DE102012218684B9 - Lichtmodul - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lichtmodul, umfassend eine Mehrzahl von Halbleiterlichtquellen zum Ausstrahlen von Licht, ein Primäroptikelement zur Konzentration des von den Halbleiterlichtquellen ausgestrahlten Lichts innerhalb von Schnitten senkrecht zu einer Sagittalebene des Lichtmoduls, wobei das Primäroptikelement eine Mehrzahl sich flächig senkrecht zur Sagittalebene erstreckender, scheibenartiger Lichtleitabschnitte aufweist, wobei jeder Lichtleitabschnitt eine Lichteinkoppelfläche und eine Lichtauskoppelfläche aufweist und zur Lichtleitung unter interner Totalreflexion von der Lichteinkoppelfläche zur Lichtauskoppelfläche ausgebildet ist, wobei je ein Lichtleitabschnitt einer Halbleiterlichtquelle derart zugeordnet ist, dass Licht der Halbleiterlichtquelle durch die jeweilige Lichteinkoppelfläche in den Lichtleitabschnitt eingekoppelt werden kann, wobei jeder Lichtleitabschnitt eine konvex gekrümmte Hauptreflexionsfläche derart aufweist, dass eine jeweils dem Lichtleitabschnitt zugeordnete Primärbrennlinie definiert ist, wobei sich die Primärbrennlinie in oder parallel zur Sagittalebene erstreckt. Dabei ist dem Primäroptikelement in Strahlengang nachgeordnetes Sekundäroptikelement vorgesehen, welches derart ausgebildet ist, dass das durch die Lichtauskoppelflächen der Mehrzahl von Lichtleitabschnitten tretende Licht innerhalb von Schnitten parallel zu der Sagittalebene konzentriert werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Lichtmodul für Kfz-Scheinwerfer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Im vorliegenden Zusammenhang wird unter einem Lichtmodul die eigentlich Licht aussendende Einheit verstanden, welche die gewünschte Abstrahllichtverteilung abgibt. Dieses Lichtmodul kann in einem Kfz-Scheinwerfer verbaut werden, z. B. in einem Scheinwerfergehäuse eingefasst werden.
  • Je nach Anwendungsgebiet soll die Abstrahllichtverteilung bestimmte, oftmals gesetzlich vorgegebene, charakteristische Intensitätsverläufe aufweisen.
  • Von Interesse ist zum einen die Erzeugung einer abgeblendeten Lichtverteilung, welche sich durch eine abschnittsweise im Wesentlichen horizontal verlaufende Hell-Dunkel-Grenze auszeichnet. Diese Lichtverteilung weist einen vertikal oben liegenden Dunkelbereich und einen vertikal unten liegenden Hellbereich aufweist, wobei der Hellbereich von dem Dunkelbereich durch die Hell-Dunkel-Grenze getrennt ist. Dabei ist insbesondere eine möglichst intensive Ausleuchtung im Bereich unmittelbar unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze erwünscht (Abblendlicht-Spot-Lichtverteilung), um eine ausreichende Reichweite zu erzielen. Außerdem soll eine ausreichende Ausleuchtung des Fahrzeugvorfeldes oder von Seitenbereichen gewährleistet werden (Grundlicht-Lichtverteilung). Entsprechende Lichtmodule können als Abblendlicht oder Nebellicht Verwendung finden.
  • Ferner soll mit Kfz-Scheinwerfern oftmals eine Fernlicht-Lichtverteilung erzeugt werden, welche eine hohe Beleuchtungsstärke in einem Bereich oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze (also im Dunkelbereich der abgeblendeten Lichtverteilung) aufweist. Die Fernlichtverteilung soll sich möglichst homogen mit der Grundlichtverteilung der abgeblendeten Lichtverteilung überlagern. Beispielsweise soll ein störendes Streifenmuster am Übergang der verschiedenen Lichtverteilungen, insbesondere im Bereich der Hell-Dunkel-Grenze vermieden werden.
  • Je nach Einsatzgebiet sollen ferner Lichtfunktionen wie Tagfahrlicht, Begrenzungslicht oder Blinklicht bereitgestellt werden. Hierbei soll meist ein großer Teil der Lichtaustrittsfläche des Lichtmoduls eine räumlich konstante Leuchtdichte aufweisen, um ein möglichst homogenes Erscheinungsbild zu erzielen.
  • Zur Realisierung der verschiedenen Abstrahllichtverteilungen sind einerseits Projektionssysteme bekannt. Diese sind meist zweistufige optische Systeme, bei denen Licht einer Lichtquelle über eine Primäroptik in die Brennebene einer Sekundäroptik gelenkt wird, welche Licht mit der gewünschten abgestrahlten Lichtverteilung projiziert. Aufgrund des zweistufigen Aufbaus beanspruchen Projektionssysteme in der Regel viel Bauraum entlang des Strahlengangs. Außerdem sind Reflexionssysteme bekannt, bei welchen ein Reflektor zur Formung und Umlenkung des von einer Lichtquelle ausgestrahlten Lichts in die abgestrahlte Lichtverteilung zum Einsatz kommt. Hierbei sind meist komplex geformte und große Reflektorflächen erforderlich, um die gewünschte Lichtverteilung zu erzielen.
  • Als Lichtquelle für Kfz-Scheinwerfer ist oftmals der Einsatz von LEDs erwünscht, da diese einen vergleichsweise geringen Energieverbrauch und eine vergleichsweise hohe Effizienz der Energieumwandlung aufweisen. Hierbei besteht ein Problem darin, dass nach gegenwärtigem Stand der Technik LEDs meist geringere Lichtströme erzeugen als Gasentladungslampen oder Halogenlampen. Daher müssen regelmäßig mehrere LED-Lichtquellen in einem Lichtmodul kombiniert werden, um ausreichend hohe Lichtströme zu erzeugen.
  • Die DE 20 2011 103 703 U1 zeigt ein Lichtmodul mit einem Optikarray mit einer Mehrzahl sich flächig erstreckender, scheibenartiger und im Längsschnitt keilförmiger Optikelemente, welche keine Brennlinie definieren. Im Strahlengang nachgeordnet ist ein gemeinsames Optikelement vorgesehen, welchem ebenfalls keine Brennlinie zugeordnet ist.
  • In der US 2009/0 091 944 A1 ist ein Lichtmodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben. Dabei laufen die scheibenartigen Lichtleitabschnitte im Bereich ihrer Lichteinkoppelflächen zusammen. Dies kann zu Problemen hinsichtlich des der Abwärme der den jeweiligen Lichteinkoppelflächen zugeordneten Halbleiterlichtquellen führen, da diese nahe benachbart angeordnet werden. Bei dem beschriebenen Lichtmodul weist ferner jeder Lichtleitabschnitt an seiner Lichtauskoppelfläche ein massives, zylinderlinsenartiges Endstück auf, welches sich entlang der jeweiligen Lichtauskoppelfläche erstreckt. Aufgrund der Größe dieser Endstücke müssen die Lichtleitabschnitte im Bereich ihrer Lichtauskoppelflächen einen Mindestabstand zueinander einhalten. Das Lichtmodul hat daher einen vergleichsweise großflächigen Lichtaustrittsabschnitt. Zusätzlich ergibt sich ein erheblicher Materialaufwand.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die genannten Nachteile der bekannten Lichtmodule zu beheben. Insbesondere soll ein kompaktes Lichtmodul mit Halbleiterlichtquellen bereitgestellt werden, welches eine hohe optische Effizienz aufweist und welches die Erzeugung verschiedener Abstrahllichtverteilungen mit einem einzigen Modul erlaubt.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Lichtmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das Lichtmodul umfasst eine Mehrzahl von Halbleiterlichtquellen, beispielsweise Leuchtdioden (LED) zum Ausstrahlen von Licht, sowie ein Primäroptikelement zur Konzentration des von den Halbleiterlichtquellen ausgestrahlten Lichts innerhalb von Schnitten senkrecht zu einer Sagittalebene des Lichtmoduls. Das Primäroptikelement weist eine Mehrzahl von sich flächig senkrecht zur Sagittalebene erstreckender, scheibenartiger Lichtleitabschnitte auf. Jeder Lichtleitabschnitt hat eine Lichteinkoppelfläche und eine Lichtauskoppelfläche und ist zur Lichtleitung unter interner Totalreflexion von der Lichteinkoppelfläche zur Lichtauskoppelfläche ausgebildet. Interne Totalreflexion tritt auf, wenn ein auf eine Begrenzungsfläche des Lichtleitabschnitts treffender Lichtstrahl zum Lot auf die Begrenzungsfläche im Reflexionspunkt einen Winkel bildet, der den Grenzwinkel der Totalreflexion überschreitet, so dass das Brechungsgesetz (Snellius-Gesetz) keine reelle Lösung für den Brechungswinkel liefert.
  • Bei dem Lichtmodul ist je ein Lichtleitabschnitt einer Halbleiterlichtquelle derart zugeordnet, dass das Licht der Halbleiterlichtquelle durch die jeweilige Lichteinkoppelfläche in den Lichtleitabschnitt eingekoppelt werden kann. Jeder Lichtleitabschnitt weist eine konvex gekrümmte Hauptreflexionsfläche derart auf, dass eine jeweils dem Lichtleitabschnitt zugeordnete Primärbrennlinie definiert ist. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass ein von der Primärbrennlinie ausgehendes, divergierend auf die Lichteinkoppelfläche treffendes Lichtbündel in ein durch die Lichtauskoppelfläche tretendes, innerhalb Schnitten senkrecht zur Primärbrennlinie parallelisiertes Lichtbündel umgeformt werden kann. Die Primärbrennlinien erstrecken sich jeweils in der und oder parallel zu der Sagittalebene.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Lichtmodul ist ein dem Primäroptikelement im Strahlengang nachgeordnetes Sekundäroptikelement zur Konzentration von Licht innerhalb von Schnitten parallel zu der Sagittalebene vorgesehen. Das Sekundäroptikelement ist derart ausgebildet, dass das durch die Lichtauskoppelflächen der Mehrzahl von Lichtleitabschnitten tretende Licht innerhalb von Schnitten parallel zu der Sagittalebene konzentriert werden kann.
  • Zur Erläuterung der Erfindung ist für das Lichtmodul eine Sagittalebene definiert. Wird beispielsweise das Lichtmodul in einem Kfz-Scheinwerfer verbaut, so kann die Sagittalebene die Horizontalebene des Gesamtsystems sein, welche durch eine Hauptabstrahlrichtung des Lichtmoduls und eine horizontale Achse senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung aufgespannt wird. Ferner wird im Folgenden auf eine Meridionalebene des Lichtmoduls Bezug genommen. Hierunter ist diejenige Ebene zu verstehen, welche senkrecht zur Sagittalebene ist und welche von der Flächennormalen der Sagittalebene und der Hauptabstrahlrichtung des Lichtmoduls aufgespannt wird. Beispielsweise ist die Meridionalebene diejenige Vertikalebene, in welcher die Hauptabstrahlrichtung des Lichtmoduls verläuft. Die Angabe der Horizontalen beziehungsweise Vertikalen bezieht sich dabei auf ein Bezugssystem des Lichtmoduls. Selbstverständlich kann das Lichtmodul als Ganzes auch verkippt und verdreht verwendet beziehungsweise verbaut werden.
  • Unter Konzentration von Licht innerhalb von Schnitten parallel zu einer Ebene wird im vorliegenden Zusammenhang verstanden, dass ein unter einem Divergenzwinkel in dem jeweiligen Schnitt divergierendes Lichtbündel in ein Lichtbündel umgeformt wird, welches innerhalb des jeweiligen Schnittes unter einem geringeren Winkel divergiert, insbesondere parallelisiert ist („Kollimierung”) oder sogar konvergiert („Bündelung”).
  • Das erfindungsgemäße Lichtmodul erlaubt die Integration verschiedener Lichtfunktionen (z. B. Abblendlicht, Fernlicht) in ein einziges, kompaktes Lichtmodul. Für jeden Lichtleitabschnitt lassen sich die optischen Eigenschaften, insbesondere die Brennweite des jeweiligen Lichtleitabschnitts, unabhängig vorgeben. Die Lage der jeweiligen Halbleiterlichtquelle relativ zu der zugeordneten Primärbrennlinie bestimmt die Eigenschaften des durch die jeweilige Halbleiterlichtquelle erzeugten Anteils der Abstrahllichtverteilung. Damit lassen sich mit den unterschiedlichen Lichtleitabschnitten verschiedene Abstrahllichtverteilungen realisieren. Das erfindungsgemäße Lichtmodul kann daher als Multifunktions-Lichtmodul ausgelegt werden.
  • Die einzelnen Halbleiterlichtquellen sind insbesondere unabhängig voneinander elektrisch ansteuerbar oder ein- und ausschaltbar. Dadurch können die unterschiedlichen Lichtfunktionen elektrisch aktiviert und deaktiviert werden (z. B. zuschaltbares Fernlicht oder Tagfahrlicht), ohne dass hierfür bewegliche mechanische Teile erforderlich sind.
  • Die Lichtleitabschnitte sind scheibenartig ausgebildet insofern, als jeder Lichtleitabschnitt eine flächige Ausdehnung aufweist und eine im Vergleich zu den Abmessungen entlang der flächigen Ausdehnung geringe Dicke aufweist. Die scheibenartigen Lichtleitabschnitte erstrecken sich im Wesentlichen senkrecht zu der Sagittalebene. Vorzugsweise verlaufen die Lichtleitabschnitte nebeneinander. Die genannte Hauptreflexionsfläche wölbt sich insbesondere ausgehend von der Lichteinkoppelfläche, vorzugsweise entlang des Verlaufs in Richtung zur Lichtauskoppelfläche, konvex und steht senkrecht auf der Erstreckungsfläche des Lichtleitabschnitts. Insbesondere verläuft die Hauptreflexionsfläche senkrecht zur Meridionalebene des Lichtmoduls. Die Hauptreflexionsfläche der Lichtleitabschnitte weist in Schnitten mit oder parallel zu der Meridionalebene einen konvexen Verlauf, insbesondere einen parabolischen oder kreissegmentartigen Verlauf auf. Vorzugsweise ist die Hauptreflexionsfläche als Abschnitt eines zylindrischen Paraboloids ausgebildet, welcher in Schnitten mit der oder parallel zur Sagittalebene im Wesentlichen krümmungsfrei ist.
  • Das Primäroptikelement definiert eine Primärbrennlinie insofern, als von der Primärbrennlinie ausgehendes, in einem Schnitt senkrecht zur Primärbrennlinie divergierendes Licht in ein durch die Lichtauskoppelfläche durchtretendes, zumindest in einer Ebene senkrecht zur Primärbrennlinie parallelisiertes Lichtbündel umgeformt werden kann. Dazu trägt insbesondere die konvex gekrümmte Hauptreflexionsfläche bei. Diese ist insbesondere derart geformt, dass die optischen Wege des Lichts (also die entlang des Lichtweges aufsummierten Produkte aus durchstrahlter Weglänge und Brechungsindex des jeweils durchstrahlten Raumbereiches) für sämtliche Lichtwege ausgehend von der Primärbrennlinie durch den jeweiligen Lichtleitabschnitt zur Lichtauskoppelfläche konstant sind.
  • Das erfindungsgemäße Lichtmodul weist insgesamt eine hohe optische Effizienz auf. Hierzu tragen verschiedene Merkmale bei. Da ein gemeinsames Sekundäroptikelement vorgesehen ist, kann im Vergleich zu dem bekannten Lichtmodul der eingangs genannten Art Material eingespart werden und der Lichtaustrittsabschnitt des Lichtmoduls klein ausgeführt werden. Dies ermöglicht hohe Leuchtdichten. Außerdem ist jeder Halbleiterlichtquelle eine Lichteinkoppelfläche zugeordnet. Diese kann angepasst ausgebildet sein, so dass ein hoher Anteil des von der Halbleiterlichtquelle abgestrahlten Lichts aufgenommen werden kann. Die scheibenartigen Lichtleitabschnitte mit dem gemeinsamen Sekundäroptikelement ermöglichen einen kompakten Aufbau.
  • Vorzugsweise sind die mehreren Lichtleitabschnitte im Bereich der Lichtauskoppelflächen einstückig miteinander verbunden. Insbesondere erstrecken sich die Lichtleitabschnitte nebeneinander verlaufend und münden in einen gemeinsamen Auskoppelabschnitt des Primäroptikelements. An dem Auskoppelabschnitt sind die Lichtauskoppelflächen angeordnet. Der Auskoppelabschnitt kann eine gemeinsame Lichtauskoppelfläche für sämtliche Lichtleitabschnitte aufweisen. Die Lichtleitabschnitte sind vorzugsweise einstückig miteinander und gegebenenfalls mit dem Auskoppelabschnitt verbunden.
  • Denkbar ist aber auch, dass die Lichtleitabschnitte nebeneinander verlaufen und die Lichtauskoppelflächen voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Lichtleitabschnitte müssen nicht einstückig miteinander verbunden sein. Vorzugsweise liegen die Lichtauskoppelflächen verschiedener Lichtleitabschnitte in einer gemeinsamen, gedachten Ebene.
  • Im Bereich der Lichteinkoppelflächen hingegen können die Lichtleitabschnitte voneinander einen Abstand einhalten. Dadurch können die Halbleiterlichtquellen in genügendem Abstand angeordnet werden, um eine ausreichende Abfuhr von Abwärme zu gewährleisten.
  • Grundsätzlich wird jeder Lichtleitabschnitt von weiteren Lichtleitflächen begrenzt. Diese stehen insbesondere senkrecht auf der Sagittalebene und bilden insofern die Seitenflächen des Lichtleitabschnitts, welche den Lichtleitabschnitt entlang seiner flächigen Ausdehnung begrenzen.
  • Die genannten weiteren Lichtleitflächen verlaufen insbesondere derart, dass der Lichtleitabschnitt in Schnitten senkrecht zur Sagittalebene und zur Meridionalebene eine rechteckige Form aufweist. Wenn die Seitenflächen hingegen schräg zur Sagittalebene stehen, dann erhalten Lichtstrahlen bei Totalreflexion an solchen Seitenflächen eine Richtungskomponente senkrecht zur Sagittalebene. Dies kann je nach Anwendung unerwünscht sein, da dadurch Lichtstrahlen beispielsweise in den Dunkelbereich einer abgeblendeten Lichtverteilung gelenkt werden können.
  • Die weiteren Lichtleitflächen können derart ausgebildet sein, dass sich der Querschnitt des Lichtleitabschnitts im Verlauf von der Lichteinkoppelfläche zur Lichtauskoppelfläche vergrößert. Bei mehrfacher Totalreflexion an den Seitenwänden treffen dann Lichtstrahlen bei jeder Totalreflexion unter einem geringen Winkel auf die Seitenfläche, als dies bei der vorhergehenden Totalreflexion der Fall war. Dadurch kann eine Kollimierung des Lichts erzielt werden. Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, dass die weiteren Lichtleitflächen derart verlaufen, dass sich der Querschnitt des Lichtleitabschnitts ausgehend von der Lichteinkoppelfläche zur Lichtauskoppelfläche verringert. Dadurch kann eine zusätzliche Lichtauffächerung erzielt werden.
  • Die genannten weiteren Lichtleitflächen einzelner Lichtleitabschnitte können auch gekrümmt verlaufen, wobei sie insbesondere senkrecht zur Sagittalebene sind. Der gekrümmte Verlauf ist insbesondere derart, dass der gesamte Lichtleitabschnitt in Schnitten parallel zur Sagittalebene gebogen verläuft. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, wenn mehrere Lichtleitabschnitte zu einer gemeinsamen Lichtauskoppelfläche oder einem gemeinsamen Auskoppelabschnitt zusammengeführt werden sollen. Dann können z. B. die randständigen Lichtleitabschnitte gebogen ausgeführt werden. So kann ein ausreichender Abstand zwischen den Halbleiterlichtquellen eingehalten werden.
  • Der Lichtleitabschnitt kann außerdem (jeweils) eine der gewölbten Hauptreflexionsfläche gegenüberliegende Gegenreflexionsfläche aufweisen. Die Gegenreflexionsfläche ist im Wesentlichen eben oder (im Vergleich zur Hauptreflexionsfläche) nur geringfügig gekrümmt ausgebildet. Die Gegenreflexionsfläche bildet insbesondere eine Schmalseite des scheibenartigen Lichtleitabschnitts. Durch Reflexion an der Gegenreflexionsfläche erhalten die im Lichtleitabschnitt geführten Lichtstrahlen nach Reflexion an der Hauptreflexionsfläche eine Richtungskomponente in Richtung zur Hauptreflexionsfläche. Dies erlaubt es, die Hauptabstrahlrichtung des Lichtmoduls durch eine geeignete Orientierung der Gegenreflexionsfläche zu verändern.
  • Das Sekundäroptikelement ist erfindungsgemäß derart ausgeformt, dass eine Sekundärbrennlinie definiert ist. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass ein gedachtes, von der Sekundärbrennlinie ausgehendes, divergierendes Lichtbündel in ein innerhalb Schnitten senkrecht zur Sekundärbrennlinie parallelisiertes Lichtbündel umgeformt werden kann. Die Sekundärbrennlinie verläuft erfindungsgemäß senkrecht zu einer der oder zu allen Primärbrennlinien. Vorzugsweise sind Sekundärbrennlinie und Primärbrennlinien senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung des Lichtmoduls orientiert. Da die Sekundärbrennlinie und die Primärbrennlinien senkrecht aufeinander stehen, ist die Lichtkonzentration funktional auf zwei im Strahlengang aufeinanderfolgende Bauteile aufgeteilt. Das Sekundäroptikelement wirkt erfindungsgemäß nur zur Lichtkonzentration in Schnitten parallel zur Sagittalebene. Das Primäroptikelement hingegen ist insbesondere derart ausgebildet, dass eine Lichtkonzentration im Wesentlichen nur in Schnitten senkrecht zur Sagittalebene beziehungsweise in Schnitten parallel zur oder in der Meridionalebene erfolgt. Insbesondere bleibt ein das Sekundäroptikelement durchtretendes Lichtbündel innerhalb von Schnitten senkrecht zur Sagittalebene unbeeinflusst.
  • Vorzugsweise liegen die Lichtauskoppelflächen der Lichtleitabschnitte zwischen der Sekundärbrennlinie und dem Sekundäroptikelement. Insbesondere liegt die Sekundärbrennlinie entgegen der Hauptabstrahlrichtung des Lichtmoduls hinter den Lichtauskoppelflächen. Bei dieser Ausgestaltung wird ein von der Lichtauskoppelfläche ausgehendes, divergierendes Lichtbündel nicht parallelisiert, sondern nur eingeengt. Denkbar ist jedoch auch, dass die Sekundärbrennlinie wenigstens auf einer Lichtauskoppelfläche verläuft.
  • Die Hauptreflexionsfläche eines oder aller Lichtleitabschnitte kann jeweils eine oder mehrere Facetten zur Lichtstreuung aufweisen. Eine Facette wird beispielsweise durch einen Bereich der Hauptreflexionsfläche gebildet, welcher lokal gegenüber den umgebenden Bereichen der Hauptreflexionsfläche verkippt, verdreht, vertieft oder erhöht ist. Insbesondere ist die Facette derart ausgebildet, dass die Hauptreflexionsfläche im Bereich der Facette einen lokal unstetigen oder geknickten (also nicht stetig differenzierbaren) Verlauf aufweist. Dadurch kann ein Lichtbündel in eine von den übrigen, durch die Lichtauskoppelfläche tretenden Lichtbündeln abweichende Richtung gelenkt werden. Beispielsweise kann ein Lichtbündel gezielt in den Dunkelbereich oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze gelenkt werden. Mit dieser „Overhead-Beleuchtung” können dann beispielsweise Straßenschilder ausgeleuchtet werden. Bei entsprechend geringer Ausdehnung der Facette wird nur ein geringer Anteil des Lichts in den Dunkelbereich gelenkt, so dass ein gefährliches Blenden von Gegenverkehr vermieden werden kann.
  • Jede Halbleiterlichtquelle (insbesondere jeweils umfassend eine oder mehrere LEDs) weist zumindest eine vorzugsweise ebene Lichtabstrahlfläche auf, welche von wenigstens einer vorzugsweise gerade verlaufenden Begrenzungskante begrenzt ist. Diese Begrenzungskante kann auf der Primärbrennlinie des zugeordneten Lichtleitabschnitts verlaufen. Denkbar ist jedoch auch, dass die Primärbrennlinie des zugeordneten Lichtleitabschnitts durch die Lichtabstrahlfläche verläuft.
  • Die Begrenzungskante kann eine Kante der optisch aktiven Halbleiterfläche sein. Denkbar ist jedoch auch, dass eine Blende mit einer Blendenkante vorgesehen ist, wobei die Blendenkante die genannte Begrenzungskante der Halbleiterlichtquelle definiert.
  • Durch die Lage der Lichtabstrahlfläche und der Begrenzungskante in Bezug auf die Primärbrennlinie wird die Abstrahllichtverteilung des Lichtmoduls wesentlich beeinflusst. Verläuft die Begrenzungskante auf der Primärbrennlinie, so weist die durch die Auskoppelfläche des zugeordneten Lichtleitabschnitts tretende Lichtverteilung eine Hell-Dunkel-Grenze auf. Diese ergibt sich im Wesentlichen durch Abbildung der Begrenzungskante. Je nachdem, in welche Richtung sich die Lichtabstrahlfläche ausgehend von der Primärbrennlinie erstreckt, weist die Abstrahllichtverteilung einen oben liegenden Dunkelbereich (z. B. für eine Abblendlichtverteilung) oder einen unten liegenden Dunkelbereich (z. B. für eine Fernlicht-Spot-Lichtverteilung) auf.
  • Das erfindungsgemäße Lichtmodul ermöglicht es, für verschiedene Lichtleitabschnitte unterschiedliche Anordnungen der Halbleiterlichtquelle relativ zur Primärbrennlinie zu wählen. Dies kann einerseits dadurch geschehen, dass für verschiedene Lichtleitabschnitte die Primärbrennlinie in unterschiedlichem Abstand zur jeweiligen Lichteinkoppelfläche verläuft (also unterschiedliche Primärbrennweiten gewählt sind). Andererseits können die jeweiligen Halbleiterlichtquellen in verschiedenen Abständen zu den zugeordneten Lichteinkoppelflächen am Lichtmodul angeordnet werden.
  • Beispielsweise ist eine erste Halbleiterlichtquelle oder eine erste Gruppe von Halbleiterlichtquellen jeweils derart angeordnet, dass die Primärbrennlinie des jeweils zugeordneten Lichtleitabschnitts auf der Begrenzungskante der jeweiligen Lichtabstrahlfläche verläuft. Eine zweite Halbleiterlichtquelle oder eine zweite Gruppe von Halbleiterlichtquellen kann so angeordnet sein, dass die Primärbrennlinie durch die Lichtabstrahlflächen verläuft. In diesem Fall bilden die erste Halbleiterlichtquelle beziehungsweise die erste Gruppe von Halbleiterlichtquellen beispielsweise eine Abblendlicht-Lichtquelle, wogegen die zweite Halbleiterlichtquelle beziehungsweise die zweite Gruppe von Halbleiterlichtquellen eine Fernlicht-Lichtquelle bilden. Die verschiedenen Halbleiterlichtquellen sind vorzugsweise unabhängig voneinander elektronisch ansteuerbar, so dass beispielsweise Fernlicht wahlweise zugeschaltet werden kann.
  • Die Lichteinkoppelflächen sind vorzugsweise eben ausgebildet und sind gegenüber der vorzugsweise ebenfalls ebenen Lichtabstrahlfläche derart geneigt, dass zwischen Lichteinkoppelfläche und Lichtabstrahlfläche ein Abstandsspalt mit einer über den Verlauf der Lichtabstrahlfläche variierenden Größe gebildet ist. Insbesondere vergrößert sich der Abstandsspalt über den Verlauf der Lichtabstrahlfläche ausgehend von der Primärbrennlinie stetig. Vorzugsweise wird ein konischer Abstandsspalt gebildet. Vorteilhaft kann auch ein gewölbter Verlauf der Lichteinkoppelfläche sein. Ein konkaver Verlauf kann z. B. zur Einkopplung einer größeren Lichtmenge führen. Eine konvexe Lichteinkoppelfläche kann vorteilhaft sein, um die Divergenz des Lichtbündels nach Einkopplung zu verringern und um die Eigenschaften des eingekoppelten Lichtbündels an die numerische Apertur des Lichtleitabschnitts anzupassen.
  • Denkbar ist jedoch auch, dass die Lichteinkoppelfläche und die Lichtabstrahlfläche beide eben ausgestaltet sind und sich parallel zueinander erstrecken. Der Abstandsspalt hat dann konstante Dicke.
  • Die Lichtauskoppelflächen der Lichtleitabschnitte erstrecken sich vorzugsweise senkrecht zur Sagittalebene, insbesondere auch senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung des Lichtmoduls. Die Lichtauskoppelflächen sind beispielsweise eben ausgebildet und stehen senkrecht auf der Hauptabstrahlrichtung und der Sagittalebene. Denkbar ist auch, dass die Lichtauskoppelflächen gewölbt ausgebildet sind, insbesondere konvex gewölbt. Dabei weisen sie beispielsweise in Schnitten parallel zur Sagittalebene eine konvexe Wölbung auf und sind in Schnitten senkrecht zur Sagittalebene vorzugsweise krümmungsfrei.
  • Das Sekundäroptikelement ist vorzugsweise als Zylinderlinse zur Lichtkonzentration innerhalb von Schnitten parallel zur Sagittalebene ausgebildet. Die Zylinderlinse hat in Schnitten in der oder parallel zur Sagittalebene z. B. einen Sammellinsenquerschnitt und ist in Schnitten senkrecht zur Sagittalebene vorzugsweise krümmungsfrei ausgebildet. Insofern kann der Zylinderlinse eine Zylinderachse zugeordnet werden, um welche die Lichtdurchtrittsflächen der Zylinderlinse gewölbt sind. Als Lichtdurchtrittsflächen werden hier die optisch wirksamen Flächen der Zylinderlinse bezeichnet, durch welche Licht in die Linse eintritt oder aus ihr hinaustritt.
  • Die Zylinderlinse kann auf einer oder auf beiden ihrer Lichtdurchtrittsflächen Streustrukturen aufweisen. Diese sind bevorzugt walzenartig ausgestaltet, wobei die Walzenachsen der Streustrukturen parallel zur Zylinderachse der Zylinderlinse verlaufen. Solche Streustrukturen wirken zwar einer Bündelungswirkung der Zylinderlinse entgegen, führen jedoch zu einer homogeneren Ausleuchtung des Lichtaustrittsabschnitts.
  • Eine besonders einfache Hehrstellung eines kompakten Lichtmoduls wird dadurch ermöglicht, dass die Zylinderlinse einstückig mit den Lichtleitabschnitten des Primäroptikelements verbunden ist. Dies ist insbesondere derart realisiert, dass die Lichtauskoppelflächen der Lichtleitabschnitte mit einer der Lichtdurchtrittsflächen der Zylinderlinse zusammenfallen. Insofern sind Zylinderlinse und Lichtleitabschnitte über die Lichtauskoppelflächen und eine Lichtdurchtrittsfläche miteinander einstückig verbunden. Dies ermöglicht es, die gesamte Optik des Lichtmoduls als ein einziges Formteil auszugestalten.
  • Die Lichtleitabschnitte und die Zylinderlinse, sowie gegebenenfalls der gemeinsame Auskoppelabschnitt des Primäroptikelements können aus Glas oder aus Kunststoff ausgebildet werden. Geeignete Kunststoffe sind insbesondere organische Gläser, Polycarbonat (PC), Polymethylmetacrylat (PMMA), Cycloolefin Polymer (COP), Cycloolefin Copolymer (COC), Polymetacrylmetylimid (PMMI) oder Polysulfon (PSU). Die genannten Kunststoffe können insbesondere im Spritzgussverfahren verarbeitet werden.
  • Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass das Sekundäroptikelement als Zylinderreflektor ausgebildet ist. Dieser ist insbesondere als Abschnitt oder Segment eines zylindrischen Hohlspiegels oder eines zylindrischen Parabolspiegels ausgebildet. Der Zylinderreflektor weist beispielsweise eine (vorzugsweise parabolische) Krümmung in der Sagittalebene auf und ist in Schnitten senkrecht zur Sagittalebene insbesondere krümmungsfrei ausgebildet. Da ein Zylinderreflektor Licht nicht nur konzentrieren oder bündeln kann, sondern auch durch Reflexion umlenken kann, kann mit der genannten Konstruktion die Hauptabstrahlrichtung des Lichtmoduls konstruktiv vorgegeben werden. Außerdem können beispielsweise die bei Linsen teilweise auftretenden Farbfehler vermieden werden, welche zu unerwünschten Farbrändern in der Abstrahllichtverteilung des Lichtmoduls führen können. Der Zylinderreflektor kann Streustrukturen und/oder Facetten aufweisen, um eine homogenere Abstrahllichtverteilung zu erzielen. Denkbar sind beispielsweise walzenartige Streustrukturen, deren Walzenachse parallel zur Zylinderachse des Zylinderreflektors verläuft.
  • Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben und erläutert sind.
  • Es zeigen:
  • 1 ein Lichtmodul zur Erläuterung von Geometrie und Gestaltungsmerkmalen;
  • 2 ein erfindungsgemäßes Lichtmodul in perspektivischer Darstellung;
  • 3 das Lichtmodul aus 2 in einer Draufsicht;
  • 4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls in perspektivischer Darstellung;
  • 5 das Lichtmodul aus 4 in Draufsicht;
  • 6 erläuternde Darstellungen zur Anordnung der Halbleiterlichtquellen;
  • 7 erläuternde Darstellungen zur Anordnung der Halbleiterlichtquellen;
  • 8 Darstellung zur Erläuterung des Strahlengangs in den erfindungsgemäßen Lichtmodulen;
  • 9–14 Darstellungen zu Ausgestaltungen des Primäroptikelements;
  • 15 eine weitere Ausgestaltung für ein erfindungsgemäßes Lichtmodul;
  • 16 und 17 Darstellungen zur Ausgestaltung des Sekundärelements;
  • 18 Darstellung zu einer alternativen Ausgestaltung des Lichtmoduls; und
  • 19 Darstellung einer weiteren Ausgestaltung des Lichtmoduls.
  • In der folgenden Beschreibung sind gleiche oder einander entsprechende Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Angaben zur räumlichen Lage verschiedener Bauteile werden im Folgenden anhand von verschiedenen Ebenen im Raum gemacht. Zur Erläuterung der Ebenen zeigt 1 Details eines Lichtmoduls 10, wobei die gezeigten Gestaltungsmerkmale bei sämtlichen erfindungsgemäßen Lichtmodulen Anwendung finden können.
  • In 1 ist eine Halbleiterlichtquelle 12, ein scheibenartiger Lichtleitabschnitt 14 als Teil eines Primäroptikelements, sowie ein als Zylinderlinse 19 ausgebildetes Sekundäroptikelement 18 dargestellt.
  • Für das Lichtmodul ist eine Hauptabstrahlrichtung 20 definiert, in welche im räumlichen Mittel die Lichtenergie abgestrahlt wird. Ferner ist eine Sagittalebene 22 definiert, welche im dargestellten Beispiel durch die Richtung der Horizontalen und die Hauptabstrahlrichtung 20 aufgespannt wird. Ferner ist eine Meridionalebene 24 definiert als diejenige Ebene, welche sich senkrecht zur Sagittalebene 22 erstreckt und von der Vertikalen sowie der Hauptabstrahlrichtung 20 aufgespannt wird.
  • Im Betrieb des Lichtmoduls 10 kann auf einem Testschirm 26 die Intensitätsverteilung der Abstrahllichtverteilung 28 beobachtet werden. Der Testschirm 26 erstreckt sich in Richtung senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung 20 (d. h. sowohl senkrecht zur Sagittalebene 22 als auch zur Meridionalebene 24) und ist vom Lichtmodul 10 in großem Abstand in Richtung der Hauptabstrahlrichtung 20 angeordnet. Die räumliche Lage von Bereichen der Abstrahllichtverteilung 28 wird auf dem Testschirm 26 mit Hilfe von vertikalen und horizontalen Winkelkoordinaten V, H angegeben. Diese Winkelkoordinaten V, H korrespondieren mit Koordinaten in dem von der Horizontalen und der Vertikalen aufgespannten kartesischen Koordinatensystem in der Ebene des Testschirms 26.
  • Im dargestellten Beispiel weist die Abstrahllichtverteilung 28 eine Hell-Dunkel-Grenze HDG auf, welche einen vertikal unten liegenden Hellbereich 30 und einen vertikal oben liegenden Dunkelbereich 32 voneinander trennt. Eine solche Abstrahllichtverteilung 28 findet in Kfz-Scheinwerfern als abgeblendete Lichtverteilung Verwendung.
  • In der 1 ist ein LED-Chip der Halbleiterlichtquelle 12 erkennbar, welche darüber hinaus noch weitere LED-Chips umfassen kann. Der gezeigte LED-Chip der Halbleiterlichtquelle 12 ist an einem Kühlkörper 36 angeordnet, um die Abwärme der LEDs abführen zu können.
  • Von dem Primäroptikelement ist nur der scheibenartige Lichtleitabschnitt 14 dargestellt, welcher sich flächig senkrecht zur Sagittalebene 22 erstreckt. Der Lichtleitabschnitt 14 weist eine senkrecht zu seiner Erstreckungsebene gemessene Dicke auf, welche wesentlich geringer ist, als die Abmessungen des Lichtleitabschnitts 14 in seiner Erstreckungsebene. Der Lichtleitabschnitt 14 hat eine der Halbleiterlichtquelle 12 zugewandte Lichteinkoppelfläche 38, durch welche Licht in den Lichtleitabschnitt 14 eingekoppelt werden kann. Das so eingekoppelte Licht kann in dem Lichtleitabschnitt 14 unter interner Totalreflexion zu einer Lichtauskoppelfläche 40 geleitet werden, durch welche das Licht aus dem Lichtleitabschnitt 14 austreten kann. Interne Totalreflexion findet dabei insbesondere an einer Hauptreflexionsfläche 42 statt. Im dargestellten Beispiel erstreckt sich die Hauptreflexionsfläche 42 von der Lichteinkoppelfläche 38 zur Lichtauskoppelfläche 40.
  • Die Hauptreflexionsfläche 42 ist derart konvex in Bezug auf die Sagittalebene 22 gewölbt, dass die optischen Eigenschaften des Lichtleitabschnitts 14 durch eine Primärbrennlinie 44 charakterisiert werden können. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass ein gedachtes, von der Primärbrennlinie in einem Schnitt senkrecht zur Primärbrennlinie 44 divergierendes Lichtbüschel nach Durchtritt durch die Lichteinkoppelfläche 38 und Totalreflexion zumindest an der Hauptreflexionsfläche 42 in ein durch die Lichtauskoppelfläche 40 tretendes Lichtbüschel umgelenkt wird, welches in einem Schnitt senkrecht zur Sagittalebene 22 im Wesentlichen aus parallelen Lichtstrahlen besteht. Insofern wirkt der Lichtleitabschnitt 14 kollimierend innerhalb von Schnitten senkrecht zur Sagittalebene 22.
  • Das Sekundäroptikelement 18 ist als Zylinderlinse 19 ausgebildet, deren optisch wirksame Lichtdurchtrittsflächen 46 sich zylindrisch um eine Zylinderachse 48 wölben. In Schnitten parallel zur Sagittalebene 22 weist die Zylinderlinse 19 jeweils einen Sammellinsenquerschnitt auf. In Schnitten senkrecht zur Sagittalebene 22 hat die Zylinderlinse 19 vorzugsweise einen krümmungsfreien Verlauf. Die optischen Eigenschaften der Zylinderlinse 19 werden unter anderem durch eine Sekundärbrennlinie 50 charakterisiert. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass ein gedachtes, von der Sekundärbrennlinie ausgehendes, in Schnitten senkrecht zur Sekundärbrennlinie 50 divergierendes Lichtbüschel nach Durchtritt durch die Zylinderlinse 19 in ein Lichtbüschel umgeformt wird, welches in Schnitten parallel zur Sagittalebene 22 im Wesentlichen aus parallelen Lichtstrahlen bestehen. Das Sekundäroptikelement 18 wirkt insofern kollimierend innerhalb von Schnitten parallel zur Sagittalebene 22.
  • Sekundäroptikelement 18 und Primäroptikelement 16 sind derart zueinander angeordnet, dass die Sekundärbrennlinie 50 senkrecht zur Primärbrennlinie 44 verläuft. Für sämtliche erfindungsgemäßen Lichtmodule kann es vorteilhaft sein, wenn die Primärbrennlinie 44 zwischen der Sekundärbrennlinie 50 und dem Sekundäroptikelement 18 verläuft. Die der Zylinderlinse 19 zugeordnete Brennweite ist z. B. derart groß gewählt, dass die Sekundärbrennlinie 50 entgegen der Hauptabstrahlrichtung 20 versetzt zur Lichtauskoppelfläche 40 des Lichtleitabschnitts 12 liegt. Das Sekundäroptikelement 18 wirkt daher nicht kollimierend, sondern engt lediglich Lichtbündel innerhalb von Schnitten parallel zur Sagittalebene 22 ein. Denkbar ist jedoch auch, für die Zylinderlinse 19 eine kürzere Brennweite zu wählen, so dass die Sekundärbrennlinie 50 näher an der Zylinderlinse 19 verläuft, z. B. zwischen Primärbrennlinie 44 und Zylinderlinse 19, oder im Bereich oder auf der Lichtauskoppelfläche 40.
  • Im Falle der 1 verläuft die Lichtauskoppelfläche 40 senkrecht zur Sagittalebene 22 und senkrecht zur Meridionalebene 24. Der Lichtleitabschnitt 14 ist im dargestellten Beispiel spiegelsymmetrisch zur Meridionalebene 24 ausgebildet. Ebenso ist die Zylinderlinse 19 spiegelsymmetrisch bezüglich der Meridionalebene 24. Die Sekundärbrennlinie 50 verläuft in der Meridionalebene 24.
  • Zur Erläuterung des Strahlengangs ist in der 1 ein Hauptstrahl 52 skizziert, welcher nach Durchtritt durch das Sekundäroptikelement 18 entlang der Hauptabstrahlrichtung 20 auf die Hell-Dunkel-Grenze HDG fällt. Der Hauptstrahl 52 verläuft in der Meridionalebene 24. Ausgehend von der Primärbrennlinie 44 tritt der Hauptstrahl 52 durch die Lichteinkoppelfläche 38 in den Lichtleitabschnitt 14, wird an der konvex gewölbten Hauptreflexionsfläche 42 totalreflektiert und tritt durch die Lichtauskoppelfläche 40 aus dem Lichtleitabschnitt 14 aus. Danach verläuft der Hauptstrahl 52 in der Meridionalebene 24 parallel zur Sagittalebene 22. Da der Hauptstrahl 52 keine Richtungskomponente senkrecht zur Meridionalebene 24 hat, wird sein Verlauf von der Zylinderlinse 19 nicht beeinflusst (im dargestellten Beispiel). Der Hauptstrahl 52 verläuft daher nach der Zylinderlinse 19 in der Meridionalebene 24 und senkrecht zur Sagittalebene 22 entlang der Hauptabstrahlrichtung 20.
  • Die für das Lichtmodul 10 in 1 erläuterten Gestaltungsmerkmale, insbesondere des Lichtleitabschnitts 14 und des Sekundäroptikelements 18, können für sämtliche erfindungsgemäßen Lichtmodule Verwendung finden. Ebenso wird zur Erläuterung weiterer Ausführungsformen der Erfindung auf die gemäß 1 definierte Sagittalebene 22, die Meridionalebene 24, den Testschirm 26, und die Hauptabstrahlrichtung 20 Bezug genommen.
  • In den 2 und 3 ist ein erfindungsgemäßes Lichtmodul 60 dargestellt. Das Primäroptikelement 16 des Lichtmoduls 60 umfasst drei Lichtleitabschnitte 14, 14a und 14b, sowie ein als Zylinderlinse 19 ausgebildetes Sekundäroptikelement 18 in der zu 1 erläuterten Art.
  • Jedem Lichtleitabschnitt 14, 14a, 14b ist ein Substrat 62, 62a, 62b (LED-Chip) als Halbleiterlichtquelle derart zugeordnet, dass das von dem jeweiligen Substrat 62, 62a, 62b ausgestrahlte Licht durch jeweils zugeordnete Lichteinkoppelflächen in den jeweiligen Lichtleitabschnitt 14, 14a, 14b eingekoppelt werden kann.
  • Die drei Lichtleitabschnitte 14, 14a, 14b verlaufen nebeneinander und erstrecken sich jeweils senkrecht zu der Sagittalebene 22 (1). Dabei ist der mittlere Lichtleitabschnitt 14 in der zu 1 erläuterten Art ausgestaltet. Die beiden äußeren Lichtleitabschnitte 14a und 14b verlaufen in Schnitten parallel zur Sagittalebene 22 (1) gebogen, was im Folgenden insbesondere zu 12 noch näher erläutert wird.
  • Die Lichtleitabschnitte 14, 14a, 14b verlaufen derart, dass sie in einem gemeinsamen Auskoppelabschnitt 64 des Primäroptikelements 16 münden (3). Der Auskoppelabschnitt 64 weist eine gemeinsame Lichtauskoppelfläche 66 auf, welche die Lichtauskoppelflächen 40 der Lichtleitabschnitte 14, 14a und 14b im Sinne der 1 umfasst. Denkbar ist insbesondere, dass der Auskoppelabschnitt 64 einstückig mit den Lichtleitabschnitten 14, 14a, 14b ausgeformt ist.
  • Abweichend von der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung ist jedoch auch denkbar, dass jeder der Lichtleitabschnitte 14, 14a, 14b eine separate Lichtauskoppelfläche 40 in der Art der 1 aufweist, über welche die Lichtleitabschnitte 14, 14a, 14b in den Auskoppelabschnitt 64 (z. B. in nicht einstückiger Ausformung) münden. Für den Auskoppelabschnitt 64 können dann beispielsweise Materialien mit anderen optischen Eigenschaften (z. B. Brechungsindex) als die Lichtleitabschnitte 14, 14a, 14b gewählt werden. In der 3 ist der Übergang zwischen Lichtleitabschnitten 14, 14a, 14b und Auskoppelabschnitt 64 durch Linien angedeutet. Es muss sich jedoch nicht um getrennte Bauteile handeln.
  • Wie in 3 erkennbar, ist jedem Lichtleitabschnitt 14, 14a, 14b eine Primärbrennlinie 44, 44a, 44b zugeordnet. Die Primärbrennlinien 44, 44a, 44b verlaufen jeweils in der Sagittalebene 22 (vergleiche 1). In ihrer Erstreckungsrichtung entlang der Hauptabstrahlrichtung 20 weisen die Lichtleitabschnitte 14, 14a, 14b unterschiedliche Längen auf. Insbesondere verlaufen die zugeordneten Primärbrennlinien 44, 44a, 44b bei dem Lichtmodul 60 nicht auf einer gemeinsamen, gedachten Linie. Vielmehr ist die Primärbrennlinie 44 gegenüber den Primärbrennlinien 44a, 44b in Richtung der Hauptabstrahlrichtung 20 versetzt. Grundsätzlich kann jeder der Lichtleitabschnitte 14, 14a, 14b derart ausgestaltet werden, dass sich eine gewünschte Brennweite und damit ein gewünschter Verlauf der jeweils zugeordneten Primärbrennlinie 44, 44a, 44b ergibt. Insbesondere können unterschiedlichen Lichtleitabschnitten 14, 14a, 14b unterschiedliche Brennweiten zugeordnet werden, so dass mit den verschiedenen Lichtleitabschnitten 14, 14a, 14b verschiedene Lichtfunktionen (Abblendlicht, Fernlicht, Tagfahrlicht) realisiert werden können.
  • Ebenso ist es denkbar, dass die Substrate 62, 62a, 62b jeweils in unterschiedlichen Positionen bezüglich der Primärbrennlinie 44, 44a, 44b ihres jeweils zugeordneten Lichtleitabschnitts 14, 14a, 14b angeordnet werden.
  • Bei dem Lichtmodul 60 wirkt das dem Primäroptikelement 16 im Strahlengang nachgeordnete Sekundäroptikelement 18 gemeinsam für sämtliche Lichtleitabschnitte 14, 14a, 14b in der zu 1 erläuterten Weise. Die Sekundärbrennlinie 50 erstreckt sich senkrecht zu sämtlichen Primärbrennlinien 44, 44a, 44b.
  • Im Falle der 2 und 3 ist das die Mehrzahl an Lichtleitabschnitten 14, 14a, 14b umfassende Primäroptikelement 16 spiegelsymmetrisch zu der Meridionalebene 24 ausgebildet (welche die in 1 erläuterte Lage hat, jedoch in 2 zur besseren Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet ist). Vorzugsweise ist auch die Anordnung und Ausgestaltung der einzelnen Halbleiterlichtquellen 62, 62a, 62b als Ganzes spiegelsymmetrisch zu der Meridionalebene 24. Da auch die Zylinderlinse 19 spiegelsymmetrisch zur Meridionalebene 24 ausgebildet ist (vergleiche 1), stellt die Meridionalebene 24 eine Symmetrieebene des gesamten optischen Systems dar.
  • In den 4 und 5 ist ein Lichtmodul 70 dargestellt. Dieses unterscheidet sich von dem Lichtmodul 60 dadurch, dass die drei Lichtleitabschnitte 14, 14a, 14b unmittelbar in das gemeinsame Sekundäroptikelement 18 münden.
  • Das Sekundäroptikelement 18 ist als Zylinderlinsenelement 72 ausgebildet, welches eine Zylinderlinsenfläche 74 aufweist. Die Zylinderlinsenfläche 74 wölbt sich zylindrisch um eine senkrecht zur Sagittalebene 22 (1) und der Hauptabstrahlrichtung 20 verlaufende Zylinderachse 76. Das Linsenelement 72 weist ferner einen Übergangsabschnitt 78 auf, in welchen die Lichtleitabschnitte 14, 14a, 14b des Primäroptikelements 16 münden.
  • Die Lichtleitabschnitte 14, 14a, 14b sind über ihre Lichtauskoppelflächen 40, 40a, 40b (zur Erläuterung siehe 1) mit dem Übergangsabschnitt 78 des Linsenelements 72 derart verbunden, dass das durch die Lichtauskoppelflächen 40, 40a, 40b hindurch tretende Licht sich in dem Linsenelement 72 fortpflanzt und beim Durchtritt durch die Zylinderlinsenfläche 74 gebrochen wird. Aufgrund der zylindrischen Form der Zylinderlinsenfläche 74 kann dem Linsenelement 72 wiederum eine (virtuelle) Primärbrennlinie 50 mit den vorstehend beschriebenen Eigenschaften zugeordnet werden.
  • Das Linsenelement 72 ist über die Lichtauskoppelflächen 40, 40a, 40b einstückig mit den Lichtleitabschnitten 14, 14a, 14b verbunden. Die Verbindung ist insbesondere derart, dass sich Lichtstrahlen beim Übergang aus einem Lichtleitabschnitt 14, 14a, 14b durch die (gedachte) Lichtauskoppelfläche 40, 40a, 40b in das Linsenelement 72 brechungsfrei fortpflanzen. Die Einheit aus den das Primäroptikelement 60 bildenden Lichtleitabschnitten 14, 14a, 14b und dem das Sekundäroptikelement 18 bildende Linsenelement 72 kann insbesondere als einstückiges Formteil, beispielsweise im Spritzgussverfahren, aus einem geeigneten Kunststoff hergestellt werden.
  • Denkbar ist auch, ausgehend von dem in den 2 und 3 dargestellten Lichtmodul 60 eine einstückige Ausführung dadurch zu erzeugen, dass der Auskoppelabschnitt 64 über seine Lichtauskoppelfläche 66 einstückig mit einer Lichtdurchtrittsfläche 46 der Zylinderlinse 19 gemäß den 2 und 3 verbunden wird.
  • Bei den erfindungsgemäßen Lichtmodulen werden die Eigenschaften der Abstrahllichtverteilung 28 wesentlich durch die Anordnung der Halbleiterlichtquelle 12 relativ zur jeweils zugeordneten Primärbrennlinie 44 bestimmt, was im Folgenden anhand 6 erläutert wird.
  • Als Halbleiterlichtquellen 12, 62 finden vorzugsweise Leuchtdioden (LED) Verwendung, welche eine ebene Lichtabstrahlfläche 80 aufweisen, die von gerade verlaufenden Begrenzungskanten 82 scharf begrenzt wird. Üblich sind beispielsweise LED mit quadratischen Lichtabstrahlflächen 80 und entsprechenden Begrenzungskanten 82. Vorzugsweise sind mehrere solche LEDs auf einem gemeinsamen Substrat 62 angeordnet und bilden eine Halbleiterlichtquelle 12.
  • In der 6 sind jeweils solche Halbleiterlichtquellen 12 skizziert, wobei drei mögliche Verläufe für die Primärbrennlinie 44 des zugeordneten Lichtleitabschnitts 14 angedeutet sind, wenn die Halbleiterlichtquelle 12 in einem Lichtmodul der vorliegenden Art verbaut ist. Dabei ist der Ebene der Lichtabstrahlflächen 80 eine Vorwärtsrichtung 84 (beispielsweise im Wesentlichen in Richtung der Hauptabstrahlrichtung 20) und eine Rückwärtsrichtung 85 (beispielsweise entgegengesetzt der Hauptabstrahlrichtung 20) definiert.
  • Im Falle der 6a ist die Halbleiterlichtquelle 12 derart angeordnet, dass die zugeordnete Primärbrennlinie 44 durch die Lichtabstrahlflächen 80 verläuft. Für die auf einem Testschirm 26 (vgl. 1) beobachtete Abstrahllichtverteilung 28 ergibt sich das in der 6a rechts neben der Skizze der Halbleiterlichtquelle 12 dargestellte Beleuchtungsbild.
  • Der Lichtleitabschnitt 14 parallelisiert divergierende, von der Primärbrennlinie 44 ausgehende Lichtbündel innerhalb von Schnitten senkrecht zur Primärbrennlinie 14. Da sich die Lichtabstrahlfläche 80 sowohl in Vorwärtsrichtung 84 als auch in Rückwärtsrichtung 85 ausgehend von der Primärbrennlinie 44 erstreckt, treten durch die Lichtauskoppelflächen und durch das Sekundäroptikelement 18 sowohl Lichtstrahlen, welche eine Richtungskomponente nach vertikal oben aufweist, als auch Lichtstrahlen mit einer Richtungskomponente nach vertikal unten. Daher weist die Abstrahllichtverteilung 28 keine Hell-Dunkel-Grenze auf, sondern hat die Eigenschaft einer Spot-Lichtverteilung mit Lichtschwerpunkt um die Hauptabstrahlrichtung (beispielsweise gegeben durch den in 1 erläuterten Hauptstrahl 52).
  • Im Falle der 6b verläuft je eine Begrenzungskante 82 einer Lichtabstrahlfläche 80 auf der Primärbrennlinie 44. Ausgehend von der Primärbrennlinie 44 erstreckt sich die Lichtabstrahlfläche 80 in Rückwärtsrichtung 85. Die von den genannten Begrenzungskanten 82 ausgehenden Lichtstrahlen werden in Hauptabstrahlrichtung 20 parallelisiert. Dies führt zu einer Hell-Dunkel-Grenze HDG auf dem Testschirm 26, wie in der Skizze der Abstrahllichtverteilung 28 rechts neben der Darstellung des Chips 62 in 6b angedeutet. Die Lichtstrahlen, welche von den sich in Rückwärtsrichtung 85 erstreckenden Lichtabstrahlflächen ausgehen, weisen nach Durchtritt durch die Lichtauskoppelfläche 40 bzw. durch das Sekundäroptikelement 18 eine Richtungskomponente nach vertikal unten auf. Daher hat die Abstrahllichtverteilung 28 einen vertikal unten liegenden Hellbereich 30 und einen hiervon durch die Hell-Dunkel-Grenze HDG getrennten, vertikal oben liegenden Dunkelbereich 32.
  • Im Beispiel der 6c erstreckt sich die Lichtabstrahlfläche 80 ausgehend von der Primärbrennlinie 44 in Vorwärtsrichtung 84. Dabei verläuft die Primärbrennlinie 44 durch je eine Begrenzungskante 82 der Lichtabstrahlfläche 80. Dementsprechend führen die von den auf der Primärbrennlinie 44 liegenden Begrenzungskanten 82 ausgehenden Lichtstrahlen wiederum zu einer scharfen Hell-Dunkel-Grenze HDG, wobei in diesem Fall der Hellbereich 30 vertikal über dem Dunkelbereich 32 liegt (in 6c rechts skizziert).
  • In den Fällen gemäß 6b und 6c wird jeweils eine Begrenzungskante 82, welche auf der jeweiligen Primärbrennlinie 44 verläuft, als Hell-Dunkel-Grenze der Abstrahllichtverteilung 28 abgebildet. Die übrige Lichtabstrahlfläche 80 wird über Lichtleitabschnitt 14 und Sekundäroptikelement 18 in ein entsprechendes Lichtquellenbild projiziert. Wird die Lichtabstrahlfläche 80 gegenüber der Primärbrennlinie 44 in Vorwärtsrichtung 84 oder Rückwärtsrichtung 85 verschoben, so ändert sich die Lage der genannten Lichtquellenbilder in vertikaler Richtung auf dem Testschirm 26. Dabei ist der Lichtleitabschnitt 14 vorzugsweise derart ausgebildet, dass sich bei Verschiebung die entlang der vertikalen Richtung V gemessene Größe der jeweiligen Lichtquellenbilder nicht ändert.
  • Da die Eigenschaften der Abstrahllichtverteilung 28 wie erläutert von der Lage der Halbleiterlichtquelle 12 in Bezug auf die Primärbrennlinie 44 abhängen, kann mit der erfindungsgemäßen Anordnung auf einfache Weise ein Multifunktions-Lichtmodul realisiert werden. Hierzu können beispielsweise eine Mehrzahl von Halbleiterlichtquellen 12 vorgesehen sein, wobei Halbleiterlichtquellen 12 einer erste Gruppe der in der Art der 6b angeordnet sind. Eine zweite Gruppe kann Halbleiterlichtquellen 12 aufweisen, welche in der Art der 6c angeordnet sind. Dies ist in der 7 skizziert. Die erste Gruppe von Halbleiterlichtquellen führt dann zu einer Abstrahllichtverteilung mit einem vertikal unten liegenden Hellbereich, wogegen die zweite Gruppe zu einer Abstrahllichtverteilung mit einem vertikal oben liegenden Hellbereich führt (vgl. 6). Die genannte erste Gruppe kann daher eine Abblendlichtverteilung eines Kfz-Scheinwerfers speisen, welche eine horizontal verlaufende Hell-Dunkel-Grenze aufweist. Die zweite Gruppe kann als Fernlichtquelle dienen, welche zu einer Ausleuchtung oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze führt.
  • Vorzugsweise sind in dem genannten Beispiel die Halbleiterlichtquellen der ersten Gruppe unabhängig von den Halbleiterlichtquellen der zweiten Gruppe elektrisch ansteuerbar, insbesondere an- und ausschaltbar. Dadurch kann beispielsweise die Fernlicht-Lichtverteilung bei Bedarf zur Abblendlicht-Lichtverteilung zugeschaltet und ausgeblendet werden.
  • Um einen möglichst homogenen Übergang zwischen der Fernlicht-Ausleuchtung oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze und der Grundlicht-Lichtverteilung unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze zu erzielen, können die Lichtabstrahlflächen 80 beispielsweise der zweiten Gruppe derart verschoben werden, dass die Lichtabstrahlfläche 80 die Primärbrennlinie 44 geringfügig überlappt.
  • Für verschiedene Lichtleitabschnitte 14 können bei den erfindungsgemäßen Lichtmodulen unterschiedliche Anordnungen der zugeordneten Halbleiterlichtquelle 12 in Bezug auf die jeweilige Primärbrennlinie 44 gewählt werden. Mit verschiedenen Lichtleitabschnitten 14 können daher verschiedene Beiträge zur Abstrahllichtverteilung realisiert werden. Denkbar ist jedoch auch, einem Lichtleitabschnitt 14 ein Substrat 62 mit einer Mehrzahl von LEDs mit Lichtabstrahlflächen 80 zuzuordnen, wobei unterschiedliche LEDs unterschiedliche Positionen bezüglich der Primärbrennlinie 44 ein und desselben Lichtleitabschnitts 14 einnehmen.
  • Die optischen Eigenschaften der Lichtleitabschnitte 14 der erfindungsgemäßen Lichtmodule werden im Folgenden anhand der 8 weiter erläutert. Die 8 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Lichtmodul (beispielsweise Lichtmodul 60), wobei die Schnittebene sich senkrecht zur Sagittalebene 22 erstreckt.
  • Um die genannten optischen Eigenschaften zu erzielen, ist der Lichtleitabschnitt 14 (insbesondere Hauptreflexionsfläche 42, Lichteinkoppelfläche 38, Lichtauskoppelfläche 40) derart ausgebildet, dass die optischen Wege (in Projektion senkrecht zur Primärbrennlinie 44) für sämtliche, von der Primärbrennlinie 44 ausgehende, durch die Lichteinkoppelfläche 48 tretende und an der Hauptreflexionsfläche 42 totalreflektierte Lichtstrahlen bis zum Durchtritt durch die Lichtauskoppelfläche 40 (und auch im weiteren Verlauf durch das Sekundäroptikelement 18) konstant sind. Unter dem optischen Weg durch einen Materialabschnitt wird dabei in bekannter Weise das Produkt aus dem jeweils zugeordneten Brechungsindex ni und dem in dem jeweiligen Materialabschnitt zurückgelegten Weg si verstanden. In der 8 sind exemplarisch die optischen Wege für drei verschiedene Strahlen in Ebenen senkrecht zur Primärbrennlinie 44 dargestellt. Ein erster Strahl legt ausgehend von der Primärbrennlinie 44 einen Weg s1 bis zur Lichteinkoppelfläche 38, einen Weg s2 in dem Lichtleitabschnitt 14 bis zur Hauptreflexionsfläche 42, nach Totalreflexion einen Weg s3 durch den Lichtleitabschnitt 14 bis zur Lichtauskoppelfläche 40, nach Austritt aus dem Lichtleitabschnitt 14 weitere Wegabschnitte s4, s5 (durch das Sekundäroptikelement 18) und s6 zurück. Hierbei ist für die Wegabschnitte s2 und s3 der Brechungsindex des Lichtleitabschnitts 14 maßgeblich, wogegen die Wegabschnitte s1 und s4 durch Luft verlaufen. Entsprechend sind zwei weitere Wege (s1', s2', s3', s4', s5', s6' und s1'', s2'', s3'', s4'', s5'', s6'') skizziert, welche sich durch die Lage des Punktes der Totalreflexion an der Hauptreflexionsfläche 42 unterscheiden. Das über die einzelnen Wegabschnitte aufsummierte Produkt si mal ni ist für die verschiedenen Wege konstant.
  • In dem in der 8 dargestellten Beispiel ist der Lichtleitabschnitt 14 in der Art eines Tortenstückes aus einem parabolischen Zylinderkörper ausgebildet, wobei die Lichteinkoppelfläche 38 in einem spitzen Winkel mit der Lichtauskoppelfläche 40 zusammenläuft. Im dargestellten Beispiel erstreckt sich die Hauptreflexionsfläche 42 von der Lichteinkoppelfläche 38 bis zur Lichtauskoppelfläche 40. Diese Ausgestaltungen sind jedoch nicht zwingend. Denkbar ist insbesondere, dass die Lichteinkoppelfläche 38 und die Lichtauskoppelfläche 40 einen rechten Winkel einschließen. Weist der Lichtleitabschnitt 14 weitere Begrenzungsflächen auf, so können Lichteinkoppelfläche 38 und Lichtauskoppelfläche 40 auch parallel verlaufen, wie weiter unten zu 15 näher erläutert.
  • Im Beispiel der 8 erstreckt sich die Lichteinkoppelfläche 38 im Wesentlichen parallel zu einer nicht näher dargestellten Lichtabstrahlfläche der Halbleiterlichtquelle 12 (welche beispielsweise in der zu 6 erläuterten Art ausgestaltet ist). Daher wird zwischen der Lichteinkoppelfläche 38 und der Lichtabstrahlfläche 80 ein Abstandsspalt 88 gebildet, welcher entlang des Verlaufs der Lichtabstrahlfläche der Halbleiterlichtquelle 12 eine konstante Größe aufweist. Denkbar sind jedoch auch Ausgestaltungen, bei welchen die Lichteinkoppelfläche 38 unter einem Winkel zur Lichtabstrahlfläche der Halbleiterlichtquelle 12 verläuft und daher der Abstandsspalt 88 eine über den Verlauf der Lichtabstrahlfläche veränderliche Größe aufweist. Ebenso kann die Lichteinkoppelfläche 38 gewölbt, beispielsweise konvex oder konkav gekrümmt ausgebildet sein, so dass sich die Größe des Abstandsspaltes 88 über den Verlauf der Lichtabstrahlfläche der Halbleiterlichtquelle 12 verändert.
  • In den 9 bis 14 werden im Folgenden Ausgestaltungen der Lichtleitabschnitte 14 erläutert. Diese können bei sämtlichen Lichtleitabschnitten der erfindungsgemäßen Lichtmodule Anwendung finden, wobei in den 9 bis 14 jeweils nur ein einzelner Lichtleitabschnitt 14 dargestellt ist.
  • Wie in 9 verdeutlicht, müssen nicht alle Begrenzungsflächen eines Lichtleitabschnitts 14 optisch wirksam sein. Insbesondere kann der Lichtleitabschnitt 14 in Bereichen zwischen der Hauptreflexionsfläche 42 und der Lichtauskoppelfläche 40, oder zwischen Lichteinkoppelfläche 38 und Lichtauskoppelfläche 40 oder zwischen Lichteinkoppelfläche 38 und Hauptreflexionsfläche 42 Abschnitte aufweisen, welche optisch funktionslos sind, das heißt für die optischen Eigenschaften des Lichtleitabschnitts 14 im Wesentlichen ohne Bedeutung sind. so kann der Lichtleitabschnitt 14 beispielsweise an den Übergängen der Lichtauskoppelfläche 40 zur Hauptreflexionsfläche 42 und zur Lichteinkoppelfläche 38 einen flanschartigen Überstand 90 aufweisen. Dieser kann als Befestigungsabschnitt des Lichtleitabschnitts 14 dienen. Ebenso kann eine positionsgenaue Ausrichtung über den flanschartigen Überstand 90 erfolgen. Entsprechend kann ein Befestigungs- oder Positionierungsabschnitt 92 am Übergang zwischen Lichteinkoppelfläche 38 und Hauptreflexionsfläche 42 vorgesehen sein. Die Befestigungs- und Positionierungsabschnitte 90, 92 werden vorzugsweise während eines Spritzgussschrittes bei der Herstellung des Lichtleitabschnitts 14 einstückig mit diesem ausgeformt.
  • Der Lichtleitabschnitt 14 wird von weiteren Lichtleitflächen 94 und 96 begrenzt, welche senkrecht auf der Sagittalebene 22 (1) stehen. Die weiteren Lichtleitflächen 94 und 96 bilden insofern große Seitenflächen des sich flächig erstreckenden Lichtleitabschnitts 14, wogegen die Lichteinkoppelfläche 38, die Lichtauskoppelfläche 40 und die Hauptreflexionsfläche 42 schmale Seitenflächen des scheibenartigen Lichtleitabschnitts 14 darstellen. Hinsichtlich des Lichttransports durch den Lichtleitabschnitt 14 haben die weiteren Lichtleitflächen 94 und 96 die Funktion, Lichtstrahlen mit Richtungskomponenten senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung 20 unter interner Totalreflexion von der Lichteinkoppelfläche 38 zur Lichtauskoppelfläche 40 zu leiten.
  • Wie in 10 dargestellt, stehen die weiteren Lichtleitflächen 94 und 96 insbesondere senkrecht auf der Sagittalebene 22 (Sichtebene in 10) und können zueinander parallel verlaufen.
  • Eine alternative Ausgestaltung ist in 11 gezeigt. Dabei stehen die weiteren Lichtleitflächen 94 und 96 ebenfalls senkrecht zur Sagittalebene 22 (Sichtebene der 11), laufen jedoch in Richtung der Hauptabstrahlrichtung 20 auseinander, so dass sich die in Schnitten senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung 20 bemessene Querschnittsfläche des Lichtleitabschnitts 14 bei Fortschreiten in Richtung der Hauptabstrahlrichtung 20 stetig vergrößert. Insbesondere sind die weiteren Lichtleitflächen 94 und 96 eben ausgebildet und schließen miteinander einen in Hauptabstrahlrichtung 20 offenen, spitzen Winkel ein. Daher hat der Lichtleitabschnitt 14 in Schnitten parallel zur Sagittalebene 22 (Sichtebene der 11) trapezartige Form. Die weiteren Lichtleitflächen 94 und 96 laufen insofern konisch auseinander. Im Beispiel der 11 ist der Lichtleitabschnitt 14 spiegelsymmetrisch zur Meridionalebene 24 ausgebildet. Denkbar ist jedoch auch, dass der Lichtleitabschnitt 14 in Richtung senkrecht zur Meridionalebene versetzt angeordnet ist, oder dass die Lichtleitfläche 94 mit der Hauptabstrahlrichtung 20 einen anderen (spitzen) Winkel einschließt, als die weitere Lichtleitfläche 96.
  • In 12 ist eine in Schnitten parallel zur Sagittalebene 22 (Sichtebene der 12) gebogene Ausgestaltung des Lichtleitabschnitts 14 dargestellt. Dabei verlaufen die weiteren Lichtleitflächen 94 und 96 senkrecht auf der Sagittalebene 22, sind jedoch innerhalb Schnitten parallel zur Sagittalebene 22 gekrümmt. Dabei verlaufen die Lichtleitflächen 94 und 96 insbesondere nicht parallel zueinander, sondern haben einen geringfügig abweichenden Verlauf derart, dass sich die Querschnittsfläche des Lichtleitabschnitts 14 wiederum bei Fortschreiten in Lichtabstrahlrichtung stetig vergrößert. Ausgehend von der Darstellung in 11 kann der in 12 gezeigte Lichtleitabschnitt 14 dadurch gewonnen werden, dass anstelle der Meridionalebene 24 als Symmetrieebene für den Lichtleitabschnitt 14 eine in Schnitten mit der Sagittalebene 22 gekrümmt verlaufende Führungsfläche 98 gewählt wird, so dass die Spiegelsymmetrie der weiteren Lichtleitflächen 94 und 96 zu der Führungsfläche 98 nur noch für infinitesimal kleine, senkrecht aufeinander projizierte Flächenstücke der Lichtleitflächen 94 und 96 auf die Führungsfläche 98 gilt. Insofern bildet die Führungsfläche eine neutrale Faser des Lichtleitabschnitts 14.
  • Im Beispiel der 12 ist der Lichtleitabschnitt außerdem in Richtung senkrecht zur Meridionalebene 24 versetzt angeordnet.
  • Die in den 10 bis 12 dargestellten Ausgestaltungen des Lichtleitabschnitts 14 haben gemeinsam, dass der Lichtleitabschnitt 14 in Schnitten senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung 20 (bzw. in Schnitten, welche sowohl senkrecht auf der Meridionalebene 24 als auch auf der Sagittalebene 22 stehen) im Wesentlichen rechteckige Form aufweist. Bei Totalreflexion an den weiteren Lichtleitflächen 94 und 96 erhalten Lichtstrahlen daher keine zusätzliche Richtungskomponente senkrecht zur Sagittalebene 22.
  • Die in der 12 dargestellte gebogene Ausgestaltung des Lichtleitabschnitts 14 ist vorteilhaft, wenn mehrere Lichtleitabschnitte 14 nebeneinander angeordnet und in einem gemeinsamen Auskoppelabschnitt 64 (2) oder einem gemeinsamen, einstückig angeformten Sekundäroptikelement 18 (4) münden sollen.
  • Bei den in den 13 und 14 dargestellten Ausgestaltungen für die Lichtleitabschnitte 14 weist die Hauptreflexionsfläche 42 des Lichtleitabschnitts 14 eine Facette 102 zur gezielten Lichtstreuung auf (13a). Die Facette 102 ist derart ausgebildet, dass ein von der Hauptreflexionsfläche 42 im Bereich der Facette 102 reflektierter Lichtstrahl 104 gezielt in eine von im Umfeld der Facette 102 reflektierten Lichtstrahlen abweichende Richtung abgelenkt wird. Dadurch kann beispielsweise eine Abstrahllichtverteilung 28 der in 13b gezeigten Art realisiert werden. Diese Abstrahllichtverteilung 28 weist eine Hell-Dunkel-Grenze HDG auf, welche einen vertikal unten liegenden Hellbereich 30 begrenzt (in Darstellung auf einem Testschirm in der zu 1 erläuterten Art). Die Facette 102 lenkt einen Anteil des von der Halbleiterlichtquelle 12 ausgestrahlten Lichts gezielt in den dunklen Bereich oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze HDG, was zu einem mit vergleichsweise schwacher Intensität ausgeleuchteten „Overhead-Bereich” 106 der Abstrahllichtverteilung 28 führt (vergleiche 13b). Diese kann dazu dienen, Straßenschilder ohne Blendung des Gegenverkehrs auszuleuchten.
  • Wie in der Detailansicht der 14 erkennbar, kann die Facette 102 dadurch realisiert werden, dass ein abgegrenzter Bereich der Hauptreflexionsfläche 42 gegenüber dem umgebenden Verlauf der Hauptreflexionsfläche 42 um einen Facettenwinkel α verkippt ausgebildet ist. In der 14 ist der Verlauf der Hauptreflexionsfläche 42' ohne die Facette 102 gestrichelt dargestellt. Der Lichtstrahl 104 wird daher in einen Bereich oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze HDG abgelenkt. Die Facette 102 ist vorzugsweise in dem Sekundäroptikelement 18 zugewandten Randabschnitt des Lichtleitabschnitts 14 angeordnet. Insbesondere ist denkbar, den Lichtleitabschnitt 14 im Bereich einer Vorderkante der Hauptreflexionsfläche 42 in der Art der Facette 102 auszugestalten.
  • In der 15 ist eine weitere Ausgestaltung für den Lichtleitabschnitt 14 beschrieben, welche die Konstruktion eines Lichtmoduls 110 als weitere Ausführungsform der Erfindung ermöglicht. Die 15 zeigt eine Schnittdarstellung senkrecht zur Sagittalebene (vgl. 1). Erkennbar ist ein Lichtleitabschnitt 14, welcher sich in der Meridionalebene scheibenartig, flächig erstreckt.
  • Von den vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen unterscheidet sich der Lichtleitabschnitt 14 dadurch, dass eine der Hauptreflexionsfläche 42 gegenüberliegende Gegenreflexionsfläche 112 vorgesehen ist. Diese ist in ihrem Verlauf in Schnitten parallel zur Meridionalebene 24 (Darstellungsebene der 15) insbesondere eben oder nur geringfügig gekrümmt ausgebildet. Hinsichtlich der Ausgestaltung der weiteren Seitenflächen des Lichtleitabschnitts 14 wird auf die Erläuterungen zu den 8 bis 14 verwiesen.
  • Die Gegenreflexionsfläche 112 ist der Hauptreflexionsfläche 42 im Strahlengang nachgeordnet. Die Gegenreflexionsfläche 112 hat die Funktion, einen in dem Lichtleitabschnitt 14 geführten Lichtstrahl nach Totalreflexion an der Hauptreflexionsfläche 42 ein weiteres Mal durch Totalreflexion in Schnitten senkrecht zur Sagittalebene umzulenken. Durch Vorgabe der Orientierung der Gegenreflexionsfläche 112 kann daher die Vorzugsrichtung der den Lichtleitabschnitt 14 durch die Lichtauskoppelfläche 40 verlassenden Lichtstrahlen vorgegeben werden. Im dargestellten Beispiel ist die Lichtauskoppelfläche 40 abweichend von den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung parallel zur Lichteinkoppelfläche 38 orientiert. Dementsprechend hat das Lichtmodul 110 eine um nahezu 90° gedrehte Hauptabstrahlrichtung 20. Eine solche Konstruktion kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn zum Beispiel aus Platzgründen die Orientierung des Kühlkörpers 36 gegenüber den vorstehend erläuterten Ausführungsformen abgeändert werden muss.
  • Die 16 zeigt eine weitere Ausgestaltung für ein als Zylinderlinse 19 ausgebildetes Sekundäroptikelement 18, wie es bei sämtlichen erfindungsgemäßen Lichtmodulen zum Einsatz kommen kann. Die Zylinderlinse 19 weist an ihrer dem Primäroptikelement 16 (insbesondere den Lichtleitabschnitten 14) zugewandten Lichtdurchtrittsfläche 46 walzenartige Streustrukturen 116 auf, welche in der Detailansicht gemäß 16b näher veranschaulicht sind. Im Bereich der walzenartigen Streustrukturen 116 wölbt sich die Lichtdurchtrittsfläche 46 jeweils zylindrisch um eine nicht näher dargestellte Walzenachse, welche vorzugsweise parallel zu der Zylinderachse 48 der Zylinderlinse 19 (vgl. 1) verläuft. Dadurch werden einzelne Lichtstrahlen entgegen der insgesamt konzentrierenden Wirkung in Schnitten parallel zur Sagittalebene gestreut, was zu einer besseren Homogenität der Abstrahllichtverteilung des Lichtmoduls führen kann.
  • 17 zeigt eine Ausgestaltung, bei der das Sekundäroptikelement 18 von einem an den Lichtleitabschnitt 14 einstückig angeformten Lichtaustrittsabschnitt mit einer sich zylindrisch wölbenden Zylinderlinsenfläche gebildet wird.
  • Bei den erfindungsgemäßen Lichtmodulen ist es grundsätzlich möglich, dass das gemeinsame Sekundäroptikelement 18 von einem Zylinderreflektor 120 gebildet wird. Dies ist in 18 dargestellt. Der Zylinderreflektor 120 ist als Segment eines zylindrischen Hohlspiegels ausgebildet, welcher in der Sagittalebene 22 (Darstellungsebene der 18) einen abschnittsweise parabolischen Verlauf aufweist. Daher kann dem Zylinderreflektor 120 eine senkrecht zur Sagittalebene 22 verlaufende Sekundärbrennlinie 50 zugeordnet werden, welche sich in der 18 senkrecht zur Zeichenebene erstreckt. Zusätzlich zur kollimierenden Wirkung für von der Sekundärbrennlinie 50 ausgehende, divergierende Lichtbüschel innerhalb von Schnitten parallel zur Sagittalebene lenkt der Zylinderreflektor die die Lichtleitabschnitte 14 verlassenden Lichtstrahlen um. Daher kann durch geeignete Orientierung des Zylinderreflektors 120 die Hauptabstrahlrichtung 20 des Lichtmoduls vorgegeben werden.
  • 19 zeigt eine weitere Ausgestaltung für die Lichtleitabschnitte 14, welche ebenfalls bei sämtlichen erfindungsgemäßen Lichtmodulen Anwendung finden kann. Die Lichtauskoppelfläche 40 eines Lichtleitabschnitts 14 kann walzenartige Streustrukturen 124 aufweisen, welche in der Detailansicht der 19b für die Anordnung gemäß 19a erkennbar sind. Im Bereich einer Streustruktur 124 weist die Lichtauskoppelfläche 40 in Schnitten parallel zur Sagittalebene 22 (Darstellungsebene der 19) einen konvex gekrümmten, insbesondere zylindrischen oder parabolischen Verlauf auf. Insofern krümmt sich die Lichtauskoppelfläche 40 im Bereich einer Streustruktur 124 jeweils um eine nicht näher dargestellte Walzenachse, welche senkrecht zur Sagittalebene 22 orientiert ist. Dies führt zu einer Streuung von Lichtstrahlen in Schnitten parallel zur Sagittalebene 22 und damit zu einer Homogenisierung der Abstrahllichtverteilung. Im Beispiel der 19 weist der Lichtleitabschnitt 14 sich senkrecht zur Sagittalebene 22 erstreckende weitere Lichtleitflächen 94 und 96 auf, welche in Richtung der Hauptabstrahlrichtung 20 auseinanderlaufen. Dies trägt zu einer Kollimierung des in dem Lichtleitabschnitt 14 geführten Lichts in Schnitten parallel zur Sagittalebene 22 bei.

Claims (9)

  1. Lichtmodul (60, 70, 110) für eine Beleuchtungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, umfassend – eine Mehrzahl von Halbleiterlichtquellen (12, 62, 62a, 62b) zum Ausstrahlen von Licht, – ein Primäroptikelement (16) zur Konzentration des von den Halbleiterlichtquellen (12, 62, 62a, 62b) ausgestrahlten Lichts innerhalb von Schnitten senkrecht zu einer Sagittalebene (22) des Lichtmoduls (60, 70, 110), wobei das Primäroptikelement (16) eine Mehrzahl sich flächig senkrecht zur Sagittalebene (22) erstreckender, scheibenartiger Lichtleitabschnitte (14, 14a, 14b) aufweist, wobei jeder Lichtleitabschnitt (14, 14a, 14b) eine Lichteinkoppelfläche (38) und eine Lichtauskoppelfläche (40) aufweist und zur Lichtleitung unter interner Totalreflexion von der Lichteinkoppelfläche (38) zur Lichtauskoppelfläche (40) ausgebildet ist, wobei je ein Lichtleitabschnitt (14, 14a, 14b) einer Halbleiterlichtquelle (12, 62, 62a, 62b) derart zugeordnet ist, dass Licht der Halbleiterlichtquelle (12, 62, 62a, 62b) durch die jeweilige Lichteinkoppelfläche (38) in den Lichtleitabschnitt (14, 14a, 14b) eingekoppelt werden kann, wobei jeder Lichtleitabschnitt (14, 14a, 14b) eine konvex gekrümmte Hauptreflexionsfläche (42) derart aufweist, dass eine jeweils dem Lichtleitabschnitt (14, 14a, 14b) zugeordnete Primärbrennlinie (44) definiert ist, wobei sich die Primärbrennlinie (44) in oder parallel zur Sagittalebene (22) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsames, dem Primäroptikelement (16) im Strahlengang nachgeordnetes Sekundäroptikelement (18, 19, 120) vorgesehen ist, welches derart ausgebildet ist, dass das durch die Lichtauskoppelflächen (40) der Mehrzahl von Lichtleitabschnitten (14, 14a, 14b) tretende Licht innerhalb von Schnitten parallel zu der Sagittalebene (22) konzentriert werden kann, wobei das Sekundäroptikelement (18, 19, 120) derart ausgebildet ist, dass eine Sekundärbrennlinie (50) definiert ist, wobei die Sekundärbrennlinie (50) senkrecht zu den Primärbrennlinien (44) verläuft.
  2. Lichtmodul (60) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Lichtleitabschnitte nebeneinander verlaufend erstrecken und in einem gemeinsamen Auskoppelabschnitt (64) des Primäroptikelements (16) münden, an dem die Lichtauskoppelflächen (66, 40) angeordnet sind.
  3. Lichtmodul (60, 70, 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundäroptikelement (18, 19, 120) derart ausgebildet ist, dass die Lichtauskoppelflächen (40, 66) zwischen der Sekundärbrennlinie (50) und dem Sekundäroptikelement (18, 19, 120) liegen.
  4. Lichtmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptreflexionsfläche (42) eine Facette (102) zur Lichtstreuung aufweist.
  5. Lichtmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Halbleiterlichtquelle (12, 62) eine insbesondere ebene Lichtabstrahlfläche (80) aufweist, welche von wenigstens einer insbesondere gerade verlaufenden Begrenzungskante (82) begrenzt ist, wobei die Begrenzungskante (82) auf der Primärbrennlinie (44) des zugeordneten Lichtleitabschnitts verläuft, oder die Primärbrennlinie (44) des zugeordneten Lichtleitabschnitts (14, 14a, 14b) durch die Lichtabstrahlfläche (80) verläuft.
  6. Lichtmodul nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteinkoppelfläche (38) eben ausgebildet ist und gegenüber der Lichtabstrahlfläche (80) derart geneigt ist, dass ein Abstandsspalt (88) mit einer über den Verlauf der Lichtabstrahlfläche (80) variierenden Größe gebildet wird.
  7. Lichtmodul (60, 70) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Lichtauskoppelflächen (40) senkrecht zur Sagittalebene (22) erstrecken, insbesondere auch senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung (20) des Lichtmoduls (60, 70).
  8. Lichtmodul (60, 70, 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundäroptikelement (18) als Zylinderlinse (19) zur Lichtkonzentration innerhalb von Schnitten in oder parallel zur Sagittalebene (22) ausgebildet ist.
  9. Lichtmodul (70) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderlinse (19) einstückig mit den Lichtleitabschnitten (14, 14a, 14b) ausgebildet ist.
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