DE102009022848B4 - Headlamp assembly and headlamp system for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Scheinwerferanordnung (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens zwei unabhängig voneinander schaltbare Lichtquellen (17; 17', 17''; 40; 42) zum Aussenden von elektromagnetischer Strahlung, vorzugsweise in Form von für das menschliche Auge sichtbarem Licht, mindestens eine Primäroptik (18, 26; 18', 18''; 48) zum Bündeln der von den Lichtquellen (17, 17', 17''; 40, 42) ausgesandten Strahlung in einem Brennpunkt (34) oder einer Brennebene und eine Sekundäroptik zum Abbilden der durch die mindestens eine Primäroptik (18, 26; 18', 18''; 48) gebündelten Strahlung (30; 32) auf einer Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug, wobei die im Strahlengang der gebündelten Strahlung (30; 32) angeordnete Sekundäroptik als eine Zerstreuungslinse (20) ausgebildet ist, die zwischen der mindestens einen Primäroptik (18, 26; 18', 18''; 48) und dem Brennpunkt (34) bzw. der Brennebene der gebündelten Strahlung (30; 32) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine erste Lichtquelle (17; 40; 42) im Zusammenwirken mit einer ersten Primäroptik (18; 26; 48) und der Zerstreuungslinse (20) eine erste Teilfernlichtverteilung mit einer im Wesentlichen vertikalen Hell-Dunkel-Grenze (46) erzeugt und dass mindestens eine zweite Lichtquelle (17; 40; 42) im Zusammenwirken mit einer zweiten Primäroptik (18; 26; 48) und der Zerstreuungslinse (20) eine zweite Teilfernlichtverteilung mit einer im Wesentlichen vertikalen Hell-Dunkel-Grenze (46) erzeugt.Headlight assembly (10) for a motor vehicle, comprising at least two independently switchable light sources (17; 17 ', 17' '; 40; 42) for emitting electromagnetic radiation, preferably in the form of light visible to the human eye, at least one primary optic (17; 48) for bundling the radiation emitted by the light sources (17, 17 ', 17 ", 40, 42) at a focal point (34) or a focal plane and a secondary optics for imaging the light source (18, 18; by the at least one primary optics (18, 26; 18 ', 18' '; 48) bundled radiation (30; 32) on a roadway in front of the motor vehicle, wherein in the beam path of the focused radiation (30; 32) arranged secondary optics as a diverging lens (20), which is arranged between the at least one primary optics (18, 26, 18 ', 18 ", 48) and the focal point (34) or the focal plane of the focused radiation (30, 32), characterized in that in that at least one first light source (1 7; 40; 42) in cooperation with a first primary optic (18; 26; 48) and the diverging lens (20) produces a first divisional light distribution having a substantially vertical light-dark boundary (46) and at least one second light source (17; 40; 42) interacting with a second primary optics (18; 26; 48 ) and the diverging lens (20) generates a second divisional light distribution having a substantially vertical light-dark boundary (46).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scheinwerferanordnung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Außerdem umfasst die Erfindung ein Scheinwerfersystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 13.The present invention relates to a headlamp assembly for a motor vehicle having the features of the preamble of claim 1. Furthermore, the invention comprises a headlamp system for a motor vehicle having the features of the preamble of claim 13.
Eine Scheinwerferanordnung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Typen von Kraftfahrzeugscheinwerfern bekannt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf nach dem Projektionsprinzip arbeitende Scheinwerfer. Dabei bündelt eine Primäroptik (z. B. ein Reflektor oder eine Vorsatzoptik mit totalreflektierenden Eigenschaften) von der Lichtquelle ausgesandte Strahlung. Die gebündelte Strahlung wird zur Erzeugung einer gewünschten Lichtverteilung durch eine Sekundäroptik, vorzugsweise in Form einer Projektionslinse, auf die Fahrbahn vor das Fahrzeug projiziert. Zur Erzeugung einer horizontalen Hell-Dunkel-Grenze bspw. für Abblendlicht oder Nebellicht ist in den bekannten Scheinwerfern im Strahlengang zwischen Primär- und Sekundäroptik eine Blendenanordnung angeordnet, deren Oberkante von der Sekundäroptik als Hell-Dunkel-Grenze auf die Fahrbahn projiziert wird.Various types of automotive headlamps are known in the art. The present invention relates to working on the projection principle headlights. A primary optic (eg a reflector or an optical attachment with totally reflecting properties) bundles emitted radiation from the light source. The bundled radiation is projected onto the road ahead of the vehicle in order to generate a desired light distribution by secondary optics, preferably in the form of a projection lens. For generating a horizontal light-dark boundary, for example, for low beam or fog light, a diaphragm arrangement is arranged in the known headlamps in the beam path between primary and secondary optics, whose upper edge is projected by the secondary optics as a light-dark boundary on the road.
Es gibt heute Projektionssysteme für Fahrzeugscheinwerfer, die durch Umschalten verschiedene Lichtverteilungen und Hell-Dunkel-Grenzen auf die Straße projizieren können. Die unterschiedlichen Lichtfunktionen werden durch motorisch oder magnetisch verstellbare Blenden realisiert, die in der Blendenebene der Projektionssysteme angeordnet sind. Die einzelnen Lichtverteilungen werden also durch gezielte Abschattung von Lichtbündeln realisiert, die üblicherweise aus einer einzelnen Lichtquelle stammen, zumeist aus einer Gas entladungslampe.Today there are projection systems for vehicle headlights, which can project different light distributions and light-dark boundaries onto the road by switching. The different light functions are realized by motorized or magnetically adjustable diaphragms, which are arranged in the diaphragm plane of the projection systems. The individual light distributions are thus realized by targeted shading of light bundles, which usually come from a single light source, usually from a gas discharge lamp.
Verschiedene Lichtfunktionen können auch durch Umschalten zwischen verschiedenen Lichtquellen, die im Scheinwerfer bzw. in einer Lampe angeordnet sind, erzeugt werden. Bevorzugte Lichtfunktionen des Scheinwerfers sind Abblendlicht, Fernlicht, Nebellicht, statisches oder dynamisches Kurvenlicht, Autobahnlicht, Landstraßenlicht, Stadtlicht oder ein sogenanntes ”blendfreies Fernlicht” oder „Teilfernlicht”, bei dem Bereiche des Fernlichts, wo sich entgegenkommende oder vorausfahrende Verkehrsteilnehmer befinden, gezielt ausgeblendet werden. Als Lichtquellen werden Lampen, bspw. Gasentladungslampen und Glühfadenlampen aber auch Leuchtdioden (LEDs) eingesetzt.Various light functions can also be generated by switching between different light sources which are arranged in the headlight or in a lamp. Preferred light functions of the headlamp are low beam, high beam, fog light, static or dynamic cornering light, motorway light, country road light, city lights or a so-called "glare-free high beam" or "partial high beam" in which areas of the high beam, where oncoming or leading road users are targeted hidden , As light sources, lamps, for example. Gas discharge lamps and filament lamps but also light emitting diodes (LEDs) are used.
Bei Verwendung von LEDs als Lichtquelle in dem Scheinwerfer werden in der Regel zur Erzeugung einer benötigten Lichtstärke Anordnungen von LEDs, sog. LED-Chips oder LED-Arrays, benötigt und dazu eine Vielzahl dazugehörende Vorsatzoptiken (Primäroptiken), so dass die Gesamtlichtverteilung von LED-Scheinwerfern im Wesentlichen durch die Überlagerung von Lichtverteilungen mehrerer Lichtmodule gebildet wird. In der Vorsatzoptik wird die von den LEDs in einem relativ großen Abstrahlwinkel ausgesandte Strahlung mittels Totalreflexion gezielt gebündelt. Die Vorsatzoptik kann zusätzlich auch optische Linsen und Reflektoren umfassen. Teilweise wird nun versucht, die bei Gasentladungslichtmodulen eingeführten beweglichen Blenden auch in LED-Projektionssystemen einzusetzen, um so mehrere Abblendlicht- und/oder Fernlichtfunktionen in einem Lichtmodul zu integrieren. Eine Modulation größerer Lichtströme durch Abschatten ist hier jedoch wegen der noch derzeit systembedingt geringen Lichtleistung der LED-Lichtmodule besonders nachteilig.When LEDs are used as the light source in the headlight, arrays of LEDs, so-called LED chips or LED arrays, are generally required to generate a required light intensity and, in addition, a large number of associated front optics (primary optics), so that the total light distribution of LEDs Headlamps is essentially formed by the superposition of light distributions of multiple light modules. In the attachment optics, the radiation emitted by the LEDs in a relatively large radiation angle is focused in a targeted manner by means of total reflection. The attachment optics may additionally include optical lenses and reflectors. In part, it is now being attempted to use the introduced in gas discharge light modules movable panels in LED projection systems, so as to integrate multiple low-beam and / or high beam functions in a light module. However, a modulation of larger luminous fluxes by shading is particularly disadvantageous here because of the currently system-induced low light output of the LED light modules.
Aus der
Weiterer Stand der Technik wird durch die Druckschriften
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Scheinwerferanordnung der eingangs genanten Art dahingehend auszugestalten und weiter zu entwickeln, dass die Scheinwerferanordnung ohne Verwendung einer variablen Blendenanordnung zur Erzeugung unterschiedlicher Lichtverteilungen umschaltbar ist. Die Scheinwerferanordnung soll zudem kompakt im Aufbau und kostengünstig in der Herstellung und Montage sein.The object of the invention is to design a headlamp assembly of the type mentioned in such a way and further develop that the headlamp assembly without the use of a variable aperture arrangement for generating different light distributions can be switched. The headlamp assembly should also be compact in construction and inexpensive to manufacture and assembly.
Diese Aufgabe wird ausgehend von der Scheinwerferanordnung der eingangs genannten Art durch eine Scheinwerferanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Insbesondere ist die im Strahlengang der gebündelten Strahlung angeordnete Sekundäroptik als eine Zerstreuungslinse ausgebildet, die zwischen der mindestens einen Primäroptik und dem Brennpunkt bzw. der Brennebene der gebündelten Strahlung angeordnet ist. Bei dem Brennpunkt bzw. der Brennebene der gebündelten Strahlung handelt es sich um einen virtuellen Brennpunkt bzw.This object is achieved on the basis of the headlamp assembly of the type mentioned by a headlamp assembly with the features of claim 1. In particular, the secondary optics arranged in the beam path of the collimated radiation is designed as a diverging lens, which is arranged between the at least one primary optics and the focal point or the focal plane of the collimated radiation. The focal point or the focal plane of the focused radiation is a virtual focal point or
eine virtuelle Brennebene, da die gebündelte Strahlung vor Erreichen des Brennpunkts bzw. der Brennebene auf die Zerstreuungslinse trifft, welche den Strahlengang auffächert. Ferner erzeugt mindestens eine erste Lichtquelle im Zusammenwirken mit einer ersten Primäroptik und der Zerstreuungslinse eine erste Teilfernlichtverteilung mit einer im Wesentlichen vertikalen Hell-Dunkel-Grenze und erzeugt mindestens eine zweite Lichtquelle im Zusammenwirken mit einer zweiten Primäroptik und der Zerstreuungslinse eine zweite Teilfernlichtverteilung mit einer im Wesentlichen vertikalen Hell-Dunkel-Grenze.a virtual focal plane, since the collimated radiation impinges on the diverging lens before reaching the focal point or the focal plane, which fanning the beam path. Furthermore, at least one first light source, in cooperation with a first primary optics and the diverging lens, generates a first sub-beam light distribution with a substantially vertical light-dark boundary, and at least one second light source in cooperation with a second primary optics and the diverging lens produces a second sub-beam light distribution with a substantially vertical light-dark border.
Üblicherweise wird in einem herkömmlichen Projektionsscheinwerfer zur Erzeugung einer gewünschten Lichtverteilung auf der Fahrbahn vor dem Fahrzeug eine konvex ausgestaltete Projektionslinse als Sekundäroptik verwendet, die im Brennpunkt der von der Primäroptik gebündelten Strahlung angeordnet ist. Der Fokus der Linse ist dabei vorzugsweise im Brennpunkt bzw. in der Brennebene der gebündelten Strahlen angeordnet. Dieser Aufbau hat zur Folge, dass jeder Lichtquelle bzw. Primäroptik eine dazu angepasste Sekundäroptik zugeordnet werden muss. Der Erfindung liegt die Idee zu Grunde, mehrere Lichtquellen mit einer einzigen Sekundäroptik, die als Projektionsoptik arbeitet, bedienen zu können.Usually, in a conventional projection headlamp for generating a desired light distribution on the roadway in front of the vehicle, a convexly designed projection lens is used as secondary optics, which is arranged at the focal point of the radiation focused by the primary optics. The focus of the lens is preferably arranged in the focal point or in the focal plane of the focused beams. This structure has the consequence that each light source or primary optics must be associated with a adapted secondary optics. The invention is based on the idea to be able to operate a plurality of light sources with a single secondary optics, which works as projection optics.
Dies kann erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, dass das sog. Galilei-Prinzip in einem Scheinwerfer vom Projektionstyp eingesetzt wird. Beim Galilei-Prinzip trifft eine gebündelte Strahlung auf eine zumindest auf der Lichteintrittseite konkav ausgestaltete Zerstreuungslinse, wobei die Zerstreuungslinse vor einer bildseitigen, virtuellen Brennebene der gebündelten Lichtstrahlen angeordnet ist. Die Linse ist im Zentrum dünner ausgebildet als am Rand. Dadurch ergibt sich eine streuende Wirkung auf paralleles Licht. Alternativ kann die Linse im Zentrum dicker ausgebildet sein als am Rand. Dadurch ergibt sich bis zum Brennpunkt eine sammelnde Wirkung auf paralleles Licht, und nach dem Brennpunkt wird das Licht gestreut. Dabei müssen sich die Lichtstrahlen nicht in einem einzigen Brennpunkt schneiden. Es ist durchaus denkbar, dass sich die Lichtstrahlen in einem oder mehreren Brennpunkten der Brennebene schneiden. Auf der Bildseite der Zerstreuungslinse entsteht dabei ein aufrechtes Bild, d. h. das Bild ist nicht, wie bei der Anwendung einer konvexen Sammellinse um 180° gedreht. Die Richtung der Strahlung auf der Lichtaustrittsseite wird im Wesentlichen von der Ausgestaltung der Zerstreuungslinse auf der Lichtaustrittseite bestimmt, die konkav, konvex oder auch plan ausgestaltet sein kann.This can be achieved according to the invention in that the so-called Galilei principle is used in a projector-type headlamp. In the case of the Galilei principle, concentrated radiation impinges on a diverging lens concave at least on the light entry side, the diverging lens being arranged in front of an image-side, virtual focal plane of the collimated light beams. The lens is thinner in the center than at the edge. This results in a scattering effect on parallel light. Alternatively, the lens may be thicker in the center than at the edge. This results in a collecting effect on parallel light up to the focal point, and after the focal point, the light is scattered. The light beams do not have to intersect in a single focal point. It is quite conceivable that the light beams intersect at one or more focal points of the focal plane. On the image side of the diverging lens thereby creates an upright image, d. H. the image is not rotated by 180 ° as in the case of using a convex condenser lens. The direction of the radiation on the light exit side is essentially determined by the configuration of the diverging lens on the light exit side, which can be configured concave, convex or planar.
Für die technische Anwendung des oben beschriebenen Galilei-Prinzips auf den Kraftfahrzeugscheinwerfer bedeutet das, dass bspw. ein Bereich unterhalb einer optische Achse der Zerstreuungslinse von einer ersten Lichtquelle der Scheinwerferanordnung und ein Bereich oberhalb der optischen Achse von einer zweiten Lichtquelle der Scheinwerferanordnung genutzt wird. Eine Lichtverteilung auf der Lichtaustrittsseite kann dabei eine resultierende Lichtverteilung beider Lichtquellen sein, indem die Teil-Lichtverteilungen der beiden Lichtquellen zu der Gesamt-Lichtverteilung ergänzen, wobei eine geringfügige Überlappung der Teil-Lichtverteilungen denkbar ist. Die gesamte Lichtverteilung kann aber auch wahlweise von der ersten oder der zweiten Lichtquelle allein erzeugt werden. Beide Lichtquellen müssen dazu unabhängig voneinander schaltbar sein. Denkbar ist auch, dass sich die gebündelte Strahlung der beiden Lichtquellen bereits auf der Lichteingangsseite der Zerstreuungslinse überlappt. Durch die Anordnung der Zerstreuungslinse vor einer bildseitigen, virtuellen Brennebene und durch den Verzicht auf eine Blendenanordnung mit deren Betätigungsmechanismus für die einzelnen Blendenelemente und auf dessen elektrische Versorgung kann vorteilhafterweise ein sehr kompakter Aufbau der Scheinwerferanordnung realisiert werden. Das verringert die Herstellungskosten und spart Bauraum im Frontend des Kraftfahrzeugs.For the technical application of the Galilei principle described above to the motor vehicle headlight, this means that, for example, an area below an optical axis of the diverging lens is used by a first light source of the headlamp assembly and an area above the optical axis by a second light source of the headlamp assembly. A light distribution on the light exit side can be a resulting light distribution of both light sources, in that the partial light distributions of the two light sources supplement the overall light distribution, wherein a slight overlap of the partial light distributions is conceivable. However, the entire light distribution can also be generated selectively by the first or the second light source alone. Both light sources must be independently switchable. It is also conceivable that the concentrated radiation of the two light sources already overlaps on the light input side of the diverging lens. The arrangement of the diverging lens in front of an image-side, virtual focal plane and by dispensing with a diaphragm arrangement with their actuating mechanism for the individual diaphragm elements and on the electrical supply advantageously a very compact design of the headlamp assembly can be realized. This reduces the manufacturing costs and saves installation space in the front end of the motor vehicle.
Weitere für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf jeweils explizit hingewiesen wird. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.Further features which are important for the invention can also be found in the following description and in the drawing, wherein the features, both alone and in different combinations, can be important for the invention without any explicit reference being made thereto. Advantageous developments can be found in the subclaims.
Wichtig für die Erzeugung einer gewünschten Lichtverteilung ist das Aussenden und das anschließende Aufbereiten des von den Lichtquellen ausgesandten Lichts. Vorteilhaft dabei ist, wenn die Lichtquellen jeweils mindestens eine Leuchtdiode (LED) oder ein Leuchtdioden-Array umfassen und dass der mindestens einen Leuchtdiode oder dem Leuchtdioden-Array einer Lichtquelle eine separate Primäroptik zugeordnet ist, wobei jeweils eine Lichtquelle und die dieser zugeordnete(n) Primäroptik(en) zu einem Lichtmodul zusammengefasst sind. Die Primäroptik kann dabei einen Reflektor und/oder einen transparenten Körper mit totalreflektierenden Eigenschaften (Vorsatzoptik) und/oder eine Linse umfassen. Bei Verwendung einer Vorsatzoptik werden die von den LEDs ausgesandten Lichtstrahlen in der Regel an einer Rückseite in die Vorsatzoptik eingekoppelt, darin zumindest teilweise totalreflektiert und aufgrund der Form der Optiken gleichzeitig gebündelt und schließlich an einer Vorderseite wieder ausgekoppelt. Die Vorsatzoptik kann auf der Lichtaustrittsseite auch eine Linse umfassen. Vorteilhaft für die Erfindung sind auch Vorsatzoptiken, in denen der Strahlengang geteilt wird, wobei bspw. ein erstes Strahlenbündel durch eine Linse projiziert wird und mindestens ein weiteres Strahlenbündel an einer totalreflektierenden Grenzfläche der Vorsatzoptik reflektiert wird.Important for the generation of a desired light distribution is the emission and the subsequent processing of the light emitted by the light sources. It is advantageous if the light sources in each case comprise at least one light-emitting diode (LED) or a light-emitting diode array and that the at least one light-emitting diode or the light-emitting diode array of a light source is assigned a separate primary optics, wherein in each case a light source and the associated (n) Primary optics (s) are combined to form a light module. The primary optics may comprise a reflector and / or a transparent body with totally reflecting properties (attachment optics) and / or a lens. When using an optical attachment, the light beams emitted by the LEDs are usually coupled to the rear optics at a rear side, are totally reflected therein at least partially, and at the same time bundled due to the shape of the optics and finally decoupled again at a front side. The attachment optics may also include a lens on the light exit side. Advantageous for the invention are also front optics in which the beam path is shared, for example, a first beam is projected through a lens and at least one further beam is reflected at a total reflecting interface of the optical attachment.
Alternativ dazu ist es möglich, dass die Lichtquellen jeweils mindestens einen Glühfaden einer einzigen Glühfadenlampe umfassen. In einer bevorzugten Ausgestaltung sind genau zwei Lichtquellen vorgesehen, wobei jede Lichtquelle genau einen Glühfaden umfasst und die Glühfäden der Lichtquellen in einer Zweifadenglühlampe, bspw. in Form einer H4-Lampe, zusammengefasst sind. Als Primäroptik bietet sich hierbei besonders ein Reflektor an. Dabei hat der Reflektor in axialer Richtung vorzugsweise die Form eines Ellipsoids, insbesondere eines Rotationsellipsoids, um die von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlen in der gewünschten Weise zu bündeln. Der zweite Brennpunkt des Ellipsoid-Reflektors liegt im virtuellen Brennpunkt der Zerstreuungslinse. Diese. Ausführungsform ist besonders kompakt, da lediglich ein Lichtmodul benötigt wird, das in einer einzigen Lampe zwei separat schaltbare Lichtquellen integriert, die in unterschiedliche Richtung strahlen und damit zur Erzeugung unterschiedlicher Lichtverteilungen genutzt werden können. Alternatively, it is possible that the light sources each comprise at least one filament of a single filament lamp. In a preferred embodiment, exactly two light sources are provided, wherein each light source comprises exactly one filament and the filaments of the light sources are combined in a two filament incandescent lamp, for example in the form of an H4 lamp. The primary optic here is a reflector. In this case, the reflector in the axial direction preferably has the shape of an ellipsoid, in particular an ellipsoid of revolution, in order to bundle the light beams emitted by the light source in the desired manner. The second focus of the ellipsoidal reflector is in the virtual focus of the diverging lens. These. Embodiment is particularly compact, since only one light module is needed, which integrates two separately switchable light sources in a single lamp, which radiate in different directions and thus can be used to generate different light distributions.
Besonders vorteilhaft ist, dass mindestens eine erste Lichtquelle im Zusammenwirken mit einer ersten Primäroptik und der Zerstreuungslinse des Scheinwerfers eine abgeblendete Lichtverteilung mit einer im Wesentlichen horizontalen Hell-Dunkel-Grenze erzeugt und dass mindestens eine zweite Lichtquelle im Zusammenwirken mit einer zweiten Primäroptik und der Zerstreuungslinse eine Fernlichtverteilung erzeugt. Die Lichtquellen sind dazu bevorzugt in der im Fahrzeug montierten Scheinwerferanordnung untereinander angeordnet, so dass die erste Lichtquelle unterhalb einer die optischen Achse umfassenden horizontalen Ebene der Zerstreuungslinse und die zweite Lichtquelle oberhalb der Ebene angeordnet sein kann. Dieser Anordnung kommt die Tatsache zugute, dass gemäß dem Galilei-Prinzip die gesamte Fläche der Lichteintrittsfläche der konkaven Zerstreuungslinse auf die beiden Lichtmodule aufgeteilt werden kann und außerdem keine Spiegelung des Bildes an der die optische Achse umfassenden horizontalen Ebene erfolgt. Das bedeutet, dass der unterhalb der die optischen Achse umfassenden horizontalen Ebene liegende Bereich der Zerstreuungslinse zur Erzeugung der abgeblendeten Lichtverteilung mit einer Ausleuchtung des unterhalb einer im Wesentlichen horizontalen Hell-Dunkel-Grenze liegenden Bereichs genutzt werden kann und der Bereich der Zerstreuungslinse oberhalb der horizontalen Ebene zur Erzeugung einer Fernlichtverteilung mit einer Ausleuchtung des oberhalb der im Wesentlichen horizontalen Hell-Dunkel-Grenze liegenden Bereichs genutzt werden kann. Es kommt dabei zu keiner bzw. nur zu einer geringen Überlappung der Lichtstrahlen aus dein oberen und dem unteren Bereich der Zerstreuungslinse. Möglich ist aber auch, dass die Lichtmodule zur Erzeugung des Abblendlichts und des Fernlichts in einem Winkel, vorzugsweise in einem rechten Winkel, relativ zueinander in der Scheinwerferanordnung angeordnet sind.It is particularly advantageous that at least one first light source in cooperation with a first primary optics and the diverging lens of the headlamp produces a dimmed light distribution with a substantially horizontal cut-off and that at least one second light source in cooperation with a second primary optics and the diverging lens High beam distribution generated. For this purpose, the light sources are preferably arranged one below the other in the vehicle-mounted headlight arrangement, so that the first light source can be arranged below a horizontal plane of the diverging lens which encompasses the optical axis and the second light source can be arranged above the plane. This arrangement benefits from the fact that according to the Galilei principle, the entire surface of the light entrance surface of the concave diverging lens can be divided between the two light modules and also no reflection of the image takes place at the horizontal plane comprising the optical axis. This means that the region of the diverging lens below the horizontal axis encompassing the optical axis can be used to produce the dimmed light distribution with an illumination of the area lying below a substantially horizontal light-dark boundary and the area of the diverging lens above the horizontal plane can be used to generate a high beam distribution with an illumination of lying above the substantially horizontal light-dark boundary area. There is no or only a slight overlap of the light beams from your upper and the lower area of the diverging lens. But it is also possible that the light modules for generating the low beam and the high beam are arranged at an angle, preferably at a right angle, relative to each other in the headlamp assembly.
Die jeweilige Lichtverteilung – auch die Erzeugung der Hell-Dunkel-Grenze bei der abgeblendeten Lichtverteilung – wird hierbei vorteilhafterweise lediglich durch das optische Zusammenspiel der Primäroptik und der Zerstreuungslinse (Sekundäroptik), also ohne bewegliche Blenden oder Blendenanordnungen, erreicht. Die Lichtverteilung wird in der bildseitigen, virtuellen Brennebene der Zerstreuungslinse erzeugt. Im Gegensatz zu konventionellen Projektionssystemen kann dabei prinzipbedingt auf den Einsatz einer Blendenanordnung für die Erzeugung der Hell-Dunkel-Grenze ganz verzichtet werden, da das Zwischenbild nur virtuell ist und (bildseitig) vor der Zerstreuungslinse liegt. Die Erzeugung des Fernlichts kann dabei eine Einzelfunktion der oberhalb der optischen Achse angeordneten Lichtquelle und des entsprechenden Bereich der Zerstreuungslinse sein. Sie kann aber auch eine resultierende, kombinierte Funktion der abgeblendeten Lichtverteilung und der Fernlichtverteilung, also beider Lichtquellen, sein, wobei sich die untere Teil-Lichtverteilung (Abblendlichtverteilung) und die obere Teil-Lichtverteilung zu der Fernlichtverteilung ergänzen.The respective light distribution - including the generation of the light-dark boundary in the dimmed light distribution - is advantageously achieved only by the optical interaction of the primary optics and the diverging lens (secondary optics), ie without moving diaphragms or diaphragm arrangements. The light distribution is generated in the image-side, virtual focal plane of the diverging lens. In contrast to conventional projection systems, the use of an aperture arrangement for the generation of the cut-off line can be dispensed with altogether, since the intermediate image is only virtual and lies in front of the diverging lens (on the image side). The generation of the high beam can be an individual function of the light source arranged above the optical axis and the corresponding region of the diverging lens. However, it can also be a resulting combined function of the dimmed light distribution and the high beam distribution, ie the two light sources, with the lower partial light distribution (low beam distribution) and the upper partial light distribution complementing the high beam distribution.
Primär wird versucht, eine einfach gestaltete Linse, bevorzugt mit Rotationssymmetrie, einzusetzen, und die Lichtverteilung durch die Reflektoren bzw. Vorsatzoptiken geeignet vorzuformen. Es ist aber auch denkbar, die obere Hälfte und die untere Hälfte der Linse entsprechend den Lichtverteilungen auszugestalten. Eine bevorzugte Variante ist eine Linse, die symmetrisch zu einer Ebene ist, die durch die vertikale Achse der Lichtverteilung und die optische Achse aufgespannt wird.Primarily, it is attempted to use a simply designed lens, preferably with rotational symmetry, and to preform the light distribution through the reflectors or attachment optics in a suitable manner. But it is also conceivable to design the upper half and the lower half of the lens according to the light distributions. A preferred variant is a lens which is symmetrical to a plane which is spanned by the vertical axis of the light distribution and the optical axis.
Zur Erzeugung der Lichtverteilungen für Abblendlicht und Fernlicht können die Vorsatzoptiken und die Zerstreuungslinse mit einer relativ großen Brennweite ausgeführt sein. Trotzdem kann die Scheinwerferanordnung kompakt ausgeführt werden. Durch die großen Brennweiten lässt sich eine besonders scharfe Hell-Dunkel-Grenze darstellen. Durch die Integration von zwei Lichtfunktionen in einer Scheinwerferanordnung können die Sekundäroptik, eine Kühlung der Scheinwerferanordnung, eine Mechanik für eine Grundeinstellung der Scheinwerferanordnung und eventuell eine Schwenkaktorik zur Realisierung einer Leuchtweitenregelung bzw. einer Kurvenlichtfunktion für beide Funktionen gemeinsam genutzt werden. Diese gemeinsame Nutzung sowie der Verzicht auf bewegliche Blenden oder Blendenanordnung macht die Scheinwerferanordnung einfacher im Aufbau und insgesamt kostengünstiger.In order to generate the light distributions for dipped beam and main beam, the auxiliary optics and the diverging lens can be designed with a relatively large focal length. Nevertheless, the headlamp assembly can be made compact. Due to the large focal lengths can be a particularly sharp cut-off. The integration of two light functions in a headlamp assembly, the secondary optics, cooling of the headlamp assembly, a mechanism for a basic adjustment of the headlamp assembly and possibly a Schwenkaktorik for realizing a headlamp leveling or cornering function for both functions can be shared. This sharing and the lack of movable panels or aperture arrangement makes the headlamp assembly simpler in construction and overall more cost effective.
Mindestens eine zweite Lichtquelle erzeugt im Zusammenwirken mit einer zweiten Primäroptik und der Zerstreuungslinse eine Teilfernlichtverteilung und das Teilfernlicht weist eine im Wesentlichen vertikale Hell-Dunkel-Grenze auf. Das Lichtmodul umfassend die mindestens zweite Lichtquelle und die zweite Primäroptik ist um eine im Wesentlichen vertikale Achse verschwenkbar. Unter dem Begriff Teilfernlicht wird hier eine Aufteilung der Gesamtfernlichtverteilung in einen auf die Fahrbahn bezogenen rechten (auf der eigenen Verkehrsseite) und linken (auf der Gegenverkehrsseite) Anteil verstanden, wobei die beiden Teilfernlichtverteilungen mit der vertikalen Hell-Dunkel-Grenze zusammen die Gesamt-Fernlichtverteilung erzeugen, wobei die Teilfernlichtverteilungen aneinandergrenzen bzw. sich geringfügig überlagern und so zu der Fernlichtverteilung ergänzen.At least one second light source, in cooperation with a second primary optics and the diverging lens, generates a partial long-distance light distribution and the sub-beam has a substantially vertical cut-off. The light module comprising the at least second light source and the second primary optics is pivotable about a substantially vertical axis. The term partial remote light is understood here as a division of the total distance light distribution in a relation to the road right (on the own traffic side) and left (on the opposite side) share, the two Teilfernlichtverteilungen with the vertical light-dark boundary together the total high beam distribution generate, with the Teilfernlichtverteilungen adjacent to each other or slightly overlap and so complement the high beam distribution.
Dabei wird eine erste Teilfernlichtverteilung mit einer auf einer ersten Fahrzeugseite, bspw. der rechten Fahrzeugseite, angeordneten Scheinwerferanordnung erzeugt und auf die entsprechende erste Seite der Fahrbahn, bspw. der rechten Fahrbahnseite projiziert und eine zweite Teilfernlichtverteilung mit einer auf der anderen Fahrzeugseite, bspw. der linken Fahrzeugseite angeordneten Scheinwerferanordnung erzeugt und auf die entsprechende andere Seite der Fahrbahn, bspw. die linke Fahrbahnseite projiziert, so dass sich die Teilfernlichtverteilungen der beiden Scheinwerferanordnungen zu einer Gesamt-Fernlichtverteilung des Scheinwerfersystems ergänzen. Hierbei ist es prinzipbedingt zweckmäßig, dass das Lichtmodul zur Erzeugung des Abblendlichts mit der horizontalen Hell-Dunkel-Grenze in Relation zum Lichtmodul zur Erzeugung des Teilfernlichts mit der vertikalen Hell-Dunkel-Grenze in einem Winkel von 90° zueinander in der Scheinwerferanordnung angeordnet sind. Durch das Lichtmodul in horizontaler Lage zur Fahrbahn wird bevorzugt eine horizontale Hell-Dunkel-Grenze erzeugt. Durch eine vertikale Lage des in einem Winkel zum ersten Lichtmodul angeordneten Lichtmoduls zur Fahrbahn wird bevorzugt eine vertikale Hell-Dunkel-Grenze einer Teilfernlichtverteilung erzeugt. Die Anwendung von Teilfernlicht ermöglicht die Realisation einer größeren Lichtstärke auf der Fahrbahn, da die Lichtstärke der Gesamtlichtverteilung aus zwei Lichtmodulen zusammengesetzt wird. Dies ist bei einer Anwendung von derzeit noch lichtschwächeren LEDs oder LED-Arrays als Lichtquellen besonders vorteilhaft.In this case, a first Teilfernlichtverteilung is generated with a on a first side of the vehicle, eg. The right side of the vehicle, arranged headlamp assembly and projected onto the corresponding first side of the road, eg. The right side of the road and a second Teilfernlichtverteilung with a on the other side of the vehicle, eg The left side of the vehicle arranged arranged headlamp assembly and projected onto the corresponding other side of the road, for example. The left side of the road, so that complement the Teilfernlichtverteilungen the two headlamp assemblies to a total high beam distribution of the headlamp system. It is inherently expedient that the light module for generating the low beam with the horizontal cut-off in relation to the light module for generating the partial high beam with the vertical cut-off line are arranged at an angle of 90 ° to each other in the headlamp assembly. By the light module in a horizontal position to the roadway, a horizontal cut-off line is preferably generated. By means of a vertical position of the light module arranged at an angle to the first light module relative to the roadway, a vertical light-dark boundary of a partial long-distance light distribution is preferably produced. The use of partial high-beam allows the realization of a greater light intensity on the road, since the light intensity of the total light distribution of two light modules is composed. This is particularly advantageous in the case of an application of currently still less faint LEDs or LED arrays as light sources.
Beim Teilfernlicht wird also eine Lichtverteilung erzeugt, bei der ein Sektor der Lichtverteilung oberhalb von ungefähr vertikal = –1° bis 0° und in horizontaler Richtung seitlich der vertikalen Hell-Dunkel-Grenze bei ungefähr horizontal = 0° (etwa –5° bis +15°) ausgeblendet wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Lichtmodule der beidseitig am Fahrzeug angeordneten Scheinwerferanordnungen um eine vertikale Achse verschwenkt werden können. Dies kann bspw. mit einer dynamischen Kurvenlichtfunktion kombiniert werden. Zur Realisierung der dynamischen Kurvenlichtfunktion kann ein Kurvenverlauf mit Hilfe geeigneter Sensoren und/oder eines Navigationsgeräts von einer Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs ermittelt und nach dessen Auswertung die Richtung der Lichtverteilung automatisch dem Kurvenverlauf angepasst werden. Geeignete Sensoren sind bspw. eine Kamera, Stereokamera, Radar, Lidar, eine Kombination aus Kamera und Radar bzw. Kamera und Lidar (Signallaufzeiterfassung).In the case of the split-beam light, a light distribution is thus produced in which a sector of the light distribution above approximately vertical = -1 ° to 0 ° and laterally in the horizontal direction of the vertical light-dark boundary at approximately horizontal = 0 ° (approximately -5 ° to + 15 °) is hidden. It is advantageous if the light modules arranged on both sides of the vehicle headlamp assemblies can be pivoted about a vertical axis. This can be combined, for example, with a dynamic curve light function. To realize the dynamic curve light function, a curve can be determined with the aid of suitable sensors and / or a navigation device by a control device of the motor vehicle and after its evaluation, the direction of the light distribution can be automatically adapted to the curve. Suitable sensors are, for example, a camera, stereo camera, radar, lidar, a combination of camera and radar or camera and lidar (signal transit time acquisition).
Vorteilhaft ist auch, dass mindestens eine der Lichtquellen eine Blende, vorzugsweise eine reflektierende Blende aus Metall, zum Abschatten zumindest eines Teils der von der Lichtquelle ausgesandten Strahlung zugeordnet ist. Die Blende wird oberhalb der Lichtquelle angeordnet. Bei Verwendung handelsüblicher Zweifadenlampen (z. B. H4-Lampen) ist eine solche Blende zur Begrenzung der von der Abblendlicht-Wendel nach oben ausgesandten Strahlung bereits in der Lampe enthalten. Auch manche LED-Arrays werden bereits ab Werk mit Blenden geliefert, die eine oder mehrere LEDs zumindest teilweise maskieren. Dadurch kann die Hell-Dunkel-Grenze schärfer vor dem Fahrzeug abgebildet werden und die leuchtende Fläche der Lichtquelle durch die metallischen Blenden schärfer begrenzt werden (durch Abschattung der leuchtenden Kante), wodurch vorteilhafterweise ein für die Reichweite der Scheinwerferanordnung maßgebliche Beleuchtungsstärkegradient in einem Vertikalschnitt durch die Hell-Dunkel-Grenze weiter verbessert werden kann.It is also advantageous that at least one of the light sources is associated with a diaphragm, preferably a reflective diaphragm made of metal, for shading at least part of the radiation emitted by the light source. The aperture is placed above the light source. When using commercially available two-filament lamps (eg H4 lamps), such an aperture is already included in the lamp for limiting the radiation emitted by the low-beam filament upwards. Some LED arrays are also supplied ex works with apertures that at least partially mask one or more LEDs. As a result, the light-dark boundary can be displayed sharper in front of the vehicle and the luminous surface of the light source can be sharperly limited by the metallic diaphragms (by shading the luminous edge), thereby advantageously controlling the illuminance gradient relevant to the range of the headlamp assembly in a vertical section through the Light-dark border can be further improved.
Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures
Nachfolgend werden anhand der Figuren bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielhaft erläutert. Es zeigen:Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be explained by way of example with reference to FIGS. Show it:
Detaillierte FigurenbeschreibungDetailed description of the figures
Bekannte Projektionssysteme für Fahrzeugscheinwerfer projizieren wahlweise Lichtverteilungen mit oder ohne Hell-Dunkel-Grenzen auf die Straße. Die unterschiedlichen Lichtfunktionen werden bekanntermaßen durch motorisch verstellbare Blenden realisiert, die in einer Blendenebene des Projektionssystems angeordnet sind. Die einzelnen Lichtverteilungen werden also durch gezielte Abschattung von Lichtbündeln realisiert, die üblicherweise aus einer einzelnen Lampe stammen, meist aus einer Gasentladungslampe.Known projection systems for vehicle headlamps project either light distributions with or without light-dark boundaries on the road. The different light functions are known to be realized by motorized aperture, which are arranged in a diaphragm plane of the projection system. The individual light distributions are thus realized by targeted shading of light bundles, which usually come from a single lamp, usually from a gas discharge lamp.
Darüber hinaus sind LED-Leuchteinheiten bekannt, die zumeist aus mehreren Halbleiterlichtquellen mittels Projektions- oder Reflektionsoptiken Abblendlicht- oder Fernlichtverteilungen erzeugen. Im Gegensatz zu Scheinwerfern mit Lampen benötigen LED-Scheinwerfer in der Regel nicht nur mehrere Lichtquellen, d. h. LED-Chips oder LED-Arrays, sondern auch eine Vielzahl dazugehörende Projektions- oder Reflektionsoptiken (Vorsatzoptiken), so dass die Gesamtlichtverteilung von LED-Scheinwerfern im Allgemeinen durch die Überlagerung der Lichtverteilungen mehrerer Lichtmodule gebildet wird. Teilweise wurde versucht, die bei Scheinwerfern mit Lampen eingeführten beweglichen Blenden oder Blendenanordnungen auch in LED-Projektionssystemen einzusetzen, um so mehrere Abblendlicht- und/oder Fernlichtfunktionen in einem Lichtmodul zu integrieren. Die Modulation größerer Lichtströme durch Abschatten ist hier jedoch wegen der systembedingt geringen Lichtleistung der LED-Lichtmodule besonders nachteilig.In addition, LED lighting units are known, which usually produce from a plurality of semiconductor light sources by means of projection or reflection optics low beam or high beam distributions. In contrast to headlamps with lamps, LED headlamps usually need not only multiple light sources, d. H. LED chips or LED arrays, but also a variety associated projection or reflection optics (attachment optics), so that the overall light distribution of LED headlights is generally formed by the superposition of the light distributions of multiple light modules. In part, it was attempted to use the introduced in headlamps with lamps movable panels or aperture arrangements in LED projection systems, so as to integrate several low-beam and / or high beam functions in a light module. However, the modulation of larger luminous fluxes by shadowing is particularly disadvantageous here because of the system-induced low light output of the LED light modules.
Die erfindungsgemäße Scheinwerferanordnung kann durch ein bloßes Umschalten zweier Lichtquellen (also ohne Verwendung von bewegbaren oder variablen Blenden zur Variation der Anordnung und/oder des Verlaufs der Hell-Dunkel-Grenze der Lichtverteilung) mindestens zwei unterschiedliche Lichtverteilungen erzeugen.The headlight assembly according to the invention can produce at least two different light distributions by simply switching over two light sources (ie without using movable or variable diaphragms for varying the arrangement and / or the course of the light-dark boundary of the light distribution).
Die Anordnung
Unterhalb des Lichtmoduls
Ein Lichtstrahlenverlauf und damit ein Wirkprinzip der Scheinwerferanordnung
Das Lichtmodul
Die Scheinwerferanordnung
Der Verlauf der Strahlung auf der Lichtaustrittsseite wird durch das Zusammenwirken der durch die Primäroptiken
Durch die angepasste Ausgestaltung der Reflektoren
Die
In der Zweifadenglühlampe
Die
Alle bisher beschriebenen Ausführungsformen der Scheinwerferanordnung
Zur Erzeugung der vertikalen Hell-Dunkel-Grenze
Zusammenfassend betrachtet, umfasst die Erfindung ein Projektionssystem
Besonders vorteilhaft ist der Einsatz von Vorsatzoptiken
In einer solchen Vorsatzoptik
Wegen der für Projektionssysteme
Soll das System neben einer Abblendlicht-Lichtverteilung noch eine Teilfernlicht-Lichtverteilung erzeugen, d. h. eine Lichtverteilung, bei der ein Sektor oberhalb von ungefähr V = –1° bis 0° (d. h. auf der Horizontalen HH) und seitlich einer vertikalen Hell-Dunkel-Grenze
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