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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Scheinwerfer und speziell auf einen
Kraftfahrzeugscheinwerfer, der ein LED-Lichtquellenfeld verwendet.
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Hintergrund
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Eine
moderne Fahrzeugscheinwerfergruppe enthält gewöhnlich abgedichtete elektrische
Verbinder, komplexe spritzgussgeformte Scheinwerfergläser und
geformte metallbeschichtete Reflektoren, die zusammenwirkend weißes Licht
von einer Glühlampe,
einer Halogenlichtquelle oder einer Bogenentladungslichtquelle (HID)
kollimieren und streuen.
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Viele
moderne elektrische Lichtquellen sind relativ ineffizient, wie z.
B. herkömmliche
Wolframdrahtglühlampen,
oder erfordern für
den Betrieb hohe Spannungen, wie z. B. Leuchtstoff- oder Bogenentladungslampen,
und sind deshalb für
Fahrzeugscheinwerferlichtquellen nicht optimal, wo nur begrenzte
Energie zur Verfügung
steht, nur niedrige Spannung verfügbar ist oder eine hohe Spannung aus
Sicherheitsgründen
inakzeptabel ist. Die meisten herkömmlichen Weißlichtscheinwerfer
verwenden als Lichtquelle Glüh-,
Halogen- oder HID-Lampen. Diese
Lampen weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf, die beim Entwurf
einer Scheinwerfergruppe berücksichtigt
werden müssen.
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Glühlampen
sind zerbrechlich und haben selbst in stabilen Umgebungen eine kurze
Lebensdauer und müssen
demzufolge oft unter großen
Unannehmlichkeiten, hoher Gefährdung
und/oder hohen Kosten ersetzt werden. Zusätzlich zu ihrer von Natur aus
kurzen Lebensdauer sind Glühlampen sehr
anfällig
für Schäden durch
Stöße und Schwingungen.
Kraftfahrzeuge unterliegen während
der Fahrt heftigen Stößen und
typischen Schwingungen, was Schäden
an den Glühlampen,
insbesondere den Glühfäden, von
denen die Lichtemissionen ausgehen, bewirken kann.
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Glühlampen
weisen außerdem
bestimmte elektrische Merkmale auf, die ihre Integration in Fahrzeuge,
wie z. B. ein Kraftfahrzeug, von Natur aus erschweren. Wenn zum
Beispiel eine Glühlampenlichtquelle
an eine Spannungsquelle angelegt wird, tritt ein Anfangsstromstoß auf, der
in den Glühfaden fließt. Dieser
Einschaltstrom, der normalerweise das 12- bis 20fache des normalen
Betriebsstroms beträgt,
begrenzt die Lebensdauer der Lampe, weshalb sie häufiger ersetzt
werden muss. Glühlampen
weisen außerdem
bei der Umwandlung elektrischer Energie in ausgestrahltes sichtbares
weißes
Licht einen geringen Wir kungsgrad auf. Der größte Anteil der von ihnen verbrauchten
Energie geht in Form von Wärme verloren,
während
im Allgemeinen weniger als 7 % der von ihnen verbrauchten Energie
als sichtbares Licht ausgestrahlt werden.
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Ein
anderes mit Glüh-,
Halogen- und HID-Lampen verbundenes Problem besteht in der Erzeugung
großer
Wärmemengen
für eine äquivalente
Menge erzeugten Lichts. Das führt
zu sehr hohen Glaskolbenwandtemperaturen und großen Wärmestauungen, die in geeigneter
Weise durch Abstrahlung, Konvektion oder Ableitung zerstreut werden
müssen,
um Schäden
an den Beleuchtungsstützelementen,
dem Gehäuse,
der Optik oder anderen in der Nähe
befindlichen Kraftfahrzeugkomponenten zu verhindern. Diese große Wärme als
Merkmal gewöhnlicher
Lichtquellen in Kraftfahrzeugscheinwerfern hat vor allem eine beachtliche
Auswirkung auf die zum Kollimieren und Leiten des Lichts verwendeten
speziellen Reflektor- und Linsenkonstruktionen und -materialien.
Eine unter Beibehaltung der optischen Wirksamkeit die Zerstreuung
der Wärme
fördernde
Konstruktion stellt außerdem
an die Beleuchtungsgruppe höhere
Raum- und Gewichtsanforderungen, was einen schwerwiegenden Nachteil
bei Kraftfahrzeuganwendungen darstellt, bei denen von Natur aus
Gewichts- und Raumanforderungen eine große Rolle spielen.
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Außerdem verschlechtert
sich mit der Zeit die Beleuchtungsstärke einer Glühlampenlichtquelle. Für eine in
Scheinwerfern verwendete Lichtquelle mit Glühfaden ist es völlig normal,
dass sie von der anfänglich
abgegebenen Lichtmenge mehr als 25 % verliert. Halogenlampen mit
sehr langer Lebensdauer können
während
ihrer Nutzungsdauer bis zu 50 % der abgegebenen Lichtmenge verlieren.
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HID-Lampen
liefern eine größere Lichtmenge
als Halogen- und Glühlampen
und verbrauchen weniger Energie, so dass sie einen höheren Wirkungsgrad
aufweisen. Da außerdem
kein Glühfaden vorhanden
ist, der durchbrennen kann, wird diesen Lampen eine Lebensdauer über eine
Fahrstrecke von 100000 Meilen (160934 km) und mehr zugeschrieben.
HID-Lampen haben zwar eine längere
Lebensdauer als Halogen- und Glühlichtquellen,
sind jedoch sehr kostenintensiv und erfordern die Verwendung eines
Vorschaltgeräts.
Allgemein kritisch bei HIDs ist außerdem, dass sie eine übermäßige Menge an
Blendlicht erzeugen. HID-Lichtquellen (Lampenkolben) liefern etwa
das Zwei- bis Dreifache des verfügbaren
Lichtstroms (Helligkeit) von Halogenlichtquellen, und die HID-Richtcharakteristik
ist gegenüber
den Halogenlichtquellen stabiler, was eine gleichmäßigere und
weiterreichende Beleuchtung gewährleistet
und bessere Sicht und besseren Fahrkomfort bietet. Das bewirkt mehr
Licht auf der Straßenoberfläche und
die Beleuchtung eines größeren Teils
der Fahrbahn. Dieses zusätzliche
Licht darf jedoch nicht von der Lampe nach oben in die Augen eines
entge genkommenden Fahrers gerichtet werden. Wenn bei rauen Witterungsverhältnissen
die Straßenoberfläche nass
ist, kann die zusätzliche
Helligkeit zu einem höheren
Grad an Lichtreflexionen von der Straßenoberfläche in die Augen anderer Fahrer
führen.
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Neuerdings
besteht großes
Interesse an der Verwendung von Halbleiterkomponenten, wie z. B. Leuchtdioden
(LEDs), als Lichtquellen für
Beleuchtungssysteme. Wegen ihrer im Vergleich zu den Glühlampen
kräftigen
Färbung
und relativ geringen Lichtausbeute haben frühe Generationen von LEDs Anwendung
meist als Anzeigegeräte,
wie z. B. Ein/Aus- und
matrixadressierte Anzeigeeinrichtungen usw., gefunden. Diese Anwendungen
beherrschen zwar noch heute den LED-Markt, neueste Weiterentwicklungen
bei Materialien, Gestaltung und Fertigung von LEDs haben jedoch
zu wesentlicher Erhöhung
der LED-Leuchtwirkung
geführt,
und in ihren neuesten marktüblichen
Ausführungen
weisen die LEDs eine höhere
Leuchtwirkung als Glühlampenlicht
auf.
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LEDs
bieten im Vergleich zu anderen herkömmlichen Niedervolt-Lichtquellen
für Fahrzeuge viele
andere potenzielle Vorteile. LEDs sind außerordentlich stoßfest und
bieten deshalb wesentliche Vorteile gegenüber Glüh- und Leuchtstofflampen, die zerspringen
können,
wenn sie einem mechanischen Stoß oder
einem Thermoschock ausgesetzt werden. Im Gegensatz zu Glühlampen
mit normalerweise 1000 bis 2000 Stunden, Halogenlampen mit 1000 Stunden
und Leuchtstofflampen mit 5000 bis 10000 Stunden haben LEDs Betriebslebensdauern
von 200000 bis 1000000 Stunden. Außerdem erzeugen LEDs wesentlich
weniger Wärme
als herkömmliche Fahrzeugscheinwerferlichtquellen
mit Glühfäden. Da von
den LEDs eine relativ geringe Wärmemenge
erzeugt wird, kann das Innenvolumen des Scheinwerfers minimiert
werden, wodurch die Tiefe der Scheinwerfergruppe minimiert wird.
LED-Lichtquellen
weisen außerdem
einen sehr geringen Grad an Verschlechterung der Lichtabgabe über der
Zeit auf, nämlich
weniger als 10 % über
der Lebensdauer des Fahrzeugs gegenüber etwa 25 % bei herkömmlichen Lichtquellen.
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Da
außerdem
herkömmliche
Lichtquellen normalerweise nur eine Lampe oder Lichtquelle verwenden,
sind die Gestaltungsmöglichkeiten
für einen Scheinwerfer
im Allgemeinen begrenzt. Die Verwendung eines Felds von LED-Lichtquellenmodulen
lässt eine
weite Spanne von möglichen
Konfigurationen der Scheinwerferkonstruktion zu. Außerdem können, wenn
man eine höhere
abgegebene Lichtmenge der Scheinwerfer wünscht, zusätzliche LED-Lichtquellenmodule
hinzugefügt
werden. Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Felds von LED-Lichtquellenmodulen
ist die Steuerbarkeit und die Anpassungsfähigkeit der Scheinwerfer, in
denen solche Module verwendet werden. Durch An- oder Ausschalten
bestimmter LED-Module innerhalb des Scheinwerfers kann die Richtcharakteristik
des Schein werfers zwecks Anpassung an die Straßenbedingungen oder die Fahrzeugbewegungen
geändert
werden. Wenn zum Beispiel einige der Module des Felds rechts angeordnet
sind, können
diese Module beim Einfahren des Fahrzeugs in eine Rechtskurve entweder
durch Anschalten oder durch Erhöhung
ihrer Lichtausbeute selektiv gesteuert werden, um dem Fahrer eine
höhere
Straßensichtbarkeit
und des Randbereichs in der Rechtskurve zu bieten. Analog können links
angeordnete LED-Module derart abgedunkelt werden, dass eine Ablenkung
des Fahrers minimiert wird. Außerdem
führt bei
einem Feld von LED-Lichtquellenmodulen der Ausfall eines Moduls
oder Modulpaars zu einem nur geringen Verlust an Lichtmenge im Gegensatz
zum Totalverlust an Lichtmenge, der bei Ausfall herkömmlicher
Lampen verursacht wird.
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Schließlich können bei
LED-Scheinwerferfeldern verschiedene individuelle Linsen desselben Typs
oder unterschiedlicher Typen mit jeder einzelnen LED verbunden werden,
um verschiedene Richtcharakteristiken zu erzeugen und diese in Abhängigkeit
von der gewünschten
Verwendung zu optimieren.
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Deshalb
ist es erwünscht,
bei in Fahrzeugen verwendeten Scheinwerfern herkömmliche Lampen durch Felder
aus weißen
Leuchtdiodenlichtquellen zu ersetzen. Die Erfindung löst die zuvor
aufgezeigten mit der Verwendung herkömmlicher Lampen in Fahrzeugscheinwerfern
verbundenen Probleme.
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Zusammenfassung
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Der
Geltungsbereich der Erfindung wird allein durch die beigefügten Patentansprüche und
ihre Entsprechungen bestimmt und in keiner Weise durch die Angaben
in dieser Zusammenfassung beeinflusst.
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeugscheinwerfergruppe, die
ein Feld von Leuchtdioden-(LED-)Lichtquellenmodulen umfasst, wobei
jedes eine zugeschnittene Optik besitzt. Speziell umfasst die Scheinwerfergruppe
der Erfindung ein Feld von LED-Lichtquellenmodulen,
in welchem jedes Modul seine eigene LED-Lichtquelle, seine eigene
zur Brechung und Reflexion des Lichts von der Lichtquelle fähige Linse
und seinen eigenen mit einer profilierten inneren Reflexionsfläche ausgestatteten
Reflektor enthält.
In einer Ausgestaltung stehen die einer speziellen Funktion, wie
z. B. Fernlicht oder Abblendlicht, zugeordneten Module in elektrischer
Verbindung mit einer Leiterplatte zur Steuerung dieser Funktion.
In einer anderen Ausgestaltung wird jede einzelne Lichtquelle selektiv
gesteuert. Das kann durch Kommunikation mit dem Steuermodul oder durch
Kommunikation mit der Fahrzeugelektronik erfolgen.
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Kurzbeschreibung verschiedener
Ansichten in den Zeichnungen
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1 stellt eine Vorderansicht
eines Scheinwerfers mit einer Ausgestaltung des LED-Lichtquellenfelds
entsprechend der Erfindung dar.
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2 ist eine Schnittdarstellung
eines Scheinwerferteils mit einer Ausgestaltung des LED-Lichtquellenfelds
entsprechend der Erfindung.
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3 ist eine Perspektivdarstellung
eines LED-Lichtquellenmoduls entsprechend einer Ausgestaltung der
Erfindung.
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4 ist eine perspektivische
Explosionsdarstellung eines LED-Lichtquellenmoduls entsprechend
einer Ausgestaltung der Erfindung.
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5 ist die Schnittdarstellung
einer Seitenansicht eines LED-Lichtquellenmoduls entsprechend einer
Ausgestaltung der Erfindung.
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6 zeigt die Explosionsdarstellung
einer Seitenansicht eines LED-Lichtquellenmoduls
entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung.
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7A ist eine Vorderansicht
einer Fahrzeugscheinwerferkonfiguration, die ein LED-Lichtquellenfeld
entsprechend der Erfindung enthält.
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7B ist eine Vorderansicht
einer Ausgestaltung einer Fahrzeugscheinwerferkonfiguration, die
ein LED-Lichtquellenfeld entsprechend der Erfindung enthält.
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7C ist eine Vorderansicht
einer Ausgestaltung einer Fahrzeugscheinwerferkonfiguration, die
ein LED-Lichtquellenfeld entsprechend der Erfindung enthält.
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7D ist eine Vorderansicht
einer Ausgestaltung einer Fahrzeugscheinwerferkonfiguration, die
ein LED-Lichtquellenfeld entsprechend der Erfindung enthält.
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8 ist eine Repräsentation
einer durch ein erfindungsgemäßes LED-Lichtquellenmodul
erzeugten Richtcharakteristik.
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9 ist eine Repräsentation
einer durch ein erfindungsgemäßes LED-Lichtquellenmodul
erzeugten Richtcharakteristik.
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Ausführliche Beschreibung
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeugscheinwerfergruppe, die
ein Feld von Leuchtdiodenlichtquellenmodulen umfasst, die jeweils
eine zugeschnittene Optik besitzen.
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Wie
in 1 und im Teilschnitt
in 2 dargestellt, umfasst
der Scheinwerfer 10 ein Gehäuse 12 mit einer Vorderöffnung 14 und
eines am Gehäuse 12 befestigten
und die Vorderöffnung 14 abdeckenden
Scheinwerferglases 16. Das Gehäuse 12 kann nach Wunsch
eine quadratische, rechtwinklige, ovale, runde, längliche
oder jede andere Konfigura tion annehmen, wie in den 7A bis 7D dargestellt
ist. Das Gehäuse 12 kann
aus jedem geeigneten Material geformt sein einschließlich, jedoch
nicht darauf beschränkt,
Plastwerkstoff Fiberglas, Metall und Kombinationen davon.
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Das
Scheinwerferglas 16 kann am Gehäuse 12 auf jede dem
Fachmann bekannte An, wie z. B. mechanisch oder geklebt, einschließlich, jedoch
nicht darauf beschränkt,
durch Schrauben, Kleber, Ultraschallschweißen, eine in einer Nut eingerastete
Nase oder Ähnliches,
gehalten werden. Das Scheinwerferglas 16 kann je nachdem,
ob ein Zugang zum Inneren des Gehäuses durch die Vorderöffnung 14 gewünscht wird,
dauerhaft oder entfernbar am Gehäuse 12 befestigt
sein, und zwar auf jede dem Fachmann bekannte Art. Das Scheinwerferglas 16 kann eine
Facettierung oder andere Lichtstreumittel enthalten, muss dies jedoch
nicht. In einer Vorzugsausgestaltung enthält das Scheinwerferglas 16 weder Facettierung
noch Lichtstreumittel.
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Wie
in 1 dargestellt, ist
innerhalb des Gehäuses 12 ein
Feld 18 von LED-Lichtquellenmodulen 20 in
einem Feld von senkrechten Spalten und/oder horizontalen Zeilen
angeordnet. Das Feld 18 umfasst eine Vielzahl von einzelnen
weißen
mit zugeordneter Optik ausgestatteten LED-Lichtquellenmodulen 20.
Wie in den 3 bis 6 dargestellt, besteht jedes
Modul 20 aus einer LED-Lichtquelle 22, einer Modullinse 26 und
einem Reflektor 28. Die Module 20 sind je nach
gewünschter
Scheinwerferkonfiguration in vertikalen Spalten, horizontalen Zeilen oder
in Kombinationen davon angeordnet, wie beispielsweise in den 7A und 7B dargestellt. Die LED-Lichtquelle 22 kann
in elektrischer Kommunikation mit einem Steuermodul, wie z. B. einer
Leiterplatte oder einer anderen Speichereinrichtung, stehen, das
zusammen mit dem Scheinwerfer oder von ihm getrennt angeordnet oder
in einer anderen der Lichtquelle 22 zugeordneten Fahrzeugelektronik
integriert sein kann.
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Die
Modullinse 26 kann allgemein und näherungsweise elliptisch oder
abgerundet, wie in 3 dargestellt,
oder im Prinzip parabolisch sein und eine vorgegebene Freiformfläche mit
einer Zentralregion 30 und aus der Zentralregion 30 herausragende
Lappen 32 umfassen. Vorzugsweise ist die Modullinse 26 eine
Spiegellinse. Eine als Spiegellinse ausgeführte Linse hat die Fähigkeit,
das Licht sowohl zu reflektieren als auch zu brechen. Wie in 5 dargestellt, hat die Modullinse 26 eine
innere LED-Lichtquellenstirnfläche
oder Photonenempfangsfläche 36 und
eine äußere oder
Photonenemissionsfläche 38.
Vorzugsweise umfassen beide Flächen
der Modullinse 26 optische Flächen. In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung,
wie in den 4 bis 6 dargestellt, weisen die
innere Fläche 36 und
die äußere Fläche 38 radiale
Mikroprismastrukturen, wie z. B. bei einer Fresnel-Linse, auf. Die
innere Fläche 36 und
die äußere Fläche 38 reflektieren
und brechen das eingefangene Licht von der LED-Lichtquelle 22 in
parallele Strahlen. In einer in den 3 bis 5 gezeigten Ausgestaltung
umfasst die Optik der äußeren Fläche 38 Ringräume 40 in
der Zentralregion 30 der Linse 26 und eine Brechungsoptik 42,
die in 3 als parallele,
sich in den Lappen 32 der Linse 26 erstreckende Linsenrippen 43 dargestellt
ist. Die Linsenrippen 43 bilden vorzugsweise einen konvexen
Bogen oder eine Bogenform auf der äußeren Fläche 38 der Lappen 32.
Diese Ausgestaltung ist allgemein zur Verwendung als Abblendlicht
oder eine Abdunkelungsoption des Scheinwerfers 10 ausgelegt,
in der eine größere Diffusion
oder Streuung des von der LED-Lichtquelle 22 emittierten
Lichts gewünscht
ist. Die Brechungsoptik 42 kann Kissen oder Rillen oder jede
andere dem Fachmann bekannte Konfiguration zur Durchführung der
Brechungsfunktion umfassen. In einer anderen Ausgestaltung, wie
in 4 dargestellt, sind
die Lappen 32 der äußeren Fläche 38A der
Linse 26 glatt. Diese Ausgestaltung ist allgemein zur Verwendung
als Fernlicht oder eine Helloption des Scheinwerfers 10 ausgelegt,
in der von der LED-Lichtquelle 22 helleres oder stärker gerichtetes Licht
gewünscht
wird. In der Fernlichtausgestaltung sammelt die Linse 26 das
von der LED-Lichtquelle 22 emittierte Licht und leitet
den kollimierten Strahl axial von der Lichtquelle 22 nach
außen.
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Die
Lichtquellen 22 können
betriebsfähig
direkt oder indirekt an eine elektrische Stromsteuereinrichtung
mit einem optionalen Logiksteuerelement angeschlossen sein und mit
ihr in elektrischer Kommunikation stehen. In einer Ausgestaltung
kann das Feld 18 in elektrischer Kommunikation mit einem
Logiksteuerelement, wie z. B. einer Steuerleiterplatte oder einem
Mikrochip, stehen, das die Funktionsweise der LED-Lichtquellenmodule 20 des
Felds 18 steuert. In einer anderen Ausgestaltung ist jedes LED-Lichtquellenmodul 20 mit
einer bestimmten Funktion, d. h. Fernlicht oder Abblendlicht, mit
einem Steuerelement verbunden, das ein dieser Funktion zugeordnetes
Logiksteuerelement besitzt. In einer noch anderen Ausgestaltung
ist jedes einzelne LED-Lichtquellenmodul 20 mit seinem
eigenen Logiksteuerelement zwecks zugeordneter einzelner Steuerung
des Lichtquellenmoduls 20 verbunden. Auf diese Weise kann
jedes Modul 20 selektiv und individuell gesteuert werden,
so dass gewünschte Mengen
und Strahlungscharakteristiken des vom Scheinwerfer 10 emittierten
Lichts bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann ein einzelnes
Feld selektiv und unterschiedlich betrieben und beleuchtet werden,
um unterschiedliche Beleuchtungsanforderungen zu erfüllen. Um
zum Beispiel eine Blendung des Fahrzeugführers zu verringern oder zu
verhindern, können
die im fahrerseitigen Scheinwerfer angeordneten LED-Lichtquellen
in ihrer Intensität
verringert oder völlig
ausgeschaltet werden. In einem anderen Beispiel können anstelle
der in den meisten Fahrzeugscheinwerfern üblichen zwei Beleuchtungsintensitäten eine
Vielzahl von Intensitäten
für sich ändernde
Fahrbedingungen realisiert werden.
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Vorzugsweise
befindet sich die LED-Lichtquelle 22 innerhalb des Reflektors 28,
wie in den 3 und 4 dargestellt ist. Unter
Bezug auf die 5 und 6 umfasst der Reflektor 28 eine
erste Öffnung 44, eine
zweite Öffnung 46 und
eine Reflektorinnenfläche 48.
Die erste Öffnung 44 ist
zur Aufnahme der LED-Lichtquelle 22 ausgelegt. Die Linse 26 kann
innerhalb des Reflektors 28 angeordnet und im Reflektor 28 durch
Stützelemente 50 gehalten
und abgestützt
sein. Es ist außerdem
berücksichtigt,
dass die Linse 26 in einer Anzahl von Positionen in Bezug
auf den Reflektor angeordnet sein kann, wie z. B. an der Kante oder über der
Kante des Reflektors oder angrenzend/benachbart zum Reflektor. Die
Linse 26 ist vorzugsweise innerhalb des Reflektors 28 angeordnet
und mit diesem verbunden. Die Linse 26 kann durch jedes
dem Fachmann bekannte Mittel mit dem Reflektor 28 verbunden
sein.
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Der
Umfang der Linse 26 bildet vom Brennpunkt der LED-Lichtquelle 22 aus
gesehen annähernd
die Innenkontur der Reflexionsfläche 48.
Wie in den 4, 5 und 6 dargestellt, sind die Stützelemente 50 Einrastverbinder.
Die Stützelemente
bestehen vorzugsweise aus Plastwerkstoff oder einem anderen flexiblen,
elektrisch isolierenden Material und sind in den Reflektor 28 eingerastet.
Andere Befestigungselemente können
zur Aufrechterhaltung der sachgemäßen Lagebeziehung zwischen
den zusammenhängenden
optischen Komponenten integriert sein.
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Der
Reflektor 28 umfasst einen napfförmigen Körper mit einer allgemein parabolischen
inneren Reflexionsfläche 48,
obwohl andere Formen, wie z. B. Ellipsen, Hyperbeln, Halbkugeln
und Kegel, ebenfalls in Erwägung
gezogen sind. Die Reflexionsfläche 48 reflektiert
das von der LED-Lichtquelle 22 emittierte Licht, das nicht
durch die Linse 26 aufgefangen und verteilt wird. Der Reflektor 28 ist
vorzugsweise eine Axialreflektorlinse, in der der Reflektor 28 im Wesentlichen
in einer Linie mit der LED-Lichtquelle 22 ausgerichtet
sein kann. Die Reflexionsfläche 48 umfasst
vorzugsweise mindestens zwei aneinander liegende Reflexionsflächen. Mit
deutlicherem Vorzug umfasst die Reflexionsfläche 48 mindestens
vier und vorzugsweise sechs radial ausgerichtete aneinander liegende
Reflexionsflächen.
In der am meisten bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Reflexionsfläche 48 acht
aneinander liegende Facetten 54, wie in den 3 und 4 dargestellt ist. Die Facetten 54 können quadratisch,
rechtwinklig oder trapezförmig
sein. Obwohl die Facetten 54 von unterschiedlicher Größe und Form
sein können,
sind die Facetten 54 in Größe und Form vorzugsweise annähernd identisch.
In einer Ausgestaltung können
die Facetten 54 eine gekrümmte Fläche haben, wie in den 3 und 4 dargestellt ist.
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Der
Reflektor 28 und die Linse 26 wirken zwecks Überlappung
der Beleuchtung der einzelnen LED-Lichtquellenmodule 20 zusammen,
um die Richtcharakteristiken zu erzeugen, wie sie z. B. in den 8 und 9 dargestellt sind.
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Die
Energie zur Beleuchtung der LED-Lichtquellenmodule 20 kann
durch eine Niederspannungsversorgung oder eine 12-V-Energieversorgung bereitgestellt
werden, wie sie normalerweise in Fahrzeugen verfügbar sind.
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Mehrere
LED-Module für
eine gewünschte Funktion
sind in einem Feld angeordnet, so dass die LED-Module, die einer
bestimmten Funktion (wie z. B. Fernlicht) zugeordnet sind, zum Zusammenwirken mit
benachbarten funktionsgleichen LED-Modulen angeordnet sind. Obwohl
jede Anzahl von LED-Modulen für
jede Funktion verwendet werden kann, umfasst ein Abblendlichtfeld
vorzugsweise 5 bis 25 LED-Module mit LED-Lichtquellen von jeweils
25 lm, vorzugsweise jeweils mindestens 40 lm und besser mindestens
55 lm. Ein einer Abblendlichtfunktion zugeordnetes LED-Feld umfasst
vorzugsweise etwa 10 bis 18 einzelne LED-Module. Während LEDs
von Lumileds Luxeon bevorzugt werden, würde ein Fachmann erkennen,
dass zur Verwendung in der Erfindung andere LED-Typen zur Verfügung stehen
können.
Obwohl die LEDs jede Farbe aufweisen können, werden in der Vorzugsausgestaltung
weiße
LEDs für die
Fahrzeugfernlicht/-abblendlichtscheinwerfer verwendet.
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Ein
bevorzugtes Fernlichtfeld umfasst etwa 8 bis etwa 30 dieser Funktion
zugeordnete LED-Lichtquellen von jeweils von etwa 25 lm bis etwa
100 lm und vorzugsweise jeweils mindestens 30 lm. Ein Fernlicht-LED-Modulfeld
umfasst vorzugsweise etwa 10 bis etwa 18 Module. Die Anzahl der
einer Fernlichtfunktion zugeordneten LED-Module kann größer, kleiner
oder gleich der Anzahl der einer Abblendlichtfunktion zugeordneten
Module sein.
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Wie
in den 7A bis 7D dargestellt ist, gewährleisten
Fahrzeugscheinwerfer, die LED-Felder entsprechend der Erfindung
enthalten, eine größere Flexibilität und Verschiedenheit
in der Frontkonfiguration des Scheinwerfers als herkömmliche
Scheinwerfer, die Halogen- oder HID-Lampen verwenden. 7A ist die Vorderansicht
einer Stapelscheinwerferkonfiguration. In 7A sind Fernlicht-LED-Lichtquellen in
Spalten und Zeilen neben Abblendlicht- und Fahrtrichtungsanzeige-LED-Lichtquellen
angeordnet. 7B ist die
Vorderansicht einer anderen Scheinwerferkonfiguration mit einem
erfindungsgemäßen LED-Feld,
in dem das Fernlicht-LED-Lichtquellenfeld zwei horizontale Zeilen
umfasst, das Abblendlicht-LED-Lichtquellenfeld eine an das Fernlichtfeld
angrenzende einzelne vertikale Spalte umfasst und das Fahrtrichtungsanzeigefeld
eine einzelne Zeile und eine einzelne Spalte von LED-Lichtquellen
angrenzend zu den Fernlicht- und Abblendlicht-LED-Lichtquellen umfasst.
Die 7C und 7D zeigen zusätzliche
Scheinwerferkonfigurationen, in denen die Fernlicht-, die Abblendlicht-
und die Fahrtrichtungsanzeige-LED-Lichtquellen vertikal angrenzend
an horizontale Zeilen angeordnet sind.
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Selbstverständlich sollte
klar sein, dass ein breiter Bereich von Änderungen und Modifikationen an
den zuvor beschriebenen Ausgestaltungen vorgenommen werden können. Die
voranstehende Beschreibung der Erfindung soll deshalb ihrer Illustration
und nicht ihrer Eingrenzung dienen, und die folgenden Patentansprüche einschließlich aller
Entsprechungen sollen den Geltungsbereich der Erfindung festlegen.