DE102008049168A1 - Projection body for headlight of motor vehicle, has primary part formed as three-axis ellipsoid body, where projection body is geometrically designed so that light exhibits collimation in collimation plane and scattering in scattering plane - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf einen Projektionskörper zur Erzeugung eines Lichtfeldes, insbesondere für einen Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs. Der Projektionskörper ist mit wenigstens einer Lichtquelle ausgeführt, die zur Lichtformung einen Primärteil des Projektionskörpers ausleuchtet und über den das Licht durch interne Totalreflektion in Richtung eines Sekundärteils des Projektionskörpers leitbar ist, übenden das Licht aus dem Projektionskörper auskoppelbar ist.The The present invention is directed to a projection body for generating a light field, in particular for a Headlight of a motor vehicle. The projection body is designed with at least one light source for Light shaping a primary part of the projection body illuminates and transmits the light through internal total reflection in the direction of a secondary part of the projection body is conductive, exercise the light from the projection body can be decoupled.
Ein
gattungsbildender Projektionskörper ist aus der
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Projektionskörper zu schaffen, der einfach aufgebaut ist und die Aussendung eines verbesserten Lichtfeldes ermöglicht.It is therefore the object of the present invention, a projection body to create, which is simple and the sending of a improved light field allows.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Projektionskörper gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.These Task is based on a projection body according to the The preamble of claim 1 in conjunction with the characterizing features solved. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Primärteil als dreiachsiger Ellipsoidkörper ausgebildet ist und eine Lichtformung in Richtung des Sekundärteils ermöglicht, wobei der Projektionskörper geometrisch derart ausgebildet ist, dass das Licht in wenigstens einer Kollimationsebene eine Kollimation und in wenigstens einer Streuebene eine Streuung aufweist.The The invention includes the technical teaching that the primary part is designed as a triaxial ellipsoidal body and a Light shaping in the direction of the secondary part allows wherein the projection body is formed geometrically is that the light in at least one collimation plane is a collimation and in at least one scattering plane has a scattering.
Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, einen Projektionskörper zu schaffen, der zur Bildung eines Lichtfeldes eine Lichtformung, eine Kollimation und eine Streuung des Lichtes ermöglicht, wobei der Projektionskörper eine kompakte Bauweise aufweist und direkt an die Lichtquelle angekoppelt werden kann. Das Lichtfeld, das durch einen Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs erzeugt wird, wird vorliegend in eine Kollimationsebene und in eine senkrecht zur Kollimationsebene verlaufende Streuebene unterteilt. Die Kollimationsebene verläuft dabei in der Senkrechten, wobei die Lichtverteilung innerhalb des Lichtfeldes zumindest bei der Aussendung eines Abblendlichtes eine Hell-Dunkel-Grenze aufweist, und wobei der Bereich unterhalb dieser Grenze ausgeleuchtet ist und der Bereich oberhalb der Grenze keinen oder einen nur sehr geringen Lichtanteil aufweist. Unter einer Kollimation wird eine parallele Ausrichtung von Lichtstrahlen verstanden, die vorliegend die Hell-Dunkel-Grenze bilden. Das emittierte Lichtfeld weist in der Kollimationsebene nahe der Hell-Dunkel-Grenze eine hohe Intensität auf und besitzt in Richtung zur Fahrbahn des Kraftfahrzeugs eine abnehmende Intensität.The Invention is based on the idea of a projection body to create a form of light that forms a light field, a collimation and a scattering of the light allows, where the projection body has a compact design and can be coupled directly to the light source. The field of light, which is generated by a headlight of a motor vehicle, is present in a collimation plane and in a perpendicular to Subdivided collimation plane extending scattering plane. The collimation plane runs thereby in the vertical, whereby the light distribution within the light field at least when emitting a low beam has a cut-off line, and where the area below this border is lit and the area above the border has no or only a very small proportion of light. Under a collimation becomes a parallel alignment of light rays understood, the present form the cut-off line. That emitted Light field points in the collimation plane near the cut-off line a high intensity and owns towards the roadway of the motor vehicle a decreasing intensity.
Hingegen bildet die Streuebene die Querrichtung zum Kraftfahrzeug. In der Streuebene ist keine direkte Kollimation der Lichtstrahlung erforderlich, da ein Auslauf der Intensität in der Streuebene gefordert ist, und ein erheblich größerer Winkelbereich ausgeleuchtet wird, als dies in der Kollimationsebene erfolgt. Erfindungsgemäß ist der Projektionskörper daher geometrisch derart ausgebildet, dass im dreiachsigen Ellipsoidkörper eine Vorformung des Lichtes ermöglicht wird und durch den nachfolgenden Sekundärteil die Kollimation sowie die Streuung erzeugt bzw. unterstützt wird.On the other hand the spreading plane forms the transverse direction to the motor vehicle. In the Spreading plane no direct collimation of the light radiation is required because an outflow of intensity in the scattering plane is required is lit, and a significantly larger angle range becomes as it does in the collimation plane. According to the invention the projection body is therefore geometrically designed in such a way that that in the triaxial ellipsoidal body, a preforming of Light is made possible and by the subsequent secondary part the collimation and the scattering generated or supported becomes.
Ein besonderer Vorteil wird dadurch gebildet, dass der Projektionskörper einteilig und materialeinheitlich ausgeführt ist und dass die Lichtquelle innerhalb des Ellipsoidkörpers eingebracht ist. Der Primärteil geht folglich einteilig in den Sekundärteil über, wobei der den Primärteil bildende Ellipsoidkörper in Richtung zum Sekundärteil nicht vollständig und abschließend ausgeführt ist, sondern ohne vollständige Ellipsoidkontur in den Sekundärteil übergeht. Die Lichtquelle ist innerhalb des Ellipsoidkörpers eingebracht, so dass diese Licht in den Ellipsoidkörper hinein emittiert. Die Lichtformung beruht auf interner Totalreflexion an den den Ellipsoidkörper begrenzenden Oberflächen, wobei diese wenigstens bereichsweise auch eine reflektierende Beschichtung aufweisen können, um ein ungewolltes Austreten von Licht aus dem Projektionskörper zu vermeiden, beispielsweise wenn der Grenzwinkel der Totalreflexion unterschritten wird.One particular advantage is formed by the fact that the projection body is made in one piece and of uniform material and that the light source is introduced within the ellipsoidal body is. The primary part thus passes in one piece into the secondary part, wherein the primary part forming ellipsoidal body towards the abutment not complete and finally executed, but without complete ellipsoid contour merges into the abutment. The light source is incorporated within the ellipsoidal body, so that it emits light into the ellipsoidal body. The light shaping is based on total internal reflection at the ellipsoidal body delimiting surfaces, these at least partially may also have a reflective coating, to an unwanted leakage of light from the projection body to avoid, for example, when the critical angle of total reflection is fallen short of.
Es ist weiterhin von Vorteil, dass der Ellipsoidkörper eine erste Brennebene aufweist, wobei die Lichtquelle innerhalb des Ellipsoidkörpers mit der ersten Brennebene räumlich zusammenfällt. Des Weiteren weist der Ellipsoidkörper eine in Richtung zum Sekundärteil angeordnete zweite Brennebene auf, in der das Licht nach interner Totalreflexion an der Wand des Ellipsoidkörpers eine Vorformung besitzt, um in den Sekundärteil einzutreten. Die Vorformung des Lichtes in der zweiten Brennebene des Ellipsoidkörpers hängt von der Form der Ellipse ab, wobei der Brechungsindex des Materials des Projektionskörpers ebenfalls Einfluss auf die Vorformung des Lichtes hat, die sich mit Hilfe des Fermatschen Prinzips analytisch angeben lässt.It is furthermore advantageous that the ellipsoidal body has a first focal plane, wherein the light source spatially coincides within the ellipsoidal body with the first focal plane. Furthermore, the ellipsoidal body has a second focal plane arranged in the direction of the secondary part, in which the light after internal total reflection on the wall of the ellipsoidal body has a preforming in order to enter the secondary part. The preforming of the light in the second focal plane of the ellipsoidal body depends on the shape of the ellipse, the refractive index of the material of the projectile Onskörpers also has an influence on the preforming of the light, which can be indicated analytically using the Fermat principle.
In der Brennebene kann eine Blendeneinrichtung vorgesehen sein, wobei das aus dem Projektionskörper emittierte Licht eine sich im Wesentlichen horizontal erstreckende Hell-Dunkel-Grenze besitzt, die mittels der Blendeneinrichtung aufsteilbar oder in der Geometrie der Lichtstärkeverteilung beeinflussbar ist. Die Blendeneinrichtung kann in Form einer statischen Blende in den Projektionskörper eingesetzt werden, wobei die Blende geometrisch derart ausgebildet ist, dass der Anteil der Lichtstrahlen, der oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze emittiert, durch die Blende ausgeblendet wird. Leuchtet beispielsweise die Lichtquelle lediglich den oberen Halbraum des Ellipsoidkörpers aus, so wird das in den oberen Halbraum emittierte Licht an der Wandung reflektiert und tritt in den Sekundärteil des Projektionskörpers ein, wobei lediglich der untere Bereich des Sekundärteils ausgeleuchtet wird, was zur Emission von Licht unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze führt. Durch den Einsatz einer Blende wird die Hell-Dunkel-Grenze aufgesteilt bzw. aufgeschärft, wobei ein geringer Restanteil an Licht auch oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze erwünscht sein kann, der durch auftretende Streuung in der vertikalen Kollimationsrichtung gebildet werden kann.In The focal plane may be provided a diaphragm device, wherein the light emitted from the projection body becomes a has a substantially horizontally extending cut-off line, the divisible by means of the aperture device or in the geometry the light intensity distribution can be influenced. The aperture device can be in the form of a static aperture in the projection body can be used, wherein the aperture formed geometrically is that the proportion of light rays that is above the cut-off line emitted, is hidden by the aperture. Illuminates, for example, the Light source only the upper half-space of Ellipsoidkörpers out, so the light emitted into the upper half space at the Wall reflects and enters the secondary part of the projection body a, wherein only the lower portion of the secondary part illuminated will, resulting in the emission of light below the cut-off line leads. The use of an aperture becomes the cut-off point aufgesteilt or sharpened, with a small residual share of Light may also be desired above the cut-off line can, by occurring scattering in the vertical direction of collimation can be formed.
Das von der Lichtquelle bereitgestellte Licht wird über eine Auskoppelfläche aus dem Projektionskörper ausgekoppelt, die die Abschlussfläche des Sekundärteils in Richtung zur optischen Achse bildet. Die Auskoppelfläche kann eine Brennebene besitzen, die innerhalb des Projektionskörpers liegt und mit der zweiten Brennebene des Ellipsoidkörpers räumlich zusammenfällt. Die Lichtverteilung in der zweiten Brennebene des Ellipsoidkörpers wird daher durch den nachfolgenden Sekundärteil aufgenommen und durch die refraktive Grenzfläche in einer Ebene kollimiert, die durch die Auskoppelfläche gebildet ist. Die Auskoppelfläche kann von einem Teil einer Ellipsenform abgeleitet sein, wobei die Auskoppelfläche weitere asphärische Formen besitzen kann.The light provided by the light source is transmitted through a Decoupling surface coupled out of the projection body, the the termination surface of the abutment in the direction forms the optical axis. The decoupling surface can be a Own focal plane that within the projection body lies and spatially with the second focal plane of the ellipsoidal body coincides. The light distribution in the second focal plane of the ellipsoidal body is therefore characterized by the following Secondary part taken and through the refractive interface collimated in a plane passing through the decoupling surface is formed. The decoupling surface can be from a part of a Be derived elliptical shape, wherein the decoupling surface may have other aspheric forms.
Vorteilhafterweise besitzt der dreiachsige Ellipsoidkörper eine erste Halbachse und eine gegenüber der räumlichen Erstreckung der ersten Halbachse um 90° gedrehte zweite Halbachse größerer räumlicher Erstreckung. Die dritte Halbachse des Ellipsoidkörpers wird durch die optische Achse des Projektionskörpers selbst gebildet. Die kleinere, erste Halbachse kann sich parallel zur Kollimationsebene erstrecken, so dass sich die zweite Halbachse parallel zur Streuebene erstreckt.advantageously, the three-axis ellipsoidal body has a first half-axis and one opposite the spatial extent the first half-axis rotated by 90 ° second semi-axis larger spatial Extension. The third half-axis of the ellipsoidal body becomes through the optical axis of the projection body itself educated. The smaller, first half-axis may extend parallel to the collimation plane, so that the second half-axis extends parallel to the scattering plane.
Die Einstellung der gewünschten Streubreite der Lichtverteilung kann mit einem Ellipsoidkörper unterschiedlich ausgedehnter Halbachsen dadurch erfolgen, dass das aus Richtung des Bereiches der ersten Halbachse reflektierte Licht in der zweiten Brennebene liegt, wobei das aus Richtung des Bereiches der zweiten Halbachse reflektierte Licht hinter der zweiten Blendenebene liegt. Die so entstandene, vorgeformte Lichtverteilung wird nun durch den Sekundärteil nach unendlich abgebildet, wobei die Auskoppelfläche rotationssymmetrisch um die optische Achse herum ausgebildet ist.The Setting the desired spread of light distribution may extend differently with an ellipsoidal body Semi-axles are made by that from the direction of the area the first half-axis reflected light in the second focal plane which is from the direction of the region of the second half-axis reflected light lies behind the second diaphragm plane. The way resulting, preformed light distribution is now through the secondary part mapped to infinity, wherein the decoupling surface is rotationally symmetric formed around the optical axis.
Alternativ kann eine gewünschte Streuwirkung dadurch erzielt bzw. verstärkt werden, dass der Sekundärteil mit der Auskoppelfläche nach Art eines elliptischen Zylinderteils ausgebildet ist, der sich in Vertikalrichtung erstreckt und durch zwei Achsparallelen oder gegenüber der optischen Achse angestellte Seitenflächen begrenzt ist, durch die die Streuwirkung in Streurichtung einstellbar ist. Der elliptische Zylinderteil wird durch eine ellipsenförimge bzw. ellipsenähnliche, brechende Fläche durch Parallelverschiebung entlang der Vertikalen fortgesetzt. Der so entstehende elliptische Zylinder kann durch die achsparallele bzw. gegen eine optische Achse angestellte Ebene beschnitten werden. So liegt in Schnitten parallel zur Emissionsebene eine Ellipsoidgestalt der Grenzfläche vor, die brechend wirkt. Mit den parallelen Seitenflächen hingegen lässt sich aufgrund auftretender Totalreflektion der Streuwinkel gezielt einstellen.alternative a desired scattering effect can be achieved or be strengthened that the secondary part with the Decoupling surface in the manner of an elliptical cylinder part is formed, which extends in the vertical direction and through two parallel axes or opposite the optical axis Employed side surfaces is limited by the scattering effect is adjustable in scatter direction. The elliptical cylinder part becomes by an ellipsoidal or ellipsoidal, refractive surface by parallel displacement along the Vertical continued. The resulting elliptical cylinder can be employed by the axis-parallel or against an optical axis Level are cropped. So lies in cuts parallel to the emission level an ellipsoidal shape of the interface that breaking acts. By contrast, with the parallel side surfaces leaves due to occurring total reflection of the scatter angle set specifically.
Weiterhin ist es von Vorteil, dass im Bereich der ersten Brennebene des Ellipsoidkörpers zwei Lichtquellen eingebracht sind, wobei eine erste Lichtquelle einen oberen und eine zweite Lichtquelle einen unteren Halbraum des Ellipsoidkörpers ausleuchtet oder wobei die Lichtquellen entlang der optischen Achse zueinander versetzt angeordnet sind und in denselben Halbraum abstrahlen. Zur Realisierung einer Bifunktion, d. h. der Fernlichtfunktion sowie der Abblendlichtfunktion, lassen sich weitere Lichtquellen im Bereich der ersten Brennebene einbringen. Die Unterteilung des oberen und unteren Halbraumes erfolgt in Richtung zur Kollimationsachse, und folglich in Richtung zur räumlichen Erstreckung der ersten Halbachse.Farther it is advantageous that in the area of the first focal plane of the ellipsoidal body two light sources are introduced, wherein a first light source an upper and a second light source a lower half-space the ellipsoidal body illuminates or wherein the light sources along the optical axis are arranged offset from each other and radiate into the same half-space. To realize a bifunction, d. H. the high beam function and the dipped beam function to introduce additional light sources in the region of the first focal plane. The subdivision of the upper and lower half space takes place in the direction to the collimation axis, and thus towards the spatial axis Extension of the first half axis.
Die wenigstens eine Lichtquelle kann als Leuchtdiode ausgeführt sein, wobei die Lichtquelle in einem Aufnahmeraum innerhalb des Projektionskörpers aufgenommen ist. Neuere Lichtquellen für Scheinwerfer von Kraftfahrzeugen werden durch Hochleistungs-Leuchtdioden gebildet, wobei der Emissionskörper der Leuchtdiode mittels eines im Brechungsindex angepassten Fluids an den Projektionskörper optisch angekoppelt werden kann. Sind zwei Leuchtdioden zur Einbringung in den Projektionskörper vorgesehen, können diese paarweise durch das indexangepasste Fluid in den Projektionskörper eingekoppelt werden. Dadurch entsteht von der Emission des Lichtes aus dem Emissionskörper der Leuchtdiode bis zur Aussendung des Lichtes aus dem Projektionskörper ein minimaler Verlust an Leuchtkraft, wobei ferner mechanische Spannungen vermieden werden, die sich zwischen dem Emissionskörper der Leuchtdiode und dem Projektionskörper bilden können. Zur Kühlung der lichtemittierenden Körper kann in den Aufnahmeraum ein Kühlkörper eingebracht werden, an dem die Leuchtdioden angekoppelt wird. Der Kühlkörper kann insbesondere als aktiver Kühlkörper wirken, indem dieser mit einem Kühlmittel durchströmt wird.The at least one light source can be designed as a light-emitting diode, wherein the light source is accommodated in a receiving space within the projection body. Newer light sources for headlights of motor vehicles are formed by high-performance light-emitting diodes, wherein the emission body of the light-emitting diode can be optically coupled to the projection body by means of a fluid adapted in the refractive index. If two light-emitting diodes are provided for introduction into the projection body, they can be coupled into the projection body in pairs by the index-adapted fluid. This arises from the emission of light from the emissive body of the light emitting diode to the emission of light from the projection body, a minimal loss of luminosity, wherein further mechanical stresses are avoided, which can form between the emission body of the light emitting diode and the projection body. For cooling the light-emitting body, a heat sink may be introduced into the receiving space, to which the light-emitting diodes is coupled. The heat sink can in particular act as an active heat sink by flowing through it with a coolant.
Der Aufnahmeraum erstreckt sich aus Richtung der optischen Achse rückseitig in den Projektionskörper hinein, so dass dieser eine Art Kanal bildet, durch den ferner die elektrische Versorgung der Lichtquellen verlaufen kann. Die Länge des Projektionskörpers in Richtung zur optischen Achse kann einen Wert von 30 mm bis 80 mm, bevorzugt einen Wert von 40 mm bis 70 mm und besonders bevorzugt einen Wert von 60 mm aufweisen, wobei der Projektionskörper aus einem Polycarbonat oder aus einem Polymethylmethacrylat ausgebildet werden kann.Of the Recording space extends from the direction of the optical axis back into the projection body, so that this one kind Channel forms, through the further the electrical supply of the light sources can run. The length of the projection body in the direction of the optical axis can be a value of 30 mm to 80 mm, preferably a value of 40 mm to 70 mm, and particularly preferably one Value of 60 mm, with the projection body off a polycarbonate or a polymethylmethacrylate formed can be.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:Further, The measures improving the invention will be described below together with the description of a preferred embodiment of the invention with reference to the figures shown in more detail. It shows:
In
den
In
den Projektionskörper sind zwei Lichtquellen eingebracht,
wobei eine erste Lichtquelle
In
Der
Ellipsoidkörper
Wird
eine schaltbare Blendeneinrichtung
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.The Invention is limited in its execution not to the preferred embodiment given above. Rather, a number of variants is conceivable, which of the illustrated solution even with fundamentally different types Use. All from the claims, the description or drawings resulting features and / or Advantages, including design details, spatial arrangements and process steps, both for themselves as well as in a variety of combinations essential to the invention be.
- 11
- Lichtquellelight source
- 22
- Primärteil/EllipsoidkörperPrimary part / ellipsoid
- 33
- Sekundärteilsecondary part
- 44
- Brennebenefocal plane
- 55
- Blendeneinrichtungaperture means
- 66
- Auskoppelflächeoutcoupling
- 77
- optische Achseoptical axis
- 88th
- Seitenflächeside surface
- 99
- Aufnahmeraumaccommodation space
- xx
- Vertikalrichtungvertical direction
- yy
- HorizontalrichtungHorizontal direction
- y, zy, z
- KollimationsebeneKollimationsebene
- x, zx, z
- Streuebenescattering plane
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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