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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtmodul umfassend:
- – mindestens eine Halbleiterlichtquelle zum Aussenden von Licht; und
- – mindestens eine Vorsatzoptik aus einem transparenten Material zur Strahlformung und zum Umlenken zumindest eines Teils des von der mindestens einen Lichtquelle ausgesandten Lichts,
- – wobei die oder jede Vorsatzoptik einen Lichteinkoppelabschnitt mit einer Lichteintrittsfläche, durch die zumindest ein Teil des von der mindestens einen Lichtquelle ausgesandten Lichts in die Vorsatzoptik eintritt, und einen Lichtauskoppelabschnitt mit einer Lichtaustrittsfläche aufweist, durch die zumindest ein Teil des von der Vorsatzoptik geformten und umgelenkten Lichts aus der Vorsatzoptik austritt,
- – wobei eine Hauptabstrahlrichtung der mindestens einen Lichtquelle einer optischen Achse des Lichteinkoppelabschnitts und eine Hauptaustrittsrichtung des Lichts aus der Lichtaustrittsfläche einer optischen Achse des Lichtauskoppelabschnitts entspricht,
- – wobei die Vorsatzoptik derart ausgebildet ist, dass die beiden optischen Achsen in einem Winkel zueinander angeordnet sind, und
- – wobei die Vorsatzoptik an einem Übergang zwischen den beiden Abschnitten eine Umlenkfläche aufweist, welche das Licht aus dem Lichteinkoppelabschnitt mittels Totalreflexion in den Lichtauskoppelabschnitt umlenkt.
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Die Erfindung betrifft außerdem einen Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Gehäuse mit einer durch eine transparente Abdeckscheibe verschlossenen Lichtaustrittsöffnung und mindestens ein im Inneren des Gehäuses angeordnetes Lichtmodul zur Erzeugung einer Leuchten- und/oder Scheinwerferfunktion.
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Ein Lichtmodul der eingangs genannten Art ist bspw. aus der
DE 10 2005 042 523 A1 bekannt. Das bekannte Lichtmodul dient zur Hinterleuchtung eines Displays. Um ein flächiges Display möglichst gleichmäßig ausleuchten zu können, hat die Vorsatzoptik des bekannten Lichtmoduls eine Längserstreckung quer zum Verlauf der optischen Achsen des Lichteinkoppel- und Lichtauskoppelabschnitts. Damit ergibt sich für die Lichteintritts- und die Lichtaustrittsfläche eine im Wesentlichen rechteckige Form. Vor der Lichteintrittsfläche sind über die Längserstreckung der Vorsatzoptik verteilt, zueinander beabstandet mehrere Halbleiterlichtquellen angeordnet. Das über die Lichtaustrittsfläche der Vorsatzoptik ausgekoppelte Licht wird über eine Stirnfläche eines flächigen Lichtleiters in diesen eingekoppelt. In dem flächigen Lichtleiter wird das Licht mittels Reflexion propagiert bis es über eine senkrecht zu der Stirnfläche verlaufende Fläche aus dem des flächigen Lichtleiter ausgekoppelt und zur Hinterleuchtung eines Displays genutzt wird. Das bekannte Lichtmodul soll eine besonders kostengünstige und gleichförmige Hinterleuchtung von Displays ermöglichen.
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Die Verwendung eines Lichtmoduls der aus der
DE 10 2005 042 523 A1 bekannten Art in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer zur Erzeugung einer resultierenden Lichtverteilung für eine Sichtbarmachung des Kraftfahrzeugs und/oder für eine Ausleuchtung eines Fahrbahnbereichs vor dem Fahrzeug scheitert aus mehreren Gründen. Zum einen kann mit dem bekannten Lichtmodul keine Lichtverteilung eines Kraftfahrzeugscheinwerfers realisiert werden, bei der es gerade nicht auf eine gleichmäßige Ausleuchtung einer großen Fläche ankommt, sondern vielmehr um die Erzeugung einer Lichtverteilung, die den gesetzlichen Anforderungen (z.B. gemäß ECE in Europa oder FMVSS in Nordamerika) bspw. hinsichtlich Beleuchtungsstärkeverteilung, Sichtbarkeit für andere Verkehrsteilnehmer und Vermeidung einer Blendung anderer Verkehrsteilnehmer genügt. Die resultierende Lichtverteilung eines Kraftfahrzeugscheinwerfers muss deshalb ausgeprägte Beleuchtungsstärkemaxima und eine deutliche Seitenstreuung aufweisen. Beispiele für eine solche Lichtverteilung sind Abblendlicht, Fernlicht, Nebellicht, Tagfahrlicht, Positions- oder Begrenzungslicht, oder eine beliebige adaptive Lichtverteilung, insbesondere Stadtlicht, Kurvenlicht (statisch und dynamisch), Landstraßenlicht, Autobahnlicht, Teilfernlicht oder Markierungslicht. Eine solche Lichtverteilung, die den entsprechenden gesetzlichen Anforderungen genügt, kann mit der leuchtenden Fläche des bekannten Lichtmoduls nicht erzeugt werden. Außerdem ist das bekannte Lichtmodul aufgrund seiner Längserstreckung zu großbauend als dass es im vorderen Bereich eines Kraftfahrzeugs eingebaut werden könnte.
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Ferner ist aus der
DE 10 2008 036 192 A1 ein Lichtmodul eines Kraftfahrzeugscheinwerfers bekannt, das Halbleiterlichtquellen mit jeweils zugeordneten Vorsatzoptiken, eine Blendenanordnung mit horizontaler Flächenerstreckung und eine Projektionsoptik in Form einer Linse aufweist. Dabei sind die genannten Bauteile des Lichtmoduls alle im Wesentlichen entlang einer optischen Achse der Projektionsoptik, also in Fahrrichtung des Kraftfahrzeugs hintereinander angeordnet. Insbesondere sind die Halbleiterlichtquellen in Fahrtrichtung hinter den Vorsatzoptiken angeordnet, sodass der für das Lichtmodul erforderliche Bauraum relativ tief sein muss. Die problematische bauliche Situation wird noch dadurch verschärft, dass auf der Rückseite der Halbleiterlichtquellen üblicherweise Kühlkörper angeordnet sind (in der
DE 10 2008 036 192 A1 nicht dargestellt), die für eine ausreichende Kühlung der Halbleiterlichtquellen sorgen. Dadurch wird der erforderliche Bauraum nochmals vergrößert.
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Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Lichtmodul der bekannten Art dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, dass es zur Erzeugung einer resultierenden Lichtverteilung eines Kraftfahrzeugscheinwerfers eingesetzt werden kann und gleichzeitig möglichst kleinbauend und leicht ausgestaltet ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von dem Lichtmodul der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass das Lichtmodul zur Verwendung in einem Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist und eine Projektionsoptik zum Abbilden zumindest eines Teils des von der oder jeder Vorsatzoptik geformten und umgelenkten Lichts als resultierende Lichtverteilung des Lichtmoduls auf eine Fahrbahn vor das Kraftfahrzeug aufweist, wobei der Lichteinkoppelabschnitt und der Lichtauskoppelabschnitt der oder jeder Vorsatzoptik bezüglich der optischen Achsen der Vorsatzoptik einen runden Querschnitt aufweisen.
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Das erfindungsgemäße Lichtmodul ist Teil eines Kraftfahrzeugscheinwerfers. Damit der Scheinwerfer im Frontbereich eines Kraftfahrzeugs insbesondere in der Breite möglichst wenig Bauraum beansprucht, weisen die Einkoppel- und Auskoppelabschnitte bezüglich ihrer optischen Achsen einen runden Querschnitt auf. Auf diese Weise können mit dem Lichtmodul auch Lichtverteilungen realisiert werden, die ausgeprägte Lichtstärkemaxima im Zentrum oder an anderer Stelle der Lichtverteilung aufweisen und/oder die eine relativ große Seitenausleuchtung aufweisen, wie sie bei Lichtverteilungen von Kraftfahrzeugscheinwerfers gefordert sind. Insbesondere können damit die gesetzlichen Anforderungen an die Lichtverteilung erfüllt werden. Anders als in der
DE 10 2005 042 523 A1 geht es bei der vorliegenden Erfindung gerade nicht um eine gleichförmige homogene Ausleuchtung einer beleuchteten Fläche.
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Aufgrund der abgewinkelten Form der Vorsatzoptik kann diese und damit das Lichtmodul und der gesamte Scheinwerfer besonders kleinbauend ausgebildet werden. Insbesondere können die Halbleiterlichtquellen derart in dem Lichtmodul angeordnet werden, dass ihre Hauptabstrahlrichtungen quer oder schräg zur Lichtaustrittsrichtung des Lichtmoduls verlaufen, sodass das Lichtmodul eine besonders geringe Tiefe aufweist. Anders ausgedrückt, verlaufen die Hauptabstrahlrichtungen der Halbleiterlichtquellen in einem Winkel (>0°) zu einer optischen Achse der Projektionsoptik des Lichtmoduls. Dadurch ist für den Scheinwerfer mit dem erfindungsgemäßen Lichtmodul im Frontbereich einer Fahrzeugkarosserie nur eine geringe Einbautiefe erforderlich. Der eingesparte Bauraum im Frontbereich des Fahrzeugs kann für andere Bauteile oder Baugruppen des Fahrzeugs, bspw. für Zusatzaggregate, zusätzliche Steuergeräte etc., genutzt werden.
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Die Projektionsoptik kann als eine Projektionslinse oder als ein Reflektor ausgebildet sein. Alternativ kann die Projektionsoptik auch eine Kombination mehrerer Linsen und/oder Reflektoren aufweisen. Entscheidend ist, dass die Projektionsoptik die resultierende Lichtverteilung auf der Fahrbahn vor dem Fahrzeug abbildet, also auf die Fahrbahn projiziert.
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Die resultierende Lichtverteilung des erfindungsgemäßen Lichtmoduls ist bspw. ein Abblendlicht, ein Fernlicht, ein Nebellicht, ein Tagfahrlicht, ein Positions- oder Begrenzungslicht, oder eine beliebige adaptive Lichtverteilung, insbesondere ein Stadtlicht, ein Kurvenlicht (statisch und dynamisch), ein Landstraßenlicht, ein Autobahnlicht, ein Teilfernlicht oder ein Markierungslicht. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass das Lichtmodul lediglich einen Teil einer der genannten Lichtverteilungen erzeugt, bspw. eine Grundlichtausleuchtung oder einen Spot einer Abblendlicht- oder Fernlichtverteilung, einen ausgeleuchteten Bereich einer abgeblendeten Lichtverteilung unterhalb einer horizontalen Helldunkelgrenze oder oberhalb der Helldunkelgrenze. In diesem Fall wäre die resultierende Lichtverteilung des Lichtmoduls dann eine Teillichtverteilung, die zusammen mit der Teillichtverteilung mindestens eines anderen Lichtmoduls des Kraftfahrzeugs, eine der oben genannten Gesamt-Lichtverteilungen erzeugt. So könnte bspw. ein Abblendlicht-Grundlicht zusammen mit einem Abblendlicht-Spot eine herkömmliche Abblendlichtverteilung gemäß den gesetzlichen Anforderungen erzeugen. Entsprechendes gilt für ein Fernlicht-Grundlicht und einen Fernlicht-Spot. Ebenso könnte ein ausgeleuchteter Bereich unterhalb einer horizontalen Helldunkelgrenze eine Abblendlichtverteilung erzeugen, und durch Zuschalten eines ausgeleuchteten Bereichs oberhalb der Helldunkelgrenze könnte eine Fernlichtverteilung erzeugt werden. Dabei ergibt sich eine der oben genannten Gesamt-Lichtverteilungen durch eine Überlagerung der Teillichtverteilungen mehrerer Lichtmodule, wobei mindestens eines der Lichtmodule in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildet ist. Die resultierende Gesamt-Lichtverteilung des Scheinwerfers erfüllt die jeweiligen gesetzlichen Regelungen, damit der Scheinwerfer mit dem erfindungsgemäßen Lichtmodul die zum Betrieb auf öffentlichen Straßen erforderliche Zulassung erhält.
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Ein runder Querschnitt des Lichteinkoppel- und Lichtauskoppelabschnitts der Vorsatzoptik bedeutet, dass diese Abschnitte im Querschnitt nicht eckig ausgebildet sind. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Lichteinkoppelabschnitt und der Lichtauskoppelabschnitt der oder jeder Vorsatzoptik bezüglich der optischen Achsen der entsprechenden Abschnitte einen kreisförmigen, elliptischen oder ellipsenähnlichen Querschnitt aufweisen. Derart ausgestaltete Einkoppel- und Auskoppelabschnitte erlauben in besonders vorteilhafter Weise die Erzeugung einer resultierenden Lichtverteilung, die entweder alleine oder nach Überlagerung mit mindestens einer anderen Lichtverteilung von mindestens einem anderen Lichtmodul des Kraftfahrzeugs gesetzlichen Anforderungen an eine Lichtverteilung eines Kraftfahrzeugscheinwerfers entspricht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Lichtaustrittsfläche der oder jeder Vorsatzoptik konkav oder konvex gewölbt ist. Dadurch kann die Austrittsfläche die Licht brechenden Eigenschaften einer Linse aufweisen, die hindurchtretende Lichtstrahlen entweder in einem einzelnen Brennpunkt oder einer Brennpunktbereich bündelt oder aber auffächert. Dabei kann die konkave oder konvexe Austrittsfläche auch Punkt für Punkt gezielt ausgelegt sein (sog. Freiform).
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Das erfindungsgemäße Lichtmodul kann eine nahezu beliebige resultierende Lichtverteilung erzeugen. Vorteilhafterweise weist das Lichtmodul eine im Strahlengang zwischen der oder jeder Vorsatzoptik und der Projektionsoptik angeordnete Blendenanordnung zum Abschatten zumindest eines Teils des von der oder jeder Vorsatzoptik gebündelten und umgelenkten Lichts auf. Eine solche Blendenanordnung dient zur Erzeugung einer abgeblendeten resultierenden Lichtverteilung des Lichtmoduls mit einer Helldunkelgrenze. Die Form einer in dem Strahlengang befindlichen Kante der Blendenanordnung bestimmt den Verlauf der Helldunkelgrenze. Diese hat vorzugsweise einen im Wesentlichen horizontalen Verlauf. „Im Wesentlichen“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Helldunkelgrenze keinen streng horizontalen Verlauf aufweisen muss. Vielmehr kann ein erster horizontaler Abschnitt der Helldunkelgrenze auf der Gegenverkehrsseite und ein zweiter horizontaler Abschnitt auf der eigenen Verkehrsseite vorgesehen sein, wobei der zweite Abschnitt oberhalb des ersten Abschnitts verläuft. Der Übergang zwischen den beiden Abschnitten kann unterschiedlich ausgestaltet sein. So kann er bspw. schräg in Form eines 15°-Anstiegs (Europa) oder stufenartig in Form eines senkrechten Anstiegs (USA) ausgebildet sein. All diese Arten von Helldunkelgrenzen werden als „im Wesentlichen“ horizontal bezeichnet. Eine im Strahlengang befindliche Kante der Blendenanordnung wird von der Projektionsoptik zur Erzeugung der Helldunkelgrenze auf die Fahrbahn vor das Kraftfahrzeug projiziert. Eine Extrapolation der Blendenkantenabschnitte zur Erzeugung der horizontalen Abschnitte der Helldunkelgrenze verläuft im Bereich der optischen Achse der Sekundäroptik und senkrecht zu dieser.
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Es ist denkbar, dass auf der Lichtaustrittsfläche des Lichtauskoppelabschnitts der Vorsatzoptik gezielt Licht streuende Strukturen, z.B. in Form einer Mattierung oder einer Mikrostruktur (mit Strukturelementen mit Abmessungen im Mikrometerbereich), vorgesehen sind, um bei Bedarf eine Verunschärfung der abgebildeten Helldunkelgrenze zu bewirken. Eine unscharfe Helldunkelgrenze kann Vorteile hinsichtlich eines subjektiven Empfindens eines Fahrers eines mit dem erfindungsgemäßen Lichtmodul versehenen Kraftfahrzeugs und/oder hinsichtlich einer Korrektur eines Farbsaums der resultierenden Lichtverteilung im Bereich der Helldunkelgrenze haben. Darüber hinaus können auch Verkehrsschilder besser erkannt werden, wenn eine geringe Lichtmenge oberhalb der Helldunkelgrenze abgestrahlt wird.
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Die Blendenanordnung mit der beschriebenen Blendenkante kann eine senkrecht oder in einem beliebigen Winkel schräg zu einer optischen Achse der Projektionsoptik verlaufende Flächenerstreckung aufweisen. Vorzugsweise weist die Blendenanordnung eine Flächenerstreckung umfassend eine optische Achse der Projektionsoptik oder parallel dazu auf, so dass die Blendenanordnung eine im Wesentlichen horizontale Flächenerstreckung aufweist. In diesem Fall wird die Vorderkante der Blendenanordnung von der Projektionsoptik als Helldunkelgrenze auf die Fahrbahn vor das Fahrzeug projiziert. Ein Lichtmodul mit einer „liegenden“ Blendenanordnung ermöglicht eine besonders kleinbauende Konstruktion und einen besonders effizienten Betrieb des Lichtmoduls, insbesondere wenn die Blendenanordnung eine reflektierende Beschichtung aufweist. Selbstverständlich ist es denkbar, dass die Flächenerstreckung der Blendenanordnung nicht eben, sondern gebogen bzw. quer oder längs geneigt ist. Insbesondere kann die Fläche einer vertikalen Blendenanordnung um eine senkrecht zur optischen Achse der Projektionsoptik verlaufende imaginäre Achse leicht gebogen sein. Ebenso ist es denkbar, dass die Fläche einer horizontalen Blendenanordnung um die optische Achse der Projektionsoptik oder eine dazu parallele imaginäre Achse leicht gebogen ist. Ferner wäre es denkbar, dass bei der horizontalen Blendenanordnung die horizontalen Abschnitte der Vorderkante um eine senkrecht zur optischen Achse der Projektionsoptik verlaufende imaginäre Achse gewölbt sind.
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Entscheidend ist allerdings die Blendenkante und deren Verlauf. Die Lichtstrahlen, die unterhalb der Kante verlaufen würden, müssen zur Erzeugung einer abgeblendeten Lichtverteilung geblockt (oder reflektiert) werden, egal ob durch eine vertikale oder eine horizontale Blende. In dem Sonderfall, dass das Lichtmodul auch noch eine Fernlichtverteilung realisieren soll, müssen dadurch die unterhalb der Kante verlaufenden Strahlen herangezogen werden. In diesem Fall empfiehlt sich also aus rein geometrischen Gründen eine Blendenanordnung mit einer eher horizontalen Flächenerstreckung.
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Falls das Lichtmodul eine Blendenanordnung aufweist, wird gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass die Umlenkfläche und die Lichtaustrittsfläche des Auskoppelabschnitts der oder jeder Vorsatzoptik derart ausgebildet sind, dass das von der Vorsatzoptik umgelenkte Licht im Bereich einer Kante, vorzugsweise einer der Vorsatzoptik abgewandten und der Projektionsoptik zugewandten Vorderkante, der Blendenanordnung gebündelt ist. Insbesondere ist es denkbar, dass im Bereich eines Brennpunkts, eines Brennpunktbereichs oder einer Brennebene der Projektionsoptik ein Zwischenbild der resultierenden Lichtverteilung erzeugt wird, das dann durch die Projektionsoptik zur Erzeugung der resultierenden Lichtverteilung auf die Fahrbahn projiziert wird. Besonders bevorzugt hat das Zwischenbild ein ausgeprägtes Maximum und eine Seitenstreuung. Vorzugsweise ist die Kante der Blendenanordnung in der Nähe oder in dem Brennpunkt, dem Brennpunktbereich oder der Brennebene der Projektionsoptik angeordnet, so dass das Zwischenbild durch die Projektionsoptik scharf auf der Fahrbahn abgebildet wird. Alternativ kann die Kante der Blendenanordnung auch in einem Abstand zu dem Brennpunkt, dem Brennpunktbereich oder der Brennebene der Projektionsoptik angeordnet sein, so dass das Zwischenbild durch die Projektionsoptik leicht verschwommen auf der Fahrbahn abgebildet wird.
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Das Maximum und die Seitenstreuung können durch eine einzige Vorsatzoptik erzeugt werden. Es ist aber auch denkbar, dass bei einem Lichtmodul mit mehreren Vorsatzoptiken mindestens eine der Vorsatzoptiken ausgebildet ist, durch das von der Vorsatzoptik gebündelte und umgelenkte Licht nach einer Abbildung durch die Projektionsoptik auf der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug in der resultierenden Lichtverteilung eine ausgeprägte Maximumzone mit begrenzter Streuung und erhöhten Beleuchtungsstärkewerten zu erzeugen, und mindestens eine andere der Vorsatzoptiken des Lichtmoduls ausgebildet ist, durch das von der anderen Vorsatzoptik gebündelte und umgelenkte Licht nach einer Abbildung durch die Projektionsoptik auf der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug in der resultierenden Lichtverteilung einen Seitenauslauf mit im Vergleich zu der Maximumzone größerer horizontaler Streuung und geringeren Beleuchtungsstärkewerten zu erzeugen. Eine Überlagerung der beiden Teil-Lichtverteilungen ergibt dann die resultierende Gesamtlichtverteilung des Scheinwerfers.
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Vorteilhafterweise ist die Blendenanordnung bewegbar ausgebildet, so dass sie mehr oder weniger weit in den Strahlengang hineinbewegbar ist und dabei mehr oder weniger des von der oder jeder Vorsatzoptik gebündelten und umgelenkten Lichts abschattet. Auf diese Weise kann das Lichtmodul zur Erzeugung einer variablen oder adaptiven Lichtverteilung genutzt werden. Bei vollständig in den Strahlengang eingeführter Blendenanordnung wird bspw. eine abgeblendete Lichtverteilung mit horizontalter Helldunkelgrenze (z.B. Abblendlicht oder Nebellicht) erzeugt. Bei vollständig aus dem Strahlengang heraus bewegter Blendenanordnung wird eine Lichtverteilung ohne Helldunkelgrenze (z.B. Fernlicht) erzeugt. In Zwischenpositionen der Blendenanordnung können bspw. ein Stadtlicht, ein Landstraßenlicht oder ein Autobahnlicht erzeugt werden.
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Das erfindungsgemäße Lichtmodul kann mit nur einer Vorsatzoptik der beschrieben Art realisiert werden. Besonders bevorzugt ist jedoch, wenn das Lichtmodul mehrere Vorsatzoptiken der beschrieben Art aufweist. Auf diese Weise kann mit kostengünstigen normalen Halbleiterlichtquellen in einem effizienten Modusbetrieb (keine Hochleistungs-LEDs) eine relativ helle Lichtverteilung des Scheinwerfers erzeugt werden, und die aus den Teillichtverteilungen von mehreren Vorsatzoptiken zusammengesetzte resultierende Lichtverteilung kann mit größerer Variabilität und Flexibilität verändert werden.
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Das Lichtmodul kann eine horizontale Blendenanordnung mit einer Flächenerstreckung aufweisen, welche die optische Achse der Projektionsoptik oder eine dazu parallele imaginäre Achse umfasst. Die Blendenkante und bei im Wesentlichen horizontaler Blendenfläche auch die Blendenfläche erstreckt sich beidseits einer horizontalen Ausgleichsebene, die im Weiteren als Blendenebene bezeichnet wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird für ein solches Lichtmodul vorgeschlagen, dass das Lichtmodul mindestens eine oberhalb einer durch die Flächenerstreckung der Blendenanordnung vorgegebenen Ebene und mindestens eine unterhalb der Ebene angeordnete Vorsatzoptik aufweist.
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Die mehreren Vorsatzoptiken des Lichtmoduls können entweder getrennt voneinander ausgebildet oder als ein Vorsatzoptikelement einteilig ausgebildet sein. Die Ausgestaltung als ein einteiliges Vorsatzoptikelement hat den Vorteil, dass die einzelnen Vorsatzoptiken in dem fertigen Vorsatzoptikelement bereits derart zueinander positioniert und ausgerichtet sind, dass im Zusammenwirken miteinander und der Projektionsoptik die gewünschte resultierende Lichtverteilung mit hoher Genauigkeit erzeugt wird. Insbesondere sind die resultierenden Teil-Lichtverteilungen der einzelnen Vorsatzoptiken in der resultierenden Gesamt-Lichtverteilung des Lichtmoduls in vorgegebener Weise zueinander positioniert. Dadurch wird die Montage des Lichtmoduls und damit des gesamten Scheinwerfers erheblich vereinfacht.
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Das einteilig ausgebildete Vorsatzoptikelement kann mehrere vollständig ausgebildete Vorsatzoptiken aufweisen, d.h. jede der Vorsatzoptiken des Vorsatzoptikelements hat alle Teile einer Vorsatzoptik, nämlich einen eigenen Lichteinkoppelabschnitt, eine eigene Umlenkfläche und einen eigenen Lichtauskoppelabschnitt. Es wäre aber auch denkbar, dass die einzelnen Vorsatzoptiken des Lichtmoduls nur teilweise separat ausgebildet sind und einige Teile miteinander teilen. So wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass das Vorsatzoptikelement des Lichtmoduls für jede Vorsatzoptik des Vorsatzoptikelements einen eigenen Lichteinkoppelabschnitt und eine eigene Umlenkfläche und jeweils für mehrere Vorsatzoptiken einen gemeinsamen Lichtauskoppelabschnitt aufweist, in den die Umlenkflächen das eingekoppelte Licht der Vorsatzoptiken lenken. In dem gemeinsamen Lichtauskoppelabschnitt des Lichtmoduls wird also das Licht aus den verschiedenen Vorsatzoptiken des Lichtmoduls gesammelt und tritt über die eine Lichtaustrittsfläche in Richtung Projektionsoptik aus der Vorsatzoptik aus.
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Vorteilhafterweise sind die Umlenkflächen der Vorsatzoptiken eines Vorsatzoptikelements durch mindestens eine Aussparung im Material des Vorsatzoptikelements gebildet. Die zu der Aussparung gerichteten Wandungen des Vorsatzoptikelements bilden dann totalreflektierende Grenzflächen, die auftreffendes Licht aus den Einkoppelabschnitten in den mindestens einen Auskoppelabschnitt umlenken. Auf diese Weise kann die Herstellung des Vorsatzoptikelements, insbesondere im Bereich des Umlenkelements, vereinfacht werden. Zudem können zu dicke Materialstärken des Vorsatzoptikelements verhindert werden, so dass zu starke Abmessungsänderungen beim Erkalten des gespritzten Materials der Vorsatzoptiken verhindert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass mindestens eine der Vorsatzoptiken ausgebildet ist, durch das von der Vorsatzoptik gebündelte und umgelenkte Licht nach einer Abbildung durch die Projektionsoptik auf der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug eine abgeblendete Lichtverteilung mit im Wesentlichen horizontaler Helldunkelgrenze als resultierende Lichtverteilung zu erzeugen, und mindestens eine andere der Vorsatzoptiken ausgebildet ist, durch das von der anderen Vorsatzoptik gebündelte und umgelenkte Licht nach einer Abbildung durch die Projektionsoptik auf der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug in der resultierenden Lichtverteilung einen Bereich oberhalb der Helldunkelgrenze auszuleuchten.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich unter Bezugnahme auf die Figuren durch die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Lichtmoduls. Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Lichtmodul gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht;
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2 das Lichtmodul aus 1 mit beispielhaft eingezeichneten Lichtstrahlen;
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3 das Lichtmodul aus 1 in einer Schnittansicht entlang einer Längsachse des Lichtmoduls;
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4 das Lichtmodul in der Ansicht aus 3 mit beispielhaft eingezeichneten Lichtstrahlen;
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5 eine mit einem Lichtmodul gemäß den 1 bis 4 beispielhaft erzeugte abgeblendete Lichtverteilung auf einem Messschirm;
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6 ein erfindungsgemäßes Lichtmodul gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform in einer Schnittansicht entlang einer Längsachse des Lichtmoduls mit beispielhaft eingezeichneten Lichtstrahlen;
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7 ein erfindungsgemäßes Lichtmodul gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform ohne Blendenanordnung in einer Schnittansicht entlang einer Längsachse des Lichtmoduls mit beispielhaft eingezeichneten Lichtstrahlen;
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8 ein erfindungsgemäßes Lichtmodul gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform ohne Blendenanordnung in einer Schnittansicht entlang einer Längsachse des Lichtmoduls mit beispielhaft eingezeichneten Lichtstrahlen;
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9 das Lichtmodul aus 7 mit in den Strahlengang eingebrachter Blendenanordnung;
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10 ein erfindungsgemäßes Lichtmodul gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform mit mehreren Vorsatzoptiken in einer Schnittansicht entlang einer Längsachse des Lichtmoduls;
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11 das Lichtmodul aus 10 mit eingeschalteter oberer Lichtquelle und beispielhaft eingezeichneten Lichtstrahlen;
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12 das Lichtmodul aus 10 mit eingeschalteter oberer und unterer Lichtquelle und beispielhaft eingezeichneten Lichtstrahlen;
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13 ein erfindungsgemäßes Lichtmodul gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform mit mehreren Vorsatzoptiken in einer Schnittansicht entlang einer Längsachse des Lichtmoduls; und
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14 ein Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem erfindungsgemäßen Lichtmodul.
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Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Kraftfahrzeugscheinwerfer. Ein Beispiel für einen solchen Kraftfahrzeugscheinwerfer ist in 14 dargestellt. Der Scheinwerfer ist in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Er umfasst ein Gehäuse 2, das vorzugsweise aus Kunststoff besteht. Eine in Lichtaustrittsrichtung 3 gerichtete Seite des Gehäuses 2 weist eine Lichtaustrittsöffnung 4 auf, die durch eine transparente Abdeckscheibe 5 verschlossen ist. Die Abdeckscheibe 5 besteht vorzugsweise aus Glas oder einem transparenten Kunststoff, beispielsweise Polycarbonat. In dem Gehäuse 2 können Öffnungen vorgesehen sein, um einen Zugang zum Inneren des Gehäuses, beispielsweise zu Wartungszwecken, zu ermöglichen und/oder um Kabel in das Innere des Gehäuses 2 leiten zu können.
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Im Inneren des Gehäuses 2 kann der Scheinwerfer 1 eines oder mehrere Lichtmodule aufweisen. In dem dargestellten Beispiel umfasst der Scheinwerfer 1 ein Leuchtenmodul 6, das zur Erzeugung einer Signal- oder Leuchtenfunktion dient (zum Beispiel Blinklicht, Positions- oder Begrenzungslicht, oder Tagfahrlicht). Das Leuchtenmodul 6 kann eine beliebige Form aufweisen, auf einem beliebigen technischen und optischen Prinzip beruhen und an einer beliebigen Stelle im Inneren des Gehäuses 2 angeordnet sein. So wäre es beispielsweise auch denkbar, dass ein Lichtmodul 7 die Funktion des Leuchtenmoduls übernimmt. Alternativ kann es sich bei dem Lichtmodul 7 auch um ein zusätzlich zu dem Leuchtenmodul 6 vorgesehenes Leuchtenmodul handeln.
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Schließlich ist im Inneren des Gehäuses 2 noch ein Lichtmodul 8 angeordnet, das als ein erfindungsgemäßes Lichtmodul ausgebildet sein kann. Das Lichtmodul 8 dient insbesondere zur Erzeugung üblicher Scheinwerfer-Lichtfunktionen (zum Beispiel Abblendlicht, Fernlicht, Nebellicht, Stadtlicht, Landstraßenlicht, Autobahnlicht oder beliebiger adaptiver oder variabler Lichtverteilungen). Es ist denkbar, dass das Lichtmodul 8 nur einen Teil der resultierenden Lichtverteilung des Scheinwerfers 1 erzeugt, wobei ein anderer Teil der resultierenden Lichtverteilung durch ein weiteres Lichtmodul, beispielsweise das Lichtmodul 7, erzeugt werden kann. Eine Überlagerung der von den Lichtmodulen 7, 8 erzeugten Teil-Lichtverteilung erzeugt dann die gewünschte resultierende Lichtverteilung des Scheinwerfers 1. Die resultierende Lichtverteilung des Lichtmoduls 8 oder des Scheinwerfers 1 genügt den in den jeweiligen Ländern geltenden gesetzlichen Anforderungen, damit ein mit dem Scheinwerfer 1 versehenes Kraftfahrzeug auch in dem jeweiligen Land betrieben werden darf und sowohl der Scheinwerfer 1 als auch das damit ausgerüstete Kraftfahrzeug eine ordnungsgemäße Zulassung erhalten.
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Die Ausgestaltung des Lichtmoduls 8 des Scheinwerfers 1 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 bis 13 näher erläutert. Das Lichtmodul 8 ist als ein sogenanntes Projektionsmodul ausgebildet, das heißt das von einer Lichtquelle erzeugte Licht wird gegebenenfalls nach einer Bündelung und dem Passieren einer Blendenanordnung, mittels einer Projektionsoptik auf eine Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug abgebildet. Um einen objektiven Vergleich verschiedener resultierender Lichtverteilungen zu ermöglichen und um die Einhaltung gesetzlicher Anforderungen objektiv prüfen zu können, wird in einem definierten Abstand zu dem Scheinwerfer 1 ein Messschirm 27 (vgl. 5) angeordnet, auf dem eine horizontale Achse HH und eine vertikale Achse VV eingezeichnet sind. Der Messschirm 27 wird bezüglich des Scheinwerfers 1 derart ausgerichtet, dass eine optische Achse des Scheinwerfers 1 durch den Schnittpunkt HV der Horizontalen HH mit der Vertikalen VV verläuft. Bereiche der resultierenden Lichtverteilung mit gleicher Beleuchtungsstärke sind in 5 durch sogenannte Isolux-Linien 33 gekennzeichnet. Die in 5 gezeigte resultierende Lichtverteilung eines Lichtmoduls 8 des Scheinwerfers 1 ist eine abgeblendete Lichtverteilung mit einer asymmetrischen, im Wesentlichen horizontalen Helldunkelgrenze, wie sie beispielsweise ein herkömmliches Abblendlicht hat. Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Lichtmodul 8 auch eine beliebig andere resultierende Lichtverteilung erzeugen, beispielsweise ein Nebellicht, ein Fernlicht, ein Stadtlicht, ein Landstraßenlicht, ein Autobahnlicht, oder eine beliebige variable oder adaptive Lichtverteilung.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 umfasst das Lichtmodul 8 eine Halbleiterlichtquelle 9. Die Halbleiterlichtquelle 9 weist beispielsweise eine oder mehrere Leuchtdioden auf, die jeweils zumindest einen Leuchtdiodenchip umfassen. Beispielsweise handelt es sich bei der Lichtquelle 9 um eine Mehrzahl von Leuchtdioden, die entlang einer geraden Linie in einer Ebene angeordnet sind. Ebenso ist es denkbar, dass es sich bei der Lichtquelle 9 um eine Mehrzahl von in mehreren Reihen und Spalten matrixartig angeordneten Leuchtdioden handelt.
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Der Halbleiterlichtquelle 9 ist eine Vorsatzoptik 10 zugeordnet, die aus einem transparenten Material, bspw. Glas oder Kunststoff, besteht. Sie ist vorzugsweise ein Vollkörper, der aus einem hitzebeständigen transparenten Material gebildet ist. Die Vorsatzoptik 10 besteht beispielsweise aus einem der folgenden Materialien: PMMA, PMMI, Polycarbonat, COC oder Glas. Der Brechungsindex des Materials der Vorsatzoptik 10 beträgt in einem Frequenzbereich des sichtbaren Lichts vorzugsweise mindestens 1,3, besonders bevorzugt zwischen 1,4 und 1,7. Vorzugsweise wird die Vorsatzoptik 10 mittels Spritzgießen hergestellt.
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Die Vorsatzoptik 10 weist einen Lichteinkoppelabschnitt 11 und einen Lichtauskoppelabschnitt 12 auf. Der Einkoppelabschnitt 11 geht in einen zylindrischen Umlenkabschnitt 11' über, der sich mit dem Auskoppelabschnitt 12 in Form einer Kante 12' verschneidet. Eine der Halbleiterlichtquelle 9 zugewandte Lichteintrittsfläche des Lichteinkoppelabschnitts 11 ist mit Bezugszeichen 13 bezeichnet. Über die Lichteintrittsfläche 13 kann von der Halbleiterlichtquelle 9 ausgesandtes Licht in die Vorsatzoptik 10 eingekoppelt werden. Dabei ist die Eintrittsfläche 13 vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Effizienz der Einkopplung von Licht verbessert wird. Eine Lichtaustrittsfläche des Lichtauskoppelabschnitts 12 ist mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnet. Die Lichtaustrittsfläche 14 kann eben ausgestaltet oder in beliebiger Weise konkav oder konvex gekrümmt sein. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der 1 ist die Lichtaustrittsfläche 14 konvex gewölbt.
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Auch die Lichteintrittsfläche 13 kann eben oder zur Verbesserung der Effizienz der Einkopplung von Licht in beliebig anderer Weise ausgebildet sein. In der Schnittansicht der Vorsatzoptik 10 in 3 kann man erkennen, dass die Lichteintrittsfläche 13 einen in etwa hohlzylinderförmigen Lichteintrittsabschnitt 15 sowie einen zentralen Linsenabschnitt 16 aufweist. Da Leuchtdioden üblicherweise Licht in einen 180°-Halbraum aussenden, wird durch die besondere Ausgestaltung der Lichteintrittsfläche 13 eine besonders effiziente Einkopplung des Lichts in die Vorsatzoptik 10 ermöglicht. Dabei treten die in Hauptabstrahlrichtung 17 und die diesbezüglich mit geringer Winkelabweichung ausgesandten Lichtstrahlen durch den Linsenabschnitt 16 in den Lichteinkoppelabschnitt 11 der Vorsatzoptik 10 ein. Dabei werden die Lichtstrahlen weitgehend kolimiert. Die seitlich oder radial ausgesandten Lichtstrahlen der Halbleiterlichtquelle 9 treten über den hohlzylinderförmigen Lichteintrittsabschnitt 15 in den Lichteinkoppelabschnitt 11 der Vorsatzoptik 10 ein, und werden an einer äußeren Grenzfläche 11a des Lichteinkoppelabschnitts 11 total reflektiert, so dass sie ebenfalls in etwa parallel zur Hauptabstrahlrichtung 17 der Halbleiterlichtquelle 9 verlaufen. Die entsprechenden Strahlverläufe sind beispielhaft in 4 eingezeichnet.
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Die Hauptabstrahlrichtung 17 der Halbleiterlichtquelle 9 entspricht einer optischen Achse des Lichteinkoppelabschnitts 11 der Vorsatzoptik 10. Eine optische Achse des Lichtauskoppelabschnitts 12 der Vorsatzoptik 10 entspricht der Hauptaustrittsrichtung des Lichts aus der Vorsatzoptik 10 durch die Lichtaustrittsfläche 14 und ist mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnet.
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Es ist in 1 deutlich zu erkennen, dass die optischen Achse 17, 18 der Abschnitte 11, 12 in einem Winkel zueinander verlaufen. Dabei können sich die Achsen 17, 18 in einem Punkt schneiden oder windschief zueinander verlaufen. Die Vorsatzoptik 10 weist in dem Übergangsabschnitt 11' zwischen den beiden Abschnitten 11, 12 eine Umlenkfläche 19 auf, die das eingekoppelte Licht aus dem Einkoppelabschnitt 11 vorzugsweise mittels Totalreflexion in den Auskoppelabschnitt 12 umlenkt. Der Schnittpunkt zwischen den Achsen 17, 18 liegt vorzugsweise auf der Umlenkfläche 19. Bei windschiefen Achsen 17, 18 legt die kürzeste Verbindung zwischen den Achsen 17, 18 die Lage der Umlenkfläche 19 fest. Der Einkoppelabschnitt 11 und der Auskoppelabschnitt 12 der Vorsatzoptik 10 weisen bezüglich ihrer optischen Achse 17, 18 einen runden Querschnitt, d.h. ohne Ecken, auf. Insbesondere ist der Querschnitt des Einkoppelabschnitts 11 und des Auskoppelabschnitts 12 bezüglich der optischen Achsen 17, 18 kreisförmig, elliptisch oder ellipsenähnlich ausgebildet.
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Ferner weist das Lichtmodul 8 eine Projektionsoptik 20 auf, die in dem Beispiel der 1 als eine plankonvexe Sammellinse ausgebildet ist. Selbstverständlich kann die Projektionsoptik 20 auch als eine beliebig anders ausgestaltete Linse oder sogar als ein Reflektor ausgebildet sein. Die Projektionsoptik 20 bildet zumindest einen Teil des von der Vorsatzoptik 10 ausgesandten Lichts auf der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug ab, um die resultierende Lichtverteilung zu erzeugen. Die Projektionslinse 20 kann aus Glas oder einem transparenten Kunststoffmaterial bestehen. Eine optische Achse 21 der Projektionsoptik 20 verläuft schräg zu der optischen Achse 18 des Auskoppelabschnitts 12 der Vorsatzoptik 10 und damit auch schräg zu der Hauptaustrittsrichtung 18 des Lichts aus der Lichtaustrittsfläche 14.
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Zwischen der Vorsatzoptik 10 und der Projektionsoptik 20 ist im Strahlengang eine Blendenanordnung 22 angeordnet. Diese weist in dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 und 6 eine im Wesentlichen horizontale Flächenerstreckung auf, welche die optische Achse 21 der Projektionsoptik 20 umfasst oder zumindest parallel zu dieser verläuft. Die Blendenanordnung 22 weist eine Vorderkante 23 auf, die zwei horizontale Abschnitte 24, 25 auf verschiedene Ebenen und einen die beiden horizontalen Abschnitte 24, 25 miteinander verbindenden schrägen Abschnitt 26 auf. Der schräge Abschnitt 26 hat vorzugsweise einen Winkel von 15° bezüglich den horizontalen Abschnitten 24, 25. Die Vorderkante 23 der Blendenanordnung 22 dient zur Erzeugung einer horizontalen Helldunkelgrenze 29 in der resultierenden Lichtverteilung des Lichtmoduls 8 (5). Die Blendenanordnung 22 kann zumindest nach oben hin möglicherweise aber auch beidseitig verspiegelte Oberfläche aufweisen, so dass von dieser abgeschattete Lichtstrahlen gezielt reflektiert werden und zur Erzeugung der resultierenden Lichtverteilung 28 des Lichtmoduls 8 genutzt werden können und nicht verloren gehen. Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad des Lichtmoduls 8 verbessert werden. Eine Extrapolation der Blendenkantenabschnitte 24, 25 zur Erzeugung der horizontalen Abschnitte der Helldunkelgrenze 29 verläuft im Bereich der optischen Achse 21 der Sekundäroptik 20 und vorzugsweise senkrecht zu dieser. Die optische Achse 18 des Lichtauskoppelabschnitts 12 ist auf die Blendenkante 23 gerichtet.
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Das Lichtmodul 8 aus 1 weist eine horizontale Blendenanordnung 22 mit einer Flächenerstreckung auf, welche die optische Achse 21 der Projektionsoptik 21 oder eine dazu parallele imaginäre Achse umfasst. Die Blendenkante 23 und bei im Wesentlichen horizontaler Blendenfläche auch die Blendenfläche erstreckt sich beidseits einer imaginären horizontalen Ausgleichsebene, die im Weiteren als Blendenebene bezeichnet wird. In 1 ist bspw. der Blendenkantenabschnitt 24 und der zugehörige Blendenflächenabschnitt oberhalb der Blendenebene und der Blendenkantenabschnitt 25 und der zugehörige Blendenflächenabschnitt unterhalb der Blendenebene angeordnet.
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Die Kante 12' am Übergang zwischen den Abschnitten 11, 12 und der daraus resultierende Knick im Querschnitt der Vorsatzoptik 10 dienen zur Unterdrückung von Streulicht in der Vorsatzoptik 10, indem bspw. Licht, das von der Lichtquelle 9 direkt auf die Lichtaustrittsfläche 14 der Vorsatzoptik 10 fallen würde auf die Umlenkfläche 19 gelenkt wird. Ferner ist die Kante 12' von der Blendenkante 23 zu unterscheiden, denn die Kante 12' am Übergang zwischen den Abschnitten 11, 12 liegt nicht im Fokusbereich der Projektionslinse 20 und wird folglich auch nicht auf der Fahrbahn vor dem Fahrzeug oder auf einem Messschirm, wie bspw. dem Messschirm 27 in 5, abgebildet.
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In 5 ist auf einem in einem definierten Abstand zu dem Lichtmodul 8 bzw. dem Scheinwerfer 1 angeordneten Messschirm 27 eine resultierende abgeblendete Lichtverteilung 28 beispielhaft dargestellt. Die Lichtverteilung 28 weist eine obere im Wesentlichen horizontale Helldunkelgrenze 29 auf. Den Abschnitten 24 bis 26 der Vorderkante 23 der Blendenanordnung 22 entsprechend weist auch die Helldunkelgrenze 29 zwei horizontale Abschnitte 30, 31 auf verschiedenen Ebenen auf, die durch einen schrägen Abschnitt 32 miteinander verbunden sind, der vorzugsweise einem 15°-Anstieg entspricht. Der niedrigere horizontale Abschnitt 30 der Helldunkelgrenze 29 der resultierenden abgeblendeten Lichtverteilung 28 ist auf einer Gegenverkehrsseite angeordnet, so dass eine Blendung entgegenkommender Verkehrsteilnehmer vermieden werden kann. Der höhere horizontale Abschnitt 31 ist auf der eigenen Verkehrsseite angeordnet, um eine bessere Sicht des Fahrers nach vorne auf die Fahrbahn zu erzielen, ohne jedoch vorausfahrende Verkehrsteilnehmer zu blenden. Der Übergang zwischen den horizontalen Abschnitten 30, 31 der Helldunkelgrenze 29 kann auch anders als mit der dargestellten Schräge 32 realisiert werden, beispielsweise mittels einer Stufe. Auch die Form und Höhe der Helldunkelgrenze 29 kann beliebig anders als in 5 dargestellt ausgebildet sein. Bereiche gleicher Beleuchtungsstärke der Lichtverteilung 28 sind in 5 mit sogenannten Isolux-Linien 33 gekennzeichnet.
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Zurückkommend auf 1 ist dort deutlich zu erkennen, dass die Hauptaustrittsrichtung 18 des Lichts aus der Lichtaustrittsfläche 14 der Vorsatzoptik 10 schräg zu der optischen Achse 21 der Projektionsoptik 20 verläuft. Insbesondere schneidet die Hauptaustrittsrichtung 18 der Vorsatzoptik 10 die optische Achse 21 der Projektionsoptik 20 im Bereich der Vorderkante 23 der Blendenanordnung 22. Ganz besonders bevorzugt liegt ein Schnittpunkt der Hauptaustrittsrichtung 18 und der optischen Achse 21 im Bereich des schrägen Übergangs 26 zwischen den beiden horizontalen Abschnitten 24, 25 der Vorderkante 23. Der Schnittpunkt der Hauptaustrittsrichtung 18 und der optischen Achse 21 entspricht vorzugsweise einem Brennpunkt der Projektionsoptik 20. Ein von der Vorsatzoptik 10 in diesem Brennpunkt erzeugtes Zwischenbild wird durch die Projektionsoptik 20 auf der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug zur Erzeugung der resultierenden Lichtverteilung abgebildet. Das Zwischenbild der Lichtverteilung im Bereich des Schnittpunkts der Hauptaustrittsrichtung 18 und der optischen Achse 21 weist deshalb ein ausgeprägtes Maximum und eine relativ große Seitenstreuung auf. Durch die Projektionsoptik 20 wird das Zwischenbild lediglich auf der Fahrbahn abgebildet und dabei vergrößert; eine Veränderung der Beleuchtungsstärkeverteilungen innerhalb der Lichtverteilung wird durch die Linse 20 nicht bewirkt.
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Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Lichtmoduls 8 ist darin zu sehen, dass die Halbleiterlichtquelle 9 in der optischen Achse 21 der Projektionsoptik 20 betrachtet nicht hinter der Vorsatzoptik 10 sondern seitlich versetzt zu dieser, also neben einer Lichtaustrittsfläche 14 der Vorsatzoptik 10 angeordnet werden kann. Dadurch kann eine besonders geringe Einbautiefe des Lichtmoduls 8 realisiert werden.
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Bei dem ersten Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 und 6 ist die Halbleiterlichtquelle 9 unterhalb einer Horizontalen angeordnet, welche die Flächenerstreckung der Blendenanordnung 22 beziehungsweise die optische Achse 21 der Projektionsoptik 20 umfasst. In einem anderen Ausführungsbeispiel, das in 6 dargestellt ist, ist die Vorsatzoptik 10 anders ausgerichtet, so dass die Halbleiterlichtquelle 9 oberhalb der Horizontalen beziehungsweise der optischen Achse 21 der Projektionsoptik 20 angeordnet ist. Wo genau die Halbleiterlichtquelle 9 in dem Lichtmodul 8 angeordnet wird, kann von Fall zu Fall unter Berücksichtigung des gegebenen Einbauraums im Frontbereich des Kraftfahrzeugs entschieden werden. Zur Realisierung einer variablen Lichtverteilung durch Zuschalten oder Abschalten einzelner Lichtquellen ist es auch denbkar, mehrere Halbleiterlichtquellen 9 mit zugeordneten Vorsatzoptiken 10 in dem Lichtmodul 8 anzuordnen. Durch das Aktivieren beziehungsweise Deaktivieren einzelner oder mehrerer Halbleiterlichtquellen 9 können so variable Lichtverteilung mit oder ohne Helldunkelgrenze erzeugt werden. Entsprechende Ausführungsbeispiele werden weiter unten unter Bezugnahme auf die 10 bis 13 näher erläutert.
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In 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lichtmoduls 8 dargestellt, das jedoch keine Blendenanordnung zum Abschatten eines Teils des von der Vorsatzoptik 10 gebündelten und umgelenkten Lichts aufweist. Die resultierende Lichtverteilung hat somit keine Helldunkelgrenze. Bei der resultierenden Lichtverteilung handelt es sich beispielsweise um ein Fernlicht. Das Lichtmodul 8 aus 7 zur Erzeugung einer Fernlichtverteilung weist eine Vorsatzoptik 10 mit einer konvex gewölbten Lichtaustrittsfläche 14 des Lichtauskoppelabschnitts 12 auf. Dabei wird das austretende Licht im Bereich eines Brennpunktes oder in einem Bereich mehrerer Brennpunkte (in einer sog. Brennpunktwolke) gebündelt, der in etwa dem Brennpunkt der Projektionsoptik 20 entspricht bzw. in dessen Nähe liegt.
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Bei einem anderen, in 8 gezeigten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls 8 zur Erzeugung einer Fernlichtverteilung ist die Lichtaustrittsfläche 14 der Vorsatzoptik 10 konkav gewölbt. Somit treten über die Lichtaustrittsfläche 14 divergierende Lichtstrahlen aus der Vorsatzoptik 10 aus. Die austretenden Lichtstrahlen treffen sich im Bereich eines imaginären Brennpunktes 34, der auf der optischen Achse 18 des Auskoppelabschnitts 12 links von (bzw. hinter) der Vorsatzoptik 10 liegt. Der imaginäre Brennpunkt 34 entspricht in etwa einem Brennpunkt der Projektionsoptik 20. Aus diesem Grund ist die Projektionsoptik 20 relativ dicht an die Lichtaustrittsfläche 14 gerückt. Die Projektionsoptik 20 ist derart ausgebildet, dass die aus der Lichtaustrittsfläche 14 divergierend austretenden Lichtstrahlen in etwa kollimiert werden.
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Eine Besonderheit der Lichtmodule 8 zur Erzeugung der Fernlichtverteilung gemäß den 7 und 8 besteht darin, dass die Hauptaustrittsrichtung 18 der Vorsatzoptik 20 durch die Lichtaustrittsfläche 14 des Auskoppelelements 12 in etwa deckungsgleich mit der optischen Achse 21 der Projektionsoptik 20 ist, wohingegen bei den in den 1 bis 4 und 6 gezeigten Ausführungsformen die Hauptaustrittsrichtung 18 aus der Vorsatzoptik 20 schräg zu der optischen Achse 21 der Projektionsoptik 20 verläuft. In etwa deckungsgleich bedeutet, dass die Achsen parallel mit geringem oder keinem Abstand (weniger als 1/10 des Durchmessers der Vorsatzoptik 20) zueinander verlaufen oder sie schneiden sich unter einem sehr kleinen Winkel (bis etwa 3°).
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In 9 ist das Lichtmodul 8 aus 7 gezeigt, wobei in den Strahlengang zwischen der Vorsatzoptik 10 und der Projektionsoptik 20 eine Blendenanordnung 22 angeordnet ist. Dabei handelt es sich um eine Blendenanordnung 22 mit einer vertikalen Flächenerstreckung. Eine Oberkante 23 der Blendenanordnung 22 wird durch die Projektionsoptik 20 zur Erzeugung der Helldunkelgrenze 29 der resultierenden Lichtverteilung 28 auf die Fahrbahn projiziert. Mittels einer bewegbaren Blendenanordnung 22 kann ein Lichtmodul 8 zur Erzeugung einer variablen Lichtverteilung realisiert werden. Die Blendenanordnung 22 kann in vertikaler Richtung parallel verschoben (vgl. Doppelpfeil 22a) oder um eine im Wesentlichen Horizontale, in einem Abstand zu der optischen Achse 21 der Projektionsoptik 20 angeordnete Drehachse 22b klappbar ausgebildet sein (vgl. Doppelpfeil 22c). Selbstverständlich ist es auch bei der Blendenanordnung 22 mit einer horizontalen Flächenerstreckung (vgl. 1 bis 4 und 6) denkbar, dass die Blendenanordnung 22 beweglich ausgebildet ist, um eine variable Lichtverteilung erzeugen zu können.
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Anhand der 10 bis 12 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lichtmoduls 8 erläutert, wobei mehrere Halbleiterlichtquellen 9 mit mehreren, den Lichtquellen 9 zugeordneten Vorsatzoptiken 10 vorgesehen sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind jeweils zwei Halbleiterlichtquellen 9 und zwei Vorsatzoptiken 10 je Lichtmodul 8 vorgesehen. Selbstverständlich können auch mehr als die dargestellten zwei Halbleiterlichtquellen 9 und zwei Vorsatzoptiken 10 in einem Lichtmodul 8 angeordnet sein. Bei dem Ausführungsbeispiel ist eine Halbleiterlichtquelle 9 mit der ihr zugeordneten Vorsatzoptik 10 oberhalb einer Horizontalebene angeordnet, welche die Flächenerstreckung der Blendenanordnung 22 und/oder die optische Achse der Projektionsoptik 20 umfasst (sog. Blendenebene). Eine weitere Halbleiterlichtquelle 9 mit einer weiteren Vorsatzoptik 10 ist unterhalb der Horizontal- oder Blendenebene angeordnet. Bei einem Blick von vorne entgegen der Lichtaustrittsrichtung 3 des Scheinwerfers 1 wären die Vorsatzoptiken 10 mit den zugeordneten Halbleiterlichtquellen 9 also bei 12 Uhr und bei 6 Uhr angeordnet. Selbstverständlich wäre es denkbar, weitere Vorsatzoptiken 10 mit weiteren Lichtquellen 9 in dem Lichtmodul 8 anzuordnen, bspw. bei 3 Uhr und bei 9 Uhr. Das funktioniert für Fernlicht besonders gut oder wenn die zugehörigen Austrittsflächen 14 komplett oberhalb bzw. unterhalb der Blendenebene liegen. Die Hauptaustrittsrichtung 18 des Lichts aus der Lichtaustrittsfläche 14 der beiden Vorsatzoptiken 10 ist schräg auf die Blendenanordnung 22 gerichtet, so dass sich die Hauptaustrittsrichtungen 18 der beiden Vorsatzoptiken 10 im Bereich der Vorderkante 23 der Blendenanordnung 22 schneiden.
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In 11 ist das Lichtmodul 8 aus 10 mit aktivierter oberer Halbleiterlichtquelle 9 und entsprechenden, beispielhaft eingezeichneten Lichtstrahlen dargestellt. Durch das Aktivieren der oberen Halbleiterlichtquelle 9 kann beispielsweise eine abgeblendete Lichtverteilung erzeugt werden, wie sie in 5 dargestellt ist. Selbstverständlich können auf diese Weise auch beliebig andere abgeblendete Lichtverteilungen mit beliebig anders ausgeformter horizontaler Helldunkelgrenze 29 erzeugt werden.
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Gemäß einer anderen Variante ist es denkbar, dass bei einem Blick von vorne entgegen der Lichtaustrittsrichtung 3 des Scheinwerfers 1 die Vorsatzoptiken 10 mit den zugeordneten Halbleiterlichtquellen 9 bei 3 Uhr und bei 9 Uhr angeordnet sind. Ein solches Lichtmodul wäre bspw. in 11 dargestellt, wenn man 11 als einen Horizontalschnitt betrachten würde. In diesem Fall könnte die Blendenanordnung 22 mit der Blendenkante 23 vertikal verlaufen. Mit einem solchen Lichtmodul könnte ein Lichtverteilung mit vertikaler Helldunkelgrenze erzeugt werden, bspw. ein Teil-Fernlicht.
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In 12 ist zusätzlich zu der oberen Lichtquelle 9 noch die untere Halbleiterlichtquelle 9 aktiviert, so dass die resultierende Lichtverteilung des Lichtmoduls 8 durch eine Überlagerung der durch die beiden Vorsatzoptiken 10 erzeugten Teil-Lichtverteilungen erzeugt wird. Das von der unteren Lichtquelle 9 ausgesandte Licht leuchtet nach der Bündelung und Umlenkung durch die untere Vorsatzoptik 10 und nach einer Projektion auf die Fahrbahn durch die Projektionsoptik 20 einen Bereich oberhalb der Helldunkelgrenze 29 der abgeblendeten Lichtverteilung 28 aus. Die resultierende Lichtverteilung ist im Fall der 12 beispielsweise eine Fernlichtverteilung. Das Licht beider Halbleiterlichtquellen 9 und Vorsatzoptiken 10 gemeinsam ergibt dann die resultierende Fernlichtverteilung.
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Die Vorsatzoptiken 10 des Lichtmoduls 8 können entweder als separate Bauteile (vgl. 10 bis 13) oder als ein einziges, gemeinsames integrales Bauteil in Form eines Vorsatzoptikelements ausgebildet sein. Wenn mehrere Vorsatzoptiken 10 eines Lichtmoduls 8 ein gemeinsames Bauteil bilden, ist es denkbar, dass sie eines oder mehrere Teile der Vorsatzoptik 10 gemeinsam nutzen. Ein entsprechendes Beispiel ist in 13 dargestellt. Das dort gezeigte Lichtmodul 8 weist ebenfalls zwei Halbleiterlichtquellen 9 mit zwei diesen zugeordneten Vorsatzoptiken 10 auf. Die beiden Vorsatzoptiken 10 haben zwar separate Lichteinkoppelabschnitte 11 und Umlenkflächen 19. Beide Vorsatzoptiken 10 nutzen jedoch einen gemeinsamen Lichtauskoppelabschnitt 12 und die entsprechende gemeinsame Lichtaustrittsfläche 14.
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Somit verlässt das Licht sämtlicher Vorsatzoptiken 10 das kombinierte Vorsatzoptikelement über eine gemeinsame Lichtaustrittsfläche 14. Mit dem Vorsatzoptikelement, das mehrere Vorsatzoptiken 10 umfasst, kann ein besonders kompakt aufgebautes Lichtmodul 8 realisiert werden. Eine Besonderheit des Ausführungsbeispiels in 13 besteht darin, dass die Umlenkflächen 19 der Vorsatzoptiken 10 durch eine Aussparung 34 im Material des Vorsatzoptikelements gebildet sind. Selbstverständlich können auch mehrere Aussparungen 34 zum Bilden der Umlenkflächen 19 in dem Vorsatzoptikelement vorgesehen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005042523 A1 [0003, 0004, 0008]
- DE 102008036192 A1 [0005, 0005]
