-
Die
vorliegende Erfindung richtet sich auf einen Projektionskörper
zur Erzeugung eines Lichtfeldes, insbesondere für einen
Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs. Der Projektionskörper
ist mit wenigstens einer Lichtquelle ausgeführt, die zur
Lichtformung einen Primärteil des Projektionskörpers
ausleuchtet und über den das Licht durch interne Totalreflektion
in Richtung eines Sekundärteils des Projektionskörpers
leitbar ist, übenden das Licht aus dem Projektionskörper
auskoppelbar ist.
-
Ein
gattungsbildender Projektionskörper ist aus der
WO 2005/026790 A1 bereits
bekannt. Der Projektionskörper dient zur Erzeugung eines
Lichtfeldes, wie dieses auf bekannte Weise durch den Scheinwerfer
eines Kraftfahrzeugs in Fahrtrichtung emittiert wird. Der Projektionskörper
ist einteilig ausgeführt und besitzt einen Primärteil,
der von der Lichtquelle ausgeleuchtet wird und an den sich ein Sekundärteil
anschließt, um das im Primärteil reflektierte Licht
aufzunehmen und um eine Lichtformung zu erzeugen, die zur Bildung
des Lichtfeldes führt. Das Licht wird über eine
Auskoppelfläche des Sekundärteils ausgekoppelt,
wobei das erzeugte Lichtfeld keine zufriedenstellende Verteilung
aufweist, wie diese für den Einsatz im Straßenverkehr
gefordert ist.
-
Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Projektionskörper
zu schaffen, der einfach aufgebaut ist und die Aussendung eines
verbesserten Lichtfeldes ermöglicht.
-
Diese
Aufgabe wird ausgehend von einem Projektionskörper gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind
in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Die
Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Primärteil
als dreiachsiger Ellipsoidkörper ausgebildet ist und eine
Lichtformung in Richtung des Sekundärteils ermöglicht,
wobei der Projektionskörper geometrisch derart ausgebildet
ist, dass das Licht in wenigstens einer Kollimationsebene eine Kollimation
und in wenigstens einer Streuebene eine Streuung aufweist.
-
Die
Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, einen Projektionskörper
zu schaffen, der zur Bildung eines Lichtfeldes eine Lichtformung,
eine Kollimation und eine Streuung des Lichtes ermöglicht, wobei
der Projektionskörper eine kompakte Bauweise aufweist und
direkt an die Lichtquelle angekoppelt werden kann. Das Lichtfeld,
das durch einen Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs erzeugt wird,
wird vorliegend in eine Kollimationsebene und in eine senkrecht zur
Kollimationsebene verlaufende Streuebene unterteilt. Die Kollimationsebene
verläuft dabei in der Senkrechten, wobei die Lichtverteilung
innerhalb des Lichtfeldes zumindest bei der Aussendung eines Abblendlichtes
eine Hell-Dunkel-Grenze aufweist, und wobei der Bereich unterhalb
dieser Grenze ausgeleuchtet ist und der Bereich oberhalb der Grenze
keinen oder einen nur sehr geringen Lichtanteil aufweist. Unter
einer Kollimation wird eine parallele Ausrichtung von Lichtstrahlen
verstanden, die vorliegend die Hell-Dunkel-Grenze bilden. Das emittierte
Lichtfeld weist in der Kollimationsebene nahe der Hell-Dunkel-Grenze
eine hohe Intensität auf und besitzt in Richtung zur Fahrbahn
des Kraftfahrzeugs eine abnehmende Intensität.
-
Hingegen
bildet die Streuebene die Querrichtung zum Kraftfahrzeug. In der
Streuebene ist keine direkte Kollimation der Lichtstrahlung erforderlich, da
ein Auslauf der Intensität in der Streuebene gefordert
ist, und ein erheblich größerer Winkelbereich ausgeleuchtet
wird, als dies in der Kollimationsebene erfolgt. Erfindungsgemäß ist
der Projektionskörper daher geometrisch derart ausgebildet,
dass im dreiachsigen Ellipsoidkörper eine Vorformung des
Lichtes ermöglicht wird und durch den nachfolgenden Sekundärteil
die Kollimation sowie die Streuung erzeugt bzw. unterstützt
wird.
-
Ein
besonderer Vorteil wird dadurch gebildet, dass der Projektionskörper
einteilig und materialeinheitlich ausgeführt ist und dass
die Lichtquelle innerhalb des Ellipsoidkörpers eingebracht
ist. Der Primärteil geht folglich einteilig in den Sekundärteil über,
wobei der den Primärteil bildende Ellipsoidkörper
in Richtung zum Sekundärteil nicht vollständig
und abschließend ausgeführt ist, sondern ohne
vollständige Ellipsoidkontur in den Sekundärteil übergeht.
Die Lichtquelle ist innerhalb des Ellipsoidkörpers eingebracht,
so dass diese Licht in den Ellipsoidkörper hinein emittiert.
Die Lichtformung beruht auf interner Totalreflexion an den den Ellipsoidkörper
begrenzenden Oberflächen, wobei diese wenigstens bereichsweise
auch eine reflektierende Beschichtung aufweisen können,
um ein ungewolltes Austreten von Licht aus dem Projektionskörper
zu vermeiden, beispielsweise wenn der Grenzwinkel der Totalreflexion
unterschritten wird.
-
Es
ist weiterhin von Vorteil, dass der Ellipsoidkörper eine
erste Brennebene aufweist, wobei die Lichtquelle innerhalb des Ellipsoidkörpers
mit der ersten Brennebene räumlich zusammenfällt.
Des Weiteren weist der Ellipsoidkörper eine in Richtung zum
Sekundärteil angeordnete zweite Brennebene auf, in der
das Licht nach interner Totalreflexion an der Wand des Ellipsoidkörpers
eine Vorformung besitzt, um in den Sekundärteil einzutreten.
Die Vorformung des Lichtes in der zweiten Brennebene des Ellipsoidkörpers
hängt von der Form der Ellipse ab, wobei der Brechungsindex
des Materials des Projektionskörpers ebenfalls Einfluss
auf die Vorformung des Lichtes hat, die sich mit Hilfe des Fermatschen
Prinzips analytisch angeben lässt.
-
In
der Brennebene kann eine Blendeneinrichtung vorgesehen sein, wobei
das aus dem Projektionskörper emittierte Licht eine sich
im Wesentlichen horizontal erstreckende Hell-Dunkel-Grenze besitzt,
die mittels der Blendeneinrichtung aufsteilbar oder in der Geometrie
der Lichtstärkeverteilung beeinflussbar ist. Die Blendeneinrichtung
kann in Form einer statischen Blende in den Projektionskörper
eingesetzt werden, wobei die Blende geometrisch derart ausgebildet
ist, dass der Anteil der Lichtstrahlen, der oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze
emittiert, durch die Blende ausgeblendet wird. Leuchtet beispielsweise die
Lichtquelle lediglich den oberen Halbraum des Ellipsoidkörpers
aus, so wird das in den oberen Halbraum emittierte Licht an der
Wandung reflektiert und tritt in den Sekundärteil des Projektionskörpers
ein, wobei lediglich der untere Bereich des Sekundärteils ausgeleuchtet
wird, was zur Emission von Licht unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze
führt. Durch den Einsatz einer Blende wird die Hell-Dunkel-Grenze
aufgesteilt bzw. aufgeschärft, wobei ein geringer Restanteil an
Licht auch oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze erwünscht sein
kann, der durch auftretende Streuung in der vertikalen Kollimationsrichtung
gebildet werden kann.
-
Das
von der Lichtquelle bereitgestellte Licht wird über eine
Auskoppelfläche aus dem Projektionskörper ausgekoppelt,
die die Abschlussfläche des Sekundärteils in Richtung
zur optischen Achse bildet. Die Auskoppelfläche kann eine
Brennebene besitzen, die innerhalb des Projektionskörpers
liegt und mit der zweiten Brennebene des Ellipsoidkörpers räumlich
zusammenfällt. Die Lichtverteilung in der zweiten Brennebene
des Ellipsoidkörpers wird daher durch den nachfolgenden
Sekundärteil aufgenommen und durch die refraktive Grenzfläche
in einer Ebene kollimiert, die durch die Auskoppelfläche
gebildet ist. Die Auskoppelfläche kann von einem Teil einer
Ellipsenform abgeleitet sein, wobei die Auskoppelfläche
weitere asphärische Formen besitzen kann.
-
Vorteilhafterweise
besitzt der dreiachsige Ellipsoidkörper eine erste Halbachse
und eine gegenüber der räumlichen Erstreckung
der ersten Halbachse um 90° gedrehte zweite Halbachse größerer räumlicher
Erstreckung. Die dritte Halbachse des Ellipsoidkörpers
wird durch die optische Achse des Projektionskörpers selbst
gebildet. Die kleinere, erste Halbachse kann sich parallel zur Kollimationsebene erstrecken,
so dass sich die zweite Halbachse parallel zur Streuebene erstreckt.
-
Die
Einstellung der gewünschten Streubreite der Lichtverteilung
kann mit einem Ellipsoidkörper unterschiedlich ausgedehnter
Halbachsen dadurch erfolgen, dass das aus Richtung des Bereiches
der ersten Halbachse reflektierte Licht in der zweiten Brennebene
liegt, wobei das aus Richtung des Bereiches der zweiten Halbachse
reflektierte Licht hinter der zweiten Blendenebene liegt. Die so
entstandene, vorgeformte Lichtverteilung wird nun durch den Sekundärteil
nach unendlich abgebildet, wobei die Auskoppelfläche rotationssymmetrisch
um die optische Achse herum ausgebildet ist.
-
Alternativ
kann eine gewünschte Streuwirkung dadurch erzielt bzw.
verstärkt werden, dass der Sekundärteil mit der
Auskoppelfläche nach Art eines elliptischen Zylinderteils
ausgebildet ist, der sich in Vertikalrichtung erstreckt und durch
zwei Achsparallelen oder gegenüber der optischen Achse
angestellte Seitenflächen begrenzt ist, durch die die Streuwirkung
in Streurichtung einstellbar ist. Der elliptische Zylinderteil wird
durch eine ellipsenförimge bzw. ellipsenähnliche,
brechende Fläche durch Parallelverschiebung entlang der
Vertikalen fortgesetzt. Der so entstehende elliptische Zylinder
kann durch die achsparallele bzw. gegen eine optische Achse angestellte
Ebene beschnitten werden. So liegt in Schnitten parallel zur Emissionsebene
eine Ellipsoidgestalt der Grenzfläche vor, die brechend
wirkt. Mit den parallelen Seitenflächen hingegen lässt
sich aufgrund auftretender Totalreflektion der Streuwinkel gezielt einstellen.
-
Weiterhin
ist es von Vorteil, dass im Bereich der ersten Brennebene des Ellipsoidkörpers
zwei Lichtquellen eingebracht sind, wobei eine erste Lichtquelle
einen oberen und eine zweite Lichtquelle einen unteren Halbraum
des Ellipsoidkörpers ausleuchtet oder wobei die Lichtquellen
entlang der optischen Achse zueinander versetzt angeordnet sind und
in denselben Halbraum abstrahlen. Zur Realisierung einer Bifunktion,
d. h. der Fernlichtfunktion sowie der Abblendlichtfunktion, lassen
sich weitere Lichtquellen im Bereich der ersten Brennebene einbringen.
Die Unterteilung des oberen und unteren Halbraumes erfolgt in Richtung
zur Kollimationsachse, und folglich in Richtung zur räumlichen
Erstreckung der ersten Halbachse.
-
Die
wenigstens eine Lichtquelle kann als Leuchtdiode ausgeführt
sein, wobei die Lichtquelle in einem Aufnahmeraum innerhalb des
Projektionskörpers aufgenommen ist. Neuere Lichtquellen
für Scheinwerfer von Kraftfahrzeugen werden durch Hochleistungs-Leuchtdioden
gebildet, wobei der Emissionskörper der Leuchtdiode mittels
eines im Brechungsindex angepassten Fluids an den Projektionskörper
optisch angekoppelt werden kann. Sind zwei Leuchtdioden zur Einbringung
in den Projektionskörper vorgesehen, können diese
paarweise durch das indexangepasste Fluid in den Projektionskörper
eingekoppelt werden. Dadurch entsteht von der Emission des Lichtes
aus dem Emissionskörper der Leuchtdiode bis zur Aussendung
des Lichtes aus dem Projektionskörper ein minimaler Verlust
an Leuchtkraft, wobei ferner mechanische Spannungen vermieden werden,
die sich zwischen dem Emissionskörper der Leuchtdiode und
dem Projektionskörper bilden können. Zur Kühlung
der lichtemittierenden Körper kann in den Aufnahmeraum
ein Kühlkörper eingebracht werden, an dem die
Leuchtdioden angekoppelt wird. Der Kühlkörper
kann insbesondere als aktiver Kühlkörper wirken,
indem dieser mit einem Kühlmittel durchströmt
wird.
-
Der
Aufnahmeraum erstreckt sich aus Richtung der optischen Achse rückseitig
in den Projektionskörper hinein, so dass dieser eine Art
Kanal bildet, durch den ferner die elektrische Versorgung der Lichtquellen
verlaufen kann. Die Länge des Projektionskörpers
in Richtung zur optischen Achse kann einen Wert von 30 mm bis 80
mm, bevorzugt einen Wert von 40 mm bis 70 mm und besonders bevorzugt einen
Wert von 60 mm aufweisen, wobei der Projektionskörper aus
einem Polycarbonat oder aus einem Polymethylmethacrylat ausgebildet
werden kann.
-
Weitere,
die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend
gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es
zeigt:
-
1 ein
Ausführungsbeispiel des Projektionskörpers in
einem ersten Schnitt, wobei die Schnittebene durch die optische
Achse und die Kollimationsebene gebildet ist und
-
2 eine
weitere Ansicht des Projektionskörpers in einem zweiten
Schnitt, wobei die Schnittebene durch die optische Achse und die
Streuebene gebildet ist.
-
In
den 1 und 2 ist eine schematische Ansicht
eines Ausführungsbeispieles eines Projektionskörpers
zur Erzeugung eines Lichtfeldes gemäß der vorliegenden
Erfindung in 90° zueinander gedrehten Schnittebenen dargestellt.
Der Projektionskörper kann im Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs
integriert werden, und erstreckt sich entlang einer optischen Achse 7.
Die optische Achse 7 und folglich der Projektionskörper
können gegenüber der Horizontalen in einer leicht
nach vorne geneigten Stellung in den Scheinwerfer integriert werden.
Das emittierte Lichtfeld besitzt eine Kollimationsebene y, z, die
in der Vertikalen verläuft und durch eine Hell-Dunkel-Grenze
gekennzeichnet ist, die beispielhaft entlang der gezeigten optischen
Achse 7 verlaufen kann. Der gezeigte Strahlengang verläuft
unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze, so dass aus dem Projektionskörper
ein Abblendlicht emittiert wird. Ferner zeigt 2 eine
Streuebene x, z, die quer zum Kraftfahrzeug verläuft.
-
In
den Projektionskörper sind zwei Lichtquellen eingebracht,
wobei eine erste Lichtquelle 1a gegenüberliegend
einer zweiten Lichtquelle 1b angeordnet ist. Der gezeigte
Strahlengang wird von der ersten Lichtquelle 1a emittiert.
Der Projektionskörper ist einteilig und materialeinheitlich
ausgeführt und ist in einen Primärteil 2 und
in einen Sekundärteil 3 aufgeteilt, die ineinander übergehen.
Der Primärteil 2 ist als dreiachsiger Ellipsoidkörper 2 ausgebildet,
wobei der Sekundärteil 3 eine trichterähnliche
Form besitzt, und in Richtung zur optischen Achse 7 durch
eine Auskoppelfläche 6 begrenzt ist. Der Sekundärteil 3 ist durch
Seitenflächen 8 begrenzt, die diesem eine Trichterform
verleihen, die sich in Streuebene x, z erstreckt, die die Querrichtung
des Kraftfahrzeugs bzw. des Scheinwerfers beschreibt, in den der
Projektionskörper aufgenommen ist.
-
In 1 ist
erkennbar, dass die erste Lichtquelle 1a in den oberen
Halbraum und die zweite Lichtquelle 1b in den unteren Halbraum
des Ellipsoidkörpers 2 emittiert. Der gezeigte
Strahlengang wird von der ersten Lichtquelle 1a erzeugt
und reflektiert an der Wandung des oberen Halbraumes innerhalb des
Ellipsoidkörpers 2. Dieser besitzt einen Brennpunkt,
der räumlich mit der Anordnung der Lichtquellen 1a und 1b zusammenfällt.
Ferner weist der Ellipsoidkörper 2 eine Brennebene 4 auf,
in der das Licht nach der internen Totalreflektion an der Wand des oberen
Halbraumes des Ellipsoidkörpers 2 eine Vorformung
besitzt, um in den Sekundärteil 3 einzutreten.
Ferner ist eine Blendeneinrichtung 5 gezeigt, die in der
Brennebene 4 angeordnet ist, wobei sich die Blendeneinrichtung 5 lediglich
in einer begrenzten Höhe in den Projektionskörper
hinein erstreckt. Die Höhe ist derart begrenzt, dass der
Teil der Lichtstrahlen durch die Blendeneinrichtung 5 ausgeblendet werden
kann, die oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze über die Auskoppelfläche 6 aus
dem Projektionskörper austreten kann. Folglich dient die
gezeigte Blendeneinrichtung 5 zur Aufsteilung der Hell-Dunkel-Grenze
bzw. zur Beeinflussung der Lichtstärkeverteilung des erzeugten
Lichtfeldes.
-
Der
Ellipsoidkörper 2 ist als dreiachsiger Ellipsoidkörper 2 ausgeführt,
so dass die erste Halbachse a eine kleinere räumliche Erstreckung
besitzt als die zweite Halbachse b. Die erste Halbachse a verläuft
in der Kollimationsebene y, z, wobei die zweite Halbachse b in der
Streuebene x, z verläuft. Die gezeigte Brennebene 4 entspricht
der Brennebene des Lichtes, das durch den oberen und unteren Halbraum
reflektiert wird, wie dies in 1 gezeigt ist.
Folglich wird das aus Richtung des Bereiches der ersten Halbachse
kommende Licht in der Brennebene 4 scharf abgebildet. Hingegen
wird das aus dem Bereich der zweiten, größeren
Halbachse b reflektierte Licht in der zweiten Brennebene 4 nicht
scharf abgebildet, so dass eine Streuwirkung in Streurichtung x
erreicht wird. Das aus dem Bereich der Richtung der zweiten Halbachse
b reflektierte Licht tritt in den Sekundärkörper 3 ein
und kann an den gegenüber der optischen Achse 7 angestellten
Seitenflächen 8 reflektieren. Hierdurch wird die
gewünschte Streuwirkung gebildet bzw. verstärkt,
und es entsteht das geforderte Lichtfeld mit einer im Wesentlichen
horizontal verlaufenden Hell-Dunkel-Grenze und einer Streuung in
den Seitenbereich des Scheinwerfers bzw. des Kraftfahrzeugs.
-
Wird
eine schaltbare Blendeneinrichtung 5 vorgesehen, kann auch
eine Bifunktion des Projektionskörpers erreicht werden,
um sowohl ein Abblendlicht als auch ein Fernlicht zu emittieren.
Wird die Blendeneinrichtung 5 innerhalb des Projektionskörpers
nicht vorgesehen, kann durch den Betrieb sowohl der ersten Lichtquelle 1a als
auch der zweiten Lichtquelle 1b eine zusätzliche
Fernlichtfunktion erfüllt werden. Ferner kann eine radial
emittierende Lichtquelle vorgesehen sein, so dass eine Fernlichtfunktion.
auch mit einer einzigen Lichtquelle erfüllt werden kann.
-
Die
Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung
nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel.
Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung
auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen
Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen,
der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder
Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten, räumliche Anordnungen
und Verfahrensschritte, können sowohl für sich
als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich
sein.
-
- 1
- Lichtquelle
- 2
- Primärteil/Ellipsoidkörper
- 3
- Sekundärteil
- 4
- Brennebene
- 5
- Blendeneinrichtung
- 6
- Auskoppelfläche
- 7
- optische
Achse
- 8
- Seitenfläche
- 9
- Aufnahmeraum
- x
- Vertikalrichtung
- y
- Horizontalrichtung
- y,
z
- Kollimationsebene
- x,
z
- Streuebene
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2005/026790
A1 [0002]