DE102014200368A1

DE102014200368A1 - Teilfernlicht-Projektionslichtmodul für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer

Info

Publication number: DE102014200368A1
Application number: DE102014200368.7A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Hossfeld
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2014-01-10
Publication date: 2015-07-16
Anticipated expiration: 2034-01-11
Also published as: DE102014200368B4

Abstract

Vorgestellt wird ein Teilfernlicht-Projektionslichtmodul (24) für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer (28), mit mehreren Einzellichtmodulen (16), von denen jedes eine Halbleiterlichtquelle, eine Primäroptik (10), eine erste Blende (12) und eine Projektionslinse (14) aufweist. Die Primäroptik ist ein transparenter Festkörper (10) ist, der zur Beleuchtung der Blende beitragende lichtbrechende erste Flächen und spiegelnd reflektierende zweite Flächen aufweist. Die erste Blende weist eine bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Projektionslichtmoduls vertikal verlaufende Blendenkante (20) auf, welche die Zwischenlichtverteilung begrenzt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein zur Erzeugung einer Teilfernlicht-Lichtverteilung eingerichtetes Projektionslichtmodul für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, mit mehreren Einzellichtmodulen, von denen jedes mindestens eine Halbleiterlichtquelle, eine Primäroptik, eine erste Blende und eine Projektionslinse aufweist, wobei die Primäroptik dazu eingerichtet und angeordnet ist, von der Halbleiterlichtquelle ausgehendes Licht zu sammeln und die Blende mit dem gesammelten Licht zu beleuchten, so dass sich eine von der Blende begrenzte Zwischenlichtverteilung ergibt, und wobei die Projektionslinse dazu eingerichtet und angeordnet ist, die Zwischenlichtverteilung in ein im Lichtweg hinter der Projektionslinse liegendes Vorfeld des Projektionslichtmoduls abzubilden.
Ein solches Projektionslichtmodul ist aus der EP 2 278 217 bekannt. Diese Schrift zeigt ein Scheinwerfermodul, das aus einer Mehrzahl an Einzelmodulen zusammengesetzt ist. Jedes Einzelmodul besteht aus einer Lichtquelle, die ungefähr senkrecht Licht abstrahlt, einem Reflektor zur Umlenkung des Lichts und einer Linse zur Projektion des Lichts auf die Straße. Der Reflektor dient dazu, das Licht zur Linse zu lenken. Jedes Einzelmodul erzeugt eine Lichtverteilung mit scharfen vertikalen Kanten. Die ausgeleuchteten Bereiche der Einzelmodule können horizontal zueinander versetzt werden, indem z.B. die Lichtquellen der Einzelmodule zur optischen Achse unterschiedlich versetzt angeordnet werden. Durch getrenntes An- und Ausschalten der Lichtquellen der Einzelmodule können definierte Bereiche beleuchtet oder nicht beleuchtet werden. Dadurch wird ein sogenanntes Teilfernlicht realisiert, dass dazu dient, einerseits eine fernlichtartige Lichtverteilung zu erzeugen, dabei aber vorausfahrende oder entgegenkommende Fahrzeuge nicht zu blenden.
Die aus der EP 2 278 217 bekannte Lösung hat den Nachteil, dass durch Verwendung von Reflektoren als Primäroptiken keine energieeffiziente Lichtbündelung möglich ist. Außerdem kann Licht aus einem Einzelmodul leicht als Störlicht in benachbarte Module einfallen. Ist die Lichtquelle im benachbarten Modul ausgeschaltet, um eine Blendung des Gegenverkehrs zu vermeiden, kann dieses Störlicht dazu führen dass das angestrebte Ziel einer Vermeidung der Blendung des Gegenverkehrs nicht erreicht wird.
Aus der EP 2 280 215 ist ein Scheinwerfermodul bekannt, das aus einer Mehrzahl an Einzelmodulen zusammengesetzt ist. Jedes Einzelmodul besteht aus mindestens einer Lichtquelle, mindestens einem zugehörigen Primäroptikelement und einer Linse zur Projektion des Lichts auf die Straße. Das Primäroptikelement ist ein Lichtleiter, der rechteckige Ein- und Austrittsflächen aufweist. Seine Funktion besteht darin, die Lichtverteilung einer als Lichtquelle dienenden Leuchtdiode zu formen. Jedes Einzelmodul erzeugt mindestens eine streifenförmige Lichtverteilung mit scharfen vertikalen Kanten. Die ausgeleuchteten Bereiche der Einzelmodule können horizontal zueinander versetzt werden, indem beispielsweise die Leuchtdioden und Primäroptikelemente der Einzelmodule zur optischen Achse unterschiedlich versetzt angeordnet werden. Durch getrenntes An- und Ausschalten der Lichtquellen der Einzelmodule können definierte Bereiche beleuchtet oder nicht beleuchtet werden. Dadurch wird ebenfalls ein Teilfernlicht der oben genannten Art realisiert.
Der aus der EP 2 280 215 bekannte Gegenstand weist den Nachteil auf, dass die Eintrittsfläche des Primäroptikelements sehr nah an der leuchtenden Fläche der LED liegen muss, um Licht aus einem möglichst großen Raumwinkel einzufangen. Letzteres ist eine Voraussetzung für eine angestrebte hohe Effizienz, unter der hier der auf den Lichtstrom der Lichtquelle normierte Lichtstrom verstanden wird, der letztlich im Vorfeld des Scheinwerfers ankommt. Je näher das Primäroptikelement jedoch an der Leuchtdiode liegt, desto heißer wird das Material des Primäroptikelements durch die von der Leuchtdiode ausgehende Wärme. Der Einsatz von kostengünstigen thermoplastischen Kunststoffen ist daher in vielen Fällen nicht möglich. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Lichtaustrittsflächen des Primäroptikelements in der Nähe der Fokusebene der Linse liegen. Kratzer oder Verunreinigungen auf der Lichtaustrittsfläche werden daher von der Linse scharf abgebildet und führen zu unerwünschten Flecken/ Streifen oder Inhomogenitäten in der Lichtverteilung.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe eines energieeffizienten und kostengünstigen Scheinwerfermoduls, welches ein besonders kontrastreiches und homogenes adaptives Fernlicht (auch Teilfernlicht genannt) aus mehreren Einzellichtmodulen erzeugt.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die vorliegende Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Primäroptik eines Einzellichtmoduls ein transparenter Festkörper ist, der zur Beleuchtung der Blende beitragende lichtbrechende erste Flächen und spiegelnd reflektierende zweite Flächen aufweist, und dass die erste Blende wenigstens eine bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Projektionslichtmoduls vertikal verlaufende Blendenkante aufweist, welche die Zwischenlichtverteilung begrenzt. Die spiegelnd reflektierenden zweiten Flächen sind insbesondere bevorzugt Flächen, an denen innerhalb des transparenten Festkörpers interne Totalreflexionen auftreten.
Der zentrale Teil des transparenten Festkörpers weist wie eine herkömmliche Linse eine lichtbrechende Lichteintrittsfläche und eine lichtbrechende Lichtaustrittsfläche auf. Der äußere Teil des transparenten Festkörpers stellt dagegen einen Reflektor dar, an dessen Grenzflächen dort einfallendes Licht verlustlose interne Totalreflexionen erfährt. Es ist ein wesentliches Element der vorliegenden Erfindung, dass zur Bündelung und Formung des Lichts der Lichtquelle nicht allein ein Reflektor oder ein Lichtleiter, sondern ein transparenter Festkörper mit den genannten Eigenschaften in Verbindung mit einer oder mehreren Blenden verwendet wird.
Die Funktionen der Lichtbündelung und Lichtformung werden dadurch auf mehrere optische Elemente aufgeteilt. Durch den transparenten Festkörper erfolgt eine effiziente Bündelung des Lichtes. Durch die Blenden können scharfe und kontrastreiche vertikale Hell-Dunkel-Grenzen erzeugt werden. Im Ergebnis ergibt sich durch das Zusammenwirken der verschiedenen Merkmale des Anspruchs 1 der Vorteil, dass das erfindungsgemäße Projektionslichtmodul ein besonders energieeffizientes, kostengünstiges, blendungsarmes und homogenes Teilfernlicht aus mehreren Einzelmodulen erzeugt wird.
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Blende eine rechteckige Öffnung aufweist, die auf einer Seite von der vertikal verlaufenden Blendenkante begrenzt wird.
Bevorzugt ist auch, dass die Ausdehnung der rechteckigen Öffnung bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Projektionslichtmoduls in horizontaler Richtung kleiner ist als die horizontale Ausdehnung des Lichtbündels, mit dem die Primäroptik die Blende beleuchtet.
Ferner ist bevorzugt, dass jedes Einzellichtmodul eine Hauptabstrahlrichtung aufweist und dass die Hauptabstrahlrichtungen benachbarter Einzellichtmodule in einer bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Projektionslichtmoduls horizontalen Ebene einen von Null verschiedenen Winkel miteinander einschließen.
Bevorzugt ist auch, dass die Primäroptik und die Projektionslinse eines Einzellichtmoduls so angeordnet sind, dass jede Blendenöffnung von jedem Einzellichtmodul einen individuellen Versatz zur optischen Achse der zugehörigen Projektionslinse aufweist, wobei die optischen Achsen aller Einzellichtmodule dann parallel bleiben. Die Primäroptiken sind dann bevorzugt um denselben Versatz wie ihre zugehörigen Blenden verschoben, damit sie die Blende wieder gut ausleuchten. Ihre Achsen bleiben damit auch alle parallel. Die Hauptabstrahlrichtung der Einzellichtmodule ergibt sich jeweils aus der Lage der Blendenöffnung zur Mitte der Projektionslinse. Die Verbindungsgerade zwischen einem Punkt dieser Blendenöffnung und dem Mittelpunkt der Linse ergibt dann die Hauptabstrahlrichtung dieses Punktes.
Bevorzugt ist auch, dass die Primäroptik und die Projektionslinse eines Einzellichtmoduls so angeordnet sind, dass die Hauptabstrahlrichtung der Primäroptik parallel versetzt oder versetzt und geneigt zur optischen Achse der Projektionslinse verläuft.
Damit kann eine eventuell unsymmetrische Ausleuchtung der Linse, die durch den Versatz bedingt ist, wieder symmetrischer gemacht werden. Es ist also bevorzugt, nach der individuellen Verschiebung der Blende den transparenten Festkörper seitlich so zu verschieben und zu neigen, dass sowohl die Blende aus auch die Linse gut ausgeleuchtet wird. Die Achsen der Festkörper sind dann nicht mehr parallel zueinander.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Einzellichtmodul eine Lichtquelle, eine Primäroptik und eine Blende sowie eine weitere Lichtquelle, eine weitere Primäroptik und eine weitere Blende aufweist, wobei die Blende über die Primäroptik mit Licht der Lichtquelle beleuchtet wird, so dass sich eine Zwischenlichtverteilung ergibt und wobei die weitere Blende über die weitere Primäroptik mit Licht der weiteren Lichtquelle beleuchtet wird, so dass sich eine weitere Zwischenlichtverteilung ergibt, und wobei eine einzige Projektionslinse des Einzellichtmoduls dazu eingerichtet und angeordnet ist, sowohl die Zwischenlichtverteilung als auch die weitere Zwischenlichtverteilung in das Vorfeld des Projektionslichtmoduls abzubilden.
Bevorzugt ist auch, dass zwischen jeweils zwei Einzellichtmodulen wenigstens eine lichtundurchlässige zweite Blende in Lichtausbreitungsrichtung zwischen der ersten Blende und der Projektionslinse oder zwischen der Primäroptik und der ersten Blende so angeordnet ist, dass die zweite Blende eine Einstrahlung von Licht aus einem Strahlengang eines ersten der zwei Einzellichtmodule in einen Strahlengang eines zweiten der zwei Einzellichtmodule verhindert.
Ferner ist bevorzugt, dass die zweite Blende eine spiegelnde Fläche aufweist.
Bevorzugt ist auch, dass die erste Blende und die zweite Blende ein einstückig und stoffschlüssig zusammenhängendes Bauteil sind.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich durch wenigstens eine dritte Blende aus, die zwischen der Zwischenlichtverteilung und der Projektionslinse oder zwischen der Primäroptik und der Zwischenlichtverteilung so angeordnet ist, dass sie den sich bei bestimmungsgemäßer Verwendung zwischen der Zwischenlichtverteilung und der Projektionslinse einstellenden Strahlengang oder den sich zwischen der Primäroptik und der Zwischenlichtverteilung einstellenden Strahlengang in vertikaler Richtung begrenzt.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass sich die dritte Blende an eine bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Projektionslichtmoduls obere Kante der rechteckigen Öffnung der ersten Blende anschließt und mit der ersten Blende einstückig und stoffschlüssig zusammenhängt.
Ferner ist bevorzugt, dass in den Einzellichtmodulen, mit denen äußere Teilbereiche einer sich im Vorfeld einstellenden Summenlichtverteilung des Projektionslichtmodules erzeugt werden, eine erste Blende verwendet wird, welche die Zwischenlichtverteilung nur auf einer Seite und/oder bei bestimmungsgemäßer Verwendung oben abschattet.
Bevorzugt ist auch, dass die Einzellichtmodule so angeordnet sind, dass eine optische Achse von wenigstens einem der Einzellichtmodule aus einer bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Projektionslichtmoduls horizontalen Ebene heraus gedreht angeordnet ist oder nur ihre Primäroptiken und erste Blenden aus der horizontalen Ebene heraus versetzt und/oder geneigt sind.
Bevorzugt ist auch, dass die Einzellichtmodule, die bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung einen Bereich ausleuchten, der mit seiner linken Seite, und/oder mit seiner rechten Seite und/oder mit seiner oberen Seite an einen Nachbarbereich angrenzt, der jeweils von einem weiteren Einzellichtmodul ausgeleuchtet werden kann, eine Blendenkante aufweisen, mit der zu diesem jeweiligen Nachbarbereiche eine scharfe durch die Blendenkante erzeugte Hell-Dunkel-Grenze erzeugt wird, während die Einzelmodule, an die nach links, rechts oder oben kein weiterer solcher Nachbarbereich angrenzt, dazu eingerichtet sind in dieser jeweiligen Richtung eine kontinuierlich auslaufende und nicht von einer Blendenkante begrenzte Lichtverteilung zu erzeugen.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Projektionslinsen der Einzellichtmodule Bestandteile eines einstückig und stoffschlüssig zusammenhängenden transparenten Festkörpers sind.
Ferner ist bevorzugt, dass ein Lichtleiter in dem Strahlengang angeordnet ist, der zwischen der Lichtaustrittsfläche der Primäroptik eines Einzellichtmoduls und der bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Projektionslichtmoduls vertikal verlaufenden Blendenkante verläuft, welche die Zwischenlichtverteilung begrenzt.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Unteransprüchen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die 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.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Dabei zeigen, jeweils in schematischer Form:
1 eine Anordnung der wesentlichen Elemente eines Einzellichtmoduls eines erfindungsgemäßen Projektionslichtmoduls;
2 eine von einem solchen Einzellichtmodul erzeugte Lichtverteilung;
3 eine Anordnung von neun Einzellichtmodulen als Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Projektionslichtmoduls in einer Schrägansicht;
4 eine Draufsicht der Anordnung aus der 3;
5 den Gegenstand der 4 mit einem Strahlengang für den Fall, dass ein Einzellichtmodul eingeschaltet ist;
6 die in diesem Fall erzeugte Lichtverteilung;
7 die erzeugte Lichtverteilung, wenn das zweite Einzellichtmodul eingeschaltet ist;
8 die Lichtverteilung, für den Fall, dass alle Einzellichtmodule eingeschaltet sind;
9 den Gegenstand der 4 für den Falls, dass zwei Einzellichtmodule ausgeschaltet sind;
10 die resultierende Lichtverteilung;
11 eine Ausgestaltung eines Einzellichtmoduls, bei dem zwei Leuchtdioden mit jeweils einer zugehörigen Primäroptik jeweils einen Ausschnitt einer Blende ausleuchten;
12 eine Draufsicht auf den Gegenstand der 11 inklusive der von beiden Leuchtdioden ausgehenden Strahlengänge;
13 die mit dieser Ausgestaltung des Einzellichtmoduls erzeugte Lichtverteilung;
14 ein Ausführungsbeispiel eines mit zweiten Blenden ausgestatteten Projektionslichtmoduls;
15 eine seitliche Ansicht eines Einzellichtmoduls, bei dem eine zusätzliche dritte Blende verwendet wird;
16 eine Schrägansicht des Gegenstands der 15;
17 ein Einzellichtmodul mit einer für Randbereiche der Lichtverteilung adaptierten Ausgestaltung der ersten Blende;
18 die mit einem solchen Einzellichtmodul erzeugte Lichtverteilung;
19 eine Schrägansicht eines mit solchen ersten Blenden ausgestatteten Projektionslichtmoduls mit zwei ausgeschalteten Einzellichtmodulen,
20 eine vom Gegenstand der 19 erzeugte Lichtverteilung;
21 ein Ausführungsbeispiel mit einer je einer unteren Reihe und einer oberen Reihe von Einzellichtmodulen;
22 eine mit diesem Ausführungsbeispiel und zwei in der unteren Reihe ausgeschalteten Einzellichtmodulen erzeugte Lichtverteilung;
23 eine Ausgestaltung eines Einzellichtmodule, das eine zusätzlichen, im Strahlengang vor der ersten Blende angeordneten Lichtleiter aufweist;
24 den Gegenstand der 23 in einer Schrägansicht;
25 einen mit dem Gegenstand der 23 erzeugten Teilbereich einer Lichtverteilung.
Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach vergleichbare Elemente. Sofern in dieser Beschreibung Ortsangaben wie oben, unten, rechts oder links, oder Richtungsangaben wie vertikal oder horizontal gebraucht werden, bezieht sich dies jeweils auf eine bestimmungsgemäße Verwendung des Anmeldungsgegenstandes in einem Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs.
Die 1 zeigt eine Anordnung aus einem als Primäroptik dienenden transparenten Festkörper 10, einer ersten Blende 12 und einer Projektionslinse 14 zu einem Einzellichtmodul 16. Die Linse weist eine Lichteintrittsfläche 14.1 und eine Lichtaustrittsfläche 14.2 auf. Die Lichtquelle des Einzellichtmoduls ist in der 1 nicht explizit dargestellt. Sie ist jedoch implizit dadurch dargestellt, dass sie den Ursprung für den Strahlengang 18 darstellt, der in der 1 von links nach rechts gerichtet ist. Die Hauptausbreitungsrichtung des Lichtes in diesem Strahlengang entspricht in einer bevorzugten Ausgestaltung in etwa der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung des Einzellichtmoduls in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer.
Die Lichtquelle ist bevorzugt eine Halbleiterlichtquelle und so angeordnet, dass sie ungefähr in Fahrtrichtung abstrahlt. Die Halbleiterlichtquelle, die bevorzugt als Leuchtdiode, Laserdiode oder Anordnung aus solchen Dioden verwirklicht ist, besitzt bevorzugt eine ebene Lichtaustrittsfläche, sodass sie ein Flächenstrahler ist. Für Kraftfahrzeuganwendungen gebräuchliche Leuchtdioden besitzen eine rechteckige Lichtaustrittsfläche, deren Kantenlänge zwischen 0,3 mm und 2 mm liegt und wobei das Rechteck auch ein Quadrat sein kann, zum Beispiel ein Quadrat von 1 mm Kantenlänge. Im Gegensatz zu Glühlampen oder Gasentladungslampen, die in den gesamten Raum und damit in einen Raumwinkel von ungefähr 4 π abstrahlen, emittiert die Halbleiterlichtquellen ihr Licht nur in den über ihrer Lichtaustrittsfläche liegenden Halbraum, der einem Raumwinkel von 2 π entspricht.
Der transparente Festkörper ist bevorzugt dazu eingerichtet, ein einfallendes Lichtbündel sowohl durch Lichtbrechung als auch durch interne Totalreflektionen umzuformen. Die Lichtbrechung findet dabei bevorzugt an einer Lichteintrittsseite und einer Lichtaustrittsseite statt, sowie es auch bei einer Linse der Fall ist. Die Totalreflektionen finden an einer Seitenfläche statt, die zwischen den lichtbrechenden Flächen liegt und diese verbindet.
Für Flächenstrahler, die in einen Raumwinkel von 2 Pi abstrahlen, stellt der transparente Festkörper ein sehr effizientes Mittel zum Sammeln und Bündeln des von der Halbleiterlichtquelle abgestrahlten Lichtes dar. Je nach Auslegung und verwendetem Material des transparenten Festkörpers kann typischerweise 80 % bis 90 % des von der Halbleiterlichtquelle abgestrahlten Lichts von dem transparenten Festkörper erfasst und gebündelt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung werden für ein Projektionslichtmodul mehrere Einzellichtmodule mit untereinander identischem Aufbau verwendet. Jedes Einzellichtmodul enthält eine Halbleiterlichtquelle, den als Primäroptik dienenden transparenten Festkörper, eine vertikale erste Blende mit einem rechteckigen Ausschnitt und eine Projektionslinse.
Das in der 1 dargestellte Einzellichtmodul 16 stellt bereits für sich ein Projektionslichtmodul dar. Das von der Lichtquelle in den Strahlengang 18 ausgehende Licht wird von einer Primäroptik gebündelt und in eine Zwischenlichtverteilung überführt, die sich zwischen der Primäroptik und der Projektionslinse 14 befindet. Die Primäroptik ist hier ein transparenter Festkörper der vorne beschriebenen Art. Die Projektionslinse befindet sich dabei in einem Abstand zur Zwischenlichtverteilung, welcher der objektseitigen Brennweite der Projektionslinse entspricht. Gleichzeitig befindet sich die Zwischenlichtverteilung im Lichtweg in einem Abstand hinter der Primäroptik, der etwa einer bildseitigen Brennweite der Primäroptik entspricht. In einer Entfernung von ihrer Lichtaustrittsseite, die groß gegenüber ihrer objektseitigen Brennweite ist, erzeugt die Projektionslinse ein scharfes Bild der Zwischenlichtverteilung im Vorfeld des Projektionsmoduls.
Die Blende 12 ist zwischen der Primäroptik und der Projektionslinse dort angeordnet, wo sich die Zwischenlichtverteilung im Abstand einer Brennweite der Projektionslinse vor der Projektionslinse befindet. Die Blende liegt damit ungefähr in einer Bildebene des transparenten Festkörpers und einer Objektebene der Projektionslinse. Die Blende weist wenigstens eine vertikal verlaufende Blendenkante 20 auf, welche die Zwischenlichtverteilung begrenzt, indem sie einen Teil der Zwischenlichtverteilung in Bezug auf die Projektionslinse abschattet. In einer bevorzugten Ausgestaltung hat die Blende einen rechteckigen Ausschnitt. Durch den Ausschnitt tritt ein Teil des von dem als Primäroptik dienenden transparenten Festkörper gebündelten Lichtes hindurch. Die Projektionslinse bildet das resultierende Zwischenbild in großer Entfernung vor dem Projektionslichtmodul ab. Das Zwischenbild entsteht in der Blendenebene als Folge der Begrenzung der Zwischenlichtverteilung durch die erste Blende.
Auf diese Weise erzeugt jedes Einzellichtmodul eine Lichtverteilung, die durch die Abstrahlcharakteristik der Lichtquelle, die Auslegung der optischen Eigenschaften des transparenten Festkörpers, die Größe und Form des Blendenausschnitts und die Abbildungseigenschaften der Projektionslinse wie Vergrößerung, Durchmesser und Abbildungsgüte bestimmt wird. Die Ausdehnung des Blendenausschnitts ist in einer bevorzugten Ausgestaltung in horizontaler Richtung kleiner als die horizontale Ausdehnung der von der Lichtquelle und dem transparenten Festkörper erzeugten Zwischenlichtverteilung. Auf diese Weise erzeugen die vertikalen Ränder des Blendenausschnitts eine vertikale Hell-Dunkel-Grenze.
Bevorzugt ist auch, dass der obere Rand des Ausschnitts tiefer liegt als der obere Rand der Zwischenlichtverteilung, sodass die von der Lichtquelle und dem transparenten Festkörper erzeugte Lichtverteilung über den Rand der Blendenöffnung hinaus reicht.
Um eine homogene Überlappung mit einem Abblendlicht zu erzeugen, zeichnet sich eine bevorzugte Ausgestaltung dadurch aus, dass der obere Rand ebenfalls über die Zwischenlichtverteilung hinausgeht, so dass sich auch nach unten ein kontinuierlicher Auslauf ergibt.
Ferner ist bevorzugt, dass der untere Rand der Blendenöffnung tiefer liegt als ein unterer Rand der von der Lichtquelle und dem transparenten Festkörper erzeugten Zwischenlichtverteilung. Bei der Abbildung der Zwischenlichtverteilung durch die Projektionslinse wird oben und unten vertauscht, sodass im Projektionslichtmodul insgesamt eine Lichtverteilung entsteht, die links, rechts und unten scharf begrenzt ist, während hingegen die Beleuchtungsstärke nach oben kontinuierlich abnimmt.
2 zeigt die mit dem Einzellichtmodul 16 aus der 1 erzeugte Einzellichtverteilung 22, wie sie sich auf einem in großer Entfernung vor dem Einzellichtmodul senkrecht stehenden Schirm einstellt. Die Horizontale H wird mitunter auch als H-H bezeichnet und entspricht der Lage des Horizontes. Die Vertikale V wird mitunter auch als V-V bezeichnet und kreuzt die Horizontale H im Durchstoßpunkt einer zur Fahrzeuglängsachse parallelen Achse des Fernlicht-Scheinwerfers durch den Schirm. Die Zahlenangaben geben jeweils Winkelabweichungen in Grad an, wobei diese Winkelabweichungen relativ zur Achse gemessen werden, die durch den Punkt (V = 0, H = 0) geht und zur Fahrzeuglängsachse parallel ist, und wobei der Scheitel des Winkels im Einzellichtmodul 16 liegt. Die geschlossenen Linienzüge der Einzellichtverteilung 22 sind Isoluxlinien. Die Helligkeit nimmt dabei von innen nach außen ab. Je kleiner der Abstand zwischen zwei benachbarten Isoluxlinien ist, desto stärker ist der Hell-Dunkel-Kontrast an dieser Stelle.
Die 3 zeigt eine Realisierung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Projektionslichtmoduls mit neun Einzellichtmodulen 16.1, 16.2, ..., 16.9 in einer Schrägansicht. Das Projektionslichtmodul 24 ist im Inneren eines Gehäuses 26 eines Kraftfahrzeugscheinwerfers 28 angeordnet. Eine Lichtaustrittsöffnung des Gehäuses wird durch eine transparente Abdeckscheibe 30 abgedeckt. Abweichend vom Gegenstand der 3 kann der Kraftfahrzeugscheinwerfer zusätzlich zu dem in 3 dargestellten Projektionslichtmodul weitere Lichtmodule enthalten, mit denen weitere Lichtverteilungen, seien es Scheinwerferlichtverteilungen oder Signallichtverteilungen, erzeugt werden. Beispiele von Scheinwerferlichtverteilungen sind ein breites Grundlicht zur Ausleuchtung des unter den Teilfernlichtstreifen liegenden Bereichs, ein Abblendlicht, oder ein Nebellicht. Beispiele von Signallichtverteilungen sind ein Blinklicht oder ein Tagfahrlicht. Die angegebenen Beispiele sollen nicht als abschließende Aufzählung verstanden werden.
Bei dem in der 3 dargestellten Projektionslichtmodul weist jedes Einzellichtmodul eine Ausrichtung seiner optischen Achse auf, die von den Ausrichtungen der optischen Achse der anderen Einzellichtmodule des Projektionslichtmoduls verschieden ist. Die x-Richtung liegt bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung des Projektionslichtmoduls parallel zur Fahrzeuglängsrichtung, während die y-Richtung parallel zur Querachse des Fahrzeugs und die z-Richtung parallel zur Hochachse des Fahrzeugs liegt. Die optischen Achsen der verschiedenen Einzellichtmodule des Projektionslichtmoduls liegen hier alle in einer weitestgehend horizontalen Ebene (x-y-Ebene).
Bei einem Projektionslichtmodul 24, das wie der Gegenstand der 3 mehrere Einzellichtmodule aufweist, wobei jedes Einzellichtmodul eine individuelle Ausrichtung seiner optischen Achse aufweist, leuchtet jedes Einzellichtmodul einen anderen Winkelbereich im Vorfeld des Projektionslichtmoduls aus. Um ein Teilfernlicht zu verwirklichen, ist es sinnvoll, dass diese Bereiche direkt aneinander grenzen oder sich teilweise überlappen. Auf diese Weise kann ein zusammenhängender Winkelbereich vollständig ausgeleuchtet werden.
Die 4 zeigt das Projektionslichtmodul 24 aus der 3 in einer Ansicht von oben und verdeutlicht damit die Lage der optischen Achsen 26.i mit i = 1 bis 9 in der horizontalen Ebene. Dabei ist zu erkennen, dass alle optischen Achsen 26.1, 26.2 bis 26.9 in der horizontalen Ebene einen unterschiedlichen Winkel zur Fahrtrichtung aufweisen. Die Fahrtrichtung ist dabei in dem dargestellten Beispiel mit der Richtung der optischen Achse 26.5 des mittleren Einzellichtmoduls 16.5 identisch. Die optische Achse des ersten Einzellichtmoduls von links weist einen Winkel von –4,5 Grad zur Fahrtrichtung auf. Das zweite Einzellichtmodul von links weist einen Winkel von –3,5 Grad zur Fahrtrichtung auf. Das dritte Einzellichtmodul weist einen Winkel von –2,5 Grad zur Fahrtrichtung auf. Das vierte Einzellichtmodul weist einen Winkel von –1,5 Grad zur Fahrtrichtung auf. Das sechste Einzellichtmodul weist einen Winkel von +1,5 Grad zur Fahrtrichtung auf. Das siebte Einzellichtmodul weist einen Winkel von +2,5 Grad zur Fahrtrichtung auf. Das achte Einzellichtmodul weist einen Winkel von +3,5 Grad zur Fahrtrichtung auf und das neunte Einzellichtmodul weist einen Winkel von +4,5 Grad zur Fahrtrichtung auf. Jedes Einzellichtmodul beleuchtet dabei eine horizontale Winkelbreite von ca. 2 bis 3 Grad.
Die 5 zeigt denselben Gegenstand wie die 4 und unterscheidet sich von der 4 dadurch, dass sie zusätzlich einen Strahlengang 18.1 des linken Einzellichtmoduls 16.1 zeigt.
Die 6 zeigt die im Vorfeld des Projektionslichtmoduls erzeugte Lichtverteilung 22.1 für den in der 5 dargestellten Fall, dass nur das erste Einzellichtmodul 16.1 eingeschaltet ist und eine Einzellichtverteilung 22.1 erzeugt.
Die 7 zeigt im Vergleich dazu eine von dem Projektionslichtmodul 24 aus 4 und 5 erzeugte Lichtverteilung für den Fall, dass nur das zweite Einzellichtmodul 16.2 eingeschaltet ist und eine Einzellichtverteilung 22.2 erzeugt. Aus den Winkelangaben auf der horizontalen Achse ergibt sich, dass sich die von benachbarten Einzellichtmodulen erzeugten Lichtverteilungen etwa jeweils zur Hälfte überdecken. Der linke Rand der Einzellichtverteilung 22.2 des zweiten Einzellichtmoduls 16.2 liegt etwa in der Mitte der Einzellichtverteilung 22.1 des ersten Einzellichtmoduls 16.1.
Mit dieser durch den Entwurf des Projektionslichtmoduls 24 gewählten Auslegung erzeugen einander benachbarte Einzellichtmodule Lichtverteilungen, die sich gegenseitig überlappen. Auf diese Weise wird die sich insgesamt ergebende Lichtverteilung homogener, wenn mehrere oder alle Lichtquellen angeschaltet sind. Der Begriff der Homogenität bezieht sich dabei auf die Helligkeit.
Die 8 zeigt die sich insgesamt im Vorfeld vor dem Projektionslichtmodul 24 einstellende Lichtverteilung für den Fall, dass alle Lichtquellen aller neun Einzellichtmodule 16.i mit i = 1 bis 9 des Projektionslichtmoduls eingeschaltet sind.
Die 9 zeigt das Projektionslichtmodul 24 aus der 3 in einer Ansicht von oben zusammen mit Strahlengängen 18.1, 18.2, 18.3, 18.6, 18.7, 18.8, 18.9, für den Fall, dass das von links aus gesehene vierte und fünfte Einzellichtmodul ausgeschaltet und die übrigen Einzellichtmodule 16.1 bis 16.3 und 16.6 bis 16.9 des Projektionslichtmoduls 24 eingeschaltet sind.
Die 10 zeigt die resultierende Lichtverteilung des Projektionslichtmoduls, die sich dann in dessen Vorfeld einstellt. Man erkennt, dass in diesem Fall ein Winkelbereich von ungefähr 0,5 Grad Breite entsteht, der nicht ausgeleuchtet ist. Dieser Schaltzustand wird zum Beispiel dann eingestellt, wenn sich in diesem Winkelbereich Gegenverkehr befindet. Der Gegenverkehr wird dabei zum Beispiel durch Radar- oder Bildauswertung detektiert, die Signale einer das Fahrzeugvorfeld beobachtenden Sensorik auswertet, was, wie auch die dann folgende Ansteuerung der Einzellichtmodule, bekannt ist und daher hier keiner weiteren Erläuterung bedarf.
Um zu erreichen, dass jedes Einzellichtmodul einen individuellen Winkelbereich ausleuchtet, kann anstelle einer Verkippung der gesamten Einzelmodule zueinander, wie sie unter Bezug auf die 4 bis 10 erläutert worden ist, auch jede Blendenöffnung von jedem Einzellichtmodul einen individuellen Versatz zur optischen Achse der zugehörigen Projektionslinse aufweisen, wobei die optischen Achsen aller Einzellichtmodule dann parallel bleiben. Die Primäroptiken müssen dann um denselben Versatz wie ihre zugehörigen Blenden verschoben werden, damit sie die Blende wieder gut ausleuchten. Ihre Achsen bleiben damit auch alle parallel. Die Hauptabstrahlrichtung der Einzellichtmodule ergibt sich jeweils aus der Lage der Blendenöffnung zur Mitte der Projektionslinse. Die Verbindungsgerade zwischen einem Punkt dieser Blendenöffnung und dem Mittelpunkt der Linse ergibt dann die Hauptabstrahlrichtung dieses Punktes. Bei der einen Versatz aufweisenden Ausgestaltung liegen diese optischen Achsen innerhalb eines Einzellichtmoduls parallel zueinander.
Dadurch bekommt jeder Spalt in der ersten Blende einen individuellen Versatz zum Brennpunkt der ihm zugeordneten Linse und wird daher in einen individuellen Winkelbereich abgebildet, der von Einzellichtmodul zu Einzellichtmodul unterschiedlich ist.
Das Ausmaß des Versatzes, also der Abstand der optischen Achsen innerhalb eines Einzellichtmoduls ist dann von Einzellichtmodul zu Einzellichtmodul individuell anders und bevorzugt so gewählt, dass sich wieder Lichtverteilungen ergeben, wie sie unter Bezug auf die 6, 7, 8 und 10 erläutert worden sind.
Diese Lösung ist herstellungstechnisch vorteilhaft, weil dann die Lichtquellen, die transparenten Festkörper und die Linsen und Blenden der verschiedenen Einzellichtmodule jeweils in einer Ebene liegen. Die Lichtquellen der Einzellichtmodule liegen also in einer Lichtquellenebene. Die Lichtaustrittsflächen der transparenten Festkörper liegen in einer zugeordneten Lichtaustrittsflächenebene, die Blenden liegen in einer Blendenebene, und die Projektionslinsen (bzw. deren miteinander vergleichbare optischen Flächen) liegen in einer eigenen Linsenebene.
Handelt es sich bei den Lichtquellen um surface mounted device-LEDs, dann können diese auf eine ebene Platine gelötet werden, was einfach und damit kostengünstig ist. Liegen die transparenten Festkörper in einer Ebene, so können sie zu einem einteiligen Primäroptikelement zusammengefasst werden. Insbesondere für Spritzgussteile ist die identische Orientierung der Lichteintrittsflächen eines solchen Primäroptikelements vorteilhaft, weil dadurch das gegossene Teil einfach aus dem Werkzeug entformt werden kann. Auch eine für die Blenden gemeinsame Blendenebene ist sehr vorteilhaft, weil dadurch die einzelnen Blenden mit jeweils einem Spalt zu einer Blende mit mehreren Spalten zusammengefasst werden können.
Um zu erreichen, dass jedes Einzellichtmodul einen unterschiedlichen Winkelbereich ausleuchtet, kann natürlich auch nur die Lage des Blendenausschnitts für jedes Einzellichtmodul individuell gewählt werden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, dass die Abstrahlrichtung der Leuchtdioden und/oder die Ausrichtung des zugehörigen transparenten Festkörpers so angepasst werden, dass der versetzte Blendenausschnitt ähnlich gut ausgeleuchtet wird wie dies für eine Ausgestaltung ohne einen solchen Versatz der Fall ist. Da hierdurch die Linse eventuell unsymmetrisch ausgeleuchtet wird, kann es auch sinnvoll sein, nach der individuellen Verschiebung der Blende den transparenten Festkörper seitlich so zu verschieben und zu neigen, dass sowohl die Blende aus auch die Linse gut ausgeleuchtet wird. Die Achsen der Festkörper sind dann nicht mehr parallel zueinander.
Um die Anzahl der benötigten Einzellichtmodule zu verringern, können mehrere Lichtquellen, transparente Festkörper und Blendenausschnitte oder Blenden pro Einzellichtmodul verwendet werden. Auf diese Weise kann ein Einzellichtmodul mehrere getrennte Unterbereiche der Lichtverteilung erzeugen, wobei jeder Winkelbereich dann von einer zugehörigen Lichtquelle beleuchtet oder auch nicht beleuchtet wird, je nachdem ob diese Lichtquelle eingeschaltet ist oder nicht eingeschaltet ist.
Die 11 zeigt eine Ausgestaltung eines Einzellichtmoduls in einer Schrägansicht, bei dem zwei LEDs 32a, 32b mit jeweils einer zugehörigen Primäroptik jeweils einen Ausschnitt einer Blende 12 ausleuchten. Die Primäroptiken sind wieder bevorzugt transparente Festkörper 10 der weiter vorne beschriebenen Art. Bei dem Gegenstand der 11 sind auch vertikale oder vertikale und horizontale dritte Blenden sinnvoll.
Die 12 zeigt den Gegenstand der 11 in einer Draufsicht zusammen mit den von den beiden LEDs erzeugten Strahlengängen.
Die 13 zeigt die erzeugte Lichtverteilung des Einzellichtmoduls 16 aus 12 für den Fall, dass beide LEDs eingeschaltet sind.
Unter ungünstigen Umständen könnte Störlicht von einem Einzellichtmodul in ein unmittelbar benachbartes Einzellichtmodul gelangen und in der Folge dann, wenn das benachbarte Einzellichtmodul zu einem auszublendenden (d. h. nicht zu beleuchtenden) Bereich gehört, eine ungewollte Blendung hervorrufen. Um dies zu verhindern, sieht eine Ausgestaltung vor, dass zwischen den Einzellichtmodulen eine oder mehrere lichtundurchlässige zweite Blenden 34 angebracht werden. Eine solche Ausgestaltung zeichnet sich demnach dadurch aus, dass zwischen jeweils zwei Einzellichtmodulen wenigstens eine lichtundurchlässige zweite Blende in Lichtausbreitungsrichtung zwischen der ersten Blende 12 und der Projektionslinse 14 oder zwischen der Primäroptik 10 und der ersten Blende 12 so angeordnet ist, dass die zweite Blende eine Einstrahlung von Licht aus einem Strahlengang eines ersten der zwei Einzellichtmodule in einen Strahlengang eines zweiten der zwei benachbarten Einzellichtmodule verhindert.
Die Flächen dieser Blenden liegen ungefähr parallel zu den optischen Achsen der Einzellichtmodule und sind vertikal ausgerichtet. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die zweite Blende jeweils eine spiegelnde Fläche auf, die dem Strahlengang zugewandt ist, aus dem potenziell störendes Störlicht auf die zweite Blende einfallen könnte. Dadurch kann einerseits eine Einstrahlung von Störlicht in benachbarte Einzellichtmodule unterdrückt werden. Andererseits kann dieses sonst verlorene Störlicht für das Einzellichtmodul, aus dessen Strahlengang es stammt, weitergenutzt werden. Die vertikale erste Blende 12, die zur Erzeugung der vertikalen Hell-Dunkel-Grenzen dient, und die zweiten Blenden 34, die das Störlicht unterdrücken sollen, können auch einteilig ausgeführt werden, also zum Beispiel als ein Blechbiegeteil mit einem ausgestanzten Loch.
Die 14 zeigt eine Ausgestaltung, bei der die zweiten Blenden, die zur Unterdrückung des Störlichts in benachbarten Module dienen, und die erste Blende, die zur Formung der Lichtverteilung für jedes Einzellichtmodul dient, einteilig ausgeführt ist. Die erste Blende und die zweite Blende sind daher Bestandteile eines einstückig und stoffschlüssig zusammenhängenden Bauteils 36.
In einer weiteren Ausgestaltung werden zusätzlich weitere, vorzugsweise verspiegelte dritte Blenden 38 eingesetzt, deren Flächen sich zwischen der Primäroptik 10 und der Fokusebene der Projektionslinse 14 erstrecken und die horizontal und ungefähr parallel zu der optischen Achse eines Einzellichtmoduls liegen, die von der Lichtquelle 32 und der Primäroptik 10 gebildet wird. Die Lage solcher Flächen wird bevorzugt so gewählt, dass sie einen wesentlichen Anteil des von der Anordnung aus Lichtquelle und zugehöriger Primäroptik ausgehenden Lichts abschatten oder reflektieren. Auf diese Weise haben diese Blenden neben der Funktion der Störlichtunterdrückung eine lichtformende Funktion. Die dritten Blenden können auch vertikal angeordnet sein oder es können dritte Blenden sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Anordnung verwendet werden.
Die 15 und 16 zeigen ein Ausführungsbeispiel mit einer solchen dritten Blende 38. Im Einzelnen zeigt die 15 eine seitliche Ansicht eines Einzellichtmoduls 16, bei dem eine zusätzliche dritte Blende 38 verwendet wird, die horizontal zwischen der Lichtaustrittsfläche der Primäroptik 10 und der vertikalen ersten Blende 12 mit dem Blendenausschnitt liegt. Die Unterseite der horizontalen Blende ist dem Strahlengang des Einzellichtmoduls zugewandt und bevorzugt verspiegelt. Die 16 zeigt eine Schrägansicht des Gegenstands aus der 15 von oben. Die 15 und 16 zeigen damit insbesondere ein Einzellichtmodul mit einer dritten Blende, die zwischen der Zwischenlichtverteilung und der Projektionslinse so angeordnet ist, dass sie den sich bei bestimmungsgemäßer Verwendung zwischen der Zwischenlichtverteilung und der Projektionslinse einstellenden Strahlengang in vertikaler Richtung begrenzt. Auch für die dritte Blende 38 gilt, dass sie mit der ersten Blende 12 einstückig und stoffschlüssig zusammenhängt. Dabei schließt sich die dritte Blende bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung des Projektionslichtmoduls an eine obere Kante der rechteckigen Öffnung der ersten Blende an.
Die Blende kann damit insgesamt als einteiliges Stanz- und/oder Biegeteil aus Blech hergestellt werden. Dies gilt sowohl dann, wenn das Bauteil nur eine erste Blende aufweist, oder wenn sie eine erste und eine zweite Blende oder eine erste und eine zweite und eine dritte Blende aufweist.
Die optische Achse von LED und Primäroptik ist beim Gegenstand der 15 und 16 um einen Winkel von 10 Grad gegen die optische Achse der dritten Blende 38 und Linse 14 nach unten verkippt, um die Abschattung von Licht durch die horizontal liegende dritte Blende zu verringern. Durch die Verspiegelung der Unterseite der horizontalen dritten Blende wird das Licht, das auf diesen Bereich fällt, reflektiert und erhöht damit den Lichtstrom im Blendenausschnitt im Vergleich zu einer nicht verspiegelten dritten Blende. Tritt das reflektierte Licht zusätzlich noch durch die Projektionslinse hindurch, dann wird der Lichtstrom in dem von diesem Einzellichtmodul ausgeleuchteten Teilbereich der Lichtverteilung vor dem Projektionslichtmodul erhöht.
Bei dem Entwurf wird das Einzellichtmodul bevorzugt so gestaltet, dass die maximale Beleuchtungsstärke der von der Primäroptik dieses Einzellichtmoduls erzeugten Lichtverteilung ungefähr im Fokuspunkt der Linse dieses Einzellichtmoduls liegt, wobei dieser Fokuspunkt wiederum leicht unterhalb der oberen Kante des Blendenausschnitts liegt. Auf diese Weise entsteht das Maximum der Lichtstärke bei einem vertikalen Winkel von ungefähr 0°Grad, was für die Erzeugung einer Fernlichtverteilung optimal ist.
Dadurch, dass die horizontale Blende auf der Höhe der oberen Kante des Blendenausschnitts der vertikalen Blende liegt, bildet das reflektierte Licht ebenfalls ein Maximum knapp unterhalb von der oberen Kante. Daher ist es möglich, durch die horizontale verspiegelte dritte Blende das Maximum der Beleuchtungsstärke zu erhöhen. Um den Lichtstrom und/oder die Lichtstärke der Einzellichtmodule und damit die Helligkeit in den einzelnen beleuchteten Teilbereichen zu erhöhen, können einzelne Blendenausschnitte auch durch mehrere Lichtquellen mit zugehörigen transparenten Festkörpern beleuchtet werden. Es ist auch möglich, dass einzelne transparente Festkörper das Licht mehrerer Lichtquellen bündeln. Das heißt, dass die Anzahl der Lichtquellen größer sein kann als die Anzahl der benötigten, als Primäroptik dienenden transparenten Festkörper. Das umgekehrte gilt aber nicht. Im linken und im rechten äußeren Rand der Lichtverteilung, der die Bereiche links und rechts der Fahrbahn beleuchtet, ist in der Regel eine stetige Abnahme der Lichtstärke nach außen hin erwünscht. Außerdem kann in diesem Bereich die horizontale Breite der ausblendbaren Bereiche größer gewählt werden, weil sich in diesen Bereichen in der Regel kein anderes Kraftfahrzeug bewegt.
Die 17 zeigt ein Einzellichtmodul 16 mit einer für Randbereiche der Lichtverteilung adaptierten Ausgestaltung der ersten Blende. Bei diesem Einzellichtmodul, mit dem ein äußerer Teilbereich der Lichtverteilung erzeugt wird, schattet die erste Blende, die von der Lichtquelle und der Primäroptik erzeugte Zwischenlichtverteilung nur auf einer Seite und/oder oben ab. Mit anderen Worten: in Einzellichtmodulen, mit denen äußere Teilbereiche einer sich im Vorfeld einstellenden Summenlichtverteilung des Projektionslichtmoduls erzeugt werden, wird bevorzugt eine erste Blende verwendet, welche die Zwischenlichtverteilungen nur auf einer Seite und/oder bei bestimmungsgemäßer Verwendung nach oben abschattet. Die 18 zeigt einen mit dem Gegenstand der 17 erzeugte Lichtverteilung, die zum rechten Rand hin und nach oben keine scharfe Hell-Dunkel-Grenze aufweist. Denkt man an ein mehrzeiliges System, wie es die 21 zeigt, ist auch so eine Randblende mit einer Abschattung zur Seite und/oder nach unten beziehungsweise zur Seite und/oder nach oben und nach unten möglich.
Die 19 zeigt ein Projektionslichtmodul, dessen äußere Einzellichtmodule mit solchen ersten Blenden ausgerüstet sind. Dabei sind zwei Lichtmodule ausgeschaltet, und die übrigen Lichtmodule sind eingeschaltet. Die 20 zeigt die für diesen Schaltzustand mit dem Gegenstand der 19 erzeugte Lichtverteilung. In diesem Fall sind die Lichtquellen von zwei Einzellichtmodulen ausgeschaltet um ein Teilfernlicht mit einem ausgeblendeten Bereich zu erzeugen.
Um auch in vertikaler Richtung eine Aufteilung in beleuchtete und abgeblendete Bereiche zu erzielen, können die gleichen Lösungen verwendet werden wie für die horizontale Aufteilung. So kann zum Beispiel die optische Achse von einem oder mehreren Einzellichtmodulen in vertikaler Richtung verkippt werden, um den ausgeleuchteten Bereich in vertikaler Richtung zu verschieben. Alternativ kann die Linse in vertikaler Richtung zur optischen Achse versetzt werden. Für eine solche Lösung ist es vorteilhaft, wenn die Einzellichtmodule, die einen Bereich ausleuchten, der links, rechts und oberhalb von weiteren Lichtverteilungen ausgeleuchtet werden kann, zu ihren Nachbarn, eine scharfe Hell-Dunkel-Grenze aufweisen, während die Einzellichtmodule, die nach links, rechts oder obenhin keine angrenzenden Lichtverteilung haben, die in dieser Richtung eine kontinuierlich weniger hell werdende Lichtverteilung ohne scharfe Hell-Dunkel-Grenze erzeugen sollte. Die scharfe Hell-Dunkel-Grenze wird, wie bereits beschrieben, dadurch erzeugt, dass die vertikale Blende in der Fokusebene der Linse eine oder mehrere Kanten aufweist, welche die von der Lichtquelle und der Primäroptik erzeugte Lichtverteilung in geeigneter Weise abschatten.
Die 21 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Projektionslichtmoduls, bei dem eine erste Zeile 40 und vertikal darüber eine zweite Zeile 42 von Einzellichtmodulen angeordnet sind. Die untere Reihe oder Zeile der Einzellichtmodule leuchtet einen unteren vertikalen Bereich von ungefähr –0,6 Grad bis 1 Grad aus, und die obere Reihe oder Zeile leuchtet einen vertikalen Bereich von ungefähr 1 Grad bis 4,6 Grad aus.
Die vertikale Aufteilung der ausgeleuchteten Bereiche wird hier dadurch realisiert, dass die optischen Achsen der oberen Reihe von Einzellichtmodulen gegenüber den optischen Achsen der unteren Einzellichtmodule in vertikaler Richtung um 1,6 Grad nach oben verkippt sind.
Es ist zu erkennen, dass es durch die Auftrennung in zwei separat ausleuchtbare Winkelbereiche in vertikaler Richtung möglich wird, ein Teilfernlicht zu realisieren, bei dem auch oberhalb oder unterhalb eines auszublendenden Bereichs die Umgebung ausgeleuchtet wird.
Die 21 zeigt damit insbesondere ein Projektionslichtmodul, bei dem die Einzellichtmodule, die bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung einen Bereich ausleuchten, der mit seiner linken Seite und/oder mit seiner rechten Seite und/oder mit seiner oberen Seite und/oder der unteren Seite (nämlich für die oberen Pixel) an einen Nachbarbereich angrenzt, der jeweils von einem weiteren Einzellichtmodul ausgeleuchtet werden kann, eine Blendenkante aufweisen, mit der zu diesem jeweiligen Nachbarbereich eine scharfe, durch die Blendenkante erzeugte Hell-Dunkel-Grenze erzeugt wird, während die Einzellichtmodule, an die nach links, rechts oder oben kein weiterer solcher Nachbarbereich angrenzt, dazu eingerichtet sind in dieser jeweiligen Richtung eine kontinuierlich auslaufende und nicht von einer Blendenkante begrenzte Lichtverteilung zu erzeugen. Die 22 zeigt die resultierende Lichtverteilung für den Fall, dass zwei Einzellichtmodule der unteren Reihe ausgeschaltet sind.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Einzellichtmodule zueinander beliebig angeordnet sein können. Die Einzellichtmodule müssen also zum Beispiel nicht in einer horizontalen Ebene zueinander versetzt angeordnet sein. Die freie Wählbarkeit der Lage der Einzellichtmodule zueinander erlaubt eine relativ freie Gestaltung des Erscheinungsbildes des Projektionslichtmoduls. Eine weitere Gestaltungsmöglichkeit des Projektionslichtmoduls besteht darin, die Randflächen der Linsen frei zu gestalten. Die Linsenränder müssen insbesondere nicht kreisförmig sein, sondern die Form des Rands kann grundsätzlich frei gewählt werden, solange die lichttechnische Funktion der Linse dadurch noch ausreichend erfüllt wird.
So ist zum Beispiel eine rechteckige, eine ovale, eine dreieckige, eine trapezförmige oder tropfenförmige Randform möglich. Auch können die Linsen der Einzellichtmodule zu einem oder mehreren optischen Bauteilen verschmolzen werden, indem die Linsenflächen erweitert oder miteinander verschnitten werden, was im Entwurfsstadium stattfindet. Auch dies ist nur möglich, solange die lichttechnische Funktion des entstehenden optischen Bauteils dadurch noch ausreichend erfüllt wird. Um in den einzelnen Beleuchtungsregionen eine homogenere Lichtverteilung, also eine gleichmäßigere Verteilung der Helligkeit zu erreichen, können zusätzlich Lichtleiter verwendet werden, die sich zwischen den Lichtaustrittsflächen der Primäroptik und den vertikalen ersten Blenden befinden.
Der Lichtleiter kann ein dielektrischer Lichtleiter sein, der zum Beispiel aus Glas oder einem transparenten Kunststoff besteht und der das Licht durch Totalreflexion vielfach reflektiert. Alternativ oder ergänzend kann der Lichtleiter Flächen mit metallischer Verspiegelung aus zum Beispiel Aluminium aufweisen und das Licht dann durch metallische Reflexion reflektieren. Die 23 und 24 zeigen ein Beispiel für ein Einzellichtmodul, bei dem ein zusätzlicher dielektrischer Lichtleiter 44 aus einem Glas kurz vor der vertikalen Blende angeordnet ist. Der Lichtleiter hat eine quadratische Lichteintrittsfläche und eine quadratische Lichtaustrittsfläche, deren Flächennormalen auf der optischen Achse liegen, die von der Lichtquelle und der Primäroptik gebildet wird. Die Seitenflächen bilden vier rechteckige Flächen, deren Flächennormalen ungefähr senkrecht zur optischen Achse liegen, die von der Lichtquelle und der Primäroptik gebildet wird.
In dem Lichtleiter wird ein wesentlicher Teil der Strahlen mindestens einmal an den Seitenflächen reflektiert. Auf diese Weise findet eine Homogenisierung der Lichtverteilung statt, die an der Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters entsteht. Die Lichtaustrittsfläche liegt nur kurz vor der vertikalen Blende, die einen rechteckigen Ausschnitt aufweist, der etwa gleich groß ist wie die Lichtaustrittsfläche des Lichtleiters. Auf diese Weise erzeugt das gesamte Einzellichtmodul eine relativ homogene und in allen Richtungen scharf begrenzte Lichtverteilung, wie sie in der 25 gezeigt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2278217 [0002, 0003]
EP 2280215 [0004, 0005]

Claims

Zur Erzeugung einer Teilfernlicht-Lichtverteilung eingerichtetes Projektionslichtmodul (24) für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer (28), mit mehreren Einzellichtmodulen (16), von denen jedes eine Halbleiterlichtquelle, eine Primäroptik (10), eine erste Blende (12) und eine Projektionslinse (14) aufweist, wobei die Primäroptik dazu eingerichtet und angeordnet ist, von der Halbleiterlichtquelle ausgehendes Licht zu sammeln und die erste Blende mit dem gesammelten Licht zu beleuchten, so dass sich eine von der ersten Blende begrenzte Zwischenlichtverteilung ergibt, und wobei die Projektionslinse dazu eingerichtet und angeordnet ist, die Zwischenlichtverteilung in ein im Lichtweg hinter der Projektionslinse liegendes Vorfeld des Projektionslichtmoduls abzubilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Primäroptik ein transparenter Festkörper (10) ist, der zur Beleuchtung der Blende beitragende lichtbrechende erste Flächen und spiegelnd reflektierende zweite Flächen aufweist, und dass die erste Blende wenigstens eine bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Projektionslichtmoduls vertikal verlaufende Blendenkante (20) aufweist, welche die Zwischenlichtverteilung begrenzt.
Projektionslichtmodul (24) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Blende eine rechteckige Öffnung aufweist, die auf einer Seite von der vertikal verlaufenden Blendenkante begrenzt wird.
Projektionslichtmodul (24) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung der rechteckigen Öffnung in bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Projektionslichtmoduls horizontaler Richtung kleiner ist als die horizontale Ausdehnung des Lichtbündels, mit dem die Primäroptik die erste Blende beleuchtet.
Projektionslichtmodul (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Einzellichtmodul eine Hauptabstrahlrichtung aufweist und dass die Hauptabstrahlrichtungen benachbarter Einzellichtmodule in einer bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Projektionslichtmoduls horizontalen Ebene einen von Null verschiedenen Winkel miteinander einschließen.
Projektionslichtmodul (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Blendenöffnung von jedem Einzellichtmodul einen individuellen Versatz zur optischen Achse der zugehörigen Projektionslinse aufweist, wobei die optischen Achsen aller Einzellichtmodule parallel bleiben, und wobei die Primäroptiken um denselben Versatz wie ihre zugehörigen Blenden versetzt sind.
Projektionslichtmodul (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einzellichtmodul eine Lichtquelle, eine Primäroptik und eine Blende sowie eine weitere Lichtquelle, eine weitere Primäroptik und eine weitere Blende aufweist, wobei die Blende über die Primäroptik mit Licht der Lichtquelle beleuchtet wird, so dass sich eine Zwischenlichtverteilung ergibt und wobei die weitere Blende über die weitere Primäroptik mit Licht der weiteren Lichtquelle beleuchtet wird, so dass sich eine weitere Zwischenlichtverteilung ergibt, und wobei eine einzige Projektionslinse des Einzellichtmoduls dazu eingerichtet und angeordnet ist, sowohl die Zwischenlichtverteilung als auch die weitere Zwischenlichtverteilung in das Vorfeld des Projektionslichtmoduls abzubilden.
Projektionslichtmodul (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeweils zwei Einzellichtmodulen wenigstens eine lichtundurchlässige zweite Blende (34) in Lichtausbreitungsrichtung zwischen der ersten Blende (12) und der Projektionslinse (14) oder zwischen der Primäroptik und der ersten Blende (12) so angeordnet ist, dass die zweite Blende eine Einstrahlung von Licht aus einem Strahlengang eines ersten der zwei Einzellichtmodule in einen Strahlengang eines zweiten der zwei Einzellichtmodule verhindert.
Projektionslichtmodul (24) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Blende eine spiegelnde Fläche aufweist.
Projektionslichtmodul (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Blende und die zweite Blende ein einstückig und stoffschlüssig zusammenhängendes Bauteil sind.
Projektionslichtmodul (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine dritte Blende (38), die zwischen der Zwischenlichtverteilung und der Projektionslinse oder zwischen der Primäroptik und der Zwischenlichtverteilung so angeordnet ist, dass sie den sich bei bestimmungsgemäßer Verwendung zwischen der Zwischenlichtverteilung und der Projektionslinse einstellenden Strahlengang oder den sich zwischen der Primäroptik und der Zwischenlichtverteilung einstellenden Strahlengang in vertikaler Richtung begrenzt.
Projektionslichtmodul (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die dritte Blende an eine bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Projektionslichtmoduls obere Kante der rechteckigen Öffnung der ersten Blende anschließt und mit der ersten Blende einstückig und stoffschlüssig zusammenhängt.
Projektionslichtmodul (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Einzellichtmodulen, mit denen äußere Teilbereiche einer sich im Vorfeld einstellenden Summenlichtverteilung des Projektionslichtmodules erzeugt werden, eine erste Blende verwendet wird, welche die Zwischenlichtverteilung nur auf einer Seite und/oder bei bestimmungsgemäßer Verwendung oben abschattet.
Projektionslichtmodul (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellichtmodule so angeordnet sind, dass eine optische Achse von wenigstens einem der Einzellichtmodule aus einer bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Projektionslichtmoduls horizontalen Ebene heraus gedreht angeordnet ist.
Projektionslichtmodul (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzellichtmodule, die bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung einen Bereich ausleuchten, der mit seiner linken Seite, und/oder mit seiner rechten Seite und/oder mit seiner oberen Seite an einen Nachbarbereich angrenzt, der jeweils von einem weiteren Einzellichtmodul ausgeleuchtet werden kann, eine Blendenkante aufweisen, mit der zu diesem jeweiligen Nachbarbereiche eine scharfe durch die Blendenkante erzeugte Hell-Dunkel-Grenze erzeugt wird, während die Einzelmodule, an die nach links, rechts oder oben kein weiterer solcher Nachbarbereich angrenzt, dazu eingerichtet sind in dieser jeweiligen Richtung eine kontinuierlich auslaufende und nicht von einer Blendenkante begrenzte Lichtverteilung zu erzeugen.
Projektionslichtmodul (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionslinsen der Einzellichtmodule Bestandteile eines einstückig und stoffschlüssig zusammenhängenden transparenten Festkörpers sind.
Projektionslichtmodul (24) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtleiter in dem Strahlengang angeordnet ist, der zwischen der Lichtaustrittsfläche der Primäroptik eines Einzellichtmoduls und der bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Projektionslichtmoduls vertikal verlaufenden Blendenkante verläuft, welche die Zwischenlichtverteilung begrenzt.