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Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug (Kfz) gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Mit Kfz-Scheinwerfern werden verschiedene Arten von Frontlichtverteilungen eines Kraftfahrzeugs erzeugt, deren Eigenschaften weitgehend gesetzlich geregelt sind. Die Frontlichtverteilung umfasst insbesondere eine abgeblendete Lichtverteilung und eine Fernlichtverteilung. Zusätzlich können weitere Lichtverteilungen wie Seitenausleuchtung oder Nebellicht vorgesehen sein.
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Die abgeblendete Lichtverteilung weist im bestimmungsgemäßen Betrieb des Scheinwerfers grundsätzlich eine zumindest abschnittsweise horizontal verlaufende Hell-Dunkel-Grenze auf. Dabei befindet sich ein ausgeleuchteter Bereich unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze. Der ausgeleuchtete Bereich kann sich insbesondere bis in das Vorfeld des Kfz erstrecken, um ausreichende Sichtbedingungen im Fahrzeugvorfeld sicherzustellen. Durch den abgedunkelten Bereich oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze soll eine direkte Blendung von entgegenkommenden oder vorausfahrenden Fahrzeugen zumindest weitgehend vermieden werden. Grundsätzlich kann die Hell-Dunkel-Grenze auch komplexere Formen aufweisen, z.B. um eine bessere Fahrbahnausleuchtung zu erzielen. Bekannt ist beispielsweise eine sogenannte "Z-Shape" der Hell-Dunkel-Grenze, mit wenigstens zwei vertikal gegeneinander versetzten, jeweils horizontal verlaufenden Abschnitten, welche durch eine z.B. schräg verlaufenden Abschnitt der Hell-Dunkel-Grenze verbunden sind. Die Fernlicht-Lichtverteilung erstreckt sich zumindest abschnittsweise oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze und kann dadurch eine größere Reichweite erzielen.
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Zur Erzeugung der abgeblendeten Lichtverteilung sind z.B. zweistufige Projektionssysteme bekannt, bei denen Licht einer Lichtquelle über eine Primäroptik in den Brennbereich einer nachgeordneten Sekundäroptik gelenkt wird. Im Brennbereich kann dann ein Bereich der Lichtverteilung beispielsweise mit Blenden abgeschattet werden und so die erforderliche Hell-Dunkel-Grenze erzeugt werden. Aufgrund des zweistufigen Aufbaus beanspruchen solche Projektionssysteme viel Bauraum entlang des Strahlengangs.
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Bekannt sind außerdem Scheinwerfer mit Reflektoranordnungen. Beispielsweise zeigt die
DE 10 2012 211 144 B3 einen Kfz-Scheinwerfer mit wenigstens einer Leuchtdiode als Lichtquelle sowie einem parabolischen Zylinderreflektor zur Umlenkung des Lichts in die abgestrahlte Lichtverteilung. Der parabolische Zylinderreflektor definiert eine Brennlinie, wobei eine Begrenzungskante einer Lichtabstrahlfläche der Leuchtdiode auf der Brennlinie des parabolischen Zylinderreflektors verläuft. Ausgehend von der Brennlinie erstreckt sich die Lichtabstrahlfläche der Leuchtdiode von dem Scheitel der Parabel weg. Dadurch wird das von der Lichtabgabefläche der Leuchtdiode abgegebene Licht unterhalb eine Hell-Dunkel-Grenze gelenkt. Eine Blendenanordnung ist zur Erzeugung der Hell-Dunkel-Grenze nicht erforderlich. Zur Erzeugung ausreichender Lichtstärke werden hierbei mehrere Leuchtdioden entlang der Brennlinie des Reflektors angeordnet. Mit derartigen Anordnungen kann eine kontrastreiche Hell-Dunkel-Grenze erzeugt werden. Da die Lichtquellen mindestens über die Brennweite von dem Reflektor beabstandet sind, kann die beschriebene Anordnung jedoch nicht ohne Weiteres an einen kleinen zur Verfügung stehenden Bauraum angepasst werden. Dies gilt insbesondere, wenn mehrere Leuchtdioden entlang der Brennlinie positioniert werden sollen und der Reflektor eine größere Brennweite aufweist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen möglichst kompakten Kfz-Scheinwerfer bereitzustellen, mit dem bei hoher optischer Effizienz eine abgestrahlte Lichtverteilung mit einer kontrastreichen, scharfen Hell-Dunkel-Grenze erzeugt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch einen Kfz-Scheinwerfer gemäß Anspruch 1 gelöst. Der Kfz-Scheinwerfer umfasst eine Lichtquellenanordnung mit wenigstens einer Leuchtdiode (LED), welche eine von Kanten begrenzende Lichtabstrahlfläche aufweist. Durch einen Lichtaustrittsabschnitt des Scheinwerfers ist Licht in eine Hauptabstrahlrichtung abstrahlbar. Der Scheinwerfer weist einen zu dem Lichtaustrittsabschnitt hin offenen Sammelreflektor auf, welcher derart gewölbt ist, dass eine Brennlinie des Sammelreflektors definiert ist. Im Strahlengang zwischen wenigstens einer der Leuchtdioden der Lichtquellenanordnung und dem Sammelreflektor ist eine Sammellinse angeordnet. Die Leuchtdiode ist derart in Bezug auf die Sammellinse positioniert, dass ein nach den Gesetzen der geometrischen Optik konstruierbares, virtuelles Bild der Lichtabstrahlfläche und ihrer Kanten erzielt wird. Die Leuchtdiode und die Sammellinse sind weiterhin derart in Bezug auf den Sammelreflektor angeordnet, dass eine Kante des virtuellen Bildes der Lichtabstrahlfläche auf der Brennlinie verläuft, wobei sich das virtuelle Bild der Lichtabstrahlfläche ausgehend von der Brennlinie von dem Sammelreflektor weg, insbesondere in Richtung zu dem Lichtaustrittsabschnitt hin erstreckt.
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Aufgrund dieser Anordnung weist die abgestrahlte Lichtverteilung eine Hell-Dunkel-Grenze auf. Dies ist auf die optischen Eigenschaften des Sammelreflektors und die Anordnung der Leuchtdiode in Bezug auf Sammellinse und Sammelreflektor zurückzuführen. Das von dem virtuellen Bild der Lichtabstrahlfläche (scheinbar) ausgehende Licht trifft in jeweiligen Reflexionspunkten auf den Sammelreflektor. Jeder Reflexionspunkt erhält dabei insbesondere Randstrahlen von der auf der Brennlinie verlaufenden Kante des virtuellen Bildes der Lichtabstrahlfläche und auch von einer dieser gegenüberliegenden Kante des virtuellen Bildes der Lichtabstrahlfläche. Das von diesen Randstrahlen begrenzte Lichtbündel wird durch Reflexion an dem Sammelreflektor (in dem Reflexionspunkt) in ein Ausgangslichtbündel umgelenkt und tritt durch den Lichtaustrittsabschnitt aus dem Scheinwerfer aus.
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Auf einem in Hauptabstrahlrichtung beabstandeten und sich senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung erstreckenden Testschirm lassen sich dann den an den jeweiligen Reflexionspunkten reflektierten Lichtbündeln jeweils ausgeleuchtete Zonen, sogenannte Lichtquellenbilder, auf dem Testschirm zuordnen.
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Da das virtuelle Bild einer Kante der Lichtabstrahlfläche auf der Brennlinie verläuft, werden sämtliche von dieser Kante ausgehenden Randstrahlen in jedem Reflexionspunkt des Sammelreflektors (insbesondere in Schnitten senkrecht zur Reflektorachse betrachtet) im Wesentlichen in dieselbe Richtung (z.B. in Hauptabstrahlrichtung) umgelenkt. Dies führt dazu, dass sich sämtliche Lichtquellenbilder auf dem Testschirm an eine gemeinsame Hell-Dunkel-Grenze anschließen. Da sich die Lichtabstrahlfläche von dem Sammelreflektor weg erstreckt, treffen die von der übrigen Lichtabstrahlfläche ausgehenden Lichtstrahlen unter steilerem Winkel auf den Sammelreflektor, als die von der auf der Brennlinie verlaufenden Kante. Daher leuchten sämtliche Lichtquellenbilder einen Bereich unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze aus. Insgesamt wird eine abgestrahlte Lichtverteilung mit einem vertikal oben liegenden Dunkelbereich und einem vertikal unten liegenden Hellbereich ausgestrahlt, wobei der Hellbereich von dem Dunkelbereich durch die Hell-Dunkel-Grenze getrennt ist.
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Aufgrund der Brennlinieneigenschaft des Sammelreflektors wird eine scharfe, kontrastreiche Hell-Dunkel-Grenze aus dem virtuellen Bild der Leuchtdiode erzeugt. Eine teilweise Abschattung des von den Lichtquellen abgegebenen Lichtes, beispielsweise mit einer Blendenanordnung, ist hierzu nicht erforderlich. Daher kann eine hohe optische Effizienz erreicht werden.
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Da die Brennlinie eine zweidimensionale Ausdehnung aufweist, können mehrere Leuchtdioden in der beschriebenen Art angeordnet werden, so dass Kanten ihrer virtuellen Bilder auf der Brennlinie verlaufen. Dadurch kann die laterale Ausdehnung der abgestrahlten Lichtverteilung erhöht werden und eine hohe Lichtstärke erzielt werden.
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Aufgrund der Wirkung der Sammellinse wird der Bauraumbedarf in Richtung senkrecht zu dem Sammelreflektor erheblich verringert, da die Leuchtdioden näher beim Reflektor angeordnet sein können und nicht der Abstand der Brennlinie eingehalten werden muss. Umgekehrt kann bei gleichem Bauraum ein Reflektor mit größerer Brennweite verwendet werden, als wenn der Reflektor das Licht einer realen Lichtquelle bündelt. Die Verwendung von Reflektoren mit größerer Brennweite führt dazu, dass größere Montagetoleranzen zur Verfügung stehen und Abbildungsfehler verringert werden.
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Die Sammellinse ist insbesondere dazu ausgebildet, ein virtuelles und vergrößertes Bild eines innerhalb ihrer Brennweite angeordneten Objektes (insbesondere der Lichtabstrahlfläche) zu erzeugen. Hierzu kann die Sammellinse zumindest auf der dem Reflektor abgewandten Seite eine Brennweite definieren. Die wenigstens eine Leuchtdiode ist dann vorzugsweise innerhalb der Brennweite angeordnet, d.h. mit geringerem Abstand zur Sammellinse als die Brennweite bzw. zwischen Sammellinse und deren Brennpunkt. Insbesondere ist die Leichtdiode derart angeordnet, dass sich die Lichtabstrahlfläche im Wesentlichen senkrecht zu einer optischen Achse der Sammellinse erstreckt. Die Leuchtdiode ist daher in geringerem Abstand zu der Sammellinse angeordnet, als durch die Brennweite der Sammellinse vorgegeben.
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Grundsätzlich sind für die Sammellinse verschiedene Ausgestaltungen möglich, z.B. eine plankonvexe oder bikonvexe Linse. Bei einer plankonvexen Linse ist vorzugsweise eine ebene Linsenfläche der Lichtabgabefläche der Leuchtdiode zugewandt.
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Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn die Sammellinse die sogenannte Abbe'sche Sinusbedingung erfüllt, insbesondere derart, dass der Quotient der Sinusfunktion des Schnittwinkels eines Lichtstrahls mit der optischen Achse auf der Objektseite der Sammellinse mit der Sinusfunktion des Schnittwinkels des zugeordneten Lichtstrahls mit der optischen Achse nach Durchtritt durch die Sammellinse eine Konstante ist, welche im Wesentlichen unabhängig von dem Schnittwinkel ist. Bei Erfüllung dieser Bedingung kann grundsätzlich ein virtuelles Bild eines Objekts auf der Objektseite erzeugt werden.
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Die Sammellinse ist vorzugsweise rotationssymmetrisch um eine optische Achse ausgebildet. Die optische Achse schneidet insbesondere eine Kante der Lichtabgabefläche der Leuchtdiode.
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Denkbar ist jedoch auch, dass die Sammellinse mit einer Abweichung von der Rotationssymmetrie ausgebildet ist, so dass die Lichtverteilung beispielsweise in lateraler Richtung verformt werden kann.
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Die Ausdehnung der Sammellinse und des Sammelreflektors sind insbesondere derart in Bezug aufeinander bemessen, dass – von der Leuchtdiode aus betrachtet – der von der Sammellinse überdeckte Raumwinkelbereich größer ist, als der von dem Sammelreflektor überdeckte Raumwinkelbereich.
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Insbesondere überdeckt die Sammellinse von der Lichtabgabefläche aus betrachtet den Sammelreflektor vollständig. Dadurch treffen keine Strahlen von der Lichtabgabefläche direkt auf den Sammelreflektor, sondern es wird nur das virtuelle Bild der Lichtabgabefläche von dem Sammelreflektor erfasst, d.h. sämtliche von dem Sammelreflektor erfassten Strahlen durchtreten vorher die Sammellinse. So kann vermieden werden, dass Strahlen ohne die Wirkung der Sammellinse in den Dunkelbereich oberhalb der erzeugten Hell-Dunkel-Grenze gelenkt werden.
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Der Sammelreflektor ist in Schnitten senkrecht seiner Brennlinie vorzugsweise parabolisch oder parabelähnlich ausgestaltet. Insbesondere handelt es sich um einen parabolischen Zylinderreflektor, d.h. um ein Segment oder einen Sektor eines zylindrischen Hohlkörpers, dessen Grundfläche zumindest abschnittsweise von einer parabelförmigen Kurve berandet ist.
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Der Sammelreflektor ist in Schnitten parallel zur Brennlinie vorzugsweise krümmungsfrei. Er ist insbesondere als parabolischer Zylinderreflektor ausgebildet, welcher in Schnitten parallel zu einer Meridionalebene einen parabolischen Verlauf aufweist, und in Schnitten zu einer hierzu senkrechten (insbesondere parallel zur Hauptabstrahlrichtung verlaufenden) Sagittalebene gerade ausgebildet ist. Ein solcher parabolischer Zylinderreflektor kann geometrisch durch Translation eines Parabelabschnittes entlang einer Geraden erzeugt werden, wobei sich die Gerade insbesondere senkrecht zu einer Ebene erstreckt, in welcher die Parabel verläuft (also senkrecht zur Meridionalebene).
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Durch die genannten Ausgestaltungen wird ein laterales Verzerren oder Verdrehen der Lichtquellenbilder vermieden. Dies gilt insbesondere für einen parabolischen Zylinderreflektor, welcher in Schnitten parallel zu der Brennlinie krümmungsfrei ist. Dadurch schließen sich sämtliche Lichtquellenbilder ausgerichtet aneinander an und es kann eine kontrastreiche, scharf definierte Hell-Dunkel-Grenze erzeugt werden.
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Grundsätzlich ist der Sammelreflektor vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Brennlinie gerade verläuft. Um zu gewährleisten, dass das von der Lichtabgabefläche abgegebene Licht ausschließlich unterhalb die Hell-Dunkel-Grenze gelenkt wird, ist die Leuchtdiode vorzugsweise derart angeordnet, dass sich das virtuelle Bild der Lichtabstrahlfläche von dem Scheitel der den parabolischen Zylinderreflektor definierenden Parabel weg erstreckt.
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Zur weiteren Ausgestaltung ist es möglich, den Sammelreflektor im Bereich sogenannter Lichtformungsabschnitte, d.h. in bestimmten räumlich begrenzten Bereichen, geringfügig zu verformen. Dadurch können die durch Reflexion an dem Sammelreflektor erzeugten Lichtquellenbilder geringfügig verformt werden und so die abgestrahlte Lichtverteilung beeinflusst werden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Sammelreflektor in Schnitten senkrecht zu seiner Brennlinie abschnittsweise, insbesondere über den größten Teil seiner Erstreckung, einen parabelförmigen Verlauf aufweist, wobei sich an die Bereiche mit parabelförmigem Verlauf ein Lichtformungsabschnitt anschließt, welcher einen von der Parabelform abweichenden Verlauf hat. Der Lichtformungsabschnitt schließt sich insbesondere stetig, mit stetigem Steigungsverlauf oder auch mit stetigem Krümmungsverlauf an den anschließenden (parabelförmigen) Abschnitt an, um eine ungewollte Verzerrung der Lichtverteilung zu vermeiden. Denkbar ist beispielsweise, dass der Sammelreflektor zwei Parabelformabschnitte aufweist, deren Verlauf jeweils einer Parabel folgt, wobei die Parabeln abweichende Brennweiten definieren. Der Lichtformungsabschnitt kann dann einen Übergang zwischen den beiden Parabelformabschnitten bilden, insbesondere derart, dass die den Parabelformabschnitten zugeordneten Brennlinien trotz der abweichenden Brennweiten zusammenfallen.
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Denkbar ist jedoch auch (alternativ oder zusätzlich zu der beschriebenen Ausgestaltung), dass der Lichtformungsabschnitt in einem Randbereich des Sammelreflektors angeordnet ist. Beispielsweise kann der Lichtformungsabschnitt in dem dem Scheitel der Parabel und/oder der Brennlinie zugewandten Randbereich des Sammelreflektors vorgesehen sein. Denkbar ist jedoch auch, dass der Lichtformungsabschnitt in dem von dem Scheitel der Parabel bzw. von der Brennlinie abgewandten Randbereich des Sammelreflektors angeordnet ist. Die Randbereiche des Sammelreflektors spielen bei der Erzeugung der Lichtquellenbilder eine besondere Rolle. Aufgrund der grundlegenden Parabelform treffen in dem von dem Scheitel abgewandten Randbereich die Lichtstrahlen besonders flach auf den Sammelreflektor und erzeugen Lichtquellenbilder, welche sich nahe unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze erstrecken. In dem scheitelnahen Bereich treffen die Lichtstrahlen steil auf die Sammelreflektorfläche und erzeugen Lichtquellenbilder, welche sich weit unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze erstrecken. Eine Variation der Form des Sammelreflektors in den Randbereichen kann daher dazu ausgenutzt werden, insbesondere die abgestrahlte Lichtverteilung im Fahrzeugvorfeld und/oder die für die Fernsicht bedeutende Lichtverteilung direkt unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze anzupassen.
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In dem Lichtformungsabschnitt weist die reflektierende Fläche des Sammelreflektors in Bezug auf die Parabelform beispielsweise geringfügig nach innen (in Richtung zur Leuchtdiode hin) oder geringfügig nach außen (von der Leuchtdiode weg) ab. Wird beispielsweise in dem scheitelnahen Bereich eine Abweichung von der Parabelform nach außen vorgenommen, so wird die Ausdehnung der Lichtquellenbilder verringert. Dadurch wird weniger Licht in den Bereich tief unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze gelenkt. Die abgestrahlte Lichtverteilung läuft daher weich zum unmittelbaren Fahrzeugvorfeld hin aus. Insbesondere kann die abgestrahlte Lichtverteilung dann einen Hellbereich aufweisen, der nach oben scharf durch die Hell-Dunkel-Grenze begrenzt ist und nach unten sanft ausläuft oder in diese Richtung eine verwischte, unscharfe Grenze aufweist. Dadurch kann vermieden werden, dass durch unmittelbar vor dem Fahrzeug auf der Fahrbahn reflektiertes Licht eine Blendung des Fahrers des Kfz stattfindet.
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Zur Erhöhung der Lichtstärke und/oder zur Vergrößerung der Ausdehnung der Lichtverteilung kann die Lichtquellenanordnung mehrere Leuchtdioden mit jeweils von Kanten begrenzten Lichtabstrahlflächen aufweisen. Die Leuchtdioden sind dabei vorzugsweise derart nebeneinander angeordnet, dass je eine Kante des virtuellen Bildes der Lichtabstrahlfläche auf der Brennlinie verläuft. Insbesondere sind die Leuchtdioden wiederum derart angeordnet, dass sich das virtuelle Bild der Lichtabstrahlfläche ausgehend von der Brennlinie in Richtung von dem Sammelreflektor weg (z.B. in Richtung zu dem Lichtaustrittsabschnitt hin) erstreckt. Dadurch schließen sich alle Lichtquellenbilder jeder Leuchtdiode an die Hell-Dunkel-Grenze an und erleuchten den Bereich unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze.
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Denkbar ist jedoch auch, dass zusätzlich wenigstens eine Fernlicht-Leuchtdiode vorgesehen ist, welche derart angeordnet ist, dass sich das virtuelle Bild der Lichtabstrahlfläche zumindest abschnittsweise in Richtung zu dem Sammelreflektor hin erstreckt, insbesondere in Richtung zu einem Scheitel des Sammelreflektors. Das Licht dieser Fernlicht-Leuchtdiode wird dann in den Bereich oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze gelenkt, so dass eine Fernlichtverteilung erzeugt werden kann.
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Die mehreren Leuchtdioden können einer gemeinsamen Sammellinse zugeordnet sein. Denkbar ist jedoch, dass mehrere Sammellinsen vorgesehen sind, und je eine Sammellinse ein virtuelles Bild einer oder mehrerer Leuchtdioden erzeugt.
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Der Lichtaustrittsabschnitt des Scheinwerfers kann weitere optische Elemente umfassen, beispielsweise Linsenmittel zur Kollimierung, Projektionslinsen, Streuscheiben oder Sichtscheiben.
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Die verwendeten Leuchtdioden weisen vorzugsweise eine ebene Lichtabstrahlfläche auf, welche in ihrer Erstreckungsebene von den Kanten begrenzt ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren weiter erläutert.
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Es zeigen:
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1 schematische perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kfz-Scheinwerfers;
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2 Seitenansicht zu 1 zur Erläuterung des Strahlengangs und des virtuellen Bildes der Leuchtdiode;
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3 schematische Darstellung der abgestrahlten Lichtverteilung auf einem in Hauptabstrahlrichtung beabstandeten Testschirm;
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4 schematische Seitendarstellung zur Erläuterung eines Sammelreflektors mit Lichtformungsabschnitten;
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5 weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten für die Lichtformungsabschnitte.
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In den Figuren sowie in der nachfolgenden Beschreibung sind für identische oder einander entsprechende Merkmale jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Die 1 und 2 zeigen schematisch einen Kfz-Scheinwerfer 10 umfassend einen Sammelreflektor 12, eine Lichtquellenanordnung 14, die im dargestellten Beispiel eine Leuchtdiode 16 aufweist. Die Leuchtdiode 16 hat eine im dargestellten Beispiel ebene, im Wesentlichen rechteckige Lichtabstrahlfläche 18. Die Lichtabstrahlfläche 18 ist im dargestellten Beispiel von u.a. einer dem Sammelreflektor 12 zugewandten Kante 20 und einer dem Sammelreflektor 12 abgewandten Kante 20' begrenzt. Im Strahlengang zwischen der Leuchtdiode 16 und dem Sammelreflektor 12 ist eine Sammellinse 22 angeordnet.
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Diese ist im dargestellten Beispiel als plankonvexe Sammellinse ausgestaltet, deren ebene Linsenfläche der Leuchtdiode 16 zugewandt ist.
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Die Sammellinse 22 definiert auf ihrer dem Reflektor 12 abgewandten Seite einen Brennpunkt 24, welcher sich im Abstand einer Brennweite 26 von der Sammellinse 22 befindet.
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Die Lichtabgabefläche 18 der Leuchtdiode 16 ist z.B. im Wesentlichen bei der halben Brennweite 26 zu der Sammellinse 22 angeordnet. Die dem Sammelreflektor 12 zugewandte Kante 20 der Lichtabstrahlfläche 18 liegt dabei auf einer optischen Achse der Sammellinse 22. Ausgehend von der Kante 20 erstreckt sich die Lichtabstrahlfläche 18 von dem Sammelreflektor 12 weg.
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Nach den Gesetzen der geometrischen Optik führt dies dazu, dass von der Lichtabgabefläche 18 aus Sicht des Sammelreflektors 12 ein virtuelles Bild 28 der Lichtabstrahlfläche 18 auf der Objektseite der Sammellinse 22 in einem Abstand größer als die Brennweite 26 erzielt wird. Das virtuelle Bild 28 der Lichtabstrahlfläche ist von virtuellen Bilder 30, 30' der Kanten 20, 20' begrenzt (vgl. 2).
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Der Sammelreflektor 12 ist in Richtung eines Lichtaustrittsabschnitts 32 des Scheinwerfers 10 offen. Durch den Lichtaustrittsabschnitt 32 tritt das Licht des Scheinwerfers 10 mit einer abgestrahlten Lichtverteilung aus, die z.B. um eine Hauptabstrahlrichtung 34 konzentriert ist. Der Sammelreflektor 12 ist als parabolischer Zylinderreflektor ausgestaltet, welcher in Schnitten entlang einer Meridionalebene, welche der Zeichenebene der 2 entspricht, einen parabolischen Verlauf aufweist. In Schnitten senkrecht zu der Meridionalebene und parallel zu der Hauptabstrahlrichtung 34 (also entlang der zugeordneten Sagittalebene) weist der Sammelreflektor einen geraden Verlauf auf. In den Schnitten parallel zur Meridionalebene (vgl. 2) ist dem parabolischen Zylinderreflektor 12 daher eine optische Achse 36 und ein Scheitel 38 des Parabelverlaufs zugeordnet. Ferner definiert der Sammelreflektor 12 eine gerade verlaufende, senkrecht zur optischen Achse 36 und innerhalb der Sagittalebene verlaufende Brennlinie 40. Die Brennlinie 40 erstreckt sich senkrecht zu der Hauptabstrahlrichtung 34.
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Die Sammellinse 22 und die Leuchtdiode 16 sind derart angeordnet, dass das virtuelle Bild 30 der dem Sammelreflektor 12 zugewandten Kante 20 der Lichtabstrahlfläche 18 auf der Brennlinie 40 liegt. Ferner ist die Lichtabstrahlfläche 18 derart orientiert, dass sich das virtuelle Bild 28 der Lichtabstrahlfläche 18 im Wesentlichen entlang der optischen Achse 36 von dem Scheitel 38 weg erstreckt (2).
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Der Sammelreflektor 12 erstreckt sich im dargestellten Beispiel jedoch nicht vollständig bis zu dem der zugrundeliegenden Parabel zugeordneten Scheitel 38. Vielmehr ist der Sammelreflektor 12 derart begrenzt, dass ausgehend von der Lichtabstrahlfläche 18 betrachtet, die Sammellinse 22 den Sammelreflektor 12 vollständig überdeckt. Insofern überdeckt die Sammellinse 22 von der Lichtabstrahlfläche 18 aus betrachtet einen größeren oder zumindest gleich großen Raumwinkelbereich, wie der Sammelreflektor 12. Insofern kann kein von der Lichtabstrahlfläche 18 ausgehender Lichtstrahl direkt, d.h. ohne Wirkung der Sammellinse 22, auf den Sammelreflektor 12 treffen.
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Aufgrund der Wirkung der Sammellinse 22 erscheint somit von der Leuchtdiode 16 ein virtuelles Bild 28 der Lichtabstrahlfläche 18, welches sich entlang der Brennlinie 40 des Sammelreflektors 12 erstreckt und ausgehend von der Brennlinie 40 von dem Sammelreflektor 12 weg weist.
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Dies führt dazu, dass eine abgestrahlte Lichtverteilung in der zu 3 skizzierten Art erzielt wird. 3 zeigt ein Beleuchtungsmuster, wie es auf einem in Hauptabstrahlrichtung 34 von dem Scheinwerfer 10 beabstandeten und sich im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptabstrahlrichtung 34 erstreckenden Testschirm beobachtet werden kann. Die abgestrahlte Lichtverteilung 42 umfasst einen vertikal oben liegenden Dunkelbereich 44 und einen vertikal unten liegenden Hellbereich 46. Der Hellbereich 46 ist von dem Dunkelbereich 44 durch eine kontrastreiche Hell-Dunkel-Grenze (HDG) getrennt. Dieses Beleuchtungsmuster wird aufgrund der Anordnung der optischen Komponenten 10 erzielt, wie im Folgenden anhand der 2 näher erläutert wird.
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Die aus Sicht des Sammelreflektors 12 scheinbar von dem virtuellen Bild 28 der Lichtabstrahlfläche 18 ausgehenden Lichtstrahlen treffen (nach Durchtritt durch die Sammellinse 22) in jeweiligen Reflexionspunkten R1, R2, ... auf den Sammelreflektor 12. Im dargestellten Beispiel sind der Übersichtlichkeit halber nur zwei Reflexionspunkte R1 und R2 dargestellt. Jeder der Reflexionspunkte R1 und R2 erhält dabei ein Lichtbündel, welches von Randstrahlen begrenzt ist. Dabei wird einer der Randstrahlen von Licht gebildet, das (scheinbar) von dem auf der Brennlinie 40 verlaufenden virtuellen Bild 30 der Kante 20 herrührt.
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Andererseits wird das Lichtbündel von einem Randstrahl begrenzt, welcher (scheinbar) aus einem Lichtstrahl hervorgeht, der von dem gegenüberliegenden virtuellen Bild 30' der gegenüberliegenden Kante 20' abgegeben wird. In jedem Reflexionspunkt R1, R2 wird das auftreffende Lichtbündel wiederum in ein reflektiertes Lichtbündel umgelenkt, welches durch den Lichtaustrittsabschnitt 32 austritt und zu der abgestrahlten Lichtverteilung 42 (vgl. 3) beiträgt.
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Aufgrund der Parabelform des Sammelreflektors 12 weisen die reflektierten Lichtbündel jeweils Divergenzwinkel D1, D2, ... auf, wobei der Divergenzwinkel umso größer ist, je näher der zugeordnete Reflexionspunkt R1, R2, ... an dem Scheitel 38 der Parabel liegt. Der von dem virtuellen Bild 30 der auf der Brennlinie 40 verlaufenden Kante der Lichtabstrahlfläche 18 herrührende Randstrahl verläuft aufgrund der Parabelform des Sammelreflektors 12 nach Reflexion an dem Sammelreflektor 12 stets im Wesentlichen senkrecht zur Hauptabstrahlrichtung 34. Dieser von der auf der Brennlinie 40 verlaufenden virtuellen Kante 30 herrührende Lichtstrahl bildet für die an den verschiedenen Reflexionspunkten R1, R2 reflektierten Lichtbündel jeweils den oberen Randstrahl. Ausgehend von dieser Berandung erstreckt sich das reflektierte Lichtbündel um den Divergenzwinkel D1, D2, ... nach vertikal unten. Dies führt zu ausgeleuchteten Zonen 48, 48' (2), welche einen umso größeren Raumwinkelbereich überdecken, je näher der zugeordnete Reflexionspunkt R1, R2, ... an dem Scheitel 38 liegt.
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Auf dem in 3 skizzierten Testschirm lassen sich daher jedem Reflexionspunkt R1, R2, ... jeweils zugeordnete, den ausgeleuchteten Zonen 48, 48' entsprechende sogenannte Lichtquellenbilder zuordnen. Sämtliche Lichtquellenbilder schließen sich unmittelbar an die Hell-Dunkel-Grenze HDG an und erstrecken sich nach vertikal unten im Hellbereich 46 der abgestrahlten Lichtverteilung 42.
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Im Betrieb des Scheinwerfers 10 in einem Kfz tragen die großen ausgeleuchteten Zonen 48 daher insbesondere zur Ausleuchtung des Fahrzeugvorfeldes bei. Die kleinen ausgeleuchteten Zonen 48' führen zu einem Intensitätsbeitrag direkt unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze HDG und unterstützen die Reichweite der abgeblendeten Lichtverteilung 42.
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Um die abgestrahlte Lichtverteilung 42 zu optimieren, können Bereiche des Sammelreflektors 12 eine von dem parabolischen Verlauf abweichende Form aufweisen, wie im Folgenden anhand der 4 und 5 erläutert wird.
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Die 4 zeigt einen Sammelreflektor 12 in einer der 2 entsprechenden Darstellung, wobei zur besseren Übersichtlichkeit nur das virtuelle Bild 28 der Lichtabstrahlfläche skizziert ist und weitere optische Bauteile nicht dargestellt sind. Der Sammelreflektor 12 erstreckt sich weitgehend parabolisch und weist insofern einen Parabelformabschnitt 50 auf, welcher einen Großteil der Reflektorfläche einnimmt. Diesem Parabelformabschnitt 50 ist die Brennlinie 40 zugeordnet, wie zu 2 erläutert.
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In seinem dem Scheitel 38 der zugrundeliegenden Parabel zugewandten Randbereich 51 umfasst der Sammelreflektor 12 einen Lichtformungsabschnitt 52, in welchem der Sammelreflektor 12 von der Parabelform abweicht. Der scheitelnahe Lichtformungsabschnitt 52 wird dadurch gebildet, dass der Sammelreflektor ausgehend von der Parabelform nach außen hin, also in Richtung von der Brennlinie 40 weg abweicht. Dies führt dazu, dass die in ihrer Ausdehnung kleinen Lichtquellenbilder 48, die durch Reflexion an scheitelnahen Reflexionspunkten entstehen, in einen Bereich unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze gelenkt werden. So kann die Ausleuchtung im Fahrzeugvorfeld verbessert werden.
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Auch in dem scheitelfernen Randbereich 51 kann der Sammelreflektor 12 einen von der Parabelform abweichenden Verlauf aufweisen, wie hier durch den Lichtformungsabschnitt 52' veranschaulicht. Im dargestellten Beispiel ist der Sammelreflektor 12 mit seinem Lichtformungsabschnitt 52' abweichend von der Parabelform in Richtung zu der Brennlinie 40 hin verbogen. Dadurch wird der Auftreffwinkel der in diesem Bereich reflektierten Lichtstrahlen steiler und die zugeordneten Lichtquellenbilder werden vergrößert und in einen Bereich unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze gelenkt.
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In der 4 ist der gedachte ideale Parabelverlauf punktiert dargestellt und der tatsächliche Verlauf des Sammelreflektors 12 mit einer durchgezogenen Linie skizziert.
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Bei der in der 5 skizzierten Ausgestaltung weist der Sammelreflektor 12 zwei Parabelformabschnitte 50, 50' auf, deren Verlauf jeweils einer Parabel folgt. Die zugrunde liegenden Parabeln sind jedoch nicht identisch, sondern unterscheiden sich beispielsweise in Krümmung und/oder Brennweite (wobei unter der Brennweite beispielsweise ein Abstand von Scheitelpunkt zu Brennpunkt der zugeordneten Parabel verstanden wird). Die beiden Parabelformabschnitte 50, 50' sind über einen Lichtformungsabschnitt 52 miteinander verbunden. Der Lichtformungsabschnitt 52 geht mit stetigem Steigungsverlauf und mit stetiger Krümmung in die beiden Parabelformabschnitte 50, 50' über. Jeder der Parabelformabschnitte 50, 50' definiert eine ihm zugeordnete Brennlinie. Dabei sind die beiden Parabelformabschnitte 50, 50' derart in Bezug aufeinander angeordnet, dass beide Brennlinien in einer gemeinsamen Brennlinie 40 zusammenfallen. Bezüglich dieser Brennlinie 40 kann dann die Lichtquellenanordnung 14 und/oder die Sammellinse 22 wie beschrieben positioniert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012211144 B3 [0005]
