DE102016102033A1 - Motor vehicle headlight with a liquid crystal matrix component - Google Patents
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Abstract
Vorgestellt wird ein Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einer Lichtquelle, einem Flüssigkristallmatrixbauteil und einer Projektionslinse. Das Flüssigkristallmatrixbauteil wird von der Lichtquelle beleuchtet. Die Projektionslinse sammelt von dem Flüssigkristallmatrixbauteil ausgehendes Licht und richtet dieses Licht in das Vorfeld des Scheinwerfers. Zwischen der Lichtquelle und dem Flüssigkristallmatrixbauteil ist ein polarisierender Strahlteiler angeordnet, der von der Lichtquelle her einfallendes Licht in zwei Strahlengänge aufteilt. In einem Matrixstrahlengang propagieren erste Lichtanteile einer ersten Polarisationsrichtung zum Fluoreszenzmatrixbauteil. In einem Basisstrahlengang propagieren zweite Lichtanteile einer zweiten Polarisationsrichtung ohne Berührung des Flüssigkristallmatrixbauteils zu einem ersten optischen Element, welches im Basisstrahlengang einfallendes Licht auf die Projektionslinse richtet.A motor vehicle headlight with a light source, a liquid crystal matrix component and a projection lens is presented. The liquid crystal matrix component is illuminated by the light source. The projection lens collects light emanating from the liquid crystal matrix component and directs that light into the front of the headlight. Between the light source and the liquid crystal matrix component, a polarizing beam splitter is arranged, which divides light incident from the light source into two beam paths. In a matrix beam path, first light components of a first polarization direction propagate to the fluorescence matrix component. In a base beam path, second light components of a second polarization direction propagate without touching the liquid crystal matrix component to a first optical element, which directs incident light in the base beam path onto the projection lens.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeugscheinwerfer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The present invention relates to a motor vehicle headlight according to the preamble of
Ein solcher Scheinwerfer ist aus der
Weitere Scheinwerfer, die Flüssigkristallmatrixbauteile zur Erzeugung von Lichtverteilungen benutzen, sind aus der
Nachteilig ist auch, dass die Funktion der Flüssigkristallmatrixelemente als in ihrer Helligkeit steuerbare Segmente einer Lichtaustrittsfläche des Flüssigkristallmatrixbauteils eine Beleuchtung mit linear polarisiertem Licht voraussetzt. Licht üblicher Lichtquellen ist zunächst nicht polarisiert und weist zwei Anteile zueinander orthogonaler Polarisationsrichtungen auf. Bei der Verwendung von Flüssigkristallmatrixbauteilen wird das Licht, bevor es auf das Flüssigkristallmatrixbauteil auftrifft, polarisiert. Die Polarisation erfolgt dabei in der Regel durch einen Polarisationsfilter, der nur einen der beiden Anteile nahezu unverändert durchlässt und der den anderen Anteil absorbiert oder reflektiert. It is also disadvantageous that the function of the liquid-crystal matrix elements presupposes, as brightness-controllable segments of a light exit surface of the liquid-crystal matrix component, illumination with linearly polarized light. Light of conventional light sources is initially not polarized and has two portions of mutually orthogonal polarization directions. When using liquid crystal matrix devices, the light is polarized before it strikes the liquid crystal matrix device. The polarization is usually carried out by a polarizing filter, which passes only one of the two shares almost unchanged and absorbs or reflects the other part.
Aus der
Von dem Stand der Technik nach der eingangs genannten
Durch die Aufteilung in zwei Strahlengänge und dadurch, dass Licht beider Polarisationsrichtungen auf die Projektionslinse gerichtet wird, können beide Lichtanteile zur Erzeugung einer Scheinwerferlichtverteilung beitragen. Due to the division into two beam paths and the fact that light of both polarization directions is directed onto the projection lens, both light components can contribute to the generation of a spotlight distribution.
Dies verbessert die Effizienz gegenüber der
Die Erfindung erlaubt auf diese Weise die effiziente Erzeugung einer Scheinwerferlichtverteilung. Dabei wird mit dem im Matrixstrahlengang propagierenden Licht eine regelkonforme Grundlichtverteilung oder Abblendlichtverteilung erzeugt. Eine solche Lichtverteilung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass sie keine unzulässige Blendung erzeugt. Bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung des Scheinwerfers im Fahrbetrieb wird mit diesem Licht insbesondere ein unterhalb des Horizonts liegender Bereich des Vorfelds des Kraftfahrzeugs effizient ausgeleuchtet. Der zweite Strahlengang könnte auch dazu verwendet werden, eine Abblendlichtverteilung oder eine Fernlichtgrundlichtverteilung zu erzeugen, wie sie in der
Mit dem im Matrixstrahlengang propagierenden Licht kann eine diese Grundlichtverteilung oder Abblendlichtverteilung zu einer Gesamtlichtverteilung ergänzende weitere Lichtverteilung im Vorfeld des Fahrzeugs erzeugt werden. Dabei ist das Helligkeitsmuster der weiteren Lichtverteilung mit einer durch die Zahl der Matrixelemente der Flüssigkristallmatrix bestimmten Feinheit einstellbar. Die weitere Lichtverteilung wird im Folgenden auch als Pixellichtverteilung bezeichnet. Sie liegt im Vorfeld des Fahrzeugs überwiegend oberhalb des Horizonts. Eine Blendung anderer Verkehrsteilnehmer, die sich im mit dieser weiteren Lichtverteilung ausgeleuchteten Bereich befinden, kann durch Abdunkeln des diesen Verkehrsteilnehmer beleuchtenden Segments des Flüssigkeitsmatrixbauteils vermieden oder zumindest verringert werden.With the light propagating in the matrix beam path, a further light distribution supplementing this basic light distribution or low beam distribution to form an overall light distribution can be generated in advance of the vehicle. In this case, the brightness pattern of the further light distribution can be adjusted with a fineness determined by the number of matrix elements of the liquid crystal matrix. The further light distribution is also referred to below as the pixel light distribution. It lies in the apron of the vehicle predominantly above the horizon. A dazzling of other road users who are in the area illuminated by this further light distribution can be avoided or at least reduced by darkening the segment of the liquid matrix component illuminating this road user.
Dabei ist bevorzugt, dass der Scheinwerfer eine Projektionslinse aufweist, die dazu eingerichtet und angeordnet ist, von dem Flüssigkristallmatrixbauteil ausgehendes Licht der Lichtquelle zu sammeln und in das Vorfeld des Scheinwerfers zu richten. It is preferred that the headlamp comprises a projection lens, which is arranged and arranged to collect light emanating from the liquid crystal matrix component light of the light source and to direct in the apron of the headlamp.
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass das erste optische Element im Basisstrahlengang propagierendes Licht (Abblendlicht) in eine Zwischenbildfläche fokussiert, die im Basisstrahlengang zwischen dem ersten optischen Element und der Projektionslinse liegt, wobei ein Abstand der Zwischenbildfläche von der Projektionslinse der zwischenbildseitigen Schnittweite (Abstand des Brennpunktes von dem Scheitelpunkt der Linsenfläche, die dem Brennpunkt zugewandt ist) der Projektionslinse entspricht. Die Zwischenbildfläche kann eine ebene oder auch eine gewölbte Fläche sein. A preferred embodiment is characterized in that the first optical element in the base beam path propagating light (low beam) focused in an intermediate image area, which lies in the base beam path between the first optical element and the projection lens, wherein a distance of the intermediate image area of the projection lens of the inter-frame focal length ( Distance of the focal point from the vertex of the lens surface facing the focal point) corresponds to the projection lens. The intermediate image area may be a flat or a curved surface.
Durch diese Merkmale wird in der Zwischenbildfläche eine innere Lichtverteilung als Urbild der Grundlichtverteilung oder der Abblendlichtverteilung erzeugt, die durch die Projektionslinse scharf in die vor dem Fahrzeug liegende Beleuchtungszone projiziert wird. As a result of these features, an inner light distribution is generated in the intermediate image area as the original image of the basic light distribution or the low-beam distribution, which is projected by the projection lens into the illumination zone in front of the vehicle.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich durch eine Spiegelblende aus, die eine Blendenkante besitzt und die im Basisstrahlengang (Abblendlicht) zwischen dem ersten optischen Element und der Projektionslinse so angeordnet ist, dass die Blendenkante in einem Abstand zur Projektionslinse liegt, welcher der zwischenbildseitigen Schnittweite der Projektionslinse entspricht, und welche Spiegelblende sich von der Blendenkante ausgehend in eine von der Projektionslinse zur Blendenkante weisende Richtung erstreckt.A further preferred embodiment is characterized by a mirror aperture which has a diaphragm edge and which is arranged in the base beam path (dipped beam) between the first optical element and the projection lens such that the diaphragm edge lies at a distance from the projection lens, which is the inter-frame focal distance of the projection lens corresponds, and which mirror aperture extending from the diaphragm edge in a direction facing from the projection lens to the diaphragm edge direction.
Durch diese Merkmale wird die Blendenkante, solange die Lichtaustrittsfläche des Flüssigkristallmatrixbauteils dunkel ist, als scharfe Hell-Dunkel-Grenze abgebildet. Dadurch, dass die Blende als Spiegelblende mit der genannten Anordnung verwirklicht ist, wird eine hohe Effizienz erzielt, weil für die Erzeugung des dunklen Bereichs der Lichtverteilung abzuschattendes Licht nicht verlorengeht, sondern durch die Spiegelung zur Ausleuchtung des hellen Bereichs beiträgt. As a result of these features, as long as the light exit surface of the liquid crystal matrix component is dark, the diaphragm edge is imaged as a sharp cut-off line. The fact that the aperture is realized as a mirror aperture with the said arrangement, a high efficiency is achieved, because not shaded for the generation of the dark area of the light distribution shading, but by the reflection contributes to the illumination of the bright area.
Bevorzugt ist auch, dass sich die Spiegelblende parallel zu einer optischen Achse der Projektionslinse erstreckt.It is also preferable that the mirror aperture extends parallel to an optical axis of the projection lens.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich durch ein fokussierendes drittes optisches Element aus, das im Matrixstrahlengang (Pixellicht) zwischen dem Strahlteiler und der Zwischenbildfläche so angeordnet ist, dass es im Matrixstrahlengang propagierendes Licht in die Zwischenbildfläche fokussiert.A further preferred embodiment is characterized by a focusing third optical element which is arranged in the matrix beam path (pixel light) between the beam splitter and the intermediate image surface in such a way that it focuses light propagating in the matrix beam path into the intermediate image surface.
Dadurch trägt auch dieses Licht zur Bildung der inneren Lichtverteilung bei, die durch die Projektionslinse in das Vorfeld des Fahrzeugs abgebildet wird. Ein drittes optisches Element ist zwischen der Lichtquelle und dem Strahlteiler angeordnet und parallelisiert das von der Lichtquelle ausgehende Licht, bevor es auf den Strahlteiler trifft. As a result, this light also contributes to the formation of the internal light distribution, which is imaged by the projection lens into the apron of the vehicle. A third optical element is disposed between the light source and the beam splitter and parallelizes the light emanating from the light source before striking the beam splitter.
Bevorzugt ist auch, dass ein viertes optisches Element im Basisstrahlengang (Abblendlicht) zwischen dem Strahlteiler und dem ersten optischen Element so angeordnet ist, dass es vom Strahlteiler her einfallendes Licht in einen Fokalbereich des ersten optischen Elements fokussiert, und dass von dem Fokalbereich ausgehendes Licht der Lichtquelle das erste optische Element beleuchtet.It is also preferred that a fourth optical element in the base beam path (dipped beam) is arranged between the beam splitter and the first optical element such that it focuses light incident from the beam splitter into a focal region of the first optical element, and that light originating from the focal region Light source illuminated the first optical element.
Da das Licht der Lichtquelle zur Beleuchtung des Flüssigkristallmatrixbauteils von dem dritten optischen Element zunächst parallelisiert wird, kann es schwierig sein, eine Abblendlichtverteilung durch eine mit dem ersten optischen Element erfolgende Abbildung zu erzeugen. Mit dem vierten optischen Element kann das durch den polarisierenden Strahlteiler hindurch getretene Licht wieder fokussiert werden. Der dem ersten optischen Element zugewandte Fokalbereich kann dann als Lichtquelle dienen, aus deren Licht das erste optische Element eine Abblendlichtverteilung erzeugt. Since the light of the light source for illuminating the liquid crystal matrix component is first parallelized by the third optical element, it may be difficult to generate a low beam distribution through an image taken with the first optical element. With the fourth optical element, the light passed through the polarizing beam splitter can be refocused. The focal region facing the first optical element can then serve as the light source, from the light of which the first optical element generates a low-beam light distribution.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn sich eine erste Blende zwischen dem Strahlteiler und dem ersten optischen Element befindet und in den Basisstrahlengang hineinragt. Die Blendenkante dieser Blende wird als Hell-Dunkel-Grenze in das Vorfeld abgebildet. Diese Blende kann sich einstückig auf der der Kante abgewandten Seite an die Spiegelblende anschließen. Sie ist aber vorzugsweise nicht spiegelnd. In this context, it is advantageous if a first diaphragm is located between the beam splitter and the first optical element and projects into the base beam path. The aperture edge of this aperture is displayed as a cut-off line in the apron. This panel can connect in one piece on the side facing away from the edge of the mirror panel. But it is preferably not reflective.
Bevorzugt ist auch, dass sich die Blende zwischen dem vierten optischen Element und dem ersten optischen Element befindet und in den Basisstrahlengang hineinragt. Die Blendenkante dieser Blende wird dann, wenn eine Projektionslinse nicht vorhanden ist, durch das erste optische Element als Hell-Dunkel-Grenze in das Vorfeld abgebildet.It is also preferred that the diaphragm is located between the fourth optical element and the first optical element and projects into the base beam path. If a projection lens is not present, the diaphragm edge of this diaphragm is imaged by the first optical element as a light-dark boundary in the apron.
Bevorzugt ist auch, dass die erste Blende zwischen einer ersten Stellung, in der sie nicht in den Basisstrahlengang hineinragt, und einer zweiten Stellung, in der sie in den Basisstrahlengang hineinragt, bewegbar ist.It is also preferred that the first diaphragm is movable between a first position, in which it does not protrude into the base beam path, and a second position, in which it projects into the base beam path.
Dadurch kann die Grundlicht- oder Abblendlichtverteilung sowohl mit als auch ohne Abbildung der Blendenkante als scharfe Hell-Dunkel-Grenze erzeugt werden. As a result, the basic light or low-beam distribution can be generated both with and without imaging of the diaphragm edge as a sharp cut-off line.
Bevorzugt ist auch, dass der Polarisator ein Dünnschicht-Polarisator ist. It is also preferable that the polarizer is a thin-film polarizer.
Ferner ist bevorzugt, dass der Polarisator die Grundform eines Strahlteilerwürfels besitzt, der eine der Lichtquelle zugewandte Lichteintrittsfläche, eine dem Flüssigkristallmatrixbauteil zugewandte erste Lichtaustrittsfläche, eine dem ersten optischen Element zugewandte zweite Lichtaustrittsfläche und eine der Projektionslinse zugewandte dritte Lichtaustrittsfläche aufweist, wobei die Lichteintrittsfläche so gekrümmt ist, dass sie das von der Lichtquelle her einfallende Licht parallelisiert, und wobei die zweite Lichtaustrittsfläche so gekrümmt ist, das sie das austretende Licht in einen zwischen der zweiten Lichtaustrittsfläche und dem ersten optischen Element liegenden Fokalbereich fokussiert und wobei die dritte Lichtaustrittsfläche so gekrümmt ist, dass sie austretendes Licht in die Zwischenbildfläche fokussiert. Eine erste Lichtaustrittsfläche ist dem Flüssigkristallmatrixbauteil zugewandt.Furthermore, it is preferred that the polarizer has the basic shape of a beam splitter cube which has a light entry surface facing the light source, a first light exit surface facing the liquid crystal matrix component, a second light exit surface facing the first optical element and a third light exit surface facing the projection lens, the light entry surface being curved in this way in that it collimates the light incident from the light source, and wherein the second light exit surface is curved so as to focus the exiting light into a focal region located between the second light exit surface and the first optical element, and wherein the third light exit surface is curved She focused light emerging in the intermediate image area. A first light exit surface faces the liquid crystal matrix component.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Abdeckscheibe einen ersten Bereich aufweist, der so angeordnet ist, dass er bevorzugt von im Matrixstrahlengang propagierendem Licht beleuchtet wird und der dort eine Form und/oder Beschichtung besitzt, bei welcher der Reflexionsgrad für die erste Polarisationsrichtung minimal wird, und dass die Abdeckscheibe einen zweiten Bereich aufweist, der so angeordnet ist, dass er bevorzugt von im Basisstrahlengang propagierenden Licht beleuchtet wird und der dort eine Form und/oder Beschichtung besitzt, bei welcher der Reflexionsgrad für die zweite Polarisationsrichtung minimal wird. Bei minimaler Reflexion ist die Transmission maximal, was für eine angestrebte hohe Effizienz günstig ist. A further preferred embodiment is characterized in that the cover has a first region which is arranged so that it is preferably illuminated by propagating in the matrix beam light and there has a shape and / or coating in which the reflectance for the first Polarization direction is minimal, and that the cover plate has a second region which is arranged so that it is preferably illuminated by light propagating in the base beam path and which has there a shape and / or coating in which the reflectance for the second polarization direction is minimal. With minimal reflection, the transmission is maximum, which is favorable for a desired high efficiency.
Bevorzugt ist auch, dass in dem Matrixstrahlengang im Lichtweg nach dem Flüssigkristallmatrixbauteil ein Depolarisator angeordnet ist, der das einfallende polarisierte Licht in unpolarisiertes Licht konvertiert, und dass in dem Basisstrahlengang (Abblendlicht) im Lichtweg nach dem Strahlteiler ein Depolarisator angeordnet ist, der das einfallende polarisierte Licht in unpolarisiertes Licht konvertiert. Dadurch können unerwünschte Reflexionseffekte auf spiegelnder Fahrbahn und eine schlechte Sichtbarkeit für Träger von Brillen mit Polarisationsfiltern vermieden werden. It is also preferred that in the matrix beam path in the light path to the liquid crystal matrix component, a depolarizer is arranged, which converts the incident polarized light into unpolarized light, and that in the base beam path (low beam) in the light path after the beam splitter, a depolarizer is arranged, which polarized the incident Light converted to unpolarized light. As a result, unwanted reflection effects on reflective pavement and poor visibility for wearers of spectacles with polarization filters can be avoided.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.Further advantages will be apparent from the dependent claims, the description and the attached figures.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach vergleichbare Elemente. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. In this case, the same reference numerals in different figures denote the same or at least functionally comparable elements. In each case, in schematic form:
Im Einzelnen zeigt die
Im Inneren des Gehäuses
Das Steuergerät
Das dritte optische Element
Der Strahlteiler
Die
Jedes als Matrixelement der Flüssigkristallmatrix in seinen optischen Eigenschaften individuell steuerbare Segment stellt somit einen Pixel auf der Lichtaustrittsfläche des Flüssigkristallmatrixbauteils
Dieser Anteil an der Gesamtlichtverteilung wird daher auch als Pixellichtverteilung bezeichnet.This proportion of the total light distribution is therefore also referred to as pixel light distribution.
Alle Ausführungsbeispiele und Ausgestaltungen können mit einem Depolarisator
Die
Der zweite Anteil tritt über die zweite Lichtaustrittsfläche
Die
Die Spiegelblende
Die Spiegelblende
Die Projektionslinse
Die
In einer Ausgestaltung befindet sich die zweite Blende
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die zweite Blende
Anstatt der Erzeugung einer Abblendlichtverteilung zu dienen, kann der zweite Strahlengang
Das hat den Vorteil, dass die thermische Belastung des Flüssigkristallmatrixbauteils
So erhält man im zentraleren Bereich die hoch aufgelöste Pixellichtverteilung
Die bis hier beschriebenen Ausgestaltungen verwenden ein zur Reflexion des einfallenden Lichtes eingerichtetes Flüssigkristallmatrixbauteil. Die Erfindung ist auch mit Flüssigkristallmatrixbauteilen realisierbar, die zur Transmission des einfallenden Lichtes eingerichtet sind. The embodiments described so far use a liquid crystal matrix component adapted for reflection of the incident light. The invention can also be realized with liquid-crystal matrix components which are set up to transmit the incident light.
In diesem Fall ist ein polarisierender Strahlteiler
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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