DE102007063183A1

DE102007063183A1 - Steuerbarer Scheinwerfer

Info

Publication number: DE102007063183A1
Application number: DE102007063183A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr.-Ing. Griesinger; Jörg Dr.rer.nat. Moisel
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2007-12-20
Publication date: 2009-06-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Scheinwerfersystem. Für das erfindungsgemäße System (1) werden zwei (oder mehr) verschiedene Lichtquellen (2, 3) miteinander kombiniert. Zum einen ist eine stationäre Lichtquelle (2) vorgesehen. Das von dieser Quelle ausgestrahlte Licht behält z.B. gegenüber einem vorhandenen Linsen- bzw. Blendensystem stets die gleiche Ausgangsform und -position. Neben dieser Lichtquelle ist mindestens eine zweite (3) vorhanden, die als LED-Array ausgeführt ist, dessen Abstrahlungscharakteristik durch entsprechende Ansteuerung der LEDs (4) variiert werden kann. Durch Überlagerung des von beiden Quellen ausgesandten Lichts, z.B. durch ein vorgeschaltetes Linsen/Blendensystem, ergibt sich ein in weiteren Bereichen einstellbares Scheinwerfersystem.

Description

Die Erfindung betrifft Scheinwerfer, wie sie insbesondere im Fahrzeugbereich zur Ausleuchtung der Fahrbahn eingesetzt werden.
Die Entwicklung von hochwertigen Scheinwerfern für Fahrzeuge hat zu neuartigen Systemen geführt, die international als Advanced-Frontlightning System (AFS) bezeichnet werden. Einige dieser Systeme enthalten eine Xenon-Projektionseinrichtung, die für Leuchtweiteregelung und Kurvenausleuchtung auf elektromechanischem Wege um zwei Achsen geschwenkt werden kann. Als zusätzliche Komponente ist häufig eine elektromechanisch betriebene Blende vorhanden, die die Umschaltung zwischen Fern- und Abblendlicht bewerkstelligt. Diese Umschaltung erfolgt bei einigen Systemen in mehreren Stufen, was durch entsprechend angeordnete Stellglieder ermöglicht wird.
Nachteilig sind bei diesen Systemen die erforderlichen elektromechanischen Einrichtungen (Schrittmotoren, Magnete), die prinzipiell störanfällig sind und zudem einigen Raum für den Einbau benötigen. Zudem kann durch Blendeinrichtungen eine vorgegebene Lichtverteilung einer Quelle nur beschnitten werden. Zusätzlich liegt die Reaktionszeit mechanischer Kompo nenten im Bereich einiger Zehntelsekunden, was sich insbesondere bei schnellerer Fahrt störend auswirken kann.
Als moderne Alternative wird seit einigen Jahren der Einsatz von Leuchtdioden (LED) als Lichtquelle vorgeschlagen. Dabei ist aus der Literatur Headlamp with LED Light Sources Only; Pierre Albou; ISAL 2005 Proc. 157–168 bekannt, dass mehrere LEDs als Quelle benötigt werden, um die erforderliche Lichtmenge zu generieren. Verschiedene Anordnungen (so genannte LED-Arrays) sind vorgeschlagen worden. Beispielsweise beschreibt die DE10009782A1 eine Beleuchtungseinrichtung für Fahrzeuge aus einer Matrix aus Halbleiterlichtquellen, wobei die Halbleiterlichtquellen unabhängig voneinander betrieben werden können. Im Strahlengang des so erzeugten Lichts sind nacheinander eine Blende und eine Linse angeordnet. Auch die Gebrauchsmusterschrift DE202004010950U1 beschreibt eine ähnliche Lichtquelle. Durch gezieltes Ein- und Ausschalten von Einzelelementen des Arrays kann die Abstrahlung der Gesamtanordnung in gewissem Umfang beeinflusst werden.
Bei solchen Systemen zeigen sich jedoch Probleme, die gesetzlichen Vorschriften zur Lichtverteilung (ECE, R98 und R112) zu erfüllen. Setzt man zudem ein LED-Array zur Erzeugung der für einen modernen Scheinwerfer insgesamt erforderlichen Lichtverteilung ein, vorzugsweise inklusive des Schwenkbereichs für Kurvenlicht, so wird die Anordnung relativ groß und es entstehen Schwierigkeiten durch die nicht unerhebliche Erwärmung des Arrays.
Ausgehend von dem dargelegten Stand der Technik besteht daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Entwicklung eines modernen Scheinwerfersystems insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugen, das die aufgezeigten Schwierigkeiten überwindet.
Diese Aufgabe wird bei einem Scheinwerfersystem gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 gelöst durch die erfinderischen Merkmale des charakterisierenden Teils des Anspruchs 1. Details und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Scheinwerfersystems sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße System kombiniert zwei (oder mehr) verschiedene Lichtquellen miteinander. Zum einen ist eine stationäre Lichtquelle vorgesehen. Das von dieser Quelle ausgestrahlte Licht behält z. B. gegenüber einem vorhandenem Linsen- bzw. Blendensystem stets die gleiche Ausgangsform und Ausgangsposition. Neben dieser Lichtquelle ist mindestens eine zweite vorhanden, deren Abstrahlungscharakteristik durch entsprechende Ansteuerung variiert werden kann. Durch Überlagerung des von beiden Quellen ausgesandten Lichts, z. B. durch ein vorgeschaltetes Linsen/Blendensystem, ergibt sich ein in weiteren Bereichen einstellbares Schweinwerfersystem.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren und den darin angegebenen Bezugszeichen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 Schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Scheinwerfersystems als Kombination aus stationärer Lichtquelle und Matrix aus individuell ansteuerbaren Leuchtdioden
2 Schematische Darstellung des Strahlungsverlaufs bei einem erfindungsgemäßen Scheinwerfersystem
3 Variation der Form des zur Beleuchtung angesteuerten Teilbereichs der LED-Matrix
4 Verschiebung des zur Beleuchtung angesteuerten Teilbereichs der LED-Matrix nach links
5 Verschiebung des zur Beleuchtung angesteuerten Teilbereichs nach rechts
In 1 ist als Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Scheinwerferanordnung (1) eine Kombination aus einer ersten stationären Lichtquelle (2) – hier in Trapezform – mit einer zweiten, rechteckförmigen Lichtquelle (3) dargestellt. Beide Lichtquellen sind so nebeneinander (im dargestellten Beispiel mit teilweiser Überdeckung) angebracht, dass sich das von beiden Quellen ausgesandte Licht mittels weiterer optischer Elemente (nicht dargestellt) zur gewünschten Straßenausleuchtung zusammenführen lässt.
Die stationäre Lichtquelle (2) kann als LED-Modul ausgeführt sein, aber auch ein herkömmliches Leuchtmittel, wie z. B. Halogen- oder Xenonlampen mit sehr hoher Leuchtdichte, wäre ebenso geeignet. Das von dieser Quelle ausgesandte Licht verändert sich in seiner Abstrahlrichtung nicht und dient daher zur Ausleuchtung einer räumlich gleich bleibenden Zone, z. B. im näheren Frontbereich des Fahrzeuges, die unabhängig von Kurvenfahrt oder eingeschaltetem Fernlicht stets beleuchtet sein soll (z. B. der Fahrzeugnahe Teil des Abblendbereichs). Dabei kann eine Helligkeitsregelung durch veränderte Leistungsaussteuerung dieser Lichtquelle (2) vorgesehen sein.
Zur Veränderung des Ausleuchtungsbereichs dient die zweite Lichtquelle (3). Dazu werden die als Matrix angeordneten LEDs (4) mittels entsprechender Steuerelektronik variabel angesteuert. So können prinzipiell einzelne LEDs einmal bezüglich ihrer Position auf dem Array, aber auch bezüglich ihrer Leuchtintensität angesteuert werden. Dies bietet zahlreiche Möglichkeiten der Veränderung des abgestrahlten Lichtfeldes: Leuchtdioden können beispielsweise als Gruppen zusammengefasst werden und so ein zusammenhängendes Gebiet auf der Matrix als Leuchtquelle mit weitgehend frei wählbarer Gestalt (5, 6) bilden. Neben der dargestellten ringförmigen Gestalt wird bei höherem Beleuchtungsbedarf eine flächige insbesondere kreisflächenförmige Gestalt gewählt.
In 2 ist schematisch das Abbildungsverhalten des LED-Arrays (3) dargestellt. Das LED-Array (3) ist im Bereich der Brennebene der Optik (7) angeordnet, so dass jede einzelne Punktlichtquelle des Arrays, die durch einen LED-Chip gebildet wird, auf „unendlich" abgebildet wird (paralleler Strahlverlauf nach der Linse). Somit wird die ganze Fläche des Arrays als vergrößerte, Abbildung auf die rechte Seite der Linse projiziert. Diese Vergrößerung richtet sich primär nach dem Abstrahlwinkel φ. Dieser ergibt sich aus φ = arctan(0,5·D/f)wobei f der Brennweite der Linse (7) entspricht und 0,5 D der Bereich des Arrays ist, der über die optische Achse hinausreicht. Der Abstrahlwinkel φ wird somit (bei unveränderter Brennweite) durch die Abmessungen und die Gestalt von angesteuerten LED-Bereichen (5, 6) auf dem Array bestimmt.
In 1 ist der mittlere Bereich des LED-Arrays (3) so angesteuert, dass eine ringförmige Diodenanordnung (5) Licht abstrahlt. Dies entspricht beispielsweise einer Schweinwerferfunktion „Fernlicht in Fahrtrichtung".
In 3 ist ein Teil der Dioden des ringförmigen Gebiets (6) auf dem Array abgeschaltet, bzw. in der Lichtleistung reduziert. Damit wird im Unterschied zur Anordnung nach 1 ein Abblendeffekt des Lichtkegels im Fahrzeugfrontbereich bewirkt.
Durch Umschalten von auf dem Array angesteuerten Diodenanordungen kann die Abstrahlung des Scheinwerfersystems auch dahingehend geändert werden, dass bei Kurvenfahrt ein entsprechender seitlicher Bereich im Frontbereich des Fahrzeugs verstärkt ausgeleuchtet wird („Kurvenlicht"). In den 4 und 5 ist eine ringförmige Gruppe von Dioden – entsprechend der Anordnung in 1 – seitlich versetzt auf dem Array angesteuert. In gleicher Weise könnten auch die Diodenanordnung nach 3 auf dem Array seitlich versetzt angesteuert werden, was einem Kurvenlicht mit Abblendeffekt entspräche.
Ebenso sind beliebige andere Formen von angesteuerten Diodenanordnungen möglich, um mit dem Scheinwerfersystem neue Ausleuchtungsgeometrien zu erzeugen. Die Breite Δx des LED-Arrays ist dabei für einen maximalen seitlichen Schwenkbereich Δφ entsprechend ausgelegt: Δφ = Δx/f
Das erfindungsgemäße Scheinwerfersystem aus zwei (oder mehr) Lichtquellen unterschiedlicher Ansteuerbarkeit bietet die Möglichkeit, bei einerseits hoher Lichtleistung die Lichtverteilung schnell zu ändern. Dabei sind Auf- und Abblendfunktionen ebenso möglich wie Kurvenlicht, mit in Lage, Form und Intensität variabel einstellbarer Lichtverteilung. Durch Nutzung einer stationären Lichtquelle in Kombination einem LED-Array kann die vom Scheinwerfersystem zu erbringende Gesamtleistung dergestalt aufgeteilt werden, dass die vom LED-Array geforderte Leistung nicht zu Erwärmungsproblemen führt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10009782 A1 [0004]
- DE 202004010950 U1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Literatur Headlamp with LED Light Sources Only; Pierre Albou; ISAL 2005 Proc. 157–168 [0004]

Claims

Einstellbares Scheinwerfersystem 1, bestehend aus einer Kombination von mindestens zwei Lichtquellen (2, 3), wobei eine erste Lichtquelle (2) innerhalb des Systems so stationär angebracht ist, dass die Lichtausstrahlung dieser ersten Lichtquelle eine gleich bleibende Abstrahlgeometrie aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Lichtquelle (3) vorhanden ist, deren Charakteristik bezüglich des geometrischen Verlaufs und der Intensität des abgestrahlten Lichts variiert werden kann.
Scheinwerfersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Lichtquelle (3) als Leuchtdioden-Array ausgeführt ist.
Scheinwerfersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlungscharakteristik variiert wird durch Ansteuerung eines variablen Teils der Leuchtdioden (4) auf dem Array.
Scheinwerfersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ansteuerung Position und/oder Leuchtintensität der Lichtaussendenden Leuchtdioden (4) auf dem Array variiert werden.
Scheinwerfersystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass Gruppen von angesteuerten Leuchtdioden (4) auf dem Array ein zusammenhängendes Gebiet mit vorgegebener Form (5, 6) bilden.