DE102016109530A1

DE102016109530A1 - Kraftfahrzeug-Scheinwerfer

Info

Publication number: DE102016109530A1
Application number: DE102016109530.3A
Authority: DE
Inventors: Stefan Eberhardt
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2016-05-24
Filing date: 2016-05-24
Publication date: 2017-11-30
Also published as: JP6289710B2; JP2017212210A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftfahrzeug-Scheinwerfer (10) mit einer Lichtquelle (20), einem polarisierenden Strahlteiler (30) im Strahlengang der Lichtquelle (20), der das von der Lichtquelle (20) kommende Licht in zwei verschieden voneinander polarisierte Teil-Strahlengänge (S1, S2) aufteilt, einer ersten Flüssigkristall-Blende (40), einem ersten Polarisationsfilter (50) und einer ersten Linse (60) in dem ersten Teil-Strahlengang (S1), und einer zweiten Flüssigkristall-Blende (42), einem zweiten Polarisationsfilter (52) und einer zweiten Linse (62), in dem zweiten Teil-Strahlengang (S2). Die erste Linse in dem ersten Teil-Strahlengang (S1) weist eine andere Brennweite f1 aufweist als die zweite Linse (62) in dem zweiten Teil-Strahlengang (S2).

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeug-Scheinwerfer.
In hochwertigen Kraftfahrzeug-Scheinwerfern finden Flüssigkristall-Blenden Verwendung, durch die der von einer Lichtquelle kommende Lichtstrom maskiert werden kann, insbesondere variabel und schnell maskiert werden kann.
Die DE 10 2013 113 807 A1 offenbart einen derartigen Kraftfahrzeug-Scheinwerfer mit Flüssigkristall-Blenden. Eine Flüssigkristall-Blende hat den physikalischen Nachteil, dass sie nur für eine Polarisationsebene transmissiv ist, während sie für die hierzu senkrechte zweite Polarisationsebene nicht transmissiv ist. Auf diese Weise wird von einer Flüssigkristall-Blende ungefähr 50 % des nicht-polarisierten eintreffenden Lichtstroms absorbiert. Aus diesem Grund wird ein polarisierender Strahlteiler verwendet, der im Strahlengang der Lichtquelle angeordnet ist und der das von der Lichtquelle kommende Licht in zwei verschieden zueinander polarisierte Teil-Strahlengänge aufteilt. Die beiden Teil-Strahlengänge werden dann jeweils einer Flüssigkristall-Blende zugeführt, die in ihrem transmissiven Schaltungszustand das polarisierte Licht des betreffenden Teil-Strahlengangs hindurchlässt. Die durch die Flüssigkristall-Blenden verursachten Gesamtverluste können auf diese Weise auf unter 10 % verringert werden. Die von den Flüssigkristall-Blenden maskierten Lichtströme der beiden Teil-Strahlengänge werden durch in beiden Teil-Strahlengängen identische Linsen nach außen projiziert.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Lichtbild eines Kraftfahrzeug-Scheinwerfers mit Flüssigkristall-Blenden zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Kraftfahrzeug-Scheinwerfer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Der erfindungsgemäße Kraftfahrzeug-Scheinwerfer weist eine Lichtquelle auf, die unpolarisiertes Licht generiert oder aber Licht generiert, das in zwei Polarisationsebenen polarisiert ist, die besonders bevorzugt ungefähr senkrecht zueinander stehen. Die Lichtquelle kann beispielsweise aus einer Glühlampe, aus einer Gasentladungslampe, aus einer Leuchtdiode oder einer Laserdiode bestehen.
In den Haupt-Strahlengang der Lichtquelle ist ein polarisierender Strahlteiler angeordnet, der das von der Lichtquelle kommende Licht in zwei verschiedenen voneinander linear polarisierte Teil-Strahlengänge aufteilt. Der polarisierende Strahlteiler kann beispielsweise ein Wire-Grid-Strahlteiler sein, der relativ zum Haupt-Strahlengang schräg, zum Beispiel in einem Winkel von etwa 45°, angeordnet sein kann.
Beide Teil-Strahlengänge weisen jeweils eine optische Mimik auf, die jeweils aus einer Flüssigkristall-Blende, einem Polarisationsfilter und einer Linse besteht. Durch die Flüssigkristall-Blende wird das eintreffende Licht bezüglich seiner Polarisierung im nicht-aktivierten Blenden-Zustand gedreht, und im aktivierten Zustand nicht gedreht. Der der Flüssigkristall-Blende zugeordnete Polarisationsfilter ist optisch hinter der Flüssigkristall-Blende angeordnet und lässt nur das entsprechend polarisierte Licht durch den Polarisationsfilter hindurchtreten. Die Flüssigkristall-Blende kann bevorzugt so gestaltet und angeordnet sein, dass sie im nicht-aktivierten Zustand das eintreffende linear polarisierte Licht so dreht, dass dieses den Polarisationsfilter annähernd verlustfrei passieren kann. Alternativ können die Flüssigkristall-Blende und der Polarisationsfilter so konfiguriert sein, dass das eintreffende linear polarisierte Licht nur im aktivierten Zustand der Flüssigkristall-Blende so von dieser gedreht bzw. nicht gedreht wird, dass das aus der Flüssigkristall-Blende austretende Licht den Polarisationsfilter praktisch verlustfrei passieren kann.
Optisch hinter der Flüssigkristall-Blende ist in beiden Teil-Strahlengängen jeweils eine Linse vorgesehen, durch die das aus dem Polarisationsfilter austretende Licht so gebeugt wird, dass sich das gewünschte Lichtbild in der Umgebung ergibt. Die erste Linse in dem ersten Teil-Strahlengang weist eine andere Brennweite auf als die zweite Linse in dem zweiten Teil-Strahlengang. Unter einer voneinander abweichenden Brennweite der beiden Linsen ist grundsätzlich alles zu verstehen, was zu einem anderen Lichtbild führt, beispielsweise eine voneinander abweichende Orientierung einer zylindrischen Ausprägung der Linsen.
Auf diese Weise ist es möglich, das Gesamt-Lichtbild, das die Summe der Lichtbilder beider Teil-Strahlengängen ist, erheblich differenzierter zu gestalten. Beispielsweise können die beiden Linsen der beiden Teil-Strahlengänge so gewählt werden, dass durch den einen Teil-Strahlengang ein relativ breites Teil-Lichtbild generiert wird, während durch den anderen Strahlengang die zentrale Intensität des betreffenden Teil-Lichtbildes besonders hoch ausfällt. Auf diese Weise könnte beispielsweise ein typisches Fernlicht-Lichtbild mit hoher Mitten-Helligkeit optimiert werden. Durch die zwei überlagerten individuellen Teil-Lichtbilder kann also die Maximalintensität des Gesamt-Lichtbildes gegenüber den herkömmlichen Technologien erhöht werden.
Ferner kann eine insgesamt breiteres Gesamt-Lichtbild erzeugt werden, da das Lichtbild eines Teil-Strahlengangs breiter ausfallen kann, als dies bei einem einzigen uniformen Lichtbild bzw. zwei identischen Teil-Lichtbildern möglich wäre, ohne erhebliche Verluste der Maximalintensität in der Mitte des Lichtbildes in Kauf nehmen zu müssen. Sowohl für das Abblendlicht als auch das Fernlicht ergibt sich ein ergonomisch optimierteres Lichtbild mit einer höheren Gesamteffizienz.
Da die Flüssigkristall-Blenden, wenn sie aus mehreren Flüssigkristall-Zellen bestehen, jeweils eine gewisse Rasterung ihres Teil-Lichtbildes verursachen, wird durch die Überlagerung der beiden voneinander abweichenden Teil-Lichtbilder ein homogeneres Gesamt-Lichtbild erreicht. Ferner wird die Auflösung des Gesamt-Lichtbildes erhöht.
Vorzugweise weicht die Brennweite f1 der ersten Linse um mindestens 20 % ab von der Brennweite f2 der zweiten Linse. Besonders bevorzugt weichen die Brennweiten um mindestens 40 % voneinander ab. Der erste Strahlengang mit der Linse geringerer Brennweite führt auf diese Weise zu einem relativ breiten Teil-Lichtbild, wohingegen der Teil-Strahlengang mit der Linse größerer Brennweite ein schmaleres Teil-Lichtbild generiert, was eine hohe Intensität in der Lichtbild-Mitte zur Folge hat.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist optisch hinter dem polarisierenden Strahlteiler in dem zweiten Teil-Strahlengang ein Spiegel derart angeordnet, dass der zweite Strahlengang optisch hinter dem Spiegel im Wesentlichen parallel zu dem ersten Teil-Strahlengang verläuft. Ferner sind die beiden Teil-Strahlengänge lateral so wenig zueinander beabstandet, wie möglich. Auf diese Weise wird jedenfalls makroskopisch annähernd eine Koaxialität der beiden Teil-Strahlengänge erreicht, so dass auch die beiden Teil-Lichtbilder praktisch konzentrisch zueinander sind.
Vorzugsweise sind die beiden Teil-Strahlengänge im Wesentlichen vertikal übereinander angeordnet, wobei der erste Teil-Strahlengang mit der ersten Linse geringerer Brennweite vertikal oberhalb des zweiten Teil-Strahlengangs mit der zweiten Linse größerer Brennweite angeordnet ist. Da der Abstand der Linse größerer Brennweite von der Flüssigkristall-Blende größer ist als der Abstand der Linse kleinerer Brennweite von der ihr zugeordneten Flüssigkristall-Blende, ergibt sich insgesamt eine zur Horizontalebene geneigte Kontur des Scheinwerfers, wie sie im entsprechend geneigten Frontbereich eines Fahrzeugs typisch ist.
Besonders bevorzugt ist ein die beiden Teil-Strahlengänge umgebendes Scheinwerfer-Gehäuse mit einem Scheinwerferglas vorgesehen. Das Scheinwerferglas ist zur Horizontalebene geneigt, so dass der im Wesentlichen horizontal verlaufende Abschnitt des zweiten bzw. unteren Teil-Strahlengangs innerhalb des Gehäuses länger sein kann als der horizontal verlaufende Abschnitt des ersten bzw. oberen Teil-Strahlengangs. Der betreffende Abschnitt des ersten Teil-Strahlengangs ist der Abschnitt hinter dem polarisierenden Strahlteiler, der betreffende Abschnitt des zweiten Teil-Strahlengangs ist der Abschnitt hinter dem Spiegel. Auf diese Weise wird ein keilartig proportionierter Scheinwerfer zur Verfügung gestellt, der problemlos in die entsprechend geneigte Frontpartie eines Fahrzeugs integriert werden kann.
Vorzugsweise weisen die beiden Flüssigkristall-Blenden mehrere Flüssigkristall-Zellen auf, die jeweils getrennt voneinander aktivierbar sind. Die Flüssigkristall-Blenden sind also jeweils in Form einer zweidimensionalen Matrix ausgebildet, so dass im Prinzip eine beliebige Kontur des betreffenden Teil-Lichtstroms maskiert werden kann. Da das Gesamt-Lichtbild aus zwei Teil-Lichtbildern erzeugt wird, kann die Auflösung der beiden Flüssigkristall-Blenden jeweils relativ klein gewählt werden. Da die optischen Absorptionsverluste von Flüssigkristall-Blenden im wesentlichen von der Anzahl der Leiterbahnen abhängt, die proportional zu der Anzahl der Flüssigkristall-Zellen ist, können die auf die Maskierung zurückgehenden optischen Gesamtverluste auf diese Weise relativ gering gehalten werden.
Vorzugsweise weist die Lichtquelle mehrere Lichtzellen auf, die in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet sind und jeweils getrennt voneinander bzw. selektiv aktivierbar sind. Hierdurch kann beispielsweise der Energieverbrauch des Scheinwerfers reduziert werden, da stets die Lichtzellen der Lichtquelle deaktiviert werden können, die von den beiden Flüssigkristall-Blenden identisch maskiert sind bzw. wären.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die 1 zeigt schematisch einen Kraftfahrzeug-Scheinwerfer gemäß der Erfindung im Längsschnitt.
In der Figur ist schematisch im Längsschnitt ein Kraftfahrzeug-Scheinwerfer 10 dargestellt, der der Beleuchtung der Fahrbahn und des Fahrraumes vor einem Kraftfahrzeug dient. Der Scheinwerfer 10 generiert hierzu ein Gesamt-Lichtbild außerhalb des Scheinwerfers, das je nach Gesamtsituation angepasst werden kann, insbesondere maskiert werden kann.
Die optischen Bauteile des Scheinwerfers 10 sind innerhalb eines Scheinwerfer-Gehäuses 12 angeordnet, das einen kastenartigen fünfseitigen Gehäusekörper 13 und an der Öffnungsseite des Gehäusekörpers 13 ein transparentes und zur Horizontalebene geneigtes Scheinwerferglas 14 aufweist.
Innerhalb des Gehäuses 12 ist eine Lichtquelle 20 angeordnet, die sich aus einer Vielzahl von einzelnen Lichtzellen 21 zusammensetzt, die in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet sind und beispielsweise von Leuchtdioden oder Laserdioden gebildet werden. Die Lichtquelle 20 bzw. die Lichtzellen 21 erzeugen einen im Wesentlichen parallelen und nicht-divergenten Lichtstrom aus unpolarisiertem Licht, der den ungefähr horizontalen Haupt-Strahlengang bis zu einem polarisierenden Strahlteiler 30 bildet.
Der polarisierende Strahlteiler 30 wird vorliegend von einem Wire-Grid gebildet und ist in 45° geneigt zu dem Lichtquellen-Lichtstrom bzw. dem Haupt-Strahlengang. Der polarisierende Strahlteiler 30 teilt den Haupt-Lichtstrom im zwei Teil-Lichtströme auf, die die beiden Teil-Strahlengänge S1 und S2 bilden, wobei die beiden Teil-Lichtströme senkrecht zueinander polarisiert sind. In der transmissiven Richtung des Strahlteilers 30 setzt sich ein oberer bzw. erster Teil-Lichtstrom mit ausschließlich horizontal polarisiertem Licht fort, wohingegen der von dem Strahlteiler 30 nach unten reflektierte Teil-Lichtstrom aus ausschließlich vertikal polarisiertem Licht besteht. Der von der Lichtquelle 20 kommende Haupt-Strahlengang wird also in zwei Teil-Strahlengänge S1, S2 aufgeteilt, die jeweils von zwei senkrecht zueinander polarisierten Teil-Lichtströmen gebildet werden.
Der von dem Strahlteiler 30 nach vertikal unten reflektierte Teil-Lichtstrom des zweiten Teil-Strahlengangs S2 trifft dann auf einen Spiegel 32, der in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel plan ausgebildet ist und parallel zu der Grundebene des Strahlteilers 30 im Raum orientiert ist. Durch den Spiegel 30 wird der zweite Teil-Strahlengang S2 parallel zu dem ersten Teil-Strahlengang S1 umgelenkt.
Hinter dem Strahlteiler 30 in dem ersten Strahlengang S1 und hinter dem Spiegel 32 in dem zweiten Strahlengang S2 ist jeweils eine Flüssigkristall-Blende 40, 42 und dahinter jeweils ein zugeordneter Polarisationsfilter 50, 52 angeordnet. Die Flüssigkristall-Blenden 40, 42 weisen jeweils eine Vielzahl von Flüssigkristall-Zellen 41 auf, die eine zweidimensionale Zellen-Matrix bilden. Mit den Flüssigkristall-Blenden 40, 42 lässt sich der jeweilige Lichtstrom maskieren.
Hinter den beiden Flüssigkristall-Blenden 40, 42 ist der Polarisationsfilter 50, 52 jeweils etwas beabstandet angeordnet, um eine bessere Kühlung der Flüssigkristall-Blenden 40, 42 und der Polarisationsfilter 50, 52 zu ermöglichen. Die Flüssigkristall-Blenden 40, 42 drehen die Polarisationsebene des eintreffenden Lichtstroms um 90° im nicht-aktivierten Zustand der Flüssigkristall-Blenden 40, 42 und lassen den eintreffenden polarisierten Lichtstrom jeweils unverändert hindurchtreten im aktivierten Zustand der Flüssigkristall-Blenden 40, 42. Die Polarisationsebene der beiden nachgeschalteten Polarisationsfilter 50, 52 ist so gewählt, dass das aus den nicht-aktivierten Flüssigkristall-Zellen 41 der Flüssigkristall-Blenden 40, 42 austretende Licht dieselbe Polarisationsebene hat, so dass der von den nicht-aktivierten Flüssigkristall-Zellen 41 kommende Lichtstrom auch durch den Polarisationsfilter 50, 52 hindurchtritt.
Anschließend treffen die beiden Lichtströme jeweils auf eine Linse 60, 62, wobei die Brennweite f1 der Linse 60 des oberen bzw. ersten Teil-Strahlengangs S1 kleiner ist als die Brennweite f2 der Linse 62 in dem zweiten bzw. unteren Teil-Strahlengang S2.
Der im Wesentlichen horizontal verlaufende Abschnitt X1 des ersten Strahlengangs S1 ist wegen der geringeren Brennweite f1 der betreffenden Linse 60 kürzer als der horizontal verlaufende Abschnitt X2 des zweiten Strahlengangs S2.
Die Lichtquelle 20 und die beiden Flüssigkristall-Blenden 40, 42 werden durch eine Scheinwerfersteuerung 16 gesteuert. Die Scheinwerfersteuerung 16 erhält fahrzeugseitig Signale über den Fahrzustand, die Lichtverhältnisse sowie gegebenenfalls andere Randbedingungen, und steuert hiervon abhängig die Lichtzellen 21 der Lichtquelle 20 sowie die Flüssigkristall-Zellen 41 der beiden Flüssigkristall-Blenden 40, 42.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013113807 A1 [0003]

Claims

Kraftfahrzeug-Scheinwerfer (10) mit einer Lichtquelle (20), einem polarisierenden Strahlteiler (30) im Strahlengang der Lichtquelle (20), der das von der Lichtquelle (20) kommende Licht in zwei verschieden voneinander polarisierte Teil-Strahlengänge (S1, S2) aufteilt, einer ersten Flüssigkristall-Blende (40), einem ersten Polarisationsfilter (50) und einer ersten Linse (60) in dem ersten Teil-Strahlengang (S1), und einer zweiten Flüssigkristall-Blende (42), einem zweiten Polarisationsfilter (52) und einer zweiten Linse (62), in dem zweiten Teil-Strahlengang (S2), dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linse in dem ersten Teil-Strahlengang (S1) eine andere Brennweite f1 aufweist als die zweite Linse (62) in dem zweiten Teil-Strahlengang (S2).
Kraftfahrzeug-Scheinwerfer (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Brennweite f1 der ersten Linse (60) um mindestens 20 % abweicht von der Brennweite f2 der zweiten Linse (62), und besonders bevorzugt um mindestens 40 % abweicht.
Kraftfahrzeug-Scheinwerfer (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei hinter dem polarisierenden Strahlteiler (30) in dem zweiten Teil-Strahlengang (S2) ein Spiegel (32) derart angeordnet ist, dass der zweite Strahlengang (S2) hinter dem Spiegel (32) im Wesentlichen parallel zu dem ersten Teil-Strahlengang (S1) verläuft.
Kraftfahrzeug-Scheinwerfer (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die beiden Teil-Strahlengänge (S1, S2) im Wesentlichen übereinander angeordnet sind, wobei der erste Teil-Strahlengang (S1) mit der ersten Linse (60) geringerer Brennweite f1 oberhalb des zweiten Teil-Strahlengangs (S2) mit der zweiten Linse (62) größerer Brennweite f2 angeordnet ist.
Kraftfahrzeug-Scheinwerfer (10) nach Anspruch 4, wobei ein die beiden Teil-Strahlengänge (S1, S2) umgebendes Scheinwerfer-Gehäuse (12) mit einem Scheinwerferglas (14) vorgesehen ist, das derart geneigt ist, dass der im wesentlichen horizontal verlaufende Abschnitt (X2) des zweiten Teil-Strahlengangs (S2) innerhalb des Gehäuses (12) länger ist als der horizontal verlaufende Abschnitt (X1) des ersten Teil-Strahlengangs (S1).
Kraftfahrzeug-Scheinwerfer (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Flüssigkristall-Blenden (40, 42) mehrere Flüssigkristall-Zellen (41) aufweisen, die jeweils getrennt voneinander aktivierbar sind.
Kraftfahrzeug-Scheinwerfer (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Lichtquelle (20) mehrere Lichtzellen (21) aufweist, die jeweils getrennt voneinander aktivierbar sind.