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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug (Kfz) gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Laserlichtquellen (z.B. Halbleiterlaser, Laserdioden) bieten eine Reihe von vorteilhaften Eigenschaften, wie z.B. eine vergleichsweise kleine lichtaussendende Fläche, hohe Strahlungsintensitäten, sowie die Ausstrahlung von weitgehend kollimierten Lichtbündeln. Mit Laserlichtquellen können daher Lichtverteilungen mit hoher Intensität bereitgestellt werden. Außerdem lassen sich optische Systeme mit kleineren Brennweiten und stärker gebündelten Strahlungsverläufen aufbauen, als für konventionelle Lichtquellen wie Glühlampen oder Leuchtdioden. Dadurch lassen sich optische Systeme auf vergleichsweise geringem Bauraum und mit kleinen Lichtaustrittsflächen realisieren und die Gestaltungsfreiheit beim Design der Beleuchtungseinrichtung kann erhöht werden.
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Das abgestrahlte Licht einer Kfz-Beleuchtungseinrichtung muss eine weitgehend reglementierte Farbverteilung und/oder Farbtemperatur aufweisen, z.B. ist für Kfz-Scheinwerfer weißes Mischlicht erwünscht bzw. gesetzlich vorgeschrieben.
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Die Umwandlung des von einer Laserlichtquelle abgegebenen monochromatischen Lichts in polychromatisches oder weißes Licht kann mit einem Lichtumwandlungselement erfolgen. Dieses ist im Strahlengang des Laserlichts angeordnet und derart ausgebildet, dass es durch das eingestrahlte Licht zur Abgabe von Licht mit den gewünschten spektralen Eigenschaften angeregt wird. Solche Lichtumwandlungselemente sind z.B. als Lumineszenzkonverter ausgebildet. Sie weisen z.B. einen Lumineszenzfarbstoff auf, wobei das eingestrahlte Primärlicht (z.B. Licht mit einer Primärwellenlänge) das Lichtumwandlungselement zur Fotolumineszenz, Fluoreszenz oder Phosphoreszenz anregt. Dadurch gibt das Lichtumwandlungselement selbst Licht mit wenigstens einer anderen, in der Regel längeren, Wellenlänge als Sekundärlichtverteilung ab, oder wirkt direkt als Mischlichtquelle für Licht mit einem vergrößerten Spektralbereich. Die Sekundärlichtverteilung speist die von der Beleuchtungseinrichtung abgegebene Lichtverteilung.
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Im Bereich der Beleuchtungseinrichtungen für Kraftfahrzeuge (Kfz) werden verschiedene Arten der ausgestrahlten Lichtverteilungen unterschieden, deren Eigenschaften weitgehend gesetzlich geregelt sind. Insbesondere ist eine abgeblendete Lichtverteilung und eine Fernlichtverteilung vorgesehen, jedoch sind auch weitere Lichtverteilungen wie Seitenausleuchten oder Nebellicht bekannt.
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Die abgeblendete Lichtverteilung weist grundsätzlich eine abschnittsweise horizontal verlaufende Hell-Dunkel-Grenze auf, wobei der ausgeleuchtete Bereich sich unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze insbesondere im Vorfeld des Kfz befindet. Durch den abgedunkelten Bereich oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze wird eine direkte Blendung von entgegenkommenden oder vorausfahrenden Fahrzeugen vermieden. Die Hell-Dunkel-Grenze kann auch komplexere Formen aufweisen, um eine bessere Fahrbahnausleuchtung zu erzielen, z.B. eine sog. "z-shape" Hell-Dunkel-Grenze mit wenigstens zwei vertikal gegeneinander versetzten, horizontal verlaufenden Abschnitten. Bekannt ist außerdem, dass die abgeblendete Lichtverteilung als Überlagerung von z.B. zwei funktional verschiedenen Lichtverteilungen erzeugt wird. Beispielsweise kann die abgeblendete Lichtverteilung eine Grundlichtverteilung und einen Abblendlicht-Zusatzspot aufweisen. Die Grundlichtverteilung ist z.B. ein breitgestreutes Lichtband, welches das Fahrzeugvorfeld möglichst homogen ausleuchtet und eine im Wesentlichen horizontal verlaufende Hell-Dunkel-Grenze aufweist. Der Abblendlicht-Zusatzspot kann zur Erhöhung der Reichweite in einem sich unmittelbar an die Hell-Dunkel-Grenze anschließenden außermittigen, von der Gegenverkehrseite abgewandten Bereich, vorgesehen sein und ebenfalls eine obere Hell-Dunkel-Grenze aufweisen. Die abgeblendete Lichtverteilung kann jedoch auch einheitlich, also nicht als Überlagerung mehrerer Teillichtverteilungen erzeugt werden.
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Die Fernlicht-Lichtverteilung erstreckt sich zumindest abschnittsweise oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze und hat daher eine vergleichsweise größere Reichweite. Die Fernlichtverteilung kann dabei mit der abgeblendeten Lichtverteilung unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze überlappen. Auch hier ist es bekannt, dass die Fernlicht-Lichtverteilung als Überlagerung mehrere Teil-Lichtverteilungen, z.B. einer Fernlicht-Basis-Lichtverteilung und einer im Vergleich hierzu insbesondere mittig oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze konzentrierten Fernlicht-Zusatzspot-Lichtverteilung erzeugt wird.
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Zunehmend ist es erwünscht, mehrere der genannten Lichtfunktionen in einem Lichtmodul zu integrieren. Bei Lichtmodulen mit Laserlichtquellen ist dies mit dem Problem verbunden, dass das Laserlicht nicht direkt, sondern erst nach Umwandlung mit dem Lichtumwandlungselement genutzt werden kann.
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Die
EP 2 318 752 B1 beschreibt eine Beleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Hierbei wird das Licht einer Laserlichtquelle mit einem optischen Schalter wahlweise auf verschiedene Leuchtstoffelemente zur Lichtumwandlung gelenkt, welchen jeweils ein optisches Element zur Umlenkung des erzeugten Lichts in einen Lichtausgangsstrahl individuell zugeordnet ist. Insofern sind hier mehrere verschiedene Lichtausgangsmodule vorgesehen, die jeweils Bauraum beanspruchen und für einen zuverlässigen Betrieb aufeinander abgestimmt werden müssen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungseinrichtung bereitzustellen, mit der sich die vorteilhaften Eigenschaften einer Laserlichtquelle auf kleinem Bauraum und mit hoher Betriebssicherheit nutzbar machen lassen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug (Kfz) gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Beleuchtungseinrichtung weist eine insbesondere aktivierbare und deaktivierbare Laserlichtquelle zur Ausstrahlung eines Primärlichtbündels von Laserlicht auf, welches insbesondere eine erste Wellenlänge oder Licht in einem ersten Wellenlängenbereich umfasst. Ferner ist ein Lichtumwandlungselement vorgesehen, welches derart angeordnet ist, dass das Primärlichtbündel auf das Lichtumwandlungselement trifft und welches dazu ausgebildet ist, durch Einstrahlung des Primärlichtbündels zur Abgabe einer Sekundärlichtverteilung angeregt zu werden, welche wenigstens eine weitere Wellenlänge oder Licht in einem weiteren Wellenlängenbereich aufweist. Ferner ist eine Optikeinrichtung vorgesehen, mittels welcher die Sekundärlichtverteilung in eine abgestrahlte Lichtverteilung der Beleuchtungseinrichtung umformbar ist, z.B. reflektierbar oder projizierbar. Die Optikeinrichtung ist zwischen einer Mehrzahl, insbesondere diskreten, Optikkonfiguration schaltbar. Zumindest aber ist die Optikeinrichtung zwischen einer ersten Optikkonfiguration und einer zweiten Optikkonfiguration schaltbar.
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Dabei ist die Optikeinrichtung derart ausgebildet, dass das Primärlichtbündel bei Vorliegen der verschiedenen Optikkonfigurationen (also insbesondere sowohl bei Vorliegen der ersten, als auch der zweiten Optikkonfiguration) auf das Lichtumwandlungselement trifft. Darüber hinaus ist die Optikeinrichtung derart ausgebildet, dass im Betrieb der Beleuchtungseinrichtung bei Vorliegen verschiedener Optikkonfiguration jeweils eine zugeordnete abgestrahlte Lichtverteilung erzeugt wird. Die jeweiligen abgestrahlten Lichtverteilungen können voneinander verschieden sein. Insbesondere wird bei Vorliegen der ersten Optikkonfiguration eine erste abgestrahlte Lichtverteilung und bei Vorliegen der zweiten Optikkonfiguration eine zweite abgestrahlte Lichtverteilung erzeugt, wobei erste und die zweite abgestrahlte Lichtverteilung unterschiedlich sind.
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Mit der beschriebenen Ausgestaltung lassen sich die den verschiedenen abgestrahlten Lichtverteilungen zugeordneten Lichtfunktionen in einem einzigen Lichtmodul integrieren. Die vorstehend für die Beleuchtungseinrichtungseinrichtung genannten Merkmale können insofern insbesondere in einem Lichtmodul zusammengefasst sein, welches beispielsweise ein eigenes Lichtmodulgehäuse aufweist.
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Da die Sekundärlichtverteilung, welche die beiden möglichen abgestrahlten Lichtverteilungen speist, mit einer gemeinsamen Laserlichtquelle und einem gemeinsamen Lichtumwandlungselement erzeugt werden, kann die Beleuchtungseinrichtung mit vergleichsweise wenigen Teilen und auf kompakte Weise aufgebaut werden.
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Mit der Laserlichtquelle können auf effiziente Weise intensive, insbesondere fokussierte Lichtverteilungen erzeugt werden. Die Optikeinrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass in den beiden Optikkonfigurationen verschiedene Zusatz-Lichtverteilungen wie ein Abblendlicht-Zusatzspot und/oder ein Fernlicht-Zusatz-Spot erzeugt werden. Denkbar ist dann insbesondere, dass die Basislichtverteilung für Abblendlicht und Fernlicht mit anderen Lichtquellen gespeist wird. Die Bereitstellung der Basislichtverteilung mit konventionellen Lichtquellen kann vorteilhaft sein, da diese kostengünstige, robuste, und insbesondere bei höheren Temperaturen betriebssichere Alternativen zu Laserlichtquellen sind.
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Im Strahlengang nach der Laserlichtquelle trifft das Primärlichtbündel auf das Lichtumwandlungselement. Dieses gibt dann die Sekundärlichtverteilung ab, welche durch einen Lichtaustrittsabschnitt der Beleuchtungseinrichtung austritt und die vorzugsweise um eine Hauptabstrahlrichtung konzentrierte abgestrahlte Lichtverteilung der Beleuchtungseinrichtung bildet. Wie eingangs beschrieben, ist das Lichtumwandlungselement dazu ausgebildet, das Laserlicht des Primärlichtbündels, welches je nach Ausgestaltung der Laserlichtquelle nahezu monochromatisch sein kann, in das Licht der Sekundärlichtverteilung umzuwandeln, insbesondere in polychromatisches oder weißes Licht. Hierzu ist das Lichtumwandlungselement insbesondere als Photolumineszenzelement ausgebildet, welches zumindest einen Anteil von Licht des Primärlichtbündels mit einer ersten Wellenlänge in Licht mit wenigstens einer weiteren Wellenlänge konvertiert. In der Regel streut das Photolumineszenzelement zusätzlich einen Anteil des Primärlichtbündels. Das gestreute Licht und das durch Photolumineszenz umgewandelte Licht können sich dann additiv überlagern und zu dem gewünschten (z.B. weißen) Mischlicht führen. Je nach Ausgestaltung kann der Konverter auch derart ausgebildet, dass er nach Anregung mit dem Primärlichtbündel direkt Mischlicht oder Weißlicht emittiert. Grundsätzlich ist auch eine vollständige Umwandlung des eingestrahlten Lichts durch Photolumineszenz denkbar.
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Die Optikeinrichtung kann grundsätzlich im Strahlengang zwischen Laserlichtquelle und Lichtumwandlungselement, oder nach dem Lichtumwandlungselement, oder auch an beiden Stellen wirken. Das Lichtumwandlungselement dient der Beleuchtungseinrichtung als eigentliche Lichtquelle, welche das Nutzlicht der Beleuchtungseinrichtung erzeugt und eine den Sicherheitsvorschriften entsprechende Strahlung abgibt.
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Vorzugsweise ist die Optikeinrichtung nur in eine erste und in eine zweite Optikkonfiguration schaltbar, wodurch mit einfachem Aufbau ein Bi-funktionslicht bereitgestellt werden kann.
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Die Optikeinrichtung ist vorzugsweise mechanisch zwischen den Optikkonfigurationen schaltbar. Hierzu kann ein zugeordneter Schaltantrieb zur Herstellung der ersten und der zweiten Optikkonfiguration vorgesehen sein.
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Die Optikeinrichtung kann auch ein aktiv ansteuerbares, adaptives optisches Element aufweisen. Ein solches adaptives optisches Element kann z.B. eine gezielt änderbare Form aufweisen, z.B. eine adaptive Spiegelfläche und/oder eine adaptive Linsenoberfläche. Beispielsweise kann eine adaptive Linse eine gezielt formveränderbare Linsenhülle aufweisen, wie z.B. mit einer Flüssigkeit oder mehreren Flüssigkeiten gefüllt ist. Die adaptive Formveränderlichkeit wird dann durch eine Beeinflussung der Flüssigkeit erreicht.
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Vorzugsweise ist nur ein einziges Lichtumwandlungselement vorgesehen. Dieses ist insbesondere zusammenhängend, vorzugsweise einstückig, ausgebildet. Das Lichtumwandlungselement ist z.B. plattenartig mit einer Lichteinstrahlfläche und einer dieser gegenüberliegenden Lichtabgabefläche ausgebildet. Dabei ist das Lichtumwandlungselement insbesondere derart angeordnet, dass auf die Lichteinstrahlfläche das Primärlichtbündel eingestrahlt wird und von der Lichtabgabefläche die Sekundärlichtverteilung abgegeben wird.
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Insbesondere ist das Primärlichtbündel derart auf die Lichteinstrahlfläche konzentriert, dass die Sekundärlichtverteilung im räumlichen Mittel betrachtet von einem Fokusbereich auf der Lichtabgabefläche abgestrahlt wird. Wie nachfolgend noch näher erläutert, kann beispielsweise durch eine schaltbare Primäroptik die Form des Fokusbereichs verändert werden, was zu verschiedenen abgestrahlten Lichtverteilungen führt. Andererseits kann eine in Bezug auf den Fokusbereich verlagerbare Abstrahloptikeinrichtung vorgesehen sein, um die verschiedenen abgestrahlten Lichtverteilungen zu erzielen, wie weiter unten erläutert.
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Die Beleuchtungseinrichtung weist insbesondere nur eine einzige Laserlichtquelle auf. Durch die beschriebenen Ausgestaltungen können mit dieser einen Laserlichtquelle wahlweise verschiedene Lichtverteilungen gespeist werden.
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Die Optikeinrichtung umfasst vorzugsweise eine dem Lichtumwandlungselement im Strahlengang nachgeordnete gemeinsame Abstrahloptikeinrichtung, welche bei Vorliegen der ersten und bei Vorliegen der zweiten Optikkonfiguration die Sekundärlichtverteilung teilweise oder ganz erfasst und in die abgestrahlte Lichtverteilung umformt bzw. umlenkt. Insofern ist nur eine gemeinsame Abstrahloptikeinrichtung nötig. Die Beleuchtungseinrichtung kann mit geringem Bauraum realisiert werden.
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Die Abstrahloptikeinrichtung kann relativ zu dem Lichtumwandlungselement bewegbar angeordnet sein, nämlich bewegbar in eine erste Position, die der ersten Optikkonfiguration zugeordnet ist, und bewegbar in eine zweite Position, die der zweiten Optikkonfiguration zugeordnet ist. Durch Bewegung der Abstrahloptikeinrichtung relativ zu dem Lichtumwandlungselement wird die von dem Lichtumwandlungselement abgegebene Sekundärlichtverteilung in unterschiedliche abgestrahlte Lichtverteilungen umgeformt.
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Vorzugsweise weist die Abstrahloptikeinrichtung einen verlagerbaren Umlenkreflektor auf, welcher in eine erste Position und in eine zweite Position bewegbar ist. Der Umlenkreflektor ist vorzugsweise derart gewölbt ausgebildet, dass ein Brennbereich (insbesondere Brennpunkt oder Brennlinie) definiert ist, wobei bei Vorliegen nur einer der beiden Optikkonfigurationen der Brennbereich in dem Lichtumwandlungselement liegt (oder in einem Fokusbereich, von welchem im räumlichen Mittel die Hauptintensität der Sekundärlichtverteilung ausgeht). Insofern liegt nur bei Vorliegen einer der beiden Optikkonfigurationen der Brennpunkt auf dem Lichtumwandlungselement bzw. auf dem Fokusbereich, oder die Brennlinie verläuft durch das Lichtumwandlungselement bzw. den Fokusbereich.
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Der Umlenkreflektor kann beispielsweise als parabolischer Reflektor ausgebildet sein. Wenn der Brennbereich auf dem Lichtumwandlungselement liegt, dann kann so die Sekundärlichtverteilung in eine im Wesentlichen parallele Lichtverteilung umgelenkt werden und so beispielsweise ein Fernlicht bereitgestellt werden.
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Die jeweils andere Optikkonfiguration kann dann derart ausgestaltet sein, dass die Sekundärlichtverteilung nur in einem Bereich unterhalb einer Hell-Dunkel-Grenze in der abgeblendeten Lichtverteilung gelenkt wird. In dieser Optikkonfiguration wird dann ein Abblendlicht-Zusatzspot bereitgestellt.
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Die Optikeinrichtung kann zusätzlich oder alternativ zu der genannten Abstrahloptikeinrichtung eine Primäroptikeinrichtung aufweisen, welche im Strahlengang vor dem Lichtumwandlungselement angeordnet ist. Mittels der Primäroptikeinrichtung wird die Primärlichtverteilung auf das Lichtumwandlungselement gelenkt, insbesondere gebündelt oder fokussiert.
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Vorzugsweise ist die Primäroptikeinrichtung relativ zu dem Lichtumwandlungselement bewegbar oder umkonfigurierbar angeordnet, nämlich in eine erste Position, die der ersten Optikkonfiguration zugeordnet ist und in eine zweite Position, die der zweiten Optikkonfiguration zugeordnet ist.
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Die Primäroptikeinrichtung kann beispielsweise ein Linsenmittel, z.B. Zylinderlinse, aufweisen. Durch Verlagerung des Linsenmittels wird die Fokussierung des Primärlichtbündels auf das Lichtumwandlungselement geändert und so die verschiedenen abgestrahlten Lichtverteilungen erzeugt.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass die Primäroptikeinrichtung ein erstes Linsenmittel und zumindest ein hiervon verschiedenes zweites Linsenmittel aufweist. Ferner weist die Primäroptikeinrichtung eine Halteeinrichtung auf, an welcher die beiden (oder ggf. mehreren) Linsenmittel derart angeordnet sind, dass wahlweise die verschiedenen Linsenmittel (insbesondere das erste Linsenmittel oder das zweite Linsenmittel) in den Strahlengang des Primärlichtbündels zwischen Laserlichtquelle und Lichtumwandlungselement bewegbar ist.
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Insbesondere ist in jeder Optikkonfiguration nur jeweils eines der Linsenmittel im Strahlengang.
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Die Linsenmittel sind insbesondere als Zylinderlinsen ausgebildet, wobei beispielsweise das erste Linsenmittel als symmetrische Zylinderlinse, das zweite Linsenmittel als asymmetrische Zylinderlinse ausgebildet ist. In der einen Optikkonfiguration kann mit der symmetrischen Zylinderlinse so ein symmetrischer, zentraler Spot (z.B. Fernlicht-Spot) erzeugt werden. In der anderen Optikkonfiguration kann z.B. ein Abblendlicht-Spot erzeugt werden, welcher beispielsweise unsymmetrisch geformt ist und insbesondere außermittig, vorzugsweise unterhalb einer Hell-Dunkel-Grenze einer abgeblendeten Lichtverteilung der Beleuchtungseinrichtung, positioniert ist.
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Die Halteeinrichtung umfasst beispielsweise einen Drehhalter für die Linsenmittel, welcher zwischen zumindest einer der ersten Optikkonfiguration zugeordneten ersten Drehposition und einer der zweiten Optikkonfiguration zugeordneten zweiten Drehposition schwenkbar ist. Denkbar ist auch, dass die Halteeinrichtung einen Schiebehalter aufweist, welcher zwischen zumindest einer der ersten Optikkonfiguration zugeordneten ersten Schiebeposition und einer der zweiten Optikkonfiguration zugeordneten zweiten Schiebeposition linear verschiebbar ist. Dabei ist in der ersten Drehposition bzw. in der ersten Schiebeposition das erste Linsenmittel im Strahlengang, in der zweiten Drehposition bzw. Schiebeposition das zweite Linsenmittel im Strahlengang.
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Nach einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung umfasst die Beleuchtungseinrichtung eine Abblendlichteinrichtung zur Abgabe einer abgeblendeten Lichtverteilung mit einer im bestimmungsgemäßen Betrieb der Beleuchtungseinrichtung zumindest abschnittsweise horizontal verlaufenden Hell-Dunkel-Grenze. Die Optikeinrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass bei Vorliegen der ersten Optikkonfiguration die Sekundärlichtverteilung in einen Abblendlicht-Zusatzspot unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze umgeformt wird, und bei Vorliegen der zweiten Optikkonfiguration die Sekundärlichtverteilung in einem Fernlicht-Zusatzspot umgeformt wird, welcher sich zumindest abschnittsweise oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze der abgeblendeten Lichtverteilung erstreckt. Insofern lässt sich eine Bifunktions-Beleuchtungseinrichtung realisieren, wobei die Laserlichtquelle vorzugsweise nur die intensiven Zusatz-Lichtverteilungen speist. Hinsichtlich der Eigenschaften der verschiedenen Lichtverteilungen (abgeblendete Lichtverteilung, Fernlicht, Abblendlicht-Zusatzspot, Fernlicht-Zusatz-Spot) wird auf die eingangs erläuterten Definitionen Bezug genommen.
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Die Abblendlichteinrichtung weist insbesondere eine von der Laserlichtquelle unabhängige, weitere Lichtquelle auf, die vorzugsweise als Leuchtdiode (LED) oder als konventionelle Lichtquelle (z.B. Glühleuchte) ausgebildet ist. Solche Lichtquellen können im Vergleich zur Laserlichtquelle robust und kostengünstig ausgestaltet sein, was für den Dauerbetrieb der Abblendlichteinrichtung vorteilhaft ist.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
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1 Darstellung eines Sichtfeldes vor einem Kraftfahrzeug aus Sicht des Fahrers zur Erläuterung der verschiedenen Lichtverteilungen;
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2 skizzierte Darstellung einer Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung verschiedener Lichtverteilungen;
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3 skizzierte Darstellung zur Erläuterung einer schaltbaren Optikeinrichtung;
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4 eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit zur Realisierung einer schaltbaren Optikeinrichtung; und
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5 skizzierte Darstellung zur Erläuterung der Wirkung verschiedener Linsenmittel der Optikeinrichtung auf den Fokusbereich des Primärlichtbündels am Lichtumwandlungselement und auf die erzielte abgestrahlte Lichtverteilung.
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In der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Figuren sind für identische oder einander entsprechende Merkmale jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Zur Erläuterung des Beleuchtungsbildes und der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen zeigt die 1 eine Sichtsituation aus Sicht eines Fahrers eines auf einer Fahrbahn 2 fahrenden Kraftfahrzeugs Kfz (nicht dargestellt) in eine Fahrtrichtung, welche auch die Hauptabstrahlrichtung einer Beleuchtungseinrichtung des Kfz bildet. Die verschiedenen Lichtverteilungen sind jeweils als ausgeleuchtete Felder dargestellt, wie sie beispielsweise auf einem sich senkrecht zur Abstrahlrichtung der Beleuchtungseinrichtung des Fahrzeuges erstreckenden, beabstandeten Testschirm beobachtet werden können.
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Die gesamte Lichtverteilung der Beleuchtungseinrichtung entsteht im dargestellten Beispiel als Überlagerung verschiedener Teillichtverteilungen. Grundsätzlich wird eine abgeblendete Lichtverteilung und eine Fernlichtverteilung erzeugt. Wie im Folgenden erläutert, können diese Lichtverteilungen wiederum durch eine Überlagerung von Teillichtverteilungen gebildet sein, wobei dies nicht zwingend ist.
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Die abgeblendete Lichtverteilung umfasst zunächst eine Abblendlicht-Grundlichtverteilung 10, welche eine breitgestreute, das Fahrzeugvorfeld möglichst homogen ausleuchtende Intensitätsverteilung mit einer zumindest abschnittsweise horizontal verlaufenden Hell-Dunkel-Grenze 12 aufweist, welche den ausgeleuchteten Bereich im Fahrzeugvorfeld von einer Fernzone trennt. In der Sichtfelddarstellung der 1 entspricht die Fernzone dem vertikal oben liegenden Bereich der Zeichenebene, das Fahrzeugvorfeld dem vertikal unten liegenden Bereich. Die Hell-Dunkel-Grenze 12 kann einfach horizontal verlaufen. Vorteilhaft sind jedoch Ausgestaltungen wie in 1 angedeutet, bei denen die Hell-Dunkel-Grenze 12 zwei nahezu horizontal verlaufende Abschnitte aufweist, wobei ein der Gegenverkehrseite (hier: rechts) abgewandter Abschnitt vertikal höher liegt, als der andere Abschnitt. Die beiden horizontalen Abschnitte können durch einen schräg oder vertikal verlaufenden Abschnitt der Hell-Dunkel-Grenze 12 verbunden sein. Diese Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich nicht zwingend.
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Im dargestellten Beispiel umfasst die abgeblendete Lichtverteilung außerdem eine Abblendlicht-Zusatzlichtverteilung 14, welche sich unmittelbar an die Hell-Dunkel-Grenze 12 anschließt und sich nur eine begrenzte Tiefe in Richtung des Fahrzeugvorfeldes erstreckt. Die Abblendlicht-Zusatzlichtverteilung 14 ist jedoch nur optional und dient einer besseren Ausleuchtung in der Fernzone des Abblendlichts und weist daher insbesondere eine höhere Intensität auf. Zur weiteren Ausgestaltung kann sich die Abblendlicht-Zusatzlichtverteilung 14 aus einer Vielzahl von streifenartigen Abblendsegmenten 16 zusammensetzen, welche insbesondere eine höhere Intensität aufweisen, als die Abblendlicht-Grundlichtverteilung 10. Die Abblendsegmenten 16 erstrecken sich z.B. ausgehend von der Hell-Dunkel-Grenze 12 in Richtung des Fahrzeugvorfeldes. Die Abblendlicht-Segmente 16 können unmittelbar aneinander anschließen oder auch geringfügig überlappen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass die abgeblendete Lichtverteilung zusätzlich einen Abblendlicht-Zusatzspot 18 umfasst, welcher bei Bedarf aktiviert und deaktiviert werden kann. Der Abblendlicht-Zusatzspot 18 kann eine vergleichsweise höhere Intensität aufweisen und leuchtet vorzugsweise einen Bereich unmittelbar an der Hell-Dunkel-Grenze 12 aus. Im dargestellten Beispiel ist der Abblendlicht-Zusatzspot 18 außermittig auf Seiten der Eigenfahrbahn (hier: rechts) vorgesehen, um eine Blendung von Gegenverkehr durch den Abblendlicht-Zusatzspot 18 zu vermeiden.
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Die Fernlichtverteilung umfasst im dargestellten Beispiel zunächst eine Fernlicht-Basislichtverteilung 20, welche einen Bereich oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze 12 ausleuchtet und sich vorzugsweise unmittelbar an diese anschließt. Die Fernlicht-Basislichtverteilung 20 kann wiederum als Überlagerung einer Vielzahl von Fernlichtsegmenten 22 ausgebildet, welche insbesondere als streifenartige Segmente 22 ausgebildet sind, die entlang der Hell-Dunkel-Grenze 12 betrachtet unmittelbar aneinander anschließen oder geringfügig überlappen. Die Beleuchtungseinrichtung des Fahrzeuges kann dann z.B. derart ausgebildet sein, dass einzelne Fernlicht-Segmente 22 unabhängig voneinander aktivierbar und deaktivierbar sind und so durch gezieltes Ausblenden einzelner Segmente 22 eine Blendung von Gegenverkehr vermeidbar ist.
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Die Fernlichtverteilung kann außerdem eine obere Fernlichtverteilung 24 aufweisen, welche sich in dem von der Hell-Dunkel-Grenze 12 beabstandeten Bereich des Sichtfeldes an die Fernlicht-Basislichtverteilung 20 anschließt, also vertikal oberhalb der Fernlicht-Basislichtverteilung 20 liegt. Für sich betrachtet, leuchtet die obere Fernlichtverteilung 24 insofern einen Bereich aus, welcher in vertikal oberer Richtung von der Hell-Dunkel-Grenze 12 beabstandet ist. Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung der Beleuchtungseinrichtung und der übrigen Lichtverteilungen ist die obere Fernlichtverteilung 24 vorzugsweise aktivierbar und deaktivierbar, so dass eine Anpassung des Fernlichts an Umweltbedingungen (Nebel, Schneefall, ...) erfolgen kann. Auch die obere Fernlichtverteilung 24 kann aus individuell aktivierbaren und deaktivierbaren Segmenten 25 zusammengesetzt sein, wie vorstehend für die Fernlicht-Basislichtverteilung 20 und die Abblendlicht-Zusatzlichtverteilung 14 beispielhaft erläutert.
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Die Aufteilung des Fernlichts in die Teillicht-Verteilungen 20 und 24 ist wiederum nicht zwingend. Das Fernlicht kann grundsätzlich auch einheitlich erzeugt werden.
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Die Fernlichtverteilung umfasst vorzugsweise außerdem einen Fernlicht-Zusatzspot 26, welcher als eine konzentrierte Lichtverteilung im mittigen Bereich des Sichtfeldes, insbesondere knapp oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze 12 ausgebildet ist. Der Fernlicht-Zusatzspot 26 ist vorzugsweise unabhängig von den übrigen Lichtverteilungen aktivierbar und deaktivierbar.
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Die 2 zeigt schematisch ein Lichtmodul 30 einer Kfz-Beleuchtungseinrichtung 32, mit welchem beispielhaft die oben erläuterten Zusatz-Lichtverteilungen mit hoher Intensität erzeugt werden können, nämlich der Abblendlicht-Zusatzspot 18 und der Fernlicht-Zusatzspot 26. Das Lichtmodul 30 weist eine schematisch dargestellte Laserlichtquelle 34 auf, sowie ein Lichtumwandlungselement 36 zur Umwandlung des Laserlichts in derartiges Licht, welches für Zwecke der Kfz-Beleuchtung nutzbar ist. Die Laserlichtquelle 34 strahlt ein skizziert dargestelltes Primärlichtbündel 38 ab, welches auf das Lichtumwandlungselement 36 trifft. Aufgrund der Anregung durch das Primärlichtbündel gibt das Lichtumwandlungselement 36, beispielsweise unter Ausnutzung von Photolumineszenz, eine Sekundärlichtverteilung 40 ab, welche die für die Kfz-Beleuchtungseinrichtungen gewünschten spektralen Eigenschaften aufweist, insbesondere ein weißes Mischlicht darstellt.
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Das Lichtmodul 30 umfasst eine auf das Primärlichtbündel 38 und/oder auf die Sekundärlichtverteilung 40 wirkende Optikeinrichtung 42, auf welche nachfolgend noch näher eingegangen wird. Die Optikeinrichtung 42 dient unter anderem dazu, die Sekundärlichtverteilung 40 in eine abgestrahlte Lichtverteilung 44 umzulenken, welche im dargestellten Beispiel im räumlichen Mittel um eine Hauptabstrahlrichtung 46 konzentriert ist. Die abgestrahlte Lichtverteilung 44 führt auf einem in Hauptabstrahlrichtung 46 beabstandeten Testschirm, welcher sich im Wesentlichen senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung 46 erstreckt, beispielsweise zu den im Zusammenhang mit 1 erzeugten ausgeleuchteten Bereichen der Lichtverteilung.
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Die abgestrahlte Lichtverteilung 44 der Beleuchtungseinrichtung 30 kann zusätzlich zu dem vom Leuchtmodul 30 abgegebenen Licht auch weitere Lichtverteilungen umfassen. Die Beleuchtungseinrichtung 32 kann z.B. eine in der 2 nur angedeutete Abblendlichteinrichtung 51 aufweisen, mit welcher eine abgeblendeten Lichtverteilung 53 (vgl. Lichtverteilungen 10 und/oder 14 in 1) erzeugbar ist, welche eine Hell-Dunkel-Grenze 12 aufweist. Mit dem Lichtmodul 30 können dann z.B. die angesprochenen Zusatz-Spot-Lichtverteilungen erzeugt werden.
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Im dargestellten Beispiel umfasst die Optikeinrichtung 42 einerseits einen als Abstrahloptikeinrichtung wirkenden Umlenkreflektor 48, welcher sich um das Lichtumwandlungselement 36 wölbt und die Sekundärlichtverteilung 40 in die abgestrahlte Lichtverteilung 44 umlenkt. Ferner ist eine in der 2 nur schematisch dargestellte Primäroptikeinrichtung 50 vorgesehen, welche zwischen der Laserlichtquelle 34 und dem Lichtumwandlungselement 36 auf das Primärlichtbündel 38 wirkt.
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Grundsätzlich ist die Optikeinrichtung 42 derart ausgebildet, dass sie zwischen einer ersten Optikkonfiguration und einer zweiten Optikkonfiguration schaltbar ist. Im dargestellten Beispiel können hierzu der Umlenkreflektor 48 und/oder die Primäroptikeinrichtung 50 schaltbar zwischen wenigstens zwei verschiedenen Konfigurationen ausgebildet sein.
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So ist es beispielsweise möglich, dass der Umlenkreflektor 48 mittels eines nicht näher dargestellten Schrittmotors zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar ist. Hier ist z.B. denkbar, dass der Umlenkreflektor als parabolischer Reflektor ausgebildet ist, welcher einen Brennpunkt oder eine Brennlinie aufweist, wobei in nur einer der beiden Schaltpositionen der Brennpunkt bzw. die Brennlinie mit dem Lichtumwandlungselement 36 zusammenfällt. Bei Vorliegen dieser ersten Schaltposition bildet der Umlenkreflektor 48 dann die von dem Lichtumwandlungselement 36 ausgehende Sekundärlichtverteilung 40 in ein im Wesentlichen fokussiertes Parallellichtbündel ab, welches beispielsweise einen Fernlicht-Zusatzspot 26 im Sinne von 1 bilden kann. In der zweiten Schaltposition ist der Umlenkreflektor 48 beispielsweise relativ zu dem Lichtumwandlungselement 36 nach schräg hinten, d.h. entgegen der Hauptabstrahlrichtung 46 und lateral zur Hauptabstrahlrichtung 46 versetzt und/oder verdreht angeordnet. Dies kann dazu führen, dass die Sekundärlichtverteilung 44 nicht mehr in ein Parallellichtbündel um die Hauptabstrahlrichtung 46, sondern in eine weniger stark fokussierte, leicht schräg nach vertikal unten abgestrahlte Lichtverteilung umgeformt wird. Diese kann dann beispielsweise dazu genutzt werden, einen Abblendlicht-Zusatzspot 18 im Sinne von 1 zu speisen.
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Anhand der 3 und 4 werden beispielhafte Ausgestaltungen für die Primäroptikeinrichtung 50 erläutert, bei welchen die Primäroptikeinrichtung 50 zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position schaltbar ist.
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Die in der 3 dargestellte Primäroptikeinrichtung 50 umfasst ein erstes Linsenmittel 52 und ein hiervon verschieden ausgebildetes zweites Linsenmittel 53. Die beiden Linsenmittel 52 und 53 sind an einem Drehhalter 54 einer Halteeinrichtung 56 angeordnet. Der Drehhalter ist um eine Schwenkachse 58 zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position schwenkbar angeordnet. Um die erste und die zweite Position festzulegen, kann, wie in 3 dargestellt, jeweils ein mechanischer Anschlag 60 vorgesehen sein, an welchem beispielsweise in der dargestellten zweiten Position des Drehhalters 54 das erste Linsenmittel 52 anliegt und der Drehhalter 54 so gegen weiteres Drehen blockiert ist. In der zugeordneten zweiten Drehposition würde das zweite Linsenmittel 53 an einem weiteren Abschnitt des mechanischen Anschlags 60 anliegen und eine Drehbewegung blockieren.
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Zum Drehen des Drehhalters 54 in die erste Drehposition und die zweite Drehposition kann ein nicht näher dargestellter Schrittmotor vorgesehen sein. Denkbar ist beispielsweise ein exzentrisch zur Schwenkachse 58 angeordneter Hubmagnet, welcher derart an dem Drehhalter 54 angreift, dass sich jeweils in einer von zwei möglichen Endstellungen des Hubmagneten die erste Drehposition oder die zweite Drehposition einstellt.
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Die Halteeinrichtung 56 ist grundsätzlich derart ausgebildet und angeordnet, dass in der ersten Drehposition des Drehhalters 54 das erste Linsenmittel 52 im Strahlengang des Primärlichtbündels 38 auf das Lichtumwandlungselement 36 trifft. In der zweiten Drehposition des Drehhalters 54 befindet sich das zweite Linsenmittel 53 im Strahlengang des Primärlichtbündels 38. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Schwenkachse 58 des Drehhalters 54 parallel zu einer Hauptausbreitungsrichtung des Primärlichtbündels 38 verläuft, jedoch derart seitlich zu dem Primärlichtbündel 38 versetzt ist, dass je nach Vorliegen der ersten oder zweiten Drehposition jeweils nur eines der beiden Linsenmittel 52 oder 53 im Strahlengang des Primärlichtbündels 38 ist. In der 3 ist beispielhaft die zweite Drehposition dargestellt, in welcher sich das zweite Linsenmittel 53 im Strahlengang des Primärlichtbündels 38 befindet, dessen Durchtritt durch das Linsenmittel 53 in der 3 mit einem Durchtrittspunkt 62 gekennzeichnet ist.
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Die 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Halteeinrichtung 56, bei welcher die beiden Linsenmittel 52, 53 an einem Schiebehalter 66 angeordnet ist, welcher linear zwischen einer ersten Schiebeposition und einer zweiten Schiebeposition verschiebbar ist, beispielsweise in einem Basisteil 68 verschiebbar geführt ist. Zur Verlagerung des Schiebehalters 66 zwischen erster Schiebeposition und zweiter Schiebeposition kann beispielsweise ein Schrittmotor oder Linearmotor vorgesehen sein. Die Schieberichtung, entlang welcher der Schiebehalter 66 verschiebbar ist, erstreckt sich insbesondere senkrecht zu der Hauptausbreitungsrichtung des Primärlichtbündels 38. Die Linsenmittel 52 und 53 sind vorzugsweise entlang der Schieberichtung betrachtet nebeneinander an dem Schiebehalter 66 angeordnet, so dass durch Linearverschiebung des Schiebehalters 66 wahlweise das erste Linsenmittel 52 oder das zweite Linsenmittel 53 in den Strahlengang des Primärlichtbündels 38 gebracht werden kann. In der 4 ist beispielhaft die erste Schiebeposition dargestellt, in der das Primärlichtbündel 38 durch das erste Linsenmittel 52 tritt und mit einem Durchtrittspunkt 62 gekennzeichnet ist.
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Die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen mit zwei an einer Halteeinrichtung angeordneten Linsenmitteln 52 und 53 erlaubt es, mit der Beleuchtungseinrichtung zwei verschiedene abgestrahlte Lichtverteilungen wahlweise zu erzeugen, wobei zum Umschalten zwischen den beiden Lichtverteilungen lediglich ein vergleichsweise kleines und leichtes Bauteil, nämlich die Haltemittel 54 bzw. 66 der Halteeinrichtung 56, bewegt werden müssen. Dies kann mit einem kleinen und energieeffizienten Antrieb geschehen.
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Anhand von 5 wird die Wirkung der schaltbaren Primäroptikeinrichtung 50 beispielhaft erläutert. In der mittleren Zeile der 5 sind jeweils beispielhaft plattenartig ausgebildete Lichtumwandlungselemente 36 dargestellt. Die Darstellung zeigt dabei das Lichtumwandlungselement 36 mit Blick auf eine Lichtabgabefläche 70 des Lichtumwandlungselements 36. Im Betrieb der Beleuchtungseinrichtung wird das Primärlichtbündel 38 ggf. nach Durchtritt durch die Primäroptikeinrichtung 50 auf eine der Lichtabgabefläche 70 gegenüberliegende Lichteinstrahlfläche eingestrahlt. Diese Lichteinstrahlfläche befindet sich in der Darstellung der 5 auf der Rückseite der Lichtabgabefläche 70. Durch die Anregung des Lichtumwandlungselements 36 mit dem Primärlichtbündel entsteht auf der Lichtabgabefläche 70 ein Fokusbereich 72, welcher die Sekundärlichtverteilung 40 emittiert.
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Die von dem Fokusbereich 72 abgegebene Sekundärlichtverteilung 40 wird beispielsweise durch einen Umlenkreflektor 48 der Optikeinrichtung 42 (allgemein: durch eine Abstrahloptikeinrichtung) in die abgestrahlte Lichtverteilung 44 umgeformt. Somit hängt der auf einem Testschirm im Sinne von 1 erzeugte ausgeleuchtete Bereich aufgrund der Abstrahllichtverteilung 44 von der Form und der Ausdehnung des Fokusbereichs 72 ab.
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Form und Ausdehnung des Fokusbereichs 72 kann wiederum durch die Konfiguration der Primäroptikeinrichtung 50 beeinflusst werden.
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Als Referenz ist in der 5 ganz links eine Situation dargestellt, in welcher ein im Wesentlichen unbeeinflusstes, im Querschnitt nahezu kreisrundes Primärlichtbündel auf das Lichtumwandlungselement 36 trifft und dort zu einem im Wesentlichen kreisförmigen Fokusbereich 72 führt. Die hiervon ausgehende Sekundärlichtverteilung würde von der genannten Abstrahloptikeinrichtung in eine Abstrahllichtverteilung 44 umgeformt werden, welche auf einem entfernten Testschirm im Sinne der 1 zu einem nahezu kreisrunden oder leicht elliptischen, symmetrischen Ausleuchtbereich 74 führen würde.
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In der mittleren Spalte der 5 ist angenommen, dass sich die Primäroptikeinrichtung 50 in ihrer ersten Optikkonfiguration (bzw. der dieser zugeordneten ersten Schaltposition) befindet, bei welcher das erste Linsenmittel 52 im Strahlengang des Primärlichtbündels 38 angeordnet ist. Im dargestellten Beispiel handelt es sich bei dem ersten Linsenmittel 52 um eine im Wesentlichen symmetrische Zylinderlinse. Dies führt dazu, dass der von dem Primärlichtbündel 38 nach Durchtritt durch das erste Linsenmittel 52 erzeugte Fokusbereich 72 auf der Lichtabgabefläche 70 eine entlang des Verlaufs der zugeordneten Zylinderachse der Zylinderlinse 52 gestreckte Form aufweist. Diese Form ist insbesondere elliptisch, wobei die kurze Achse der Ellipse sich beispielsweise entlang der Zylinderachse des Linsenmittels 52 erstreckt. Das Linsenmittel 52 kann derart ausgebildet sein, dass der Fokusbereich 72 ein Intensitätsmaximum aufweist, wie in der 5 durch einen Punkt in dem Fokusbereich 72 angedeutet. Die von diesem Fokusbereich 72 ausgehende Sekundärlichtverteilung führt beispielsweise zu einem ausgeleuchteten Bereich in der abgestrahlten Lichtverteilung 44, wie er in 5 unten Mitte skizziert ist. Ein solcher symmetrisch ausgeleuchteter Bereich kann beispielsweise ein Fernlicht-Zusatzspot 26 einer Fernlichtverteilung sein. Denkbar ist hier insbesondere, dass der Fernlicht-Zusatzspot 26 ein Intensitätsmaximum 74 aufweist, welches vorzugsweise zentral mittig in dem Fernlicht-Zusatzspot 26 liegt.
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Um den Fernlicht-Zusatzspot 26 zu erzielen, ist es beispielsweise denkbar, dass ein im Strahlengang nachfolgender Umlenkreflektor 48 (vgl. 2) derart um das Lichtumwandlungselement 36 gewölbt ist, dass eine Brennlinie 76 definiert ist, welche mittig durch den Fokusbereich 72 bei Vorliegen der ersten Optikkonfiguration verläuft, wie dies in 5 in der Mitte angedeutet ist.
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Die Wirkung der zweiten Optikkonfiguration (bzw. der zugeordneten zweiten Position der Halteeinrichtung 56) ist in der 5 ganz rechts dargestellt. Hierbei wird angenommen, dass sich das zweite Linsenmittel 53 im Strahlengang des Primärlichtbündels 38 befindet. Dieses zweite Linsenmittel 53 ist beispielsweise in der Art einer asymmetrischen Zylinderlinse ausgebildet, wie in 5 oben rechts angedeutet. Dies führt dazu, dass sich auf der Lichtabgabefläche 70 ein gegenüber der ersten Optikkonfiguration verdrehter oder verformter Fokusbereich 72 ausbildet. Das Linsenmittel 53 kann außerdem derart ausgebildet sein, dass der Fokusbereich 72 ein Intensitätsmaximum aufweist (in der 5 durch einen Punkt in dem Fokusbereich 72 angedeutet).
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Die von diesem Fokusbereich 72 abgegebene Sekundärlichtverteilung 40 führt zu einem entsprechend verschobenen und verformten ausgeleuchteten Bereich, der beispielsweise als Abblendlicht-Zusatzspot 18 wirken kann (vgl. 5 unten rechts). Das zweite Linsenmittel 53 ist insbesondere derart ausgebildet, dass der Zusatzspot 18 ein Intensitätsmaximum 74 aufweist, welches insbesondere außermittig in dem Zusatzspot 18 erscheint und vorzugsweise in den Bereich der Hell-dunkel-Grenze oder knapp unterhalt der Hell-Dunkel-Grenze (vgl. 1) verschoben ist. Hierzu kann das Linsenmittel 53 z.B. derart ausgebildet sein, dass der Fokusbereich 72 nicht nur verdreht oder verformt gegenüber der ersten Optikkonfiguration ist, sondern das Intensitätsmaximum außermittig in dem Fokusbereich 72 liegt. Dies kann z.B. durch eine Zylinderlinse erzielt werden, deren Oberfläche im Schnitt mit einer Ebene senkrecht zur zugeordneten Zylinderachse betrachtet asphärisch ausgebildet ist.
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Um die Sekundärlichtverteilung 40 in einen Zusatzspot 18 wie in der 5 rechts abgebildet umzuformen, kann z.B. der Fokusbereich 72 bei Vorliegen der zweiten Optikkonfiguration gegenüber der vorstehend angesprochenen Brennlinie 76 eines Umlenkreflektors 48 versetzt angeordnet sein, wie in 5 angedeutet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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