dem Halbleiterelement und dem optischen Element definiert.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine optische Anordnung, welche kostengünstig und auf vorrichtungstechnisch einfache Weise herstellbar ist, und einen kostengünstigen und einfach herstellbaren Scheinwerfer zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst hinsichtlich einer optische Anordnung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich eines Scheinwerfers gemäß den Merkmalen des Anspruchs 11.
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Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß ist eine optische Anordnung vorgesehen. Diese kann eine, insbesondere plattenförmige, Trägerplatte aufweisen, auf welcher zumindest eine Lichtquelle angeordnet und elektrisch kontaktiert sein kann. Zusätzlich kann ein optisches Element vorgesehen sein, durch welches Strahlung der Lichtquelle lenkbar sein kann. Weiterhin kann eine Hülse zum Halten des optischen Elements vorgesehen sein. Die Hülse kann von der Lichtquelle gehalten sein und/oder zum Halten der Lichtquelle dienen. Beispielsweise ist die Hülse mit der Lichtquelle verbunden, insbesondere formschlüssig und/oder kraftschlüssig. Mit Vorteil sind das optische Element und die Linse zumindest abschnittsweise in der Hülse angeordnet oder zumindest abschnittsweise von der Hülse umgriffen. Weiterhin vorteilhafterweise ist das optische Element durch die Hülse exakt in Bezug auf die Lichtquelle positionierbar.
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Diese Lösung hat den Vorteil, dass das optische Element auf vorrichtungstechnisch einfache Weise durch die Hülse exakt in Bezug auf die Lichtquelle positionierbar ist. Mit anderen Worten ist ein Abstand des optischen Elements zu der Lichtquelle durch die Hülse eingestellt. Weiterhin hat die Lösung den Vorteil, dass eine laterale Ausrichtung des optischen Elements zur Lichtquelle durch die Hülse eingestellt ist. Da die Anordnung hauptsächlich einfach ausgestaltete Bauteile aufweist, ist diese zudem kostengünstig herstellbar. Weiterhin vorteilhaft sind besonders enge Toleranzen nur an der Hülse vonnöten, da keine weiteren Bauteile bei der Positionierung des optischen Elements zur Lichtquelle eine tragend Rolle einnehmen.
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Die zumindest eine Lichtquelle kann beispielsweise als Halbleiterlichtquelle, insbesondere als Licht emittierende Diode (LED), ausgestaltet sein. Sie kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten LED oder in Form mindestens eines LED-Chips, der eine oder mehrere Leuchtdioden aufweist, oder in Form einer Mikro-LED, vorliegen. Es können mehrere LED-Chips auf einem gemeinsamen Substrat („Submount“) montiert sein und eine LED bilden oder einzeln oder gemeinsam beispielsweise auf einer Platine (z.B. FR4, Metallkernplatine, etc.) befestigt sein („CoB“ = Chip on Board) . Die mindestens eine LED kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, beispielsweise mit mindestens einer Fresnel-Linse oder einem Kollimator. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen LEDs, beispielsweise auf Basis von AlInGaN oder InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs) einsetzbar. Die LED-Chips können direkt emittierend sein oder einen vorgelagerten Leuchtstoff aufweisen. Alternativ kann die lichtemittierende Komponente eine Laserdiode oder eine Laserdiodenanordnung sein. Denkbar ist auch eine OLED-Leuchtschicht oder mehrere OLED-Leuchtschichten oder einen OLED-Leuchtbereich vorzusehen. Die Emissionswellenlängen der lichtemittierenden Komponenten können im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich liegen. Die lichtemittierenden Komponenten können zusätzlich mit einem eigenen Konverter ausgestattet sein. Die LED-Chips können weißes Licht im genormten ECE-Weißfeld der Automobilindustrie emittieren, beispielsweise realisiert durch einen blauen Emitter und einen gelb/grünen Konverter.
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Mit Vorteil kann die Lichtquelle eine Halbleiterlaserdiode sein und ein, insbesondere etwa, zylindrisches oder kreiszylindrisches Gehäuse oder Diodengehäuse aufweisen, beispielsweise ein T090 oder T056 Gehäuse. Das Diodengehäuse kann dabei eine von der Trägerplatte wegweisende Stirnseite haben, in welche eine Gehäuseöffnung eingebracht sein kann. Durch die Gehäuseöffnung kann Strahlung der Lichtquelle vorteilhafterweise nach außen emittiert sein. Vorteilhafterweise können Standardbauteile als Lichtquelle verwendet werden, welche kostengünstig und in hoher Stückzahl herstellbar sind.
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Das Diodengehäuse der Lichtquelle kann weiter eine zur Trägerplatte weisende Bodenseite haben, mit der sie sich vorteilhafterweise an der Trägerplatte abstützt. An der Bodenseite kann das Diodengehäuse einen äußeren Radialbund aufweisen oder radial verbreitert sein, wobei der Radialbund eine, insbesondere etwa, ebene Bundfläche aufweist, welche zur Trägerplatte zeigt. Mit Vorteil liegt die Bundfläche des Radialbunds in einer Ebene mit der, insbesondere ebenen Bodenseite. Dadurch ist vorteilhafterweise eine Ausrichtung der Lichtquelle und/oder der optischen Hauptachse der Lichtquelle in eine zu der Trägerplatte senkrechten Richtung ermöglicht. Eine Hauptabstrahlrichtung der Lichtquelle ist also vorzugsweise senkrecht zur Trägerplatte ausgebildet.
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Es ist denkbar, dass eine Vielzahl von Lichtquellen vorgesehen ist, welche, insbesondere etwa, beispielsweise matrixartig angeordnet sein können. Die Lichtquellen können dabei in einer Reihe oder in mehreren Reihen angeordnet sein. Eine jeweilige Lichtquelle kann dann beispielsweise jeweils ein Lichtpixel bilden. Es ist möglich, dass ein Teil der Lichtquellen oder jede einzelne Lichtquelle oder Gruppen von Lichtquellen einzeln ansteuerbar ist/sind. Dadurch können vorteilhafterweise einzelne Lichtquellen oder Gruppen von Lichtquellen separat ein- oder ausgeschaltet oder gedimmt werden.
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Mit Vorteil ist das optische Element als Linse, insbesondere als Kollimationslinse, ausgebildet. Dabei kann das optische Element eine, insbesondere konvexe, Einkoppelfläche und eine, insbesondere konvexe, Auskoppelfläche aufweisen. Zwischen der Einkoppelfläche und der Auskoppelfläche kann eine, insbesondere zylindrische oder kreiszylindrische, Mantelfläche angeordnet sein.
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Mit Vorteil ist die Hülse kostengünstig und einfach als Hohlzylinder ausgebildet, beispielsweise als Drehteil oder Automatendrehteil, welcher das Diodengehäuse und/oder das optische Element zumindest abschnittsweise umfassen kann. Die Hülse hat insbesondere eine Stirnseite und eine Bodenseite, wobei sie mit ihrer Bodenseite am Diodengehäuse, insbesondere am Radialbund, abschnittsweise anliegen kann und wobei an der Stirnseite dann das zugeordnete optische Element zumindest abschnittsweise anlegbar ist. Zwischen der Stirnseite und der Bodenseite kann bei der Hülse eine Innenmantelfläche und eine Außenmantelfläche ausgebildet sein. Die Hülse ist vorzugsweise etwa koaxial zur Strahlungsrichtung der emittierten Strahlung und/oder zu der optischen Hauptachse der Lichtquelle angeordnet.
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Die Hülse kann vorteilhafterweise eine stirnseitige Auflagefläche und eine stirnseitige Anlagefläche aufweisen. Mit Vorteil kann das optische Element, insbesondere in axialer Richtung, an der Auflagefläche aufliegen und an der Anlagefläche in, insbesondere radialer Richtung, anliegen. Die stirnseitige Auflagefläche kann bevorzugt innenumfangsseitig von der Stirnseite der Hülse beabstandet angeordnet sein. Weiterhin vorteilhaft kann die stirnseitige Auflagefläche von der Trägerplatte wegweisen. Die stirnseitige Auflagefläche kann insbesondere ringförmig, bevorzugt kreisringförmig, umlaufend oder zumindest abschnittsweise umlaufend, an einer Innenmantelfläche der Hülse ausgestaltet sein. Mit Vorteil kann die stirnseitige Auflagefläche senkrecht zu der Innenmantelfläche ausgebildet sein. Eine Ebene, in welcher sich die stirnseitige Auflagefläche befindet, kann also bevorzugt in einem Parallelabstand zu der Trägerplatte angeordnet sein. Mit Vorteil kann durch die Hülse eine genaue Position des optischen Elements in einer axialen Richtung in Bezug auf die Lichtquelle und/oder die Trägerplatte durch die Hülse festgelegt sein.
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Die stirnseitige Anlagefläche kann vorteilhafterweise als Teil der Innenmantelfläche der Hülse ausgebildet sein und beispielsweise eine zylindrische oder kreiszylindrische Form aufweisen. Mit Vorteil ist die stirnseitige Anlagefläche als der Teil der Innenmantelfläche ausgebildet, welcher zwischen der stirnseitigen Auflagefläche und der Stirnseite der Hülse angeordnet ist. Mit Vorteil kann das optische Element, beispielsweise mit seiner Mantelfläche, an der stirnseitigen Anlagefläche, insbesondere in radialer Richtung, anliegen, wodurch eine Positionierung des optischen Elements in einer Ebene, parallel zu der Trägerplatte, ermöglicht ist. Mit anderen Worten kann das optische Element auf einer Stufe aufliegen, welche durch die stirnseitige Anlagefläche und die stirnseitige Auflagefläche gebildet ist. Die Stufe kann, insbesondere etwa, rechtwinklig ausgestaltet sein. Bevorzugt sind die stirnseitige Auflagefläche und die stirnseitige Anlagefläche und/oder das optische Element eng toleriert, so dass das optische Element genau eingepasst sein kann.
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Die stirnseitige Auflagefläche kann bevorzugt an einem radial umlaufenden Innenbund der Hülse ausgebildet sein. Der Innenbund kann bevorzugt an der Innenmantelfläche der Hülse, beabstandet von der Stirnseite der Hülse ausgebildet sein. In axialer Richtung weg von der Trägerplatte kann der Innenbund die Innenmantelfläche der Hülse teilen, wobei die stirnseitige Anlagefläche abgegrenzt sein kann. Diese kann als der Teil der Innenmantelfläche der Hülse ausgebildet sein, welcher zwischen dem Innenbund und der Stirnseite der Hülse angeordnet ist.
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Ist die Einkoppelfläche des optischen Elements beispielsweise konvex ausgestaltet, ist es auch denkbar, dass die Einkoppelfläche aufgrund ihrer Wölbung nur mit einem ringförmigen Abschnitt an der Auflagefläche aufliegt. Dabei kann das optische Element beispielsweise an einer Kante anliegen, welche durch die stirnseitige Anlagefläche und eine Innenmantelfläche des Innenbunds gebildet sein kann. Denkbar ist aber auch, optische Elemente mit planen oder konvexen oder konkaven Einkoppelflächen in der Hülse zu fassen und einzuspannen. Es ist also mit andem Worten auch denkbar, dass das optische Element einen ebenen Halteabschnitt aufweist, welcher auf der Auflagefläche aufliegen kann. In weiterer Ausgestaltung für eine konvexe Einkoppelfläche ist auch eine konvexe Auflagefläche denkbar.
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Vorteilhafterweise kann die Hülse weiterhin an einer Bodenseite eine bodenseitige Auflagefläche und eine Bodenseitige Anlagefläche für die Lichtquelle aufweisen. Die bodenseitige Auflagefläche kann bevorzugt innenumfangsseitig ausgebildet und von der Bodenseite der Hülse beabstandet angeordnet sein. Weiterhin vorteilhaft kann die bodenseitige Auflagefläche zu der Trägerplatte hinweisen. Die bodenseitige Auflagefläche kann insbesondere ringförmig, bevorzugt kreisringförmig, umlaufend oder zumindest abschnittsweise umlaufend, an einer Innenmantelfläche der Hülse ausgestaltet sein. Mit Vorteil kann die bodenseitige Auflagefläche senkrecht zu der Innenmantelfläche ausgebildet sein. Eine Ebene, in welcher sich die Auflagefläche befindet, kann also bevorzugt in einem Parallelabstand zu der Trägerplatte angeordnet sein. Mit Vorteil kann durch die bodenseitige Auflagefläche eine genaue Position der Lichtquelle in einer axialen Richtung in Bezug auf das optische Element durch die Hülse festgelegt sein.
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Mit Vorteil kann die stirnseitige Auflagefläche dabei weiter von der Trägerplatte beabstandet sein, als die Bodenseitige Auflagefläche. Die Auflageflächen sind vorzugsweise im Parallelabstand zueinander angeordnet.
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Die bodenseitige Anlagefläche kann vorteilhafterweise als Teil der Innenmantelfläche der Hülse und/oder beispielsweise zylindrisch oder kreiszylindrisch ausgebildet sein.
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Mit Vorteil ist die bodenseitige Anlagefläche als der Teil der Innenmantelfläche ausgebildet, welcher zwischen der bodenseitigen Auflagefläche und der Bodenseite der Hülse angeordnet ist. Die bodenseitige Anlagefläche kann also beispielsweise senkrecht zu der Trägerplatte angeordnet sein. Mit Vorteil kann die Lichtquelle mit ihrem Diodengehäuse an der bodenseitige Anlagefläche, insbesondere in radialer Richtung, anliegen, wodurch eine Positionierung der Lichtquelle in einer Ebene, parallel zu der Trägerplatte, ermöglicht ist. Mit anderen Worten kann das optische Element auf einer Stufe aufliegen, welcher durch die bodenseitige Anlagefläche und die bodenseitige Auflagefläche gebildet ist. Die Stufe kann, insbesondere etwa, rechtwinklig ausgestaltet sein. Bevorzugt sind die bodenseitige Auflagefläche und die bodenseitige Anlagefläche und/oder das Diodengehäuse eng toleriert, so dass das Diodengehäuse genau eingepasst sein kann.
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Mit Vorteil kann sich die Hülse bodenseitig, also in Richtung der Trägerplatte, radial verbreitern. Dadurch kann vorteilhafterweise die bodenseitige Anlagefläche von der restlichen Innenmantelfläche abgegrenzt und die bodenseitige Auflagefläche ausgebildet sein.
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Besonders bevorzugt kann sich die Lichtquelle dann mit dem Radialbund des Diodengehäuses an der bodenseitigen Auflagefläche und der bodenseitigen Anlagefläche axial und radial abstützen. Dabei kann eine von der Trägerplatte wegweisende Bundfläche des Radialbunds an der bodenseitige Auflagefläche der Hülse anliegen und eine Außenmantelfläche des Radialbunds kann an der bodenseitigen Anlagefläche der Hülse anliegen.
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Durch die boden- und stirnseitigen An- und Auflageflächen kann das optische Element vorteilhafterweise exakt sowohl in axialer, als auch in radialer Richtung gegenüber der Lichtquelle positioniert sein. Dadurch kann vorteilhafterweise ein gewünschtes Lichtbild, beispielsweise ein Pixel bei einer matrixartigen Anordnung, ermöglicht sein. Insbesondere ist ermöglicht, dass die Hauptabstrahlrichtungen der Lichtquellen mit hoher Genauigkeit parallel zueinander und senkrecht zur Trägerplatte ausgerichtet sind. „Exakt“ kann dabei bedeuten, dass bei 30mm Strahllänge eine Abweichung zur Senkrechten unter, insbesondere etwa, insbesondere maximal 0,05 Grad und eine Abweichung zur Parallelen unter, insbesondere etwa, 0,04 mm liegt. Senkrechte kann dabei beispielsweise eine Ebene senkrecht zur Trägerplatte bedeuten. Parallel kann dabei der parallele Bereich um die Hauptstrahlachse sein.
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Des Weiteren kann die Hülse einen radial nach außen weg kragenden, insbesondere ringförmigen, Außenbund aufweisen. Dieser kann in der Nähe oder benachbart zu der Bodenseite der Hülse angeordnet sein. Mit Vorteil kann der Außenbund elastisch ausgebildet sein. Über den Außenbund kann die Hülse vorteilhafterweise an der Trägerplatte gehalten sein, was untenstehend näher erläutert ist.
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Besonders bevorzugt ist eine Mehrzahl von Hülsen vorgesehen, welche jeweils eine Lichtquelle und ein optische Element umgreifen.
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Bevorzugt kann für die Anordnung ein Gehäuse vorgesehen sein. Dieses kann die zumindest eine Hülse oder einen Teil der Hülsen oder alle Hülsen zumindest abschnittsweise umgreifen und an der Trägerplatte fixieren. Vorteilhafterweise umgreift das Gehäuse die Hülse derart, dass die Hülse in einer Ebene parallel zu der Trägerplatte fixiert ist, und somit eine Bewegung der Hülse innerhalb dieser Ebene nicht mehr ermöglicht ist. Mit Vorteil kann das Gehäuse alle Hülsen umgreifen. Somit können die Hülse oder ein Teil der Hülsen oder alle Hülsen vorzugsweise in axialer Richtung oder parallel zur Trägerplatte fixiert sein.
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Das Gehäuse kann sich bevorzugt an dem Außenbund der Hülse oder einer jeweiligen Hülse abstützen, wodurch die Hülse oder die jeweilige Hülse vorteilhafterweise auf der Trägerplatte niedergehalten ist. Mit anderen Worten kann sich das Gehäuse über dem Außenbund der Hülse oder der jeweiligen Hülse auf der Lichtquelle und über die Lichtquelle auf der Trägerplatte abstützen. Somit sind eine jeweilige Hülse und die jeweilige, der Hülse zugeordnete, Lichtquelle sicher auf der Trägerplatte fixiert und niedergehalten, wodurch beispielsweise ein optimierter Wärmeabfluss von der jeweiligen Lichtquelle zu der Trägerplatte erfolgen kann, vorzugsweise ohne dass die Hülse die Trägerplatte berührt.
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Das Gehäuse ist vorzugsweise plattenförmig ausgestaltet. Es kann zumindest eine Durchgangsöffnung oder eine jeweilige Durchgangsöffnung zur Aufnahme der Hülse oder der jeweiligen Hülse aufweisen, durch welche das Licht einer jeweiligen Lichtquelle austreten kann. Mit Vorteil kann das Gehäuse für jede Hülse eine Durchgangsöffnung aufweisen. Mit Vorteil ist die Hülse dann derart zwischen dem Gehäuse und der Trägerplatte angeordnet, dass die Strahlung der Lichtquelle durch die Durchgangsöffnung des Gehäuses austreten kann. Die Durchgangsöffnungen erstrecken sich beispielsweise in einem Parallelabstand zueinander. Sie sind beispielsweise matrixartig angeordnet. Dadurch können vorteilhafterweise die Abstrahlrichtungen der jeweiligen Lichtquellen parallel zueinander angeordnet sein. Mit anderen Worten sind die Durchgangsöffnungen in eine senkrechte Richtung zu der Trägerplatte ausgebildet.
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Bevorzugt ist das Gehäuse durch zumindest ein Befestigungsmittel an der Trägerplatte fixiert. Das zumindest eine Befestigungsmittel kann beispielsweise als Schraube ausgebildet sein. Über das Befestigungsmittel kann vorteilhafterweise durch das Gehäuse ein Druck auf den Außenbund der Hülse übertragen sein, wodurch diese dann auf die Lichtquelle und auf die Trägerplatte gedrückt ist.
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Mit Vorteil ist auf einer von der Trägerplatte wegweisenden Seite des Gehäuses eine Klemmplatte vorgesehen. Diese kann derart ausgebildet sein, dass durch sie ein jeweiliges optisches Element an einer jeweiligen Hülse oder das optische Element an der Hülse festgelegt sein kann/können. Dabei kann die Klemmplatte eine Durchgangsöffnung oder eine jeweilige Durchgangsöffnung aufweisen, durch welche das optische Element oder ein jeweiliges optisches Element auskragen kann oder jeweils auskragen können. Mit Vorteil kann durch die Klemmplatte das optische Element in der Hülse in axialer Richtung gehalten sein, womit es insbesondere in Richtung der Trägerplatte mit einer Haltekraft beaufschlagt ist. Dabei kann die Klemmplatte das optische Element in axialer Richtung und in Richtung der stirnseitigen Auflagefläche der Hülse mit einer Kraft beaufschlagen. Beispielsweise kann sich das optische Element mit einer Auskoppelfläche an der Klemmplatte abstützten und mit einer Einkoppelfläche an der stirnseitigen Auflagefläche der Hülse, wodurch das optische Element in der Hülse fixiert ist.
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Weiter bevorzugt kann eine Halteplatte vorgesehen sein, welche auf der von der Trägerplatte wegweisenden Seite der Klemmplatte angeordnet sein kann, und durch welche die Klemmplatte an dem Gehäuse fixiert sein kann. Dafür kann zumindest ein Befestigungsmittel vorgesehen sein, durch welches die Halteplatte die Klemmplatte an dem Gehäuse fixieren kann. Das Befestigungsmittel kann beispielsweise als Schraube oder Bolzen ausgebildet sein. Das zumindest eine Befestigungsmittel kann dabei beispielsweise jeweils eine Durchgangsöffnung in der Halteplatte und in der Klemmplatte durchsetzen und in einer Bohrung an dem Gehäuse fixiert sein.
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Besonders bevorzugt können das Gehäuse und/oder die Trägerplatte im Druckgussverfahren hergestellt sein. Dadurch können vorteilhafterweise hohe Stückzahlen kostengünstig und auf vorrichtungstechnisch einfache Weise hergestellt werden.
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Mit Vorteil ist bei der Trägerplatte oder in der Trägerplatte ein Kühlkörper in einer Weise vorgesehen, dass der Kühlkörper in thermischem Kontakt mit der oder den Lichtquelle/n stehen kann. Dadurch kann vorteilhafterweise eine Abwärme der Lichtquelle durch den Kühlkörper abgeführt werden, um die Lichtquelle vor Überhitzung zu schützen. Ist die Lichtquelle als LED oder Halbleiterlaserdiode ausgestaltet, kann zudem eine optische Leistung der Anordnung erhöht werden, da LEDs oder Halbleiterlaserdioden in einem bestimmten Temperaturbereich optimal betreibbar sind.
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Bei einer Montage der optische Anordnung kann/können dann beispielsweise die zumindest eine Lichtquelle oder mehrere Lichtquellen auf der Trägerplatte montiert und kontaktiert sein. Anschließend kann die Hülse oder eine jeweilige Hülse auf der oder auf der jeweiligen Lichtquelle montiert sein, in einer Weise, dass die Hülse die Lichtquelle bodenseitig zumindest abschnittswiese umgreift. In einem nächsten Schritt kann das Gehäuse beispielsweise mithilfe des zumindest einen Befestigungsmittel auf der Trägerplatte fixiert sein. Das Gehäuse kann derart angeordnet sein, dass die jeweilige Lichtquelle ihre Strahlung durch eine entsprechende Durchgangsöffnung in dem Gehäuse abstrahlen kann. Anschließend kann von einer der Trägerplatte abgewandten Seite das zumindest eine optische Element oder ein jeweiliges optische Element in die oder in die jeweilige Hülse eingebracht werden, insbesondere in einer Weise, dass es aus der Durchgangsöffnung des Gehäuses kragt. Anschließend kann von der der Trägerplatte abgewandten Seite des Gehäuses die Klemmplatte an dem Gehäuse angebracht sein, welche das zumindest eine optische Element oder ein jeweiliges optisches Element in der oder in der jeweiligen Hülse fixieren kann. In einem weiteren Schritt kann die Halteplatte von der der Trägerplatte abgewandten Seite der Klemmplatte an dieser angeordnet sein, wobei das zumindest eine Befestigungsmittel vorgesehen sein kann, welches die Halteplatte und die Klemmplatte an dem Gehäuse fixiert. Eine andere Reihenfolge der Montageschritte ist ebenso denkbar.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Scheinwerfer mit der optischen Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Aspekte vorgesehen. Der Scheinwerfer wird vorzugsweise bei einem Fahrzeug eingesetzt.
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Das Fahrzeug kann ein Luftfahrzeug oder ein wassergebundenes Fahrzeug oder ein landgebundenes Fahrzeug sein. Das landgebundene Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug oder ein Fahrrad sein. Besonders bevorzugt ist das Fahrzeug ein Lastkraftwagen oder ein Personenkraftwagen oder ein Kraftrad. Das Fahrzeug kann des Weiteren als nicht-autonomes oder teil-autonomes oder autonomes Fahrzeug ausgestaltet sein. Wird der Scheinwerfer für ein Fahrzeug eingesetzt, so handelt es sich dann bei diesem vorzugsweise um einen Frontscheinwerfer.
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Weitere Anwendungsbereiche für den Scheinwerfer können Effektlichtbeleuchtungen, Entertainmentbeleuchtungen, Architainmentbeleuchtungen, Allgemeinbeleuchtungen, medizinische und therapeutische Beleuchtungen oder Beleuchtungen für den Gartenbau (Horticulture) sein.
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Ein bevorzugter Anwendungsbereich ist eine laserbasierte Lichtquelle für einen kopfbewegten Scheinwerfer, auch Moving Head genannt. Bevorzugt weist der kopfbewegte Scheinwerfer mehrere erfinderische optische Anordnungen auf, wobei eine jede der optischen Anordnungen mit Laserdioden je einer unterschiedlichen Lichtfarbe (beispielsweise Rot, Grün, Blau) bestückt ist und wobei im kopfbewegten Scheinwerfer über geeignete optische Elemente, beispielsweise dichroitische Spiegel, eine Strahlüberlagerung zur Erzeugung von Mischlicht, einschließlich Weißlicht, stattfindet.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
- 1 in einer Explosionsdarstellung eine optische Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
- 2 in einem Ausschnitt einen Querschnitt durch die optische Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel, und
- 3 einen Querschnitt durch eine Hülse der optischen Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel.
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Gemäß 1 hat die optische Anordnung 1 ein Kontaktelement 2 zur elektrischen Kontaktierung, eine Trägerplatte 4, eine Vielzahl von Halbleiterlaserdioden 6 oder Laserdioden oder Laser als Lichtquelle, eine Vielzahl von Hülsen 8 für eine jeweilige Halbleiterlaserdiode 6, ein Gehäuse 10, eine Vielzahl von optischen Elementen 12, eine Klemmplatte 14, eine Halteplatte 16 und verschiedene Befestigungsmittel 17 und 18, wobei die Befestigungsmittel 17, 18 der Einfachheit halber jeweils nur an einer Stelle mit einem Bezugszeichen versehen sind.
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Das Kontaktelement 2 weist eine matrixartige Anordnung von elektrischen Kontakten 20, der Einfachheit halber nur an einer Stelle mit einem Bezugszeichen versehen, auf, mit welchen die Halbleiterlaserdioden 6 elektrisch kontaktierbar sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine matrixartige Anordnung von 4x8 Halbleiterlaserdioden 6 vorgesehen. Andere Ausführungsformen sind genauso denkbar. Das Kontaktelement 2 ist auf einer von den Halbleiterlaserdioden 6 wegweisenden Seite der Trägerplatte 4 angeordnet.
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Die Trägerplatte 4 ist derart ausgestaltet, dass sie das Kontaktelement 2 auf einer den Halbleiterlaserdioden 6 abgewandten Seite umgreift. Sie hat Durchgangsöffnungen 22, der Einfachheit halber nur an einer Stelle mit einem Bezugszeichen versehen, wobei durch eine jeweilige Durchgangsöffnung 22 eine jeweilige Halbleiterlaserdiode 6 mit dem Kontaktelement 2 kontaktierbar ist.
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Auf der, dem Kontaktelement 2 abgewandten Seite, hat die Trägerplatte 4 eine ebene Oberfläche 24, auf welcher die Halbleiterlaserdioden 6 aufliegen.
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Die Halbleiterlaserdioden 6 sind untenstehend insbesondere in der 2 und 3 näher erläutert und die Hülsen 8 insbesondere in der 3.
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Das Gehäuse 10 umgreift die Hülsen 8, wobei für eine jeweilige Halbleiterlaserdiode 6eine jeweilige Hülse 8 vorgesehen ist. Es weist eine ebene Stirnfläche 26 auf, die von der Trägerplatte 4 wegweist. In dem Gehäuse 10 sind Durchgangsöffnungen 28, der Einfachheit halber nur an einer Stelle mit einem Bezugszeichen versehen, vorgesehen, wobei in einer jeweiligen Durchgangsöffnung 22 eine jeweilige Hülse 8 vorgesehen ist. Durch eine jeweilige Durchgangsöffnung 28 strahlt dann Licht einer jeweiligen Halbleiterlaserdiode 6. Das Gehäuse 10 ist mittels Befestigungsmitteln 17 an der Trägerplatte 4 befestigt. Die Befestigungsmittel 17 sind beispielsweise als Schrauben oder Bolzen ausgestaltet. Sie durchsetzen dafür vorgesehene Löcher 27, der Einfachheit halber nur an einer Stelle mit einem Bezugszeichen versehen, an dem Gehäuse 10 und münden in dafür vorgesehenen Bohrungen 30 der Trägerplatte 4, der Einfachheit halber nur an einer Stelle mit einem Bezugszeichen versehen.
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Die optischen Elemente 12 sind von einer, der Trägerplatte 4 abgewandten Seite des Gehäuses 10 durch die Durchgangsöffnungen 28 des Gehäuses 10 in die Hülsen 8 eingebracht. Die optischen Elemente 12 werden untenstehend in 2 näher erläutert.
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Die Klemmplatte 14 ist derart über der, der Trägerplatte 4 abgewandten Seite des Gehäuses 10 angeordnet, dass durch diese ein jeweiliges optisches Element 12 in einer jeweiligen Hülse 8 gehalten ist. Dazu weist die Klemmplatte 14 Durchgangsöffnungen 29 (nur an einer Stelle mit einem Bezugszeichen versehen) auf, welche derart ausgebildet sind, dass sie jeweils ein optisches Element 12 in der jeweiligen Hülse 8 fixieren. Die Durchgangsöffnungen 29 können beispielsweise radial innenliegend Laschen und/oder Klemmvorsprünge aufweisen, welche kraftschlüssig mit dem optischen Element 12 in Eingriff stehen. Die Klemmvorsprünge können beispielsweise elastisch sein. Über Löcher 33, nur an einer Stelle mit einem Bezugszeichen versehen, ist die Klemmplatte 14 an dem Gehäuse 10 fixiert.
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Schließlich ist die Halteplatte 16 auf einer, der Trägerplatte 4 abgewandten Seite der Klemmplatte 14 angeordnet.
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Die Befestigungsmittel 18 durchsetzen die dafür vorgesehenen Löcher 32 der Halteplatte 16 und die Löcher 33 der Klemmplatte 14 und münden in dafür vorgesehenen Bohrungen 34 des Gehäuses 10. Somit sind die Halteplatte 16 und die Klemmplatte 14 an dem Gehäuse 10 befestigt. Die Halteplatte 16 weist Durchgangsöffnungen 31 (nur an einer Stelle mit einem Bezugszeichen versehen) auf, durch welche jeweils ein jeweiliges optische Element 12 kragt.
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Jeweils eine Durchgangsöffnung 28 des Gehäuses 10 und eine Durchgangsöffnung 29 der Klemmplatte 14 und eine Durchgangsöffnung 31 der Halteplatte 16 sind benachbart in einer Weise derart angeordnet, dass ein jeweiliges optische Element 12 durch sie kragt. Beispielsweise sind sie koaxial zueinander angeordnet
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Gemäß 2 ist das Kontaktelement 2 auf einer den Halbleiterlaserdioden 6 abgewandten Seite der Trägerplatte 4 angeordnet. Über jeweils zwei Kontakte 36, exemplarisch nur an einer Halbleiterlaserdiode 6 mit Bezugszeichen versehen, sind die Halbleiterlaserdioden 6 mit den elektrischen Kontakten 20 des Kontaktelements 2 kontaktiert.
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Eine jeweilige Halbleiterlaserdiode 6 in 2 ist auf der Oberfläche 24 der Trägerplatte 4 angeordnet und von der jeweiligen Hülse 8 umgriffen. Die jeweilige Hülse 8 soll in 3 näher erläutert werden.
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Eine jeweilige Halbleiterlaserdiode 6 ist gemäß 2 gehäust ausgebildet und derart angeordnet, dass die optische Anordnung senkrecht zur Trägerplatte 4 angeordnet ist. Auf einer, der Trägerplatte 4 zugewandten Seite weist eine jeweilige Halbleiterlaserdiode 6 einen endseitigen Radialbund 38, exemplarisch nur an einer Halbleiterlaserdiode 6 mit einem Bezugszeichen versehen, auf, welcher die Halbleiterlaserdiode 6 zumindest abschnittsweise umgreift. Der Radialbund 38 weist auf seiner, der Trägerplatte 4 abgewandten Seite eine ringförmige Auflagefläche 40 auf, an welcher eine jeweiligen Hülse 8, axial in Strahlungsrichtung der Halbleiterlaserdioden 6 gesehen, aufliegt. Die zylindrische Mantelfläche des Radialbunds 38 ist als Anlagefläche 42 ausgebildet, an welcher die jeweilige Hülse 8 radial in Richtung der optischen Hauptachse der Halbleiterlaserdioden 6 gesehen, anliegt.
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In Richtung weg von der Trägerplatte 4 schließt sich an die Auflagefläche 40 der jeweiligen Halbleiterlaserdiode 6 ein Stufenabschnitt 44 an, an welchen sich ein Abschnitt 46 mit einem geringerem Durchmesser als der Radialbund 38 anschließt. Der Stufenabschnitt 44 ist derart ausgebildet, dass die jeweilige Halbleiterlaserdiode 6 durch die Hülse 8 in radialer Richtung fixiert ist.
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Gemäß 2 ist ein jeweiliges optische Element 12 als Linse, beispielsweise als Kollimationslinse, ausgebildet. Es weist jeweils eine konvexe Einkoppelfläche 48 und eine konvexe Auskoppelfläche 50 auf, exemplarisch nur an einem optischen Element 12 mit einem Bezugszeichen versehen. Zwischen der Einkoppelfläche 48 und der Auskoppelfläche 50 ist eine Mantelfläche 52 vorgesehen.
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An die Hülse 8 schließen sich in Richtung weg von der Trägerplatte 4 erst die Klemmplatte 14 und dann die Halteplatte 16 an. Dabei kragt ein jeweiliges optisches Element 12 aus der Klemmplatte 14 und der Halteplatte 16 mit der Auskoppelfläche 50 aus.
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Gemäß 3 ist eine der Hülsen 8 mit der Halbleiterlaserdiode 6 und dem optischen Element 12 dargestellt. Die Hülse 8 ist etwa hohlzylindrisch ausgestaltet. Sie weist an einer Innenmantelfläche 53 einen innen umlaufenden Innenbund 54 auf. Dieser hat eine weg von der Trägerplatte 4 aus 1 weisende Auflagefläche 56, an welcher sich das optische Element 12 mit seiner Einkoppelfläche 48, siehe 2, in axialer Richtung abstützt. Der Innenbund 54 ist beabstandet von einer Stirnseite 58 der Hülse 8 angeordnet. Zwischen der Stirnseite 58 und dem Innenbund 54 ist ein Abschnitt der Innenmantelfläche 53 als Anlagefläche 60 ausgebildet, an welchem sich das optische Element 12 in radialer Richtung mit seiner Mantelfläche 52, siehe 2, abstützt. Der Abschnitt der Innenmantelfläche 53 mit der Anlagefläche 60 weist eine geringere Wandstärke auf, als der restliche Teil der Hülse 8. An einer Bodenseite 62 ist die Hülse 8 radial verbreitert. Dadurch entsteht ein Stufenabschnitt 64, welcher eine innere axiale, zur Halbleiterlaserdiode 6 weisende, ringförmige Auflagefläche 66 und eine radial nach innen weisende Anlagefläche 68 bildet. An der Auflagefläche 66 kann die Halbleiterlaserdiode 6 in axialer Richtung aufliegen, wie obenstehend unter 2 bereits erläutert, und an der Anlagefläche 68 in radialer Richtung. Benachbart zu dem Stufenabschnitt 64 ist auf seiner von der Trägerplatte 4 wegweisenden Seite außenseitig an einer Außenmantelfläche 69 der Hülse 8 ein Außenbund 70 ausgebildet, an dem sich das Gehäuse 10, siehe 2, abstützt, um somit die Hülse gegen die Halbleiterlaserdiode 6 und die Trägerplatte 4, siehe 2, zu verspannen. Insbesondere umfasst die Verspannung eine elastische oder auch plastische Verbiegung des Außenbunds 70. Vorteilhafterweise verbleibt dabei zwischen der Hülse 8 und der Oberfläche der Trägerplatte 4 ein Spalt, so dass im Falle einer Vielzahl von Hülsen 8 jede einzelne Hülse 8 mit einer in etwa gleichen Anpresskraft gegen die Trägerplatte 4 gepresst wird, was wichtig für eine effiziente und homogene Abführung der Wärme aus den Laserdioden 6 über die Trägerplatte 4 ist.
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Offenbart ist eine optische Anordnung mit einer Trägerplatte, auf welcher zumindest eine Lichtquelle angeordnet ist, mit zumindest einem optischen Element zur Lenkung einer Strahlung der zumindest einen Lichtquelle, mit zumindest einer Hülse zum Halten der Lichtquelle und des optischen Elements, wobei die Hülse derart ausgestaltet ist, dass die Lichtquelle und das optische Element zumindest abschnittsweise darin angeordnet sind, und/oder dass das optische Element exakt bezüglich der Lichtquelle positionierbar ist.
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Bezugszeichenliste
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| Optische Anordnung |
1 |
| Kontaktelement |
2 |
| Trägerplatte |
4 |
| Halbleiterlaserdiode |
6 |
| Hülse |
8 |
| Gehäuse |
10 |
| Optisches Element |
12 |
| Klemmplatte |
14 |
| Halteplatte |
16 |
| Befestigungsmittel |
17, 18 |
| Elektrischer Kontakt |
20 |
| Durchgangsöffnung |
22 |
| Oberfläche |
24 |
| Stirnfläche |
26 |
| Loch |
27 |
| Durchgangsöffnung |
28 |
| Durchgangsöffnung |
29 |
| Bohrung |
30 |
| Durchgangsöffnung |
31 |
| Loch |
32 |
| Loch |
33 |
| Bohrung |
34 |
| Elektrischer Kontakt |
36 |
| Radialbund |
38 |
| Auflagefläche |
40 |
| Anlagefläche |
42 |
| Stufenabschnitt |
44 |
| Abschnitt |
46 |
| Einkoppelfläche |
48 |
| Auskoppelfläche |
50 |
| Mantelfläche |
52 |
| Innenmantelfläche |
53 |
| Innenbund |
54 |
| Auflagefläche |
56 |
| Stirnseite |
58 |
| Anlagefläche |
60 |
| Bodenseite |
62 |
| Stufenabschnitt |
64 |
| Auflagefläche |
66 |
| Anlagefläche |
68 |
| Außenmantelfläche |
69 |
| Außenbund |
70 |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012213193 A1 [0003]
