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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug zum Ausleuchten eines Fahrbahnbereichs vor dem Fahrzeug mit einer vorgebbaren Lichtverteilung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Beleuchtungseinrichtung ist aus der
WO 2006/096467 A2 bekannt. Die
DE 10 2006 037 422 A1 zeigt eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten Lichtmodul für eine Abblendlichtbetriebsart, einem zweiten Lichtmodul für eine Fernlichtbetriebsart und einem dritten Lichtmodul zur Erzeugung einer dritten Lichtverteilung mit einer geringeren horizontalen und/oder vertikalen Erstreckung als sie die Lichtverteilungen der ersten und der zweiten Betriebsart aufweisen. Die
DE 100 09 782 A1 zeigt eine Beleuchtungseinrichtung für Fahrzeuge mit einer Vielzahl von in einer Matrix verteilt angeordneten Halbleiterlichtquellen, einer Blende und einer Sammellinse. Die Matrix ist in Teilbereiche unterteilt. Die in jeweils einem Teilbereich angeordneten Halbleiterlichtquellen werden gemeinsam betrieben und erzeugen dabei von Teilbereich zu Teilbereich verschiedene Lichtverteilungen. Ein erstes Lichtmodul zum Erzeugen einer ersten Lichtverteilung und mindestens ein zweites Lichtmodul zum Erzeugen einer zweiten Lichtverteilung und eine Steuereinheit zum Ansteuern des ersten Lichtmoduls und des zweiten Lichtmoduls aufweisende Beleuchtungseinrichtungen sind in Form von so genannten Bi-Funktionsscheinwerfern aus dem Stand der Technik bekannt. Solche Scheinwerfer sind üblicherweise als Projektionsscheinwerfer ausgebildet und umfassen mindestens eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht, einen Reflektor zum Bündeln des ausgesandten Lichts, eine Blendenanordnung zum Abschatten zumindest eines Teils des gebündelten Lichts und eine Projektionslinse, die zumindest einen Teil des an der Blendenanordnung vorbeigelangten Lichts zur Erzeugung einer vorgebbaren Lichtverteilung auf die Fahrbahn vor das Kraftfahrzeug projiziert. Die Blendenanordnung kann in den Strahlengang des reflektierten Lichts hinein oder aus diesem heraus bewegt werden. Bei in dem Strahlengang angeordneter Blendenanordnung wird eine Oberkante der Blendenanordnung durch die Projektionslinse als Helldunkelgrenze der Lichtverteilung auf die Fahrbahn projiziert. Bei dem bekannten Bi-Funktionsscheinwerfer sind also das erste Lichtmodul zur Erzeugung einer Abblendlichtverteilung (die Blendenanordnung ist im Strahlengang angeordnet) und das zweite Lichtmodul zur Erzeugung einer Fernlichtverteilung (die Blendenanordnung ist außerhalb des Strahlengangs angeordnet) als ein integrales Bi-Funktionslichtmodul ausgebildet. Die Steuereinheit zum Steuern des ersten und zweiten Lichtmoduls bzw. des integralen Lichtmoduls steuert dabei lediglich die Blendenanordnung an, um die von dem integralen Lichtmodul ausgesandte Lichtverteilung zwischen einer Abblendlichtverteilung und einer Fernlichtverteilung umzuschalten.
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Nachteilig bei der bekannten Beleuchtungseinrichtung ist es, dass die Lichtverteilung lediglich auf zwei Lichtfunktionen, nämlich Abblendlicht und Fernlicht, beschränkt ist. Eine gezielte Erhöhung oder Verringerung der Helligkeit in bestimmten Bereichen der Lichtverteilung ist nicht möglich.
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Darüber hinaus ist aus der
DE 10 2005 014 953 A1 ein Kraftfahrzeugscheinwerfer bekannt, der mehrere matrixartig angeordnete Leuchtdioden (sog. LED-Array) als Lichtquelle aufweist. Die einzelnen Leuchtdioden können in Abhängigkeit von dem Verkehrsgeschehen vor dem Fahrzeug gezielt einzeln angesteuert werden. Auf diese Weise ist es möglich, Teilbereiche der Lichtverteilung, in denen sich entgegenkommende Verkehrsteilnehmer befinden, durch Deaktivierung der entsprechenden Leuchtdiode aus der Gesamt-Lichtverteilung gezielt auszublenden. Vorteilhaft ist dabei, dass das Fahrzeug ständig mit einer Fernlichtverteilung fahren kann, ohne dass es zu einer Blendung entgegenkommender Verkehrsteilnehmer kommt. Die mit der aus der
DE 10 2005 014 953 A1 bekannten Beleuchtungseinrichtung erzeugte Lichtverteilung wird auch als Teil-Fernlichtverteilung bezeichnet.
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Nachteilig bei der aus der
DE 10 2005 014 953 A1 bekannten Beleuchtungseinrichtung ist es jedoch, dass für die Ausleuchtung des gesamten Bereichs der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug und zur Erzielung einer ausreichenden Helligkeit der Lichtverteilung relativ viele matrixartig angeordnete Leuchtdioden erforderlich sind, was aufgrund der Energieversorgung und der Möglichkeit einer gezielten Ansteuerung der einzelnen Leuchtdioden sowie aufgrund der erforderlichen Maßnahmen zur Ableitung von Wärme während des Betriebs der Leuchtdioden aufwendig und teuer ist.
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Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, dass eine vorgebbare variable Lichtverteilung mit jeweils einer optimalen Verteilung der Helligkeitswerte innerhalb der Lichtverteilung, um die Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug unter Einhaltung der gesetzlichen Vorgaben optimal auszuleuchten und gleichzeitig eine Blendung entgegenkommender Verkehrsteilnehmer wirksam verhindern zu können, erzielt werden kann.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung können Scheinwerferfunktionen realisiert werden, wobei ein Teil der Funktionalität mittels des dritten Lichtmoduls mit den matrixartig angeordneten Leuchtdioden (so genanntes LED-Array) realisiert wird. Das dritte Lichtmodul mit dem LED-Array beleuchtet vorzugsweise einen zentralen Bereich der Lichtverteilung und fungiert so als sogenannter Zusatzspot. Der restliche Teil der Lichtverteilung wird durch ein so genanntes Grundlicht beleuchtet, das von dem ersten Lichtmodul und/oder dem zweiten Lichtmodul erzeugt wird. Innerhalb des LED-Arrays kann jede der LEDs individuell angesteuert beziehungsweise bestromt werden. Dadurch kann der Schwerpunkt, das heißt das Helligkeitsmaximum, der dritten Lichtverteilung und damit auch der Gesamt-Lichtverteilung verschoben werden. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, den Schwerpunkt der Lichtverteilung während einer dynamischen Fahrt auch in Kurvensituationen auf der Fahrbahn zu halten.
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Bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung wird gewissermaßen die Grundlichtverteilung der jeweiligen Lichtverteilung durch das erste und/oder das zweite Lichtmodul erzeugt. Die Grundlichtverteilung kann auch eine Teillichtverteilung sein, zum Beispiel ein breit gestreutes Lichtband mit einer horizontalen, geraden Helldunkelgrenze sein, welche die gesetzlichen Anforderungen an die Gesamtlichtverteilung unter Umständen nur in Teilbereichen erfüllt. Durch das dritte Lichtmodul wird eine zusätzliche dritte Lichtverteilung erzeugt, welche die erste bzw. zweite Lichtverteilung insbesondere in einem zentralen Bereich der Lichtverteilung überlagert und zur Optimierung der Gesamt-Lichtverteilung dient. Außerdem kann die dritte Lichtverteilung die Teillichtverteilung derart ergänzen und optimieren, dass die Gesamt-Lichtverteilung die gesetzlichen Anforderungen erfüllt. Da das dritte Lichtmodul nicht den gesamten Bereich der Gesamt-Lichtverteilung ausleuchtet und nicht alleine die erforderlichen Helligkeitswerte der Gesamt-Lichtverteilung erzeugen muss, kann es mit relativ wenigen Leuchtdioden realisiert werden. Das dritte Lichtmodul dient - wie gesagt - lediglich zur gezielten bereichsweisen Aufhellung der Gesamt-Lichtverteilung und/oder zur gezielten Verschärfung der Kontur der Lichtverteilung, bspw. im Bereich der Helldunkelgrenze, bspw. damit die Ausleuchtung der Fahrbahn optimiert und die gesetzlichen Anforderungen erfüllt werden.
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Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Anordnung, Ausgestaltung und Ansteuerung des mindestens einen dritten Lichtmoduls. Dieses ist vorzugsweise als ein Projektionsmodul ausgebildet, das in der Lage ist, mehrere klar voneinander abgegrenzte, aber aneinander angrenzende Teilbereiche auszuleuchten. Dabei wird jeder Teilbereich durch eine Leuchtdiode (LED) beleuchtet und kann mittels eines entsprechenden Steuergeräts in seiner Helligkeit individuell geregelt werden beziehungsweise die Teilbereiche können einzeln, unabhängig voneinander geschaltet oder gedimmt werden. Zum Dimmen kann der Strom, der durch die LED fließt, beispielsweise mittels Pulsweitenmodulation (PWM), verringert werden.
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Ein Teil der von dem mindestens einen dritten Lichtmodul erzeugten dritten Lichtverteilung, vorzugsweise ein unterer Teilbereich der dritten Lichtverteilung, kann als Teil einer Abblendlichtverteilung verwendet werden, indem dieser Teilbereich einer Abblendlichtgrundverteilung überlagert wird. Der untere Teilbereich kann die Helldunkelgrenze der Abblendlichtverteilung bilden. Dazu ist es notwendig, einen vorgebbaren Verlauf einer Helldunkelgrenze aus dem unteren Teilbereich der dritten Lichtverteilung, das heißt aus den unteren Bildpunkten der LED-Matrix, zu realisieren. Zu diesem Zweck ist es denkbar, zum Beispiel den LEDs des dritten Lichtmoduls zugeordnete Primäroptiken in bestimmter Weise auszuformen, insbesondere die Lichtaustrittsflächen der Primäroptiken in bestimmter Weise zu formen, um zum Beispiel einen 15°-Anstieg zu realisieren.
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Ein anderer Teil der dritten Lichtverteilung, insbesondere der obere Teilbereich der Matrix, beleuchtet einen Bereich der Gesamt-Lichtverteilung oberhalb der Helldunkelgrenze im Bereich des Fernlichts. Um eine optimale Gesamt-Lichtverteilung der Beleuchtungseinrichtung zu erreichen, wird die dritte Lichtverteilung sowohl im Abblendlichtbereich als auch im Fernlichtbereich jeweils durch ein entsprechendes Grundlicht überlagert. Das heißt beispielsweise im Fall einer Abblendlichtverteilung als resultierende Lichtverteilung der Beleuchtungseinrichtung wird ein Grundlicht mit Helldunkelgrenze und entsprechend breiter angelegter Grundausleuchtung durch Aktivieren des mindestens einen ersten Lichtmoduls erzeugt, das durch Aktivieren des unteren Teils der LED-Matrix des mindestens einen dritten Lichtmoduls durch einen Abblendlicht-Zusatzspot mit oberer Helldunkelgrenze überlagert wird. Im Falle des Fernlichts wird zu dem Abblendlicht des ersten Lichtmoduls durch zusätzliches Aktivieren des mindestens einen zweiten Lichtmoduls eine Fernlicht-Basis-Lichtverteilung erzielt, die durch Aktivieren der LEDs des mindestens einen dritten Lichtmoduls durch einen Fernlicht-Zusatzspot überlagert wird. Die Fernlicht-Basis-Lichtverteilung leuchtet vornehmlich den Bereich oberhalb der Helldunkelgrenze aus. Weiterhin kann ein gleichzeitiges Dimmen (Verringern der Helligkeit) des Abblendlicht-Grundlichtes zu einer Verbesserung des subjektiven Reichweiteeindrucks für den Fahrer des Kraftfahrzeugs im Fernlichtfall führen.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Beleuchtungseinrichtung ist es möglich, sowohl im Abblendlichtfall als auch im Fernlichtfall das dritte Lichtmodul (Matrix LED-Array-Modul) zu nutzen. Ziel ist es dabei einerseits insbesondere bei Fernlicht, andere Verkehrsteilnehmer durch Deaktivierung einzelner LEDs des dritten Lichtmoduls und damit durch das Deaktivieren beziehungsweise Dimmen entsprechender Pixel der dritten Lichtverteilung nicht oder lediglich im gesetzlich zulässigen Umfang zu blenden. Außerdem wird durch eine entsprechende Steuerung des Diodenstroms (z.B. durch PWM) das Maximum der Lichtstärke gezielt im Bereich der Fahrbahn positioniert. Dies gilt auch für Kurvenfahrten, wobei dann das Maximum durch gezieltes Aktivieren bzw. Deaktivieren von LEDs dynamisch verschoben wird. Auf diese Art und Weise kann auf eine mechanische Schwenkung der gesamten Beleuchtungseinrichtung, einzelner Lichtmodule oder von Teilen von Lichtmodulen verzichtet werden.
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Um im Abblendlichtfall die Kurvenlichtfunktion bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung optimal zur Geltung kommen zu lassen, muss bei Kurvenfahrt auch die Helldunkelgrenze, insbesondere der asymmetrische Anstieg der Helldunkelgrenze, in horizontaler Richtung seitlich verschoben werden können. Dies kann beispielsweise durch eine spezielle Ausgestaltung der Primäroptiken der LEDs des dritten Lichtmoduls in der Zeile erreicht werden, die unmittelbar unterhalb der Helldunkelgrenze liegt. Eine Reichweitenanpassung der Gesamt-Lichtverteilung an die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs kann bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung durch eine Anhebung der Helldunkelgrenze, das heißt der gesamten Beleuchtungseinrichtung beziehungsweise einzelner oder mehrerer Lichtmodule, über die Leuchtweitenregelung erfolgen. Außerdem kann eine Anhebung der Reichweite der Lichtverteilung durch Aktivieren tieferer LEDs (die aufgrund der Abbildung mit der Projektionslinse höheren Teilbereichen entsprechen) des LED-Arrays des dritten Lichtmoduls erreicht werden.
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Die Steuereinheit kann das dritte Lichtmodul auch in Abhängigkeit von Informationen von einer Kamera, welche das Vorfeld vor dem Kraftfahrzeug erfasst, insbesondere entgegenkommende Verkehrsteilnehmer detektiert und lokalisiert, ansteuern. So wäre bspw. eine vertikale Helldunkelgrenze oder eine gezielte Ausblendung des Gegenverkehrs aus der Fernlichtverteilung denkbar. Dann wäre im Automatikbetrieb über eine Kamera gesteuert nur das erste und das dritte Lichtmodul aktiv und bestimmte Bereiche vom dritten Lichtmodul wären ausgeblendet (die, in denen sich vorausfahrende oder entgegenkommende Verkehrsteilnehmer befinden). Umgekehrt wäre es denkbar, dass Verkehrszeichen oder andere markante Objekte am Straßenrand oder oberhalb der Fahrbahn durch einige Pixel des dritten Lichtmoduls gezielt angeleuchtet werden.
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In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung beansprucht. Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung können unter Bezugnahme auf die Figuren der nachfolgenden Figurenbeschreibung entnommen werden. Es zeigen:
- 1 eine typische Lichtverteilung vor einem Kraftfahrzeug, die mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung erzielt werden kann;
- 2 eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel in einer Ansicht von außerhalb entgegen einer Lichtaustrittsrichtung;
- 3 eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel in einer Ansicht von außerhalb entgegen einer Lichtaustrittsrichtung;
- 4 die Beleuchtungseinrichtung aus 2 in einer Schnittansicht entlang der Linie IV-IV aus 3;
- 5 ein drittes Lichtmodul mit einem LED-Array, wie es in der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung zum Einsatz kommt;
- 6 eine mit dem dritten Lichtmodul aus 5 erzielbare dritte Lichtverteilung mit einer Vielzahl nebeneinander und übereinander angeordneter Teilbereiche, wobei bestimmte LEDs zur Erzeugung eines Abblendlichtspots aktiviert sind;
- 7 die dritte Lichtverteilung aus 6, wobei alle LEDs zur Erzeugung eines Fernlichtspots aktiviert sind;
- 8 eine mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung nach 2 oder 3 erzielbare Abblendlichtverteilung; und
- 9 eine mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung nach 2 oder 3 erzielbare Fernlichtverteilung.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, zum Ausleuchten eines Fahrbahnbereichs vor dem Fahrzeug mit einer variablen Lichtverteilung. In 1 ist ein Beispiel für eine mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung erzielbare Lichtverteilung im Praxiseinsatz aus Sicht eines Fahrers des Kraftfahrzeugs dargestellt. Eine Fahrbahn, auf der das mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ausgestattete Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) fährt, ist mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Da sich das dargestellte Ausführungsbeispiel auf Rechtsverkehr bezieht, fährt das mit der Beleuchtungseinrichtung ausgestattete Kraftfahrzeug auf der rechten Fahrbahnseite 1a und fahren entgegenkommende Fahrzeuge 2 aus Sicht des Fahrers des mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ausgestatteten Kraftfahrzeugs auf der linken Fahrbahnseite 1b. Selbstverständlich können andere Verkehrsteilnehmer dem Kraftfahrzeug an beliebiger Stelle auf der Fahrbahn 1 oder auch daneben entgegenkommen. Entlang des rechten Rands der Fahrbahn 1 sind beispielhaft Bäume 3 und entlang des linken Fahrbahnrandes Straßenlaternen 4 eingezeichnet. Die von der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung erzeugte Lichtverteilung ist in 1 mit dem Bezugszeichen 5 bezeichnet. Es handelt sich dabei um eine Fernlichtverteilung oder um eine einer Fernlichtverteilung ähnliche Lichtverteilung. Selbstverständlich können mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung auch beliebig andere Lichtverteilungen erzielt werden.
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Beispiele für eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung sind in den 2 bis 4 dargestellt und in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Beleuchtungseinrichtung 10 ist als ein Kraftfahrzeugscheinwerfer ausgebildet und umfasst ein weitgehend geschlossenes Scheinwerfergehäuse 11. Das Gehäuse 11 weist in Lichtaustrittsrichtung eine Lichtaustrittsöffnung 12 (vergleiche 4) auf, die durch eine Abdeckscheibe 13 aus einem lichtdurchlässigen Material, insbesondere aus Glas oder Kunststoff, verschlossen ist. In dem Gehäuse 11 der Beleuchtungseinrichtung 10 aus 2 ist ein erstes Lichtmodul 14 zum Erzeugen einer ersten Lichtverteilung angeordnet. Das erste Lichtmodul 14 ist als ein Reflexionsmodul ausgebildet und dient zum Erzeugen einer Abblendlichtgrundverteilung. Das Lichtmodul 14 umfasst einen Reflektor 15, der vorzugsweise eine paraboloide Form oder eine davon abweichende Freiform hat, und in etwa im Zentrum des Reflektors 15 eine Lichtquelle 16, die als Glühfadenlampe, Gasentladungslampe oder beliebig anders ausgebildet sein kann.
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Darüber hinaus ist in dem Scheinwerfergehäuse 11 ein zweites Lichtmodul 17 zum Erzeugen einer zweiten Lichtverteilung angeordnet. Auch das zweite Lichtmodul 17 ist vorzugsweise als ein Reflexionsmodul ausgebildet und umfasst einen Reflektor 18 sowie eine Lichtquelle 19, die beispielsweise als eine Glühfadenlampe, eine Gasentladungslampe oder auf beliebig andere Weise ausgebildet ist. Die zweite Lichtverteilung ist vorzugsweise eine Fernlichtgrundverteilung. Das zweite Lichtmodul 17 erzeugt die Fernlichtgrundverteilung entweder alleine oder im Zusammenwirken mit dem ersten Lichtmodul 14, so dass sich die von dem ersten Lichtmodul 14 erzeugte Abblendlichtgrundverteilung und die von dem zweiten Lichtmodul 17 erzeugte Lichtverteilung zusammen zu der Fernlichtgrundverteilung ergänzen. Das erste Lichtmodul 14 und/oder das zweite Lichtmodul 17 kann auch als ein Projektionsmodul ausgebildet sein.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, dass das erste Lichtmodul 14 und das zweite Lichtmodul 17 zusammen integraler Bestandteil eines einzigen Lichtmoduls 20 sind, wie dies beispielsweise in der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung von 3 dargestellt ist. Dort ist das integrale Lichtmodul 20 als ein Projektionsmodul ausgebildet und umfasst eine Lichtquelle 21, einen Reflektor 22, eine Blendenanordnung 23 und eine Projektionslinse 24 (vergleiche 4). Die Lichtquelle 21 kann als eine Glühfadenlampe, eine Gasentladungslampe oder auf beliebig andere Weise ausgebildet sein. Die Lichtquelle 21 sendet Licht aus, das von dem Reflektor 22 in Lichtaustrittsrichtung reflektiert wird. Im Strahlengang des reflektierten Lichts ist die Blendenanordnung 23 angeordnet, wobei ein Großteil des reflektierten Lichts an der Blendenanordnung 23 vorbei gelangt. Die Projektionslinse 24 projiziert das an der Blendenanordnung 23 vorbeigelangte Licht auf die Fahrbahn vor das Kraftfahrzeug. Vorzugsweise ist der Reflektor 22 ellipsoidförmig ausgebildet, wobei die Lichtquelle 21 in einem ersten Brennpunkt und die Blendenanordnung 23 in einer einen zweiten Brennpunkt des Reflektors 22 umfassenden Brennebene angeordnet ist. Alternativ kann der Reflektor 22 auch als ein beliebig von einer Ellipsoidform abweichender Freiformreflektor ausgebildet sein.
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Die Blendenanordnung kann in den Strahlengang hineinbewegt (durchgezogene Linie in 4) oder aus diesem herausbewegt werden (gestrichelte Linie in 4). Dazu wird die Blendenanordnung 23 um eine quer zu einer optischen Achse des Reflektors 22 und in einem Abstand zu dieser verlaufende horizontale Drehachse verschwenkt. Wenn die Blendenanordnung 23 im Strahlengang des reflektierten Lichts angeordnet ist, wird eine Oberkante der Blendenanordnung 23 durch die Linse 24 als Helldunkelgrenze auf die Fahrbahn vor das Kraftfahrzeug projiziert. Dadurch kann eine Lichtverteilung mit einer oberen Helldunkelgrenze erzeugt werden, bspw. eine Abblendlichtgrundverteilung. Bei aus dem Strahlengang heraus bewegter Blendenanordnung 23 wird das gesamte reflektierte Licht durch die Projektionslinse 24 auf die Fahrbahn vor das Kraftfahrzeug projiziert, so dass eine Fernlichtgrundverteilung erzeugt werden kann. Durch Bewegen der Blendenanordnung 23 werden also wechselweise die Funktionen des ersten Lichtmoduls 14 beziehungsweise des zweiten Lichtmoduls 17 erzeugt.
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Neben den beiden Lichtmodulen 14, 17 beziehungsweise dem integralen Lichtmodul 20 zur Realisierung einer den beiden Lichtmodulen 14, 17 entsprechenden Funktion umfasst die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 10 auch ein drittes Lichtmodul 25, das vorzugsweise als ein Projektionsmodul ausgebildet ist. Das dritte Lichtmodul 25 ist im Detail in 5 dargestellt. Es umfasst als Lichtquelle mehrere matrixartig übereinander und nebeneinander angeordnete Leuchtdioden 26 (LEDs), sowie optional mehrere einzelne Primäroptiken 27, wobei bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel jeder Leuchtdiode 26 eine eigene Primäroptik 27 zugeordnet ist. Die Primäroptiken 27 können als Vorsatzlinsen und/oder als Reflektoren ausgebildet sein. Während bei Reflektoren eine Bündelung des von den Leuchtdioden 26 ausgesandten Lichts mittels herkömmlicher Reflexion erfolgt, geschieht dies bei Vorsatzoptiken mittels Totalreflexion. Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das LED-Array 26 fünf Reihen mit jeweils neun nebeneinander angeordneten Leuchtdioden 26. In der Summe umfasst das LED-Array 26 also 45 Leuchtdioden 26 und genauso viele Primäroptiken 27.
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Das dritte Lichtmodul 25 verfügt außerdem über eine Projektionslinse 28, welche von den LEDs 26 ausgesandtes und von den Primäroptiken 27 gebündeltes Licht zur Erzeugung einer bestimmten Lichtverteilung auf die Fahrbahn vor das Kraftfahrzeug projiziert. Beispiele für eine durch das dritte Lichtmodul 25 erzeugte dritte Lichtverteilung sind in den 6 und 7 im Detail dargestellt, wobei die dunklen Kästchen für nicht oder schwach beleuchtete Teilbereiche der Lichtverteilung (die entsprechenden LEDs 26 sind deaktiviert oder gedimmt) und die hellen Kästchen für beleuchtete Bereiche stehen (die entsprechenden LEDs 26 sind aktiviert). Deutlich zu erkennen ist dabei, dass die dritte Lichtverteilung eine Vielzahl nebeneinander und übereinander angeordneter, zum Teil unterschiedlich geformter Teilbereiche 29 (Kästchen) umfasst.
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Insbesondere umfasst die dritte Lichtverteilung in den oberen drei Reihen sowie in der unteren Reihe im Wesentlichen quadratische Teilbereiche 29a, 29b. Die Teilbereiche 29c, 29d in der zweiten Reihe von unten sind in den dargestellten Ausführungsbeispielen rautenförmig beziehungsweise als ein Parallelogramm ausgebildet. Die Innenwinkel der Teilbereiche 29c, 29d betragen in etwa 45° beziehungsweise 135°. Die Form der Teilbereiche 29a, 29b, 29c, 29d kann beispielsweise durch eine geeignete Ausformung der entsprechenden Lichtaustrittsflächen der Primäroptiken 27 realisiert werden. Bei der Form der Teilbereiche 29c, 29d wurde ein guter Kompromiss zwischen einer möglichst originalgetreuen Nachbildung der Helldunkelgrenze 30 und einer möglichst einfachen und kostengünstigen Herstellung der Primäroptiken 27 zur Erzeugung der Teilbereiche 29c, 29d in Verbindung mit einer ausreichenden Ausleuchtung der gesamten Lichtaustrittsfläche, insbesondere im Bereich der spitzen Winkel, gefunden.
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Durch die besondere Form der Teilbereiche 29c, 29d der dritten Lichtverteilung kann durch gezieltes Aktivieren beziehungsweise Deaktivieren einzelner LEDs 26 des dritten Lichtmoduls 25 eine Lichtverteilung erzielt werden, die nach oben hin durch einen Verlauf begrenzt wird, der im Wesentlichen dem Verlauf einer herkömmlichen Helldunkelgrenze 30 entspricht. In dem Ausführungsbeispiel aus 6 wird durch Aktivieren der hellen Teilflächen 29b und 29d eine obere Helldunkelgrenze 30 einer Abblendlichtverteilung nachgebildet, so dass das dritte Lichtmodul 25 einen Abblendlichtspot erzeugt. Bei dem Ausführungsbeispiel aus 7 sind alle Teilflächen 29b und 29d aktiviert, so dass das dritte Lichtmodul 25 einen Fernlichtspot erzeugt.
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Das Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung kann über geeignete Mittel zum Erkennen entgegenkommender Verkehrsteilnehmer 2 verfügen (vgl. 1). Diese Erkennungsmittel umfassen beispielsweise eine Bildaufnahmevorrichtung, insbesondere in Form einer CCD-Kamera oder einer CMOS-Kamera, und eine geeignete Bildverarbeitungsvorrichtung, die aus den aufgenommenen Bildern die Position und unter Umständen auch die Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit der entgegenkommenden Verkehrsteilnehmer 2 ermittelt. Diese Informationen werden an eine Steuereinheit 34 (vgl. 4) des Fahrzeugs übermittelt, welche eine oder mehrere Leuchtdioden 26 des LED-Arrays derart ansteuert, dass ein Teilbereich 6 der Lichtverteilung, in dem sich der entgegenkommende Verkehrsteilnehmer 2 befindet, gedimmt oder sogar ganz abgedunkelt wird. Ziel ist es dabei, trotz ständig aktiviertem Fernlicht eine Blendung der entgegenkommenden Verkehrsteilnehmer 2 zu verhindern. Dadurch ergibt sich eine optimale Ausleuchtung der Fahrbahn 1 vor dem Kraftfahrzeug, und gleichzeitig wird eine Blendung entgegenkommender Verkehrsteilnehmer 2 verhindert. Eine solche Lichtverteilung 5 wird auch als Teilfernlicht bezeichnet.
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Von der Ausleuchtung der Fahrbahn 1 vor dem Kraftfahrzeug her bietet die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung 10 deutliche Vorteile gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Beleuchtungseinrichtung. Die Abblendlicht-Basislichtverteilung und die Fernlicht-Basislichtverteilung werden auf einfache und kostengünstige Weise mittels herkömmlicher Projektions- und/oder Reflexionssysteme 14, 17 bzw. 20 erzeugt. Die optimale Gesamt-Lichtverteilung der Beleuchtungseinrichtung 10 wird mit Hilfe des dritten LED-Lichtmoduls 25 erreicht, welches einen Abblendlichtspot bzw. einen Fernlichtspot erzeugt, der die Abblendlicht-Basislichtverteilung und/oder die Fernlicht-Grundverteilung überlagert. Teilbereiche 29 der dritten Lichtverteilung können durch gezieltes Ansteuern der entsprechenden LEDs 26 aktiviert, deaktiviert bzw. gedimmt werden. Mit Hilfe der variablen dritten Lichtverteilung können die Helligkeitswerte (z.B. große Helligkeit im Fernbereich) und/oder kann die Kontur (z.B. scharfe obere Helldunkelgrenze) der Gesamt-Lichtverteilung individuell an die aktuelle Fahrzeug-, Fahrbahn- und/oder Umweltsituation (z.B. Fahrzeuggeschwindigkeit; feuchte, trockene Fahrbahn; Wetter, Sichtweite, etc.) angepasst werden. Zudem können Teilbereiche 6 der dritten Lichtverteilung und damit auch der Gesamt-Lichtverteilung, in denen sich entgegenkommende Verkehrsteilnehmer 2 befinden, durch gezieltes Deaktivieren bzw. Dimmen von ausgewählten LEDs 26 aus der Lichtverteilung ausgenommen werden, um eine Blendung der Verkehrsteilnehmer 2 zu verhindern.
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In den 8 und 9 sind zwei weitere Beispiele für eine Lichtverteilung dargestellt, die mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 10 erzeugt werden können. Dabei handelt es sich bei der in 8 dargestellten Lichtverteilung im Wesentlichen um eine Abblendlichtverteilung und bei der in 9 dargestellten Lichtverteilung im Wesentlichen um eine Fernlichtverteilung. Mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 10 kann eine optimale Licht-Performance erreicht werden, indem die ersten beiden Lichtmodule 14, 17 eine Grundlichtverteilung erzeugen und das dritte Lichtmodul 25 eine den Grundlichtverteilungen überlagerte variable Spotlichtverteilung erzeugt. Dabei wird für die durch die Beleuchtungseinrichtung 10 zu erzeugenden unterschiedlichen Gesamt-Lichtverteilungen nicht stets die gleiche dritte Lichtverteilung verwendet. Vielmehr kann diese durch gezieltes Ansteuern der LEDs 26 variiert und an die gewünschte zu erzeugende Gesamt-Lichtverteilung der Beleuchtungseinrichtung 10 angepasst werden.
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Die in 8 dargestellte Abblendlichtverteilung setzt sich im Wesentlichen aus einer durch das erste Lichtmodul 14 erzeugte Abblendlichtgrundverteilung 31 mit einer im Wesentlichen horizontalen oberen Helldunkelgrenze 32 und der dritten Lichtverteilung mit aktivierten Teilflächen 29b in der untersten Reihe und 29d in der zweiten Reihe von unten rechts von der vertikalen Mittelachse VV zusammen. Somit werden also zur Erzeugung einer Abblendlichtverteilung der Beleuchtungseinrichtung 10 einige LEDs 26 des dritten Lichtmoduls 25 aktiviert und zusätzlich ein Grundlicht mit Helldunkelgrenze 32 und entsprechend breiter angelegter Grundausleuchtung zugeschaltet. Die asymmetrische obere Helldunkelgrenze 30 der Abblendlichtverteilung wird durch das dritte Lichtmodul 25 gebildet. Dabei müssen die Leuchtdioden 26, welche die Teilbereiche 29a, 29c der dritten Lichtverteilung erzeugen, nicht zwangsläufig komplett abgeschaltet sein. Es ist durchaus denkbar, dass auch in diesen Teilbereichen 29a, 29c Licht - wenn auch mit einer relativ geringen Helligkeit - ausgesandt wird. Selbstverständlich muss das in den Teilbereichen 29a, 29c vorhandene Licht den gesetzlichen Anforderungen, insbesondere bezüglich einer Blendung entgegenkommender Verkehrsteilnehmer 2, genügen. Das Licht aus den Teilbereichen 29a, 29c kann beispielsweise zur besseren Beleuchtung von Verkehrszeichen genutzt werden.
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Bei der in 9 dargestellten Fernlichtverteilung sind alle drei Lichtmodule 14, 17, 25 (vgl. 2) bzw. 20, 25 (vgl. 3) der Beleuchtungseinrichtung 10 aktiviert. Allerdings können auch im Fernlichtfall die LEDs 26 des dritten Lichtmoduls 25 einzeln oder gruppenweise gezielt aktiviert beziehungsweise deaktiviert oder gedimmt werden. Das erste Lichtmodul 14 erzeugt nach wie vor die Abblendlichtgrundverteilung 31 mit der im Wesentlichen horizontalen oberen Helldunkelgrenze 32. Diese Lichtverteilung 31 wird durch eine durch das zweite Lichtmodul 17 erzeugte Fernlichtgrundverteilung 33 ergänzt, die im Wesentlichen einen Fernbereich vor dem Kraftfahrzeug oberhalb der Abblendlichtgrundverteilung 31 ausleuchtet. Eine teilweise Überlappung der Lichtverteilungen 31 und 33 ist möglich. Zusammen bilden die Abblendlichtgrundverteilung 31 und die zweite Lichtverteilung 33 eine Fernlichtgrundverteilung. Diese wird durch die Lichtverteilung des dritten Lichtmoduls 25 ergänzt. In dem in 9 dargestellten Beispiel sind sämtliche LEDs 26 des dritten Lichtmoduls 25 aktiviert. Sie erzeugen einen Fernlichtspot, der insbesondere den bei der Fernlichtverteilung wichtigen Fernbereich vor dem Kraftfahrzeug zusätzlich ausleuchtet und so im Fernbereich für eine größere Helligkeit und Reichweite sorgt.
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Das zweite Lichtmodul 17 (Fernlicht-Zusatz) wird nur bei manueller Aktivierung des Fernlichts oder im Fall ohne Gegenverkehr automatisch aktiviert. Eine gedimmte Benutzung des Fernlichtmoduls 17 ist eher unwahrscheinlich. Dennoch ist es theoretisch denkbar, dass die durch das zweite Lichtmodul 17 erzeugte zweite Lichtverteilung 33 eine so geringe Helligkeit aufweist, dass entgegenkommende Verkehrsteilnehmer 2 trotz aktiviertem zweiten Lichtmodul 17 und der Lichtverteilung 33 nicht geblendet werden beziehungsweise sich die Blendung innerhalb der gesetzlich zulässigen Grenzen bewegt. Um den Fernbereich trotz der relativ schwachen Lichtverteilung 33 dennoch mit ausreichender Helligkeit ausleuchten zu können, wird das dritte Lichtmodul 25 aktiviert und erzeugt einen besonders hellen Bereich der Fernlichtverteilung, der im Wesentlichen auf beziehungsweise oberhalb einer horizontalen Mittelebene HH und relativ zentral zur vertikalen Mittelebene VV liegt. Bei dieser Ausführungsform wäre es denkbar, durch geeignete Ermittlungseinrichtungen entgegenkommende Verkehrsteilnehmer 2 zu detektieren und in Abhängigkeit von der Position, der Bewegungsrichtung bzw. der Geschwindigkeit entgegenkommender Verkehrsteilnehmer 2 einzelne LEDs 26 zu dimmen oder zu deaktivieren, um den Teilbereich 6 der Fernlichtverteilung, in dem sich der entgegenkommende Verkehrsteilnehmer 2 befindet, aus der Fernlichtverteilung auszunehmen oder die Helligkeitswerte im Teilbereich 6 so weit zu reduzieren, dass der entgegenkommende Verkehrsteilnehmer 2 nicht geblendet wird. Auf diese Weise kann mit der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 10 eine neuartige Lichtverteilung erzielt werden, die eine Kombination einer herkömmlichen Fernlichtverteilung, eines Fernlichtspots und des so genannten Teilfernlichts darstellt. Eine solche Lichtverteilung ermöglicht stets eine optimale Ausleuchtung der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug ohne eine Blendung entgegenkommender Verkehrsteilnehmer 2 zu verursachen.
