DE4342031A1

DE4342031A1 - Projektionsautoscheinwerfer-Beleuchtungssystem zum Projizieren eines weiten kontrollierten Lichtmusters

Info

Publication number: DE4342031A1
Application number: DE4342031A
Authority: DE
Inventors: John Martin Davenport; Richard Lowell Hansler; John Lawrence Henkes
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1992-12-16
Filing date: 1993-12-09
Publication date: 1994-06-23
Also published as: JPH06223601A; ITMI932546A0; US5414601A; GB2273978A; GB9325524D0; ITMI932546A1; IT1265366B1; GB2273978B

Description

BEZUGNAHME AUF VERWANDTE ANMELDUNG

Es wird hiermit Bezug genommen auf die unter der Nummer 0 501 668 veröffentlichte Europäische Patent anmeldung, die sich mit einem verwandten Gegenstand be faßt.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allge mein auf die Automobilbeleuchtung und mehr im besonderen auf ein Projektionsautoscheinwerfer-System, das eine Kom bination von Komponenten benutzt, um ein breites bzw. ausgedehntes kontrolliertes Lichtmuster zu projizieren.

Beschreibung des Standes der Technik

Seit einer Anzahl von Jahren sind Glühlampen- Projektionsautoscheinwerfer-Systeme für Automobile er hältlich. Kürzlich wurden Projektionsautoscheinwerfer- Systeme mit Metallhalogenid-Entladungslampen zum Einsatz an Automobilen vorgeschlagen und demonstriert. Diese Systeme benutzen eine Maske, um das scharfe Abschneiden zu ergeben, das für ein akzeptables Abblendlicht-Beleuch tungsmuster erforderlich ist.

Mit dem gegenwärtigen Trend zu Automobilen mit flacheren Haubenlinien sind kleinere Projektionsauto scheinwerfer-Systeme von wachsendem Interesse für die Automobilindustrie. Die bisher vorgeschlagenen Systeme haben jedoch gewisse innewohnende Beschränkungen, die es erschweren, ihre Größe zu verringern. Die Entwerfer eines Projektions-Autoscheinwerfers stehen daher dem Problem gegenüber, ein System so klein wie möglich zu machen, während es noch immer ein befriedigendes Lichtmuster ergibt.

Es besteht daher noch immer eine Notwendigkeit, den Entwurf von Projektionsautoscheinwerfer-Systemen zu verbessern.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schafft ein Auto scheinwerfer-Projektionssystem, das die oben erwähnten Anforderungen erfüllt. Das Autoscheinwerfer-Projektions system der vorliegenden Erfindung benutzt eine einzigar tige Kombination von Komponenten, um ein breites kontrol liertes Lichtmuster zu projizieren. Das Autoscheinwerfer- Projektionssystem kann miniaturisiert werden.

Die vorliegende Erfindung ist demgemäß auf ein Projektionsautoscheinwerfer-System gerichtet, das in der Lage ist, ein breites kontrolliertes Lichtmuster zu pro jizieren, um eine Anpassung für Abblend- und Fernlicht- Beleuchtung für einen Einsatz an Fahrzeugen zu erhalten. Das Projektionsautoscheinwerfer-System schließt einen Ab blendlicht-Projektionsteil ein, der umfaßt: (a) einen gekrümmten Reflektor mit damit verbundenem ersten und zweiten optischen Brennpunkt, die entlang einer optischen Achse angeordnet sind, wobei der erste Brennpunkt inner halb und dichter am Reflektor liegt als der zweite Brenn punkt, der einen Abstand vom Reflektor hat; (b) eine Gas entladungslampe, die innerhalb des gekrümmten Reflektors im wesentlichen an dessen erstem Brennpunkt und entlang der optischen Achse angeordnet ist, wobei die Lampe zur Erzeugung von Licht betrieben werden kann, der Reflektor einen beträchtlichen Teil des durch die Lampe erzeugten Lichtes empfängt und das Licht entlang der optischen Achse zu dem zweiten Brennpunkt richtet; (c) eine erste Einrichtung, die längs der optischen Achse, etwa am zwei ten Brennpunkt des Reflektors angeordnet ist, um ein Bild eines gut definierten scharfen Abschnittes innerhalb des Lichtes zu erzeugen und (d) eine zweite Einrichtung mit einer bekannten Brennweite, die im Abstand von der ersten Einrichtung, der etwa gleich der bekannten Brennweite der ersten Einrichtung ist, entlang der optischen Achse ange ordnet ist, um das Licht vom zweiten Brennpunkt zu em pfangen und dieses Licht als ausgebreitetes kontrollier tes Muster zu projizieren, das das Bild des wohldefinier ten scharfen Abschnittes enthält, um dadurch eine Ab blendlicht-Beleuchtung für ein Fahrzeug zu schaffen.

Mehr im besonderen ist der gekrümmte Reflektor vorzugsweise ein elliptischer Reflektor. Der Reflektor weist ein Substrat aus Glasmaterial und einen dünnen Überzug auf einem Inneren des Substrates auf, der eine kalte Spiegeloberfläche bildet. Die Gasentladungslampe ist vorzugsweise eine Metallhalogenid-Entladungslampe geringer Wattzahl. In einer bevorzugten Ausführungsform sind der Reflektor und die Lampe entlang einer vertikalen Achse orientiert. In einer anderen Ausführungsform sind der Reflektor und die Lampe längs einer horizontalen Achse orientiert. Die erste Einrichtung ist eine Maske oder ein maskenförmiger Spiegel, während die zweite Ein richtung eine Projektionslinse ist. Die Projektionslinse kann entweder eine Fresnel-Linse allein oder kombiniert mit einer zylindrischen Linse sein.

Der Teil zum Projizieren-von Abblendlicht des Projektionsautoscheinwerfer-Systems schließt vorzugsweise einen kalten Spiegel ein, der benachbart der optischen Achse angeordnet ist, um Licht vom Reflektor entlang ei nem ersten Schenkel der optischen Achse zu empfangen und das Licht entlang einem zweiten Schenkel der optischen Achse, der im wesentlichen 90° vom ersten Schenkel der optischen Achse versetzt ist, zu reflektieren. Alternativ kann das System einen heißen Spiegel einschließen, der entlang der optischen Achse angeordnet ist, um Licht vom Reflektor entlang einem ersten Schenkel der optischen Achse zu empfangen und das Licht entlang einem zweiten Schenkel der optischen Achse zu übertragen, der sich koa xial mit dem ersten Schenkel erstreckt.

Die vorliegende Erfindung ist auch auf ein Pro jektionsautoscheinwerfer-System gerichtet, das ein Gehäu se, den oben definierten Teil zur Projektion von Abblend licht in dem Gehäuse und einen Teil zur Projektion von Fernlicht in dem Gehäuse in seitlicher Beziehung mit dem Teil zur Projektion von Abblendlicht einschließt. Der Teil zur Projektion von Fernlicht ist im wesentlichen identisch dem Teil zur Projektion von Abblendlicht, aus genommen, daß er die erste Einrichtung zum Schaffen des scharfen Abschnittbildes innerhalb des Lichtes nicht ein schließt.

Diese und andere Merkmale und Vorteile und Er rungenschaften der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann beim Lesen der folgenden detaillierten Beschrei bung unter Bezugnahme auf die Zeichnung deutlich, in der eine veranschaulichende Ausführungsform der Erfindung ge zeigt bzw. beschrieben ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

In der folgenden detaillierten Beschreibung wird Bezug genommen auf die beigefügte Zeichnung, in der zeigen:

Fig. 1 eine diagrammartige Vorderansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Projektionsautoschein werfer-Systems der vorliegenden Erfindung, das in einem einzigen Gehäuse kombiniert ist,

Fig. 2 eine diagrammartige Seitenansicht des Projektionsautoscheinwerfer-Systems längs der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht durch eine optische Achse eines Teiles der Projektion von Abblendlicht des Projektionsautoscheinwerfer-Systems der vorliegenden Er findung, das aus dem Gehäuse herausgenommen ist,

Fig. 4 eine Draufsicht des Abblendlicht-Teiles des Systems entlang der Linie 4-4 der Fig. 3,

Fig. 5 eine vergrößerte Vorderansicht einer opaken Maske des Systems längs der Linie 5-5 der Fig. 3,

Fig. 6 eine vergrößerte Vorderansicht eines optischen Elementes, das Masken- und Spiegelfunktionen kombiniert und anstelle der Maske der Fig. 5 im System der Fig. 3 eingesetzt werden kann, und

Fig. 7 eine Schnittansicht durch eine optische Achse des Teiles zur Projektion von Abblendlicht einer anderen Ausführungsform des Projektionsautoscheinwerfer- Systems der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

In der folgenden Beschreibung bezeichnen glei che Bezugsziffern gleiche oder entsprechende Teile durch die verschiedenen Ansichten. Es sollte auch klar sein, daß in der folgenden Beschreibung solche Begriffe, wie "vorwärts", "rückwärts", "links", "rechts", "nach oben", "nach unten" und ähnliche der Bequemlichkeit halber ge wählte Worte sind und nicht als beschränkende Begriffe verstanden werden dürfen.

In der Zeichnung und insbesondere den Fig. 1 bis 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Projekti onsautoscheinwerfer-Systems der vorliegenden Erfindung veranschaulicht und allgemein mit 10 bezeichnet, das in der Lage ist, ein breites kontrolliertes Lichtmuster zu projizieren, um sowohl Abblendlicht als auch Fernlicht für den Gebrauch an einem Fahrzeug zu ermöglichen. Das Projektionsautoscheinwerfer-System 10 schließt im Grunde einen Teil 12 zur Projektion von Abblendlicht und einen Teil 14 zur Projektion von Fernlicht ein, die in seitli cher Beziehung innerhalb eines einzelnen Gehäuses 16 an geordnet sind. Wie unten ausgeführt werden wird, ist der Teil 14 zur Projektion von Fernlicht im wesentlichen identisch dem Teil 12 zur Projektion von Abblendlicht, ausgenommen hinsichtlich des Weglassens einer der Kompo nenten des Teiles 12 zur Projektion von Abblendlicht. In Anbetracht ihrer Ähnlichkeiten wird im folgenden nur der Teil 12 zur Projektion von Abblendlicht detailliert be schrieben.

In den Fig. 1-4 schließt der Teil 12 zur Projektion von Abblendlicht des Systems 10 im Grunde ei nen gekrümmten Reflektor 18 und eine Gasentladungslampe 20 ein. Der gekrümmte Reflektor 18 ist vorzugsweise ein elliptischer Reflektor 18, der aus gegenüber hoher Tempe ratur beständigen Materialien gebildet ist, und ein Sub strat 22 aus einem geeigneten Glasmaterial und einen dün nen Überzug 24 auf einer inneren Oberfläche des Substra tes 22 aufweist. Der dünne Überzug 24 besteht aus einem geeigneten Material, um eine kalte Spiegeloberfläche zu bilden. Der ellipsenförmige Reflektor 18 hat damit ver bunden einen ersten und zweiten optischen Brennpunkt 26, 28, die entlang einer optischen Achse 30 des Systems an geordnet sind. Der erste Brennpunkt 26 befindet sich in nerhalb und dichter beim ellipsenförmigen Reflektor 18 als der zweite Brennpunkt 28, der einen Abstand vom Re flektor 18 aufweist.

Vorzugsweise ist die Gasentladungslampe 20 ein Metallhalogenid-Entladungsrohr 20 mit kurzem Spalt und geringer Wattzahl. Die Metallhalogenid-Entladungslampe 20 ist innerhalb des elliptischen Reflektors 18 an dessen ersten Brennpunkt 26 und entlang der optischen Achse 30 angeordnet. Die Metallhalogenid-Entladungslampe 20 ist zur Erzeugung eines Lichtstrahles betreibbar. Der ellip tische Reflektor 18 ist zur Aufnahme eines beträchtlichen Teiles des durch die Lampe 20 erzeugten Lichtes und zum Richten des Lichtes entlang der optischen Achse 30 zum zweiten Brennpunkt 28 in der Lage. In der bevorzugten Ausführungsform des Systems 10, das in den Fig. 1 bis 4 gezeigt ist, sind der elliptische Reflektor 18 und die Metallhalogenid-Entladungslampe 20 entlang einer vertika len Achse orientiert, die koaxial mit einem ersten, ver tikal orientierten Schenkel 30A der optischen Achse 30 ist. In einer anderen Ausführungsform des Systems 10, die in Fig. 7 gezeigt ist, sind der elliptische Reflektor 18 und die Metallhalogenid-Entladungslampe 20 entlang einer horizontalen Achse orientiert, die koaxial ist mit der gesamten horizontal orientierten optischen Achse 30. Der vertikal orientierte Betrieb ist gegenüber dem horizontal orientierten Betrieb bevorzugt, da er die Vorteile der längeren Lebensdauer und der gleichförmigeren Lichtver teilung bietet. Hinsichtlich einer detaillierteren Dis kussion des elliptischen Reflektors und der Metallhalo genid-Entladungslampe 20, die in dem System 10 benutzt werden, wird auf die eingangs genannte veröffentlichte Europäische Patentanmeldung hingewiesen.

Gemäß den Fig. 2-5 schließt das Projektions autoscheinwerfer-System 10 auch eine Licht projizierende Linse 32 und ein optisches Element 34, wie einen Spiegel 34A mit einer opaken Maske 34B (Fig. 5) ein, die beide entlang der optischen Achse 30 angeordnet sind. Die opa ke Maske 34B ist etwa am zweiten Brennpunkt 28 des ellip tischen Reflektors 18 angeordnet, um ein Bild eines wohl definierten scharfen Abschnittes innerhalb des Lichtes vom Reflektor 18 zu erzeugen. Die Licht projizierende Linse 32 hat eine bekannte Brennweite. Die Helligkeit des Strahlmusters muß gewisse Anforderungen erfüllen, und die maximale Helligkeit im Muster variiert als das Quadrat der Brennweite der Linse. Dies hilft, die ausgewählte Linse zu bestimmen. Die Linse 32 ist längs der optischen Achse 30 im Abstand von der Maske 34 angeordnet, der etwa gleich der Brennweite der Linse 32 ist, um Licht vom zweiten Brennpunkt 28 zu empfangen. Die Linse 32 kann das Licht als ein breites kontrolliertes oder kollimiertes Muster projizieren, das das Bild des wohldefinierten scharfen Abschnittes enthält, um dadurch eine Abblend licht-Beleuchtung zur Verwendung an einem Fahrzeug zu schaffen. Die projizierende Linse 32 kann entweder eine Fresnel-Linse 36 allein oder eine Kombination mit einer zylindrischen Linse 38 sein, um das erzeugte Lichtmuster für Abblendlicht und Fernlicht zu erzeugen.

Das Projektionsautoscheinwerfer-System 10 schließt auch einen Spiegel 40 (Fig. 3) oder einen Spie gel 42 (Fig. 7) ein, der benachbart der optischen Achse 30 angeordnet ist, um Licht vom elliptischen Reflektor 18 entlang dem ersten Schenkel 30A der optischen Achse 30 zu empfangen. Ein "kalter" Spiegel, wie er hier benutzt wird, ist einer, der sichtbares Licht reflektiert und UV- und IR-Energie durchläßt. Ein "heißer" Spiegel, wie er hier benutzt wird, ist einer, der UV- und IR-Energie re flektiert und sichtbares Licht durchläßt. In Fig. 3 ist der Spiegel 40 ein kalter Spiegel, der in 45° zum ersten Schenkel 30A der optischen Achse 30 angeordnet ist, um das Licht längs einem zweiten Schenkel 30B der optischen Achse 30 zu reflektieren, der im wesentlichen um 90° ver setzt vom ersten Schenkel 30A der optischen Achse 30 ver läuft. Wie in Fig. 7 gezeigt, kann alternativ ein heißer Spiegel 42 entlang der optischen Achse 30 angeordnet wer den, um Licht vo Reflektor entlang dem ersten Schenkel 30A der optischen Achse 30 zu empfangen und das Licht entlang dem zweiten Schenkel 30B zu reflektieren, der sich koaxial mit dem ersten Schenkel 30A erstreckt. Al ternativ kann anstelle der Maske 34 und des Spiegels 40 ein maskenförmiger Spiegel 44, wie er in Fig. 6 gezeigt ist, benutzt werden.

Wie oben erwähnt, ist der Teil 14 zur Projek tion von Fernlicht des Systems 10, der im gleichen Gehäu se 16 in seitlicher Beziehung mit dem Teil 12 zur Pro jektion von Abblendlicht angeordnet ist, damit im wesent lichen identisch. Der einzige Unterschied besteht darin, daß der Teil 14 zur Projektion von Fernlicht die Maske 34 nicht (und auch nicht den maskenförmigen Spiegel 44) be nutzt, da ein scharf ausgeschnittenes Bild beim Fernlicht nicht erforderlich ist.

Es wird angenommen, daß die vorliegende Erfin dung und viele ihrer Vorteile auf Grund der vorhergehen den Beschreibung verstanden worden sind, und daß es deut lich ist, daß verschiedene Änderungen in der Form, Kon struktion und Anordnung der Teile vorgenommen werden kön nen, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen oder alle materiellen Vorteile zu opfern, wobei die be schriebenen Formen lediglich bevorzugte oder beispielhaf te Ausführungsformen der Erfindung sind.

Claims

1. Projektionsautoscheinwerfer-System, umfassend:

a) einen gekrümmten Reflektor mit dazugehörigem ersten und zweiten optischen Brennpunkt, die entlang einer optischen Achse angeordnet sind, wobei sich der erste Brennpunkt innerhalb und näher am Reflektor befin det als der zweite Brennpunkt, der einen Abstand vom Reflektor hat;
b) eine Gasentladungslampe, die innerhalb des ge krümmten Reflektors im wesentlichen an seinem ersten Brennpunkt und längs der optischen Achse angeordnet ist, wobei die Lampe zur Erzeugung von Licht betrieben werden kann, der Reflektor zur Aufnahme eines beträchtlichen Teiles des durch die Lampe erzeugten Lichtes und zum Richten des Lichtes längs der optischen Achse zu dem zweiten Brennpunkt in der Lage ist;
c) eine erste Einrichtung, die längs der optischen Achse etwa am zweiten Brennpunkt des Reflektors angeord net ist, um ein Bild eines wohldefinierten scharfen Ab schnittes innerhalb des Lichtes zu erzeugen und
d) eine zweite Einrichtung mit einer bekannten Brennweite, die entlang der optischen Achse im Abstand von der Maske angeordnet ist, der etwa gleich der be kannten Brennweite ist, um das Licht vom zweiten Brenn punkt aufzunehmen und dieses Licht als ein breites kon trolliertes Muster zu projizieren, das das Bild eines wohldefinierten scharfen Abschnittes enthält, um dadurch eine Abblendlicht-Beleuchtung für ein Fahrzeug zu schaf fen.

2. System nach Anspruch 1, worin der gekrümmte Reflek tor ein elliptischer Reflektor ist.

3. System nach Anspruch 1, worin der Reflektor ein Substrat aus Glasmaterial und einen dünnen Überzug aus hochtemperaturbeständigen Materialien auf einem Inneren des Substrates aufweist, der eine kalte Spiegeloberfläche bildet.

4. System nach Anspruch 1, worin der Reflektor und die Lampe entlang einer vertikalen Achse orientiert sind.

5. System nach Anspruch 1, worin der Reflektor und die Lampe entlang einer horizontalen Achse orientiert sind.

6. System nach Anspruch 1, weiter umfassend:
einen kalten Spiegel, der benachbart der optischen Achse angeordnet ist, um Licht von dem Reflektor längs einem ersten Schenkel der optischen Achse zu empfangen und dieses Licht längs einem zweiten Schenkel der opti schen Achse zu reflektieren, der im wesentlichen um 90° gegenüber dem ersten Schenkel der optischen Achse ver setzt ist.

7. System nach Anspruch 1, weiter umfassend:
einen heißen Spiegel, der entlang der optischen Achse angeordnet ist, um Licht von dem Reflektor entlang einem ersten Schenkel der optischen Achse zu empfangen und dieses Licht entlang einem zweiten Schenkel der opti schen Achse zu reflektieren, der sich koaxial mit dem ersten Schenkel erstreckt.

8. System nach Anspruch 1, worin die erste Einrichtung eine opake Maske ist.

9. System nach Anspruch 1, worin die erste Einrichtung ein maskenförmiger Spiegel ist, und die zweite Einrich tung eine Fresnel-Linse ist.

10. System nach Anspruch 1, worin die zweite Einrichtung eine Fresnel-Linse und eine mit der Fresnel-Linse kombi nierte zylindrische Linse ist.

11. Projektions-Autoscheinwerfersystem, umfassend:

a) ein Gehäuse;
b) einen in dem Gehäuse angeordneten Teil zur Pro jektion von Abblendlicht, wobei der Teil zur Projektion von Abblendlicht das System eines der Ansprüche 1-10 einschließt und
c) einen in dem Gehäuse in seitlicher Beziehung mit dem Teil zur Projektion von Abblendlicht angeordneten Teil zur Projektion von Fernlicht, wobei der Teil zur Projektion von Fernlicht im wesentlichen identisch dem Teil zur Projektion von Abblendlicht ist, ohne die erste Einrichtung zur Erzeugung des scharfen Abschnittbildes einzuschließen.