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Die
Erfindung betrifft einen Abblendlichtscheinwerfer mit mindestens
einem Lichtmodul, wobei das einzelne Lichtmodul mindestens eine
Lichtquelle und mindestens eine der Lichtquelle nachgeschaltete
Primärlinse
aufweist und wobei die Lichtquelle eine Lumineszenzdiode ist.
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Aus
der
DE 10 2004
053 303 A1 ist ein Abblendlichtscheinwerfer mit mehreren
unterschiedlich aufgebauten Beleuchtungseinheiten bekannt. Die Lichtverteilungen
der einzelnen Beleuchtungseinheiten überlappen sich bereichsweise.
Zur Erzeugung des Cut-offs dienen Blenden. Dies kann z.B. zu Farbabweichungen,
Streifen und Flecken führen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Problemstellung zugrunde,
einen kompakten Abblendlichtscheinwerfer zu entwickeln, dessen Lichtverteilung
eine gleichmäßige Grundverteilung
und einen deutlich ausgeprägten
Cut-off aufweist.
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Diese
Problemstellung wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Dazu
hat der Abblendlichtscheinwerfer mindestens eine Sekundärlinse,
die der Primärlinse
oder den Primärlinsen
optisch nachgeschaltet ist. Sowohl die Primär- als auch die Sekundärlinse weist
mindestens zwei übereinander angeordnete
Linsensegmente auf. Einem Linsensegment einer Sekundärlinse ist
mindestens ein Linsensegment einer Primärlinse zugeordnet. Beim Betrieb der
Lichtquelle erzeugen die Kanten der Lichteintrittsflächen Kanten
von Objekten in den Linsensegmenten der Primärlinse und die Sekundärlinse projiziert
die Objekte und bildet sie zumindest in vertikaler Richtung ab.
Die aus der Sekundärlinse
austretenden zumindest gedachten Knotenpunktstrahlen, die von den
genannten Kanten beider Objekte ausgehen und die eine gemeinsame
vertikale Ebene aufspannen, einen Winkel einschließen, der
kleiner ist als 1 Grad.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung schematisch dargestellter Ausführungsformen.
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1:
Abblendlichtscheinwerfer mit einem Lichtmodul;
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2:
Längsschnitt
durch das Lichtmodul aus 1;
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3:
Mittenlängsebenen
des Lichtmoduls nach 1;
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4:
Strahlenmodell zu 2;
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5:
Draufsicht auf 1;
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6:
Lichtverteilung mit 15 Grad-Anstieg;
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7:
Abblendlichtscheinwerfer zur Erzeugung eines waagerechten Cut-offs;
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8:
Lichtverteilung mit waagerechtem Cut-off;
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9:
Abblendlichtscheinwerfer mit mehreren Lichtmodulen;
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10:
Lichtverteilung des Scheinwerfers aus 9.
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Die 1 bis 5 zeigen
einen Kraftfahrzeug-Abblendlichtscheinwerfer (10) mit einem
Lichtmodul (20). Jeder Scheinwerfer (10) kann
ein oder mehrere derartiger Lichtmodule (20) umfassen,
die dann nebeneinander und/oder übereinander
angeordnet sein können.
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In
der 1 ist eine dimetrische Ansicht des Scheinwerfers
(10) dargestellt, die 2 zeigt
einen Längsschnitt
durch das Lichtmodul (20). Die Schnittebene in dieser Darstellung
ist die vertikale Mittenlängsebene
(21) des Lichtmoduls (20), vgl. 3.
In der 4 sind die Strahlengänge des Lichtmoduls (20)
exemplarisch von einer Lichtquelle (30) bis zu einer Messwand
(2) dargestellt. Die Lichtausbreitung in einer Draufsicht
auf das Lichtmodul (20) zeigt stark vereinfacht die 5.
In der 6 ist schließlich
exemplarisch das Abbild (150) dargestellt, das beim Betrieb
der Lichtquelle (30) auf der Messwand (2) erzeugt
wird.
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Das
in den 1 bis 5 dargestellte Lichtmodul (20)
ist beispielsweise 70 Millimeter lang, 50 Millimeter breit und 50
Millimeter hoch. Es umfasst z.B. ein hier nicht dargestelltes Gehäuse, in
dem die Lichtquelle (30), eine Kondensor (40),
eine Primär- (50)
und eine Sekundärlinse
(90) sowie ein Spiegel (130) angeordnet sind.
Hierbei sind die Lichtquelle (30), die Kondensorlinse (40)
und die Primärlinse (50)
optisch in Reihe geschaltet, so dass das von der Lichtquelle (30)
erzeugte Licht (140) durch diese beiden Linsen (40, 50)
hindurchtritt. Von der Primärlinse (50)
wird ein Teil des Lichts (140) direkt zur Sekundärlinse (90)
geleitet, ein anderer Teil wird am Spiegel (130) reflektiert
und gelangt dann zur Sekundärlinse
(90). Durch die Sekundärlinse
(90) hindurch tritt das Licht (140) in die Umgebung
(1). Die Lichtausbreitungsrichtung (26) ist somit
hier von der Lichtquelle (30) in Richtung der Sekundärlinse (90),
also z.B. in der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs nach vorne, gerichtet.
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Die
optische Achse (25) des Lichtmoduls (20) ist in
der 2 als waagerechte Gerade dargestellt. Sie verbindet
die Lichtquelle (30) mit der Sekundärlinse (90). Außerdem ist
sie die Schnittlinie der vertikalen Mittenlängsebene (21) mit
einer horizontalen Mittenlängsebene
(22) des Lichtmoduls (20), vgl. 3.
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Die
Lichtquelle (30) ist z.B. eine Lumineszenz- oder Leuchtdiode
(30) hoher Leistung, die beispielsweise weißes Licht
abstrahlt. Sie umfasst beispielsweise einen lichtemittierenden Chip
(33) mit einer Konversionsschicht, der von einem transparenten
Lichtverteilkörper
(34), z.B. einem Strahlungsformkörper (34) umgeben
ist. Die aktive Fläche
des lichtemittierenden Chips (33) beträgt beispielsweise ein Quadratmillimeter.
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Der
Strahlungsformkörper
(34) hat in diesem Ausführungsbeispiel
eine Höhe
von 2,8 Millimeter. Er kann optische Funktionen haben. Beispielsweise kann
er das vom lichtemittierenden Chip (33) emittierte divergierende
Licht in Richtung der optischen Achse (25) bündeln oder
von der optischen Achse (25) weg aufweiten.
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Die
Lichtquelle (30) ragt in diesem Ausführungsbeispiel in eine z.B.
konkav gewölbte
Linsenfläche
(42) der Kondensorlinse (40). Die Begrenzungslinie
(43) der konkav gewölbten
Linsenfläche
(42) und der lichtemittierende Chip (33) spannen
hier eine gedachte Kegelmantelfläche
auf, wobei der lichtemittierende Chip (33) die Kegelspitze
bildet. Der Spitzenwinkel dieses Kegels beträgt beispielsweise 130 Grad.
Auf ihrer der Primärlinse
(50) zugewandten Seite ist die Kondensorlinse (40)
beispielsweise als konvexe, halbkugelförmige Linse (45) ausge bildet. Die
Kondensorlinse (40) ist z.B. mittels eines Ringflansches
(47) im Gehäuse
befestigt.
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Die
Primär-
(50) und die Sekundärlinse
(90) stehen z.B. annähernd
quer zur optischen Achse (25). Ihr minimaler Abstand in
der Lichtausbreitungsrichtung (26) beträgt beispielsweise 50% des Abstandes
zwischen dem lichtemittierenden Chip (33) und der entferntesten
der Umgebung (1) zugewandten Lichtaustrittsfläche (124)
der Sekundärlinse
(90). Dieser letztgenannte Abstand wird im Folgenden als Bezugslänge (27)
bezeichnet. Die Bezugslänge
(27) beträgt
in diesem Ausführungsbeispiel
40 Millimeter. Der Abstand der Primärlinse (50) zur Kondensorlinse (40)
beträgt
hier z.B. 1% dieser Bezugslänge
(27). Der Abstand zwischen der Primär- (50) und der Sekundärlinse (90)
kann auch größer sein
als der genannte Wert.
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Die
Primär-
(50) und die Sekundärlinse
(90) sind in einer Ansicht normal zur optischen Achse (25) z.B.
rechteckige Linsen, die seitliche Befestigungsflansche (51, 91)
zur Befestigung im Gehäuse
aufweisen. Zwischen den Befestigungsflanschen (51, 91)
haben die Linsen (50, 90) jeweils drei übereinander
angeordnete Linsensegmente (61, 71, 81; 101, 111, 121).
In der Ansicht normal zur optischen Achse (25) ist die
Gesamtfläche
der Linsensegmente (101, 111, 121) der
Sekundärlinse
in diesem Ausführungsbeispiel
2,8 mal so groß wie
die Gesamtfläche
der Linsensegmente (61, 71, 81) der Primärlinse (50). Das
Verhältnis
zwischen der Höhe – normal
zur horizontalen Mittenlängsebene
(22) – und
der Breite – normal
zur vertikalen Mittenlängsebene
(21) – beträgt bei den
Linsensegmenten (61, 71, 81) der Primärlinse (50)
den Faktor 1,8, bei den Linsensegmenten der Sekundärlinse (90)
den Faktor 1,5. Die Höhe der
Primärlinse
(50) beträgt
in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel
40% der Bezugslänge
(27). Die Primär-
(50) und die Sekundärlinse
(90) liegen – bezogen
auf ihre Außenmaße – zumin dest
annähernd
symmetrisch zur vertikalen Mittenlängsebene (21) des
Lichtmoduls (20). Die Primärlinse (50) ist – bezogen
auf ihre Außenmaße – außerdem zumindest
annähernd
symmetrisch zur horizontalen Mittenlängsebene (22). Die
Sekundärlinse
(90) ragt in diesem Ausführungsbeispiel mit 37% ihrer
Höhe über die
horizontale Mittenlängsebene
(22), der Rest der Sekundärlinse (90) liegt
unterhalb dieser Ebene (22).
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Die
Linsensegmente (61, 71, 81; 101, 111, 121)
sind beispielsweise miteinander verbundene Abschnitte plankonvexer,
bikonvexer oder konkav-konvexer Linsen. Sie sind z.B. aus einem
hochtransparentem Kunststoff, Glas, etc. hergestellt. Jedes der
Linsensegmente (61, 71, 81; 101, 111, 121) hat
eine der Lichtquelle (30) zugewandte Lichteintrittsfläche (63, 73, 83; 103, 113, 123)
und eine der Lichtquelle (30) abgewandte Lichtaustrittsfläche (64, 74, 84; 104, 114, 124).
Alle diese Flächen
(63, 73, 83; 103, 113, 123; 64, 74, 84; 104, 114, 124)
sind beispielsweise aus einzelnen Flächenelementen zusammengesetzt.
Diese Flächenelemente
können sphärische oder
asphärische
Segmente, ebenen Flächenelemente,
etc. sein. Im Folgenden werden diese Flächen (63, 73, 83; 103, 113, 123; 64, 74, 84; 104, 114, 124)
daher über
ihre Hüllflächen beschrieben. Eine
Hüllfläche ist
hier eine geometrisch interpolierte, geschlossene Fläche, zu
der die einzelnen Flächenelemente
die geringste Standardabweichung aufweisen. Diese Hüllflächen sind
beispielsweise Mantelflächenabschnitts
eines Ellipsoiden, eines Torus, eines Zylinders, etc. oder können aus
diesen zusammengesetzt sein. Die Hüllflächen oder die Hüllflächenelemente
haben z.B. mehrere Hauptachsen, die beispielsweise normal zueinander
angeordnet sind. Die Hauptachsen der Hüllflächen oder der Hüllflächenelemente
können
miteinander auch Winkel einschließen, die ungleich 90 Grad sind.
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Wird
eine Hüllfläche oder
ein Hüllflächenelement
in einer Ebene geschnitten, z.B. in der vertikalen (21)
oder in der horizontalen Mittenlängsebene (22),
ergibt sich als Schnittlinie eine Hüllkurve, die eine Konturlinie
der jeweiligen Fläche
(63, 73, 83; 103, 113, 123; 64, 74, 84; 104, 114, 124)
ist. Die Krümmungsradien
der Konturlinien können
entlang dieser Konturlinien konstant sein oder stetig oder unstetig
zu- und/oder abnehmen,
etc. Auch Sprünge oder
gerade Abschnitte der Konturlinien sind denkbar.
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Die
Linsensegmente (61, 71, 81) der Primärlinse (50)
sind in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
Teile von oberen Abschnitten von Linsen. Die Dicke des einzelnen
Linsensegments (61, 71, 81) nimmt – in der
Darstellung der 2 – von oben nach unten zu. Die
Oberseite (62) des oberen Linsensegments ist hier zwei
Prozent der Bezugslänge
(27) lang, die Unterseite hat die fünffache Länge der Oberseite (62).
Die Oberseite (72) des mittleren Linsensegments (71)
hat z.B. eine Länge
von sieben Prozent der Bezugslänge
(27), die Unterseite ist doppelt so lang. Im unteren Linsensegment
(81) beträgt die
Länge der
Oberseite (82) beispielsweise fünf Prozent der Bezugslänge (27),
nach unten hin steigt die Länge
auf das dreifache.
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Die
Höhe des
oberen (61) und des mittleren Linsensegments (71)
beträgt
hier in den Mittenquerflächen
(65, 75) 11% der Bezugslänge (27), die Höhe des unteren
Linsensegments (81) 16% der Bezugslänge (27). Die Mittenquerfläche (65)
des oberen Linsensegments (61) ist z.B. um 3 Grad zu einer
Normalenebene der optischen Achse (25) geneigt, wobei die
Oberseite (62) des Linsensegments (61) entgegen
der Lichtausbreitungsrichtung (26) versetzt ist. Die Mittenquerfläche (75)
des mittleren Linsensegments (71) steht beispielsweise
normal zur optischen Achse (25). Im unteren Linsensegment
(81) ist in diesem Ausführungsbeispiel
die Mittenquerfläche
(85) z.B. um 16 Grad zu einer Normalenebene der optischen
Achse (25) geneigt, wobei die Oberseite (82) in
der Lichtausbreitungsrichtung (26) nach vorne geneigt ist.
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Die
Lichteintrittsfläche
(63) des oberen Linsensegments (61) beträgt in diesem
Ausführungsbeispiel
31% der gesamten Lichteintrittsflächen (63, 73, 83).
Die Lichteintrittsfläche
(73) des mittleren Linsensegments (71) beträgt 29% und
die Lichteintrittsfläche
(83) des unteren Linsensegments (81) 40% der Summe
dieser Flächen
(63, 73, 83).
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Das
obere Linsensegment (61) hat beispielsweise eine keilförmige Gestalt.
Die quer zur vertikalen Mittenlängsebene
(21) orientierten Kanten der Oberseite (62) liegen
zumindest annähernd
parallel zur horizontalen Mittenlängsebene (22), die
Unterkanten (66, 67) fallen hier von der rechten
zur linken Fahrzeugseite ab. Zumindest die Unterkante (66), die
die Lichteintrittsfläche
(63) begrenzt, schließt – in der
Lichtausbreitungsrichtung (26) betrachtet – in diesem
Ausführungsbeispiel
mit der horizontalen Mittenlängsebene
(22) einen Winkel von 15 Grad ein. Die Oberseite (62)
kann auch z.B. konvex gewölbt ausgeführt sein.
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Sowohl
die Lichteintrittsfläche
(63) als auch die Lichtaustrittsfläche (64) sind konvex
gekrümmt. Beispielsweise
sind die Hüllflächen dieser
Flächen (63, 64)
jeweils Mantelflächenabschnitte
einer dreidimensional gekrümmten
asphärischen
Fläche.
Beide Flächen
sind z.B. so ausgebildet, dass zwei Hauptachsen eine Ebene aufspannen,
die parallel zur Unterkante (66) liegt und sich mit der
horizontalen Mittenlängsebene
(22) in einer Geraden parallel zur optischen Achse (25)
schneidet. Eine der genannten Hauptachsen und die dritte Hauptachsen
spannen dann eine normal zu dieser Ebene angeordnete Ebene auf,
in der die optische Achse (25) liegt oder die die optische
Achse (25) nicht schneidet. Die Mantelflächenabschnitte
können
auch Abschnitte von Torusmantelflächen, Ellipsoidmantelflächen, etc.
sein.
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Die
Unterkante (66) der Lichteintrittsfläche (63) hat in diesem
Ausführungsbeispiel
in der vertikalen Mittenlängsebene
(21) einen Abstand von 10 % der Bezugslänge (27) von der horizontalen
Mittenlängsebene
(22). Von der Unterkante (67) der Lichtaustrittsfläche (64)
beträgt
der Abstand zur horizontalen Mittenlängsebene (22), ebenfalls
in der vertikalen Mittenlängsebene
(21) gemessen, 11 % der Bezugslänge (27).
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In
der vertikalen Mittenlängsebene
(21) hat in der Darstellung der 2 die Hüllkontur
der Lichteintrittsfläche
(63) z.B. einen konstanten Krümmungsradius. Dieser beträgt beispielsweise
41% der Bezugslänge
(27) des Lichtmoduls (20). Der Krümmungsmittelpunkt
(68) liegt hier um 60% der Bezugslänge (27) in der Lichtausbreitungsrichtung
(26) versetzt zum lichtemittierenden Chip (33)
und um vier Prozent der Bezugslänge
(27) versetzt oberhalb der horizontalen Mittenlängsebene
(22). Der Radius der Hüllkontur der
Lichteintrittsfläche
(63) kann zum oberen und/oder zum unteren Rand hin zu- oder abnehmen. Die
Lichteintrittsseite (63) kann auch als Planfläche ausgebildet
sein.
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Die
Hüllfläche der
Lichtaustrittsfläche
(64) hat in der vertikalen Mittenlängsebene (21) beispielsweise
ebenfalls einen konstanten Krümmungsradius. Dieser
beträgt
z.B. 61% der Bezugslänge
(27). Der Krümmungsmittelpunkt
(69) liegt hier um vier Prozent der Bezugslänge (27)
entgegen der Lichtausbreitungsrichtung (26) versetzt zum
lichtemittierenden Chip (33) und liegt um drei Prozent
dieser Länge oberhalb
der horizontalen Mittenlängsebene
(22). Auch der Krümmungsradius
der Hüll kontur
der Lichtaustrittsfläche
(64) kann zum oberen und/oder zum unteren Rand hin zu-
oder abnehmen.
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In
einer Ebene parallel zur horizontalen Mittenlängsebene (22) durch
den Krümmungsmittelpunkt
(69) ist in diesem Ausführungsbeispiel
der Krümmungsradius
der Hüllfläche der
Lichtaustrittsfläche
(64) größer als
der Abstand der Lichtquelle (30) zur Lichtaustrittsfläche (64).
Er ist jedoch kleiner als das Fünfzigfache
der Bezugslänge
(27).
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Das
Flächenelement
der Hüllfläche der Lichtaustrittsfläche (64),
das im Schnittpunkt der beiden genannten Ebenen – der vertikalen Mittenlängsebene
(21) und der Ebene parallel zur horizontalen Mittenlängsebene
(22) – liegt,
ist somit mindestens zweiachsig gekrümmt. Die jeweiligen Krümmungen
sind die Kehrwerte der Krümmungsradien.
Die Summe der Krümmungen
des Flächenelementes
in zwei zueinander normalen Ebenen liegt beispielsweise zwischen
dem zwei- und zehnfachen des Kehrwertes der Bezugslänge (27).
Analog gelten diese Zusammenhänge
z.B. auch für
ein Flächenelement der
Hüllfläche der
Lichtaustrittsfläche
(64), das in der Schnittgeraden der Hauptachsenebenen liegt.
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Das
mittlere Linsensegment (71) ist hier, anschließend an
das obere Linsensegment (61), ebenfalls keilförmig ausgebildet.
Die Oberseite (72) ist z.B. schräg ausgebildet. Die Unterkanten
(76, 77) liegen beispielsweise parallel zur horizontalen
Mittenlängsebene
(22).
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Die
Hüllflächen der
Lichteintritts- (73) und der Lichtaustrittsfläche (74)
sind in diesem Ausführungsbeispiel
zumindest annähernd
Abschnitte von Mantelflächen
eines dreiachsig gekrümmten
Körpers mit
normal zueinander liegenden Hauptachsen. Zwei Hauptachsen spannen
die vertikale Mittenlängsebene
(21) oder eine Ebene parallel hierzu auf. Die dritte Hauptachse
liegt z.B. in einer Ebene, die um drei Prozent der Bezugslänge (27)
unterhalb der horizontalen Mittellängsebene (22) liegt
und parallel zu dieser ausgerichtet ist.
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Die
Unterkante (76) der Lichteintrittsfläche (73) liegt beispielsweise
in der horizontalen Mittenlängsebene
(22). Die Unterkante (77) der Lichtaustrittsfläche (74)
liegt z.B. um ein Prozent der Bezugslänge (27) unterhalb
dieser Ebene (22).
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In
dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
beträgt
der Krümmungsradius des
Schmiegkreises der Lichteintrittsfläche (73), der die
von den horizontalen Hauptachsen aufgespannte Ebene schneidet, in
der vertikalen Mittenlängsebene (21)
26% der Bezugslänge
(27). Der Mittelpunkt (78) dieses Schmiegkreises
liegt hier um 44% der Bezugslänge
(27) in der Lichtausbreitungsrichtung (26) versetzt
zum lichtemittierenden Chip (33) und um drei Prozent der
Bezugslänge
(27) versetzt unterhalb der horizontalen Mittenlängsebene
(22).
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Der
entsprechende Krümmungsradius
der Lichtaustrittsfläche
(74) beträgt
z.B. 28% der Bezugslänge
(27). Der Krümmungsmittelpunkt
(79) ist hier um drei Prozent der Bezugslänge (27)
in der Lichtausbreitungsrichtung (26) versetzt zum lichtemittierenden
Chip (33) und liegt um drei Prozent dieser Länge (27)
unterhalb der horizontalen Mittenlängsebene (22).
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In
einer Ebene parallel zur horizontalen Mittenlängsebene (22) durch
den Krümmungsmittelpunkt
(79) ist der Krümmungsradius
der Lichtaustrittsfläche
(74) in diesem Ausführungsbeispiel
um 20% größer als
der Krümmungsradius
der Hüllfläche der
Lichtaustrittsfläche
(64) des oberen Linsensegments (61) in einer Ebene
parallel zur horizontalen Mittenlängsebene (22). Der Krümmungsradius
des Flächenelements
der Lichtaustrittsfläche
(74) in dieser Ebene ist mindestens um 15% größer als
der entsprechende Krümmungsradius
des oberen Linsensegments (61). Der Krümmungsradius der Lichtaustrittsfläche (74)
in einer horizontalen Ebene kann auch unendlich sein. Die Hüllfläche der
Lichtaustrittsfläche
(74) hat dann die Gestalt eines Abschnitts einer Zylindermantelfläche. Die
Summe der beiden Krümmungsradien
ist somit größer als
die Summe der entsprechenden Krümmungsradien
des oberen Linsensegments (61).
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Das
untere Linsensegment (81) der Primärlinse (50) ist in
diesem Ausführungsbeispiel
ein oberer Abschnitt einer Linse, deren Lichteintrittsfläche (83)
z.B. eine Planfläche
ist und deren Lichtaustrittsfläche
(84) dreiachsig konvex gekrümmt ist. Die Planfläche (83)
schließt
mit der horizontalen Mittenlängsebene
(22) beispielsweise einen Winkel von 50 Grad ein, wobei
die Oberkante (87) dieser Planfläche (83) in der Lichtausbreitungsrichtung
(26) versetzt ist zur Unterkante (86).
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Die
Hüllfläche der
Lichtaustrittsfläche
(84) ist beispielsweise eine dreiachsig konvex gekrümmte Fläche, wobei
jeweils zwei Achsen eine Krümmungsebene
aufspannen. Diese Krümmungsebenen
stehen hier normal aufeinander. Eine dieser Krümmungsebenen liegt beispielsweise
in der vertikalen Mittenlängsebene
(21), eine andere z.B. in einer Ebene, die gegenüber der
horizontalen Mittenlängsebene
(22) um 16 Grad geneigt ist. Der Krümmungsmittelpunkt (89)
des Schmiegkreises in der vertikalen Mittenlängsebene (21) liegt
hier um 13% der Bezugslänge
(27) versetzt zum lichtemittierenden Chip (33) entgegen
der Lichtausbreitungsrichtung (26). Der Krümmungsradius
in dieser Ebene beträgt
hier 33% der Bezugslänge
(27). In der zur horizontalen Mittenlängsebene (22) geneigten
Krümmungsebene
ist der Krümmungsradius
beispielsweise um 20% größer als der
Krümmungsradius
des oberen Linsensegments (61) in der entsprechen den z.B.
horizontalen Hauptachsenebene der Hüllfläche der Lichtaustrittsfläche (64).
Die Summe der Krümmungsradien
eines Flächenelementes
der Lichtaustrittsfläche
(84) des unteren Linsensegments (81) in zwei zueinander
normalen Ebenen ist damit in diesem Ausführungsbeispiel größer als
die Summe der entsprechenden Krümmungsradien
der Lichtaustrittsfläche
(74) des mittleren Linsensegments (71) und größer als
die Summe der entsprechenden Krümmungsradien
der Lichtaustrittsfläche
(64) des oberen Linsensegments (61).
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In
der Sekundärlinse
(90) sind im Ausführungsbeispiel
alle Linsensegmente (101, 111, 121) Abschnitte
plankonvexer Linsen. Die Lichteintrittsflächen (103, 113, 123)
dieser Linsensegmente (101, 111, 121)
sind z.B. Planflächen,
die beispielsweise in einer gemeinsamen Ebene normal zur optischen Achse
(25) liegen. Der Abstand der Lichteintrittsflächen (103, 113, 123)
von der Lichtquelle (30) beträgt 82% der Bezugslänge (27).
Die Lichteintrittsflächen (103, 113, 123)
oder einzelne Lichteintrittsflächen (103; 113; 123)
können
auch z.B. konkav gewölbt sein.
Die optische Achse (25) schneidet das mittlere Linsensegment
(111) der Sekundärlinse
(90).
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Das
obere Linsensegment (101) und das untere Linsensegment
(121) der Sekundärlinse
(90) sind z.B. obere Linsenabschnitte einer Linse. Beim oberen
Linsensegment (101) beträgt die Linsendicke oben z.B.
7,5% der Bezugslänge
(27), nach unten hin steigt die Dicke dieses Linsensegments
(101) um etwa 50% an. Im unteren Linsensegment (121)
beträgt
die maximale Dicke 15% der Bezugslänge (27). Die Höhe des oberen
Linsensegments (101) beträgt z.B. 16% der Bezugslänge (27),
das untere Linsensegment (121) ist z.B. 27% der Bezugslänge (27) hoch.
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Das
mittlere Linsensegment (111) ist beispielsweise ein mittlerer
Abschnitt einer Linse, der hier unsymmetrisch zur horizontalen Mittenlängsebene
(22) liegt. Das mittlere Linsensegment (111) umfasst
somit sowohl einen oberen Abschnitt als auch einen unteren Abschnitt
einer Linse. In Richtung des oberen Linsensegments (101)
ragt es um 8% der Bezugslänge
(27) über
die horizontale Mittenlängsebene
(22), nach unten steht es um 13% der Bezugslänge (27) über diese
Ebene (22) über.
Die Stärke
des Linsensegments (111) in der horizontalen Mittenlängsebene
(22) beträgt
hier 12% der Bezugslänge (27).
Das mittlere Linsensegment (111) hat eine Höhe von 22%
dieser Bezugslänge
(27). Die Linsensegmente (101, 111, 121)
haben beispielsweise über
ihre Breite – normal
zur Schnittebene der 2 – eine konstante Höhe.
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Die
Hüllfläche der
Lichtaustrittsfläche
(104) des oberen Linsensegments (101) hat beispielsweise die
Gestalt eines Abschnitts einer dreiachsig konvex gekrümmten asphärischen
Fläche.
Die Hauptachsen der Hüllfläche dieser
Fläche
liegen z.B. normal zueinander. Eine von den Hauptachsen aufgespannte Ebene
liegt zumindest parallel zu einer Ebene, die von den Richtungen
der optischen Achse (25) und der Unterkante (66)
aufgespannt wird. Eine andere Krümmungsebene
ist z.B. gegenüber
der vertikalen Mittenlängsebene
(21) geneigt. In der vertikalen Mittenlängsebene (21) beträgt hier
der Abstand der erstgenannten Hauptachsenebene zur horizontalen
Mittenlängsebene
(22) 10% der Bezugslänge
(27). Der Krümmungsradius
des Schmiegkreises, der die genannte Hauptachsenebene schneidet,
beträgt
in der vertikalen Mittenlängsebene
in diesem Ausführungsbeispiel
im Mittel 37% der Bezugslänge
(27). Der Krümmungsmittelpunkt
(109) liegt z.B. um 57% der Bezugslänge (27) in der Lichtausbreitungsrichtung (26)
versetzt zum lichtemittierenden Chip (33) und um 10% der
Bezugslänge
(27) oberhalb der horizontalen Mittenlängsebene (22). Der
Schmiegkreis in der zur vertikalen Mittenlängsebene (21) geneigten Hauptachsenebene
beträgt
dann beispielsweise 44% der Bezugslänge (27). Der Schmiegkreis
dieses Linsensegments (101) in der von den Hauptachsen aufgespannten
Ebene, der die vertikale Mittenlängsebene
(21) schneidet, hat einen Radius von 170% der Bezugslänge (27).
Die Summe dieser beiden letztgenannten Radien beträgt hier
somit 214% der Bezugslänge
(27).
-
Die
Lichtaustrittsfläche
(104) kann auch zweiachsig gekrümmt sein. Sie hat dann beispielsweise
die Gestalt eines Torus. Hierbei hat dann die Kontur der Lichtaustrittsfläche (104)
in der vertikalen Mittenlängsebene
(21) einen konstanten Krümmungsradius. Außerdem gilt
dann z.B. für
jede horizontale Ebene, dass der Krümmungsradius der Kontur – der Schnittlinie
der Lichtaustrittsfläche
(104) mit einer Ebene – in
dieser Ebene konstant ist.
-
Die
Hüllflächen der
Lichtaustrittsflächen (114, 124)
des mittleren Linsensegments (111) und des unteren Linsensegments
(121) sind in diesem Ausführungsbeispiel Abschnitte von
Zylindermantelflächen.
Die Zylinderachse der Lichtaustrittsfläche (114) liegt zumindest
annähernd
in der horizontalen Mittenlängsebene
(22). Die Zylinderachse der Lichtaustrittsfläche (124)
liegt in einer hierzu zumindest annähernd parallelen Ebene. Beide
sind normal zur vertikalen Mittenlängsebene (21) ausgerichtet. Die
Hüllflächen der
Lichtaustrittsflächen
(114, 124) können
auch langgezogene asphärische
Flächen sein.
-
Beim
mittleren Linsensegment (111) beträgt der Abstand der Zylinderachse
zur Lichtaustrittsfläche
(114) hier 34% der Bezugslänge (27). Dieser Abstand
entspricht dem Krümmungsradius
der Kontur (118) der Lichtaustrittsfläche (114) in der vertikalen Mittenlängsebene
(22). Der Abstand des Krümmungsmittel punkts (119)
vom lichtemittierenden Chip (33) beträgt z.B. 60% der Bezugslänge (27).
Die zweite Krümmungsebene
ist hier die horizontale Mittenlängsebene
(22). Die optische Achse (25) steht damit in diesem
Ausführungsbeispiel
normal zur Tangentialebene (23) der Lichtaustrittsfläche (114)
im Schnittpunkt mit der optischen Achse (25). Der Krümmungsradius
der Lichtaustrittsfläche
(114) in der horizontalen Mittenlängsebene (22) ist
beispielsweise unendlich. Die Summe der beiden Radien ist somit unendlich.
-
Im
unteren Linsensegment (121) ist die Hüllkontur (128) der
Lichtaustrittsfläche
(124) in der vertikalen Mittenlängsebene (21) ein
Kreisabschnitt mit einem Radius von beispielsweise 40% der Bezugslänge (27).
Der Mittelpunkt (129) dieses Kreisabschnitts liegt um 56%
in der Lichtausbreitungsrichtung (26) versetzt zum lichtemittierenden
Chip (33) unterhalb der horizontalen Mittenlängsebene
(22) und hat zu dieser einen Abstand von 33% der Bezugslänge (27).
Der zweite Krümmungsradius
der Lichtaustrittsfläche
(124) hat auch beim unteren Linsensegment (121)
einen unendlichen Radius. Die Summe der beiden Radien ist damit
unendlich.
-
Im
mittleren (111) und unteren Linsensegment (121)
kann die Lichtaustrittsfläche
(124) die Gestalt einer Torusmantelfläche haben. Die Krümmungsradien
der Konturen der Lichtaustrittsflächen (114, 124)
in der horizontalen Mittenlängsebene
(22) oder in zu dieser Ebene (22) parallelen Ebenen
ist dann beispielsweise größer als
das Fünfzigfache
der Bezugslänge
(27). Die Summen der beiden Krümmungsradien ist dann ebenfalls
größer als
das Fünfzigfache
der Bezugslänge
(27).
-
Der
Raum zwischen der Primärlinse
(50) und der Sekundärlinse
(40) wird im dargestellten Ausführungsbeispiel nach unten durch
einen Spiegel (130) begrenzt. Dies ist beispiels weise ein
Planspiegel, dessen Ränder
hier unterhalb der Primärlinse
(50) und unterhalb der Sekundärlinse (90) liegen.
Der Planspiegel (130) liegt an der Unterkante (86)
der Lichtaustrittsfläche
(84) des unteren Linsensegments (81) der Primärlinse (50)
und an der Unterkante (126) der Lichteintrittsfläche (123)
des unteren Linsensegments (121) der Sekundärlinse (90)
an. Diese beiden Kanten (86, 126) begrenzen die
Reflexionsfläche (131)
des Spiegels (130). Der Spiegel (130) schließt in der
vertikalen Mittenlängsebene
(21), vgl. 2, mit der horizontalen Mittenlängsebene
(22) einen Winkel von 20 Grad ein. Beispielsweise liegt
der Spiegel (130) normal zu der Ebene der Winkelhalbierenden
der Lichteintrittsflächen
(83, 123) des Linsensegments (81) der
Primärlinse
(50) und des Linsensegments (121) der Sekundärlinse (90).
-
Der
Planspiegel (130) kann auch größer sein, als er in den 1 und 2 dargestellt
ist. So kann er z.B. seitlich im Gehäuse oder in Längsrichtung
an den Linsen (50, 90) verankert sein. In diesen Randbereichen,
außerhalb
des genutzten Reflexionsbereichs (131) in dem in einer
Draufsicht auf das Lichtmodul (20) z.B. sichtbaren Zwischenraum
zwischen den Linsen (50, 90), kann der hier als
Planspiegel (130) bezeichnete Spiegel (130) auch
Wölbungen
oder nicht reflektierende Bereiche aufweisen.
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Der
Scheinwerfer (10) kann auch derart aufgebaut sein, dass
der Planspiegel (130) an den Linsensegmenten (61, 101)
liegt, die hohe Krümmungen aufweisen.
Er kann auch an die mittleren Linsensegmente (71, 111)
angrenzen. Auch der Einsatz mehrerer Spiegel (130) ist
denkbar. Der Scheinwerfer (10) kann z.B. bei einer Ausführung mit
einer großen
Kondensorlinse (40) oder mit Lichtleitkörpern ohne Spiegel (130)
ausgeführt
sein.
-
Die
Primär-
(50) und die Sekundärlinse
(90) können
auch weitere Linsensegmente aufweisen. Die Gestalt dieser Linsensegmente
entspricht dann weitgehend einem der beschriebenen Linsensegmente
(61, 71, 81, 101, 111, 121)
der Primärlinse
(50) bzw. der Sekundärlinse
(90). So können
z.B. die Linsen (50, 90) z.B. mehrere Linsensegmente
(61, 101) haben, wobei zumindest in der Lichtaustrittsfläche (64)
des Linsensegments (61) die Summe der Krümmungsradien
in zwei aufeinander normal liegenden Ebenen niedriger ist als in
mindestens einer anderen Lichtaustrittsfläche (74, 84)
der Primärlinse
(50).
-
Der
Abblendlichtscheinwerfer (10) ist beispielsweise so aufgebaut,
dass es zu jedem Punkt einer Kante (76) der Lichteintrittsfläche (73)
des mittleren Linsensegments (71) der Primärlinse (50)
eine Gerade gibt, die diesen Punkt mit einen Punkt der zugehörigen Lichtaustrittsfläche (114)
der Sekundärlinse
(90) verbindet. Diese Gerade steht normal zu einer Tangentialebene
(23) in dem Durchstoßpunkt
der Lichtaustrittsfläche
(114). Außerdem
steht sie normal zu einer Tangentialebene im Durchstoßpunkt der
Geraden durch die Lichteintrittsfläche (113) der Sekundärlinse (90).
Die Gerade der mittleren Linsensegmente (71, 111)
kann hierbei z.B. in einer Ebene parallel zur horizontalen Mittenlängsebene
(22) liegen.
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Beim
Betrieb der Lichtquelle (30) emittiert der lichtemittierende
Chip (33) Licht (140) z.B. als Lambert'scher Strahler in
einen Halbraum. Die Leuchtdiode (30) erzeugt beispielsweise
einen Lichtstrom, der größer ist
als 50 lm. Die Abstrahlung ist divergent und weist nur ein gering
ausgeprägtes
Maximum auf. Die Lichtstärke
der Lichtquelle (30) fällt zum
Rand hin – mit
steigendem Winkel zwischen der Lichtabstrahlung und der optischen
Achse (25) – kontinuierlich
ab.
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Das
aus der Lichtquelle (30) austretende Licht (140)
wird z.B. mittels der Kondensorlinse (40) in Richtung der
optischen Achse (25) gebündelt. Der Lichtaustritt aus
der Kondensorlinse (40) erfolgt dann z.B. innerhalb eines
gedachten, sich in der Lichtausbreitungsrichtung (26) aufweitenden
Kegels mit einem Spitzenwinkel von 60 Grad, wobei die Kegelachse
mit der optischen Achse (25) zusammenfällt.
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Es
ist auch denkbar, eine Leuchtdiode (30) mit einer engeren
Abstrahlcharakteristik, z.B. mit +/– 30 Grad zur optischen Achse
(25), einzusetzen. Hierbei kann gegebenenfalls auf den
Lichtverteilkörper (34)
und/oder auf die Kondensorlinse (40) verzichtet werden.
Das von der Leuchtdiode (30) emittierte Licht (140)
kann dann z.B. verlustarm in die Primärlinse (50) eingekoppelt
werden.
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Das
Licht (140) trifft auf die Lichteintrittsflächen (63, 73, 83)
der Primärlinse
(50) auf und tritt durch diese Lichteintrittsflächen (63, 73, 83)
in die Linsensegmente (61, 71, 81) der
Primärlinse
(50) ein. Hierbei wird das Lichtbündel (140) in drei
Teillichtbündel
(141-143) geteilt.
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In
der 4 ist ein Strahlengang der einzelnen Teillichtbündel (141-143)
beispielsweise dargestellt. Die 5 zeigt
eine Draufsicht auf das Lichtmodul (20). In dieser Figur
sind beispielsweise das obere Lichtbündel (141), das mittlere
Lichtbündel (142)
und das untere Lichtbündel
(143) dargestellt. Das mittlere (142) und das
untere Lichtbündel
(143) sind in der Draufsicht z.B. kongruent zueinander.
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Das
obere Teillichtbündel
(141) wird durch Licht der Lichtquelle (30) erzeugt,
das mit der optischen Achse (25) einen Winkel einschließt, der
beispielsweise größer ist
als 20 Grad. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Lichtbündel (141)
aus Licht, das innerhalb eines Winkelsegments zwischen 25 Grad und
45 Grad zur optischen Achse (25) von der Lichtquelle (30)
abgestrahlt wird. Dieses Teillichtbündel (141) hat somit
keine einheitliche Lichtstärke.
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Dieses
obere Teillichtbündel
(141) trifft auf die Lichteintrittsfläche (63) des oberen
Linsensegments (61). Hierbei trifft das Licht höherer Lichtstärke auf
den unteren Bereich der Lichteintrittsfläche (63). Beim Durchdringen
der Lichteintrittsfläche
(63) werden die einzelnen Lichtstrahlen in Richtung es
Lots auf die Lichteintrittsfläche
(63) im Durchtrittspunkt gebrochen. Beim Durchtritt durch
die Lichtaustrittsfläche
(64) – die
Lichtaustrittsfläche
(64) wird hierbei nicht vollständig ausgeleuchtet – wird das
Lichtbündel
(141) beispielsweise sowohl in horizontaler als auch in
vertikaler Richtung aufgefächert.
Hierbei ist es so ausgerichtet, dass das gesamte Teillichtbündel (141)
nur auf die Lichteintrittsfläch
(103) des oberen Linsensegments (101) der Sekundärlinse (90)
trifft. Das Lichtbündel
(141) tritt durch die Lichtaustrittsfläche (104) aus der
Sekundärlinse
(90) aus. Hierbei wird es in vertikaler Richtung und in
horizontaler Richtung geringfügig
gebündelt.
Der Öffnungswinkel des
Lichtbündels
in horizontaler Richtung beträgt
beispielsweise 13 Grad, in vertikaler Richtung z.B. 10 Grad.
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Zur
Veranschaulichung des Strahlengangs ist in der 4 vereinfacht
ein Abschnitt der Mittenquerfläche
(65) als Objekt (165) dargestellt. Außerdem sind
zur Veranschaulichung als Srahlengänge die Strahlengänge dünner Linsen
dargestellt. Von oberen und vom unteren Endpunkt das Objekts (165) aus
verlaufen die Parallelstrahlen (162, 166), die Knotenpunktstrahlen
(163, 167) und die Brennpunktstrahlen (164, 168)
zur Sekundärlinse
(90). Im Strahlenmodell sind auch die gedachten Strahlen
dargestellt, die außerhalb
des Abbildungsbereichs liegen, so z.B. der Brennpunktstrahl (164).
Der Abstand der Primärlinse
(50) zur Sekundärlinse
(90) ist größer als der
maximale Krümmungsradius
der Hüllgestalt
der Lichtaustrittsfläche
(104) des oberen Linsensegments (101) in der vertikalen
Mittenlängsebene
(21) oder in einer hierzu parallelen Ebene.
-
In
einer Entfernung von beispielsweise 25 Metern von der Sekundärlinse (90) – diese
Entfernung ist größer als
das Hundertfache des Krümmungsradius
der Hüllfläche in der
vertikalen Mittenlängsebene
(21) – erzeugt
das Lichtbündel
(141) z.B. ein durch einen Polygonzug begrenzten hellen
Bereich (151), einen sogenannten Hot-Spot (151),
vgl. 6. In vertikaler Richtung wird das Objekt (165) scharf
abgebildet, in horizontaler Richtung wird ein unscharf begrenzter
Fleck erzeugt. Hierbei wird die Unterkante des Objekts (165)
als obere Begrenzung des Hot-Spots (151) abgebildet, während die
Abbildung der Oberkante des Objekts (165) den Hot-Spot (151)
nach unten hin begrenzt. Da das Teillichtbündel (141) keine einheitliche
Lichtstärke
hat, hat die Projektion des Objekts (165) zumindest in
vertikaler Richtung keine konstante Lichtstärke. Das Intensitätsmaximum
(152) des Hot-Spots (151) liegt unterhalb der
optischen Achse (25) und der horizontalen Mittenlängsebene
(22). Er liegt damit unterhalb des Horizonts. Die Lichtstärke auf
der Messwand (2) – bei alleiniger
Betrachtung des oberen Lichtbündels
(141) – klingt
vom Intensitätsmaximum
(152) des Hot-Spots (151) nach außen hin
kontinuierlich ab. Der ausgeleuchtete Bereich (150) steigt
hier nach rechts oben an, wobei der Winkel des Anstiegs dem Neigungswinkel
der Unterkante (66) zur horizontalen Mittenlängsebene
(22) entspricht.
-
Die
Höhe des
ausgeleuchteten Bereichs (150) ergibt sich aus dem Quotienten
aus der Objekthöhe
und dem Abstand der Linsen segmente (61) und (101),
multipliziert mit dem Abstand zwischen dem Scheinwerfer (10)
und der Messwand (2).
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Das
mittlere Teillichtbündel
(142) wird durch Licht der Lichtquelle (30) erzeugt,
das mit der optischen Achse (25) einen Winkel einschließt, der
beispielsweise kleiner ist als 25 Grad. Auch dieses Teillichtbündel (142)
hat somit keine einheitliche Lichtstärke.
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Das
mittlere Teillichtbündel
(142) tritt durch die Lichteintrittsfläche (73) in das mittlere
Linsensegment (71) der Primärlinse (50). Beim
Austritt aus der Primärlinse
(50) – auch
in diesem Linsensegment (71) wird nur ein Teil der Lichtaustrittsfläche (74)
ausgeleuchtet – wird
das Lichtbündel
(142) in horizontaler Richtung beispielsweise aufgeweitet,
vgl. 5. In vertikaler Richtung wird das Lichtbündel (142)
mittels des Linsensegments (71) der Primärlinse (50) derart
ausgerichtet, dass das gesamte Lichtbündel (142) auf die
Lichteintrittsfläche
(113) des mittleren Linsensegments (111) der Sekundärlinse (90)
trifft.
-
Beim
Austritt aus der Sekundärlinse
(90) wird das Lichtbündel
(142) beispielsweise in vertikaler Richtung auf ein Winkelsegment
von 10 Grad gebündelt.
In horizontaler Richtung wird das Lichtbündel (142) beispielsweise
auf ein Winkelsegment von 26 Grad aufgeweitet. Das Objekt (175) – es ist
hier vereinfacht als Teil der Mittenquerfläche (75) dargestellt – wird dann
in einer Entfernung, die beispielsweise dem Hundertfachen der Bezugslänge (27)
entspricht, in vertikaler Richtung projiziert und scharf abgebildet. In
horizontaler Richtung ergibt sich ein breites ausgeleuchtetes Feld.
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Die 4 zeigt
einen stark vereinfachten Strahlengang dieses Teillichtbündels (142).
Die untere Kante des Objekts (175) wird durch die Unterkante (76)
der Lichteintrittsfläche
(73) erzeugt. Diese Kante des Objekts (175) ist
eine Hell-Dunkel-Grenze
innerhalb des Linsensegments (71). Bei dem Anteil des Teillichtbündels (142),
der das untere Ende des Objekts (175) abbildet, fallen
beispielsweise der Parallelstrahl (176), der Knotenpunktstrahl
(177) und der Brennpunktstrahl (178) zumindest
annähernd
zusammen. Diese Strahlen (176-178) liegen damit
in einer gemeinsamen Ebene, die normal ist zur Tangentialebene (23)
an der Lichtaustrittsfläche
(114). Beim Austritt aus der Sekundärlinse (90) liegen
die Strahlen (176-178) zumindest annähernd parallel
zueinander. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel liegen sie in
der horizontalen Mittenlängsebene
(22). Die Objektkante, bzw. die Unterkante (76)
der Lichteintrittsfläche
(73), wird als scharf begrenzte Oberkante (153),
den sogenannten Cut-off (153), des ausgeleuchteten Bereichs
(150) auf der Messwand (2) abgebildet.
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Beim
alleinigen Betrieb des Lichtmoduls (20) mit diesem Lichtbündel (142) – die Lichteintrittsflächen (63, 83)
der beiden anderen Linsensegmente (61, 81) sind
beispielsweise abgedunkelt – ergibt
sich auf einer z.B. in einer Entfernung von 25 Metern aufgestellten
Messwand (2) ein ausgeleuchtetes Feld mit der Gestalt des
Objekts (175) des Linsensegments (71). Dieses
Feld hat nur geringe Helligkeitsschwankungen. Der Anteil des Lichtbündels (142), der
von der Lichtquelle (30) zumindest annähernd parallel zur optischen
Achse (25) – das
ist beispielsweise innerhalb eines Winkels von 5 Grad zur optischen
Achse (25) – abgestrahlt
wird, projiziert die Unterkante des Objekts (175) als waagerecht
liegenden, scharf ausgeprägten
Cut-off (153), also als Hell-Dunkel-Grenze auf die Messwand
(2), vgl. 6. Die anderen Begrenzungen
(155) des ausgeleuchteten Bereichs (150) sind
unscharf ausgebildet. Der Cut-off (153) liegt hier beispielsweise
auf der Horizontebene (156), die mit der horizontalen Mittenlängsebene
(22) zusammenfällt.
Der Cut-off kann z.B. auch – je
nach Einbau im Kraftfahrzeug – 0,7 Grad
unterhalb der Horizontlinie (156) liegen.
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In
dem in den 1 und 2 dargestellten Lichtmodul
(20) ist der Quotient aus der Höhe der Objekts (165)
des Linsensegments (61) der Primärlinse (50) und dem
Abstand der Linsensegments (101) zum Linsensegment (61)
zumindest annähernd gleich
dem entsprechenden Quotienten der Linsensegmente (71) und
(111). Damit ist auf einer Messwand, beispielsweise in
einer Entfernung von 25 Metern, die Höhe der beiden Abbildungen zumindest
annähernd
gleich.
-
Das
untere Lichtbündel
(143) tritt beispielsweise durch die Lichteintrittsfläche (83)
in das untere Linsensegment (81) der Primärlinse (50)
ein. Das aus diesem Linsensegment (81) austretende Lichtbündel (143)
trifft auf den Planspiegel (130). Hierbei wird der Teil
des Lichtbündels
(143), der nahe der Oberkante (88) der Lichtaustrittsfläche (84)
austritt, auf den Bereich des Spiegels (130) gelenkt, der
nahe der Sekundärlinse
(90) liegt. Der Teil des Lichtbündels (143), der nahe
der Unterkante (86) der Lichtaustrittsfläche (84)
aus der Primärlinse
(50) austritt, trifft auf den Bereich des Spiegels (130)
nahe der Primärlinse (50).
Das Lichtbündel
(143) wird am Planspiegel (130) in Richtung der
Sekundärlinse
(90) reflektiert. Hier trifft das Lichtbündel (143)
auf das untere Linsensegment (121) und tritt durch die
Lichteintrittsfläche
(123) in die Sekundärlinse
(90) ein. Der Teil des Lichtbündels (143), der nahe
der Primärlinse
(50) reflektiert wird, tritt nahezu waagerecht in den oberen Bereich
der Lichteintrittsfläche
(123) ein. Der Teil des Lichtbündels (143), der nahe
der Sekundärlinse
(90) reflektiert wird, tritt nahezu waagerecht in den unteren
Bereich der Lichteintrittsfläche
(123) ein.
-
Beim
Austritt aus der Sekundärlinse
(90) hat das Lichtbündel
(143) in vertikaler Richtung beispielsweise einen Öffnungswinkel
von 10 Grad. In horizontaler Richtung wird das Lichtbündel (143)
beispielsweise auf ein Winkelsegment von 26 Grad aufgeweitet.
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Im
Strahlenmodell der 4 ist das Linsensegment (81)
als virtuelles, am Spiegel (130) gespiegeltes virtuelles
Bild (181) dargestellt. Ein Teil (180) der Mittenquerfläche (85)
geht dabei in das virtuelle Objekt (185) über. Die
z.B. auf der Messwand (2) abgebildete Oberkante des Lichtbündels (143) – z.B. dargestellt
durch den Knotenpunktstrahl (187) – ist zumindest annähernd kongruent
mit dem Knotenpunktstrahl (177) des Lichtbündels (142).
Die Cut-off-Linien (153) beider Teillichtbündel (142, 143) fallen
somit weitgehend zusammen. Die maximale Abweichung zweier eine vertikale
Ebene aufspannender Knotenpunktstrahlen (177, 187)
beträgt
beispielsweise 1 Grad. Die Oberkante des Lichtbündels (143) liegt
dann z.B. unterhalb der Oberkante des Lichtbündels (142). Bei einem
Linsensegment (111, 121), dessen Linsenmitte nicht
ausgebildet ist, ist der Knotenpunktstrahl (177, 187)
ein gedachter Knotenpunktstrahl (177, 187).
-
Auch
im Strahlengang des Lichtbündels (143)
fällt der
Brennpunktstrahl (186) und der Mittelpunktstrahl (187),
die von der Unterkante des virtuellen Objekts (185) ausgehen,
zumindest annähernd zusammen.
In vertikaler Richtung ist das Lichtbündel (143) in diesem
Ausführungsbeispiel
stärker
aufgeweitet als das Lichtbündel
(142). Die auf der Messwand erzeugte Lichtverteilung ist
hier um 30% höher als
das Abbild, das mittels der mittleren Linsensegmente (71, 111)
erzeugt wird. Um diesen Betrag ist auch der Quotient aus der Höhe der Objekts
(185) und dem Abstand der Linsensegmente (81, 121)
grö ßer als
der entsprechende Quotient der Linsensegmente (71, 111)
für das
mittleren Lichtbündel
(142). Die beiden Quotienten können auch gleich groß sein, wodurch
die Höhen
der ausgeleuchteten Bereiche gleich sind.
-
Im
Ausführungsbeispiel
verbindet eine Gerade je einen Punkt der Kante (87), deren
virtuelles Bild (189) die Begrenzung des Objekts (185)
erzeugt, und einen Punkt der zugehörigen Lichtaustrittsfläche (124)
der Sekundärlinse
(90), wobei die Gerade normal ist zu einer Tangentialebene
(24) in dem Punkt der Lichtaustrittsfläche (124). Sie ist
außerdem
normal zu einer Tangentialebene im Durchstoßpunkt der Geraden durch die
Lichteintrittsfläche
(123) der Sekundärlinse
(90).
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Eine
dieser Geraden und eine gleichartige Gerade der mittleren Linsensegmente
(71, 111) spannen eine gemeinsame vertikale Ebene
auf. Diese beiden Geraden schließen in dieser Ebene einen Winkel
ein, der kleiner ist als 1 Grad. Beispielsweise beträgt dieser
Winkel 0,7 Grad, wobei beispielsweise die Gerade der unteren Linsensegmente
(81, 121) in der Lichtausbreitungsrichtung (26)
stärker
nach unten geneigt ist.
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Beim
alleinigen Betrieb des Lichtmoduls (20) mit diesem Lichtbündel (143) – die Lichteintrittsflächen (63, 73)
der beiden anderen Linsensegmente (61, 71) sind
beispielsweise abgedunkelt – ergibt
sich auf einer z.B. in einer Entfernung von 25 Metern aufgestellten
Messwand ein ausgeleuchteter Bereich mit nur geringen Helligkeitsschwankungen.
-
Bei
der Überlagerung
der beiden Grundverteilungen, die im Ausführungsbeispiel durch die mittleren
(71, 111) und die unteren Linsensegmente (81, 121)
der Primär-
(50) und der Sekundärlinse
(90) erzeugt werden, ergibt sich eine Lichtverteilung (150) gleichmäßiger Helligkeit
ohne helle oder dunkle Flecken. Die Begrenzungen (155)
des ausgeleuchteten Bereichs (150) ist an den Seiten und
nach unten unscharf, während
die Oberkante (153) durch eine waagerechte Linie scharf
begrenzt ist. Diese Oberkante (153) liegt hier unmittelbar
unter der Horizontlinie (156), vgl. 6, die beispielsweise
in der horizontalen Mittenlängsebene
(22) liegt. Die Höhe
des Abbildes (150) entspricht im Ausführungsbeispiel zumindest in
der Schnittebene der vertikalen Mittenlängsebene (21) 130%
der Höhe
der Grundverteilung, die mittels der mittleren Linsensegmente (71, 111)
erzeugt wird.
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Wird
nun zusätzlich
das mittels der oberen Linsensegmente (61, 101)
erzeugte Lichtbündel (141) überlagert,
ergibt sich der in der 6 dargestellte ausgeleuchtete
Bereich (150). Die einzelnen Linien (159) verbinden
Punkte gleicher Lichtstärke auf
der Messwand (2). Oberhalb des Hot-Spots (151) liegt
an der Horizontlinie (156) der waagerechte Cut-off (153),
der in einen 15 Grad-Anstieg (154) übergeht. An dieser Kante (153, 154)
fällt die
Lichtstärke
des ausgeleuchteten Feldes (150) – in Richtung des Bereichs
oberhalb der Horizontlinie (156) – sehr stark ab. Nach links
und nach unten fällt
die Lichtstärke über einen
Winkel von beispielsweise 8 Grad kontinuierlich ab, nach rechts
fällt die
Lichtstärke
z.B. in einem Winkelbereich von 10 Grad ab.
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Beim
Betrieb des Abblendlichtscheinwerfers in einem Kraftfahrzeug entsteht
so eine Lichtstärkeverteilung,
wie sie beispielsweise von herkömmlichen
Halogenscheinwerfern erzeugt wird. Die Blendung des Gegenverkehrs
wird durch die Anordnung des Cut-offs (153) unterhalb der
Horizontebene (156) verhindert. Gleichzeitig ermöglicht der
15 Grad-Anstieg eine Ausleuchtung des z.B. rechten Straßenrandes.
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Beim
Einsatz eines derartigen Abblendlichtscheinwerfers für den Linksverkehr
kann der Scheinwerfer so aufgebaut sein, dass die Unterkanten (66, 67)
der oberen Linsensegmente (61) von links oben nach rechts
unten abfallen.
-
Die 7 zeigt
einen Abblendlichtscheinwerfer (210) mit einem einzigen
Lichtmodul (220), dessen oberes Linsensegment (261)
parallel zur horizontalen Mittenlängsebene (22) des
Lichtmoduls (220) liegt. Auch das hieran anschließende mittlere Linsensegment
(271) ist parallel zu dieser Ebene (22) ausgerichtet.
Der Längsschnitt
dieses Lichtmoduls (220) in der vertikalen Mittenlängsebene
(22) ist beispielsweise identisch zur Darstellung der 2.
-
Beim
Betrieb des Abblendlichtscheinwerfers (210) ergibt sich
auf einer Messwand (2) z.B. die in der 8 dargestellte
Lichtverteilung (350). Der Hot-Spot (351) liegt
hier 1,5 Grad unterhalb der Horizontebene (356). Das ausgeleuchtete
Feld (350) auf der Messwand (2) ist annähernd symmetrisch
zur vertikalen Mittenlängsebene
(21). Der waagerechte Cut-off (353) ist deutlich ausgebildet
und bildet die Oberkante (353) des ausgeleuchteten Feldes
(350). Die Linien gleicher Lichtstärke (359) haben zur
Seite und nach unten hin weitgehend einen gleichen Abstand zueinander.
Die Lichtstärkeabfall
zu den Rändern
erfolgt damit gleichförmig
ohne Streifen und ohne Sprünge.
-
Die 9 zeigt
einen Abblendlichtscheinwerfer (410) mit beispielsweise
acht Lichtmodulen (420, 620). Die einzelnen Lichtmodule
(420, 620) sind beispielsweise so in der Fahrzeugkarosserie verteilt,
dass die vertikalen Mittenlängsebenen
(21) jeweils zweier benachbarter Lichtmodule (420, 620) einen
Winkel von 4 Grad einschließen.
Die Lichtmodule (420, 620) sitzen hier in einem
gemeinsamen – nicht
dargestellten – Gehäuse, wobei
die einzelnen Lichtmodule (420, 620) nicht durch
Trennwände
voneinander abgetrennt sind. Der Abblendlichtscheinwerfer (410)
hat in diesem Ausführungsbeispiel
eine Breite von 140 Millimetern.
-
Die
Lichtmodule (420, 620) umfassen hier jeweils eine
Primärlinse
(450, 650) und eine Sekundärlinse (490), die
jeweils aus drei übereinander
angeordneten Linsensegmenten (461, 471, 481; 501, 511, 521; 661, 671, 681)
bestehen. Hierbei ist jeweils das mittlere Linsensegment (511)
und das untere Linsensegment (521) der Sekundärlinse (490)
Teil aller Lichtmodule (420, 620). Die Lichtaustrittsflächen (514, 524)
dieser Linsensegmente (511, 521) haben die Gestalt
von Toren. Die Lichtbündel,
die die mittleren Linsensegmente (471, 671) der
Primärlinsen (450)
durchqueren, treffen auf das diesen Linsensegmenten (471, 671)
zugeordnete mittlere Linsensegment (511) der Sekundärlinse (490).
Hierbei können sich
die einzelnen Lichtbündel
der nebeneinander angeordneten Lichtmodule (420, 620)
gegenseitig durchdringen. Die aus den unteren Linsensegmenten (481, 681)
austretenden Lichtbündel
treffen auf den Spiegel (530). Der Spiegel (530)
hat die Gestalt eines Teils einer Mantelfläche eines Kegelabschnitts.
Der gedachte Kegelabschnitt hat in diesem Ausführungsbeispiel einen Kreis
als Grund- und als Deckfläche. Die
gedachte Kegelachse liegt außerhalb
des Abblendlichtscheinwerfers (410).
-
Beispielsweise
in den vier mittleren Lichtmodulen (420) sind die Linsensegmente
(461, 471, 481) der Primärlinsen
(450) zumindest annähernd
so ausgebildet wie die Linsensegmente (61, 71, 81)
des in der 1 dargestellten Abblendlichtscheinwerfers (10).
In den anderen Lichtmodulen (620), die hier am Rand des
Abblendlichtscheinwerfers (410) angeordnet sind, entspricht
die Gestalt der Primärlinse
(650) zumindest weitgehend der Gestalt der in der 7 dargestellten
Primär linse
(250). In den Sekundärlinsen
(490) sind die oberen Linsensegmente (501) für jedes
Lichtmodul (420, 620) separat ausgebildet. Alle diese
Linsensegmente (501) sind auf einen Bereich, den Hot-Spot
(551), gerichtet.
-
Beim
Betreib des Abblendlichtscheinwerfers (410) entsteht z.B.
auf einer Messwand (2), die beispielsweise in einer Entfernung
von 25 Metern aufgestellt ist, die in der 10 dargestellte
Lichtverteilung (550). Die mittleren und die unteren Linsensegmente (471, 511; 481, 521; 671, 511; 681, 521)
erzeugen jeweils Grundlichtverteilungen, die sich überlagern. Hierbei
ergibt sich ein streifen- und fleckenfreies Bild, das in diesem
Ausführungsbeispiel
die Gestalt eines breiten Ovals hat. Die Breite dieses Ovals wird
beispielsweise durch zwei Ebenen begrenzt, die sich in der geometrischen
Mitte des Abblendlichtscheinwerfers (410) schneiden und
die miteinander einen Winkel von beispielsweise 50 Grad einschließen. Die Höhe des Ovals
wird durch die horizontale Mittenlängsebene (22) aller
Module (420, 520) und eine weitere, die Messwand
(2) unterhalb der horizontalen Mittenlängsebene (22) schneidende
Ebene begrenzt, wobei sich die Ebenen beispielsweise im geometrischen
Zentrum des Abblendlichtscheinwerfers (410) schneiden und
miteinander einen Winkel von 10 Grad einschließen. Die Oberkante (553)
des ausgeleuchteten Bereichs (550) ist eine annährend waagerecht
ausgebildete kontraststarke Begrenzung. Zu den übrigen Rändern hin fällt die Lichtstärke der
Ausleuchtung kontinuierlich ab. Aufgrund der nebeneinander angeordneten
Lichtmodule (420, 620) entstehen zumindest in
der Breite der Ausleuchtung keine Verzerrungen, Farbabweichungen
oder -schattierungen.
-
Die
Grundlichtverteilung wird überlagert
von dem Licht, das durch die oberen Linsensegmente (461, 501; 661, 501)
geleitet wird. Hierbei wird ein Hot-Spot (551) mit hoher
Intensität
er zeugt. Oberhalb des Cut-offs (553) wird beispielsweise
rechts ein ausgeleuchtetes, zumindest annährend rechtwinkliges Dreieck
oberhalb der Horizontebene (556) erzeugt. Eine gedachte
Kathete liegt auf der Verlängerung
der Cut-off-Linie (553). Die Hypotenuse (561)
schließt
mit dieser Kathete einen Winkel von 15 Grad ein und steigt nach
rechts hin an. Die Ausleuchtung dieses Dreiecks erfolgt mittels
der Linsensegmente (461, 501) der mittleren Lichtmodule
(450). Die Helligkeit der Ausleuchtung ist geringer als
die Ausleuchtung des Hot-Spots
(551), auf den Licht aus allen Lichtmodulen (420, 620)
trifft.
-
Soll
die Intensität
des Hot-Spots (151, 351, 551) erhöht werden,
kann der Abstand zwischen der Primärlinse (50, 250, 450)
und der Sekundärlinse (90, 290, 490)
erhöht
werden. Hierbei ist dann zumindest das obere Linsensegment (61, 261, 461, 661) der
Primärlinse
(50, 250, 450, 650) so auszurichten, dass
nur die Lichteintrittsfläche
(103) der Sekundärlinse
(90, 290, 490) ausgeleuchtet wird. Hierfür kann beispielsweise
die Krümmung
der Lichtaustrittsfläche (61, 264, 464, 664)
erhöht
werden.
-
Um
den Hot-Spot (151, 351, 551) bzw. die gesamte
Lichtverteilung (150, 350, 550) nach
unten oder nach oben zu versetzen, kann z.B. die Sekundärlinse (90, 290, 490)
oder einzelne Linsensegmente (101, 111, 121; 301, 311, 321; 501, 511, 521)
dieser Linse (90, 290, 490) nach unten
bzw. nach oben versetzt werden. Auch der Einsatz anderer Linsenabschnitte
für die
Linsensegmente (101, 111, 121; 301, 311, 321; 501, 511, 521)
ist denkbar. Die Primärlinse (50, 250, 450)
ist auch hier so auszubilden, dass die einzelnen Teillichtbündel (141-143)
das zugehörige Linsensegment
(101, 111, 121; 301, 311, 321, 501, 511, 521)
der Sekundärlinse
(90, 290, 490) treffen.
-
Der
Hot-Spot (151, 351, 551) kann auch mittels
des Lichtbündels
(143) erzeugt werden, das am Spiegel (130, 530)
reflektiert wird.
-
Eine
Veränderung
der Intensitätsverteilung innerhalb
der Lichtbündel
(141; 142; 143) erfolgt beispielsweise
mittels der Primärlinse
(50, 250, 450). Hierbei werden z.B. die
einzelnen Linsensegmente (61, 71, 81; 261, 271, 281; 461, 471, 481; 661, 671, 681)
nach unten oder nach oben verschoben. Auch können andere Linsenabschnitte
gewählt
werden oder z.B. die Krümmung
des oberen Linsensegments (61, 261, 461, 661)
in horizontaler und/oder in vertikaler Richtung erhöht werden
oder die Neigung des Linsensegments (61, 261, 461, 661)
verändert
werden.
-
Der
Abblendlichtscheinwerfer (10, 210, 410) oder
das einzelne Lichtmodul (20, 220, 420, 620) kann
eine z.B. klare Scheibe umfassen, die der Sekundärlinse (90, 290, 490)
optisch nachgeschaltet ist.
-
Anstatt
der Kondensorlinse (40) kann auch mindestens ein Lichtleitkörper eingesetzt
werden, der das von der Lichtquelle (30) emittierte Licht
zu den Lichteintrittsflächen
(63, 73, 83) der Primärlinse (50) lenkt.
Aufgrund der großflächigen Auskopplung ist
die Lage des lichtemittierenden Chips (33) unkritisch.
-
Soll
beispielsweise der Abblendlichtscheinwerfer (410) für Linksverkehr
eingesetzt werden, können
z.B. die mittleren Lichtmodule (420) durch benachbarte
Lichtmodule ergänzt
werden, bei denen das obere Linsensegment (461) in die
andere Richtung geneigt ist. Beispielsweise können dann mittels einer Blende
die oberen Linsensegmente (461) dieser Lichtmodule (20)
geöffnet
oder verschlossen werden. Die Grundverteilung kann dann mit allen
Lichtmodulen (20) erzeugt werden.
-
- 1
- Umgebung,
Luft
- 2
- Messwand
- 10,
210, 410
- Abblendlichtscheinwerfer
- 20,
220, 420, 620
- Lichtmodule
- 21
- vertikale
Mittenlängsebene
- 22
- horizontale
Mittenlängsebene
- 23
- Tangentialebene
an (114, 314, 514)
- 24
- Tangentialebene
an (124, 324, 524)
- 25
- optische
Achse
- 26
- Lichtausbreitungsrichtung
- 27
- Bezugslänge
- 30
- Lichtquelle,
Leuchtdiode
- 33
- lichtemittierender
Chip
- 34
- Lichtverteilkörper, Strahlungsformkörper
- 40
- Kondensorlinse
- 42
- konkav
gewölbter
Linsenfläche
- 43
- Begrenzungslinie
- 45
- Sammellinse
- 47
- Ringflansch
- 50,
250, 450, 650
- Primärlinsen
- 51
- Befestigungsflansche
- 59
- Hüllkontur
von (64) in (21)
- 61,
261, 461, 661
- obere
Linsensegmente
- 62
- Oberseite
- 63
- Lichteintrittsfläche von
(61)
- 64,
264, 464, 664
- Lichtaustrittsflächen von
(61, 261, 461, 661)
- 65
- Mittenquerfläche
- 66
- Unterkante
von (63)
- 67
- Unterkante
von (64)
- 68
- Krümmungsmittelpunkt
von (63)
- 69
- Krümmungsmittelpunkt
von (64)
- 71,
271, 471, 671
- mittlere
Linsensegmente
- 72
- Oberseite
- 73
- Lichteintrittsfläche von
(71)
- 74,
274, 474, 674
- Lichtaustrittsflächen von
(74, 274, 474, 674)
- 75
- Mittenquerfläche
- 76
- Unterkante
von (73)
- 77
- Unterkante
von (74)
- 78
- Krümmungsmittelpunkt
von (73)
- 79
- Krümmungsmittelpunkt
von (74)
- 81,
281, 481, 681
- untere
Linsensegmente
- 82
- Oberseite
- 83
- Lichteintrittsfläche, Planfläche
- 84,
284, 484, 684
- Lichtaustrittsflächen von
(81, 281, 481, 681)
- 85
- Mittenquerfläche
- 86
- Unterkante
von (84)
- 87
- Oberkante
von (83)
- 88
- Oberkante
von (84)
- 89
- Krümmungsmittelpunkt
von (84)
- 90,
290, 490
- Sekundärlinsen
- 91
- Befestigungsflansche
- 101,
301, 501
- obere
Linsensegmente
- 103
- Lichteintrittsfläche
- 104,
304, 504
- Lichtaustrittsfläche von
(101, 301, 501)
- 109
- Krümmungsmittelpunkt
- 111,
311, 511
- mittlere
Linsensegmente
- 113
- Lichteintrittsfläche
- 114,
314, 514
- Lichtaustrittsflächen von
(111, 311, 511)
- 118
- Kontur
- 119
- Krümmungsmittelpunkt
- 121,
321, 521
- untere
Linsensegmente
- 123
- Lichteintrittsfläche
- 124,
324, 524
- Lichtaustrittsflächen von
(121, 321, 521)
- 126
- Unterkante
von (123)
- 128
- Kontur
von (124)
- 129
- Mittelpunkt
von (128)
- 130,
530
- Spiegel
- 131
- Reflexionsbereich
- 140
- Licht
- 141-143
- Teillichtbündel
- 150,
350, 550
- ausgeleuchtete
Bereiche, Lichtverteilung
- 151,
351, 551
- Hot-Spots,
Zielgebiet
- 152
- Intensitätsmaximum
von (151)
- 153,
353, 553
- Oberkante,
Cut-off Linie
- 154,
554
- 15-Grad-Anstieg
- 155
- Begrenzungen
- 156,
356, 556
- Horizontebene
- 159,
359, 559
- Linien
- 162,
166
- Parallelstrahlen
von (165)
- 163,
167
- Knotenpunktstrahlen
von (165)
- 164,
168
- Brennpunktstrahlen
von (165)
- 165
- Objekt
- 172,
176
- Parallelstrahlen
von (175)
- 173,
177
- Knotenpunktstrahlen
von (175)
- 174,
178
- Brennpunktstrahlen
von (175)
- 175
- Objekt
- 180
- Objekt
- 181
- virtuelles
Bild von (81)
- 182
- Parallelstrahl
von (185)
- 183
- Knotenpunktstrahl
von (185)
- 184
- Brennpunktstrahl
von (185)
- 185
- virtuelles
Objekt
- 186
- Parallelstrahl
von (185)
- 187
- Knotenpunktstrahl
von (185)
- 188
- Brennpunktstrahl
von (185)
- 189
- virtuelles
Bild von (87)
- 561
- Hypotenuse