DE102013114264B4

DE102013114264B4 - Scheinwerfer für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102013114264B4
Application number: DE102013114264.8A
Authority: DE
Inventors: Ingo Möllers; Wolfgang Pohlmann; Thomas Vieregge
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2023-12-07
Anticipated expiration: 2033-12-19
Also published as: CN104728733B; CN104728733A; DE102013114264A1; US20150219298A1

Abstract

Scheinwerfer für Fahrzeuge mit einer halbleiterbasierten Lichtquellenanordnung, die eine Anzahl von Chips mit jeweils matrixartig verteilt angeordneten Lichtquellen zur Bildung einer Lichtquellengruppe aufweist, wobei benachbarte Lichtquellen einen gleichen Abstand zueinander aufweisen, und mit einer in Hauptabstrahlrichtung vor der Lichtquellenanordnung angeordneten Optikeinheit zur Abbildung der Lichtquellen zu einer vorgegebenen Lichtverteilung, wobei mindestens zwei Lichtquellengruppen (3) auf einem gemeinsamen Träger (5) angeordnet sind, wobei ein Gruppenabstand (b) zwischen benachbarten Lichtquellengruppen (3) größer ist als der Abstand (a) zwischen den benachbarten Lichtquellen (4, 4', 4'') der jeweiligenLichtquellengruppen (3), dadurch gekennzeichnet, dass - den Lichtquellengruppen (3) eine gemeinsame Optikeinheit (2) zugeordnet ist,- die Optikeinheit (2) derart konfiguriert ist, dass- an zueinander gekehrten Rändern (6) benachbarter Lichtquellengruppen (3) angeordnete Grenzlichtquellen (4') der jeweiligen Lichtquellengruppen (3) zu sich überlappende Lichtflecken (F2) abgebildet sind und dass- die Grenzlichtquellen (4') derart heruntergedimmt angesteuert sind, dass die überlappenden Lichtflecken (F2) eine Leuchtdichte (H1) aufweisen, die innerhalb einer Sollwertabweichung (S) von der Leuchtdichte (H1) der benachbarten Lichtflecken (F1) ist, wobei die benachbarten Lichtflecken (F1) durch Abbildung von zu den Grenzlichtquellen (4') benachbarten Lichtquellen (4") der jeweiligen Lichtquellengruppen (3) abgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer für Fahrzeuge, Scheinwerfer für Fahrzeuge mit einer halbleiterbasierten Lichtquellenanordnung, die eine Anzahl von Chips mit jeweils matrixartig verteilt angeordneten Lichtquellen zur Bildung einer Lichtquellengruppe aufweist, wobei benachbarte Lichtquellen einen gleichen Abstand zueinander aufweisen, und mit einer in Hauptabstrahlrichtung vor der Lichtquellenanordnung angeordneten Optikeinheit zur Abbildung der Lichtquellen zu einer vorgegebenen Lichtverteilung.
Aus der DE 10 2005 041 234 A1 ist ein Scheinwerfer für Fahrzeuge bekannt, der eine halbleiterbasierte Lichtquellenanordnung sowie eine demselben vorgelagerte Optikeinheit aufweist. Die Lichtquellenanordnung weist zwei Lichtquellengruppen auf, die jeweils eine Anzahl von matrixartig auf einem gemeinsamen Chip angeordnet Lichtquellen aufweist. Die Lichtquellengruppen sind örtlich voneinander getrennt. Die Optikeinheit weist mindestens zwei Linsen auf, wobei den Lichtquellengruppen unterschiedliche Linsen zugeordnet sind, so dass die Lichtquellen der unterschiedlichen Lichtquellengruppen zu unterschiedlich großen Lichtflecken abgebildet werden, so dass durch Überlagerung dieser unterschiedlich großen Lichtflecken eine vorgegebene Lichtverteilung, bspw. eine Abblendlichtverteilung, erzeugt werden kann. Nachteilig an dem bekannten Scheinwerfer ist, dass der Bauraumaufwand insbesondere durch die Mehrzahl von Linsen relativ groß ist. Die Lichtquellengruppen setzen sich jeweils aus LED-Lichtquellen zusammen, die in einem Chip hergestellt sind. Würde man zur Erreichung einer kompakten Bauweise mehrere sogenannte LED-Chips mittels einer einzigen Linse abbilden lassen, ergibt sich die Problematik, dass aufgrund der Bauform solcher LED-Chips auf einem gemeinsamen Träger ein Gruppenabstand zwischen den LED-Chips größer ist als ein Abstand benachbarter LED-Lichtquellen innerhalb des LED-Chips. Es stellt sich dann ein „Lattenzaun-Effekt“ ein, bei dem dunkle Flecken in der Lichtverteilung entstehen, was zu Inhomogenitäten des Lichtbildes (Abblendlichtverteilung etc.) führt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Scheinwerfer für Fahrzeuge mit einer halbleiterbasierten Lichtquellenanordnung, bei der Lichtquellen in Form von mehreren Chips bereitgestellt werden, derart weiterzubilden, dass über eine gemeinsame Optikeinheit mehrere jeweils auf einem Chip angeordnete Lichtquellengruppen zu einer vorgegebenen Lichtverteilung abgebildet werden, die keine unerwünschten aufgrund des relativ großen Abstandes zwischen den Lichtquellengruppen entstehenden Inhomogenitäten aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 dadurch gekennzeichnet, dass

- mindestens zwei Lichtquellengruppen auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind, wobei ein Gruppenabstand zwischen benachbarten Lichtquellengruppen größer ist als der Abstand zwischen den benachbarten Lichtquellen der jeweiligen Lichtquellengruppen,
- den Lichtquellengruppen eine gemeinsame Optikeinheit zugeordnet ist,
- die Optikeinheit derart konfiguriert ist, dass
- - an zueinander gekehrten Rändern benachbarter Lichtquellengruppen angeordnete Grenzlichtquellen der jeweiligen Lichtquellengruppen zu sich überlappende Lichtflecken abgebildet sind und dass
- - die Grenzlichtquellen derart heruntergedimmt angesteuert sind, dass die überlappenden Lichtflecken eine Leuchtdichte aufweisen, die innerhalb einer Sollwertabweichung von der Leuchtdichte der benachbarten Lichtflecken ist, wobei die benachbarten Lichtflecken durch Abbildung von zu den Grenzlichtquellen benachbarten Lichtquellen der jeweiligen Lichtquellengruppen abgebildet sind.

Nach der Erfindung ist eine Optikeinheit mehreren Lichtquellengruppen zugeordnet, die jeweils als unterschiedliche Chips, aber auf einem gemeinsamen Träger bzw. Substrat angeordnet sind. Damit keine dunklen Bereiche (Lattenzaun-Effekt) in der Lichtverteilung entstehen, ist die Optikeinheit derart ausgebildet, dass randseitige Lichtquellen (Grenzlichtquellen) benachbarter Lichtquellengruppen zu vorzugsweise vollständig überlappenden Lichtflecken abgebildet werden, an denen ansonsten ein dunkler Bereich entstehen würde. Ferner werden diese Grenzlichtquellen derart unter Verringerung des Helligkeitswertes im Vergleich zu den anderen Lichtquellen der jeweiligen Lichtquellengruppen angesteuert bzw. heruntergedimmt, dass die überlappenden Lichtflecken eine Leuchtdichte aufweisen, die innerhalb einer Sollwertabweichung von der Leuchtdichte benachbarter Leuchtflecken liegen. Vorteilhaft wird hierdurch eine homogene Lichtverteilung erzeugt, bei der randseitige Lichtquellen (Grenzlichtquellen) einer Lichtquellengruppe einen größeren Abstand zu benachbarten randseitigen Lichtquellen (Grenzlichtquellen) der benachbarten Lichtquellengruppe aufweisen können als zu benachbarten Lichtquellen derselben Lichtquellengruppe. Dabei wird in Kauf genommen, dass eine Reihe und/oder Spalte von Lichtquellen nicht zur Beleuchtung von unterschiedlichen Bereichen der Lichtverteilung beitragen können. Grundgedanke der Erfindung ist es, Zeilen und/oder Spalten unterschiedlicher Lichtquellengruppen paarweise auf einen gleichen linienförmigen Bereich der Lichtverteilung auszurichten, wobei durch Dimmung dieser Lichtquellen ein homogener Übergang zu benachbarten linienförmigen Bereichen der Lichtverteilung geschaffen wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die randseitigen Lichtquellen (Grenzlichtquellen) jeweils im Vergleich zu benachbarten Lichtquellen derselben Lichtquellengruppe so heruntergedimmt, dass die Summe ihrer Leuchtdichte den gleichen Wert haben wie die Leuchtdichte der benachbarten Lichtquellen. Vorteilhaft wird hierdurch ein homogener Leuchtdichteübergang von den nicht überlappten Lichtflecken zu den überlappten Lichtflecken erzielt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Optikeinheit derart ausgebildet, dass Grenzlichtquellen benachbarter Lichtquellengruppen zu überwiegend oder vollständig überlappendenden Lichtflecken abgebildet werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Optikeinheit derart ausgebildet, dass die Lichtquellen der Lichtquellengruppen, die nicht an einem zueinander gekehrten Rand von benachbarten Lichtquellengruppen angeordnet sind, zu nicht überlappenden oder wenig überlappenden Lichtflecken abgebildet werden. Vorteilhaft kann hierdurch die Anzahl der für eine Lichtverteilung erforderlichen Lichtquellen beschränkt werden.
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 Draufsicht auf eine Lichtquellenanordnung mit zwei LED-Chips,
2 eine schematische Seitenansicht eines Scheinwerfers nach dem Stand der Technik mit einem dunklen Bereich in der Lichtverteilung,
2b eine schematische Seitenansicht eines Scheinwerfers mit einem überblendeten Bereich in der Lichtverteilung,
2c eine schematisch Seitenansicht eines Scheinwerfers nach der Erfindung mit einer homogen Lichtverteilung und
3 ein Leuchtdichtediagramm.

Ein erfindungsgemäßer Scheinwerfer für Fahrzeuge kann zur Erzeugung einer Abblendlicht- bzw. einer Fernlichtfunktion sowie bspw. zur Erzeugung einer Kurvenlicht- oder Markierungslichtfunktion dienen. Der Scheinwerfer besteht im Wesentlichen aus einer halbleiterbasierten Lichtquellenanordnung 1 sowie einer in Hauptabstrahlrichtung H vor der Lichtquellenanordnung 1 angeordneten Optikeinheit 2.
Die Optikeinheit 2 kann aus einer einzigen Linse bestehen. Alternativ kann die Optikeinheit 2 auch aus mehreren Linsen bestehen, die in Hauptabstrahlrichtung H hintereinander angeordnet sind.
Die Lichtquellenanordnung 1 besteht aus mehreren Lichtquellengruppen 3, von denen in 1 exemplarisch lediglich zwei dargestellt sind. Die Lichtquellengruppen 3 sind jeweils als ein Chip ausgebildet, in dem eine Mehrzahl von LED-Lichtquellen 4 matrixartig, d. h. in Zeilen und Spalten unter Bildung eines gleichen Abstandes a zwischen benachbarten LED-Lichtquellen 4 angeordnet sind. Der Abstand a kann als ein Pixelabstand angesehen werden. Zur vereinfachten Darstellung sind in 1 lediglich Chips mit 3x3 Pixel dargestellt. Der Abstand a liegt im µm-Bereich.
Die Lichtquellengruppen 3 bzw. LED-Chips sind in einem Gruppenabstand b zueinander angeordnet. Der Gruppenabstand b ist größer als der Abstand a zwischen benachbarten LED-Lichtquellen 4 einer jeden Lichtquellengruppe 3. Der Gruppenabstand b beträgt also das Mehrfache des Abstandes a. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Gruppenabstand b dreimal so groß ausgebildet wie der Abstand a.
Die Lichtquellengruppen 3 (LED-Chips) sind auf einem gemeinsamen Träger 5 angeordnet, der als Substrat der Lichtquellenanordnung 1 dient. Die Lichtquellengruppen 3 sind somit einstückig miteinander verbunden und erstrecken sich vorzugsweise in einer Ebene, die senkrecht zu einer optischen Achse A des Scheinwerfers verläuft.
Bei herkömmlichen Scheinwerfern mit einer Optikeinheit 2' gemäß 2a würden die LED-Lichtquellen 4 zu Lichtflecken F1 mit einet Leuchtdichte H1 abgebildet werden, die entsprechend der vorgegebenen Lichtverteilung einen entsprechenden Helligkeitswert bzw. Leuchtdichtewert aufweisen. Die Optikeinheit 2' ist derart ausgelegt, dass benachbarte Lichtflecken F1 nicht überlappend oder wenig überlappend angeordnet. Aufgrund des relativ großen Gruppenabstandes b entsteht ein linienförmiger dunkler Bereich F2 mit einer Leuchtdichte H0 gleich null, der als „Lattenzaun-Effekt“ bezeichnet werden kann. Er bewirkt eine Inhomogenität der Lichtverteilung L1, die nach der Erfindung behoben wird.
Nach der Erfindung ist die Optikeinheit 2 derart konfiguriert bzw. ausgelegt, dass an zueinander gekehrten Rändern 6 der benachbarten Lichtquellengruppen angeordnete LED-Lichtquellen 4' (Grenzlichtquellen) zu Lichtflecken F2 abgebildet werden, überwiegend überlappend oder vollständig überlappend angeordnet sind. Würden die Grenzlichtquellen 4' mit der gleichen Helligkeit angesteuert werden wie die benachbarten Lichtquellen 4'', würde der Lichtfleck F2 einen doppelt so hohen Leuchtdichtewert H2 aufweisen wie der Leuchtdichtewert H1 der benachbarten Lichtflecken F1, siehe Lichtverteilung L2 in 2b.
Nach der Erfindung werden die Grenzlichtquellen 4' gedimmt angesteuert, so dass die Lichtquellen 4' jeweils zu Lichtflecken F2 mit einem im Vergleich zu den Lichtflecken F1 halben Leuchtdichtewert abgebildet werden. Durch örtliche Überlagerung der von den Grenzlichtquellen 4' abgebildeten Lichtflecken F2 ergibt sich der vorgegebene Leuchtdichtewert H1 wie er bei den benachbarten Lichtflecken F1 erzeugt worden ist. Es ergibt sich somit eine homogene Lichtverteilung L3, wie sie in 2c dargestellt ist.
In 2b würde eine Lichtverteilung L2 entstehen, bei der sich eine Inhomogenität aufgrund eines doppelt so hohen Leuchtdichtewertes H2 an den Lichtflecken F2 einstellt.
Zur Erreichung der homogenen Lichtverteilung L3 ist es selbstverständlich nicht notwendig, dass benachbarte Leuchtflecken F1, F2, den gleichen Leuchtdichtenwert aufweisen. Es reicht aus, wenn die der Leuchtflecken F2 einen Leuchtdichtewert aufweist, der innerhalb einer Sollwertabweichung S von dem Leuchtdichtewert H1 des benachbarten Leuchtfleckens F1 liegt. Als Sollwert kann im vorliegenden Beispiel der Leuchtdichtewert H1 der benachbarten Lichtflecken F1 bzw. Helligkeitswert der benachbarten Lichtquellen 4" dienen. Die Sollwertabweichung S kann zu +/- 10% vom Leuchtdichtewert H1 betragen.
Vorzugsweise kann die Anzahl der Lichtquellen 4 der jeweiligen Lichtquellengruppen 3 gleich angeordnet sein. Insbesondere ist die Anzahl der Grenzlichtquellen 4' benachbarter Lichtquellengruppen 3 gleich.
In den Lichtquellengruppen 3 sind die Abstände a zwischen den Zeilen und Spalten von Lichtquellen 4" gleich ausgebildet.
Die Lichtquellenanordnung 1 wird mittels einer nicht dargestellten Ansteuereinheit ein- bzw. ausgeschaltet sowie insbesondere die Grenzlichtquellen 4' gedimmt betrieben.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Grenzlichtquellen 4' jeweils mit 50% des Helligkeitswertes betrieben, mit dem die benachbarten Lichtquellen 4' der Lichtquellengruppen 3 betrieben werden.
Aus der 3 ist ersichtlich, dass nach der Erfindung gemäß 2c die Lichtflecken F2, die aufgrund von Grenzlichtquellen 4' benachbarter Lichtquellengruppen 3 entstehen, innerhalb der Sollwertabweichung S liegen. Sie weisen im Ausführungsbeispiel etwa den Leuchtdichtewert H1 auf. Die Leuchtflecken F2 in der Lichtverteilung L1 gemäß 2a weisen lediglich den Leuchtdichtewert H0 gleich Null auf, so dass ein dunkler Streifen gebildet ist. Die Leuchtflecken F2 in der Lichtverteilung L2 gemäß 2b weisen einen Leuchtdichtewert H2 auf, der doppelt so groß ist wie der Leuchtdichtewert H1.
Bezugszeichenliste

1: Lichtquellenanordnung
2: Optikeinheit
3: Lichtquellengruppen
4, 4', 4": LED-Lichtquellen
5: Träger
6: Ränder
H: Hauptabstrahlrichtung
a: Abstand
b: Gruppenabstand
H0, H1, H2: Helligkeitswert
F1, F2: Lichtfleck
L1, L2, L3: Lichtverteilung
S: Sollwertabweichung

Claims

Scheinwerfer für Fahrzeuge mit einer halbleiterbasierten Lichtquellenanordnung, die eine Anzahl von Chips mit jeweils matrixartig verteilt angeordneten Lichtquellen zur Bildung einer Lichtquellengruppe aufweist, wobei benachbarte Lichtquellen einen gleichen Abstand zueinander aufweisen, und mit einer in Hauptabstrahlrichtung vor der Lichtquellenanordnung angeordneten Optikeinheit zur Abbildung der Lichtquellen zu einer vorgegebenen Lichtverteilung, wobei mindestens zwei Lichtquellengruppen (3) auf einem gemeinsamen Träger (5) angeordnet sind, wobei ein Gruppenabstand (b) zwischen benachbarten Lichtquellengruppen (3) größer ist als der Abstand (a) zwischen den benachbarten Lichtquellen (4, 4', 4'') der jeweiligen Lichtquellengruppen (3), dadurch gekennzeichnet, dass - den Lichtquellengruppen (3) eine gemeinsame Optikeinheit (2) zugeordnet ist, - die Optikeinheit (2) derart konfiguriert ist, dass - an zueinander gekehrten Rändern (6) benachbarter Lichtquellengruppen (3) angeordnete Grenzlichtquellen (4') der jeweiligen Lichtquellengruppen (3) zu sich überlappende Lichtflecken (F2) abgebildet sind und dass - die Grenzlichtquellen (4') derart heruntergedimmt angesteuert sind, dass die überlappenden Lichtflecken (F2) eine Leuchtdichte (H1) aufweisen, die innerhalb einer Sollwertabweichung (S) von der Leuchtdichte (H1) der benachbarten Lichtflecken (F1) ist, wobei die benachbarten Lichtflecken (F1) durch Abbildung von zu den Grenzlichtquellen (4') benachbarten Lichtquellen (4") der jeweiligen Lichtquellengruppen (3) abgebildet sind.
Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzlichtquellen (4') derart angesteuert sind, so dass die Summe der Leuchtdichten der überlappenden Lichtflecken (F2) den Leuchtdichten (H1) der benachbarten Lichtflecken (F1) entsprechen, wobei die benachbarten Lichtflecken (F1) durch Abbildung von den zu den Grenzlichtquellen (4) benachbarten Lichtquellen (4") der jeweiligen Lichtquellengruppe (3) abgebildet sind.
Scheinwerfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (4, 4', 4") der Lichtquellengruppen (3) jeweils in Zeilen und Spalten angeordnet sind, wobei die Anzahl der zueinander gekehrten Rändern (6) der Lichtquellengruppen (3) angeordneten Grenzlichtquellen (4') gleich ist.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände (a) zwischen den spaltenweise und zeilenweise innerhalb der Lichtquellengruppe (3) angeordneten Lichtquellen (4, 4', 4") gleich ist.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gruppenabstand (b) zwischen benachbarten Lichtquellengruppen (3) ein Mehrfaches des Abstandes (a) beträgt, um den die benachbarten Lichtquellen (4, 4', 4") der gleichen Lichtquellengruppe (3) voneinander beabstandet sind.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikeinheit (2) mindestens eine Linse aufweist, die die Lichtquellen (4, 4', 4") aller Lichtquellengruppen (3) zu der vorgegebenen Lichtverteilung (L3) abbildet.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtquellenanordnung (1) eine Ansteuereinheit zugeordnet ist, mittels derer die Lichtquellen (4, 4', 4") einzeln ein- und/oder ausschaltbar und/oder dimmbar sind.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (4, 4', 4") als LED-Lichtquellen ausgebildet sind.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zueinander gekehrten Grenzlichtquellen (4') benachbarter Lichtquellengruppen (3) derart abgebildet sind, dass sich ein überwiegend überlappender oder vollständig überlappender Lichtfleck (F2) ergibt.
Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (4") der Lichtquellengruppen (3), die nicht an einem zueinander gekehrten Rand (6) der Lichtquellengruppen (3) angeordnet sind, zu Lichtflecken (F1) abgebildet sind, bei denen benachbarte Lichtflecken (F1) nicht oder wenig überlappend angeordnet sind.