DE102011054229A1

DE102011054229A1 - Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102011054229A1
Application number: DE102011054229A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Kloos
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2011-10-06
Filing date: 2011-10-06
Publication date: 2013-04-11
Anticipated expiration: 2031-10-07
Also published as: DE102011054229B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit matrixartig zu einem LED-Feld angeordneten LED-Lichtquellen, mit einer in Lichtabstrahlrichtung vor dem LED-Feld angeordneten Linseneinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, die eine Mehrzahl von sich anschließenden, die jeweiligen LED-Lichtquellen abbildenden Lichtflecke aufweist und mit einer zwischen dem LED-Feld und der Linseneinheit angeordneten Voroptikeinheit mit einer Mehrzahl von jeweils den LED-Lichtquellen zugeordneten Voroptikelementen, wobei die Voroptikelemente der Voroptikeinheit jeweils durch einen der jeweiligen LED-Lichtquelle zugewandten Zusammenführungsabschnitt und durch einen sich unmittelbar an demselben in Lichtabstrahlrichtung anschließenden Mischabschnitt gebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit matrixartig zu einem LED-Feld angeordneten LED-Lichtquellen, mit einer in Lichtabstrahlrichtung vor dem LED-Feld angeordneten Linseneinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, die eine Mehrzahl von sich anschließenden, die jeweiligen LED-Lichtquellen abbildenden Lichtflecke aufweist und mit einer zwischen dem LED-Feld und der Linseneinheit angeordneten Voroptikeinheit mit einer Mehrzahl von jeweils den LED-Lichtquellen zugeordneten Voroptikelementen.
Aus der DE 10 2008 005 488 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge bekannt, die ein LED-Feld mit matrixartig angeordneten LED-Lichtquellen aufweist. Dem LED-Feld sind eine Voroptikeinheit sowie eine in Lichtabstrahlrichtung vor der Voroptikeinheit angeordnete Linseneinheit vorgelagert. Die Voroptikeinheit besteht aus einer Platte, die mit Feinstrukturelementen besetzt ist. Die Feinstrukturfläche ermöglicht eine Aufspreizung der als Lichtflecken abgebildeten LED-Lichtquellen in der Lichtverteilung, so dass eine Homogenisierung der Lichtstärkeverteilung unterhalb einer Hell-Dunkel-Grenze der Lichtverteilung bewirkt wird.
Aus der DE 10 2008 013 603 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge bekannt, die ein LED-Feld mit matrixartig angeordneten LED-Lichtquellen aufweist. Dem LED-Feld ist eine Linseneinheit vorgelagert. Zwischen der Linseneinheit und dem LED-Lichtfeld ist eine Voroptikeinheit angeordnet, die eine Mehrzahl von jeweils den LED-Lichtquellen zugeordnete Voroptikelemente aufweist. Die Voroptikelemente erweitern sich konusförmig in Lichtabstrahlrichtung und sollen eine Homogenisierung der Lichtstärkeverteilung bewirken.
Neben der Homogenisierung der Lichtverteilung, die zur Vermeidung von unerwünschten Lücken benachbarter Lichtflecken in der Lichtverteilung dient, ist es in Abhängigkeit von der Dimensionierung der LED-Lichtquellen wünschenswert, die Lichtstromeffizienz zu steigern bzw. eine Erhöhung des Divergenzwinkels zu bewirken.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einem aus matrixartig zueinander angeordneten LED-Lichtquellen bestehenden LED-Feld derart weiterzubilden, dass neben der Homogenisierung der Lichtverteilung auch eine Erhöhung der Lichtstromeffizienz bzw. eine Erhöhung des Divergenzwinkel bewirkt wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Voroptikelemente der Voroptikeinheit jeweils durch einen der jeweiligen LED-Lichtquelle zugewandten Zusammenführungsabschnitt und durch einen sich unmittelbar an demselben in Lichtabstrahlrichtung anschließenden Mischabschnitt gebildet sind.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass neben der Homogenisierung der Lichtverteilung eine Steigerung von Beleuchtungsstärkewerte in einem Maximum der Lichtverteilung erzielt wird, so dass insbesondere eine adressierbare Fernlichtverteilung erzeugt wird, bei der zur Vermeidung der Blendung des im Vorfeld befindlichen Verkehrsobjektes Teile der Lichtverteilung durch Abschalten entsprechender LED-Lichtquellen ausgeblendet werden können. Durch die Erhöhung des Divergenzwinkels kann eine verbesserte Streubreite der Lichtverteilung erzielt werden. Auch kann die Trennschärfe zwischen Lichtflecken und infolge Ausschaltens der entsprechenden LED-Lichtquelle benachbarten ausgeblendeten Lichtflecken erhöht werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann ein Zusammenführungsabschnitt und ein Mischabschnitt von jeweiligen Voroptikelementen der Voroptikeinheit einstückig miteinander verbunden sein oder zweiteilig ausgeführt sein. Vorteilhaft kann bei der zweiteiligen Ausführung der Herstellungsaufwand reduziert werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Voroptikelemente bzw. Zusammenführungsabschnitte derselben im Querschnitt als ein Vieleck ausgebildet. Sie weisen ebene Seitenflächen auf, an denen eine Totalreflexion des eingekoppelten Lichtes erfolgen kann.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind zueinander gekehrte Seitenflächen benachbarter Voroptikelemente bzw. benachbarter Zusammenführungsabschnitte derselben in einem spitzen Winkel zueinander angeordnet. Auf diese Weise kann ein Ausgleich der Dimension der LED-Lichtquellen auf die geforderte Dimension der abzustrahlenden Fläche geschaffen werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Voroptikelemente bzw. die Zusammenführungsabschnitte derselben massiv und blockförmig ausgebildet, wobei eine Lichteinkoppelfläche des Voroptikelementes bzw. des Zusammenführungsabschnittes in der Dimension der als ein LED-Chip ausgebildeten LED-Lichtquelle entspricht. Der LED-Chip weist vorzugsweise eine Mehrzahl von in der Ebene verteilt angeordneten LEDs auf. Als LEDs werden Halbleiterlichtquellen angesehen, die durch Bestromung ein- oder ausschaltbar oder dimmbar sind.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung können Lichtauskoppelflächen des Mischabschnitts zylinderförmig ausgebildet sein, damit in einer vorgegebenen Richtung eine erhöhte Streuwirkung gewährleistet ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung besteht die Voroptikeinheit aus einem Glasmaterial, das eine langzeitstabile Vorformung des von den LED-Lichtquellen abgestrahlten Lichtes ermöglicht.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht einer Beleuchtungsvorrichtung,
2 eine Seitenansicht einer Voroptikeinheit mit an einer Lichteinkoppelseite derselben unmittelbar angesetzten LED-Lichtquellen,
3a eine perspektivische Ansicht der Voroptikeinheit mit einer Mehrzahl von Voroptikelementen enthaltend jeweils einen Zusammenführungsabschnitt und einen Mischabschnitt, wobei der Mischabschnitt relativ dünn ausgebildet ist,
3b eine Ansicht der Voroptikeinheit gemäß 3a mit eingezeichneten Grenzlinien der Zusammenführungsabschnitte ohne LEDs,
4 eine Ansicht einer Voroptikeinheit mit Voroptikelementen, die einen vergleichsweise langen Mischabschnitt aufweisen und
5 eine Ansicht einer Voroptikeinheit mit zylinderförmigen Lichtauskoppelflächen von Mischabschnitten der Voroptikelemente.
Eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge wird vorzugsweise in Scheinwerfern zur Erzeugung einer adressierbaren Fernlichtverteilung eingesetzt, bei der zur Vermeidung von einer unerwünschten Blendung von Verkehrsobjekten in dem Scheinwerfervorfeld vorzugsweise durch Ausschalten entsprechender LED-Lichtquellen Lichtstreifen ausgeblendet werden können.
Die Beleuchtungsvorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem LED-Feld 1, einer in Lichtabstrahlrichtung 2 vor dem LED-Feld 1 angeordneten Voroptikeinheit 3 sowie einer in Lichtabstrahlrichtung 2 vor der Voroptikeinheit 3 angeordneten Linseneinheit 4.
Das LED-Feld 1 besteht aus einer Mehrzahl von matrixartig angeordneten LED-Lichtquellen 5. Die LED-Lichtquellen 5 können jeweils als quadratische LED-Chips ausgebildet sein mit einer Mehrzahl von LEDs (Licht emittierende Dioden). Das LED-Feld 1 ist auf einem Kühlkörper 6 angeordnet.
Die Voroptikeinheit 3 schließt sich unmittelbar an das LED-Feld 1 an und besteht aus einer Mehrzahl von Voroptikelementen 7, die jeweils einer LED-Lichtquelle/einem LED-Chip zugeordnet sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind das LED-Lichtquelle-Feld 1 und die Voroptikeinheit 3 als eine 4 × 4-Matrix ausgebildet.
In einem Abstand zu der Voroptikeinheit 3 ist die Linseneinheit 4 angeordnet, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einer plankonvexen Linse 4’ und einer zweiten größeren plankonvexe Linse 4’’ besteht. Alternativ kann die Linseneinheit 4 auch aus einer einstückigen Linse bestehen.
Nach einer ersten Ausführungsform der Voroptikeinheit 3 gemäß den 2 bis 3b bestehen die Voroptikelemente 7 jeweils aus einem der LED-Lichtquelle 4 zugewandten Zusammenführungsabschnitt 7’ und einem sich unmittelbar an den Zusammenführungsabschnitt 7’ in Lichtabstrahlrichtung 2 anschließenden Mischabschnitt 7’’. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Zusammenführungsabschnitte 7’ und die Mischabschnitt 7’’ der jeweiligen Voroptikelemente 7 einstückig miteinander verbunden.
Nach einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung können die Voroptikelemente 7 auch zweiteilig ausgebildet sein, wobei die Zusammenführungsabschnitt und die Mischabschnitte der jeweiligen Voroptikelemente unmittelbar aneinander liegen.
Wie insbesondere aus 3a ersichtlich ist, sind die Voroptikelemente 7 ausschließlich über die jeweiligen Mischabschnitte 7’’ miteinander verbunden. Die Zusammenführungsabschnitte 7’ der Voroptikelemente 7 sind beabstandet zueinander angeordnet, wobei ein Abstand a zwischen benachbarten Seitenflächen 8 in Lichtabstrahlrichtung abnimmt und am Mischabschnitt 7’’ zu Null wird. Die Seitenflächen 8 der Zusammenführungsabschnitte 7’ verbreitern sich in Lichtabstrahlrichtung 2, wobei ein spitzer Kerbwinkel α gebildet wird. Hierdurch wird eine Anpassung der Dimensionierung der LED-Lichtquellen 5 an die Dimension der abzustrahlenden Lichtfläche gewährleistet. Der spitze Kerbwinkel α liegt im Bereich von wenigen Grad.
Die Seitenflächen 8 der Zusammenführungsabschnitte 7’ sind eben ausgebildet. Im Querschnitt ist der Zusammenführungsabschnitt 7’ vieleckförmig, vorzugsweise quadratisch oder sechseckförmig oder achteckförmig, ausgebildet.
Die Voroptikelemente 7 bzw. die Zusammenführungsabschnitte 7’ sind als ein massiver Glasblock ausgebildet, der durch Totalreflexion des eingekoppelten Lichtes an den Seitenflächen 8 eine Vorformung des abgestrahlten Lichtes ermöglicht, so dass es in dem Mischabschnitt 7’’ homogenisiert und von einer zu der Dimension der LED-Lichtquelle 5 differierenden ebenen Lichtauskoppelfläche 9 des Mischabschnitts 7’’ in Richtung der Linseneinheit 4 abgestrahlt wird.
Eine in Lichtabstrahlrichtung 2 weisende Länge l1 des Zusammenführungsabschnitts 7’ ist wesentlich größer als eine Länge l2 des Mischabschnitts 7’’.
Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung gemäß 4 können Voroptikelemente 17 vorgesehen sein, die einen im Vergleich zu einem Zusammenführungsabschnitt 17’ langen Mischabschnitt 17’’ aufweisen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Mischabschnitts 17’’ eine Länge l2’ auf, die größer ist als die halbe Länge l1 des Zusammenführungsabschnitts 17’. Alternativ kann der Mischabschnitt 17’’ auch eine Länge l2 aufweisen, die gleich der Länge l1 des Zusammenführungsabschnitts 17’ ist.
Die in den 2 bis 4 dargestellte Anordnung mit einem aus einer 4 × 4-Matrix bestehenden LED-Feld 1 ist als exemplarisch anzusehen. Gemäß 5 kann das LED-Feld 1 bzw. Voroptikeinheit 3 als eine 4 × 20-Matrix ausgebildet sein. Gemäß 5 kann eine Länge l2’’ von Mischabschnitten 27’’ jeweiliger Voroptikelemente 27 annähernd die gleiche Länge aufweisen wie die Länge l1 des Zusammenführungsabschnitts 27’. Zur Erhöhung einer Streuwirkung weisen die Mischabschnitte 27’’ zylinderförmige Lichtauskoppelflächen 28 auf, die bezüglich einer in Vertikalrichtung V weisenden Zylinderachse A gekrümmt ausgebildet sind.
Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können die Lichtauskoppelelemente 28 auch entlang einer bezüglich einer Horizontalrichtung verlaufenden Zylinderachse gekrümmt ausgebildet sein. Wesentlich ist, dass alle Voroptikelemente 27 lichtauskoppelseitig die gleichen Lichtauskoppelflächen 28 aufweisen. Den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass die Mischabschnitte 7’’, 17’’, 27’’ eine größere Quererstreckung haben als die in Lichtabstrahlrichtung 2 hinten angeordneten Zusammenführungsabschnitte 7’, 17’, 27’’.
Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann statt einer ebenen Lichtauskoppelfläche des Mischabschnitts 7’’ auch eine konvexförmige Lichtauskoppelfläche vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste

1: LED-Feld
2: Lichtabstrahlrichtung
3: Voroptikeinheit
4, 4’, 4’’: Linseneinheit
5: LED-Lichtquelle
6: Kühlkörper
7, 7’, 7’’: Voroptikelemente, Zusammenführungsabschnitt, Mischabschnitt
8: Seitenflächen
17, 17’, 17’’: Voroptikelemente
27, 27’, 27’’: Voroptikelemente
28: Lichtauskoppelfläche
L1, L1’, L1’’,: Länge
L2, L2’, L2’’
A: Achse
V: Vertikalrichtung
α: Kerbwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008005488 A1 [0002]
DE 102008013603 A1 [0003]

Claims

Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit matrixartig zu einem LED-Feld angeordneten LED-Lichtquellen, mit einer in Lichtabstrahlrichtung vor dem LED-Feld angeordneten Linseneinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, die eine Mehrzahl von sich anschließenden, die jeweiligen LED-Lichtquellen abbildenden Lichtflecken aufweist, und mit einer zwischen dem LED-Feld und der Linseneinheit angeordneten Voroptikeinheit mit einer Mehrzahl von jeweils den LED-Lichtquellen zugeordneten Voroptikelementen, dadurch gekennzeichnet, dass die Voroptikelemente (7, 17, 27) der Voroptikeinheit (3) jeweils durch einen der jeweiligen LED-Lichtquelle (5) zugewandten Zusammenführungsabschnitt (7’, 17’, 27’) und durch einen sich unmittelbar an demselben in Lichtabstrahlrichtung (2) anschließenden Mischabschnitt (7’’, 17’’, 27’’) gebildet sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusammenführungsabschnitt (7’, 17’, 27’) und der Mischabschnitt (7’’, 17’’, 27’’) des Voroptikelementes (7, 17, 27) einstückig miteinander verbunden sind oder dass die Voroptikelemente jeweils zweiteilig ausgebildet sind, wobei der eine Zusammenführungsabschnitt unmittelbar an dem Mischabschnitt anliegt.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Voroptikeinheit (3) einstückig ausgebildet ist, wobei die Voroptikelemente (7, 17, 27) ausschließlich über den Mischabschnitt (7’’, 17’’, 27’’) miteinander verbunden sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Voroptikelemente (7, 17, 27) und/oder die Zusammenführungsabschnitte (7’, 17’, 27’) derselben im Querschnitt als ein Vieleck, insbesondere als ein Quadrat oder als ein Sechseck oder als ein Achteck, ausgebildet sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Voroptikelemente (7, 17, 27) und/oder die Zusammenführungsabschnitte (7’, 17’, 27’) derselben ebene Seitenflächen (8) aufweisen.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zueinander gekehrte Seitenflächen (8) benachbarter Voroptikelemente (7, 17, 27) und/oder benachbarter Zusammenführungsabschnitte (7’, 17’, 27’) in einem spitzen Kerbwinkel (α) in Lichtabstrahlrichtung (2) zu dem Mischabschnitt (7’’, 17’’, 27’’) zusammenlaufen.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Voroptikelemente (7, 17, 27) und/oder die Zusammenführungsabschnitte (7’, 17’, 27’) derselben massiv und blockförmig ausgebildet sind, wobei eine Lichtauskoppelfläche (28) des Voroptikelementes (7’, 17’, 27’’) einer Dimension der als LED-Chip ausgebildeten LED-Lichtquelle entspricht.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischabschnitt (7’’, 17’’, 27’’) des Voroptikelementes (7, 17, 27) auf einer dem LED-Feld (1) abgewandten Seite eine ebene Lichtauskoppelfläche (9) oder eine konvexe Lichtauskoppelfläche oder eine zylinderförmige Lichtauskoppelfläche (28) mit einer entlang einer Vertikalrichtung (V) ausgerichteten Zylinderachse (A) aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischabschnitt (7’’, 17’’, 27’’) in Lichtabstrahlrichtung (2) eine Länge (l2, l2’, l2’’) aufweist, die kleiner oder gleich einer Länge (l1) des Zusammenführungsabschnitts (7’, 17’, 27’’) ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Voroptikeinheit (3) aus einem Glasmaterial besteht.