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Die
Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung mit mehreren Leuchtdioden,
insbesondere zur Verwendung als Lichtquellenmodul in einem Fahrzeugscheinwerfer.
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Leuchtdioden,
auch Lumineszenzdioden oder abgekürzt LEDs (= light emitting
diodes) genannt, werden zunehmend für Beleuchtungsvorrichtungen
verwendet.
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Eine
derartige Beleuchtungsvorrichtung ist beispielsweise aus der unveröffentlichten
Schrift
DE 10 2008 013 603.4 bekannt.
Dort wird ein Lichtmodul für eine Beleuchtungseinrichtung
eines Kraftfahrzeugs mit mehreren matrixartig angeordneten Halbleiterlichtquellen
vorgeschlagen. Im Strahlengang des von den Halbleiterlichtquellen
ausgesandten Lichts ist eine Projektionslinsenanordnung angeordnet,
die das Licht zur Erzielung einer gewünschten Lichtverteilung
auf eine Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug projiziert. Das Lichtmodul
im Strahlengang zwischen den Halbleiterlichtquellen und der Projektionslinsenanordnung
weist ein Optikarray mit mehreren matrixartig angeordneten optischen
Elementen auf, das von den Halbleiterlichtquellen ausgesandtes Licht
in der Weise beeinflusst, dass sich in Lichtaustrittsrichtung nach
der Projektionslinsenanordnung eine homogenisierte Lichtverteilung
ergibt.
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Eine ähnliche
Beleuchtungsvorrichtung ist aus der unveröffentlichten
Schrift
DE 10 2008 044 967.9-54 bekannt.
Die Beleuchtungsvorrichtung umfasst mehrere Halbleiterlichtquellen,
die ein Lichtquellenfeld bilden, das aus mehreren Zeilen linear nebeneinander
angeordneter Halbleiterlichtquellen gebildet ist. Im Strahlengang
des von den Halbleiterlichtquellen ausgesandten Lichts ist ein Optikfeld
mit mehreren matrixartig angeordneten optischen Abbildungselementen
angeordnet. Die optischen Abbildungselemente weisen im Wesentlichen
einen viereckigen Querschnitt auf und vertikale Seitenwände von
optischen Abbildungselementen mindestens einer der Zeilen sind geneigt.
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Aus
der unveröffentlichten Schrift
DE 10 2008044968.7-54 ist eine
Beleuchtungsvorrichtung bekannt, die mehrere auf einer Leuchtfläche
angeordnete Lichtquellen umfasst, von denen wenigstens ein Teil
Leuchtdioden sind, die ein Leuchtdiodenfeld bilden, das aus mehreren
Zeilen linear nebeneinander angeordneter Leuchtdioden besteht. Dabei
ist ein Abstand benachbarter Lichtquellen in wenigstens einem Randbereich
der Leuchtfläche größer als in einem
Zentralbereich der Leuchtfläche.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte, insbesondere
vereinfachte Beleuchtungsvorrichtung mit Leuchtdioden als Lichtquellen
anzugeben, die sich insbesondere als Lichtquellenmodul in einem
Fahrzeugscheinwerfer eignet.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Beleuchtungsvorrichtung
gelöst, welche die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung weist
mehrere Leuchtdioden auf, die ein Leuchtdiodenfeld bilden, das aus
wenigstens zwei Zeilen linear nebeneinander angeordneter Leuchtdioden
gebildet ist. Ferner weist die Beleuchtungsvorrichtung ein Optikfeld
auf, das im Strahlengang von den Leuchtdioden ausgesendeten Lichts
angeordnet ist und eine Anzahl von jeweils wenigstens einer Leuchtdiode
zugeordneten optischen Abbildungselementen aufweist. Dabei weist
eine erste Zeile des Leuchtdiodenfeldes lichtstärkere Leuchtdioden
auf als wenigstens eine zweite Zeile und diesen Leuchtdioden sind erste
optische Abbildungselemente zugeordnet, die andere optische Abbildungseigenschaften
aufweisen als zweite optische Abbildungselemente, die den Leuchtdioden
der wenigstens einen zweiten Zeile zugeordnet sind.
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Dadurch,
dass die erste Zeile des Leuchtdiodenfeldes lichtstärkere
Leuchtdioden als die wenigstens eine zweite Zeile aufweist und diesen
lichtstärkeren Leuchtdioden optische Abbildungselemente mit
anderen Abbildungseigenschaften als den Leuchtdioden der wenigstens
einen zweiten Zeile zugeordnet sind, können die Leuchtdioden
der ersten Zeile mehrere Leuchtdiodenzeilen von aus dem Stand bekannten
Leuchtdiodenfeldern ersetzen. Dadurch kann gegenüber dem
Stand der Technik sowohl die Gesamtanzahl der Leuchtdioden als auch die
Anzahl der Zeilen des Leuchtdiodenfeldes reduziert werden.
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Dies
senkt vorteilhaft den für den Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung
erforderlichen Energiebedarf und reduziert andererseits die Größe
und damit den Bauraumbedarf und das Gewicht der Beleuchtungsvorrichtung.
Außerdem werden die Herstellungskosten der Beleuchtungsvorrichtung
vorteilhaft gesenkt. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen
Beleuchtungsvorrichtung ist die Reduzierung der Komplexität
der elektronischen Ansteuerung, da die kleinere Anzahl von Leuchtdioden auch
die Anzahl von Kanälen zur Ansteuerung der einzelnen Leuchtdioden
entsprechend reduziert.
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Insgesamt
vereinfacht die Erfindung aus dem Stand der Technik bekannte Beleuchtungsvorrichtungen
erheblich, was sich vorteilhaft auf die Größe,
das Gewicht, die Komplexität, den Energiebedarf und die
Herstellungskosten der Beleuchtungsvorrichtung auswirkt.
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Durch
diese Vorteile eignet sich die Beleuchtungsvorrichtung insbesondere
zu ihrer erfindungsgemäß vorgesehenen Verwendung
als Lichtquellenmodul in einem Fahrzeugscheinwerfer, da in Fahrzeugen
die Reduzierung von Größe, Gewicht und Energiebedarf
von Bauteilen besonders vorteilhaft ist.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden
anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen
beschrieben.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
Beleuchtungsvorrichtung mit einem Leuchtdiodenfeld, einem diesem
im Strahlengang nachgeordneten Optikfeld und einer Projektionslinsenanordnung
in einer perspektivischen Darstellung,
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2 Pixel
eines Optikfeldes in einer Draufsicht,
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3 Pixel
eines Optikfeldes einer aus dem Stand bekannten Beleuchtungsvorrichtung
in einer Draufsicht, und
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4 schematisch
einen Längsschnitt durch ein Optikfeld und ein Leuchtdiodenfeld.
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Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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1 zeigt
die wesentlichen Komponenten einer Beleuchtungsvorrichtung B mit
einem Leuchtdiodenfeld 1, dem im Strahlengang ein Optikfeld 2 und eine
Projektionslinsenanordnung 4 nachgeordnet sind. Die Beleuchtungsvorrichtung
B ist insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeugscheinwerfer vorgesehen.
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Das
Leuchtdiodenfeld 1 ist von zwei Zeilen (1.1, 1.2)
linear nebeneinander angeordneter Leuchtdioden gebildet. Die Leuchtdioden
sind üblicherweise auf einem in 1 nicht
dargestellten Trägerelement 3, z. B. einer Leitplatte
oder gemeinsamen Platine, angeordnet und elektrisch kontaktiert.
Dabei sind die Leuchtdioden des Leuchtdiodenfeldes 1 vorzugsweise
einzeln oder in Gruppen ansteuerbar, d. h. an- und ausschaltbar
und/oder dimmbar.
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Das
Optikfeld 2 ist aus einer Anzahl von parallel über-
und/oder nebeneinander, insbesondere matrixartig angeordneten optischen
Abbildungselementen 6.1, 6.2 gebildet. In diesem
Ausführungsbeispiel ist jeweils einer Leuchtdiode einer
oberen, ersten Zeile 1.1 des Leuchtdiodenfeldes 1 ein
erstes optisches Abbildungselement 6.1 einer oberen, ersten Zeile
des Optikfeldes 2 und jeweils einer Leuchtdiode der unteren,
zweiten Zeile 1.2 des Leuchtdiodenfeldes 1 ein
zweites optisches Abbildungselement 6.2 einer unteren,
zweiten Zeile des Optikfeldes 2 zugeordnet. In alternativen
Ausführungsbeispielen kann auch mehreren Leuchtdioden des
Leuchtdiodenfelds 1 ein einziges optisches Abbildungselement 6.1, 6.2 des
Optikfeldes 2 zugeordnet sein.
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Das
Optikfeld 2 ist bevorzugt als eine Baueinheit aus einem
Formteil, insbesondere einem Kunststoffformteil, bevorzugt einem
Spritzgussteil, gebildet. Auch kann das Optikfeld 2 modular
aufgebaut sein. Das heißt beispielsweise, dass mehrere optische
Abbildungselemente 6.1, 6.2 eine Gruppe und ein
Teilmodul bilden, das separat gefertigt und somit vorgefertigt werden
kann, wobei das Optikfeld 2 dann aus einer Anzahl von Teilmodulen
von mehreren Abbildungselementen 6.1, 6.2 zusammengesetzt ist.
Bevorzugt sind alle optische Abbildungselemente 6.1, 6.2 zu
einem einzigen Modul zusammengefasst.
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Die
optischen Abbildungselemente 6.1, 6.2 sind beispielsweise
als Reflektoren ausgebildet. Auch können an Lichtaustrittsflächen
der optischen Abbildungselemente 6.1, 6.2 zusätzliche
optische Elemente, z. B. optische Linsen, Filter oder Designelemente,
angeordnet sein.
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Die
optischen Abbildungselemente 6.1, 6.2 sind dabei
derart ausgebildet, dass sie über eine Lichteintrittsfläche
das gesamte oder zumindest einen Großteil des von der jeweils
zugeordneten Leuchtdiode ausgesendeten Lichts aufnimmt und über
eine gegenüber der Lichteintrittsfläche größere Lichtaustrittsfläche
ausstrahlt. Dazu sind die optischen Abbildungselemente 6.1, 6.2 jeweils
konusförmig ausgebildet und bündeln von der jeweiligen Leuchtdiode
ausgesendetes Licht zu einem Lichtbündel, das an der Lichtaustrittsfläche
austritt.
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Die
Lichtaustrittsflächen der optischen Abbildungselemente 6.1, 6.2 weisen
vorzugsweise eine viereckige Querschnittsform, die im folgenden
auch als Pixel bezeichnet wird, auf und grenzen auch bei variierenden
Abständen der Lichteintrittsflächen der optischen
Abbildungselemente 6.1, 6.2 seitlich unmittelbar
aneinander an, so dass die Lichtaustrittsflächen des gesamten
Optikfeldes 2 eine einheitliche, geometrisch strukturierte
Oberfläche bilden.
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Zweckmäßigerweise
entsprechen die Außenform und/oder der Außenumfang
des Optikfeldes 2 der Außenform und/oder dem Außenumfang
des Leuchtdiodenfeldes 1. Insbesondere entspricht die Außenform
und/oder der Außenumfang des Optikfeldes 2 der
Außenform und/oder dem Außenumfang des Trägerelements 3 für
das Leuchtdiodenfeld 1.
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Die
dem Optikfeld 2 nachgeordnete Projektionslinsenanordnung 4 projiziert
die vom Optikfeld 2 geformten Lichtbündel der
optischen Abbildungselemente 6.1, 6.2 zur Erzeugung
einer gewünschten Lichtverteilung bei Verwendung in einem
Kraftfahrzeugscheinwerfer auf eine Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug.
Die Projektionslinsenanordnung 4 kann als eine einzelne
Linse ausgebildet sein oder aus mehreren Linsenelementen zusammengesetzt
sein.
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Erfindungsgemäß weist
die erste Zeile 1.1 des Leuchtdiodenfeldes 1 lichtstärkere
Leuchtdioden als die zweite Zeile 1.2 auf. Ferner weisen
die diesen Leuchtdioden zugeordneten ersten optischen Abbildungselemente 6.1 andere
optische Abbildungseigenschaften auf als die zweiten optischen Abbildungselemente 6.2,
so dass die ersten optischen Abbildungselemente 6.1 von
den ihnen zugeordneten Leuchtdioden ausgesendetes Licht jeweils
in einen größeren Raumwinkel verteilen und/oder
ein Lichtbündel einer größeren Ausdehnung
in einer zur Ausbreitungsrichtung 5 des Lichts senkrecht
stehenden Ebene erzeugen als die zweiten optischen Abbildungselemente 6.2.
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Dadurch
kann durch die ersten optischen Abbildungselemente 6.1 jeweils
ein größerer Bereich ausgeleuchtet werden als
durch die zweiten optischen Abbildungselemente 6.2.
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Bei
einer Verwendung der Beleuchtungsvorrichtung B in einem Fahrzeugscheinwerfer
sind die optischen Abbildungselemente 6.1, 6.2 und
die Projektionslinsenanordnung 4 ferner vorzugsweise derart
ausgebildet, dass die Lichtintensität des von der Beleuchtungsvorrichtung
B ausgesendeten Lichts in einem oberen und einem unteren Randbereich
des Raumwinkelbereichs, in den das Licht ausgesendet wird, relativ
sanft abnimmt, und im Stossbereich der optischen Abbildungselemente 6.1, 6.2 jedoch
gleiche Lichtintensitäten vorherrschen.
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2 zeigt
eine Draufsicht auf die Pixel des Optikfeldes 2, d. h.
auf die Lichtaustrittsflächen der optischen Abbildungselemente 6.1, 6.2.
Hinter jedem Pixel ist jeweils eine Leuchtdiode des Leuchtdiodenfeldes 1 angeordnet.
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Die
Pixel der ersten Zeile des Optikfeldes 2 sind rechteckig
ausgebildet, wobei ihre Höhe ihre Breite deutlich übertrifft.
Demgegenüber sind die Pixel der zweiten Zeile nahezu quadratisch
ausgebildet. Die zweite Zeile weist außerdem mehr Pixel
als die erste Zeile auf.
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3 zeigt
zum Vergleich Pixel eines Optikfeldes einer aus dem Stand der Technik
bekannten Beleuchtungsvorrichtung, ebenfalls zur Verwendung in einem
Fahrzeugscheinwerfer. Im Unterschied zum in 2 dargestellten
Optikfeld 2 sind die Pixel in vier Zeilen angeordnet, wobei
die beiden oberen Zeilen weniger Pixel als die beiden unteren Zeilen
aufweisen. Auch in diesem Fall ist jeder Pixel jeweils einer Leuchtdiode
eines hinter dem Optikfeld angeordneten Leuchtdiodenfeldes zugeordnet,
wobei jedoch alle Leuchtdioden eine gleiche Lichtstärke
aufweisen. Problematisch in diesem Stand der Technik ist der unterschiedliche
Abstand der Leuchtdioden, welches üblicherweise zu einer
aufwändigen Montage führt und der bei der vorliegenden
Erfindung vermieden wird.
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Die
horizontale Ausdehnung der Pixel und damit der horizontale Abstand
der Leuchtdioden nimmt in Endbereichen der Zeilen zu. Die vertikale Ausdehnung
der Pixel und damit der vertikale Abstand der Leuchtdioden nimmt
von unten nach oben zu.
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Im
Vergleich zu dem in 3 dargestellten Optikfeld weist
das in den 1 und 2 dargestellte
Optikfeld 2 einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung
B eine deutlich geringere Anzahl von Leuchtdioden und damit eine
deutlich vereinfachte Bauform mit den oben bereits genannten Vorteilen,
insbesondere bei der Verwendung in einem Fahrzeugscheinwerfer, auf.
Diese Vereinfachung wird durch die erhöhte Lichtstärke
der Leuchtdioden der ersten Zeile 1.1 des Leuchtdiodenfeldes 1 und die
unterschiedlichen Abbildungseigenschaften der optischen Abbildungselemente 6.1, 6.2 erreicht,
die es insbesondere ermöglichen, die drei oberen Zeilen des
in 3 dargestellten Optikfeldes und die drei oberen
Zeilen des entsprechenden Leuchtdiodenfeldes jeweils durch die erste
Zeile des Optikfeldes 2 bzw. die erste Zeile 1.1 des
Leuchtdiodenfeldes 1 zu ersetzen.
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Eine
Weitergestaltung des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels
der Erfindung sieht vor, die horizontalen Ausdehnungen der Pixel
in Endbereichen der ersten und zweiten Zeile des Optikfeldes 2 und
entsprechend die horizontalen Abstände der Leuchtdioden
in Endbereichen der beiden Zeilen (1.1, 1.2) des
Leuchtdiodenfeldes 1 analog zu dem in 1 dargestellten
Optikfeld gegenüber dem Mittelbereich zu erhöhen
und dabei die Leuchtdiodenanzahl vorteilhaft weiter zu reduzieren.
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Alternativ
oder zusätzlich können die vertikalen Ausdehnungen
(Höhen) der Pixel in einem Endbereich oder in beiden Endbereichen
der ersten Zeile des Optikfeldes 2 geringer sein als in
einem Mittelbereich. Insbesondere können die vertikalen
Ausdehnungen der Pixel von einem Endbereich oder von beiden Endbereichen
der ersten Zeile des Optikfeldes 2 zu dem Mittelbereich
hin zunehmen.
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4 zeigt
schematisch einen Längsschnitt durch ein Optikfeld 2 und
ein Leuchtdiodenfeld 1 mit einem Trägerelement 3 für
die Leuchtdioden. Die optischen Abbildungselemente 6.1, 6.2 sind
jeweils konusförmig als Reflektoren ausgebildet, deren
Innenoberflächen von den Leuchtdioden ausgesendetes Licht
reflektieren, wie beispielhaft für einige Lichtstrahlen 7 gezeigt
ist.
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Dabei
sind die ersten optischen Abbildungselemente 6.1 asymmetrisch
mit einer nach oben aufgeweiteten Öffnung ausgebildet.
Dies ermöglicht vorteilhaft die oben beschriebenen Abbildungseigenschaften
der optischen Abbildungselemente 6.1, 6.2 bei
einer Anordnung der Leuchtdioden auf einem ebenen Trägerelement 3.
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- 1
- Leuchtdiodenfeld
- 1.1
- erste
Zeile eines Leuchtdiodenfeldes
- 1.2
- zweite
Zeile eines Leuchtdiodenfeldes
- 2
- Optikfeld
- 3
- Trägerelement
- 4
- Projektionslinsenanordnung
- 5
- Ausbreitungsrichtung
- 6.1
- erstes
optisches Abbildungselement
- 6.2
- zweites
optisches Abbildungselement
- 7
- Lichtstrahl
- B
- Beleuchtungsvorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102008013603 [0003]
- - DE 102008044967 [0004]
- - DE 10 2008044968 [0005]