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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Scheinwerfer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Scheinwerfer ist aus der
EP 2 357 399 A1 bekannt.
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Der per se bekannte Scheinwerfer dient dazu, ein sogenanntes blendungsfreies Fernlicht zu erzeugen. Darunter versteht man eine Fernlicht-Lichtverteilung, in der Teilbereiche gezielt abgedunkelt werden können, um eine Blendung anderer Verkehrsteilnehmer zu vermeiden. Die Abdunklung erfolgt dabei automatisch auf der Basis von Signalen von Sensoren, die solche Verkehrsteilnehmer im Vorfeld des Fahrzeugs detektieren. Beispiele solcher Sensoren sind im Bereich sichtbaren Lichts arbeitende Kameras, Infrarotstrahlungssensoren und Radarsensoren.
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Es gibt verschiedene Möglichkeiten, ein blendungsfreies Fernlicht zu erzeugen. In letzter Zeit wurden Systeme entwickelt, die eine Fernlicht-Lichtverteilung in mehrere aneinander angrenzende, streifenförmige Lichtfelder unterteilen. Die einzelnen Lichtfelder weisen dabei relativ scharfe vertikale Begrenzungen auf. So ist es möglich, einzelne Felder im Fernlicht abzudunkeln, in denen entgegenkommende oder vorausfahrende Verkehrsteilnehmer detektiert werden.
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Eine solche Lichtverteilung wird in der Regel in zwei Stufen erzeugt. Zunächst wird mit Hilfe einer Primäroptik aus dem Licht von mehreren Lichtquellen ein Zwischenbild erzeugt, dessen Lichtfelder vorzugsweise unmittelbar aneinander angrenzen und sich dabei nicht überschneiden. Die Lichtquellen sind dabei Halbleiterlichtquellen, insbesondere Leuchtdioden, deren Lichtstrom jeweils leuchtdioden-individuell steuerbar ist. In einem zweiten Schritt wird aus diesem Zwischenbild durch eine Sekundäroptik die Fernlichtverteilung gebildet.
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Meist ist die Sekundäroptik eine abbildende Optik, die auf das Zwischenbild fokussiert. Die Sekundäroptik kann als Sammellinse, als Parabolspiegel oder als optisches System von mehreren Linsen und/oder Spiegeln ausgeführt sein. Die Sekundäroptik kann auch dahin abgewandelt werden, dass der Abbildung des Zwischenbildes eine vertikale und/oder horizontale Streuung überlagert wird, um eine regelkonforme Lichtverteilung zu erzeugen.
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Als Primäroptik werden für diese Systeme vor allem Optikfelder aus Hohlspiegeln und Lichtleitern vorgeschlagen, deren Querschnitt sich in der Hauptausbreitungsrichtung des Lichtes erweitert. Ein Beispiel solcher Lichtleiter wird durch konische Lichtleiter verwirklicht. Es gibt aber auch Systeme, die ohne Primäroptik arbeiten. Hier fokussiert die Sekundäroptik direkt auf ein Feld aus unmittelbar aneinander grenzenden Lichtaustrittsflächen von Leuchtdioden-Chips.
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Bei der Verwendung eines Sammellinsenfeldes wird das Zwischenbild bevorzugt auf einer zusammenhängenden Lichtaustrittsfläche des Sammellinsenfeldes gebildet. Um störende dunkle Streifen zwischen den einzelnen Lichtfeldern zu vermeiden, ist das Sammellinsenfeld bevorzugt als stoffschlüssig-einstückig zusammenhängende Kombination der einzelnen Sammellinsenbereiche verwirklicht.
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Eine solche Kombination ist besonders einfach herstellbar, weil sie die Zahl der Bestandteile im Vergleich zu einer aus vielen Einzel-Sammellinsen aufgebauten Primäroptik reduziert. Analog reduziert sich auch der Justageaufwand bei der Herstellung des Scheinwerfers. Darüber hinaus ist die Kombination besonders robust und kostengünstig. Die relativ einfache Sammellinsengeometrie lässt sich sogar in Glas verwirklichen.
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Bei der Verwendung einer solchen Kombination in Verbindung mit Leuchtdioden, die weißes Licht durch eine mit Hilfe einer Phosphorschicht erfolgende Konvertierung von blauem Licht erzeugen, hat sich das folgende Problem ergeben.
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Beim zum Abdunkeln einzelner Lichtfelder erfolgenden Ausschalten einzelner Leuchtdioden hat sich keine vollständige Abdunklung dieses Feldes ergeben.
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Da sich in den abgedunkelten Lichtfeldern des blendungsfreien Fernlichts andere Verkehrsteilnehmer aufhalten, sind hier natürlich nur sehr geringe Lichtstärken zulässig. In der Regel sollte die Lichtstärke in den abgedunkelten Feldern kleiner als 1/100 der Lichtstärke in den daran angrenzenden beleuchteten Lichtfeldern sein.
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Angabe eines Scheinwerfers der eingangs genannten Art, der eine vollständige Abdunklung einzelner Felder auch bei der Verwendung eines stoffschlüssig zusammenhängenden Sammellinsenfeldes in Verbindung mit der Verwendung von Leuchtdioden erlaubt, die eine Phosphorschicht zur Lichtfarbenkonvertierung aufweisen, der eine möglichst unkomplizierte und einfach montierbare und justierbare Realisierung der Blende aufweist.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung unterscheidet sich von dem eingangs genannten Stand der Technik dadurch, dass die wenigstens eine Blende eine Lochblende in Form einer Platte ist, die zwischen dem Lichtquellenfeld und dem Sammellinsenfeld angeordnet ist und die für jedes Paar voneinander benachbart angeordneten Lichtquellen des Lichtquellenfeldes einen Blendensteg aufweist.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass Streulicht einer eingeschalteten Leuchtdiode über das Sammellinsenfeld auf die Phosphorschicht ausgeschalteter Leuchtdioden gelangen kann. Dort dringt dieses Streulicht in die Phosphorschicht ein und regt diese zum Leuchten an. Als Folge beginnen die ausgeschalteten und damit stromlosen Leuchtdioden leicht zu glimmen, was eine gewünscht vollständige Abdunklung der zugeordneten Lichtfelder verhindert.
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Durch die Blende wird verhindert, dass Streulicht einer eingeschalteten Leuchtdiode unerwünscht in die Sammellinse einer benachbarten, stromlosen Leuchtdiode eindringt. Damit wird die Ursache für das unerwünschte Mitleuchten stromloser Leuchtdioden effektiv und mit geringem technischen Aufwand beseitigt. Die Blende bildet zusammen mit dem Sammellinsenfeld eine baulich einfache Primäroptik für ein blendungsfreies Fernlichtmodul des Scheinwerfers. Diese einfache Primäroptik ist in der Lage, aus dem Licht von mehreren Leuchtdioden, deren Lichtaustrittsfläche durch Abstände voneinander getrennt sind, ein Zwischenbild mit einer der Zahl der Lichtquellen entsprechenden Vielzahl unmittelbar aneinander angrenzender Lichtfelder zu erzeugen.
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Dabei ist die Erfindung insbesondere dazu in der Lage, einen besonders hohen Hell-Dunkel-Kontrast zwischen den Feldern von eingeschalteten Leuchtdioden und von ausgeschalteten Leuchtdioden zu erzielen. Diese Vorteile stellen sich dadurch ein, dass die Blende eine über das Sammellinsenfeld erfolgende optische Kopplung zwischen verschiedenen Lichtquellen effektiv verhindert.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Lochblende eine Zahl von Ausnehmungen aufweist, die mit der Zahl der Lichtquellen des Lichtquellenfeldes identisch ist, wobei die Ausnehmungen in der Lochblende gerade so angeordnet sind, dass im montierten Zustand jeweils genau eine Ausnehmung der Lochblende vor einer Lichtaustrittsfläche genau einer Lichtquelle des Lichtquellenfeldes liegt und dass die zwischen benachbarten Ausnehmungen liegenden Blendenstege auf der Lichteintrittsflächenseite von zwei einander direkt benachbart angeordneten Sammellinsen so angeordnet sind, dass sie die Lichteintrittsfläche der einen der zwei Sammellinsen gegen Licht der Lichtquelle abschattet, die der anderen der zwei einander direkt benachbart angeordneten Sammellinsen zugeordnet ist.
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Ferner ist bevorzugt, dass die Blendenstege mittig zwischen je zwei benachbarten Lichtquellen angeordnet sind.
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Bevorzugt ist auch, dass das Sammellinsenfeld ein einstückig-stoffschlüssig zusammenhängendes Bauteil ist, das aus transparentem Material besteht und so geformt ist, dass sich für jede Lichtaustrittsfläche der Leuchtdioden des Lichtquellenfeldes eine Sammellinse ergibt, die der jeweiligen Lichtquelle dadurch zugeordnet ist, dass eine Lichteintrittsfläche dieser Sammellinse in dem von dieser Lichtquelle ausgehenden Lichtbündel liegt und die Hauptlichtabstrahlrichtung dieser Lichtquelle schneidet.
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Bevorzugt ist auch, dass eine Breite der Blendenstege mindestens der Breite der abzuschirmenden Lichtaustrittsflächen der Leuchtdioden entspricht.
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Bevorzugt ist auch, dass die Blende wenigstens eine eine Einschnürung aufweisende Ausnehmung aufweist, wobei die Einschnürung so breit wie die Breite der parallel zu der Blendenkante liegenden Lichtaustrittsfläche der Leuchtdiode ist, die in der Ausnehmung angeordnet ist.
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Bevorzugt ist auch, dass die Einschnürung dort liegt, wo sich auch die Leuchtdiode befindet, die bevorzugt mittig in der Ausnehmung angeordnet ist.
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Bevorzugt ist auch, dass die Blende wenigstens eine Ausnehmung aufweist, die auf einer einer benachbarten Leuchtdiode zugewandten Seite einseitig eingeschnürt ist und auf der dieser Seite gegenüberliegenden Seite nicht eingeschnürt ist.
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Bevorzugt ist auch, dass die lichte Weite der Einschnürung der Ausnehmung der Breite der Leuchtdioden in der Richtung der Reihenanordnung entspricht.
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Bevorzugt ist auch, dass das undurchsichtige Blendenmaterial in das transparente Linsenmaterial eingebettet ist.
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Bevorzugt ist auch, dass das Blendenmaterial ein metallisches Material ist.
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Bevorzugt ist auch, dass die Blende eine lötbare Oberfläche besitzt.
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Bevorzugt ist auch, dass die Blende eine U-Form aufweist.
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Bevorzugt ist auch, dass die Blende an den vom Boden der U-Form abgewandten Enden der U-Schenkel Haltemittel aufweist, mit denen sie an der Platine 54 befestigbar ist.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigen, jeweils in schematischer Form:
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1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfers;
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2 ein optisches System eines konkreten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers oder Lichtmoduls des Scheinwerfers;
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3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optischen Systems eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers;
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4 die Ersatzlichtquelle;
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5 eine Ansicht einer Lichtaustrittsfläche eines Sammellinsenfeldes, das n = 6 Sammellinsen enthält;
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6 einen Querschnitt durch den Gegenstand der 5, der die Entstehung eines unerwünschten Effektes veranschaulicht;
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7 den Gegenstand der 5 mit erfindungsgemäß vorgesehenen Blenden, die eine unerwünschte Einkopplung von Streulicht einer Lichtquelle in die Sammellinse einer benachbarten Lichtquelle verhindern;
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8 Blendenstege, die auf der Lichteintrittsflächenseite des Sammellichtfeldes liegen und dort insbesondere zwischen zwei einander direkt benachbart angeordneten Sammellinsen angeordnet sind;
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9 eine Lichtaustrittsfläche eines Sammellinsenfeldes für eine Ausgestaltung, die sich durch eine bevorzugte Form der Ausnehmungen in der Lochblende auszeichnet;
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10 die Wirkung der bevorzugten Ausgestaltung;
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11 eine Ansicht der Lichtaustrittsseite eines m = 4 Zeilen und n = 10 Spalten von Sammellinsen aufweisenden Sammellinsenfeldes
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12, einen Querschnitt des Gegenstands der 11; und
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13 den Gegenstand der 11 und 12 in einer isometrischen Darstellung.
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Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach gleiche Elemente.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfers 10. Der Kraftfahrzeugscheinwerfer weist ein Gehäuse 12 mit einer Lichtaustrittsöffnung auf, die durch eine transparente Abdeckscheibe 14 abgedeckt wird. Bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung des Scheinwerfers ist die Lichtaustrittsöffnung der Fahrtrichtung x zugewandt. Die y-Richtung liegt parallel zu einer Querachse des Fahrzeugs und die z-Richtung liegt zu einer Hochachse des Fahrzeugs parallel. 1 zeigt den Scheinwerfer daher in einer Draufsicht, wobei der Scheinwerfer aufgeschnitten ist und die Schnittebene horizontal liegt.
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Der dargestellte Scheinwerfer weist ein Lichtquellenfeld 16 auf, dass hier n = 3 Lichtquellen 16.1, 16.2, 16.3 enthält. Die Zahl n der Lichtquellen ist bevorzugt größer als n = 3. Jede der Lichtquellen ist dazu eingerichtet, Licht in einem eine Hauptlichtabstrahlrichtung 18 aufweisenden Lichtbündel 20 abzustrahlen. Bei den Lichtquellen handelt es sich bevorzugt jeweils um Halbleiterlichtquellen, insbesondere Leuchtdioden. Bevorzugt ist auch, dass die Leuchtdioden eine ebene Lichtaustrittsfläche besitzen. Die abgestrahlten Lichtbündel besitzen dann näherungsweise eine Lambert'sche Strahlungscharakteristik, was jeweils durch die Darstellung der Bündel als Kreise repräsentiert wird. Die Länge der innerhalb eines Kreises liegenden Richtungspfeile gibt dann bekanntlich die in dieser Richtung herrschende Strahlungsintensität an. Jeder Kreis veranschaulicht insofern ein einzelnes Lichtbündel.
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1 zeigt auch ein Sammellinsenfeld 22, das für jede der hier n = 3 Lichtquellen genau eine Sammellinse 22.1, 22.2, 22.3 aufweist, die der jeweiligen Lichtquelle zugeordnet ist. Die Zuordnung erfolgt dadurch, dass eine Lichteintrittsfläche dieser Sammellinse in dem von dieser Lichtquelle ausgehenden Lichtbündel liegt, und die Hauptlichtabstrahlrichtung dieser Lichtquelle schneidet. Durch diese Definition ergibt sich eine eindeutige Zuordnung. Die 1 zeigt ein Beispiel einer solchen Zuordnung. Das Sammellinsenfeld 22 weist eine Lichteintrittsseite 26 und eine Lichtaustrittsseite 28 auf.
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Bei entsprechend breiten Öffnungswinkeln der Lichtbündel könnte es vorkommen, dass Streulicht einer Lichtquelle auf die Lichteintrittsseite einer dieser Lichtquelle nicht zugeordneten Sammellinse fällt, dort in diese Sammellinse eingekoppelt wird und durch in dieser Sammellinse erfolgende interne Totalreflexionen so umgelenkt wird, dass sie in eine benachbarte Lichteintrittsfläche einfällt. Um dies zu verhindern, weist der erfindungsgemäße Scheinwerfer und so auch das in der 1 dargestellte Ausführungsbeispiel wenigstens eine Blende 24 auf, die auf der Lichteintrittsflächenseite von zwei einander direkt benachbart angeordneten Sammellinsen so angeordnet ist, dass sie die Lichteintrittsfläche der einen der zwei Sammellinsen gegen Licht einer benachbarten Lichtquelle abschattet, die der anderen der zwei einander direkt benachbart angeordneten Sammellinsen zugeordnet ist.
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Die einzelnen Sammellinsen sind bevorzugt durch ihre Form und Anordnung dazu eingerichtet, den Öffnungswinkel des jeweils auf sie einfallenden Lichtes zu verringern. Dabei ist besonders bevorzugt, dass die Sammellinsen so geformt und angeordnet sind, dass sich die auf der Lichtaustrittsseite 28 des Sammellinsenfeldes bei eingeschalteten Lichtquellen bildenden Lichtfelder berühren, aber nicht überlappen. Die Summe dieser Lichtfelder stellt eine innere Lichtverteilung dar, die von einer Sekundäroptik 30, die als Sammellinse oder Reflektor realisiert sein kann, in eine äußere Lichtverteilung überführt wird, die sich vor dem Scheinwerfer und damit vor dem Kraftfahrzeug einstellt, das diesen Scheinwerfer aufweist. Die innere Lichtverteilung entspricht dem weiter vorn erwähnten Zwischenbild.
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2 zeigt ein optisches System eines konkreten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers oder Lichtmoduls des Scheinwerfers zusammen mit verschiedenen Ebenen und einem Messschirm 32, der sich längs einer horizontalen Richtung H und einer vertikalen Richtung V erstreckt. Bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung des Scheinwerfers in einem Kraftfahrzeug entspricht die Anordnung des Messschirms daher der Anordnung einer aus der Fahrbahn vor dem Fahrzeug senkrecht aufragenden Wand.
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Beim Gegenstand der 2 sind das Lichtquellenfeld und das Sammellinsenfeld aus der 1 zusammen mit einer zur Steuerung und zur Versorgung der Leuchtdioden mit elektrischer Energie dienenden Platine auf einen Kühlkörper 34 montiert. Ferner enthält diese Baugruppe noch die erfindungsgemäß vorgesehene wenigstens eine Blende, was bei den Größenverhältnissen der 2 aber nicht erkennbar ist. Die Baugruppe aus Kühlkörper, Platine, Lichtquellenfeld, Blende und Sammellinsenfeld bildet eine sogenannte Ersatzlichtquelle 36.
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Beim Gegenstand der 2 dient ein Parabel-Reflektor 30.1 als Sekundäroptik 30. Der spezielle Parabel-Reflektor der 2 weist drei Facetten 38.1, 38.2, 38.3 auf. Je zwei der Facetten sind durch Abstände voneinander getrennt, die in einer Ebene liegen, die parallel zu einer horizontal liegenden Ebene 40 liegt. Der Reflektor 30.1 kann insofern auch als horizontal facettierter Reflektor bezeichnet werden.
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Das Sekundäroptiksystem kann beispielsweise einen Parabolspiegel, insbesondere einen facettierten Parabolspiegel, umfassen, dessen Brennpunkt auf der Lichtaustrittsfläche des Primäroptikarrays liegt. Der Parabelreflektor ist so facettiert, dass alle Facettenflächen etwa gleiche Abstände zum gemeinsamen Brennpunkt aufweisen. Alle von der optischen Achse (Rotationsachse) des Lichtmoduls abgewandten Facettenkanten haben größere Abstände zu dem gemeinsamen Reflektorbrennpunkt als die Facetteninnenkanten, die auf der Seite der optischen Achse liegen. Die Facettenkanten verlaufen senkrecht zu der Hell-Dunkel-Grenze der Lichtverteilung (d. h. vertikale Hell-Dunkel-Grenze beim Streifenfernlicht → horizontale Facettenkanten). Die Facettenkanten können auch kreisringförmig sein und konzentrisch um die optische Achse (Rotationsachse) des Reflektors verlaufen.
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Die Ersatzlichtquelle 36 und der Parabel-Reflektor 30.1 sind relativ zueinander so angeordnet, dass der Parabel-Reflektor auf die Lichtaustrittsfläche des Sammellinsenfeldes der Komplexlichtquelle 36 fokussiert ist. Brennpunkte 37 des Parabel-Reflektors liegen also insbesondere nicht in den Lichtaustrittsflächen der Leuchtdioden, sondern in der Lichtaustrittsfläche 28 des Sammellinsenfeldes, die mit der Lichtaustrittsfläche der Ersatzlichtquelle 36 zusammenfällt.
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Auf der Lichtaustrittsfläche des Sammellinsenfeldes erzeugt eine eingeschaltete Leuchtdiode ein einzelnes helles Lichtfeld, wobei die von einander benachbarten Leuchtdioden erzeugten hellen Lichtfelder aneinander angrenzen, aber keine Überlappung aufweisen. Die Summe der einzelnen hellen Lichtfelder stellt eine primäre, im Inneren des Scheinwerfers liegende Lichtverteilung dar, die von der Sekundäroptik, die auch als Projektionsoptik bezeichnet werden kann und hier durch den Parabel-Reflektor 30.1 verwirklicht ist, in eine im Vorfeld des Scheinwerfers liegende sekundäre Lichtverteilung überführt wird.
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In der 2 stellt sich die sekundäre Lichtverteilung auf einem Messschirm dar und besitzt sechs horizontal nebeneinander, aber einander nicht überlappende Lichtfelder 48, von denen jedes als Bild eines einzelnen Lichtfeldes der primären Lichtverteilung entsteht, die sich auf der Lichtaustrittsfläche des Sammellinsenfeldes einstellt. Demzufolge ist bei dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel die Zahl n der Lichtquellen und Sammellinsen jeweils gleich 6. Wenn man eine Lichtquelle ausschaltet und die benachbarten Lichtquellen eingeschaltet sind, entsteht ein abgedunkelter Bereich in der äußeren Lichtverteilung. Ein Verkehrsteilnehmer, der sich in diesem abgedunkelten Bereich befindet, wird daher nicht geblendet.
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Eine optische Achse 44 des Lichtmoduls bzw. des optischen Systems liegt hier in der Schnittlinie einer vertikal angeordneten Meridionalebene 42 und einer horizontal angeordneten Sagittalebene 40. Die optische Achse 44 steht senkrecht auf dem Schirm 32 und durchstößt diesen im Punkt (H = 0, V = 0). Die Begriffe horizontal und vertikal beziehen sich hier, wie auch in der ganzen vorliegenden Anmeldung, immer auf die angegebene bestimmungsgemäße Verwendung eines Scheinwerfers in einem Kraftfahrzeug auf einer ebenen Fahrbahn. Horizontale Richtungen liegen parallel zum Horizont; vertikale Richtungen stehen senkrecht zum Horizont auf der ebenen Fahrbahn.
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Die innerhalb eines Lichtfeldes 48 der sekundären Lichtverteilung 50 liegenden und im Wesentlichen horizontal verlaufenden Linien 52 sind Linien gleicher Helligkeit (Isolux-Linien), wobei die Helligkeit von einer maximalen, hier in Höhe des Horizonts herrschenden Helligkeit nach oben und unten abnimmt. Die sich weit nach oben über den Horizont erstreckende Ausleuchtung der Lichtfelder 48 zeigt, dass es sich um eine Fernlicht-Lichtverteilung handelt. Eine Hauptabstrahlrichtung 49 liegt in der Meridionalebene und weist in das Zentrum (H = 0, V = 0) der Lichtverteilung.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optischen Systems eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers. Der Gegenstand der 3 unterscheidet sich vom Gegenstand der 2 im Wesentlichen dadurch, dass die Sekundäroptik, die beim Gegenstand der 2 als horizontal facettierter Parabel-Reflektor 30.1 verwirklicht ist, beim Gegenstand der 3 als Sammellinse 30.2 verwirklicht ist. Im Übrigen gilt die Erläuterung zur 2 auch für die 3.
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4 zeigt die Ersatzlichtquelle 36. Dabei zeigt 4a die Ersatzlichtquelle in einem zusammengefügten Zustand, und 4b zeigt die Ersatzlichtquelle in einem nicht zusammengefügten Zustand. Das Lichtquellenfeld 16 befindet sich auf der Platine 54. Die wenigstens eine Blende 24 ist bevorzugt eine Lochblende in Form einer Platte, die zwischen dem Lichtquellenfeld 16 und das Sammellinsenfeld 22 angeordnet wird und die für jedes Paar von einander benachbart angeordneten Lichtquellen des Lichtquellenfeldes einen Blendensteg aufweist.
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In der Ausgestaltung, die in der 4 dargestellt ist, weist die Lochblende 24 eine Zahl von Ausnehmungen auf, die mit der Zahl der Lichtquellen des Lichtquellenfeldes identisch ist. Die Ausnehmungen sind in der Lochblende gerade so angeordnet, dass im montierten Zustand jeweils genau eine Ausnehmung der Lochblende vor einer Lichtaustrittsfläche genau einer Lichtquelle des Lichtquellenfeldes liegt.
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Die zwischen benachbarten Ausnehmungen liegenden Stege bilden in diesem Ausführungsbeispiel jeweils eine Blende, die auf der Lichteintrittsflächenseite von zwei einander direkt benachbart angeordneten Sammellinsen so angeordnet ist, dass sie die Lichteintrittsfläche der einen der zwei Sammellinsen gegen Licht der Lichtquelle abschattet, die der anderen der zwei einander direkt benachbart angeordneten Sammellinsen zugeordnet ist.
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Die Blendenstege sind bevorzugt mittig zwischen je zwei benachbarten Leuchtdioden angeordnet. Sie besitzen bevorzugt mindestens die gleiche Breite wie die Lichtaustrittsflächen der Leuchtdioden. Die Blendenstege bestehen aus lichtundurchlässigem Material. Dies gilt alles für sämtliche Ausführungsbeispiele.
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Das Sammellinsenfeld 22 ist bevorzugt ein einstückig-stoffschlüssig zusammenhängendes Bauteil, das aus transparentem Material besteht und so geformt ist, dass sich für jede Lichtaustrittsfläche der Leuchtdioden des Lichtquellenfeldes 16 eine Sammellinse ergibt, die der jeweiligen Lichtquelle dadurch zugeordnet ist, dass eine Lichteintrittsfläche dieser Sammellinse in dem von dieser Lichtquelle ausgehenden Lichtbündel liegt und die Hauptlichtabstrahlrichtung dieser Lichtquelle schneidet.
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Die Fixierung der Relativpositionen von Lichtquelle, Blendenstegen und Sammellinsen erfolgt bevorzugt durch Formschlusselemente. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind dies Schrauben 56 und die zur Aufnahme und Durchführung der Schrauben vorgesehenen Ausnehmungen 58 in außerhalb der Lichtaustrittsfläche liegenden Randbereichen des Sammellinsenfeldes 22, der Lochblende 24, des Lichtquellenfeldes 16, der Leiterplatte 54 und des Kühlkörpers 34. Die Leiterplatte weist ein Steckerbauteil 60 auf, das dazu eingerichtet ist, mit einem dazu komplementären Steckerbauteil eines Anschlusskabels verbunden zu werden.
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5 zeigt eine Ansicht einer Lichtaustrittsfläche eines Sammellinsenfeldes 22, das n = 6 Sammellinsen 22.1 bis 22.6 enthält. Darüber hinaus zeigt 5 die in dieser Ansicht hinter der Sammellinse liegenden Lichtaustrittsflächen der Leuchtdioden 16.1 bis 16.6. Ohne die erfindungsgemäß vorgesehenen Blenden hat sich der folgende störende Effekt gezeigt. Bei eingeschalteten äußeren Lichtquellen 16.1, 16.6 und ausgeschalteten inneren Lichtquellen 16.3, 16.4 strahlen auch die beiden innersten als Lichtquellen dienenden Leuchtdioden eine gewisse Helligkeit ab, so dass sich ihre Lichtfelder nicht so stark abdunkeln lassen, wie die Lichtfelder der zwischen den innersten, ausgeschalteten Leuchtdioden und den eingeschalteten äußersten Leuchtdioden liegenden weiteren Leuchtdioden 16.2 und 16.5.
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Es hat sich ferner gezeigt, dass dieses unerwünschte Mitleuchten häufig bei stromlosen Leuchtdioden eines Lichtquellenfeldes auftritt, die von einer eingeschalteten Leuchtdiode desselben Lichtquellenfeldes durch eine stromlos geschaltete weitere Leuchtdiode getrennt angeordnet sind. Es hat sich gezeigt, dass dieses Mitleuchten dadurch verursacht wird, dass Licht einer eingeschalteten Leuchtdiode durch einen unerwünschten, in dem Sammellinsenfeld 22 erfolgenden Transportvorgang in die Phosphorschicht einer zu einer eingeschalteten Leuchtdiode (zum Beispiel 16.1) übernächst benachbarten und ausgeschalteten Leuchtdiode (zum Beispiel 16.3) einfällt und diese Phosphorschicht zum Mitleuchten anregt.
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6 zeigt einen Querschnitt durch den Gegenstand der 5, der die Entstehung dieses unerwünschten Effektes veranschaulicht. Aus einem äußeren Randbereich des von der äußeren Lichtquelle 16.1 abgestrahlten Lichtbündels 61 stammendes Streulicht 62 fällt auf die Lichteintrittsfläche einer Sammellinse 22.2 der benachbarten Leuchtdiode 16.2. Dieses eingekoppelte Streulicht fällt im Folgenden unter so flachen Winkeln auf die Lichtaustrittsfläche 28.2 dieser Sammellinse 22.2, dass es nicht aus der Lichtaustrittsfläche dieser Sammellinse ausgekoppelt wird, sondern wieder zu der Lichteintrittsseite 26 des Sammellinsenfeldes umgelenkt wird.
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Dieser Effekt ergibt sich insbesondere durch die plankonvexe Ausgestaltung der einzelnen Sammellinsen des Sammellinsenfeldes 22. Aufgrund der planen oder zumindest weniger stark als die Lichtaustrittsseite 28 gewölbten Lichteintrittsseite 26 des Sammellinsenfeldes wird das Streulicht 62 anschließend über die Lichteintrittsseite 26 des Sammellinsenfeldes 22 ausgekoppelt, die den Lichtquellen 16 zugewandt ist. Im Ergebnis fällt dieses ausgekoppelte Licht 62 dann auf die Lichtaustrittsfläche der übernächsten Leuchtdiode 16.3, koppelt dort in die Phosphorschicht dieser Leuchtdiode ein und regt diese Phosphorschicht zum Mitleuchten an.
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Die durch dieses Mitleuchten von der betroffenen Leuchtdiode ausgehenden Lichtstrahlen 64, die also insbesondere nicht durch einen gesteuerten Stromfluss durch die Leuchtdiode 16.3 erzeugt werden, fallen über die Lichteintrittsfläche der dieser Lichtquelle zugeordneten Sammellinse 22.3 in das Sammellinsenfeld ein und führen zu der unerwünschten Aufhellung des zugeordneten Lichtfeldes. In den 5 und 6 wird dieser unerwünschte, über eine Sammellinse einer zwischen zwei Leuchtdioden liegenden weiteren Leuchtdiode erfolgende Lichttransport durch die Pfeile 62 dargestellt.
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7 zeigt den Gegenstand der 5 mit einer erfindungsgemäß vorgesehenen Blende 24, die eine unerwünschte Einkopplung von Streulicht einer Lichtquelle 16.1 in die Sammellinse 22.2 einer benachbarten Lichtquelle 16.2 verhindert. Die lichtundurchlässigen Blendenstege 24.1, 24.2, 24.3, 24.4 und 24.5 der Blende 24, die zwischen den einzelnen Lichtquellen 16.1, 16.2, 16.3, 16.4, 16.5 und 16.6 liegen, verhindern insbesondere, dass Streulicht 62 eingeschalteter Leuchtdioden (zum Beispiel 16.1) auf die Phosphorschicht ausgeschalteter, übernächst benachbarter Leuchtdioden (zum Beispiel 16.3) gelangt. Die Blendenstege liegen bevorzugt zwischen der Lichteintrittsfläche 26 des Sammellinsenfeldes und der in 8 dargestellten Lichtaustrittsfläche 17 des Lichtquellenfeldes 16.
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Es ist weiter bevorzugt, dass eine Breite der Blendenstege mindestens der Breite s der abzuschirmenden Lichtaustrittsflächen der Leuchtdioden besitzen, damit die ausgeschalteten Leuchtdioden im Schatten der Blendenstege liegen. Mit dieser Breite erstrecken sich die Blendenstege entlang der parallel zur abschattenden Blendenkante der Einschnürung liegenden Lichtaustrittsfläche der Leuchtdiode, die in der Ausnehmung angeordnet ist.
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Die Breite s der Lichtaustrittsflächen der Leuchtdioden liegt bei für Kraftfahrzeuge derzeit verwendeten Leuchtdioden in der Regel zwischen 0,3 mm und 2 mm. Es versteht sich aber, dass die Erfindung auch bei einem Scheinwerfer mit Leuchtdioden mit von diesen Maßen abweichender Breite s verwendbar ist.
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8 zeigt einen Schnitt durch den Gegenstand der 7 und zeigt insbesondere Blendenstege 24.1, 24.2, 24.3, 24.4 und 24.5, die auf der Lichteintrittsflächenseite 26 des Sammellichtfeldes 22 zwischen den einzelnen Lichtquellen 16.1, 16.2, 16.3, 16.4, 16.5 und 16.6 liegen und dort insbesondere jeweils zwischen zwei einander direkt benachbart angeordneten Sammellinsen so angeordnet sind, dass sie die Lichteintrittsfläche der einen der zwei Sammellinsen gegen Licht der Lichtquelle abschatten, die der anderen der zwei einander direkt benachbart angeordneten Sammellinsen zugeordnet ist. Wie ein Vergleich der 5 und 6 auf der einen Seite mit den 7 und 8 auf der anderen Seite zeigt, wird der unerwünschte Transport von Streulicht 62 durch die Blende 24 effektiv verhindert.
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9 zeigt eine Lichtaustrittsfläche eines Sammellinsenfeldes für eine Ausgestaltung, die sich durch eine bevorzugte Form der Ausnehmungen 70.1, 70.2, 70.3, 70.4, 70.5 und 70.6 in der Lochblende 24 auszeichnet. Die Ausnehmungen sind jeweils durch einen zwischen zwei benachbarten Ausnehmungen liegenden Blendensteg voneinander getrennt. Die bevorzugte Form der Ausnehmung zeichnet sich dadurch aus, dass ihre lichte Weite in einer Richtung, in der mehrere Leuchtdioden 16.1, 16.2, 16.3 und so weiter in einer Reihe nebeneinander liegen, kleiner ist als in sämtlichen anderen Richtungen. In der 9 ist diese Richtung, in der mehrere Lichtaustrittsflächen nebeneinander liegen, die sich längs der Schnittlinie X-X erstreckende Richtung.
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Im Ergebnis sind dort die inneren Ausnehmungen 70.2, 70.3, 70.4 und 70.5 der Reihe in Form einer Acht, also mit einer Einschnürung geformt, so dass man auch von einer Knochenform der Ausnehmungen sprechen könnte. Die Einschnürung ist dabei etwa so lang wie die Breite s der parallel zu der abschattenden Blendenkante liegenden Lichtaustrittsfläche der Leuchtdiode, die in der Ausnehmung angeordnet ist. Mit dieser Länge erstreckt sich die Einschnürung entlang der parallel zur abschattenden Blendenkante der Einschnürung liegenden Lichtaustrittsfläche der Leuchtdiode, die in der Ausnehmung angeordnet ist. Die Einschnürung liegt bevorzugt dort, wo sich auch die Leuchtdiode befindet, die bevorzugt mittig in der Ausnehmung angeordnet ist.
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Die äußeren Ausnehmungen 70.1, 70.6 sind dort einseitig eingeschnürt, wobei die einseitige Einschnürung der benachbarten Leuchtdiode zugewandt ist. Diese Einschnürung ist bevorzugt nur so groß, wie die Breite der Lichtaustrittsfläche der Leuchtdiode, die durch die Blende abgeschattet werden soll. Mit der Größe der Einschnürung ist dabei die Länge einer Kante gemeint, längs der die Ausnehmung eingeschnürt ist. Durch diese Ausgestaltung wird einerseits die unerwünschte Anregung benachbarter oder übernächst benachbarter Leuchtdioden zum Mitleuchten minimiert. Andererseits wird durch diese Ausgestaltungen in anderen Richtungen, bevorzugt in alle anderen Richtungen, eine unnötige Abschattung des Lichtbündels vermieden.
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Die Vermeidung der unnötigen Abschattung ist vorteilhaft, weil sie die Effizienzverluste, die mit der Verwendung der Blende zwangsläufig einhergehen, verringert. Alternativ zu der eingeschnürten Form kann die Ausnehmung z. B. auch rechteckig, rund oder elliptisch ausgeführt sein, ohne dass diese Aufzählung als abschließend verstanden werden soll. In diesen Fällen wird allerdings nicht nur Streulicht, sondern auch nutzbarer Lichtstrom abgeschattet, was aus Effizienzgründen unerwünscht ist. In einfacheren Ausgestaltungen sind die Blendenöffnungen alternativ rechteckig oder quadratisch, wobei die Seiten gekrümmt sein können. Bevorzugt ist auch, dass unterschiedliche Öffnungen unterschiedliche Konturen besitzen.
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10 veranschaulicht die Wirkung der bevorzugten Ausgestaltung. Streulicht 62, das potentiell in benachbarte Sammellinsen einkoppeln könnte, wird durch die nahe an der Leuchtdiode liegenden Blendenstege 24.i wirkungsvoll abgeschattet, wobei i ein Index ist, der in der dargestellten Ausgestaltung von i = 1 bis 5 läuft. Dies wird in der 10 durch die kurzen Pfeile repräsentiert. Licht, das in Richtungen abgestrahlt wird, in denen eine unerwünschte Einkopplung in benachbarte Sammellinsen nicht zu befürchten ist, wird nicht abgeschattet. Dies wird in der 10 durch die Bündel 61 repräsentiert. Die Breite b der Einschnürung der Ausnehmung entspricht bevorzugt der Breite der s der Leuchtdioden in der Richtung der Reihenanordnung.
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11 zeigt eine Ansicht der Lichtaustrittsseite 28 eines m = 4 Zeilen und n = 10 Spalten von Sammellinsen aufweisenden Sammellinsenfeldes. Die Werte von n und m können auch von 4 und 10 abweichen. Diese Werte sind jedoch bevorzugt größer oder gleich 3. Außerdem kann n auch gleich m sein. Wegen der mehrzeiligen Anordnungen werden die quadratischen Blendenöffnungen, die die Abmessungen b × b besitzen, in zwei Richtungen eingeschnürt, so dass besonders kleine lichte Weiten b zu den nächstliegenden Nachbarn in vertikaler und auch in horizontaler Richtung sichergestellt werden können. Die Lichtaustrittsflächen der Lichtquellen sind hier quadratisch mit einer kantenlänge s, wobei s etwas kleiner als b ist. Die Größe B gibt das Rastermaß der Anordnung an, das zum Beispiel dem Abstand der Mittelpunkte der Lichtaustrittsflächen zweier benachbarter Lichtquellen entspricht.
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Diese Ausgestaltung, deren Querschnitt in 12 dargestellt ist, zeichnet sich insbesondere auch dadurch aus, dass das undurchsichtige Blendenmaterial in das transparente Linsenmaterial eingebettet ist. Dies wird insbesondere in der 12 deutlich, die zum Beispiel einen in das transparente Material des Sammellinsenfeldes eingebetteten Blendensteg 24.j zeigt. Diese Art der Einbettung ist losgelöst von diesem speziellen Ausführungsbeispiel für sämtliche Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung bevorzugt. Der damit verbundene Vorteil besteht in einer mechanischen Stabilisierung des Sammellinsenfeldes durch das im Vergleich zum Material des Sammellinsenfeldes festere Material der Blende.
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Ebenfalls für alle Ausführungsbeispiele gilt, dass bevorzugt ein metallisches Material als Blendenmaterial verwendet wird. Eine solche metallische Lochblende verleiht der Anordnung eine erwünschte Stabilität. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn für das Sammellinsenfeld mechanisch wenig beanspruchbares Material wie Silikonkautschuk verwendet wird. Außerdem lassen sich Metallblenden mit der erforderlichen Genauigkeit der Öffnungen fertigen, beispielsweise durch Stanzen oder Laserschneiden.
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13 zeigt den Gegenstand der 11 und 12 in einer perspektivischen Darstellung. Bevorzugt ist auch, dass die Blende 24 eine lötbare Oberfläche besitzt. Der besondere Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass die Blende dann zusammen mit dem Sammellinsen-Array auf die Platine 54 der Leuchtdioden mit aufgelötet werden kann. Die Blende 24 weist bevorzugt eine U-Form auf. An den vom Boden der U-Form abgewandten Enden der U-Schenkel weist die Blende Haltemittel auf, mit denen sie an der Platine 54 befestigbar ist. Bei den Haltemitteln handelt es sich zum Beispiel um plattenförmige oder tellerförmige Füße 80, die sich quer zu den U-Schenkeln erstrecken und mit denen die Blende als SMD (surface mounted device) zusammen mit den Leuchtdioden an die Platine gelötet werden kann. Bei dieser Ausgestaltung unterliegen die Lichtquellen und das auf der Blende aufliegende oder die Blende als eingebettetes Teil aufweisende Sammellinsenfeld den gleichen systematischen Lagetoleranzen, die durch die Lötpaste und den Lötstopplack verursacht werden. Diese Lagetoleranzen werden dadurch automatisch kompensiert.
