DE102009035544A1

DE102009035544A1 - Scheinwerfer in einem Kraftfahrzeug mit einer Halbleiterlichtquelle

Info

Publication number: DE102009035544A1
Application number: DE102009035544A
Authority: DE
Inventors: Henning Kiel; Sebastian Vogler
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2029-08-01
Also published as: WO2011012727A1; DE102009035544B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Scheinwerfer in einem Kraftfahrzeug mit zumindest einer Halbleiterlichtquelle (1) und einem Reflektor (2), der eine Reflektorfläche umfasst, die so angeordnet ist, dass das von der zumindest einen Halbleiterlichtquelle (1) emittierte Licht direkt auf die Reflektorfläche trifft und von der Reflektorfläche in eine Hauptlichtemissionsrichtung des Scheinwerfers reflektiert wird. Der erfindungsgemäße Scheinwerfer ist dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorfläche relativ zur auftreffenden Lichtemission der zumindest einen Halbleiterlichtquelle (1) so ausgerichtet ist, dass die vollständige Abstrahlcharakteristik einer Hauptlichtfunktion des Scheinwerfers erzeugt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Scheinwerfer in einem Kraftfahrzeug mit zumindest einer Halbleiterlichtquelle und einem Reflektor, der eine Reflektorfläche umfasst, die so angeordnet ist, dass das von der zumindest einen Halbleiterlichtquelle emittierte Licht direkt auf die Reflektorfläche trifft und von der Reflektorfläche in eine Hauptlichtemissionsrichtung des Scheinwerfers reflektiert wird.
Im Bereich der Kraftfahrzeugheckleuchten werden in zunehmendem Maße Halbleiterlichtquellen eingesetzt, um die verschiedenen Hecklichtfunktionen bereitzustellen. Mittlerweile werden jedoch auch Halbleiterlichtquellen im Bereich der Frontscheinwerfer eingesetzt. Es ist beispielsweise bekannt, für ein Tagfahrlicht eine Vielzahl von Leuchtdioden einzusetzen. Das Tagfahrlicht hat eine Signalfunktion für andere Verkehrsteilnehmer; es ist nicht dafür geeignet, die Sicht des Fahrers zu verbessern.
Außerdem wurde vorgeschlagen, Leuchtdioden für eine Hauptlichtfunktion des Scheinwerfers, d. h. für die Abblendlicht- oder Fernlichtfunktion einzusetzen. In diesem Fall umfasst der Scheinwerfer eine Vorsatzoptik, durch welche die Lichtemission der Leuchtdioden durchtritt und so gebrochen wird, dass die gewünschte Abstrahlcharakteristik erzeugt wird.
Aus der DE 100 09 782 A1 ist beispielsweise ein Scheinwerfer bekannt, der eine Vielzahl von Halbleiterlichtquellen umfasst, die in einer Matrix verteilt angeordnet sind. Im Strahlengang des von den Halbleiterlichtquellen ausgesandten Lichts sind eine Blende und eine Linse angeordnet. Verschiedene Teilbereiche der Matrix sind unabhängig voneinander betreibbar, so dass ein Abblendlichtbündel, ein Fernlichtbündel, ein Nebellichtbündel und ein einseitig gerichtetes Kurvenlichtbündel erzeugt werden kann.
Aus der DE 10 2004 032 797 A1 ist ein Frontscheinwerfer eines Kraftfahrzeugs mit adaptiver Lichtverteilung zum Erzeugen verschiedener Frontscheinwerfermodi bekannt. Es ist insbesondere möglich, ein Abblendlicht, ein Fernlicht und ein Standlicht zu erzeugen. Als Lichtquelle wird ein Feld von einzeln schaltbaren Leuchtdioden verwendet. In Hauptemissionsrichtung des Scheinwerfers ist vor den Leuchtdioden eine Abbildungsoptik und eine Linse angeordnet. Durch gezieltes Schalten einzelner Bereiche des Leuchtdiodenfeldes sind verschiedene Lichtverteilungen entsprechend den Scheinwerfermodi erzeugbar.
Schließlich ist aus der DE 10 2005 041 234 A1 ein Fahrzeugscheinwerfer mit einer Mehrzahl von Leuchtdioden bekannt, die in einer gemeinsamen Licht abstrahlenden Fläche zusammengefasst sind. Den Leuchtdioden sind Optikeinheiten vorgeschaltet, um verschiedene Abstrahlcharakteristiken zu erzeugen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Scheinwerfer der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem die Abstrahlcharakteristik einer Hauptlichtfunktion des Scheinwerfers kostengünstig erzeugt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Scheinwerfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Der erfindungsgemäße Scheinwerfer ist dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorfläche relativ zur auftreffenden Lichtemission der zumindest einen Halbleiterlichtquelle so ausgerichtet ist, dass die vollständige Abstrahlcharakteristik einer Hauptlichtfunktion des Scheinwerfers erzeugt wird. Der erfindungsgemäße Scheinwerfer umfasst somit keine weiteren optisch wirksamen Elemente zum Bilden der Abstrahlcharakteristik der Hauptlichtfunktion. Es sind insbesondere keine Linsen oder andere optisch brechende Elemente vorgesehen, die zu einer Veränderung der Abstrahlcharakteristik führen. Das von der Reflektorfläche reflektierte Licht tritt allenfalls durch eine Lichtscheibe des Scheinwerfers durch. Die von der Lichtscheibe hervorgerufene Ablenkung des Lichts liefert jedoch keinen Beitrag zur Abstrahlcharakteristik des Scheinwerfers. Die Lichtscheibe ist insbesondere in einer sogenannten Klarglasoptik ausgeführt.
Die Hauptlichtemissionsrichtung des Scheinwerfers ist üblicherweise parallel zur Fahrrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtet. Sie kann jedoch auch geringfügig nach unten oder oben geneigt sein oder z. B. bei einer Kurvenlichtfunktion in einer Horizontalebene nach außen geschwenkt sein.
Der erfindungsgemäße Scheinwerfer besitzt den Vorteil, dass die Fertigungs- und Materialkosten sowie der Montageaufwand geringer sind als bei Scheinwerfern mit Halbleiterlichtquellen, die eine lichtbrechende Vorsatzoptik einsetzen.
Bei der Hauptlichtfunktion des Scheinwerfers handelt es sich insbesondere um eine Abblend- und/oder Fernlichtfunktion. Unter der Hauptlichtfunktion wird insbesondere nicht eine reine Signallichtfunktion verstanden, wie z. B. bei einem Standlicht, einem Tagfahrlicht oder einem Fahrtrichtungsanzeiger.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Scheinwerfers ist der Reflektor als zusammenhängendes Bauteil mit einer zusammenhängenden Reflektorfläche ausgebildet. Bei dem Reflektor handelt es sich insbesondere um einen Freiform-Facetten-Reflektor. Der Reflektor besitzt beispielsweise die Form eines Paraboloids, wobei die Reflektorfläche innerhalb des Paraboloids zur Erzeugung der Hauptlichtfunktion ausgerichtet ist.
Die Halbleiterlichtquelle(n) ist bzw. sind insbesondere so relativ zum Reflektor angeordnet, dass die Emissionsrichtung der maximalen Lichtintensität der Halbleiterlichtquelle(n) im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptlichtemissionsrichtung des Scheinwerfers ist. Diese Art der Anordnung der Halbleiterlichtquelle(n) relativ zum Reflektor ist für Formung der Reflektorfläche vorteilhaft, um die gewünschte Abstrahlcharakteristik bereitzustellen.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Scheinwerfers ist die Reflektorfläche in streifenförmige Reflektorsegmente unterteilt, die jeweils einen abgegrenzten Teil der Abstrahlcharakteristik der Hauptlichtfunktion erzeugen. Falls als Hauptlichtfunktion ein Abblendlicht erzeugt wird, wird der 15°-Anstieg der Abstrahlcharakteristik des Abblendlichts nur von einem äußeren Bereich der Reflektorfläche, insbesondere von einem außen gelegenen Reflektorsegment, erzeugt. Der sogenannte 15°-Anstieg der Abstrahlcharakteristik des Abblendlichts ergibt das charakteristische Dreieck der Abstrahlcharakteristik einer Abblendlichtfunktion, welches bei einer Lichtprojektion auf einen Messschirm, der senkrecht zur Hauptlichtemissionsrichtung des Scheinwerfers angeordnet ist, oberhalb der Horizontalebene angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Scheinwerfers besteht die Lichtquelle des Scheinwerfers aus nur einer einzigen Halbleiterlichtquelle. Gemäß einer anderen Ausgestaltung besteht die Lichtquelle des Scheinwerfers aus mehreren Halbleiterlichtquellen, wobei auf die Reflektorfläche des Reflektors jeweils das von mehreren Halbleiterlichtquellen emittierte Licht trifft. Auf die Reflektorfläche des Reflektors trifft insbesondere in allen Bereichen die Lichtemission aller Halbleiterlichtquellen.
Die Halbleiterlichtquellen bilden insbesondere ein Array. Sie sind somit auf einem gemeinsamen Trägersubstrat gebildet, welches mehrere Chips enthält, welche die Halbleiterlichtquellen darstellen. Die Halbleiterlichtquellen sind in diesem Fall somit räumlich sehr nahe beieinander angeordnet.
Bei den Halbleiterlichtquellen handelt es sich insbesondere um Leuchtdioden oder Laserdioden.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug zu den Zeichnungen erläutert.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht der Lichtquelle und des Reflektors eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Scheinwerfers,
2 zeigt die Reflektorsegmente des Reflektors in einer Frontansicht,
die 3A bis 3H zeigen die Lichtverteilungen, welche von den einzelnen Reflektorsegmenten erzeugt werden, und
4 zeigt die Abstrahlcharakteristik des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Scheinwerfers.
Als wesentliche Elemente umfasst der in einem Kraftfahrzeug angeordnete Scheinwerfer zumindest eine Halbleiterlichtquelle 1 und einen Reflektor 2. Die Halbleiterlichtquelle 1 und der Reflektor 2 können in einem Gehäuse untergebracht sein, welches von einer Lichtscheibe abgeschlossen ist, die beispielsweise in Klarglasoptik ausgeführt ist. Die Halbleiterlichtquelle 1 ist relativ zum Reflektor so angeordnet, dass die Emissionsrichtung der maximalen Lichtintensität der Halbleiterlichtquelle 1 im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptlichtemissionsrichtung des Scheinwerfers ist.
Bei der Halbleiterlichtquelle 1 kann es sich um eine einzige Hochleistungsleuchtdiode handeln. Ferner kann die Halbleiterlichtquelle 1 ein Halbleiterlichtquellenarray sein, bei dem sehr nahe beieinander mehrere Chips, die jeweils eine separate Halbleiterlichtquelle darstellen, auf einem gemeinsamen Trägersubstrat angeordnet sind. Es werden in diesem Fall somit mehrere Halbleiterlichtquellen auf einem Array bereitgestellt. Die Halbleiterlichtquelle bzw. die Halbleiterlichtquellen sind so ausgebildet, dass weißes Licht emittiert wird. Derartige Halbleiterlichtquellen sind an sich bekannt.
Der Reflektor 2 besitzt die grundsätzliche Form eines Paraboloids. Der Paraboloid kann so beschnitten sein, das er in der Ansicht von vorne, d. h. bei einer Betrachtungsrichtung entgegen der Hauptlichtemissionsrichtung des Scheinwerfers, wie in 2 gezeigt die Form einer halben Kreisscheibe hat. Eine rechteckige oder quadratische Form aus dieser Ansicht wäre jedoch auch möglich.
Der Reflektor 2 ist als Freiform-Facetten-Reflektor ausgebildet, bei dem die Reflektorfläche in Facetten partitioniert ist und jedes einzelne Reflektorsegment individuell für die gewünschte Erzeugung der Abstrahlcharakteristik optimiert ist. Dabei können sich an den Grenzen zwischen den Reflektorsegmenten Stufen ergeben.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, ist der Reflektor 2 in streifenförmige Reflektorsegmente 2-1 bis 2-8 unterteilt. Auf alle Reflektorflächen der Reflektorsegmente 2-1 bis 2-8 trifft die Lichtemission der Halbleiterlichtquelle 1 bzw. die Lichtemission aller Halbleiterlichtquellen. Die Reflektorflächen der Reflektorsegmente 2-1 bis 2-8 sind so ausgebildet, dass das an diesen Reflektorflächen reflektierte Licht in einen bestimmten Winkelbereich gelenkt wird. Auf diese Weise wird von jedem Reflektorsegment 2-1 bis 2-8 ein abgegrenzter Teil der Abstrahlcharakteristik des Scheinwerfers erzeugt. Eine Überlappung der Teile der Abstrahlcharakteristik, die von den einzelnen Reflektorsegmenten 2-1 bis 2-8 erzeugt wird, ist jedoch möglich.
In den 3A bis 3H sind die einzelnen Lichtverteilungen gezeigt, die von den Reflektorsegmenten 2-1 bis 2-8 erzeugt werden, wobei die 3A die Lichtverteilung des Reflektorsegments 2-1, die 3B die Lichtverteilung des Reflektorsegments 2-2, die 3C die Lichtverteilung des Reflektorsegments 2-3, die 3D die Lichtverteilung des Reflektorsegments 2-4, die 3E die Lichtverteilung des Reflektorsegments 2-5, die 3F die Lichtverteilung des Reflektorsegments 2-6, die 3G die Lichtverteilung des Reflektorsegments 2-7 und die 3H die Lichtverteilung des Reflektorsegments 2-8 zeigt. Die 3A bis 3H zeigen jeweils die Lichtverteilung auf einem Messschirm, der in einem bestimmten Abstand senkrecht zur Hauptlichtemissionsrichtung des Scheinwerfers angeordnet ist.
Die 4 zeigt die sich insgesamt ergebende Abstrahlcharakteristik des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Scheinwerfers. Wie aus 4 ersichtlich, wird eine Abblendlichtfunktion bereitgestellt.
Der sogenannte 15°-Anstieg der Abstrahlcharakteristik des Abblendlichts wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausschließlich von dem äußeren Reflektorsegment 2-8 erzeugt. Dieser 15°-Anstieg erzeugt das charakteristische Dreieck 3 der Abstrahlcharakteristik des Abblendlichts. Das Reflektorsegment 2-6 ist so ausgebildet, dass Licht in einen scharf abgegrenzten Bereich im Vorfeld des Fahrzeugs gelenkt wird.
Der Verlauf der Hell-Dunkel-Grenze des erfindungsgemäßen Scheinwerfers entspricht den Vorgaben der derzeitigen europäischen Norm ECE-R 112 für Scheinwerfer.
Der Reflektor 2 erzeugt im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Abstrahlcharakteristik für ein Abblendlicht für Rechtsverkehr. Auf gleiche Weise kann selbstverständlich eine entsprechende Abstrahlcharakteristik für ein Abblendlicht bei Linksverkehr erzeugt werden. Ferner ist durch eine Anpassung des Freiform-Facetten-Reflektors auch eine Abstrahlcharakteristik für eine Fernlichtfunktion oder eine andere Hauptlichtfunktion eines Scheinwerfersystems mit adaptiver Lichtverteilung erzeugbar.
Bezugszeichenliste

1: Halbleiterlichtquelle
2: Reflektor
2-1 bis 2-8: Reflektorsegmente
3: charakteristische Dreieck der Abstrahlcharakteristik des Abblendlichts

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 102004032797 A1 [0005]
- DE 102005041234 A1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- europäischen Norm ECE-R 112 [0032]

Claims

Scheinwerfer in einem Kraftfahrzeug mit zumindest einer Halbleiterlichtquelle (1) und einem Reflektor (2), der eine Reflektorfläche umfasst, die so angeordnet ist, dass das von der zumindest einen Halbleiterlichtquelle (1) emittierte Licht direkt auf die Reflektorfläche trifft und von der Reflektorfläche in eine Hauptlichtemissionsrichtung des Scheinwerfers reflektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorfläche relativ zur auftreffenden Lichtemission der zumindest einen Halbleiterlichtquelle (1) so ausgerichtet ist, dass die vollständige Abstrahlcharakteristik einer Hauptlichtfunktion des Scheinwerfers erzeugt wird.
Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheinwerfer keine weiteren optisch wirksamen Elemente zum Bilden der Abstrahlcharakteristik der Hauptlichtfunktion umfasst.
Scheinwerfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptlichtfunktion eine Abblend- und/oder Fernlichtfunktion ist.
Scheinwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (2) als zusammenhängendes Bauteil mit einer zusammenhängenden Reflektorfläche ausgebildet ist.
Scheinwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (2) ein Freiform-Facetten-Reflektor ist.
Scheinwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterlichtquelle(n) (1) so relativ zum Reflektor (2) angeordnet ist/sind, dass die Emissionsrichtung der maximalen Lichtintensität der Halbleiterlichtquelle(n) (1) im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptlichtemissionsrichtung des Scheinwerfers ist.
Scheinwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektorfläche in streifenförmige Reflektorsegmente unterteilt ist, die jeweils einen abgegrenzten Teil der Abstrahlcharakteristik der Hauptlichtfunktion erzeugen.
Scheinwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptlichtfunktion ein Abblendlicht ist und dass der 15°-Anstieg der Abstrahlcharakteristik des Abblendlichts nur von einem äußeren Bereich der Reflektorfläche erzeugt wird.
Scheinwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle des Scheinwerfers aus nur einer einzigen Halbleiterlichtquelle (1) besteht.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle des Scheinwerfers aus mehreren Halbleiterlichtquellen besteht, wobei auf die Reflektorfläche des Reflektors (2) jeweils des von mehreren Halbleiterlichtquellen emittierte Licht trifft.
Scheinwerfer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Reflektorfläche des Reflektors (2) in allen Bereichen das von allen Halbleiterlichtquellen emittierte Licht trifft.
Scheinwerfer nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterlichtquellen ein Halbleiterlichtquellenarray bilden.