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DE10321564A1 - Kraftfahrzeugscheinwerfer - Google Patents

Kraftfahrzeugscheinwerfer Download PDF

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DE10321564A1
DE10321564A1 DE2003121564 DE10321564A DE10321564A1 DE 10321564 A1 DE10321564 A1 DE 10321564A1 DE 2003121564 DE2003121564 DE 2003121564 DE 10321564 A DE10321564 A DE 10321564A DE 10321564 A1 DE10321564 A1 DE 10321564A1
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DE
Germany
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motor vehicle
light
vehicle headlight
piezo
optical element
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Withdrawn
Application number
DE2003121564
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English (en)
Inventor
Stephan Berlitz
Wolfgang Huhn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
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Publication date
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Abstract

Bei einem Kraftfahrzeugscheinwerfer mit mindestens einem eine lichtemittierende Diode und eine Lichtaustrittsfläche für das von der lichtemittierenden Diode emittierte Licht aufweisende Optikmodul ist in jedem Optikmodul ein die optischen Eigenschaften der Lichtaustrittsfläche beeinflussendes piezooptisches Element vorgesehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeugscheinwerfer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Kraftfahrzeugscheinwerfer ist aus der nicht vorveröffentlichten DE 102 45 296 bekannt.
  • In diesem bekannten Kraftfahrzeugscheinwerfer sind mehrere Optikmodule (Leuchteinheiten) vorgesehen, von denen jedes wenigstens eine lichtemittierende Diode (LED) aufweist, deren emittiertes Licht über eine zugeordnete Optik fokussiert und über einen Reflektor reflektiert als Scheinwerferlicht abgestrahlt wird.
  • Die räumliche Verteilung des vom Kraftfahrzeugscheinwerfer abgestrahlten Scheinwerferlichts und damit dessen Lichtfunktion (bsp. Abblendlicht oder Fernlicht oder Nebellicht) wird hierbei durch die Ausgestaltung der Reflektoren festgelegt, die als Ellipsoid-Reflektoren oder als Freiflächenform-Reflektoren ausgebildet sein können; insbesondere wird durch die festgelegte räumliche Verteilung des Scheinwerferlichts im durch das Scheinwerferlicht erhellten Ausleuchtbereich auch die Lichtverteilung an der Hell-Dunkel-Grenze als Übergangsbereich zwischen dem Ausleuchtbereich und dem oberhalb des Ausleuchtbereichs liegenden, nicht ausgeleuchteten Dunkelbereich (Streulichtbereich) fest vorgegeben.
  • In Abhängigkeit der Umgebungsbedingungen (bsp. der Witterungsverhältnisse) und/oder der jeweiligen Fahrsituation ist es oftmals wünschenswert, die Verteilung des Scheinwerferlichts zu variieren und dieses hierdurch angenehmer für den Fahrer und/oder für den Gegenverkehr zu gestalten und/oder hierdurch die Fahrsicherheit zu erhöhen.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftfahrzeugscheinwerfer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, bei dem die Verteilung des vom Kraftfahrzeugscheinwerfer abgestrahlten Scheinwerferlichts auf einfache Weise und kostengünstig variierbar vorgegeben werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Bestandteil der weiteren Patentansprüche.
  • Erfindungsgemäß kann beim vorgestellten Kraftfahrzeugscheinwerfer die Verteilung des vom Kraftfahrzeugscheinwerfer abgestrahlten Scheinwerferlichts in Abhängigkeit externer Vorgaben (bsp. der Umgebungsbedingungen, der Fahrsituation oder der Bedienerwünsche) variiert werden, insbesondere hinsichtlich des Helligkeitsverlaufs und/oder der Intensität an der Hell-Dunkel-Grenze (bsp. Vorgabe einer scharten bzw. harten oder einer unscharfen bzw. weichen Hell-Dunkel-Grenze) und/oder im Ausleuchtbereich (bsp. Vorgabe von Zonen mit scharfen bzw. harten Grenzen im Ausleuchtbereich oder von Zonen mit unscharfen bzw. weichen Grenzen im Ausleuchtbereich). Hierzu wird das von einer (vorzugsweise weißen) lichtemittierenden Diode LED als Strahlungsquelle emittierte und über eine fokussierende Optik gebündelte Licht der lichtemittierenden Diode LED als vorzugsweise weißes Scheinwerferlicht über die insbesondere als transparente Glasabdeckung oder transparente Kunststoffabdeckung ausgebildete Lichtaustrittsfläche des Kraftfahrzeugscheinwerfers variierbar abgestrahlt und damit variabel auf den auszuleuchtenden Umgebungsbereich (insbesondere auf die Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug) verteilt, indem die optischen Eigenschaften der Lichtaustrittsfläche variiert werden, insbesondere durch Variation des Strahlengangs im von der lichtemittie renden Diode LED abgestrahlten Licht im Bereich der Lichtaustrittsfläche. Hierfür ist mindestens ein piezooptisches Element vorgesehen, das vorzugsweise als Bestandteil der Lichtaustrittsfläche ausgebildet ist (in der Lichtaustrittsfläche integriert ist) oder zumindest im Bereich der Lichtaustrittsfläche unmittelbar angrenzend an die Lichtaustrittsfläche angeordnet ist; dieses piezooptische Element verändert entsprechend der an ihm angelegten Spannung (Steuerspannung) die Krümmung des von der lichtemittierenden Diode LED abgestrahlten Lichts im Bereich der Lichtaustrittsfläche, insbesondere durch Variation der Krümmung der Lichtaustrittsfläche selbst. Hierdurch wird entsprechend der angelegten Steuerspannung eine Abweichung vom idealen Strahlengang des von der lichtemittierenden Diode LED emittierten Lichts bewirkt, wodurch im vom Kraftfahrzeugscheinwerfer abgestrahlten Scheinwerferlicht ein bestimmter defokussierter Anteil erzeugt und damit eine gewisse Unschärfe (Aufweichung) in der Lichtverteilung des vom Kraftfahrzeugscheinwerfer abgestrahlten Scheinwerferlichts eingestellt wird, d.h. es werden weichere Übergänge in der Lichtverteilung des Scheinwerferlichts, insbesondere in bestimmten Zonen der Lichtverteilung des Scheinwerferlichts realisiert.
  • Je nach Platzierung und Ansteuerung des piezooptischen Elements können derartige Variationen in der Lichtverteilung partiell nur für bestimmte Bereiche oder Zonen im vom Kraftfahrzeugscheinwerfer abgestrahlten Scheinwerferlicht bewirkt werden, bsp. an der Hell-Dunkel-Grenze zwischen Ausleuchtbereich und Dunkelbereich und/oder im Ausleuchtbereich in der Asymmetriezone und/oder in der Vorfeldzone und/oder in der Seitenzone und/oder in der Streulichtzone und/oder in der Mittelzone. Weiterhin kann auch bei einer Erhöhung der Intensität des von der lichtemittierenden Diode LED emittierten Lichts (und damit bei einer Erhöhung der Gesamthelligkeit des vom Kraftfahrzeugscheinwerfer abgestrahlten Scheinwerferlichts) die Lichtverteilung insbesondere bei mehreren im Kraftfahrzeugscheinwerfer vorgesehenen Optikmodulen so vorgegeben werden, dass die störenden scharfen bzw. unausgeleuchteten Übergänge zwischen den Leuchtbereichen der einzelnen Optikmodule vermieden bzw. zumindest deutlich reduziert werden können.
  • Durch die Variation der optischen Eigenschaften der Lichtaustrittsfläche mittels piezooptischer Elemente kann beim Kraftfahrzeugscheinwerfer mit der gleichen lichtemittierenden Diode LED als Strahlungsquelle auf einfache Weise und mit geringen Kosten, insbesondere elektronisch ohne mechanische Bewegung von Bauteilen, bei einer definierten Lichtfunktion (bsp. Abblendlicht oder Nebellicht oder Fernlicht) die Verteilung des vom Kraftfahrzeugscheinwerfer abgestrahlten Scheinwerferlichts an bestimmte Vorgaben (insbesondere an die Fahrsituation oder an die Umgebungsbedingungen) variabel angepasst werden, insbesondere hinsichtlich der Aufweichung des Scheinwerferlichts an der Hell-Dunkel-Grenze und/oder im Ausleuchtbereich. Bsp. ist in Fahrsituationen oder Umgebungsbedingungen mit Nebel, Regen, Schnee, Gischt o.ä. zur Vermeidung von Blendwirkungen für den Fahrer und für die anderen Verkehrsteilnehmer eine scharte Hell-Dunkel-Grenze wünschenswert, in Fahrsituationen oder Umgebungsbedingungen mit klarer Sicht oder bei Fahrten auf Autobahnen mit häufigem Hineinleuchten in die Rückspiegel der vorausfahrenden Fahrzeuge für den Fahrer und für die anderen Verkehrsteilnehmer dagegen eine unscharfe (weiche) Hell-Dunkel-Grenze. Falls bsp. eine Aufweichung in der Lichtverteilung partiell nur in der Asymmetriezone des Ausleuchtbereichs vorgenommen wird und damit insbesondere auch die für den Gegenverkehr relevante Streulichtzone scharf konturiert vorgegeben wird, kann gleichzeitig für den Fahrer des Kraftfahrzeugs eine angenehme Lichtverteilung und für den Gegenverkehr eine blendfreie Lichtverteilung realisiert werden.
    •
  • Im Zusammenhang mit der Zeichnung (1 bis 4) soll ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfers erläutert werden.
  • Hierbei zeigt
  • 1 die Verteilung des Scheinwerferlichts bei einem Kraftfahrzeug mit zwei jeweils mehrere Optikmodule aufweisenden Kraftfahrzeugscheinwerfern,
  • 2 den schematischen Aufbau eines Optikmoduls im Kraftfahrzeugscheinwerfer,
  • 3 den Strahlengang des Lichts in einem Optikmodul,
  • 4 die Variationsmöglichkeiten in der Lichtverteilung des vom Kraftfahrzeugscheinwerfer abgestrahlten Scheinwerferlichts.
  • Gemäß der 1 ist die Verteilung des Scheinwerferlichts 20 bei einem zwei Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 an der Vorderseite aufweisenden Kraftfahrzeugs 2 dargestellt. In jedem der beiden Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 sind mehrere Optikmodule 10 angeordnet, die jeweils einen bestimmten Leuchtbereich 17 definieren; bsp. sind in jedem der beiden Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 24 Optikmodule 10 vorgesehen. Das vom Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 durch die Lichtaustrittsfläche 16 insbesondere auf die Fahrbahn 18 vor dem Kraftfahrzeug 2 abgestrahlte Scheinwerferlicht 20 und damit die gewünschte Lichtfunktion des Kraftfahrzeugscheinwerfers 1 wird anhand der Ausgestaltung und räumlichen Anordnung (Verteilung) der Optikmodule 10 im Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 vorgegeben, d.h. das Scheinwerferlicht 20 entsteht durch Überlagerung der den einzelnen Optikmodulen 10 zugeordneten Leuchtbereiche 17. Bsp. sind die Optikmodule 10 äquidistant verteilt im Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 angeordnet, wobei den beiden auf der Vorderseite des Kraftfahrzeugs 2 angeordneten Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 bsp. die Lichtfunktion Abblendlicht zugeordnet ist.
  • Gemäß der 2 weist ein Optikmodul 10 eine als Strahlungsquelle zur Emission von weißem Licht 13 vorgesehene lichtemittierende Diode (LED) 11, eine fokussierende Optik 12 zur Bündelung des von der LED 11 emittierten Lichts 13 (bsp. ein Reflektor oder ein asphärisches Linsensystem aus Kollimator und Sammellinse) und ein im Strahlengang 14 des von der lichtemittierenden Diode (LED) 11 emittierten Lichts 13 im Bereich der Lichtaustrittsfläche 16 angeordnetes, bsp. in der Lichtaustrittsfläche 16 integriertes piezooptisches Element 15 auf. Als Lichtaustrittsfläche 16 für die Generierung des Leuchtbereichs 17 und damit zur Vorgabe des aus dem Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 abgestrahlten Scheinwerferlichts 20 in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs 2 ist bsp. eine transparente Glasabdeckung vorgesehen. Das bsp. aus Glas oder Keramik bestehende piezooptische Element 15 besitzt bsp. einen Durchmesser von 30 mm und eine Dicke von 3 mm. Das Optikmodul 10 besitzt bsp. eine Gesamtlänge von 80 mm, eine Gesamtbreite von 35 mm und eine Gesamthöhe von bsp. 35 mm. Die LED 11 besitzt bsp. eine Leistung von 1 W und ist bsp. als InGaN-Heterostruktur-LED ausgebildet.
  • Gemäß der 3 wird bei geeigneter Ansteuerung des piezooptischen Elements 15 (bsp. durch Anlegen einer Steuerspannung an das piezooptische Element 15 im Bereich von 0 V bis 100 V) der Strahlengang 14 des von der lichtemittierenden Diode (LED) 11 emittierten Lichts 13 im Bereich der Lichtaustrittsfläche 16 verändert (insbesondere durch eine Änderung der Krümmung der Lichtaustrittsfläche 16) und aufgrund der durch die dargestellten Pfeile symbolisierten veränderten Krümmung der Lichtaustrittsfläche 16 eine Defokussierung des von der lichtemittierenden Diode (LED) 11 emittierten Lichts 13 bzw. des vom Optikmodul 10 generierten Leuchtbereichs 17 und damit auch des sich durch Überlagerung der Leuchtbereiche 17 der einzelnen Optikmodule 10 ergebenden Scheinwerferlichts 20 vorgenommen. Insbesondere wird hierdurch eine gewisse Unschärfe (Aufweichung) in der Lichtverteilung des vom Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 abgestrahlten Scheinwerferlicht 20 erreicht, d.h. sowohl der Ausleuchtbereich 22 (siehe 4) als auch die den Ausleuchtbereich 22 begrenzende Hell-Dunkel-Grenze 21 (siehe 4) sind etwas unscharf konturiert („aufgeweicht"), d.h. in ihren Grenzen nicht mit maximaler Schärfe vorgegeben.
  • Gemäß der 4 kann die Lichtverteilung des vom Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 abgestrahlten Scheinwerferlichts 20 sowohl an der Hell-Dunkel-Grenze 21 als auch in den u.a. durch die optische Achse 23 und den als HV-Punkt (Horizontal-Vertikal-Punkt) bezeichneten Knickpunkt 29 abgegrenzten unterschiedlichen Zonen im Ausleuchtbereich 22 durch Anlegen einer Steuerspannung an die piezooptischen Elemente 15 der verschiedenen Optikmodule 10 der Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 variiert werden und hierdurch eine an die Umgebungsbedingungen und/oder Witterungsverhältnisse und/oder Fahrbedingungen und/oder Bedienerwünsche angepasste Lichtverteilung realisiert werden. Insbesondere kann die in der 4 durch die Pfeile 30 symbolisierte „Aufweichung" der Hell-Dunkel-Grenze 21 und die durch die Pfeile 31 symbolisierte „Aufweichung" des Ausleuchtbereichs 22 in der Seitenausleuchtzone 27 und/oder in der Vorfeldzone 25 und/oder in der Mittelzone 24 und/oder in der Streulichtzone 28 und/oder in der Asymmetriezone 26 erfolgen, insbesondere in Abhängigkeit von die Verkehrssicherheit fördernden Randbedingungen, wie bsp. die Ausleuchtung bestimmter (besonderer) Bereiche auf der Vorderseite des Kraftfahrzeugs 2 und/oder die Vermeidung von Blendeinwirkungen auf den Fahrer des Kraftfahrzeugs 2 und/oder auf den Gegenverkehr und/oder die Berücksichtigung der Straßenverhältnisse (trockene Fahrbahn, nasse Fahrbahn) und/oder die Berücksichtigung klimatischen Faktoren (Niederschläge, Art des Niederschlags etc.).

Claims (12)

  1. Kraftfahrzeugscheinwerfer (1) mit mindestens einem Optikmodul (10), das eine lichtemittierende Diode (11) und eine Lichtaustrittsfläche (16) für das von der lichtemittierenden Diode (11) emittierte Licht (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Optikmodul (10) ein die optischen Eigenschaften der Lichtaustrittsfläche (16) beeinflussendes piezooptisches Element (15) aufweist.
  2. Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das piezooptische Element (15) in der Lichtaustrittsfläche (16) integriert ist.
  3. Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das piezooptische Element (15) im Bereich der Lichtaustrittsfläche (16) angrenzend an die Lichtaustrittsfläche (16) angeordnet ist.
  4. Kraftfahrzeugscheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtaustrittsfläche (16) als Abdeckung aus transparentem Glas oder transparentem Kunststoff ausgebildet ist.
  5. Kraftfahrzeugscheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das piezooptische Element (15) durch Anlegen einer Steuerspannung steuerbar ist.
  6. Kraftfahrzeugscheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Optikmodul (10) eine der lichtemittierenden Diode (11) zugeordnete fokussierende Optik (12) für das von der lichtemittierenden Diode (11) emittierte Licht (13) aufweist.
  7. Kraftfahrzeugscheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftfahrzeugscheinwerfer (1) mehrere Optikmodul (10) aufweist, und dass durch die räumliche Anordnung der Optikmodule (10) im Kraftfahrzeugscheinwerfer (1) und/oder durch die Ansteuerung des piezooptischen Elements (15) im jeweiligen Optikmodul (10) eine bestimmte Lichtverteilung für das vom Kraftfahrzeugscheinwerfer (1) abgestrahlte, durch Überlagerung der Leuchtbereiche (17) der einzelnen Optikmodule (10) generierte Scheinwerferlicht (20) realisiert ist.
  8. Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch die räumliche Anordnung der Optikmodule (10) im Kraftfahrzeugscheinwerfer (1) und/oder durch die Ansteuerung des piezooptischen Elements (15) im jeweiligen Optikmodul (10) eine bestimmte Lichtfunktion des Kraftfahrzeugscheinwerfers (1) realisiert ist.
  9. Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ansteuerung des piezooptischen Elements (15) im jeweiligen Optikmodul (10) die Verteilung des Scheinwerferlichts (20) im Bereich der Hell-Dunkel-Grenze (21) vorgegeben ist.
  10. Kraftfahrzeugscheinwerfer nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ansteuerung des piezooptischen Elements (15) im jeweiligen Optikmodul (10) die Verteilung des Scheinwerferlichts (20) im Ausleuchtbereich (22) vorgegeben ist.
  11. Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ansteuerung des piezooptischen Elements (15) im jeweiligen Optikmodul (10) das Scheinwerferlicht (20) in mindestens einer Zone des Ausleuchtbereichs (22), insbesondere in der Asymmetriezone (26) des Ausleuchtbereichs (22), in einem bestimmten Maße defokussiert ist.
  12. Kraftfahrzeugscheinwerfer nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Erhöhung der Intensität des Scheinwerferlichts (20) die Übergänge zwischen den Leuchtbereichen (17) der einzelnen Optikmodule (10) durch die Ansteuerung des piezooptischen Elements (15) im jeweiligen Optikmodul (10) unscharf ausgebildet sind.
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