DE102013110272A1 - Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Anzahl von in einer Lichterzeugungsebene angeordneten Lichtquellen und mit einer in Hauptabstrahlrichtung vor der Lichtquelle angeordneten Aufweitungsoptikeinheit zur Aufweitung eines von der Lichtquelle emittierten Lichtbündels, wobei die Aufweitungsoptikeinheit eine Anzahl von Linsen aufweist, so dass das von der sich in einem quadratischen Format in der Lichterzeugungsebene erstreckende Lichtquelle emittierte Lichtbündel abgebildet wird zu einer Lichtverteilung mit einem rechteckförmigen Format.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Anzahl von in einer Lichterzeugungsebene angeordneten Lichtquellen und mit einer in Hauptabstrahlrichtung vor der Lichtquelle angeordneten Aufweitungsoptikeinheit zur Aufweitung eines von der Lichtquelle emittierten Lichtbündels, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufweitungsoptikeinheit eine Anzahl von Linsen aufweist, so dass das von der sich in einem quadratischen Format in der Lichterzeugungsebene erstreckende Lichtquelle emittierte Lichtbündel abgebildet wird zu einer Lichtverteilung mit einem rechteckförmigen Format.
- Aus der
DE 10 2008 013 603 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Anzahl von matrixartig angeordneten Lichtquellen einerseits und einer denselben zugeordneten Aufweitungsoptikeinheit andererseits bekannt. Die Aufweitungsoptikeinheit weist ein mit der Anzahl der Lichtquellen übereinstimmende Anzahl von Optikelementen auf, die die jeweils von den Lichtquellen bewirkten Einzellichtverteilungen aufweiten, und zwar in der Weise, dass das von den Lichtquellen ausgesandte Licht parallelisiert einer Linsenanordnung zugeführt werden kann. Hierdurch soll eine homogene Gesamtlichtverteilung entstehen, bei der sich keine dunklen Lücken zwischen den Einzellichtverteilungen der Lichtquellen ergeben. Eine gezielte Aufweitung des von den jeweiligen Lichtquellen erzeugten Lichtbündels in eine bestimmte Vorzugsrichtung ist nicht vorgesehen. - Aus der
DE 10 2011 054 232 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Anzahl von Lichtquellen sowie einer denselben zugeordneten Aufweitungsoptikeinheit bekannt. Die Aufweitungsoptikeinheit weist eine Anzahl von Lichtleitstäben auf, die würfelförmig ausgebildet sind und die jeweils den Lichtquellen zugeordnet sind. Die Lichtleitstäbe ermöglichen eine Aufweitung eines von den jeweiligen Lichtquellen emittierten Lichtbündels, so dass unerwünschte dunkle Lichtflecken in der Gesamtlichtverteilung vermieden werden. Die Lichtleitstäbe weisen jeweils ein quadratisches Format bzw. einen quadratischen Querschnitt auf und sind somit an das Format der ebenfalls üblicherweise in einem quadratischen Format vorliegenden Lichtquellen angepasst. Nachteilig an der bekannten Beleuchtungsvorrichtung ist, dass sich die Gesamtlichtverteilung aus Lichtverteilungen mit einem quadratischen Format zusammensetzen, was die Lichtquellenanzahl zur Erzeugung einer relativ breiten Ausleuchtung der Fahrbahn erhöht. Es müssen eine Mehrzahl von Lichtquellen so angeordnet werden, dass die Gesamtzahl der Lichtquellen ein rechteckförmiges Format einnehmen. Die gesamte Lichtquellenfläche wäre somit relativ groß, was zu Abbildungsfehlern bzw. Aberrationen führen würde. Auch wäre die vorgelagerte Optikeinheit relativ voluminös. - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Anzahl von Lichtquellen, die ein quadratisches Format aufweisen, derart weiterzubilden, dass auf effektive Weise eine Lichtverteilung mit einer Vorzugsrichtung geschaffen wird, wobei obig genannte Nachteile vermieden werden.
- Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Aufweitungsoptikeinheit eine Anzahl von Linsen aufweist, so dass das von der sich in einem quadratischen Format in der Lichterzeugungsebene erstreckende Lichtquelle emittierte Lichtbündel abgebildet wird zu einer Lichtverteilung mit einem rechteckförmigen Format.
- Nach der Erfindung ist eine Aufweitungsoptikeinheit so ausgebildet, dass Lichtbündel von Lichtquellen eines quadratischen Formats so geformt bzw. transformiert werden, dass eine Lichtverteilung mit einer Vorzugsrichtung, nämlich eine Lichtverteilung in einem rechteckförmigen Format entsteht. Lichtverteilungen in einem rechteckförmigen Format werden als solche Lichtverteilungen angesehen, die in einer Vorzugsrichtung ausgedehnt angeordnet sind. Zur Erzeugung bspw. einer Abblendlichtverteilung liegt die Vorzugsrichtung in horizontaler Richtung. Vorteilhaft kann hierdurch die die Lichtquellenanzahl bei einer Mehrzahl von matrixartig angeordneten Lichtquellen reduziert werden, da mittels der Aufweitungsoptikeinheit eine Streckung der jeweiligen einzelnen Lichtverteilungen in Vorzugsrichtung erfolgt. In Folge der geringeren Anzahl von Lichtquellen kann auch die vorgelagerte Aufweitungsoptikeinheit bzw. ggf. eine weitere vorgelagerte Optikeinheit platzsparender, also mit einer geringeren Dimensionierung in Querrichtung zu einer optischen Achse der Beleuchtungsvorrichtung ausgebildet sein.
- Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Aufweitungsoptikeinheit zum einen aus einer ersten Linseneinheit zur Abbildung der mindestens einen Lichtquelle in eine erste Lichtverteilung eines quadratischen Formats und zum anderen aus einer zweiten Linseneinheit zur Abbildung der ersten Lichtverteilung quadratischen Formats in eine zweite Lichtverteilung eines rechteckförmigen Formats. Die erste Linseneinheit ermöglicht eine gleichmäßige Aufweitung einer Lichtabstrahlfläche der Lichtquelle quer zur optischen Achse entsprechend der ersten Lichtverteilung. Vorteilhaft kann hierdurch der Wirkungsgrad der Gesamtabbildung auf mehr als 50% erhöht werden. Erst in einem zweiten Schritt erfolgt mittels der zweiten Linseneinheit eine Streckung der durch die erste Linseneinheit bewirkten ersten Lichtverteilung in Vorzugsrichtung.
- Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die zweite Linseneinheit aus Zylinderlinsen, die in Hauptabstrahlrichtung hintereinander angeordnet sind. Da auf einer der Lichtquelle zugewandten Seite der ersten Linseneinheit eine Linse mit geringerem Querschnitt als die anderen Linsen angeordnet ist, kann eine den Wirkungsgrad erhöhende Aufweitung des Lichtbündels erfolgen. Die Linsen der ersten und zweiten Linseneinheit weisen jeweils eine wesentlich größere Querstreckung auf als die mindestens eine Lichtquelle. Der Fertigungsaufwand ist relativ gering, da nicht jeder Lichtquelle ein gesondertes Optikelement zugeordnet werden muss. Die Zylinderlinsen bilden jeweils alle Lichtverteilungen der in einer Lichtquellenebene angeordneten Lichtquellen ab.
- Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Zylinderlinsen der Aufweitungsoptikeinheit aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial hergestellt, so dass die Herstellungskosten gering gehalten werden können. Vorzugsweise können die Flächen der Zylinderlinsen mit einer Antireflexbeschichtung versehen sein, so dass der Wirkungsgrad weiter erhöht werden kann.
- Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
- Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Abbildung, -
2 eine Draufsicht der Beleuchtungsvorrichtung mit in einer Lichterzeugungsebene angeordneten Lichtquellen und mit einer Aufweitungsoptikeinheit bestehend aus mehreren Linsen und -
3 eine perspektivische Darstellung der Beleuchtungsvorrichtung von schräg oben. - Eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge kann bspw. als Scheinwerfer zur Erzeugung einer Abblendlicht, -Stadtfahrlicht-, Autobahnlichtfunktion oder dergleichen eingesetzt werden.
- Die Beleuchtungsvorrichtung besteht im Wesentlichen aus einer Anzahl von matrixartig angeordneten Lichtquellen
1 , die in einer Lichterzeugungsebene2 angeordnet sind. Die Lichtquellen1 sind als Halbleiterlichtquellen, vorzugsweise als LED-Lichtquellen ausgebildet und weisen ein quadratisches Format auf, wie es besonders deutlich aus1 ersichtlich ist. Die LED-Lichtquellen1 können bspw. in einem quadratischen Feld von 16×16 Lichtquellen angeordnet sein. Es handelt sich hierbei um eine quadratische Lichtquelle1 , die pixeliert ausgebildet ist. Sowohl die einzelne Lichtquelle1 (Pixel) als auch das Lichtquellenfeld bzw. Pixelfeld ist quadratisch ausgebildet. - Die Beleuchtungsvorrichtung weist ferner eine Aufweitungsoptikeinheit
3 auf, die der Anzahl von LED-Lichtquellen1 zugeordnet ist. Die Aufweitungsopitkeinheit3 ist so ausgebildet, dass die Lichtbündel der Lichtquellen1 abgebildet werden zu einer Lichtverteilung L, die rechteckförmig ausgebildet ist bzw. ein rechteckförmiges Format aufweist. Als rechteckförmige Lichtverteilungen L werden Lichtverteillungen angesehen, die in einer Vorzugsrichtung, im vorliegenden Ausführungsbeispiel in x-Richtung gestreckt ausgebildet sind. Vorzugsweise ist die Lichtverteilung L in Horizontalrichtung langgestreckt aufgeweitet. - In
1 ist schematisch ein Lichtbündel4 der quadratischen Lichtquelle1 dargestellt, das mittels der Aufweitungsoptikeinheit3 in Horizontalrichtung aufgeweitet bzw. gestreckt wird, so dass die rechteckförmige Lichtverteilung L gebildet ist. - Die Aufweitungsoptikeinheit
3 besteht aus einer ersten Linseneinheit5 und einer zweiten Linseneinheit6 . Die ersten Linseneinheit5 ist auf einer der Lichtquelle1 zugewandten Seite angeordnet. Die zweite Linseneinheit6 ist auf einer der Lichtquelle1 abgewandten Seite angeordnet. - Die erste Linseneinheit
5 weist eine erste Linse5‘ auf, die auf einer der Lichtquelle1 zugewandten Seite der ersten Linseneinheit5 angeordnet ist. Ferner weist die die erste Linseneinheit5 eine zweite Linse5‘‘ auf, die auf einer der Lichtquelle1 abgewandten Seite der ersten Linseneinheit5 angeordnet ist. Die erste Linse5‘ und die zweite Linse5‘‘ sind jeweils rotationssymmetrisch ausgebildet, mit jeweils einer in Hauptabstrahlrichtung H vordere Seite7 ,7‘ , die konvexförmig ausgebildet ist. Die erste Linse5‘ weist einen Durchmesser d1 auf, der kleiner ist als ein Durchmesser d2 der zweiten Linse5‘‘ . Vorzugsweise ist die Abbildungseigenschaft der ersten Linse5‘ zu der zweiten Linse5‘‘ gleich. Es wird nämlich die quadratische Lichtquelle1 unter sammelnder Wirkung zu einer ersten Lichtverteilung abgebildet, die ein quadratisches Format aufweist. Da die erste Linse5‘ eine kleinere Quererstreckung d1 aufweist als die zweite Linse5‘‘ und relativ nah mit ihrer als Planfläche ausgebildeten hinteren Seite8 an der Lichtquelle1 angeordnet ist, kann so gut wie das gesamte von der quadratischen Lichtquelle1 abgesandte Lichtbündel4 erfasst und vorzugsweise parallelisiert werden. - Die erste Linseneinheit
5 weist somit eine Sammel- bzw. Parallelisierungsfunktion auf. Die erste Linse5‘ und die zweite Linse5‘‘ sind jeweils als plankonvexe Zylinderlinsen Linsen ausgebildet, die an der vorderen Seite7 ,7‘ konvexförmig und an einer hinteren Seite8 ,8‘ eben ausgebildet sind. - Die zweite Linseneinheit
6 weist eine erste Linse6‘ und eine zweite Linse6‘‘ auf, die jeweils als Zylinderlinsen ausgebildet sind. Die erste Linse6‘ und/oder die zweite Linse6‘‘ sind so ausgebildet, dass sie in horizontaler Richtung eine größere Brechkraft aufweisen als in vertikaler Richtung. Die zweite Linseneinheit6 bewirkt eine Streckung der von der ersten Linseneinheit5 erzeugten ersten Lichtverteilung in Vorzugsrichtung, so dass eine zweite Lichtverteilung in einem rechteckförmigen Format abgebildet wird. Diese zweite Lichtverteilung ist identisch mit der in1 dargestellten rechteckförmigen Lichtverteilung L. Die Linsen6‘ ,6‘‘ der zweiten Linseneinheit6 weisen den gleichen Durchmesser auf wie die zweite Linse5‘‘ der ersten Linseneinheit5 . - Die erste Linse
6‘ der zweiten Linseneinheit6 ist an einer vorderen Seite9 eben und an einer hinteren Seite10 konkavförmig ausgebildet. Die zweite Linse6‘‘ der zweiten Linseneinheit6 weist an einer vorderen Seite9‘ und an einer hinteren Seite10‘ jeweils Freiformflächen auf. - Vorzugsweise sind die Flächen
7 ,7‘ ,8 ,8‘ ,9 ,9‘ ,10 ,10‘ der Linsen5‘ ,5‘‘ ,6‘ ,6‘‘ mit einer Antireflexbeschichtung versehen, so dass hierdurch der Wirkungsgrad weiter erhöht werden kann. - Die mit der Aufweitungsoptikeinheit
3 bewirkte Lichtverteilung L kann zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtfunktion oder zur Erzeugung einer Teillichtfunktion vorgesehen sein. - Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann die Aufweitungsoptikeinheit
3 auch eine reduzierte Anzahl von Linsen aufweisen. Wesentlich ist, dass das von der Lichtquelle1 quadratischen Formats ausgesandte Lichtbündel in der Vorzugsrichtung aufgeweitet wird. - Nach einer weiteren nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann der Aufweitungsoptikeinheit
3 eine Optikeinheit vorgelagert sein zur Umlenkung oder Führung des Lichtes. - Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann in der Lichterzeugungsebene
2 auch lediglich eine einzige Lichtquelle vorgesehen sein. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- LED-Lichtquellen
- 2
- Lichterzeugungsebene
- 3
- Aufweitungsoptikeinheit
- 4
- Lichtbündel
- 5
- Erste Linseneinheit
- 5‘
- Erste Linse
- 5‘‘
- Zweite Linse
- 6
- Zweite Linseneinheit
- 6‘
- Erste Linse
- 6‘‘
- Zweite Linse
- 7, 7‘, 9, 9‘
- Vordere Seite
- 8, 8‘, 10, 10‘
- Hintere Seite
- L
- Lichtverteilung
- H
- Hauptabstrahlrichtung
- d1, d2
- Durchmesser
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102008013603 A1 [0002]
- DE 102011054232 A1 [0003]
Claims (10)
- Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Anzahl von in einer Lichterzeugungsebene angeordneten Lichtquellen und mit einer in Hauptabstrahlrichtung vor der Lichtquelle angeordneten Aufweitungsoptikeinheit zur Aufweitung eines von der Lichtquelle emittierten Lichtbündels, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufweitungsoptikeinheit (
3 ) eine Anzahl von Linsen (5‘ ,5‘‘ ,6‘ ,6‘‘ ) aufweist, so dass das von der sich in einem quadratischen Format in der Lichterzeugungsebene (2 ) erstreckenden Lichtquelle (1 ) emittierte Lichtbündel (4 ) abgebildet wird zu einer Lichtverteilung (L) mit einem rechteckförmigen Format. - Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufweitungsoptikeinheit (
3 ) derart ausgebildet ist, dass die abgebildete Lichtverteilung (L) in horizontaler Richtung aufgeweitet ist. - Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufweitungsoptikeinheit (
3 ) zum einen eine erste Linseneinheit (5 ) zur Abbildung der Lichtquelle (1 ) in eine erste Lichtverteilung eines quadratischen Formats und zum anderen eine zweite Linseneinheit (6 ) zur Abbildung der ersten Lichtverteilung des quadratischen Formats in eine zweite Lichtverteilung (L) eines rechteckförmigen Formats aufweist. - Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linseneinheit (
5 ) zwischen der Lichtquelle (1 ) und der zweiten Linseneinheit (6 ) angeordnet ist. - Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linseneinheit (
5 ) eine oder zwei Linsen (5‘ ,5‘‘ ) aufweist, die auf eine in Hauptabstrahlrichtung (H) vorderen Seite (7 ,7‘ ) konvexförmig ausgebildet ist. - Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linseneinheit (
5 ) eine erste Linse (5‘ ) auf einer der Lichtquelle (1 ) zugewandten Seite derselben aufweist, die eine kleinere Quererstreckung (d1) aufweist als eine zweite Linse (5‘‘ ) der ersten Linseneinheit (5 ), welche in Hauptabstrahlrichtung (H) vor der ersten Linse (5‘ ) angeordnet ist. - Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Linseneinheit (
6 ) eine oder zwei Zylinderlinsen (6‘ ,6‘‘ ) mit einer in horizontaler Richtung größer ausgebildeten Brechkraft als in vertikaler Richtung aufweist. - Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von matrixartig angeordneten Lichtquellen (
1 ) vorgesehen ist und dass die Lichtquellen (1 ) als Halbleiterlichtquellen ausgebildet sind. - Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsen (
5‘ ,5‘‘ ,6‘ ,6‘‘ ) der Aufweitungsoptikeinheit (3 ) aus einem thermoplastischen Material hergestellt sind und dass Flächen der Linsen (5‘ ,5‘‘ ,6‘ ,6‘‘ ) mit einer Antireflexbeschichtung versehen sind. - Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Aufweitungsoptikeinheit (
3 ) abgebildete Lichtverteilung (L) zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtfunktion oder zur Erzeugung einer Teillichtfunktion dient.
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