DE102009008631A1

DE102009008631A1 - Projektionsmodul für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer

Info

Publication number: DE102009008631A1
Application number: DE102009008631A
Authority: DE
Inventors: Matthias Brendle; Matthias Dr. Gebauer
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2029-02-13
Also published as: US8201981B2; DE102009008631B4; FR2942020B1; FR2942020A1; US20100226142A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Projektionsmodul (1) für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer. Das Modul (1) dient zur Erzeugung unterschiedlicher Lichtverteilungen. Es umfasst mehrere unabhängig voneinander schaltbare Lichtquellen (2, 3). Zur Erzeugung einer ersten Lichtverteilung (12) mit horizontaler Hell-Dunkel-Grenze (13) wird Licht einer ersten Lichtquellengruppe (2) in ein im Strahlengang angeordnetes Optikelement (9) eingekoppelt. Das Optikelement (9) weist eine totalreflektierende Unterseite (9a) auf, welche eine dem Verlauf der Hell-Dunkel-Grenze (13) entsprechende Kontur aufweist. Das aus dem Optikelement (9) ausgekoppelte Licht wird von einer Projektionslinse (11) zur Erzeugung der ersten Lichtverteilung (12) auf die Straße projiziert. Zur Erzeugung einer zweiten Lichtverteilung (15) wird zusätzlich eine weitere Lichtquellengruppe (3) aktiviert. Das von dieser Gruppe (3) ausgesandte Licht leuchtet einen Bereich der Lichtverteilung (15) oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze (13) aus. Ein Teil des Lichts der Gruppe (3) wird in das Optikelement (9) eingekoppelt, vermischt sich dort mit dem Licht der ersten Lichtquellengruppe (2) und wird dann zur Erzeugung einer unscharfen Hell-Dunkel-Grenze (13') zusammen mit diesem ausgekoppelt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Projektionsmodul für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer zur Erzeugung mindestens einer vorgegebenen Lichtverteilung. Das Modul umfasst mehrere Lichtquellen zum Aussenden von elektromagnetischer Strahlung, mindestens eine Primäroptik zum Bündeln der von den Lichtquellen ausgesandten Strahlung und eine im Strahlengang der gebündelten Strahlung angeordnete Sekundäroptik zum Abbilden des Strahlenbündels auf einer Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug. Außerdem betrifft die Erfindung einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem Gehäuse und einem darin angeordneten Lichtmodul zur Erzeugung mindestens einer vorgegebenen Lichtverteilung.
Aus dem Stand der Technik sind Projektionssysteme für Fahrzeugscheinwerfer bekannt, die durch Umschalten verschiedene Lichtverteilungen und Hell-Dunkel-Grenzen auf die Straße projizieren können. Die unterschiedlichen Lichtfunktionen werden durch motorisch verstellbare Blenden realisiert, die in der Blendenebene der Projektionssysteme angeordnet sind. Die einzelnen Lichtverteilungen werden also durch gezielte Abschattung von Lichtbündeln realisiert, die üblicherweise aus einer einzelnen Lichtquelle stammen, zumeist aus einer Gasentladungslampe.
Darüber hinaus sind aus dem Stand der Technik Leuchteinheiten mit Halbleiterlichtquellen (LEDs) bekannt, die zumeist aus mehreren LEDs mittels Projektions- oder Reflexionsoptiken Abblendlicht- oder Fernlichtverteilungen erzeugen. Im Gegensatz zu Scheinwerfern mit Gasentladungslampen benötigen LED-Scheinwerfer in der Regel nicht nur mehrere Lichtquellen, d. h. sog. LED-Chips, sondern auch eine Vielzahl dazugehörige Projektions- oder Reflexionsoptiken, so dass die Gesamtlichtverteilung von LED-Scheinwerfern im Allgemeinen durch die Überlagerung der Lichtverteilungen mehrerer Lichtmodule gebildet wird. Teilweise wird nun versucht, die bei Lichtmodulen mit Gasentladungslampen eingeführten beweglichen Blenden auch in LED-Projektionssystemen einzusetzen, um so mehrere Abblendlicht- und/oder Fernlichtfunktionen in einem Lichtmodul zu integrieren. Die Modulation größerer Lichtströme durch Abschatten ist hier jedoch wegen der systembedingt geringen Lichtleistung der LED-Lichtmodule besonders nachteilig
Diese Nachteile werden vermieden, wenn der Strahlengang für die jeweiligen Lichtfunktionen in der Blendenebene des Projektionsmoduls aufgeteilt wird, so dass die für die einzelnen Lichtfunktionen erforderlichen Strahlenbündel von verschiedenen, unabhängig schaltbaren Lichtquellen erzeugt werden können. Damit ist es möglich, ohne bewegliche Blenden mehrere Lichtfunktionen darzustellen – lediglich durch Schalten der Lichtquellen. Die Aufteilung des Strahlenganges kann je nach zugrundeliegendem physikalischen Prinzip mittels Brechung, Reflexion oder Absorption erreicht werden.
In der DE 10 2007 052 696 wird ein Abblendlichtstrahlengang über die totalreflektierende Fläche eines Optikelements in Form eines Glaskörpers gebildet, dessen Kante eine Hell-Dunkel-Grenze erzeugt. Dazu entspricht der Verlauf der Kante dem Verlauf der Hell-Dunkel-Grenze. Um die Ausleuchtung der Abblendlicht-Lichtverteilung zu verbessern (z. B. im Punkt 75R oder im Bereich des 15°-Knicks der Hell-Dunkel-Grenze), wird der Einsatz einer weiteren Lichtquelle und eines weiteren Optikelements vorgeschlagen, die zusätzliches Licht in das Haupt-Optikelement einkoppeln. Alternativ kann mit dem Haupt-Optikelement auch eine Fernlicht-Lichtverteilung erzeugt werden, wobei dann die Unterkante des Optikelements einen geraden Verlauf aufweist.
Eine weitere Ausführungsmöglichkeit wird in US 2006/0120094 A1 beschrieben. Dort wird der Strahlengang oberhalb und unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze durch zwei spiegelnde Flächen aufgeteilt, die in der Brennebene der Linse zu einer Messerkante scharf auslaufen. Diese Kante hat die Kontur der gewünschten Hell-Dunkel-Grenze und wird durch die Linse auf die Straße projiziert. Dieses System kann – mit geringerer Effizienz – auch mit absorbierenden Flächen ausgeführt werden.
Der neuralgische Punkt bei all diesen bekannten Systemen ist die Darstellung der Hell-Dunkel-Grenze: Die Schwierigkeit besteht darin, die Strahlengänge der verschiedenen Lichtfunktionen so zu trennen, dass im Abblendlichtfall kein Licht über die Hell-Dunkel-Grenze hinaus gestreut wird (kein Übersprechen) und im Fernlichtfall keine dunkle oder farbige Linie an der Stelle der Abblendlicht-Hell-Dunkel-Grenze zurückbleibt.
Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Lichtmodul für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer zu schaffen, das durch bloßes Umschalten mehrerer Lichtquellen mindestens zwei unterschiedliche Lichtverteilungen darstellen kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von dem Projektionsmodul der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass die Lichtquellen in mindestens zwei Gruppen unterteilt sind, wobei zur Erzeugung von mindestens zwei unterschiedlichen Lichtverteilungen die verschiedenen Lichtquellengruppen unabhängig voneinander aktivierbar sind, dass im Strahlengang eines von einer ersten Lichtquellengruppe ausgesandten Strahlenbündels zwischen der mindestens einen Primäroptik und der Sekundäroptik ein Optikelement zur Erzeugung einer horizontalen Hell-Dunkel-Grenze einer Abblendlichtverteilung angeordnet ist, und dass zur Erzeugung einer Fernlichtverteilung zusätzlich eine weitere Lichtquellengruppe aktivierbar ist, wobei das von der weiteren Lichtquellengruppe ausgesandte Strahlenbündel einen Bereich der Lichtverteilung oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze ausleuchtet.
Die Erfindung umfasst ein Projektionssystem, das mindestens zwei Lichtquellengruppen besitzt, die unabhängig voneinander geschaltet werden können. Ein Optikelement, bspw. in Form eines konturierten Glaskörpers, dessen eine Stirnfläche in etwa in der Brennebene der Linse liegt, begrenzt durch Totalreflexion den Strahlengang der einen Lichtquellengruppe so, dass durch Abbildung des derart begrenzten Strahlengangs auf der Straße eine Abblendlichtverteilung erzielt werden kann.
Durch Zuschalten der zweiten Lichtquellengruppe kann der Bereich oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze beleuchtet werden, wodurch zusammen mit dem Licht aus der ersten (Abblendlicht-) Lichtquellengruppe ein Fernlicht gebildet wird. Dabei ist es vorteilhaft, dass das (Fernlicht-) Lichtbündel der zweiten Lichtquellengruppe von dem Glaskörper nicht totalreflektiert und damit auch nicht begrenzt wird. Dadurch können sich beide Strahlengänge im Glaskörper mischen und die Hell-Dunkel-Grenze verwischt bzw. verschwindet vollständig, wenn die zweite Lichtquelle zugeschaltet wird.
Die Fernlichtstrahlenbündel der zweiten Lichtquellengruppe werden hierbei teilweise in dasselbe Optikelement eingekoppelt. In dem Optikelement können sich die eingekoppelten Lichtstrahlen mit den Abblendlichtstrahlenbündeln der ersten Lichtquellengruppe vermischen. Dadurch wird die Lichtverteilung im Bereich der Hell-Dunkel-Grenze verwischt und unscharf. Auf diese Weise kann wirksam verhindert werden, dass im Fernlichtfall eine dunkle oder farbige Linie an der Stelle der Abblendlicht-Hell-Dunkel-Grenze zurückbleibt.
Durch die Integration von mindestens zwei Lichtfunktionen in einem Lichtmodul können Sekundäroptik, Kühlung für die Lichtquellen, Schwenkaktorik für dynamisches Kurvenlicht und/oder für eine Leuchtweitenregelung und Aktorik für die Grundeinstellung des Scheinwerfers für beide Funktionen gemeinsam genutzt werden.
Vorteilhaft werden die Lichtquellen jeweils als Halbleiter-Lichtquellen oder als Anordnung mehrerer Halbleiter-Lichtquellen (sog. LED-Arrays) ausgeführt. Wird die fokussierende Primäroptik für den Abblendlicht-Strahlengang als totalreflektierende Optik, d. h. mit einem Glaskörper ausgeführt, so kann die totalreflektierende Fläche für die Begrenzung des Abblendlicht-Strahlenganges und die Ausformung der Hell-Dunkel-Grenze direkt an den Glaskörper der fokussierenden Optik angeformt werden.
Falls anstatt einer Fernlicht-Lichtverteilung eine Teilfernlicht-Lichtverteilung durch Zuschalten der zweiten Lichtquelle erreicht werden soll, so ist eine weitere absorbierende Blende mit einer vertikalen Kante erforderlich, die in der Brennebene der Sekundäroptik (z. B. Projektionslinse) positioniert wird und das Fernlicht-Strahlenbündel so begrenzt, dass dadurch die typische vertikale Hell-Dunkel-Grenze der Teilfernlicht-Lichtverteilung gebildet wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Projektionsmodul kann eine Abblendlicht-Lichtverteilung mit horizontaler Hell-Dunkel-Grenze und eine Fernlicht-Lichtverteilung oder alternativ eine Abblendlicht-Lichtverteilung und eine Teilfernlicht-Lichtverteilung mit einer horizontalen und einer vertikalen Hell-Dunkel-Grenze erzeugt werden. Die Fernlicht- bzw. Teilfernlicht-Lichtverteilung wird also durch das Zuschalten einer oder mehrerer Lichtquellen der Fernlicht-Lichtquellengruppe gebildet und nicht durch Abblendung/Abschattung mittels einer motorisch verstellbaren Blende. Bei der Teilfernlicht-Lichtverteilung erzeugt das Lichtmodul der rechten Anbauseite eine Lichtverteilung rechts der vertikalen Hell-Dunkel-Grenze, und das Lichtmodul der linken Anbauseite bildet eine Teilfernlicht-Lichtverteilung links der vertikalen Hell-Dunkel-Grenze.
Die Lichtmodule beider Anbauseiten können zur Realisierung eines dynamischen Kurvenlichts über einen elektrischen Antrieb um eine vertikale Achse verschwenkt werden. Der Verschwenkwinkel der Lichtmodule wird dabei in Abhängigkeit von einem Lenkwinkel, einer Querbeschleunigungskraft, einer Gierrate, einem Wankwinkel, einem Nickwinkel und/oder anderer fahrdynamischer Größen des Kraftfahrzeugs ermittelt. Denkbar ist auch, den Verschwenkwinkel anhand der aktuellen Position des Kraftfahrzeugs und den entsprechenden Daten eines Fahrzeugnavigationssystems und/oder anhand einer Erfassung und Auswertung des Fahrbahnverlaufs vor dem Fahrzeug zu ermitteln.
Verschiedene bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Projektionsmodul gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht;
2 das Projektionsmodul aus 1 im Längsschnitt;
3 ein erfindungsgemäßes Projektionsmodul gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht;
4 das Projektionsmodul aus 3 im Längsschnitt;
5 ein Optikelements eines erfindungsgemäßen Projektionsmoduls im Detail;
6 eine Primäroptik eines erfindungsgemäßen Projektionsmoduls im Detail;
7 das Projektionsmodul aus 4 mit einem Strahlengang zur Erzeugung einer Abblendlicht-Lichtverteilung mit Hell-Dunkel-Grenze;
8 eine auf einem vor dem Projektionsmodul angeordneten Messschirm abgebildete entsprechende Abblendlicht-Lichtverteilung;
9 das Projektionsmodul aus 4 mit einem Strahlengang zum Ausleuchten eines Bereichs auf einem vor dem Projektionsmodul angeordneten Messschirms oberhalb der Abblendlicht-Lichtverteilung;
10 eine auf dem Messschirm abgebildete entsprechende Lichtverteilung oberhalb der Abblendlicht-Lichtverteilung;
11 das Projektionsmodul aus 4 mit Strahlengängen zur Erzeugung einer Fernlicht-Lichtverteilung;
12 eine auf einem vor dem Projektionsmodul angeordneten Messschirm abgebildete entsprechende Fernlicht-Lichtverteilung;
13 das Projektionsmodul aus 2 mit einem Strahlengang zur Erzeugung einer Abblendlicht-Lichtverteilung mit Hell-Dunkel-Grenze;
14 das Projektionsmodul aus 2 mit einem Strahlengang zum Ausleuchten eines Bereichs auf einem vor dem Projektionsmodul angeordneten Messschirms oberhalb der Abblendlicht- Lichtverteilung;
15 eine Teilfernlicht-Lichtverteilung des erfindungsgemäßen Projektionsmoduls für einen linken Scheinwerfer;
16 eine Teilfernlicht-Lichtverteilung des erfindungsgemäßen Projektionsmoduls für einen rechten Scheinwerfer;
17 das Projektionsmodul aus 4 mit einem im Strahlengang des von der ersten Lichtquellengruppe ausgesandten Strahlenbündels angeordneten Optikelement mit optisch wirksamen Strukturen auf einer totalreflektierenden Unterseite des Optikelements; und
18 das Projektionsmodul aus 4 mit einem im Strahlengang des von der ersten Lichtquellengruppe ausgesandten Strahlenbündels angeordneten Optikelement mit optisch wirksamen Strukturen auf einer zur Sekundäroptik gerichteten Auskoppelfläche des Optikelements.
Die Erfindung betrifft ein Projektionsmodul für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit mehreren Lichtquellen, die unabhängig voneinander geschaltet werden können und jeweils eine eigene fokussierende Primäroptik besitzen. Die Lichtquellen sind vorzugsweise als Halbleiterlichtquellen (LEDs oder LED-Arrays, wobei ein LED-Array mehrere vorzugsweise matrixartig angeordnete LEDs umfasst) ausgebildet. Die Primäroptiken fokussieren das von den LEDs ausgestrahlte Licht in der Brennebene einer Sekundäroptik, die bspw. als eine abbildenden Linse ausgebildet ist. Die Linse projiziert die von den fokussierenden Primäroptiken gebildete Lichtverteilung auf die Straße. Die fokussierenden Primäroptiken werden nachfolgend auch als Vorsatzoptiken bezeichnet und können als Reflektoren oder Linsen nach dem Reflexions- bzw. Projektionsprinzip ausgeführt sein.
In den Figuren ist das erfindungsgemäße Projektionsmodul in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Es umfasst eine erste Gruppe von einer oder mehreren LEDs 2 und eine zweite Gruppe von einer oder mehreren LEDs 3. Die LEDs 2, 3 sind zum Zwecke der Wärmeableitung während des Betriebs der LEDs 2, 3 auf einem Kühlkörper 4 angeordnet. Der Kühlkörper 4 ist aus einem gut Wärme leitenden Material, insbesondere aus einem Metall, gefertigt und weist Kühlrippen 4a zur Vergrößerung der Oberfläche und zur Verbesserung der Kühlwirkung auf. Der Kühlkörper 4 kann mittels eines Lüfters (nicht dargestellt) aktiv gekühlt werden.
Bei dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die fokussierenden Primäroptiken jeweils als Reflektoren 5, 6, insbesondere als Halbschalenreflektoren, ausgebildet. Selbstverständlich können die Primäroptiken 5, 6 auch jeweils einzeln oder beide als Optikelement in Form einer totalreflektierenden Vorsatzoptik, insbesondere als Lichtleiter oder Glaskörper, ausgebildet sein. In einer im Wesentlichen horizontalen Ebene umfassend eine optische Achse 10 des Projektionsmoduls 1 ist eine Trennwand 7 angeordnet, die zumindest einen Teil der Fläche zwischen den beiden Reflektoren 5, 6 abdeckt. Die Trennwand 7 ist vorzugsweise reflektierend beschichtet. In Lichtaustrittsrichtung 8 nach der oberen, der ersten Lichtquellengruppe 2 zugeordneten Primäroptik 5 ist ein als Lichtleiter ausgebildetes Optikelement 9 angeordnet. Das Optikelement 9 besteht vorzugsweise aus einem transparenten Material, bspw. einem Kunststoff oder Glas. Es hat in Lichtaustrittsrichtung 8 betrachtet die Form eines Rechtecks und in perspektivischer Ansicht die Form eines Quaders. Eine Längsseite (Lichteinkoppelfläche) des Optikelements 9 verdeckt die Lichtaustrittsfläche der ersten Primäroptik 5 praktisch vollständig, so dass das gesamte von der ersten Lichtquellengruppe 2 ausgesandte Licht über die Lichteinkoppelfläche in das Optikelement 9 eingekoppelt wird.
Das eingekoppelte Licht wird zumindest teilweise an einer totalreflektierenden Unterseite 9a des Optikelements 9 totalreflektiert und dann in Lichtaustrittsrichtung 8 durch eine Lichtauskoppelfläche 9b des Optikelements 9 aus diesem ausgekoppelt. Der entsprechende Strahlengang ist beispielhaft in 13 dargestellt. Ein Teil des eingekoppelten Lichts gelangt von der Lichteinkoppelfläche direkt zur Lichtauskoppelfläche 9b und wird auf seinem Weg durch das Optikelement 9 lediglich geringfügig abgelenkt. Die Unterseite 9a des Optikelements 9 hat in einer imaginären Schnittebene quer zur optischen Achse 10 einen dem Verlauf der Hell-Dunkel-Grenze entsprechenden Verlauf (vgl. 5). Die Kante des Optikelements 9, die zur Erzeugung der Hell-Dunkel-Grenze dient, ist fett hervorgehoben und mit dem Bezugszeichen 9f bezeichnet.
In Lichtaustrittsrichtung nach dem Optikelement 9 ist eine Sekundäroptik in Form einer Projektionslinse 11 angeordnet. Diese projiziert die aus der Auskoppelfläche 9b des Optikelements 9 austretende Strahlung als asymmetrische Abblendlicht-Lichtverteilung auf die Fahrbahn. Je nach dem Verlauf der totalreflektierenden Unterseite 9a des Optikelements 9 kann der Verlauf der Hell-Dunkel-Grenze variieren. Vorzugsweise umfasst die Hell-Dunkel-Grenzen zwei in vertikaler Richtung zueinander versetzt verlaufende horizontale Abschnitte, wobei der Übergang zwischen den beiden Abschnitten entweder einen schrägen (z. B. 15°-Anstieg) oder einen vertikalen (z. B. stufenförmiger Anstieg) Verlauf hat. Denkbar ist auch eine Hell-Dunkel-Grenze mit einem einfachen geraden horizontalen Verlauf.
Um das in den 1 und 2 dargestellte Lichtmodul 1 zur Erzeugung einer weiteren Lichtverteilung umzuschalten, wird zusätzlich zu der ersten Lichtquellengruppe 2 die zweite Gruppe an Lichtquellen 3 aktiviert. Um das Prinzip des erfindungsgemäßen Lichtmoduls 1 jedoch besser erläutern zu können, wird zunächst unter Bezugnahme auf 14 erläutert, was passiert, wenn nur die zweite Lichtquellengruppe 3 (ohne die erste Lichtquellengruppe 2) aktiviert wird. Das von der oder den LEDs 3 ausgesandte Licht wird zunächst durch die Primäroptik 6 gebündelt. Der Reflektor 6 ist derart ausgebildet und relativ zu den LEDs 3 angeordnet, dass ein Großteil des Lichts die Primäroptik 6 durch eine Lichtaustrittsfläche verlässt, ohne auf das Optikelement 9 zu treffen. Ein Teil des von den LEDs 3 ausgesandten Lichts trifft jedoch auf die Unterseite 9a des Optikelements 9. Die Lichtstrahlen treffen dabei in einem solchen Winkel auf die Unterseite 9a, dass sie in das Optikelement 9 eingekoppelt und anschließend über die Auskoppelfläche 9b wieder ausgekoppelt werden. Die Stelle des Optikelements 9, an der ein Teil der von den LEDs 3 ausgesandten Lichtstrahlen in das Optikelement 9 eingekoppelt werden, ist mit dem Bezugszeichen 9c bezeichnet.
Die Ausgestaltung und Anordnung der Trennwand 7 zwischen den beiden Primäroptiken 5, 6 verhindert in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der 1 und 2 in erster Linie, dass Licht der Abblendlicht-LEDs 2 am Optikelement 9 vorbei auf die Linse 11 trifft, da dieses Licht sonst oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze 13 sichtbar wäre und somit eine Blendung anderer Verkehrsteilnehmer verursachen würde. Außerdem verhindert die Trennwand 7, dass von den Fernlicht-LEDs 3 ausgesandtes Licht über die der ersten Primäroptik 5 zugewandte Einkoppelfläche in das Optikelement 9 eintritt. Selbstverständlich wäre es jedoch auch denkbar, dass ein Teil des von den Fernlicht-LEDs 3 ausgesandten Lichts von dem Reflektor 6 auf die Einkoppelfläche des Optikelements 9 reflektiert und über diese in das Optikelement 9 eingekoppelt werden.
Wenn die Fernlicht-LEDs 3 zusätzlich zu den Abblendlicht-LEDs 2 aktiviert sind, vermischen sich in dem Optikelement 9 die Strahlengänge der Abblendlicht-LEDs 2 und der Fernlicht-LEDs 3 und die Hell-Dunkel-Grenze verwischt bzw. verschwindet vollständig. Es entsteht eine Fernlicht-Lichtverteilung ohne störende dunkle oder farbige Linien an der Stelle der Abblendlicht-Hell-Dunkel-Grenze.
Vorteilhaft sind auch als Vorsatzlinsen ausgebildete Primäroptiken, in denen der Strahlengang geteilt wird, wobei ein Strahlenbündel durch eine Linse projiziert wird und weitere Strahlenbündel an einer totalreflektierenden Reflektorfläche reflektiert werden. Eine entsprechende Ausführungsform ist in den 3 und 4 dargestellt. Dabei ist statt des Reflektors 5 ein Optikelement 9' in Form einer Vorsatzlinse vorgesehen. In diesem Fall ist das Optikelement 9 in die den Abblendlicht-LEDs 2 zugeordnete Primäroptik integriert. Das von den Abblendlicht-LEDs 2 ausgesandte Licht wird in das Optikelement 9' eingekoppelt und nach Totalreflexion an der äußeren Umfangsfläche des Optikelements 9' und an der Totalreflexionsfläche 9'a über die Auskoppelfläche 9'b ausgekoppelt. Durch Variation der Form und/oder des Verlaufs der Flächen 9'a und 9'b kann eine Anpassung der Lichtverteilung erzielt werden. Dadurch ist es bspw. möglich, das zentrale Strahlenbündel zu fokussieren. Der entsprechende Strahlengang ist in 7 und die entsprechende resultierende Abblendlicht-Lichtverteilung 12 mit asymmetrischer Hell-Dunkel-Grenze 13 in 8 dargestellt. Die Totalreflexionsfläche 9'a des Optikelements 9' weist in einer quer zur optischen Achse 10 verlaufenden imaginären Schnittfläche einen dem Verlauf der Hell-Dunkel-Grenze 13 entsprechenden Verlauf auf (vgl. 6). Die Kante des Optikelements 9', die zur Erzeugung der Hell-Dunkel-Grenze dient, ist fett hervorgehoben und mit dem Bezugszeichen 9'f bezeichnet.
In 9 ist für die zweite Ausführungsform gemäß der 3 und 4 beispielhaft der Strahlengang nur der Fernlicht-LEDs 3 dargestellt. Ein Teil des von den LEDs 3 ausgesandten Lichts wird an der Stelle 9'c über die totalreflektierende untere Fläche 9'a in das Optikelement 9' eingekoppelt und dann wieder durch die Auskoppelfläche 9'b ausgekoppelt. Die resultierende Lichtverteilung 14 mit der verwischten bzw. unscharfen Hell-Dunkel-Grenze 13' ist in 10 dargestellt.
Wenn die Fernlicht-LEDs 3 gleichzeitig mit den Abblendlicht-LEDs 2 aktiviert werden, vermischt sich der in das Optikelement 9' eingekoppelte Teil des von den LEDs 3 ausgesandten und vom Reflektor 6 reflektierten Lichts im Optikelement 9' mit dem von den Abblendlicht-LEDs 2 ausgesandten Licht. Die Folge ist eine Fernlichtverteilung ohne dunkle oder farbige Linien an der Stelle der Hell-Dunkel-Grenze. Der entsprechende Strahlengang bei gleichzeitig aktivierten Abblendlicht-LEDs 2 und Fernlicht-LEDs 3 ist beispielhaft in 11 dargestellt. 12 zeigt die resultierende Fernlichtverteilung 15.
Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in dem Optikelement 9, 9' zu sehen, in den das von der einen Lichtquellengruppe 2 und der dazugehörenden fokussierenden Primäroptik 5, 9' gebildete Abblendlicht-Strahlenbündel eingekoppelt wird. Dieses Optikelement 9, 9' besitzt als Lichtaustrittsfläche 9b, 9'b eine Stirnseite, die ungefähr in der Brennebene der Projektionslinse 11 positioniert ist. Diese Lichtaustrittsfläche 9b, 9'b ist durch seitliche Flächen begrenzt, wobei eine untere Fläche 9a, 9'a dieser Seitenflächen die Kontur der Hell-Dunkel-Grenze für eine Abblendlicht-Lichtverteilung aufweist. Auf diese Fläche 9a, 9'a treffen die in das Optikelement 9, 9' eingekoppelten Strahlen in einem so flachen Winkel, dass sie dort totalreflektiert werden. Durch diese totalreflektierende Fläche 9a, 9'a wird das Abblendlichtbündel wirksam begrenzt, so dass das aus der Stirnseite 9b, 9'b ausgekoppelte Licht eine scharfe Hell-Dunkel-Grenze 13 aufweist, die zur Erzeugung einer Abblendlicht-Lichtverteilung durch die Projektionslinse 11 auf die Fahrbahn projiziert wird. Wird die fokussierende Optik für die Abblendlicht-Lichtquellen 2 als Vorsatzlinse 9' (bzw. Lichtleiter oder Glaskörper) ausgeführt, so kann die totalreflektierende Fläche 9'a zur Erzeugung der Hell-Dunkel-Grenze 13 direkt an diese Vorsatzlinse 9' angeformt werden (vgl. 6).
Im Gegensatz dazu wird das von der zweiten Lichtquellengruppe 3 und der dazugehörenden Primäroptik 6 gebildete Strahlenbündel, nachfolgend auch als Fernlicht- bzw. Teilfernlicht-Strahlenbündel bezeichnet, im Wesentlichen nicht durch das vorangehend beschriebenen Optikelement 9, 9' geführt, sondern fokussiert vielmehr an diesem vorbei mehr oder weniger genau in die Mitte der Brennebene der Projektionslinse 11. Ein kleiner Teil des Lichts, das dennoch von diesem Fernlicht-Strahlenbündel auf das Optikelement 9, 9' fällt, koppelt an der Stelle 9c, 9'c in diesen ein und vermischt sich dort mit dem Abblendlichtstrahlengang.
Dadurch wird bewirkt, dass sich bei Zuschalten der Lichtquellen 3 für das Fernlicht-Strahlenbündel, beide Strahlengänge im Optikelement 9, 9' vermischen bzw. überschneiden, wodurch die vom Abblendlicht-Strahlenbündel erzeugte Hell-Dunkel-Grenze 13 vollständig aufgelöst und verwischt wird.
Die Vermischung der beiden Strahlengänge in dem Optikelement 9, 9' kann verbessert werden, indem auf die für den Abblendlicht-Strahlengang totalreflektierende Fläche 9a, 9'a des Optikelements 9, 9' beliebig ausgebildete optisch wirksame Strukturen aufgebracht werden. In dem in 17 dargestellten Ausführungsbeispiel sind auf die totalreflektierende Fläche 9'a des Optikelements 9' Prismen 9'd aufgebracht. Hierdurch wird die Einkopplung des von den Fernlicht-LEDs 3 ausgesandten Fernlicht-Strahlenbündels in das Optikelement 9' an der Stelle 9'c verbessert. Alternativ können die Strukturen auch eine Mattierung oder fein streuende optische Flächen, z. B. eine beliebige dreidimensionale Freiformoptik, eine Stufenoptik, eine Zylinderlinsenoptik, eine Kugelflächenoptik oder eine Polster- oder Kissenoptik umfassen. Eine Kissenoptik hat bspw. die Form einer konvex geformten Linse mit einer viereckigen Grundfläche und mit nach innen gewölbten Seitenlinien. Bezüglich der Ausgestaltung und der Funktion einer Kissenoptik wird auf die DE 10 2008 061 688 verwiesen, auf die in diesem Zusammenhang ausdrücklich Bezug genommen wird.
Alternativ sind in dem Ausführungsbeispiel aus 18 zumindest auf einem Teil der Auskoppelfläche 9'b des Optikelements 9' optisch wirksame Strukturen 9'e in Form einer Mattierung oder fein streuender optischer Flächen (beispielsweise Zylinder-, Kugel- oder Kissenflächen) aufgebracht. Diese Strukturen 9'e sorgen dafür, dass ein größerer Teil des in das Optikelement 9' eingekoppelten Fernlicht-Strahlenbündels aus diesem wieder austritt und anschließend durch die Linse 11 auf die Straße projiziert wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ungefähr in der Brennebene der Projektionslinse 11 eine zusätzliche Licht absorbierende Blende 16 angeordnet, die eine vertikale Kante 16a aufweist (vgl. 1 bis 4). Durch die Blende 16 kann das aus der Lichtaustrittsöffnung des unteren Primäroptik 6 austretende Fernlicht-Strahlenbündel in horizontaler Richtung begrenzt werden. Dadurch kann eine sogenannte Teilfernlicht-Lichtverteilung 17, 18 (vgl. die 15 und 16) mit vertikaler Hell-Dunkel-Grenze 17a, 18a erzielt werden. Durch die Blende 16 können Bereiche der Fernlichtverteilung 15, in denen sich vorausfahrende oder entgegenkommende Verkehrsteilnehmer befinden, ausgeblendet werden. Dadurch wird eine Blendung dieser Verkehrsteilnehmer verhindert. Die Position der Verkehrsteilnehmer wird durch geeignete Sensoren (z. B. einer Kamera, die das Vorfeld des Fahrzeugs erfasst) und Auswertung der Sensorsignale ermittelt. Um auch bei sich bewegenden vorausfahrenden bzw. entgegenkommenden Verkehrsteilnehmern stets den richtigen Bereich des Fernlichts auszublenden, können die Blenden 16 bewegbar, insbesondere quer zur optischen Achse horizontal verschiebbar, sein. Dadurch ist es möglich, dass der ausgeblendete Bereich der Fernlichtverteilung 15 der Position eines entgegenkommenden Verkehrsteilnehmers folgt.
Auf diese Weise lassen sich mit einem einzelnen erfindungsgemäßen Lichtmodul 1 durch Umschalten der darin enthaltenen Lichtquellen 2, 3 eine Abblendlicht- und eine Fernlicht-Lichtverteilung bzw. eine Abblendlicht- und eine Teilfernlicht-Lichtverteilung erzeugen, ohne dass dafür mechanisch bewegliche Blenden erforderlich wären oder mehrere Lichtmodule oder Projektionslinsen aufgewendet werden müssten.
Das erfindungsgemäße Lichtmodul 1 unterscheidet sich von den bekannten Lichtmodulen insbesondere durch das Optikelement 9, 9' für die Strahlteilung mit der charakteristischen angeformten Kante 9f, 9'f zur Erzeugung der Hell-Dunkel-Grenze 13. Zudem umfasst das erfindungsgemäße Lichtmodul 1 zwei separate Lichtquellen-Gruppen 2, 3 mit getrennten Zuleitungen und erzeugt allein durch gezieltes Aktivieren/Deaktivieren der Lichtquellen 2, 3 die charakteristischen Lichtverteilungen mit und ohne scharfer Hell-Dunkel-Grenze 13 (horizontal) bzw. 17a, 18a (vertikal).
Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise in sogenannten Voll-LED-Scheinwerfern (als Lichtquellen werden ausschließlich LEDs eingesetzt) Anwendung finden, bei denen ein schwenkbares Spot-Modul als umschaltbares Abblendlicht/ Fernlicht-Modul oder als Abblendlicht/Teilfernlicht-Modul ausgeführt ist. Ebenso kann mit dem der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Prinzip ein Abblendlicht/Fernlicht-Grundmodul realisiert werden, das dann lediglich eine Scheinwerfer-Kammer erfordert. Alternativ ist es denkbar, mit dem erfindungsgemäßen Prinzip eine Fernlichtverteilung zu erzielen, indem zwei Teilfernlicht-Lichtverteilungen (vgl. die 15 und 16) über einen ALV(adaptive Lichtverteilung)-Antrieb, der eigentlich zur Erzeugung eines adaptiven Kurvenlichts dient, derart aufeinander zu bewegt werden, dass es keinen Kernschatten mehr gibt. Die beiden Teilfernlicht-Lichtverteilungen ergänzen sich dann zu einer vollständigen Fernlicht-Lichtverteilung. In allen Fällen können Linse, Kühlung, Schwenkaktorik und Aktorik für die Grundeinstellung für zwei Leuchtfunktionen gemeinsam und/oder zeitgleich genutzt werden.
Die Lichtquellen 2, 3 können sowohl für das menschliche Auge sichtbares Licht als auch unsichtbare IR-Strahlung aussenden. Die IR-Strahlung kann für Nachtsichtgeräte für Fahrzeuge verwendet werden. Dabei wird ein in etwa dem Fernlichtbereich entsprechender Bereich vor dem Fahrzeug mit IR-Strahlung ausgeleuchtet, die an in diesem Bereich befindlichen Objekten reflektierte Strahlung mittels einer geeigneten IR-Kamera (z. B. CCD-Kamera) erfasst, ausgewertet und aufbereitet und das Ergebnis dem Fahrer des Fahrzeugs präsentiert. Die mittels IR-Strahlung erfassten Objekte können auf einem Bildschirm dargestellt oder auf die Frontscheibe in das Sichtfeld des Fahrers eingeblendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102007052696 [0005]
- US 2006/0120094 A1 [0006]
- DE 102008061688 [0051]

Claims

Projektionsmodul (1) für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer zur Erzeugung mindestens einer vorgegebenen Lichtverteilung, das Modul (1) umfassend mehrere Lichtquellen (2, 3) zum Aussenden von elektromagnetischer Strahlung, mindestens eine Primäroptik (5, 6) zum Bündeln der von den Lichtquellen (2, 3) ausgesandten Strahlung und eine im Strahlengang der gebündelten Strahlung angeordnete Sekundäroptik (11) zum Abbilden des Strahlenbündels auf einer Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (2, 3) in mindestens zwei Gruppen unterteilt sind, wobei zur Erzeugung von mindestens zwei unterschiedlichen Lichtverteilungen die verschiedenen Lichtquellengruppen (2; 3) unabhängig voneinander aktivierbar sind, dass im Strahlengang eines von einer ersten Lichtquellengruppe (2) ausgesandten Strahlenbündels zwischen der mindestens einen Primäroptik (5) und der Sekundäroptik (11) ein Optikelement (9, 9') angeordnet ist, in das das von der ersten Lichtquellengruppe (2) ausgesandte Strahlenbündel eingekoppelt und zur Erzeugung einer Abblendlichtverteilung (12) mit einer horizontalen Hell-Dunkel-Grenze (13) wieder ausgekoppelt wird, und dass zur Erzeugung einer Fernlichtverteilung (15) zusätzlich eine weitere Lichtquellengruppe (3) aktivierbar ist, wobei das von der weiteren Lichtquellengruppe (3) ausgesandte Strahlenbündel einen Bereich der Lichtverteilung (15) oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze (13) ausleuchtet.
Projektionsmodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des von der weiteren Lichtquellengruppe (3) ausgesandten Strahlenbündels in das Optikelement (9, 9') eingekoppelt wird, sich dort mit dem von der ersten Lichtquellengruppe (2) ausgesandten und in das Optikelement (9, 9') eingekoppelten Strahlenbündel vermischt und gemeinsam mit diesem zur Erzeugung einer unscharfen Hell-Dunkel-Grenze (13') aus dem Optikelement (9, 9') ausgekoppelt wird.
Projektionsmodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine zur Sekundäroptik (11) gerichtete Auskoppelfläche (9b, 9'b) des Optikelements (9, 9') in einer Brennebene der Sekundäroptik (11) verläuft.
Projektionsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Optikelement (9, 9') als ein im wesentlichen rechteckförmiger totalreflektierender Optikkörper ausgebildet ist, der im wesentlichen oberhalb einer optischen Achse (10) des Moduls (1) angeordnet ist und dessen zur optischen Achse (10) gerichtete Unterseite (9a, 9'a) totalreflektierend ausgebildet ist.
Projektionsmodul (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zur optischen Achse (10) gerichtete Unterseite (9a, 9'a) des Optikkörpers (9, 9') in einer senkrecht zur optischen Achse stehenden Schnittfläche betrachtet einen der Hell-Dunkel-Grenze (13) der Abblendlichtverteilung (12) entsprechenden verlauf aufweist.
Projektionsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Optikelement (9, 9') das von der ersten Lichtquellengruppe (2) ausgesandte und in das Optikelement (9, 9') eingekoppelte Strahlenbündel durch Totalreflexion derart begrenzt, dass eine Projektion des begrenzten Strahlenbündels auf die Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug die Abblendlichtverteilung (12) mit Hell-Dunkel-Grenze (13) erzeugt.
Projektionsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Optikelement (9, 9') das von der ersten Lichtquellengruppe (2) ausgesandte und in das Optikelement (9, 9') eingekoppelte Strahlenbündel durch Totalreflexion begrenzt und einen Teil des von der weiteren Lichtquellengruppe (3) erzeugten und in das Optikelement (9, 9') eingekoppelten Strahlenbündels ohne Totalreflexion hindurchtreten lässt.
Projektionsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Lichtquellengruppe (2, 3) eine eigene Primäroptik (5, 6) zugeordnet ist.
Projektionsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine (5) der Primäroptiken (5, 6) als ein totalreflektierender Optikkörper (9') ausgebildet ist.
Projektionsmodul (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die der ersten Lichtquellengruppe (2) zugeordnete Primäroptik (5) als ein totalreflektierender Optikkörper (9') ausgebildet ist.
Projektionsmodul (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Optikelement (9) zur Erzeugung der horizontalen Hell-Dunkel-Grenze (13) der Abblendlichtverteilung (12) integraler Bestandteil der der ersten Lichtquellengruppe (2) zugeordneten Primäroptik (5, 9') ist.
Projektionsmodul (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die der ersten Lichtquellengruppe (2) zugeordnete Primäroptik (5) als ein totalreflektierender Optikkörper (9') ausgebildet ist, der im wesentlichen oberhalb einer optischen Achse (10) des Moduls (1) angeordnet ist und dessen zur optischen Achse (10) gerichtete Unterseite (9'a) totalreflektierend ausgebildet ist.
Projektionsmodul (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zur optischen Achse (10) gerichtete Unterseite (9'a) des Optikkörpers (9') in einer senkrecht zur optischen Achse (10) stehenden Schnittfläche betrachtet einen der Hell-Dunkel-Grenze (13) der Abblendlichtverteilung (12) entsprechenden Verlauf aufweist.
Projektionsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine (5; 6) der Primäroptiken (5, 6) als ein Reflektor ausgebildet ist.
Projektionsmodul (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die der weiteren Lichtquellengruppe (3) zugeordnete Primäroptik (6) als ein Reflektor ausgebildet ist.
Projektionsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang des von der weiteren Lichtquellengruppe (3) ausgesandten Strahlenbündels zwischen der mindestens einen Primaroptik (6) und der Sekundäroptik (11) ein Blendenelement (16) mit einer im wesentlichen vertikal verlaufenden Kante (16a) zur Erzeugung einer vertikalen Hell-Dunkel-Grenze einer Teilfernlichtverteilung angeordnet ist.
Projektionsmodul (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Blendenelement (16) bewegbar ausgebildet ist.
Projektionsmodul (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Blendenelement (16) in einer senkrecht zur optischen Achse (10) des Moduls (1) verlaufenden Ebene verschiebbar ist.
Projektionsmodul (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Blendenelement (16) in einer senkrecht zur optischen Achse (10) des Moduls (1) verlaufenden Ebene in horizontaler Richtung verschiebbar ist.
Projektionsmodul (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Blendenelement (16) in einer Brennebene der Sekundäroptik (11) erstreckt.
Projektionsmodul (1) nach Anspruch 4 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest auf einem Teil der totalreflektierenden Unterseite (9a; 9'a) und/oder der zur Sekundäroptik (11) gerichteten Auskoppelfläche (9b; 9'b) des im Strahlengang des von der ersten Lichtquellengruppe (2) ausgesandten Strahlenbündels angeordneten Optikelements (9) oder der der ersten Lichtquellengruppe (2) zugeordneten Primäroptik (9') optisch wirksame Strukturen (9'd, 9'e) aufgebracht sind.
Projektionsmodul (1) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch wirksamen Strukturen (9'd, 9'e) eine Mattierung, eine Freiflächenform, eine Stufenoptik, eine Prismenoptik, eine Zylinderlinsenoptik, eine Kugelflächenoptik oder eine Polster- oder Kissenoptik umfassen.
Projektionsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (2, 3) als Halbleiterlichtquellen ausgebildet sind.
Projektionsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (2, 3) Strahlung in einem für das menschliche Auge sichtbaren Wellenlängenbereich, vorzugsweise weißes Licht, aussenden.
Projektionsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundäroptik (11) als eine Projektionslinse ausgebildet ist.
Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem Gehäuse und einem darin angeordneten Lichtmodul zur Erzeugung mindestens einer vorgegebenen Lichtverteilung, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtmodul als ein Projektionsmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 25 ausgebildet ist.
Scheinwerfer nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtmodul in horizontaler Richtung verschwenkbar in dem Gehäuse gelagert ist.