DE102014105963A1 - Scheinwerferanordnung mit einstellbarer Leuchtweite - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Scheinwerferanordnung mit einem Scheinwerfer mit einstellbarer Leuchtweite, wobei der Scheinwerfer zumindest ein Leuchtmittel (11) aufweist, und mit einem Steuergerät zum Erzeugen von einem oder mehreren Steuersignalen zum Steuern der Leuchtweite des Scheinwerfers. Die Einstellung der Leuchtweite soll möglichst ohne mechanische Komponenten möglich sein. Das wird dadurch möglich, dass der Scheinwerfer eine Flüssigkristallschicht aufweist, die von dem Leuchtmittel (11) aus betrachtet in einer Abstrahlrichtung angeordnet ist, wobei die Lichtdurchlässigkeit der Flüssigkristalle zum Zwecke der Einstellung der Leuchtweite von dem Steuergerät (3) mittels zumindest eines der Steuersignale einstellbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Scheinwerferanordnung mit einem Scheinwerfer mit einstellbarer Leuchtweite, wobei der Scheinwerfer zumindest ein Leuchtmittel aufweist und mit einem Steuergerät zum Erzeugen von einem oder mehreren Steuersignalen zum Steuern der Leuchtweite des Scheinwerfers.
  • Die in Fahrzeugen bekannte Leuchtweitenregulierung (LWR) wird derzeit durch mechanische Komponenten im Scheinwerfer realisiert. Hierbei wird i.d.R. mittels eines elektro-mechanischen Stellers (z.B. Schrittmotor, Gleichstrom-Steller) die horizontale Hell-Dunkel-Grenze eines Scheinwerfers verstellt. Es sind verschiedene Shutter oder Walzenlösungen bekannt.
  • Bei der Umsetzung der LWR-Funktion mittels mechanischer Komponenten kann die Lebensdauer von Stellern und Motoren, deren lange Reaktionszeit (insbesondere in sehr dynamischen Situationen) und der verhältnismäßig große Bauraum im Scheinwerfer, welcher für die mechanischen Komponenten vorgehalten werden muss, ein Problem sein.
  • Wünschenswert ist es daher, einen Scheinwerfer zu entwickeln, der ganz oder teilweise auf Komponenten verzichten kann, die während des Betriebs laufend mechanisch eingestellt werden.
  • Der Erfindung lag das Problem zugrunde, eine Scheinwerferanordnung mit einem Scheinwerfer mit einstellbarer Lichtverteilung vorzuschlagen, der mit keinen oder weniger mechanischen Komponenten auskommt, als ein bekannter Scheinwerfer.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Scheinwerfer eine Flüssigkristallschicht aufweist, die von dem Leuchtmittel aus betrachtet in einer Abstrahlrichtung des von dem Leuchtmittel abgestrahlten Lichtes angeordnet ist, wobei eine Polarisationsrichtung des Lichtes durch die Flüssigkristalle zum Zwecke der Einstellung der Leuchtweite von dem ersten Steuergerät einstellbar ist.
  • Nach der technischen Lehre der Erfindung kann nun eine Flüssigkristallanzeige im Scheinwerfer eingesetzt werden. Diese Flüssigkristallanzeige dient dazu, das von der Lichtquelle im Scheinwerfer emittierte Licht durchzulassen oder zu sperren, um so die Leuchtweite des Scheinwerfers einzustellen. Die Flüssigkristallanzeige hat hierzu vorzugsweise eine entsprechend hohe Auflösung mit einzeln ansteuerbaren Flüssigkristallen, welche auf „Durchlass“ oder „Sperren“ geschaltet werden können. Ebenfalls ist es hier denkbar, dass es mehrere Stufen zwischen Sperren und Durchlass gibt, so dass sich eine Lichtdimmung mit der Flüssigkristallanzeige realisieren lässt. Die Dimmung kann auch stufenlos erfolgen. Auf diese Weise, also gezieltes Sperren bzw. Durchlassen von dem im Scheinwerfer emittierten Licht, lassen sich Hell-Dunkel-Grenzen bilden und in vertikaler Richtung verschieben, und das ohne den Einsatz einer Mechanik. Allein durch das Ansteuern der einzelnen Flüssigkristalle der Flüssigkristallanzeige lässt sich die LWR-Funktion erreichen. Dabei muss nicht die gesamte Fläche der Flüssigkristallanzeige zur Bildung der Lichtverteilung benötigt werden.
  • Gemäß der Erfindung kann die Scheinwerferanordnung wenigstens ein Mittel zur Strahlformung und/oder zur Strahllenkung aufweisen, das der Flüssigkristallschicht in Abstrahlrichtung nachgeordnet ist. Dieses Mittel zur Strahlformung und/oder zur Strahllenkung kann Linsen, Linsensysteme, Prismen, Spiegel oder dergleichen aufweisen. Gemäß der Erfindung können das Mittel zur Strahlformung und/oder Strahllenkung und die Flüssigkristallsschicht zusammen eine Winkelauflösung, insbesondere eine vertikale Winkelauflösung, von 0,25° oder kleiner, vorteilhaft von 0,1° erreichen.
  • Neben dem Entfall der Mechanik hat die Flüssigkristallanzeige den Vorteil schnellerer Reaktionszeiten. Dies lässt sich bei der LWR-Funktion nutzen, dass nun auch sehr dynamische Nickvorgänge des Fahrzeugs, wie sie beispielsweise aufgrund von Fahrbahnunebenheiten vorkommen, ausgeregelt werden können. Dadurch ergibt sich eine geringere Blendung von anderen Verkehrsteilnehmern in Situationen mit hohen dynamischen Nickbewegungen des eigenen Fahrzeugs.
  • Bei der Realisierung der LWR-Funktion (oder einer anderen Funktion) mittels der Flüssigkristallanzeige gilt es jedoch zu berücksichtigen, dass im Falle der elektromechanischen Leuchtweitenregulierung das gesamte lichtbildende System angehoben und gesenkt wird und in Folge dessen der Lichtschwerpunkt in gleicher Weise mitwandert. Um diese Verschiebung des Lichtschwerpunktes ebenfalls bei einem erfindungsgemäßen Scheinwerfer mit einer der Flüssigkristall-Leuchtweitenregulierung zu realisieren, wird bei der Erfindung dafür Sorge getragen, dass der Lichtschwerpunkt ebenfalls verschoben werden kann.
  • Die wenigstens eine Flüssigkristallschicht ist vorteilhaft auf einem transparenten Träger angeordnet. Ein solcher Träger wird im Zusammenhang mit Flüssigkristallanzeigen oft als Substratplatte bezeichnet. Bei einem Träger eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers kann es sich um eine Platte handeln. Es muss aber keine Platte sein. Bei einem erfindungsgemäßen Scheinwerfer kann ein beliebig geformter, insbesondere gewölbter Träger vorgesehen sein. Bei dem Träger kann es sich um eine Linse oder einen anderen, strahlformenden Festkörper handeln.
  • Der Scheinwerfer kann eine oder mehrere Polarisationsfilterschichten aufweisen. So können bei einem erfindungsgemäßen Scheinwerfer die Polarisationsfilterschichten in der Abstrahlrichtung vom Leuchtmittel aus betrachtet vor und hinter der Flüssigkristallschicht angeordnet sein.
  • Eine der Polarisationsfilterschichten kann einen einzigen Polarisationsfilter oder mehrere nebeneinander angeordnete Polarisationsfilter aufweisen. Sind mehrere Polarisationsfilter nebeneinander angeordnet und haben diese Polarisationsfilter vorteilhaft unterschiedliche Durchlassrichtungen, kann verhindert werden, dass der erfindungsgemäße Scheinwerfer insgesamt nur in einer Richtung polarisiertes Licht abstrahlt. Wenn das so wäre, wäre der Scheinwerfer für einen Betrachter, der eine Brille mit Polarisationsfilter trägt, oder mit einer Kamera mit einem Polarisationsfilter nicht erkennbar.
  • Jeder Flüssigkristall der Flüssigkristallschicht eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers kann vom Steuergerät für sich genommen ansteuerbar sein. Ebenso ist es möglich, einen erfindungsgemäßen Scheinwerfer zu entwerfen, bei dem die Flüssigkristalle ganz oder teilweise in Gruppen zusammengefasst sind und jede Gruppe vom Steuergerät für sich genommen ansteuerbar ist. Beide Möglichkeiten können in einem Scheinwerfer realisierbar sein.
  • Die Flüssigkristalle können in einer Matrix angeordnet sein. Dann besteht die Möglichkeit, dass eine oder mehrere benachbarte Zeilen der Matrix die Flüssigkristalle einer Gruppe von Flüssigkristallen aufweisen. Spalten der Matrix können vertikal angeordnet sein.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Scheinwerfer kann die Durchlassrichtung der Flüssigkristalle, d.h. die von den Flüssigkristallen eingestellte Polarisationsrichtung des Lichtes von dem ersten Steuergerät in Stufen, zumindest zwischen einer ersten Stufe und einer zweiten Stufe einstellbar sein. Die von den Flüssigkristallen eingestellte Polarisationsrichtung des Lichtes in der ersten Stufe kann einen Winkel von 0° oder nahezu 0° zur Durchlassrichtung des in der Abstrahlrichtung auf die Flüssigkristallschicht folgenden Polarisationsfilter und in der zweiten Stufe einen Winkel von 90° oder nahezu 90° zur Durchlassrichtung des in der Abstrahlrichtung auf die Flüssigkristallschicht folgenden Polarisationsfilter liegen. Vorteilhaft kann die von den Flüssigkristallen eingestellte Polarisationsrichtung des Lichtes von dem ersten Steuergerät stufenlos einstellbar sein. Durch das Einstellen der Polarisationsrichtung des Lichtes durch einzelne Flüssigkristalle oder durch Gruppen von Flüssigkristallen kann eine Verschiebung des Lichtschwerpunkts einer Lichtverteilung erreicht werden.
  • Ein erfindungsgemäßer Scheinwerfer kann einen Mechanismus aufweisen, mit welchem das Leuchtmittel und die Flüssigkristallschicht relativ zueinander verschiebbar sind. Damit ist es möglich, einen Lichtschwerpunkt einer Lichtverteilung zu verschieben.
  • Der Scheinwerfer kann einen Antrieb für die Relativverschiebung aufweisen. Vorteilhaft wird das Leuchtmittel verschoben, während die übrigen Bestandteile des Scheinwerfers bei einer Verschiebung des Lichtschwerpunkts ihre Position behalten.
  • Ein besonders vorteilhafter erfindungsgemäßer Scheinwerfer kann als Leuchtmittel Leuchtdioden oder Laserdioden aufweisen. Die Leuchtdioden oder Laserdioden können geeignet und eingerichtet sein, gedimmt zu werden, das heißt, dass der von jeder Leuchtdiode oder Laserdiode abgebbare Lichtstrom einstellbar ist. Die Dimmung kann in Stufen oder stufenlos erfolgen. Durch die Dimmung einzelner Leucht- oder Laserdioden oder durch die Dimmung von Gruppen von Leucht- oder Laserdioden kann eine Verschiebung des Lichtschwerpunkts einer Lichtverteilung erreicht werden.
  • Die Leuchtdioden oder Laserdioden können in einer Matrix angeordnet sein. Spalten der Matrix können vertikal ausgerichtet sein. Vorteilhaft entspricht die Ausrichtung der Matrix der Leuchtdioden oder Laserdioden der Matrix der Flüssigkristalle. Die Matrix der Leuchtdioden oder Laserdioden kann in zumindest einer Richtung, vorzugsweise der Vertikalen, eine geringere Auflösung aufweisen als die Matrix der Flüssigkristalle.
  • Abweichend von der Erfindung ist es denkbar, einen Scheinwerfer mit einer Leuchtdiodenmatrix und ohne Flüssigkristallmatrix vorzuschlagen. Ein solcher Schweinwerfer, der verschiedene Lichtverteilungen und Leuchtweiten produzieren kann ist aber sehr teuer, da die Matrix sehr viele Leuchtdioden haben muss, um eine ausreichende Auflösung zu erreichen bzw. eine hinreichend feine Einstellung der Leuchtweite zu ermöglichen. Eine Leuchtdiodenmatrix mit sehr vielen Leuchtdioden ist außerdem teuer, insbesondere auch wegen der aufwändigen Ausrichtung und Kontaktierung der Leuchtdioden bei der Herstellung der Matrix. Ein weiterer Nachteil eines Scheinwerfers mit einer Leuchtdiodenmatrix ohne eine Flüssigkristallmatrix ist die Wärmeerzeugung durch die Leuchtdioden. Diese macht eine aufwändige passive oder aktive Kühlung der Leuchtdioden notwendig.
  • Eine erfindungsgemäße Scheinwerferanordnung mit einer Flüssigkristallschicht und einer Matrix von Leuchtdioden oder Laserdioden hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die Flüssigkristallschicht eine feine Einstellung der Leuchtweite oder Lichtverteilung möglich ist. Dadurch kann man Leuchtdioden oder Laserdioden einsparen. Man ist bei einer Kombination von Flüssigkristallschicht und Matrix von Leucht- oder Laserdioden in der Lage, eine grobe Einstellung der Leuchtweite bzw. Lichtverteilung mittels der LED-Matrix oder Laserdiodenmatrix zu erreichen. Eine Feineinstellung kann dann mittels der Flüssigkristallschicht erfolgen.
  • Abweichend von der Erfindung ist es denkbar, einen Scheinwerfer mit Mikrospiegeln vorzusehen, die ebenfalls eine hohe Winkelauflösung des Lichtes, wie sie für eine Leuchtweitenregulierung erforderlich ist, ermöglichen.
  • Ein Vorteil einer erfindungsgemäße Scheinwerferanordnung mit einer Flüssigkristallschicht und einer Matrix von Leuchtdioden oder Laserdioden gegenüber einer Anordnung mit einer Flüssigkristallschicht und mit nur einer Lichtquelle, zum Beispiel einer Gasentladungslampe, ist, dass bei nur einer Lichtquelle die Flüssigkristallschicht sehr viel von der von der Lichtquelle abgestrahlten Wärme absorbieren muss, da ein großer Teil der von der Lichtquelle abgegebenen Strahlungswärme unmittelbar von lichtundurchlässigen Teilen der Flüssigkristallschicht aufgefangen wird. Der Vorteil der Kombination aus LED- oder Laserdiodenmatrix und Flüssigkristallschicht ist, dass es durch die LED- oder Laserdiodenmatrix auch mit grober Auflösung erreicht werden kann, dass der von den LEDs oder Laserdioden bestrahlte, lichtundurchlässige Teil der Flüssigkristallschicht klein ist, in dem die Dioden in diesem Teil der Scheinwerferanordnung abgeschaltet werden.
  • Der Scheinwerfer kann ein weiteres Steuergerät aufweisen, mit welchem die Leucht oder Laserdioden ansteuerbar sind. Ebenso ist es möglich, dass das schon für die Steuerung der Flüssigkristalle vorgesehene Steuergerät, nachfolgend erstes Steuergerät genannt, geeignet und eingerichtet ist, die Leucht- oder Laserdioden anzusteuern.
  • Jede Leucht- oder Laserdiode kann vom ersten oder zweiten Steuergerät für sich genommen ansteuerbar sein. Die Leucht- oder Laserdioden können ebenso ganz oder teilweise in Gruppen zusammengefasst sein. Dann könnte jede Gruppe vom ersten oder zweiten Steuergerät für sich genommen ansteuerbar sein.
  • Die Leucht- oder Laserdioden einer oder mehrerer benachbarter Zeilen der Leucht- oder Laserdiodenmatrix können zu einer Gruppe von Leucht- oder Laserdioden zusammengefasst sein. Die Abstände der Leucht- oder Laserdioden in einer ersten Richtung der Matrix können dabei geringer sein als in einer zweiten Richtung.
  • Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
  • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers
  • Der in der 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug weist eine Leuchtdiodenmatrix 1 aus in Spalten und Zeilen angeordneten Leuchtdioden 11 auf, die in eine Abstrahlrichtung 4 Licht zur Beleuchtung abgeben. Die Leuchtdiodenmatrix 1 wird von einem Steuergerät 3 angesteuert.
  • In der Abstrahlrichtung 4 ist vor der Leuchtdiodenmatrix 1 eine Flüssigkristallanzeige 2 mit einer Flüssigkristallschicht 21 angeordnet. Die Flüssigkristallanzeige ist gewölbt und bildet zugleich eine Fläche eines Gehäuses (nicht dargestellt) des erfindungsgemäßen Scheinwerfers. Die Einzelnen Flüssigkristalle der Flüssigkristallschicht 21 können jeder für sich von dem Steuergerät 3 angesteuert werden und zwar derart, dass die Lichtdurchlässigkeit jedes Flüssigkristalls individuell angesteuert werden kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    LED-Matrix
    11
    LED
    2
    Flüssigkristallanzeige
    21
    Flüssigkristallschicht
    3
    Steuergerät
    4
    Ausstrahlrichtung des Scheinwerfers

Claims (15)

  1. Scheinwerferanordnung mit einem Scheinwerfer mit einstellbarer Leuchtweite, wobei der Scheinwerfer zumindest ein Leuchtmittel (11) aufweist, und mit einem Steuergerät (3) zum Erzeugen von einem oder mehreren Steuersignalen zum Steuern der Leuchtweite des Scheinwerfers, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheinwerfer eine Flüssigkristallschicht (21) aufweist, die von dem Leuchtmittel (11) aus betrachtet in einer Abstrahlrichtung von dem Leuchtmittel ausgestrahltem Licht angeordnet ist, wobei eine Polarisationsrichtung des Lichtes durch die Flüssigkristalle zum Zwecke der Einstellung der Leuchtweite von dem Steuergerät (3) mittels zumindest eines der Steuersignale einstellbar ist.
  2. Scheinwerferanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheinwerferanordnung wenigstens ein Mittel zur Strahlformung und/oder zur Strahllenkung aufweist, das der Flüssigkristallschicht (21) in Abstrahlrichtung nachgeordnet ist.
  3. Scheinwerferanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Strahlformung und/oder Strahllenkung und die Flüssigkristallsschicht (21) zusammen eine Winkelauflösung, insbesondere eine vertikale Winkelauflösung, von 0,25° oder kleiner, vorteilhaft von 0,1° haben.
  4. Scheinwerferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Flüssigkristall vom Steuergerät (3) für sich genommen ansteuerbar ist oder dass die Flüssigkristalle ganz oder teilweise in Gruppen zusammengefasst sind und jede Gruppe vom Steuergerät (3) für sich genommen ansteuerbar ist.
  5. Scheinwerferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkristalle in einer Matrix angeordnet sind.
  6. Scheinwerferanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gruppe von Flüssigkristallen die Flüssigkristalle einer oder mehrerer benachbarter Zeilen der Matrix aufweist.
  7. Scheinwerferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Flüssigkristallen eingestellte Polarisationsrichtung des Lichtes von dem Steuergerät (3) in Stufen, zumindest zwischen einer ersten Stufe und einer zweiten Stufe einstellbar ist.
  8. Scheinwerferanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsrichtung des Lichtes in der ersten Stufe bei 0° oder nahezu 0° zur Durchlassrichtung eines in der Abstrahlrichtung auf die Flüssigkristallschicht folgenden Polarisationsfilters und in der zweiten Stufe bei 90° oder nahezu 90° zur Durchlassrichtung des in der Abstrahlrichtung auf die Flüssigkristallschicht folgenden Polarisationsfilters liegt.
  9. Scheinwerferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsrichtung des Lichtes durch die Flüssigkristalle von dem Steuergerät (3) stufenlos einstellbar ist.
  10. Scheinwerferanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheinwerfer als Leuchtmittel Leuchtdioden (11) oder Laserdioden aufweist.
  11. Scheinwerfer nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdioden (11) oder die Laserdioden in einer Matrix (1) angeordnet sind.
  12. Scheinwerferanordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheinwerfer ein weiteres Steuergerät aufweist, mit welchem die Leuchtdioden oder Laserdioden ansteuerbar sind oder dass das Steuergerät (3) geeignet und eingerichtet ist, die Leuchtdioden oder Laserdioden anzusteuern.
  13. Scheinwerferanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede Leuchtdiode (11) oder Laserdiode von einem der Steuergeräte (3) für sich genommen ansteuerbar ist oder dass die Leuchtdioden (11) oder Laserdioden ganz oder teilweise in Gruppen zusammengefasst sind und jede Gruppe von einem der Steuergeräte für sich genommen ansteuerbar ist.
  14. Scheinwerferanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtdioden (11) oder Laserdioden einer oder mehrerer benachbarter Zeilen der Matrix (1) der Leuchtdioden oder Laserdioden zu einer Gruppe von Leuchtdioden bzw. Laserdioden zusammengefasst (11) sind.
  15. Scheinwerferanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände der Leuchtdioden (11) oder Laserdioden in einer ersten Richtung, vorzugsweise der Vertikalen, der Matrix (1) der Leuchtdioden oder Laserdioden geringer sind als in einer zweiten Richtung.
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