DE10039086A1

DE10039086A1 - Headlamp with adjustable deflector for scattering light moves one of two lens arrays to cause an angular deflection in an emerging cone of light

Info

Publication number: DE10039086A1
Application number: DE10039086A
Authority: DE
Inventors: Manfred Griesinger; Hans-Georg Leis
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2000-08-10
Filing date: 2000-08-10
Publication date: 2002-02-21

Abstract

Light reflected from a reflector (3) is scattered by a headlamp lens as it leaves the headlamp. A first lens array (6) fits in a beam path with convex lenses. A second lens array (7) fits after the first with concave or convex lenses. Moving one of the two lens arrays causes an angular deflection in an emerging cone of light.

Description

Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer mit Winkelablenkung des Scheinwerferlichts, insbesondere für Fahrzeuge, gemäß den gattungsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1.The invention relates to a headlamp with angular deflection the headlight, in particular for vehicles, in accordance with Generic features of claim 1.

Ein gattungsgemäßer Scheinwerfer ist beispielsweise in der DE 43 13 914 A1 beschrieben, bei welchem im Strahlengang des vom Reflektor reflektierten Lichts zwei transparente Scheiben ange ordnet sind, die mit optischen Elementen versehen sind, wobei die eine Scheibe relativ zur anderen Scheibe quer zur Licht austrittsrichtung bewegbar ist. Durch die optischen Elemente der Scheiben wird das durch diese hindurchtretende Licht zur Bildung der vorstehend beschriebenen Lichtbündel abgelenkt. Die optischen Elemente der beiden Scheiben sind dabei so aufeinan der abgestimmt, daß bei einer Verstellung der bewegbaren Schei be die Ablenkung des hindurchtretenden Lichts verändert wird und somit unterschiedliche Lichtbündel ausgesendet werden kön nen. Mit dieser Ausführung der Scheinwerferanlage kann die Streubreite des Lichtbündels verändert werden, so daß eine Lichtkonzentration oder eine breite Streuung erzeugt werden kann. In der JP 061257335 wird ein Fahrzeug mit Kurvenlicht ge zeigt, wobei die Scheinwerfer mit den Vorderreifen in mechani scher Verbindung stehen und sich mit der Lenkung mitbewegen.A generic headlight is for example in the DE 43 13 914 A1 described, in which in the beam path of the Reflected light reflected two transparent panes are arranged, which are provided with optical elements, wherein one disc relative to the other disc across the light exit direction is movable. Through the optical elements the light passing through them becomes Deflection of the light beams described above. The Optical elements of the two disks are so on top of each other the matched that with an adjustment of the movable Schei the deflection of the light passing through is changed and thus different light beams can be emitted NEN. With this version of the headlight system, the Scattering width of the light beam can be changed so that a Light concentration or a wide spread are generated can. JP 061257335 describes a vehicle with cornering lights shows, the headlights with the front tires in mechani are connected and move with the steering.

Bei dieser Art eines Scheinwerfers ist von Nachteil, daß die Anordnung der optischen Elemente so gewählt ist, daß fest vor gegebene Einstellungen realisierbar sind, wie eine Lichtkonzen tration für ein Abblendlicht oder eine breite Streuung für ein Fernlicht. Es wird keine Optik vorgeschlagen, die eine Nachfüh rung des Lichts in horizontaler Richtung für eine Kurvenfahrt und in vertikaler Richtung für eine Leuchtweitenregulierung er möglicht. Das Kurvenlicht der japanischen Veröffentlichung hat den Nachteil, daß viel Raum benötigt wird, um ein Schwenken der Scheinwerfer in die gewünschte Richtung zu realisieren.A disadvantage of this type of headlight is that the Arrangement of the optical elements is chosen so that firmly in front given settings are realizable, like a light concentration tration for a low beam or a wide spread for a High beam. No optics are suggested that have a follow-up light in the horizontal direction for cornering and in the vertical direction for headlight range adjustment made possible. The cornering light of the Japanese release has the disadvantage that a lot of space is required to pivot the Realize headlights in the desired direction.

Die Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Scheinwerfer so zu verbessern, daß schnell und mit geringem Bauraum die Abstrahl charakteristik verändert und somit gegebenen Bedingungen ange paßt werden kann.The object of the invention is therefore to a headlight improve that the radiation quickly and with little space Characteristics changed and given given conditions can be fitted.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des An spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen des Er findungsgegenstandes sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.According to the invention the task is characterized by the features of the spell 1 solved. Advantageous training and further education of the Er are subject of the invention by the features of the subclaims characterized.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß durch einfaches Verschieben eines Linsenarrays die gewünschte Winkelablenkung des Lichtstrahls erfolgt. Hierbei ist von gro ßem Vorteil, daß kein zusätzlicher Raumbedarf für Schwenkbewe gungen des gesamten Scheinwerfers benötigt wird wie bei konven tionellem Kurvenlicht. Die Winkelablenkung ist nur durch die Daten der beiden Linsenarrays und den Verschiebeweg bestimmt und damit unabhängig von Geometriedaten des Scheinwerfers, z. B. dessen Austrittsfläche. Damit ist es einfach möglich ein Kur venlicht zu realisieren, indem eine Nachführung des Lichts durch eine entsprechende Verschiebung eines Linsenarrays er folgt. Hierbei kann die Nachführung manuell durch den Fahrer oder durch ein externes Signal erfolgen, z. B. das Lenkwinkel signal oder die Informationen eines Navigationssystem bzw. ei ner Video Kamera mit Bildverarbeitung. Gesteuert durch ein der artiges Signal kann mit einem Stellmotor oder einem Piezoele ment das Linsenarray entsprechend verschoben werden.A major advantage of this arrangement is that by simply moving an array of lenses Angular deflection of the light beam takes place. Here is great ßem advantage that no additional space for swivel movement of the entire headlight is required as with convents tional cornering lights. The angular deflection is only due to that Data of the two lens arrays and the displacement path determined and thus independent of the headlight's geometric data, e.g. B. its exit surface. This makes it easy to do a cure realized by tracking the light by moving a lens array accordingly follows. This can be done manually by the driver or by an external signal, e.g. B. the steering angle signal or the information from a navigation system or egg ner video camera with image processing. Controlled by one of the like signal can with a servomotor or a Piezoele ment the lens array are moved accordingly.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbin dung mit Figurenbeschreibungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Prinzips der Winkelablenkung, die Fig. 2 bis Fig. 6 zeigen unterschiedliche Ausführungen ei nes Scheinwerfers mit integrierter Vorrichtung zur Winkelablen kung des Scheinwerferstrahls.The invention is explained in more detail using exemplary embodiments in conjunction with figure descriptions. Fig. 1 shows a schematic representation of the principle of angular deflection, the Fig. 2 to Fig. 6 show different versions of egg nes headlamp with integrated device for angular deflection of the headlight beam.

Fig. 1 zeigt das Prinzip der Winkelablenkung des Scheinwerfer lichts als Ergebnis einer Modellrechnung in der Schnittebene durch die Mitte von Scheinwerfer und den beiden Linsenarrays. Im linken Bildbereich ist jeweils der Strahlverlauf im Nahbe reich von Scheinwerfer und Linsenarrays dargestellt, im rechten der gesamte Strahlverlauf im Fernfeld bis zur Ebene im Abstand des 2. Ellipsoidbrennpunktes. Die beiden oberen Bilder zeigen den Strahlverlauf des nicht abgelenkten Scheinwerferstrahls, die unteren Bilder die des abgelenkten Strahls - mit dem ent sprechend verschobenem konkaven Linsenarray 7. Der gleiche Strahlablenkungseffekt ergibt sich bei fixiertem konkaven Lin senarray 7 und entsprechend verschobenem konvexen Linsenarray 6. Die beiden möglichen senkrecht zueinander stehenden Ver schiebungsrichtungen - in der Ebene der Linsenarrayfläche - er möglichen die kontinuierliche Ablenkung des Scheinwerferlichts als Kurvenlicht oder zur Leuchtweitenregelung bzw. beides. Bei der vorliegenden Darstellung befindet sich die Punktlichtquelle im 1. Brennpunkt des als Ellipsoid modellierten Reflektors 3. Nach der Reflexion an diesem Reflektor 3 trifft das nahezu pa rallele Lichtbündel zunächst das erste Array 6 aus identischen konvexen Linsen, danach das zweite Array 7 aus identischen kon kaven Linsen. Beide Linsenarrays 6, 7 sind eben und besitzen das gleiche Rastermaß. Das Teillichtbündel, das die einzelne konve xe Linse des ersten Arrays passiert, trifft auf dem weiteren Strahlenweg genau eine konkave Linse des zweiten Arrays; dieses einander zugeordnete Linsenpaar ist teleskopisch angeordnet, d. h. ihr Abstand und damit auch der Abstand der beiden Linsen arrays ist durch die Differenz ihrer Brennweiten festgelegt. Der ebenso mögliche Aufbau mit zwei konvexen Linsenarrays hat den Nachteil einer resultierenden erhöhten Einbautiefe: Der hierbei notwendige Abstand der beiden Linsenarrays ergibt sich aus dem teleskopische Abstand der beiden konvexen Einzellinsen als Summe deren Brennweiten. In beiden Fällen ergibt sich die Winkelablenkung α als Funktion der Brennweite f2 der konkaven bzw. konvexen Einzellinse des Linsenarrays 7 und des Verschie beweges s aus der Gleichung tan(α) = s/f2. Der nutzbare Bereich der Verschiebewerte s und damit auch der erreichbaren Ablen kungswinkel ist nach oben begrenzt durch die Bedingung s<smax = (D/2)(1-f2/f1), mit dem Durchmesser D der Einzellinse und der Brennweite f1 der konvexen Einzellinse des Linsenarrays 6. Bei einem größeren Verschiebeweg s trifft das Lichtbündel, das die einzelne konvexe Linse verläßt, zwei benachbarte Linsen des Linsenarrays 7, die jeweils einen stark unterschiedlichen Strahlablenkungswinkel verursachen. Um mit möglichst kleinen Verschiebewegen s des Linsenarrays 7 einen möglichst großen Ab lenkungswinkel zu erreichen, ist eine möglichst kleine Blenden zahl (= f2/D) der Einzellinsen notwendig. Zur Minimierung von Einbautiefe und dem - zur Erzeugung eines bestimmten Ablen kungswinkels - notwendigen Verschiebeweg s sollten daher f1, f2 und D möglichst klein sein. Zur Winkelablenkung in einer Rich tung genügt anstelle der sphärischen Einzellinsen die Verwen dung von zylindrischen Einzellinsen. Die Verschiebungsrichtung des entsprechenden Zylinderlinsenarrays erfolgt dabei senkrecht zur Zylinderachse. Fig. 1 shows the principle of the angular deflection of the headlight light as a result of a model calculation in the sectional plane through the center of the headlight and the two lens arrays. In the left image area, the beam path in the vicinity of headlights and lens arrays is shown, in the right, the entire beam path in the far field to the plane at a distance from the second ellipsoid focus. The two upper pictures show the beam path of the undeflected headlight beam, the lower pictures that of the deflected beam - with the concave lens array 7 accordingly shifted. The same beam deflection effect results when the concave lens array 7 is fixed and the convex lens array 6 is shifted accordingly. The two possible mutually perpendicular displacement directions - in the plane of the lens array surface - it allows the continuous deflection of the headlight as cornering light or for headlight range control or both. In the present illustration, the point light source is located in the first focal point of the reflector 3 modeled as an ellipsoid. After reflection on this reflector 3 , the nearly parallel light beam first hits the first array 6 of identical convex lenses, then the second array 7 of identical con concave lenses. Both lens arrays 6 , 7 are flat and have the same pitch. The partial light beam that passes through the individual convex lens of the first array hits exactly one concave lens of the second array on the further beam path; this pair of lenses assigned to one another is arranged telescopically, ie their distance and thus also the distance between the two lens arrays is determined by the difference in their focal lengths. The equally possible construction with two convex lens arrays has the disadvantage of a resulting increased installation depth: the distance between the two lens arrays required here results from the telescopic distance of the two convex individual lenses as the sum of their focal lengths. In both cases, the angle deflection α is a function of the focal length f2 of the concave or convex individual lens of the lens array 7 and the displacement movement s from the equation tan (α) = s / f2. The usable range of the displacement values s and thus also the achievable deflection angle is limited by the condition s <smax = (D / 2) (1-f2 / f1), with the diameter D of the single lens and the focal length f1 of the convex single lens of the lens array 6 . With a larger displacement path s, the light beam leaving the individual convex lens strikes two adjacent lenses of the lens array 7 , each of which causes a very different beam deflection angle. In order to achieve the greatest possible deflection angle with the smallest possible displacement paths s of the lens array 7 , the smallest possible aperture number (= f2 / D) of the individual lenses is necessary. In order to minimize the installation depth and the displacement path - necessary to generate a certain deflection angle - f1, f2 and D should therefore be as small as possible. For angular deflection in one direction, the use of cylindrical single lenses is sufficient instead of the spherical single lenses. The direction of displacement of the corresponding cylindrical lens array is perpendicular to the cylinder axis.

In Fig. 2 ist die schematische Darstellung eines Scheinwerfers 1 mit einer Vorrichtung zur Winkelablenkung des Scheinwerfer lichts gezeigt, wobei das vom Reflektor 3 reflektierte Licht die Projektionslinse 4 passiert und über die Streuscheibe 5 den Scheinwerfer verläßt. Im Strahlengang innerhalb des Scheinwer fers ist nach der Projektionslinse 4 das erste Linsenarray 6 mit identischen konvexen Linsen und nachfolgend - im teleskopi schen Abstand - das zweite Linsenarray 7 mit identischen konka ven Linsen angeordnet.In Fig. 2 the schematic representation of a headlight 1 with a device for angular deflection of the headlight light is shown, the light reflected by the reflector 3 passes through the projection lens 4 and leaves the headlight via the lens 5 . In the beam path within the headlamp, the first lens array 6 with identical convex lenses and subsequently - at a telescopic distance - the second lens array 7 with identical concave lenses is arranged after the projection lens 4 .

Fig. 3 zeigt als weitere Ausführungsform eine schematische Dar stellung eines Scheinwerfers mit einer Vorrichtung zur Winkel ablenkung des Scheinwerferlichts durch die beiden ebenen Lin senarrays 6 und 7 mit identischem einheitlichen Rastermaß, aber unterschiedlichen Brennweiten der Einzellinsen, und zwar sind ihre Brennweiten jeweils von der Arraymitte aus betraglich ab nehmend unter der Nebenbedingung, daß der Abstand der einzelnen einander zugeordneten Linsenpaare gleich der Differenz der Brennweiten der betreffenden Einzellinsen ist. Eine Verschie bung des einen Arrays verursacht einerseits eine Winkelablen kung α, die monoton zunehmend ist für die Strahlen, die die Linsenpaare in zunehmendem Abstand von der Arraymitte passie ren. Andrerseits ermöglicht es zusätzlich eine gekoppelte Be einflussung der Intensitätsverteilung im austretenden Strahlen bündel. Fig. 3 shows a further embodiment of a schematic Dar position of a headlamp with a device for angular deflection of the headlamp light by the two flat Lin senarrays 6 and 7 with identical uniform pitch, but different focal lengths of the individual lenses, namely their focal lengths are each from the center of the array from decreasing amount on the condition that the distance of the individual pairs of lenses assigned to each other is equal to the difference in the focal lengths of the individual lenses in question. A shift of one array causes on the one hand an angular deflection α, which is monotonically increasing for the rays that pass through the lens pairs at an increasing distance from the center of the array. On the other hand, it also enables a coupled influence on the intensity distribution in the emerging rays.

Fig. 4 zeigt die schematische Darstellung eines Scheinwerfers mit einer Vorrichtung zur Winkelablenkung des Scheinwerfer lichts, wobei das zweite - nicht mehr ebene - Linsenarray 7 konkave Linsen aufweist, die an die Kontur der Streuscheibe 5 angepaßt sind. Die einzelnen Linsen des ersten Arrays 6 sind in einer Ebene angeordnet, wobei die Abbildungseigenschaften der Projektionslinse 4 in den einzelnen Linsen integriert sind. Fig. 4 shows the schematic representation of a headlamp with a device for angular deflection of the headlamp light, the second - no longer flat - lens array 7 has concave lenses that are adapted to the contour of the lens 5 . The individual lenses of the first array 6 are arranged in one plane, the imaging properties of the projection lens 4 being integrated in the individual lenses.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Scheinwerfers mit einer Vorrichtung 1 zur Winkelablenkung des Scheinwerfer lichts mit einem zweiten - nicht ebenen - Linsenarray 7, das der Kontur der Streuscheibe 5 angepaßt ist. Die einzelnen Lin sen des ersten Linsenarrays 6 sind in einer Ebene angeordnet. Zur Einhaltung des teleskopischen Abstandes der einzelnen ein ander zugeordneten Linsenpaare müssen die Brennweiten der ein zelnen Linsen von einem bzw. von beiden Arrays entsprechend di mensioniert sein. Fig. 5 shows a schematic representation of a headlight with a device 1 for angular deflection of the headlight light with a second - not flat - lens array 7 , which is adapted to the contour of the lens 5 . The individual Lin sen of the first lens array 6 are arranged in one plane. To maintain the telescopic distance between the individual pairs of lenses assigned to each other, the focal lengths of the individual lenses of one or both arrays must be dimensioned accordingly.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Scheinwerfers mit einer Vorrichtung 1 zur Winkelablenkung des Scheinwerfer lichts, wobei jedes Linsenarray 6, 7 jeweils aus identischen Linsen besteht. Beide Arrays sind nicht mehr eben, sondern der Kontur der Streuscheibe 5 angepaßt, so daß der Abstand der ein zelnen einander zugeordneten Linsenpaare entsprechend dem tele skopischen Abstand konstant ist. Fig. 6 shows a schematic representation of a headlamp with a device 1 for angle deflection of the headlamp light, each lens array 6 , 7 each consisting of identical lenses. Both arrays are no longer flat, but the contour of the lens 5 is adjusted so that the distance between an individual pair of lenses is constant according to the telescopic distance.

Bei allen diesen Ausführungen kann die Streuscheibe 5 auch weg gelassen werden. Die Streuung erfolgt dann nur über die beiden Linsenarrays. In den Fig. 4 bis 6 können die einzelnen kon kaven Linsen 7 auch parallel zur lokalen Oberflächenkontur der Streuscheibe 5 angeordnet sein, wobei zur Reduzierung der da durch verursachten Abbildungsfehler der einzelnen konkaven Lin se entsprechende Änderungen der Linsengeometrie nötig sein kön nen.In all of these versions, the lens 5 can also be omitted. The scatter then takes place only over the two lens arrays. In Figs. 4 to 6, the individual kon kaven lenses 7 may be arranged to the local surface contour of the diffusion plate 5 and parallel Koen wherein be necessary to reduce se as by causing aberrations of the single concave Lin corresponding changes in the lens geometry NEN.

Abweichungen vom idealen parallelen Strahlverlauf des auf das erste Linsenarrays auftreffenden Lichtbündels im realen Schein werfer können dazu führen, daß bei der Realisierung der beiden Linsenarrays ortsabhängige Abweichungen sowohl der einzelnen Linsenpositionen vom Rastermaß der Arrays als auch der Brenn weitendifferenzen der einzelnen zugeordneten Linsenpaare von der teleskopischen Anordnung notwendig werden.Deviations from the ideal parallel beam path of the first lens arrays of incident light beam in real light throwers can lead to the realization of the two Lens arrays of location-dependent deviations of both the individual Lens positions from the grid size of the arrays as well as the focal range differences of the individual assigned lens pairs of the telescopic arrangement become necessary.

Um die erforderlichen Randbedingungen des resultierenden abge strahlten Scheinwerferlichts zu erfüllen, sollte die optimale Dimensionierung der beiden Arrays nur zusammen mit der Kon struktion des Scheinwerfers durchgeführt werden.Abge to the required boundary conditions of the resulting beamed spotlights should meet the optimal Dimensioning of the two arrays only together with the con structure of the headlight.

Claims

1. headlamp ( 1 ) with adjustable deflection of the headlight ferlichts, light reflected from a reflector ( 3 ) via a lens ( 5 ) scattered the headlamp ( 1 ) ver, characterized in that a first lens array ( 6 ) in the beam path convex lenses and then a second lens array ( 7 ) with concave or convex lenses is arranged, wherein by moving one of the two lens arrays ( 6 , 7 ) there is an angular deflection of the emerging light cone.

2. Headlight according to claim 1, characterized in that each convex lens of the first lens array ( 6 ) is a lens of the second lens array ( 7 ) in the telescopic distance zugeord net.

3. Headlamp according to claims 1 to 3, characterized in that a lens array ( 6 , 7 ) is displaced perpendicular to the beam path by a path s for beam deflection.

4. Headlamp according to claims 1 to 4, characterized in that the two lens arrays ( 6 , 7 ) are flat and the first lens array ( 6 ) each have identical convex lenses and the second line array ( 7 ) identical concave or identical convex lenses having.

5. Headlamp according to claims 1 to 5, characterized in that each lens array ( 6 , 7 ) has lenses with different focal lengths, the focal lengths from the center of the array ( 8 ) are decreasing and the associated lenses have a telescopic distance.

6. Headlight according to claims 1 to 5, characterized in that the lens array ( 7 ) of the contour of the lens ( 5 ) is fitted and the convex individual lenses of the first array ( 6 ) are arranged so that the distance of the individually assigned Lin pairs is constant.

7. Headlight according to claims 1 to 4, characterized in that the lens array ( 7 ) of the contour of the lens ( 5 ) is fitted and the concave lenses of the lens array ( 6 ) are arranged in one plane, the focal lengths of the associated lenses is chosen so that they have a telescopic distance.

8. Headlamp according to claims 1 to 4, characterized in that the lens array ( 7 ) of the contour of the lens ( 5 ) is fitted and the convex lenses of the first lens array ( 6 ) are arranged in one plane, the imaging properties of the projection lens ( 4 ) are integrated in the individual convex lenses.

9. Headlamp according to claims 1 to 9, characterized in that a cornering light is realized by moving the first lens array ( 6 ) in the direction parallel to the road surface.

10. Headlamp according to claims 1 to 9, characterized in that the headlight range is changed by moving the first lens array ( 6 ) in the direction perpendicular to the road surface.