DE102015115339A1

DE102015115339A1 - Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102015115339A1
Application number: DE102015115339.4A
Authority: DE
Inventors: Bernd Fischer
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2015-09-11
Publication date: 2017-03-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle und mit einer Optikeinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, wobei die Optikeinheit ein Flüssigkristallelement und einen in Hauptabstrahlrichtung hinter dem Flüssigkristallelement angeordneten ersten Polarisationsfilter und einen in Hauptabstrahlrichtung vor dem Flüssigkeitskristallelement angeordneten zweiten Polarisationsfilter aufweist, wobei der erste Polarisationsfilter als ein Trennpolarisationsfilter ausgebildet ist, der unpolarisiertes Licht in einen ersten Lichtanteil enthaltend Wellen mit einer ersten Polarisationsrichtung und einen zweiten Lichtanteil enthaltend Wellen mit einer zu der ersten Polarisationsrichtung unterschiedlichen zweiten Polarisationsrichtung umwandelt, und der das Licht räumlich getrennt über einen ersten Lichtpfad für den ersten Lichtanteil und über einen zweiten Lichtpfad für den zweiten Lichtanteil weiterführt zu dem Flüssigkristallelement, das einen ersten Flüssigkristallabschnitt für den ersten Lichtanteil und einen zweiten Flüssigkristallabschnitt für den zweiten Lichtanteil aufweist, wobei der zweite Flüssigkristallabschnitt invertierend zu dem ersten Flüssigkristallabschnitt angesteuert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle und mit einer Optikeinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, wobei die Optikeinheit ein Flüssigkristallelement und einen in Hauptabstrahlrichtung hinter dem Flüssigkristallelement angeordneten ersten Polarisationsfilter und einen in Hauptabstrahlrichtung vor dem Flüssigkeitskristallelement angeordneten zweiten Polarisationsfilter aufweist.
Aus der DE 10 2013 020 549 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle und einer Optikeinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung bekannt, bei der die Optikeinheit ein Flüssigkristallelement, einen lichtstromaufwärts angeordneten ersten Polarisationsfilter und einen lichtstromabwärts angeordneten zweiten Polarisationsfilter aufweist. An dem ersten Polarisationsfilter wird von der Lichtquelle ausgesandtes Licht polarisiert und dann dem Flüssigkristallelement zugeführt. Das Flüssigkristallelement besteht aus Segmenten, die in einem gleichmäßigen Raster angeordnet sind. In Abhängigkeit von einer an den jeweiligen Segmenten anliegenden elektrischen Spannung wird die Ausrichtung der Flüssigkristalle gesteuert. Insofern kann in Abhängigkeit von der Aktivierung entsprechender Segmente des Flüssigkristallelementes eine die Lichtverteilung vorgebende Lichtdurchlässigkeit eingestellt werden. Das Flüssigkristallelement wirkt zusammen mit den Polarisationsfiltern somit als eine variable Blendeneinrichtung, mittels derer unterschiedliche Lichtverteilungen erzeugbar sind. Nachteilig an der bekannten Beleuchtungsvorrichtung ist jedoch, dass in der Regel etwa 50 % des von der Lichtquelle emittierten Lichtes vom Polarisationsfilter absorbiert und dabei größtenteils in Wärme umgewandelt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge enthaltend ein Flüssigkristallelement derart weiterzubilden, dass effektiv eine Anzahl von Lichtverteilungen erzeugt werden, wobei insbesondere die thermische Belastung verringert wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Polarisationsfilter als ein Trennpolarisationsfilter ausgebildet ist, der unpolarisiertes Licht in einen ersten Lichtanteil enthaltend Wellen mit einer ersten Polarisationsrichtung und einen zweiten Lichtanteil enthaltend Wellen mit einer zu der ersten Polarisationsrichtung unterschiedlichen zweiten Polarisationsrichtung umwandelt, und der das Licht räumlich getrennt über einen ersten Lichtpfad, entlang dem der erste Lichtanteil propagiert, und über einen zweiten Lichtpfad, entlang dem der zweite Lichtanteil propagiert, weiterführt zu dem Flüssigkristallelement, das einen von dem ersten Lichtanteil beleuchteten ersten Flüssigkristallabschnitt und einen von dem zweiten Lichtanteil beleuchteten zweiten Flüssigkristallabschnitt aufweist, wobei der zweite Flüssigkristallabschnitt invertierend zu dem ersten Flüssigkristallabschnitt angesteuert ist.
Nach der Erfindung ist ein Trennpolarisationsfilter vorgesehen, mittels dessen das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht aufgeteilt bzw. aufgespalten wird in zwei Lichtanteile, die sich hinsichtlich ihrer Polarisationsrichtung unterscheiden. Insbesondere können die Polarisationsrichtungen der beiden Lichtanteile senkrecht zueinander stehen. Zum einen wird von dem Trennpolarisationsfilter ein erster Lichtanteil enthaltend eine erste Polarisationsrichtung entlang eines ersten Lichtpfades und zum anderen ein zweiter Lichtanteil mit einer zweiten Polarisationsrichtung über einen zweiten Lichtpfad an das Flüssigkristallelement weitergeleitet, so dass sich der Anteil des absorbierten Lichtes auf bis zu 10 % statt wie vorher 50 % reduziert. Der Licht- bzw. Wärmeverlust an den Polarisationsfilter lässt sich hierdurch signifikant reduzieren.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der Trennpolarisationsfilter schräg und/oder treppenförmig zu einer Einfallsrichtung des Lichtes. Durch die Ausdehnung des Trennpolarisationsfilters quer zur Einfallsrichtung des Lichtes kann ein relativ hoher Lichtanteil zur Erzeugung der Lichtverteilung innerhalb des Flüssigkristallelementes genutzt werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der Trennpolarisationsfilter ein Trennelement und ein Spiegelelement auf, die in einem Abstand zueinander angeordnet sind. Vorzugsweise stimmt dieser Abstand mit einem Mittenabstand überein, um den ein von dem ersten Lichtpfad erfasster erster Flüssigkristallabschnitt des Flüssigkristallelementes von einem von dem zweiten Lichtpfad erfasster zweiter Flüssigkristallabschnitt des Flüssigkristallelementes beabstandet ist. Hierdurch können der erste Lichtanteil und der zweite Lichtanteil platzsparend auf die übereinander angeordneten Flüssigkristallabschnitte des Flüssigkristallelementes auftreffen. In dem ersten Flüssigkristallabschnitt trifft des erste Lichtanteil mit der ersten Polarisationsrichtung und in dem zweiten Flüssigkristallabschnitt der zweite Lichtanteil mit der zweiten Polarisationsrichtung auf. Vorzugsweise weist jeder Flüssigkristallabschnitt die gleiche Segmentverteilung auf, so dass sich die Lichtverteilung durch Überlagerung der durch die Flüssigkristallabschnitte bewirkten gleichen Teillichtverteilungen ergibt. Hierdurch kann die Beleuchtungsstärke wesentlich erhöht werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Trennelement als ein Drahtgitterpolarisator ausgebildet. Der Drahtgitterpolarisator führt zu einer Aufspaltung des unpolarisierten Lichtes in den ersten Lichtanteil mit einer senkrechten elektrischen Komponente und den zweiten Lichtanteil mit einer parallelen elektrischen Komponente, wobei der zweite Lichtanteil mit der parallelen Komponente durchgelassen wird und der erste Lichtanteil mit der senkrechten Komponente reflektiert wird. Durch die schräge Anordnung des Drahtgitterpolarisators kann der erste Lichtanteil mit den senkrechten Komponenten quer abgelenkt werden. Durch das in Einfallsrichtung vor dem Drahtgitterpolarisator angeordnete Spiegelelement kann der zweite Lichtanteil mit der parallelen Komponente in die gleiche Richtung umgelenkt werden, wie der erste Lichtanteil mit der senkrechten Komponente. Die beiden Lichtanteile treffen über die parallel verlaufenden Lichtpfade in gleicher Richtung auf das Flüssigkristallelement. Mittels des Trennpolarisators erfolgt somit eine Lichtumlenkung um 90°. Vorteilhaft kann eine homogene Hinterleuchtung des Flüssigkristallelementes erzielt werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind mehrere Lichtquellen vorgesehen, was zu einer gewünschten Erhöhung der Beleuchtungsstärke führt.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung mit einem Flüssigkristallelement und
2 eine schematische Darstellung einer Segmentverteilung des Flüssigkristallelementes zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung.
Eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge kann zur Erzeugung von Lichtverteilungen in Scheinwerfern oder einer Heckleuchten eines Fahrzeuges eingesetzt werden. Beispielweise kann die Beleuchtungsvorrichtung zur Erzeugung einer Abblendlicht-, einer Fernlicht-, Tagfahrlicht-, Autobahnlicht-, Stadtlichtverteilung und dergleichen eingesetzt werden.
Die Beleuchtungsvorrichtung besteht im Wesentlichen aus einer Lichtquelleneinheit 1 und einer Optikeinheit 2, die eine elektrisch einstellbare Blendeneinrichtung 3 aufweist. Die Blendeneinrichtung 3 erstreckt sich in Lichtstromrichtung zwischen einer der Lichtquelleneinheit 1 räumlich zugeordneten Primäroptikeinheit 4 und einer in Lichtabstrahlrichtung H vorne angeordneten Sekundäroptikeinheit 5.
Die Blendeneinrichtung 3 weist auf einer der Lichtquelleneinheit 1 zugewandten Seite einen ersten Polarisationsfilter 6 auf, der als ein Trennpolaristionsfilter ausgebildet ist. Auf einer der Sekundäroptikeinheit 5 zugewandten Seite weist die Blendeneinrichtung 3 einen zweiten Polarisationsfilter 7 auf, der in üblicher Weise als Analysator ausgebildet ist. Zwischen dem Trennpolarisationsfilter 6 und dem zweiten Trennpolarisationsfilter 7 ist ein Flüssigkristallelement 8 angeordnet, das über eine Schalteinrichtung 9 an einer elektrischen Stromversorgung angeschlossen ist.
Die Lichtquelleneinheit 1 weist eine Mehrzahl von Lichtquellen 10 auf, die auf einem Träger 11 matrixartig angeordnet sind. Die Lichtquellen 10 sind als halbleiterbasierte Lichtquellen, vorzugsweise als LED-Lichtquellen, ausgebildet.
Die Primäroptikeinheit 4 kann als eine Linse ausgebildet sein, die das von den Lichtquellen 10 emittierte Licht L parallelisiert.
Der Trennpolarisationsfilter 6 ist schräg verlaufend, vorzugsweise in einem Winkel in einem Bereich zwischen 40° und 50°, vorzugsweise 45°, zu einer Einfallsrichtung E des von der Primäroptikeinheit 4 kommenden unpolarisierten Lichtes L angeordnet.
Der Trennpolarisationsfilter 6 weist auf einer der Lichtquelleneinheit 1 zugewandten Seite ein Trennelement 6‘ auf, das vorzugsweise treppenförmig verläuft und als ein Drahtgitterpolarisator ausgebildet ist. Auf einer der Lichtquelleneinheit 1 abgewandten Seite ist in einem Mittenabstand a ein Spiegelelement 6‘‘ des Trennpolarisators 6 angeordnet, das als ein Spiegel ausgebildet ist. Der Trennpolarisator 6 ermöglicht ein Auftrennen bzw. Aufspalten des unpolarisierten Lichtes L in einen ersten Lichtanteil 12 enthaltend Wellen mit einer ersten Polarisationsrichtung und einen zweiten Lichtanteil 13 enthaltend Wellen mit einer zu der ersten Polarisationsrichtung unterschiedlichen zweiten Polarisationsrichtung. Die Aufspaltung des unpolarisierten Lichtes L erfolgt an dem Trennelement 6‘, wobei der erste Lichtanteil 12 mit der ersten Polarisationsrichtung entlang eines ersten Lichtpfades 14 in Richtung des Flüssigkristallelementes 8 reflektiert wird und der zweite Lichtanteil 13 enthaltend die zweite Polarisationsrichtung durchgelassen wird in Einfallsrichtung E. Die erste Polarisationsrichtung des ersten Lichtanteils 12 weist in eine senkrechte Richtung, während die zweite Polarisationsrichtung des zweiten Lichtanteils 13 in eine parallele Richtung weist. Die erste Polarisationsrichtung und die zweite Polarisationsrichtung sind somit um 90° verdreht.
Der erste Lichtanteil 12 verläuft entlang des ersten Lichtpfades 14 und der zweite Lichtanteil 13 verläuft entlang eines zweiten Lichtpfades 15, der benachbart zu dem ersten Lichtpfad 14 angeordnet ist. Der erste Lichtpfad 14 und der zweite Lichtpfad 15 verlaufen in die gleiche Richtung, und zwar senkrecht zu der Einfallsrichtung E. Der erste Lichtanteil 12 des ersten Lichtpfades 14 trifft auf einen ersten Flüssigkristallabschnitt 8‘ und der zweite Lichtanteil 13 des zweiten Lichtpfades 15 trifft auf einen zweiten Flüssigkristallabschnitt 8‘‘ des Flüssigkristallelementes 8. Der erste Flüssigkristallabschnitt 8‘ ist benachbart zu dem zweiten Flüssigkristallabschnitt 8‘‘ angeordnet. Ein Mittenabstand a der Flüssigkristallabschnitte 5 und 8‘‘ stimmt mit dem Mittenabstand a zwischen den vorzugsweise jeweils als Schichten auf einem Träger aufgebrachten Trennelement 6‘ und Spiegelelement überein. Vorzugsweise sind der erste Flüssigkristallabschnitt 8‘ und der zweite Flüssigkristallabschnitt 8‘‘ einstückig miteinander verbunden.
Wenn eine Abblendlichtverteilung AL mit einer Helldunkelgrenze 16 und einem 15°-Anstieg 17 erzeugt werden soll, werden rasterförmig angeordnete Segmente 18 des ersten Flüssigkeitsabschnitts 8‘ und des zweiten Flüssigkeitsabschnitts 8‘‘ so angesteuert, dass in einem ersten Flüssigkristallbereich 19 der erste Lichtanteil 12 bzw. zweite Lichtanteil 13 durchgelassen wird, während Licht in einen zweiten Flüssigkristallbereich 20 entsprechend nicht durchgelassen wird. Die Flüssigkristallabschnitte 8‘ und 8‘‘ sind gleich ausgebildet. Der einzige Unterschied besteht darin, dass auf den ersten Flüssigkristallabschnitt 8‘ Licht entsprechend der ersten Polarisationsrichtung und auf den zweiten Flüssigkristallabschnitt 8‘‘ Licht mit der zweiten Polarisationsrichtung auftrifft. Damit die Lichtanteile 12, 13 mit senkrecht zueinander stehender Polarisationsrichtungen durch das erste Flüssigkristallelement 8‘ und das zweite Flüssigkristallelement 8‘‘ durchgelassen werden, wird das erste Flüssigkeitselement 8‘ und das zweite Flüssigkristallelement 8‘‘ mittels der Schalteinrichtung 9 invertierend angesteuert. Auf diese Weise können die entsprechend polarisierten Lichtanteile 12, 13 entsprechend der für die Lichtverteilung AL erforderliche Segmentverteilung der beiden Flüssigkristallelemente 8‘, 8‘‘ durchgelassen werden. Die entsprechend parallel verlaufenden Lichtanteile 12, 13 treffen auf die Sekundäroptikeinheit 5, an der das Licht entsprechend der vorgegebenen Lichtverteilung AL gebrochen wird. Zu diesem Zweck weist die Sekundäroptikeinheit 5 ein erstes Sekundäroptikelement 5‘ auf, das dem ersten Flüssigkristallelement 8‘ zugeordnet ist, und eine zweites Sekundäroptikelement 5‘‘ auf, das dem zweiten Flüssigkristallelement 8‘‘ zugeordnet ist. Die Sekundäroptikelemente 5‘, 5‘‘ sind vorzugsweise gleich ausgebildet, so dass durch Überlagerung der beiden Lichtanteile 12, 13 die resultierende Lichtverteilung AL auf der Straße abgebildet werden kann.
Der erste Lichtanteil 12 weist in Sperrrichtung des Trennelements 6 schwingende Komponenten des Lichtes auf. Der zweite Lichtanteil 13 weist in Polarisationsrichtung schwingende Komponenten des Lichtes auf.
Beispielsweise kann das Trennelement 6‘ und/oder das Spiegelelement 6‘‘ mit konkaven Flächen bestückt sein, so dass eine Fokussierung der Lichtanteile 12, 13 ermöglicht wird.
Gegebenenfalls können auch weitere optische Elemente in dem ersten Lichtpfad 14 bzw. zweiten Lichtpfad 15 angeordnet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013020549 A1 [0002]

Claims

Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle (1) und mit einer Optikeinheit (2) zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung (AL), wobei die Optikeinheit (2) ein Flüssigkristallelement (8) und einen in Hauptabstrahlrichtung (H) hinter dem Flüssigkristallelement (8) angeordneten ersten Polarisationsfilter (6) und einen in Hauptabstrahlrichtung vor dem Flüssigkeitskristallelement (8) angeordneten zweiten Polarisationsfilter (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Polarisationsfilter (6) als ein Trennpolarisationsfilter ausgebildet ist, der unpolarisiertes Licht (L) in einen ersten Lichtanteil (12) enthaltend Wellen mit einer ersten Polarisationsrichtung und einen zweiten Lichtanteil (13) enthaltend Wellen mit einer zu der ersten Polarisationsrichtung unterschiedlichen zweiten Polarisationsrichtung umwandelt, und der das Licht räumlich getrennt über einen ersten Lichtpfad (14) für den ersten Lichtanteil (12) und über einen zweiten Lichtpfad (15) für den zweiten Lichtanteil (15) weiterführt zu dem Flüssigkristallelement (8), das einen ersten Flüssigkristallabschnitt (8‘) für den ersten Lichtanteil (12) und einen zweiten Flüssigkristallabschnitt (8‘‘) für den zweiten Lichtanteil (13) aufweist, wobei der zweite Flüssigkristallabschnitt (8‘‘) invertierend zu dem ersten Flüssigkristallabschnitt (8‘) angesteuert ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennpolarisationsfilter (6) ein Trennelement (6‘) aufweist, an dem der erste Lichtanteil (12) in Richtung des ersten Lichtpfades (14) reflektierbar und der zweite Lichtanteil (13) in Einfallsrichtung (E) transmittierbar ist, und dass der Trennpolarisationsfilter (6) ein Spiegelelement (6‘‘) aufweist, an dem der zweite Lichtanteil (13) in Richtung des zweiten Lichtpfades (15) reflektierbar ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennpolarisationsfilter (6) und/oder das Trennelement (6‘) und das Spiegelelement (6‘‘) des Trennpolarisationsfilters (6) schräg und/oder treppenförmig verläuft, so dass der erste Lichtanteil (12) und der zweite Lichtanteil (13) quer zur Einfallsrichtung (E) und parallel versetzt zueinander in Richtung des Flüssigkristallelementes (8) geführt werden.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittenabstand (a) zwischen dem Trennelement (6‘) und dem Spiegelelement (6‘‘) des Trennpolarisationsfilters (6) mit einem Mittenabstand (a) zwischen dem ersten Flüssigkristallabschnitt (8‘) und dem zweiten Flüssigkristallabschnitt (8‘‘) des Flüssigkristallelementes (8) übereinstimmt.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (6‘) als ein Drahtgitterpolarisator ausgebildet ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (6‘) und das Spiegelelement (6‘‘) in einem Winkel in einem Bereich zwischen 40° bis 50° zur Einfallsrichtung (E) des Lichtes (L) und zu dem Flüssigkristallelement (8) verlaufen.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Flüssigkristallabschnitt (6) benachbart zu dem zweiten Flüssigkristallabschnitt (8‘‘) angeordnet ist und dass der erste Flüssigkeitsabschnitt (8‘) einstückig mit dem zweiten Flüssigkristallabschnitt (8‘‘) verbunden ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lichtquelle (1) und dem Trennpolarisationsfilter (6) eine Primäroptikeinheit (4) angeorndet ist und in Hauptabstrahlrichtung (H) vor dem zweiten Polarisationsfilter (7) eine Sekundäroptikeinheit (5) angeordnet ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundäroptikeinheit (5) zwei Sekundäroptikelemente (5‘, 5‘‘) aufweist, die jeweils einem der Flüssigkristallabschnitte (8‘, 8‘‘) des Flüssigkristallelementes (8) zugeordnet sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lichtquellen (10) vorgesehen sind.