DE10200357A1

DE10200357A1 - Scheinwerfer

Info

Publication number: DE10200357A1
Application number: DE10200357A
Authority: DE
Inventors: Martin Lampen; Matthias Gebauer
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2002-01-08
Filing date: 2002-01-08
Publication date: 2003-07-17
Also published as: US20030156423A1; US6860626B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem länglichen Leuchtkörper (2) mit einer Leuchtkörperlängsachse (4), mit einem dem Leuchtkörper zugeordneten Reflektor (6) zur Bündelung des von dem Leuchtkörper abgestrahlten Lichts sowie mit einem Einkoppelschirm, der mit dem vom Reflektor (6) in Richtung einer optischen Achse (10) abgestrahlten Licht beleuchtbar ist, wobei die Leuchtkörperlängsachse (4) einen Winkel (alpha) mit der optischen Achse (10) einschließt, der > 0 DEG ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem länglichen Leuchtkörper mit einer Leuchtkörperlängsachse, mit einem dem Leuchtkörper zugeordneten Reflektor zur Bündelung des von dem Leuchtkörper abgestrahlten Lichts, sowie mit einem Einkoppelschirm, der mit dem vom Reflektor in Richtung einer optischen Achse abgestrahlte Licht beleuchtbar ist.
Derartige Scheinwerfer sind aus dem Stand der Technik bekannt. So kann als Einkoppelschirm z. B. die Einkoppelfläche eines Lichtleiters dienen. Lichtleitelemente finden vor allem deswegen Verwendung, weil sie sich mit unterschiedlichster Gestalt herstellen lassen. Die Gestaltungsfreiheit von Elementen für die Außenbeleuchtung von Kraftfahrzeugen erhält eine zunehmend große Bedeutung für das Erscheinungsbild eines Fahrzeugs. Eine ästhetisch ansprechende Gestaltung des Fahrzeugs und der Elemente für die Außenbeleuchtung ermöglicht die Schaffung von Unterscheidungsmerkmalen gegenüber am Markt konkurrierenden Kraftfahrzeugherstellern.
Die Verwendung von Lichtleitelementen hat den Vorteil, dass eine räumliche Trennung zwischen der Erzeugung des Lichts durch eine Lichtquelle einerseits und der Abstrahlung des Lichts in einen Außenbereich des Kraftfahrzeugs andererseits erfolgen kann. Hierfür ist es notwendig, das an einem Ort erzeugte Licht über Lichtleiter denjenigen Elementen zuzuführen, die insbesondere im Lichtleiter selbst vorgesehen sein können und die das Licht in einen Außenbereich des Kraftfahrzeugs abstrahlen. Die Lichtleiter können prinzipiell beliebig im Kraftfahrzeug verlegt werden und beanspruchen verhältnismäßig wenig Bauraum. Zur Einkopplung von Licht in die genannten Lichtleiter findet eine Lichtquelle Verwendung, die Licht abstrahlt, das von einem Reflektor gebündelt wird und in einen endseitigen Querschnitt eines Lichtleiters eingekoppelt wird. Der endseitige Querschnitt des Lichtleiters wird im Folgenden als "Einkoppelfläche" bezeichnet. Der Lichtleiter leitet das Licht dann verhältnismäßig verlustfrei bis zum sog. "Auskopplungsort" weiter.

Nach dem Stand der Technik sind Vorrichtungen für eine Lichtleitereinkopplung bekannt, bei denen ein länglicher Leuchtkörper mit einer Leuchtkörperlängsachse achsparallel zu einer optischen Achse ausgerichtet ist, entlang der die zentrale Längsachse eines Lichtleiters mit kreisrundem Querschnitt, zumindest im Bereich der Einkoppelfläche angeordnet ist. D. h. die optische Achse schneidet die Einkoppelfläche und tut dies vorzugsweise in einem 90°- Winkel. Derartige Vorrichtungen weisen den Nachteil auf, dass der Querschnitt des Lichtleiters bzw. dessen Einkoppelfläche verhältnismäßig groß gewählt werden muss und Abbilder der Lichtquelle wenig stark komprimiert werden. Somit wird eine Leuchtdichteverteilung auf der Einkoppelfläche von Lichtleitelementen erzeugt, die nur in Teilbereichen optimal ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Scheinwerfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge bereitzustellen, mit dem eine vorteilhafte Leuchtdichteverteilung auf einem Einkoppelschirm z. B. eines Lichtleitelements bei möglichst kleinem Querschnitt des Einkoppelschirms erzeugbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Scheinwerfer gelöst, dessen Leuchtkörperlängsachse einen Winkel mit der optischen Achse einschließt, der größer 0° ist.

Der im Scheinwerfer verwendete Leuchtkörper ist länglich und weist eine Leuchtkörperlängsachse auf. Diesem Leuchtkörper ist ein Reflektor zur Bündelung des von dem Leuchtkörper abgestrahlten Lichts zugeordnet. Das abgestrahlte Licht wird in Richtung einer optischen Achse in einen Einkoppelschirm, z. B. eine Einkoppelfläche eines Lichtleiters eingekoppelt. Dabei verlaufen die einzelnen Lichtstrahlen nicht zwangsläufig vollständig parallel zur optischen Achse. Die Lichtabstrahlrichtung lässt sich jedoch im Wesentlichen durch die optische Achse beschreiben. Die optische Achse entspricht dabei auch der Längsachse des Reflektors. Insbesondere schneidet die optische Achse die Einkoppelfläche und zwar vorzugsweise in einem 90°-Winkel. Bei Verwendung eines Lichtleiters überdeckt sich die zentrale Längsachse des Lichtleiters mit der Richtung der optischen Achse zumindest im Bereich der Einkoppelfläche. Die optische Achse und die Leuchtkörperlängsachse schließen dabei nicht, wie bei herkömmlichen Systemen, einen Winkel von 0° ein, bei dem sie zusammenfallen würden, sondern einen davon abweichenden Winkel. Vorteilhafterweise beträgt der Winkel zwischen der Leuchtkörperlängsachse und der optischen Achse 90°, er kann jedoch auch in einem Bereich zwischen 0 und 90°, d. h. in einem Bereich von 0-30°, 30-45°, 45-60° oder 60-90° liegen. Entscheidend ist, dass Leuchtkörperlängsachse und optische Achse einen von 0° abweichenden Winkel miteinander einschließen. Hierdurch wird erreicht, dass vom Leuchtkörper abgestrahlte und vom Reflektor gebündelte Leuchtkörperbilder stärker komprimiert werden und der Einkoppelschirm ohne Lichtverluste deutlich kleiner als bei konventionellen Einkopplungsvorrichtungen gewählt werden kann. Es sind insbesondere Leuchtkörperbilder erzielbar, die eine große bzw. eine kleine Projektionsfläche aufweisen. Die Anordnung der Leuchtkörperbilder und die Häufigkeiten der verschiedenen großen und kleinen Projektionsflächen ermöglicht eine Anpassung des Einkoppelschirms sowie insbesondere bei Verwendung eines Lichtleiters als Einkoppelelement des gesamten Querschnitts des Lichtleiters dahingehend, dass eine Verkleinerung gegenüber herkömmlichen, axialen Lichtleitereinkopplungsvorrichtungen erreicht wird. Der Querschnitt eines Einkoppelschirms, der als Einkoppelfläche eines Lichtleiters ausgebildet ist, kann auch vom Querschnitt des Lichtleiters im weiteren Verlauf abweichen.

Der Querschnitt des Einkoppelschirms und/oder des Lichtleiters kann von einer Kreisform abweichen und eine verschiedene Ausdehnung in Längs- und in Querrichtung aufweisen. Denkbar sind bspw. an ein Rechteck oder eine Ellipse oder eine Raute angenäherte Formen. Die maximale Ausdehnung des Einkoppelschirms verläuft bei einer elliptischen oder rautenförmigen Form des Einkoppelschirms und/oder des Lichtleiters in Richtung der Längsausdehnung des Querschnitts. Bei einer Ellipse entspricht dies der Richtung des langen Halbmessers und bei einer Raute der Richtung der langen Diagonalen. im Falle eines Lichtleiters und/oder einem Einkoppelschirm mit einer einem Rechteck angenäherten Form verläuft die maximale Ausdehnung des Querschnitts in einer Richtung, die von der Richtung der Längsausdehnung des rechteckigen Querschnitts abweicht, nämlich in Richtung einer der Diagonalen. Die genannten Formen stellen vorteilhafte Beispiele dar, es sind prinzipiell jedoch alle von einer Kreisform abweichenden Querschnitte des Lichtleiters und/oder des Einkoppelschirms möglich.

Es erweist sich für die Erzielung einer homogenen Leuchtdichteverteilung als vorteilhaft, dass der Einkoppelschirm so angeordnet wird, dass die Leuchtkörperbilder mit großer Projektionsfläche parallel zur maximalen Ausdehnung des Einkoppelschirms liegen. Die Bilder mit großer Projektionsfläche erstrecken sich sowohl in Richtung der maximalen Ausdehnung der Einkoppelfläche als auch senkrecht dazu. Somit wird die Orientierung der Leuchtkörperbilder mit großer Projektionsfläche nicht, wie bei herkömmlichen Vorrichtungen zur Licht einkopplung mit kreisförmigem Querschnitt, um 360° variiert, sondern die Orientierung der Leuchtkörperbilder mit großer Projektionsfläche wird auf die maximale Ausdehnung der Einkoppelfläche abgestimmt. Um eine vorteilhafte Leuchtdichteverteilung zu erzielen, erweist es sich ferner als vorteilhaft, dass Leuchtkörperbilder mit kleiner Projektionsfläche in den Bereich der Einkoppelfläche eingekoppelt werden, die von den Leuchtkörperbildern mit großer Projektionsfläche nicht oder nur teilweise abgedeckt sind. Es kann hierfür vorgesehen sein, den Reflektor entsprechend auszulegen.

Es ist für die vorgeschlagene Anordnung von Leuchtkörper, Reflektor und Einkoppelschirm bzw. Leuchtkörperlängsachse und optische Achse unerheblich, ob der Leuchtkörper, also das Element, das unmittelbar Licht abstrahlt, von einem Element gehalten wird, das eine Längsachse aufweist, die in Richtung der Leuchtkörperlängsachse verläuft oder ob das den Leuchtkörper tragende Element in Richtung der optischen Achse oder in einer beliebigen Zwischenlage zwischen optischer Achse und Leuchtkörperlängsachse angeordnet ist. Entscheidend ist lediglich, dass das lichtabstrahlende Element, also der Leuchtkörper mit dessen Leuchtkörperlängsachse mit der optischen Achse einen von 0° abweichenden Winkel einschließt. Der Leuchtkörper kann sowohl als Glühwendel ausgebildet sein, wodurch die Verwendung von konventionellen Glühlampen ermöglicht wird, er kann jedoch auch von einem Lichtbogen ausgebildet sein, der bspw. von einer Gasentladungslampe erzeugbar ist. Es sind jedoch auch andere Leuchtkörpergestaltungen denkbar, sofern diese eine Längserstreckung aufweisen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung sowie den übrigen Unterlagen zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert ist.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers,
Fig. 2 eine Schnittansicht des Scheinwerfers in der Ebene I-I aus Fig. 1,
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Einkoppelfläche, und
Fig. 4 Leuchtkörperbilder auf Einkoppelflächen zweier Lichtleiter.
In Fig. 1 dargestellt ist ein länglicher Leuchtkörper 2 mit einer Leuchtkörperlängsachse 4, wobei dem Leuchtkörper ein Reflektor 6 zugeordnet ist, der vom Leuchtkörper 2 abgestrahltes Licht in Richtung einer optischen Achse 10 ablenkt und in einen Lichtleiter 8 einkoppelt. Der Lichtleiter 8 weist eine Einkoppelfläche 12 auf. Die Leuchtkörperlängsachse 4 und die optische Achse 10 stehen in einem Winkel von α = 90° zueinander.
Der Leuchtkörper 2 ist in einem Haltelement 14 angeordnet, das wiederum von einem Glaskolben 16 getragen wird. Der Glaskolben 16 ist in einem Sockel 18 fixiert.
Der Leuchtkörper 2, also das lichterzeugende Element, hat eine bogenförmige Gestalt und wird bspw. durch eine Gasentladung erzeugt. Ein von diesem Leuchtkörper 2 abgestrahlter Lichtstrahl 20 trifft in einem Reflexionspunkt 22 der Innenseite 24 des Reflektors 6 auf und wird dort in Richtung 20' abgelenkt und trifft in einem Einkoppelpunkt 25 auf der Einkoppelfläche 12 auf. Ein Lichtstrahl 26 wird ebenfalls im Reflexionspunkt 22 in Richtung 26' abgelenkt und trifft in einem Einkoppelpunkt 28 auf die Einkoppelfläche 12. Die Lichtstrahlen 30 und 32, die vom Leuchtkörper 2 abgegeben werden, werden in Richtung 30' bzw. 32' von der Reflektorinnenseite 24 abgelenkt und treffen in dem Einkoppelpunkt 25 und in einem Einkoppelpunkt 34 auf der Einkoppelfläche 12 des Lichtleiters 8 auf. Das Zusammenfallen der Lichtstrahlen 20' und 32' in einem Einkoppelpunkt 25 kann durch die Gestaltung des Reflektors eingestellt werden. Aber auch Auseinanderfallen ist möglich und durch eine bestimmte Reflektorauslegung erzielbar.
Der Abstand 36 zwischen den Einkoppelpunkten 25 und 28 der abgelenkten Lichtstrahlen 20' und 26' ist erkennbar größer als der Abstand 38 zwischen den Einkoppelpunkten 25 und 34 der abgelenkten Lichtstrahlen 30' und 32'. Es werden also Leuchtkörperbilder auf die Einkoppelfläche 12 des Lichtleiters 8 projiziert, deren Ausdehnung verschieden groß ist.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht des Scheinwerfers in der Ebene I-I in Fig. 1. Die vom Leuchtkörper 2 abgegebenen Lichtstrahlen werden von der Innenseite 24 des Reflektors 6 auf die Einkoppelfläche 12 des Lichtleiters 8 projiziert.
Bspw. werden die Lichtstrahlen 40 und 42 in Richtung 40' und 42' abgelenkt und treffen in den Einkoppelpunkten 44 und 46 auf die Einkoppelfläche 12 des Lichtleiters 8. Weiterhin werden die Lichtstrahlen 48 und 50 in Richtung 48' und 50' abgelenkt und treffen im Einkoppelpunkt 44 und in einem Einkoppelpunkt 52 auf die Einkoppelfläche 12. Auch hier werden durch die Gestaltung des Reflektors 6 und die Stellung der optischen Achse 10 zur Leuchtkörperachse 4 verschieden große Leuchtkörperbilder erzeugt.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf die Einkoppelfläche 12, die vom Umriss 54 begrenzt wird und eine Längsausdehnung 56 sowie eine Querausdehnung 58 aufweist. Die maximale Ausdehnung des Querschnitts der Einkoppelfläche 12 liegt in der Diagonalen 60 der Diagonalrichtung 62. Auf der Einkoppelfläche 12 sind beispielhaft einige Leuchtkörperbilder dargestellt, von denen wiederum beispielhaft ein Leuchtkörperbild mit großer Projektionsfläche 64 und ein Leuchtkörperbild mit kleiner Projektionsfläche 66 hervorgehoben sind. Das Leuchtkörperbild 64 erstreckt sich im Wesentlichen in Richtung der maximalen Ausdehnung 60 der Einkoppelfläche 12. Das Leuchtkörperbild 66 mit kleiner Projektionsfläche liegt in einem Bereich der Einkoppelfläche 12, der von dem Leuchtkörperbild 64 mit großer Projektionsfläche nicht oder nur teilweise abgedeckt ist.
Bei Überlagerung der in Fig. 3 beispielhaft hervorgehobenen Leuchtkörperbilder mit großer und kleiner Projektionsfläche wird deutlich, dass eine Leuchtdichteverteilung erzielbar ist, bei der die Lichtverteilung besser ausgenutzt ist.
Fig. 4 zeigt zwei übereinander liegend dargestellte Einkoppelflächen mit Umrissen 68 und 70. Der Umriss 68 ist von einem im Wesentlichen kreisförmig ausgebildeten Lichtleiterquerschnitt bestimmt, wie er in Scheinwerfern mit konventionellen Lichtleitereinkopplungsvorrichtungen Verwendung findet, d. h. bei denen die optische Achse mit der Leuchtkörperlängsachse zusammenfällt. Der Umriss 70 zeigt eine erfindungsgemäß verkleinerte Ausführungsform eines Lichtleiterquerschnitts mit einer Längsausdehnung 72 und einer Querausdehnung 74.
Bei Verwendung von konventionellen Lichtleitereinkopplungsvorrichtungen werden Leuchtkörperbilder auf eine Einkoppelfläche mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt 68 projiziert. In Fig. 4 sind beispielhaft einige Einkoppelbilder 76 bezeichnet. Durch Überlagerung dieser Einkoppelbilder kann ein Eindruck vermittelt werden, welche Leuchtdichteverteilung in der Einkoppelfläche des Lichtleiterquerschnitts erzielbar ist. Es ist aus Fig. 4 zu erkennen, dass eine homogene und den Lichtleiter gut ausnutzende Leuchtdichteverteilung lediglich in einem zentralen Bereich des Lichtleiterquerschnitts 68 gewährleistet ist. Hingegen wird mit einer erfindungsgemäßen Anordnung und unter Verwendung eines Lichtleiters mit dem Querschnitt 70, der kleiner ist, durch Überlagerung von beispielhaft bezeichneten Leuchtkörperbildern 78 eine Leuchtdichteverteilung erzeugt, die qualitativ mindestens der Leuchtdichteverteilung auf dem kreisförmigen Querschnitt 68 bei Verwendung von konventionellen Lichtleitereinkopplungsvorrichtungen entspricht. Der vom Lichtleiter 70 beanspruchte Bauraum ist jedoch wesentlich kleiner als der von Lichtleitern mit kreisförmigem Querschnitt.

Claims

1. Scheinwerfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem länglichen Leuchtkörper (2) mit einer Leuchtkörperlängsachse (4), mit einem dem Leuchtkörper zugeordneten Reflektor (6) zur Bündelung des von dem Leuchtkörper abgestrahlten Lichts, sowie mit einem Einkoppelschirm, der mit dem vom Reflektor (6) in Richtung einer optischen Achse (10) abgestrahlte Licht beleuchtbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtkörperlängsachse (4) einen Winkel α mit der optischen Achse (10) einschließt, der > 0 Grad ist.

2. Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen der Leuchtkörperlängsachse (4) und der optischen Achse (10) ≥ 30 Grad ist.

3. Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen der Leuchtkörperlängsachse (4) und der optischen Achse ≥ 45 Grad ist.

4. Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (a) zwischen der Leuchtkörperlängsachse (4) und der optischen Achse (10) ≥ 60 Grad ist.

5. Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (a) zwischen der Leuchtkörperlängsachse (4) und der optischen Achse (10) = 90 Grad ist.

6. Scheinwerfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Einkoppelschirm die Einkoppelfläche (12) eines Lichtleiters (8) dient.

7. Scheinwerfer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vom Leuchtkörper (2) abgestrahlte und vom Reflektor (6) gebündelte Leuchtkörperbilder (62, 66) mit großer und kleiner Projektionsfläche erzeugbar sind.

8. Scheinwerfer nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einkoppelschirm und/oder der Lichtleiter (8) einen von einer Kreisform abweichenden Querschnitt mit einer Ausdehnung in Längs- und in Querrichtung (56, 72; 58, 74) aufweisen.

9. Scheinwerfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Einkoppelschirm und/oder der Lichtleiter (8) einen Querschnitt mit einer maximalen Ausdehnung in Längsrichtung aufweisen.

10. Scheinwerfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Einkoppelschirm und/oder der Lichtleiter einen Querschnitt mit einer maximalen Ausdehnung (60) aufweist, deren Richtung von der Richtung der Längsausdehnung (54) des Querschnitts abweicht.

11. Scheinwerfer nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass Leuchtkörperbilder (62, 66) mit großer Projektionsfläche parallel zur maximalen Ausdehnung (60) des Einkoppelschirms liegen.

12. Scheinwerfer nach mindestens einem der Ansprüche 7-11, dadurch gekennzeichnet, dass Leuchtkörperbilder (62, 66) mit kleiner Projektionsfläche in Bereichen des Einkoppelschirms liegen, die von den Leuchtkörperbildern mit großer Projektionsfläche nicht oder nur teilweise abgedeckt sind.

13. Scheinwerfer nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtkörper (2) als Glühwendel ausgebildet ist.

14. Scheinwerfer nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtkörper (2) als Lichtbogen ausgebildet ist.

15. Scheinwerfer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtbogen von einer Gasentlandungslampe erzeugbar ist.