DE102013110272B4

DE102013110272B4 - Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102013110272B4
Application number: DE102013110272.7A
Authority: DE
Inventors: Bernd Fischer; Dirk Kliebisch
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2013-09-18
Filing date: 2013-09-18
Publication date: 2023-04-13
Anticipated expiration: 2033-09-19
Also published as: DE102013110272A1

Abstract

Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Anzahl von in einer Lichterzeugungsebene (2) angeordneten Lichtquellen (1) und mit einer in Hauptabstrahlrichtung (H) vor der Lichtquelle (1) angeordneten Aufweitungsoptikeinheit (3) zur Aufweitung eines von der Lichtquelle (1) emittierten Lichtbündels (4), 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, 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.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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 eine 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.
Aus der DE 199 30 461 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Anzahl von Lichtquellen und einer Aufweitungsoptikeinheit bekannt, die aus mehreren Linsen besteht. Eine erste Linse dient zur Formatänderung des von der Lichtquelle abgestrahlten kegelförmigen Lichtbündels in ein elliptisches oder bandförmiges Format. Eine zweite Linse dient zur Formatänderung des von der ersten Linse weitergeleiteten Lichtes von dem elliptischen bzw. bandförmigen Format in ein eingeschnürtes paralleles Format. Die zweite Linse dient nicht zur Aufweitung, sondern zur Einschnürung des Lichtbündels.
Aus der DE 10 2008 025 397 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Mehrzahl von Lichtquellen und einer Aufweitungsoptikeinheit zur Aufweitung eines von der Lichtquelle emittierten Lichtbündels bekannt. Die Aufweitungsoptikeinheit umfasst eine Linse, die in einem rechteckförmigen Format vorliegenden Lichtquellen jeweils in ein ebenfalls reckteckförmiges Format abbilden. Eine Formatänderung des Lichtbündels findet somit nicht statt
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 weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruches 1 auf.
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 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 Lichterzeugungsebene 2 angeordnet sind. Die Lichtquellen 1 sind als Halbleiterlichtquellen, vorzugsweise als LED-Lichtquellen ausgebildet und weisen ein quadratisches Format auf, wie es besonders deutlich aus 1 ersichtlich ist. Die LED-Lichtquellen 1 können bspw. in einem quadratischen Feld von 16x16 Lichtquellen angeordnet sein. Es handelt sich hierbei um eine quadratische Lichtquelle 1, die pixeliert ausgebildet ist. Sowohl die einzelne Lichtquelle 1 (Pixel) als auch das Lichtquellenfeld bzw. Pixelfeld ist quadratisch ausgebildet.
Die Beleuchtungsvorrichtung weist ferner eine Aufweitungsoptikeinheit 3 auf, die der Anzahl von LED-Lichtquellen 1 zugeordnet ist. Die Aufweitungsopitkeinheit 3 ist so ausgebildet, dass die Lichtbündel der Lichtquellen 1 abgebildet werden zu einer Lichtverteilung L, die rechteckförmig ausgebildet ist bzw. ein rechteckförmiges Format aufweist. Als rechteckförmige Lichtverteilungen L werden Lichtverteilungen 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 Lichtbündel 4 der quadratischen Lichtquelle 1 dargestellt, das mittels der Aufweitungsoptikeinheit 3 in Horizontalrichtung aufgeweitet bzw. gestreckt wird, so dass die rechteckförmige Lichtverteilung L gebildet ist.
Die Aufweitungsoptikeinheit 3 besteht aus einer ersten Linseneinheit 5 und einer zweiten Linseneinheit 6. Die ersten Linseneinheit 5 ist auf einer der Lichtquelle 1 zugewandten Seite angeordnet. Die zweite Linseneinheit 6 ist auf einer der Lichtquelle 1 abgewandten Seite angeordnet.
Die erste Linseneinheit 5 weist eine erste Linse 5' auf, die auf einer der Lichtquelle 1 zugewandten Seite der ersten Linseneinheit 5 angeordnet ist. Ferner weist die erste Linseneinheit 5 eine zweite Linse 5'' auf, die auf einer der Lichtquelle 1 abgewandten Seite der ersten Linseneinheit 5 angeordnet ist. Die erste Linse 5' und die zweite Linse 5'' sind jeweils rotationssymmetrisch ausgebildet, mit jeweils einer in Hauptabstrahlrichtung H vordere Seite 7, 7', die konvexförmig ausgebildet ist. Die erste Linse 5' weist einen Durchmesser d₁ auf, der kleiner ist als ein Durchmesser d₂ der zweiten Linse 5''. Vorzugsweise ist die Abbildungseigenschaft der ersten Linse 5' zu der zweiten Linse 5'' gleich. Es wird nämlich die quadratische Lichtquelle 1 unter sammelnder Wirkung zu einer ersten Lichtverteilung abgebildet, die ein quadratisches Format aufweist. Da die erste Linse 5' eine kleinere Quererstreckung d₁ aufweist als die zweite Linse 5" und relativ nah mit ihrer als Planfläche ausgebildeten hinteren Seite 8 an der Lichtquelle 1 angeordnet ist, kann so gut wie das gesamte von der quadratischen Lichtquelle 1 abgesandte Lichtbündel 4 erfasst und vorzugsweise parallelisiert werden.
Die erste Linseneinheit 5 weist somit eine Sammel- bzw. Parallelisierungsfunktion auf. Die erste Linse 5' und die zweite Linse 5'' sind jeweils als plankonvexe Linsen ausgebildet, die an der vorderen Seite 7, 7' konvexförmig und an einer hinteren Seite 8, 8' eben ausgebildet sind.
Die zweite Linseneinheit 6 weist eine erste Linse 6' und eine zweite Linse 6" auf, die jeweils als Zylinderlinsen ausgebildet sind. Die erste Linse 6' und/oder die zweite Linse 6'' sind so ausgebildet, dass sie in horizontaler Richtung eine größere Brechkraft aufweisen als in vertikaler Richtung. Die zweite Linseneinheit 6 bewirkt eine Streckung der von der ersten Linseneinheit 5 erzeugten ersten Lichtverteilung in Vorzugsrichtung, so dass eine zweite Lichtverteilung in einem rechteckförmigen Format abgebildet wird. Diese zweite Lichtverteilung ist identisch mit der in 1 dargestellten rechteckförmigen Lichtverteilung L. Die Linsen 6', 6'' der zweiten Linseneinheit 6 weisen den gleichen Durchmesser auf wie die zweite Linse 5'' der ersten Linseneinheit 5.
Die erste Linse 6' der zweiten Linseneinheit 6 ist an einer vorderen Seite 9 eben und an einer hinteren Seite 10 konkavförmig ausgebildet. Die zweite Linse 6" der zweiten Linseneinheit 6 weist an einer vorderen Seite 9' und an einer hinteren Seite 10' jeweils Freiformflächen auf.
Vorzugsweise sind die Flächen 7, 7', 8, 8', 9, 9', 10, 10' der Linsen 5', 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 Lichtquelle 1 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

Claims

Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Anzahl von in einer Lichterzeugungsebene (2) angeordneten Lichtquellen (1) und mit einer in Hauptabstrahlrichtung (H) vor der Lichtquelle (1) angeordneten Aufweitungsoptikeinheit (3) zur Aufweitung eines von der Lichtquelle (1) emittierten Lichtbündels (4), 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, 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 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufweitungsoptikeinheit (3) derart ausgebildet ist, dass die abgebildete Lichtverteilung (L) in horizontaler Richtung aufgeweitet ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linseneinheit (5) zwischen der Lichtquelle (1) und der zweiten Linseneinheit (6) angeordnet ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 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 4, 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 1 bis 5, 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 6, 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 7, 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.