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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug.
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In Frankreich war jahrzehntelang vorgeschrieben, dass die Frontscheinwerfer von Kraftfahrzeugen gelb zu leuchten hatten, bis im Rahmen der EU-Harmonisierung diese Vorschrift aufgegeben wurde und auch Scheinwerfer zugelassen wurden, die das natürliche weiße Licht der üblichen Glühfaden-Lichtquellen ungefiltert ausstrahlten. Die gelben Scheinwerfer hatten zwar den Vorteil, dass ihr Spektrum eine hohe Intensität in dem Wellenlängenbereich aufwies, in dem das menschliche Auge seine höchste Empfindlichkeit hat, und die von ihnen ausgehende Blendgefahr im Vergleich zu einem gleich starken weißen Scheinwerfer verringert war. Gleichzeitig war aber die Erkennbarkeit von angeleuchteten Gegenständen durch die unnatürliche Lichtfarbe erschwert, und die Lichterzeugung war wenig effizient, da, um das gelbe Licht zu erzeugen, unerwünschte Spektralanteile abgefiltert werden mussten.
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Diese Nachteile sowie Fortschritte bei der Strahlführungstechnik, die es ermöglichten, Abblendlicht von befriedigender Intensität zu erzeugen und gleichzeitig die Blendung entgegenkommender Verkehrsteilnehmer zu vermeiden, haben dazu geführt, dass sich Weißlicht-Scheinwerfer weltweit durchgesetzt haben.
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Aus
DE 1 162 787 A ist ein vereinzelter Vorschlag bekannt geworden, in einem Scheinwerfer Licht mit unterschiedlichen spektralen Charakteristika zu erzeugen und langwelliges, rotes Licht in die Ferne, kürzerwelliges, insbesondere gelbes Licht hingegen auf die nah vor dem Fahrzeug liegende Straßenfläche abzustrahlen. Dieser Vorschlag konnte sich nicht durchsetzen, nicht zuletzt, da er die Unterscheidbarkeit von Front- und Heckscheinwerfern und damit die Beurteilung der Fahrtrichtung von Fahrzeugen erschwert und dadurch zu einem höheren Unfallrisiko geführt hätte.
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Die scharfe Hell-Dunkel-Grenze, die das Abblendlichtbündel moderner Kraftfahrzeugscheinwerfer aufweist, schützt zwar entgegenkommende Verkehrsteilnehmer sicher vor Blendung, hat aber für den Fahrer eines mit solchen Scheinwerfern ausgestatteten Fahrzeugs den Nachteil, dass sein Blickfeld nur in der Nähe der Fahrbahnoberfläche gut ausgeleuchtet ist, und dass alles, was sich oberhalb einer durch den Scheinwerfer verlaufenden horizontalen Ebene befindet, weitgehend im Dunkeln bleibt. So erschwert auch die scharfe Hell-Dunkel-Grenze die Erkennung von Gegenständen außerhalb des Fahrzeugs, was die Fahrer zu vermehrtem Gebrauch des Fernlichts veranlasst. Dieses führt, wenn es bei Annäherung von Gegenverkehr nicht rechtzeitig abgeschaltet wird, bei diesem zu einer starken Irritation, so dass der Vorteil der scharfen Hell-Dunkel-Grenze, eine Blendung des Gegenverkehrs sicher zu vermeiden, sich in sein Gegenteil verkehrt.
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Moderne Kraftfahrzeuge verfügen über diverse Fahrerassistenzsysteme, die mit Hilfe einer elektronischen Kamera den Verkehrsraum vor dem Fahrzeug überwachen, um z. B. Verkehrsschilder zu erkennen, den Abstand zu vorausfahrenden Fahrzeugen zu überwachen oder dergleichen. Auch die Effektivität solcher Fahrerassistenzsysteme ist eingeschränkt, wenn ein Teil des Sichtfeldes der Kamera nicht genügend ausgeleuchtet ist und eine scharfe Hell-Dunkel-Grenze die Gestalt eines angeleuchteten Gegenstandes verfremdet.
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Aufgabe der Erfindung ist, einen Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, der weiterhin eine Blendung des Gegenverkehrs vermeidet, dabei aber die mit einer übermäßigen Unterdrückung der Lichtemission außerhalb eines Abblendlichtbündels verbundenen Nachteile vermeidet oder zumindest lindert.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten Lichterzeuger zum Erzeugen eines nach oben durch eine Hell-Dunkel-Grenze begrenzten Abblendlichtbündels und einem zweiten Lichterzeuger zum Erzeugen eines sich wenigstens teilweise oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze ausbreitenden Hilfslichtbündels das Spektrum des Hilfslichtbündels einen höheren Gelbanteil aufweist als das Spektrum des Abblendlichtbündels.
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Die Lichtstärke des Hilfslichtbündels sollte geringer sein als die des Abblendlichtbündels.
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Die zwei Lichtbündel mit unterschiedlicher spektraler Zusammensetzung können auf einfache Weise erzeugt werden, indem die Lichterzeuger LEDs von wenigstens zwei Typen mit unterschiedlichen Emissionsspektren umfassen.
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Die LEDs wenigstens eines Typs sollten dabei einen Leuchtstoff aufweisen, der durch vom Halbleiterübergang der LED emittiertes Licht anregbar ist, um breitbandiges, die Farben angestrahlter Gegenstände nicht oder nur wenig verfälschendes Licht zu erzeugen, so dass eine sichere und schnelle Erkennung der Gegenstände gewährleistet ist.
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Eine elektronische Kamera, insbesondere für ein Fahrerassistenzsystem, kann vorgesehen sein, deren Blickfeld von dem Scheinwerfer, insbesondere dessen Hilfslichtbündel, beleuchtet ist.
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Zweckmäßigerweise ist die Quanteneffizienz der Kamera für Licht des Hilfslichtbündels höher als für Licht des Abblendlichtbündels. Auch dies ist durch einen erhöhten Gelbanteil des Hilfslichtbündels gut erreichbar. Zwar weisen die Fotodetektoren der meisten elektronischen Kameras die höchste Quanteneffizienz in der Nähe ihrer Bandlücke, im Infraroten auf, doch wird dieser langwellige Spektralanteil im Allgemeinen durch einen dem Fotodetektor vorgelagerten Filter unterdrückt, da seine Abbildungseigenschaften sich von denen des sichtbaren Lichts unterscheiden, so dass er zu unscharfen Bildern führt, wenn er den Fotodetektor erreicht. Durch den vorgelagerten Filter kann das Maximum der Quanteneffizienz der Kamera so an das Spektrum des Hilfslichtbündels angepasst werden, dass dessen Licht optimal ausgenutzt wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Aus dieser Beschreibung und den Figuren gehen auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt. Es zeigen:
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1 ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Scheinwerfer in einer typischen Verkehrssituation;
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2 Spektren des von verschiedenen Leuchtdiodentypen emittierten Lichts;
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3 eine Anordnung von LEDs in einem Scheinwerfer gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;
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4 eine Anordnung von LEDs in einem Scheinwerfer gemäß einer zweiten Ausgestaltung; und
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5 eine Anordnung von LEDs gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung.
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1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 1, das mit einem erfindungsgemäßen Frontscheinwerfer 2 ausgestattet ist, auf einer Straße 3. Der Frontscheinwerfer 2 liefert ein Abblendlichtbündel 4, das die Oberfläche der Straße 3 ausleuchtet und nach oben durch eine scharfe Hell-Dunkel-Grenze 5, hier dargestellt als eine durch den Scheinwerfer 2 verlaufende horizontale Ebene, begrenzt ist. Oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze 5 breitet sich ein Hilfslichtbündel 6 aus, mit dem, im Gegensatz zum Abblendlichtbündel 4, von der Oberfläche der Straße 3 entfernte Gegenstände wie etwa ein Verkehrsschild 7 beleuchtet werden können. Da das Hilfslichtbündel 6 auch die Augen des Fahrers eines entgegenkommenden Fahrzeugs erreichen würde, ist seine Lichtstärke erheblich geringer als die des Abblendlichtbündels 4. Eine im Fahrzeug 1 montierte Kamera 8 ist auf die vor dem Fahrzeug liegende Straße 3 ausgerichtet, um Bilder zu liefern, die unter anderem einer (nicht dargestellten) Bildauswerteeinheit die Erkennung von Verkehrsschildern und ggf. die Ausgabe einer Warnung an den Fahrer ermöglichen, wenn seine Fahrweise zum Bedeutungsgehalt eines erkannten Verkehrsschilds im Widerspruch steht. Das Blickfeld der Kamera 8 überschneidet sich großenteils mit den Lichtbündeln 4, 6.
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2 zeigt im oberen Teil das Spektrum a einer zur Erzeugung des Abblendlichtbündels 4 geeigneten Weißlicht-LED. Das Spektrum a weist ein auffälliges Maximum im blauen Spektralbereich an der Grenze zum ultravioletten auf. Dies ist das unmittelbar am Halbleiterübergang der LED erzeugte Licht, für das allerdings das menschliche Auge kaum empfindlich ist. Dieses Licht trifft in an sich bekannter Weise auf eine Leuchtstoffschicht, wo es zu längeren, besser wahrnehmbaren Wellenlängen konvertiert wird. Auf diese Weise wird ein kontinuierliches Spektrum über den gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich hinweg erhalten, wobei Lage und Intensität von Maxima, hier bei 520 und 630 nm, im grünen bzw. roten Spektralbereich, von den verwendeten Leuchtstoffen und ihrer Platzierung in Bezug auf den Halbleiterübergang abhängt.
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Im unteren Teil der 2 ist das Spektrum einer breitbandig emittierenden LED eines zweiten Typs mit b bezeichnet. Auch diese LED hat einen Halbleiterübergang, der im blauen oder nahen UV-Spektralbereich imitiert und dessen Licht an einem Leuchtstoff in den sichtbaren Spektralbereich konvertiert wird. Die Zusammensetzung der Leuchtstoffschicht ist hier jedoch eine andere, mit einem deutlichen Maximum im Orangen, bei 630 nm.
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Die Kurven c, d zeigen die Spektren von schmalbandigen LEDs, deren Halbleiterübergang unmittelbar im gelben Bereich des Spektrums, um 600 nm, emittiert.
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Eine Kurve e stellt die Quanteneffizienz der Kamera 8 als Funktion der Wellenlänge dar. Die Kamera 8 hat einen Halbleiter-Fotodetektor, dessen Quanteneffizienz bei Energien knapp oberhalb seiner Bandlücke, d. h. im nahen Infrarot, ein Maximum aufweist und von dort aus durch über das sichtbare Spektrum hinweg zu kürzeren Wellenlängen hin kontinuierlich abnimmt. Ein dem Fotodetektor vorgelagerter Filter blockiert das Infrarot, so dass das Maximum der Quanteneffizienz der Kamera 8 in den sichtbaren Wellenlängenbereich verschoben ist und mit den Intensitätsmaxima der Kurven c, d übereinstimmt. Daher genügt besonders niedrige Lichtstärke der LEDs vom Typ c oder d, um ein Kamerabild mit vorgegebener Helligkeit zu erzielen.
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3 zeigt eine Anordnung von LEDs im Frontscheinwerfer 2 gemäß einer ersten Ausgestaltung. Das Abblendlichtbündel 4 erzeugende LEDs 9 sind hier vom Typ mit dem Spektrum a. Die das Hilfslichtbündel erzeugenden LEDs 10 sind geringer an Zahl und Lichtstärke als die LEDs 9. Um eine befriedigende Erkennbarkeit der Farben der vom Hilfslichtbündel 6 angestrahlten Gegenstände durch das menschliche Auge zu gewährleisten, können die LEDs 10 vom Typ mit dem Spektrum b sein. Wenn es lediglich darauf ankommt, eine für den Betrieb der Kamera 8 ausreichende Lichtstärke des Hilfslichtbündels 6 bei minimaler Blendwirkung für den Gegenverkehr zu erzielen, kommen aus den oben beschriebenen Gründen auch schmalbandige LEDs vom Typ c oder d als LEDs 10 in Betracht.
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4 zeigt eine zweite mögliche Anordnung von LEDs im Scheinwerfer 2. Die LEDs 9 des Abblendlichtbündels 4 sind dieselben wie die im Falle der 3. Die LEDs 10 des Hilfslichtbündels 6 gehören, wie anhand ihrer Schraffur zu erkennen, zwei verschiedenen Typen an. Einige der LEDs 10 sind typgleich mit den LEDs 9 des Abblendlichtbündels 4, andere sind schmalbandige LEDS vom Typ c oder d. Indem sich das Hilfslichtbündel 6 aus Beiträgen der verschiedenen Typen von LEDs 10 zusammensetzt, wird ebenfalls eine Verstärkung des gelben Spektralanteils im Hilfslichtbündel 6 im Vergleich zur Zusammensetzung des Abblendlichtbündels 4 erreicht.
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5 unterscheidet sich von der LED-Anordnung der 4 durch eine zusätzliche Gruppe von LEDs 11, die zur Erzeugung eines Fernlichtbündels zuschaltbar sind. Sie haben dasselbe Spektrum wie die LEDs 9 des Abblendlichtbündels. Da die Ausbreitungsrichtung und Verteilung des Fernlichtbündels mit der des Hilfslichtbündels 6 weitgehend übereinstimmt, und es erheblich lichtstärker als das Hilfslichtbündel 6 ist, können die LEDs 10 sämtlich eingeschaltet bleiben, wenn das Fernlicht in Betrieb ist, da die abweichende Lichtfärbung des Hilfslichtbündels 6 unbemerkt bleibt. Denkbar wäre jedoch auch, bei eingeschaltetem Fernlicht nur diejenigen LEDs 10 in Betrieb zu halten, die mit den LEDs 9, 11 typgleich sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Frontscheinwerfer
- 3
- Straße
- 4
- Abblendlichtbündel
- 5
- Hell-Dunkel-Grenze
- 6
- Hilfslichtbündel
- 7
- Verkehrsschild
- 8
- Kamera
- 9
- LED
- 10
- LED
- 11
- LED
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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