DE102004060476A1

DE102004060476A1 - Scheinwerfer für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102004060476A1
Application number: DE102004060476A
Authority: DE
Inventors: Christian Dr. Lüder; Martin WÜLLER
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2006-07-06
Also published as: EP1672272A3; EP1672272A2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer für Fahrzeuge mit einem flächenhaften Leuchtfeld und mit einer dem Leuchtfeld vorgelagerten Optikeinheit, die ein Abbildungselement zur Abbildung einer vorgegebenen Lichtverteilung umfasst, wobei die Optikeinheit zusätzlich ein Lichtformungselement umfasst, das das von dem Leuchtfeld ausgesandte Licht derart führt, dass ein Zwischenbild entsprechend der vorgegebenen Lichtverteilung in einer zwischen dem Leuchtfeld und dem Abbildungselement angeordneten Zwischenebene erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer für Fahrzeuge mit einem flächenhaften Leuchtfeld und mit einer dem Leuchtfeld vorgelagerten Optikeinheit, die ein Abbildungselement zur Abbildung einer vorgegeben Lichtverteilung umfasst.

Für den Einsatz als Lichtquellen in Scheinwerfern für Fahrzeuge ist es beispielsweise aus der EP 1 400 747 A2 bekannt, Leuchtelementechips vorzusehen. Diese Leuchtelementechips können einzeln oder in einer Mehrzahl in Form eines Leuchtelementfeldes (LED-Arrays) zur Bildung eines flächenhaften Leuchtfeldes ausgebildet sein. Der Aufbau solcher Leuchtelementechips ist beispielsweise in der DE 297 24 543 U1 näher beschrieben.

Aus der EP 1 400 747 A2 sowie der DE 201 15 799 U1 ist ein Scheinwerfer für Fahrzeuge mit einem solchen flächenhaften Leuchtfeld bekannt, wobei dem Leuchtfeld eine Optikeinheit vorgelagert ist. Die Optikeinheit weist Optikelemente mit einer linsenförmigen Struktur auf, so dass das von dem flächenhaften Leuchtfeld ausgesandte Licht parallelisiert bzw. homogenisiert wird.

Ferner ist es aus der DE 103 15 131 A1 bekannt, einem flächenhaften Leuchtfeld eine Optikeinheit vorzulagern, die eine Projektionslinse umfasst, die das Leuchtfeld in einer Lichtverteilung abbildet. Hierzu befindet sich das flächenhafte Leuchtfeld in einer Brennebene der Projektionslinse. Nachteilig an dem bekannten Scheinwerfer ist, dass die gewünschte Lichtverteilung maßgeblich durch die Ausbildung des flächenhaften Leuchtfeldes geprägt wird und damit auch festgelegt ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Scheinwerfer für Fahrzeuge mit einem flächenhaften Leuchtfeld derart weiterzubilden, dass auf einfache Weise eine vorgegebene Lichtverteilung erzeugt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Optikeinheit zusätzlich ein Lichtformungselement umfasst, das das von dem Leuchtfeld ausgesandte Licht derart führt, dass ein Zwischenbild entsprechend der vorgegebenen Lichtverteilung in einer zwischen dem Leuchtfeld und dem Abbildungselement angeordneten Zwischenebene erzeugt wird.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch ein dem flächenhaften Leuchtfeld zugeordnetes Lichtformungselement die Lichtverteilung so beeinflusst wird, dass an einem oberen Rand der auf einem im normierten Abstand angeordneten Messschirm abgebildeten Lichtverteilung eine scharfe Hell-Dunkel-Grenze erzeugt wird und dass an einem unteren Rand bzw. an seitlichen Rändern derselben Lichtverteilung der Beleuchtungsstärkegradient relativ gering ist, so dass in das Vorfeld bzw. zur Seite ein relativ weich auslaufender Lichtintensitätsabfall gegeben ist. Auf diese Weise kann eine in der Straßenprojektion ansonsten im Vorfeld auftretende unerwünschte Hell-Dunkel-Grenze vermieden werden. Grundgedanke der Erfindung ist es, das von einem flächenhaften Leuchtfeld ausgesandte Licht mittels des Lichtformungselementes derart umzuformen, dass ein Zwischenbild erzeugt wird mit einer vorgegebenen Lichtverteilung. Durch Abbildung dieses Zwischenbildes mittels eines Abbildungselementes kann dann die gewünschte Lichtverteilung „auf die Straße" gebracht werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Lichtformungselement Rahmenflächen bzw. Rahmenkanten auf, so dass zum einen ein relativ großer Beleuchtungsstärkegradient zur Erzeugung einer Hell- Dunkel-Grenze und zum anderen ein relativ niedriger Beleuchtungsstärkegradient zur Erzeugung von homogen auslaufenden Lichtintensitäten der Lichtverteilung gebildet ist. Hierdurch kann insbesondere ein unterer bzw. seitlicher Bereich der auf einem Messschirm abgebildeten Lichtverteilung einen relativ „weichen" Helligkeitsverlauf aufweisen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Lichtverteilung eines Scheinwerfers nach dem Stand der Technik enthaltend ein flächenhaftes Leuchtfeld, das in der Brennebene einer vorgelagerten Projektionslinse angeordnet ist,
2 eine Lichtverteilung entlang der Linie II-II in 1,
3a eine Vorderansicht eines flächenhaften Leuchtfeldes und eines demselben zugeordneten Lichtformungselementes nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
3b einen Vertikalschnitt durch ein flächenhaftes Leuchtfeld mit einem Lichtformungselement und einer Projektionslinse entlang der Linie III-III in 3a,
4 eine Lichtverteilung des in 3a bzw. 3b dargestellten erfindungsgemäßen Scheinwerfers nach der ersten Ausführungsform,
5 eine Lichtverteilung entlang der Linie V-V in 4,
6a eine Vorderansicht eines flächenhaften Leuchtfeldes und eines Lichtformungselementes nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und
6b einen Vertikalschnitt durch das Lichtformungselement bzw. das Leuchtfeld entlang der Linie VI-VI in 6a.
In den 1 und 2 ist die Lichtverteilung bzw. der Gradientenverlauf eines an sich aus der DE 103 15 131 A1 bekannten Scheinwerfers dargestellt, der im Wesentlichen aus einem flächenhaften Leuchtfeld (Leuchtplatte) und einer lediglich aus einem Abbildungselement bestehenden vorgelagerten Optikeinheit besteht. Das Leuchtfeld kann aus einer Mehrzahl von Leuchtelementechips gebildet sein, die in Form eines Arrays angeordnet sind. Dieses Leuchtfeld ist in der Brennebene des Abbildungselementes angeordnet, so dass in Folge der das Leuchtfeld begrenzenden Kanten nicht nur eine Hell-Dunkel-Grenze HDG im Bereich eines oberen Randes R_O der Lichtverteilung L₁, sondern auch eine HDG' im Bereich eines unteren Randes R_U der Lichtverteilung L₁ entsteht. In 1 äußert sich dies dadurch, dass die Isoluxlinien I₁ relativ dicht nebeneinander verlaufen. Aus 2 wird deutlich, dass nicht nur an einem oberen Randbereich R_O sondern auch an einem unteren Randbereich R_U der Lichtverteilung L₁ ein relativ großer Beleuchtungsstärke-Gradient G₁ bzw. G₁' entsteht. Zwischen diesen beiden Beleuchtungsstärke-Gradienten G₁ und G₁' verläuft ein Plateau P₁ von annähernd konstanter Beleuchtungsstärke. Nachteilig hieran ist, dass durch die Hell-Dunkel-Grenze HDG' ein scharfer Helligkeitsabfall im Vorfeld des auf die Straße gebrachten Lichtkegels erfolgt, der nicht erwünscht ist.
Nach der Erfindung ist gemäß einer ersten Ausführungsform, die anhand der 3a bis 5 beschrieben wird, ein Scheinwerfer 1 mit einem flächenhaften Leuchtfeld 2 und einer Optikeinheit 3 vorgesehen, wobei die Optikeinheit 3 zum einen ein Lichtformungselement 4 und zum anderen ein beabstandet zu dem Leuchtfeld 2 und dem Lichtformungselement 4 angeordnetes Abbildungselement 5 aufweist.
Das flächenhafte Leuchtfeld 2 kann durch eine Mehrzahl von Leuchtelementechips gebildet sein. Alternativ kann das Leuchtfeld 2 auch eine Auskoppelfläche eines Lichtleiters sein. Wesentlich ist, dass das Leuchtfeld 2 flächig ausgebildet ist.
Das Leuchtfeld 2 ist von dem rahmenförmigen Lichtformungselement 4 umgeben, wobei eine erste innere Rahmenfläche 6 zur Bildung der Hell-Dunkel-Grenze HDG an einem oberen Rand R_O einer Lichtverteilung L₂ und eine zweite innere Rahmenfläche 7 zur Bildung zumindest eines unteren Randbereiches R_U der Lichtverteilung L₂ vorgesehen sind.
Die innere Rahmenfläche 6 weist einen asymmetrischen Abschnitt a sowie einen horizontalen Abschnitt b auf, die im Nullpunkt c zusammentreffen. Die erste Rahmenfläche 6 erstreckt sich im Vertikalschnitt in horizontaler Richtung. Alternativ kann die erste Rahmenfläche 6 auch als Rahmenkante ausgebildet sein.
Die zweite Rahmenfläche 7 erstreckt sich als Mantelfläche eines Kegelstumpfes (d) oberhalb der ersten Rahmenfläche 6 um einen überstumpfen Winkel, nämlich 195°. Die zweite Rahmenfläche 7 ist entgegen einer Lichtaustrittsrichtung 8 des Scheinwerfers 1 verjüngend ausgebildet, dass heißt sie öffnet sich in Lichtaustrittsrichtung unter einem spitzen Öffnungswinkel.
Die erste und zweite Rahmenfläche 6, 7 sind derart geformt, dass in einer Zwischenebene 9 ein Zwischenbild erzeugt wird, das mittels des Abbildungselementes 5 entsprechend der auf einem im normierten Abstand angeordneten Messschirm abgebildeten Lichtverteilung in 4 abgebildet wird. Die als Schrägfläche ausgebildete zweite innere Rahmenfläche 7, die zu einer optischen Achse 10 des Scheinwerfers 1 einen spitzen Winkel bildet, ermöglicht an einem unteren Rand R_U der Lichtverteilung L₂ eine relativ geringen Intensitätsabfall (geringer Beleuchtungsstärkegradient G₂') im Gegensatz zu dem relativ großen Beleuchtungsstärkegradienten G₂ im oberen Bereich R_O (a, b, c), wie aus den 4 und 5 zu ersehen ist. Der Abstand der Isoluxlinien I₂ ist in dem unteren Bereich R_U bzw. im seitlichen Bereich S wesentlich größer als beim bekannten Scheinwerfer gemäß den 1 und 2.
Die Zwischenebene 9 bildet die Brennebene des als plankonvexförmige Projektionslinse ausgebildeten Abbildungselementes 5. Die Projektionslinse 5 wird vorzugsweise zur Abbildung einer Abblendlichtverteilung eingesetzt. Alternativ kann das Abbildungselement 5 auch als Streulinse ausgebildet sein zur Erzeugung insbesondere einer Nebellichtverteilung. Alternativ kann das Abbildungselement 5 auch als Reflektor ausgebildet sein.
In der Zwischenebene 9 erstreckt sich zum einen eine Vorderseite 11 des Lichtformungselementes 4 sowie eine durch die erste und zweite Rahmenfläche 6, 7 begrenzte Lichtaustrittsöffnung des Lichtformungselementes 4.
Nach der ersten Ausführungsform der Erfindung ist das Lichtformungselement 4 als Hohlkörper ausgebildet, der um das Leuchtfeld 2 herum und in Lichtaustrittsrichtung 8 vor dem Leuchtfeld 2 angeordnet ist.
Nach einer zweiten Ausführungsform des Scheinwerfers 1 gemäß den 6a und 6b kann ein Lichtformungselement 14 auch als massives Optikelement ausgebildet sein, das vorzugsweise direkt an ein Leuchtfeld 15 angespritzt ist. Das massive Lichtformungselement 14 ist aus einem transparenten Material hergestellt, wobei eine zweite Rahmenfläche 16 zur Abbildung eines unteren Randes R_U (d) der Lichtverteilung L₂ eine Außenfläche des Lichtführungselementes 14 bildet, an der das von dem Leuchtfeld 15 ausgesandte Licht in Lichtaustrittsrichtung 8 totalreflektiert wird. Der Einfachheit halber ist in 6b die Projektionslinse 5 nicht dargestellt. Gleiche Bauteile der Ausführungsbeispiele sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Rahmenflächen 6, 7, 16 bilden Reflexionsflächen, die als Freiformflächen ausgebildet sein können. Alternativ kann die Reflexion an der zweiten Rahmenfläche 16 auch durch Bildung einer verspiegelten Fläche bewirkt werden.

Claims

Scheinwerfer für Fahrzeuge mit einem flächenhaften Leuchtfeld und mit einer dem Leuchtfeld vorgelagerten Optikeinheit, die ein Abbildungselement zur Abbildung einer vorgegeben Lichtverteilung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikeinheit (3) zusätzlich ein Lichtformungselement (4, 14) umfasst, das das von dem Leuchtfeld (2, 15) ausgesandte Licht derart führt, dass ein Zwischenbild entsprechend der vorgegebenen Lichtverteilung (L₂) in einer zwischen dem Leuchtfeld (2, 15) und dem Abbildungselement (5) angeordneten Zwischenebene (9) erzeugt wird.
Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenebene (9) senkrecht zur optischen Achse (10) des Leuchtfeldes (2, 15) angeordnet ist und dass sich in der Zwischenebene (9) eine Lichtaustrittsöffnung des Lichtformungselementes (4, 14) erstreckt.
Scheinwerfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtformungselement (4) rahmenförmig ausgebildet ist mit einer ersten inneren Rahmenfläche (6) und/oder ersten Rahmenkante, derart, dass die Lichtverteilung (L₂) an einem ersten Rand (R_O) derselben einen relativ großen Beleuchtungsdichte-Gradienten (G₂) zur Erzeugung einer Hell-Dunkel-Grenze (HDG) aufweist, und mit einer zweiten inneren Rahmenfläche (7) und/oder einer Rahmenkante, derart, dass die Lichtverteilung (L₂) an einem zweiten Rand (R_U) derselben einen relativ kleinen Beleuchtungsdichte-Gradienten (G₂') aufweist.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rahmenfläche (6) und/oder die erste Rahmenkante im Vertikalschnitt im Wesentlichen parallel zu der optischen Achse (10) verläuft.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Rahmenfläche (7, 16) unter einem spitzen Öffnungswinkel zu der optischen Achse (10) in Lichtaustrittsrichtung (8) verbreiternd verläuft.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtformungselement (4) als ein Hohlkörper ausgebildet ist, der sich unmittelbar an das Leuchtfeld (2) anschließt und dessen innere Rahmenflächen (6, 7) verspiegelt ausgebildet sind.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtformungselement (14) aus einem transparenten Material besteht mit derartig ausgebildeten Rahmenflächen (16), dass ein Teil des von dem Leuchtfeld (15) ausgesandten Lichtes durch Totalreflexion in Richtung des Abbildungselementes (5) geführt wird.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenfläche (6, 7, 16) des Lichtformungselementes (4, 14) als eine Freiformfläche ausgebildet ist.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Rahmenfläche (7, 16) des Lichtformungselementes (4, 14) oberhalb der optischen Achse (10) verläuft.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Leuchtfeld (2, 15) durch eine Mehrzahl von Leuchtelementechips, insbesondere durch ein Feld von Leuchtelementechips gebildet ist.