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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeugscheinwerfer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein solcher Kraftfahrzeugscheinwerfer weist ein Lichtmodul auf, das eine Lichtquelle, eine Licht der Lichtquelle sammelnde Primäroptik und eine Mehrzahl von ersten Mikroprojektoren aufweist, von denen jeder jeweils eine Eingangslinse und eine Ausgangslinse aufweist, wobei die Eingangslinse und die Ausgangslinse eine sich bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Kraftfahrzeugscheinwerfers parallel zu einer horizontalen Richtung erstreckende Breite und eine sich parallel zu einer vertikalen Richtung erstreckende Höhe aufweisen. Die Primäroptik, die Eingangslinse und die Ausgangslinse jeweils eines ersten Mikroprojektors sind so angeordnet, dass aus der Primäroptik austretendes Licht der Lichtquelle die Eingangslinsen beleuchtet und aus der Eingangslinse jeweils eines ersten Mikroprojektors austretendes Licht der Lichtquelle die Ausgangslinse des Mikroprojektors beleuchtet.
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Ein solcher Kraftfahrzeugscheinwerfer ist aus der
WO 2015/058227 A1 bekannt.
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Konventionelle Projektionsmodule für Kraftfahrzeugscheinwerfer weisen eine Optik-Gesamtbautiefe in der Größenordnung von 75 mm bis über 120 mm auf. Unter diese Kategorie fallen Halogen- und Xenon-Scheinwerfer. Lichtquellen beider Kategorien werden im Betrieb mehrere Hundert Grad heiß. In ihrer Nähe stellen sich Temperaturen ein, die mit dem Einsatz feinstrukturierter Kunststoff-Optiken nicht kompatibel sind.
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Erst in den letzten 10 bis 15 Jahren wurde es durch den Einsatz kälterer Lichtquellen, wie z.B. LEDs oder LaserDioden, die eine Betriebstemperatur von maximal 150°C vertragen können, möglich, Kunststoff-Optiken in der Nähe der Lichtquelle zu verwenden. Das machte die Entwicklung komplexerer optischer Ansätze möglich, wie z.B. Voll-LED und/oder Matrix-LED-Scheinwerfer. Solche Ansätze wurden am Anfang ihrer Entwicklung durch diskret aufgebaute Lichtquellenmodule geprägt. Ein Matrix-Scheinwerfer mit einer strukturierten Silikonoptik und einer abbildenden Optik ist aus der
DE 10 2009 053 581 A1 bekannt.
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Mit diesen Ansätzen konnten nicht alle Möglichkeiten der Miniaturisierung ausgeschöpft werden, da zur Formung von Matrix-Lichtverteilungen noch vergleichsweise große Primäroptiken und einzelne große Ein-Strahlengang-Projektionsoptiken zum Einsatz kamen. Die Größe der Primäroptiken ist aus Herstellungsgründen nach unten beschränkt. Die sehr komplexen Lichtleiter-basierten Primäroptiken werden in einem Kunststoffspritzvorgang hergestellt, der entsprechend feine Formkavitäten erfordert. Bei komplexen Silikonlichtleitern wird die Verkleinerung zunehmend aufwändig und letztendlich beliebig teuer. Solche Scheinwerfermodule besitzen eine Optik-Bautiefe, die ebenfalls in der Größenordnung von 75 mm bis über 120 mm liegt
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Es ist eine generelle Tendenz, dass der für Kraftfahrzeugscheinwerfer zur Verfügung stehende Bauraum in immer komplexer werdenden Kraftfahrzeugen immer knapper wird. Daraus ergeben sich Forderungen nach einer Miniaturisierung von Kraftfahrzeugscheinwerfern. Es haben sich verschiedene Lösungsansätze ergeben. In einem Lösungsansatz wird die Idee eines Dia- bzw. Kinoprojektors aufgegriffen. Die Lichtverteilung wird durch eine Maske in der Brennfläche eines geeigneten Projektionsobjektivs generiert. Das kann sowohl ein Filter (Dia, LCD) als auch ein feinstrukturiertes Spiegelarray (Digital Light Processing, DLP)sein, welches angeleuchtet wird und durch hochfrequentes Kippen einzelner Mikrospiegel eine dynamische Lichtverteilung generiert, die ebenfalls über ein Projektionsobjektiv abgebildet wird. Entsprechend kann auch eine feinstrukturierte, auf Pixelebene steuerbare, integrierte LED-Lichtquelle über ein Projektionsobjektiv abgebildet werden, so dass ihre feinstrukturiert veränderbare Lichtquellenverteilung auf die Fahrbahn projiziert wird.
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In all diesen Fällen wird jeweils ein abbildendes Objektiv verwendet. Eine Verkleinerung des Objektivs würde voraussetzen, dass die Spiegel- oder LED-Arrays entsprechend verkleinert werden können. Einem solchen Vorhaben sind zurzeit technische Grenzen gesetzt, so dass die Verkleinerung solcher Scheinwerfer mit nur einem optischen Strahlengang nicht ausreichend vorangetrieben werden kann. Als Folge ist auch die Bautiefe solcher Scheinwerfer nach unten auf Werte zwischen etwa 60 mm und bis über 100 mm beschränkt.
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Weitere Lösungsansätze sehen vor, nicht die Primäroptik, sondern die abbildende Sekundäroptik zu strukturieren. Derartige Ansätze werden in der
EP 999 407 und der
AT 514 967 verfolgt. Beim Gegenstand der
AT 514 967 kollimiert die Primäroptik eine weitwinklige Quellen-Lichtverteilung. Diese Lichtbündel durchlaufen parallel oder nahezu parallel zueinander orientierte Einkoppeloptiken. Jede Einkoppeloptik fokussiert ein sie beleuchtendes Lichtbündel und generiert jeweils eine Querschnitt-Lichtverteilung, die als virtuelle Lichtquelle für einen im Strahlengang folgenden Mikroprojektor dient.
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Bei der eingangs genannten
WO2015/058227A1 wird jeder Einkoppeloptik, bzw. jedem fokussierten Lichtbündel ein Mikroprojektor nachgeschaltet, in den das jeweilige Lichtbündel eintritt. Die Einkoppeloptik übernimmt die Lichtteilung und formt jede der Lichtverteilungen der virtuellen Lichtquellen, die ihr zugeordneter Mikroprojektor auf die Straße projiziert. An den Orten der virtuellen Lichtquellen werden Mikroblenden angeordnet, um damit gewünschte Hell-Dunkel-Grenzen (HDG) zu generieren.
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Dabei ist jede abzubildende Lichtverteilung und jede Blende so klein, dass unter Beibehaltung der Bildgröße, d.h. mit einer Änderung des Abbildungsmaßstabes, eine signifikante Verkürzung der Brennweite und damit der Bautiefe solcher Mikroprojektoren erreicht werden kann. Es handelt sich um eine Verkürzung um den Faktor von ca. 1/3 bis 1/8 im Vergleich zu einem konventionellen Projektor. Maßgeblich für die Verkleinerung sind die Größe der Lichtquelle und ihre Leuchtdichte. Alle abgebildeten Lichtverteilungen überlagern sich auf der Fahrbahn zu einer Gesamtlichtverteilung.
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Aus Gründen der Aerodynamik und aus Designgründen werden moderne Scheinwerfer nicht einfach auf die Frontseite eines Kraftfahrzeuges montiert, sondern in Karosserien integriert, die in der Draufsicht annähernd eine V-Form aufweisen. Ein linker Scheinwerfer besitzt zum Beispiel eine gekrümmte Außenkontur, die einen Übergang von der Front zur Seite des Kraftfahrzeugs bildet. Die übrige Frontpartie, die nach vorn über die Scheinwerfer hinausragt, schattet den linken Scheinwerfer nach rechts ab. Das hat zur Folge, dass symmetrisch mit einer nach vorn weisenden Hauptabstrahlrichtung abstrahlende Kraftfahrzeugscheinwerfer die linken und rechten Ränder ihrer aus den Beiträgen beider Frontscheinwerfer resultierenden Summenlichtverteilung nur schwach beleuchten. Am rechten Rand fehlt der abgeschattete Beitrag des linken Scheinwerfers und am linken Rand fehlt der abgeschattete Beitrag des rechten Scheinwerfers.
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen kompakten Scheinwerfer der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Ränder der Lichtverteilung besser ausgeleuchtet werden.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei unterscheidet sich die Erfindung vom Stand der Technik nach der
WO 2015/058227 A1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Diese sehen vor, dass die Ausgangsoptik von jeweils einem ersten Mikroprojektor eine erste Ausgangsteillinse und wenigstens eine zweite Ausgangsteillinse aufweist, wobei die erste Ausgangsteillinse eine erste optische Achse (
46) aufweist und wobei die wenigstens eine zweite Ausgangsteillinse des ersten Mikroprojektors eine zweite optische Achse aufweist, die gegenüber der der ersten optischen Achse (
46) quer zum Verlauf der ersten optischen Achse verschoben ist.
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Durch diese Merkmale werden jeweils wenigstens zwei Ausgangsteillinsen einer Eingangslinse zugeordnet. Die wenigstens zwei Ausgangsteillinsen werden durch ein und dieselbe Eingangslinse beleuchtet. Dadurch wird ein Kraftfahrzeugscheinwerfer bereitgestellt, der bei nicht größerem Bauraumbedarf effizienter arbeitet als der bekannte Scheinwerfer, eine homogene, farblose Abblendlichtverteilung erzeugt, die einen zum zentralen HV-Punkt der Lichtverteilung asymmetrischen Winkelumfang von zum Beispiel -15° bis +40° oder -40° bis +15° in horizontaler Richtung („-“ gleich in Fahrtrichtung links, „+“ gleich in Fahrtrichtung rechts) und in vertikaler Richtung einen Winkelumfang von + 0,57° / - 10° für Lichtstärken von mindestens 250 cd aufweist und deren Lichtstärke zur Mitte, also zur optischen Achse hin, im Abblendlichtfall auf die maximal erlaubten 43750 cd ansteigt, ohne dass innerhalb der Lichtverteilung scharfe Helligkeitsunterschiede auftreten. Bei einem rechten Scheinwerfer liegt die zweite optische Achse rechts von einer in die Abstrahlrichtung weisenden optischen Achse des Scheinwerfers. Bei einem linken Scheinwerfer liegt die zweite optische Achse links von einer in die Abstrahlrichtung weisenden optischen Achse des Scheinwerfers. Je ein rechter Scheinwerfer und ein linker Scheinwerfer bilden zusammen eine zusammenwirkende Scheinwerferanordnung. Der rechte Scheinwerfer ersetzt einen beim Stand der Technik abgeschatteten Beitrag des linken Scheinwerfers zu einer Summenlichtverteilung, und umgekehrt ersetzt der linke Scheinwerfer einen beim Stand der Technik abgeschatteten Beitrag des rechten Scheinwerfers zu einer Summenlichtverteilung. Die Einzellichtverteilungen beider Scheinwerfer sind insofern komplementär zueinander. Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Ausgangsteillinse das durch sie hindurchtretende Licht zu einer ersten Konvergenzzone des ersten Mikroprojektors bündelt und von der ersten Konvergenzzone ausgehendes Licht eine Beleuchtungszone des Lichtmoduls beleuchtet und dass die wenigstens eine zweite Ausgangsteillinse des ersten Mikroprojektors das durch sie hindurchtretende Licht zu einer von der ersten Konvergenzzone räumlich getrennten zweiten Konvergenzzone des ersten Mikroprojektors formt und von der zweiten Konvergenzzone ausgehendes Licht einen Teil der Beleuchtungszone des Lichtmoduls beleuchtet. Die Konvergenzzone ist dabei eine Zone, die in der Lichtausbreitungsrichtung hinter der jeweiligen Ausgangsteillinse liegt, zu der hin sich das Lichtbündel des aus der jeweiligen Ausgangsteillinse austretenden Lichtes verengt und von der aus sich das von ihr ausgehende Lichtbündel aufweitet. Die Konvergenzzone ist eine den Brennpunkt der Ausgangsteillinse umgebende Zone und fällt im Extremfall mit dem Brennpunkt zusammen.
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Die zweite optische Achse geht in ihrer Lage bevorzugt durch Parallelverschiebung aus der ersten optischen Achse hervor. Bevorzugt ist auch, dass der Teil der Beleuchtungszone, der mit Licht beleuchtet wird, das von der wenigstens einen zweiten Konvergenzzone des ersten Mikroprojektors ausgeht, e auf der gleichen Seite einer optischen Achse des ersten Mikroprojektors liegt, auf der auch die zweite Konvergenzzone liegt.
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Bevorzugt ist auch, dass die zweite Ausgangsteillinse eines ersten Mikroprojektors eine Lichtaustrittsfläche besitzt, die eine gleiche Form, Größe und Orientierung besitzt wie ein Teil der ersten Ausgangsteillinse, der auf einer der zweiten Konvergenzzone gegenüberliegenden Seite der optischen Achse liegt.
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Weiter ist bevorzugt, dass die zweite Ausgangsteillinse eine quer zur optischen Achse des ersten Mikroprojektors translatorisch verschobene Kopie eines Teils der ersten Ausgangsteillinse ist, der auf einer der zweiten Konvergenzzone gegenüberliegenden Seite der optischen Achse liegt.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Ausgangsteillinse größer als die zweite Ausgangsteillinse ist.
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Bevorzugt ist auch, dass der Kraftfahrzeugscheinwerfer ein rechter Kraftfahrzeugscheinwerfer oder ein linker Kraftfahrzeugscheinwerfer einer einen rechten Kraftfahrzeugscheinwerfer und einen linken Kraftfahrzeugscheinwerfer aufweisenden Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung ist.
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Weiter ist bevorzugt, dass die zweiten Ausgangsteillinsen dazu eingerichtet sind, einen rechten äußeren Teil der Beleuchtungszone zu beleuchten.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die zweiten Ausgangsteillinsen dazu eingerichtet sind, einen linken äußeren Teil der Beleuchtungszone zu beleuchten.
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Bevorzugt ist auch, dass der Kraftfahrzeugscheinwerfer neben den ersten Mikroprojektoren weitere Mikroprojektoren aufweist, deren Breiten (b) sich von den Breiten der ersten Mikroprojektoren unterscheiden und deren Höhen sich von den Höhen der ersten Mikroprojektoren unterscheiden.
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Weiter ist bevorzugt, dass der Kraftfahrzeugscheinwerfer erste Mikroprojektoren (46) aufweist, die eine erste Breite und eine erste Höhe aufweisen, zweite Mikroprojektoren (48) aufweist, die eine zweite Breite und eine zweite Höhe aufweisen, und dritte Mikroprojektoren (50) aufweist, die eine dritte Breite und eine dritte Höhe aufweisen, wobei die erste Höhe größer als die zweite Höhe und die zweite Höhe größer als die dritte Höhe ist und wobei die erste Breite größer als die zweite Breite und die zweite Breite größer als die dritte Breite ist.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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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.
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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:
- 1 eine Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit Frontscheinwerfern;
- 2 eine Überlagerung von drei Fernlichtverteilungen;
- 3 eine Überlagerung von drei Abblendlichtverteilungen;
- 4 symmetrische Ausgangslinsen aufweisende Mikroprojektoren;
- 5 einen Merkmale der Erfindung aufweisenden Mikroprojektor für einen linken Frontscheinwerfer;
- 6 eine Draufsicht auf den Mikroprojektor aus 5 zusammen mit von diesem Mikroprojektor ausgehenden Lichtbündeln;
- 7 einen Merkmale der Erfindung aufweisenden Mikroprojektor für einen rechten Frontscheinwerfer;
- 8 eine Draufsicht auf den Mikroprojektor aus 7 zusammen mit von diesem Mikroprojektor ausgehenden Lichtbündeln;
- 9 ein Ausführungsbeispiel eines Mikroprojektionsmodule aufweisenden Kraftfahrzeugscheinwerfers in einem Vertikalschnitt;
- 10 ein Lichtmodul für einen linken Frontscheinwerfer, der neben den ersten Mikroprojektoren weitere Mikroprojektoren aufweist;
- 11 ein als Lichtmodul für einen rechten Scheinwerfer dienendes Pendant zum Lichtmodul der 10;
- 12 ein Lichtmodul, bei dem zwei Ausgangsteillinsen aufweisende Mikroprojektoren in Spalten angeordnet sind; und
- 13 ein Lichtmodul mit einer anderen Anordnung von zwei Ausgangsteillinsen aufweisenden Mikroprojektoren.
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1 zeigt eine Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug 10 mit einem rechten Frontscheinwerfer 12 und einem linken Frontscheinwerfer 14 sowie mit Lichtbündeln 16, 18, die von den Frontscheinwerfern 12, 14 ausgehen. Die Frontscheinwerfer 12, 14 sind an den vorderen Ecken des Kraftfahrzeugs 10 angeordnet und erstrecken sich jeweils von der Front ausgehend über die jeweilige Ecke hinweg bis in die Fahrzeugseite hinein. Die Lichtmodule der Frontscheinwerfer 12, 14, welche die Lichtbündel 16, 18 erzeugen, liegen in Richtung der Fahrzeuglängsachse (x-Richtung) gegenüber dem zwischen beiden Frontscheinwerfern 12, 14 liegenden mittleren Frontbereich zurückversetzt. Ein Aufbau der Lichtmodule wird weiter unten beschrieben.
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Wegen der zurückversetzten Einbaulage können die Lichtmodule die Lichtbündel 16, 18 in der Regel nicht ungehindert abstrahlen. Ein rechtes Teilbündel 18.1 des vom linken Frontscheinwerfer 14 ausgehenden Lichtbündels 18 und ein linkes Teilbündel 16.1 des vom rechten Frontscheinwerfer 12 ausgehenden Lichtbündels 16 werden unter Umständen von der Fahrzeugkarosserie abgeschattet.
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Im Fernfeld vor dem Kraftfahrzeug 10 überlagern sich die Lichtbündel 16, 18 der beiden Frontscheinwerfer 12, 14 vollständig zu einer Summenlichtverteilung, wie sie schematisch in den 2 (Fernlicht) und 3 (Abblendlicht) dargestellt sind.
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2 zeigt im Einzelnen rein qualitativ eine Überlagerung von drei Fernlichtverteilungen 20, 22, 24, wie sie sich auf einem senkrecht vor einem Scheinwerfer stehenden Testschirm einstellen, zusammen mit der Angabe einer vertikalen Richtung V und der Angabe einer horizontalen Richtung H. Die breiteste der drei Lichtverteilungen wird im Folgenden auch als extra wide spread Fernlichtverteilung 20 bezeichnet. Die nächstschmalere Fernlichtverteilung 22 wird im Folgenden auch als wide spread Fernlichtverteilung 22, und die schmalste der drei Lichtverteilungen wird im Folgenden auch als hot spot Fernlichtverteilung 24 bezeichnet.
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3 zeigt dazu korrespondierende Abblendlichtverteilungen 26, 28, 30 mit einer für alle drei Abblendlichtverteilungen 26, 28, 30 im Überlagerungsbereich deckungsgleichen Hell-Dunkel-Grenze 32. Die breiteste der drei Lichtverteilungen wird im Folgenden auch als extra wide spread Abblendlichtverteilung 26 bezeichnet. Die nächstschmalere Lichtverteilung wird im Folgenden auch als wide spread Abblendlichtverteilung 28, und die schmalste der drei Lichtverteilungen wird im Folgenden auch als hot spot Abblendlichtverteilung 30 bezeichnet. Jede Lichtverteilung wird durch eine ISO-Linie gleicher Intensität dargestellt.
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Eine solche Summenlichtverteilung, sei es eine Abblendlichtverteilung oder eine Fernlichtverteilung, kann man gedanklich in einen rechten Teil 34, einen mittleren Teil 36 und einen linken Teil 38 unterteilen. Der linke Teil 38 soll dabei der Teil sein, der (auch) von einem links außen liegenden Teilbündel 16.1 des rechten Scheinwerfers 12 beleuchtet werden würde, wenn dieses Teilbündel nicht abgeschattet werden würde.
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Der linke Teil 38 der Summenlichtverteilung wird daher nur von einem linken Teilbündel des vom linken Frontscheinwerfer 14 ausgehenden Lichtbündels 18 beleuchtet. Der mittlere Teil 36 der Summenlichtverteilung wird mit Beiträgen von Lichtbündeln 16, 18 beider Frontscheinwerfer 12, 14 beleuchtet.
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Der rechte Teil 34 der Summenlichtverteilung soll entsprechend der Teil sein, der (auch) von einem rechts außen liegenden Teilbündel 18.1 des linken Scheinwerfers 14 beleuchtet werden würde, wenn dieses Teilbündel nicht abgeschattet werden würde. Dieser rechte Teil der Summenlichtverteilung wird wegen dieser Abschattung nur von einem rechten Teilbündel des vom rechten Frontscheinwerfer 12 ausgehenden Lichtbündels 16 beleuchtet.
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Im Ergebnis setzt sich der mittlere Teil 36 der Summenlichtverteilung damit aus Beiträgen beider Frontscheinwerfer 12, 14 zusammen, während sich der rechte Teil 34 und der linke Teil 38 jeweils nur aus dem Beitrag eines der beiden Frontscheinwerfer 12, 14 ergibt. Als Folge fällt die Intensität der Summenlichtverteilung von ihrem in der Mitte liegenden Maximalwert ausgehend zum rechten Rand und zum linken Rand vergleichsweise steil ab, was unerwünscht ist.
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Der Vergleich bezieht sich dabei auf eine Überlagerung der Lichtbündel 16, 18, bei der eine Abschattung des rechts außen liegenden Teilbündels 18.1 des linken Scheinwerfers 14 und eine Abschattung des links außen liegenden Teilbündels 16.1 des rechten Scheinwerfers 12 nicht auftritt.
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Um durch die Abschattung auftretende Lichtstromverluste zu vermeiden, wird bei einem erfindungsgemäßen linken Scheinwerfer 14 die Richtung des abgeschatteten rechten Teilbündels 18.1 so geändert, dass es zur linken Seite geneigt ist. Es ersetzt damit dort den Beitrag des rechten Scheinwerfers 12, dessen nach links gerichtetes Teilbündel 16.1 abgeschattet wird. Für die rechte Seite gilt analog: Bei einem erfindungsgemäßen rechten Scheinwerfer 12 wird die Richtung des abgeschatteten linken Teilbündels (16.1) so geändert, dass es zur rechten Seite geneigt ist. Es ersetzt damit dort den Beitrag des linken Scheinwerfers 14, dessen nach rechts gerichtetes Teilbündel 18.1 abgeschattet wird.
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Im Ergebnis kann durch die Erfindung ein durch die abschattende Karosserie bedingter Lichtstromverlust wirkungsvoll vermieden werden.
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Die Vorteile der Verwendung von Mikroprojektoren, insbesondere die daraus resultierende kompakte Bauweise, die extreme Homogenität der Helligkeitsverteilung in der resultierenden Lichtverteilung, die Schärfe der Hell-Dunkel-Grenze, die Modularität, die gute Herstellbarkeit, die robuste Funktionsweise, sowie die niedrige Produktionskosten bleiben dabei erhalten.
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4 zeigt symmetrische Ausgangslinsen aufweisende Mikroprojektoren jeweils in einer perspektivischen Darstellung in gleichem Maßstab und in einer für einen Größenvergleich gedanklichen Überlagerung. Diese Mikroprojektoren werden als bekannt vorausgesetzt.
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Dabei zeigt der Teil a) der 4 einen ersten Mikroprojektor 40. Der Teil b) der 4 zeigt einen zweiten Mikroprojektor 42, und der Teil c) der 4 zeigt einen dritten Mikroprojektor 44. Der Teil d) der 4 zeigt, für einen Größenvergleich, die gedankliche Überlagerung der drei Mikroprojektoren 40, 42, 44. Jede der Teile a) bis d) der 4 zeigt auch eine erste optische Achse 46. Die erste optische Achse 46 besitzt bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Kraftfahrzeugscheinwerfers die Richtung x der Längsachse des Kraftfahrzeugs 10.
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Dies gilt auch für Merkmale der Erfindung verwirklichende Mikroprojektoren 48, die in der 5 dargestellt sind. Jeder der Mikroprojektoren 40, 42, 44 der 4 und des Mikroprojektors 48 der 5 weist eine Eingangslinse 40.1, 42.1, 44.1, 48.1, eine Ausgangsoptik 40.2, 42.2, 44.2, 48.2 und eine zwischen der Eingangslinse 40.1, 42.1, 44.1, 48.1 und der Ausgangsoptik 40.2, 42.2, 44.2, 48.2 angeordnete Blende 40.3, 42.3, 44.3, 48.3 auf. Die Eingangslinsen 40.1, 42.1, 44.1, 48.1 und die Blenden 40.3, 42.3, 44.3, 48.3 besitzen jeweils eine sich bei der bestimmungsgemäßen Verwendung des Kraftfahrzeugscheinwerfers parallel zu einer horizontalen Richtung erstreckende Breite b und eine sich parallel zu der vertikalen Richtung erstreckende Höhe h.
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Dies gilt analog für die Ausgangsoptiken 40.2, 42.2, 44.2, 48.2. Jede Ausgangsoptik 40.2, 42.2, 44.2, 48.2 eines Mikroprojektors 40, 42, 44, 48 der 4 und der 5 weist bevorzugt dieselbe Breite b und dieselbe Höhe h auf wie die zugehörige Eingangslinse 40.1, 42.1, 44.1, 48.1 des Mikroprojektors 40, 42, 44, 48. Die weiter unten (u.a. in 9) noch dargestellte Primäroptik und die Eingangslinse 40.1, 42.1, 44.1, 48.1, Blende 40.3, 42.3, 44.3, 48.3 und Ausgangsoptik 40.2, 42.2, 44.2, 48.2 jeweils eines Mikroprojektors 40, 42, 44, 48 sind so angeordnet, dass aus der Primäroptik austretendes Licht der Lichtquelle die Eingangslinse 40.1, 42.1, 44.1, 48.1 beleuchtet und aus der Eingangslinse 40.1, 42.1, 44.1, 48.1 austretendes Licht der Lichtquelle die Ausgangsoptik 40.2, 42.2, 44.2, 48.2 beleuchtet. Die Ausgangsoptiken 40.2, 42.2, 44.2, 48.2 bilden Blendenkanten der Blenden 40.3, 42.3, 44.3, 48.3 als Hell-Dunkel-Grenzen ab. Mikroprojektoren, die zur Erzeugung von Fernlichtverteilungen dienen, weisen bevorzugt keine Blenden auf.
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Die Ausgangsoptik 44.2 des als bekannt vorausgesetzten Mikroprojektors 44 aus der 4, Teil c), weist eine stetig gekrümmte Lichtaustrittsfläche und damit eine einzige optische Achse 46 auf. Die Ausgangsoptik 44.2 dieses Mikroprojektors ist daher eine einzige Ausgangslinse.
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5 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines für den linken Frontscheinwerfer konzipierten neuen Mikroprojektors 48 eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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Die Beschreibung der Eingangslinse, der ggf. vorhandenen Blende und der Beleuchtung der Ausgangsoptik der 4 gilt auch für den Mikroprojektor 48, der in der 5 dargestellt ist.
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Der neue Mikroprojektor 48 unterscheidet sich von den bekannten Mikroprojektoren 40, 42, 44 dadurch, dass die Ausgangsoptik 48.2 in eine größere Ausgangsteillinse 48.2.1 und eine kleinere Ausgangsteillinse 48.2.2 aufgeteilt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind einer Eingangslinse 48.1 also zwei Ausgangsteillinsen 48.2.1, 48.2.2 zugeordnet. Es ist auch denkbar, dass einer Eingangslinse mehr als zwei Ausgangsteillinsen zugeordnet sind. Der Begriff der Zuordnung bedeutet hier, dass beide Ausgangsteillinsen 48.2.1, 48.2.2 mit aus einer für beide Ausgangsteillinsen 48.2.1, 48.2.2 gemeinsamen Eingangslinse 48.1 austretendem Licht beleuchtet werden.
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Die beiden Ausgangsteillinsen 48.2.1, 48.2.2 entstehen gedanklich aus der einen Ausgangslinse 44.2 des Mikroprojektionsmoduls 44 der 4 dadurch, dass ein (bei Blickrichtung gleich Projektionsrichtung) linker Teil der Ausgangslinse 44 entfernt wird und durch eine Kopie eines rechten Teils der Ausgangslinse 44 ersetzt wird, die genau so groß und genauso geformt und genauso orientiert angeordnet ist wie das Original des rechten Teils, so dass die Kopie einem translatorisch nach rechts über die erste optische Achse 46 hinweg verschobenen Original entspricht.
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Die größere Ausgangsteillinse 48.2.1 der beiden Ausgangsteillinsen 48.2.1, 48.2.2 ist also in ihrer Form, Größe und Ausrichtung mit einem entsprechenden Teil einer Ausgangslinse 44 des weiter oben beschriebenen wide spread Mikroprojektors 44 identisch.
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Wie bereits erläutert, ist die zweite Ausgangsteillinse 48.2.2 ihrer Gestalt nach eine quer zur ersten optischen Achse 46 des Mikroprojektors 48 translatorisch über die optische Achse 46 hinweg verschobene Kopie eines Teils der ersten Ausgangsteillinse 48.2.1. Beim Übergang von der einen Ausgangsteillinse zur anderen Ausgangsteillinse tritt ein Sprung, bzw. eine Stufe in der Lichtaustrittsfläche auf. Die zweite Ausgangsteillinse 48.2.2 besitzt eine eigene optische Achse in Form der zweiten optischen Achse 46.1. Diese zweite optische Achse 46.1 ist zur ersten optischen Achse 46 der ersten Ausgangsteillinse 46 parallel. Die optischen Achsen 46 und 46.1 sind zwar parallel, weisen aber quer zu ihrer Verlaufsrichtung einen Abstand auf. Die beiden Ausgangsteillinsen 48.2.1 und 48.2.2 bilden daher voneinander verschiedene Linsen, auch wenn sie als Bestandteile einer einstückigen Ausgangsoptik 48.2 verwirklicht sind.
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6 zeigt eine Draufsicht auf einen solchen, zwei Ausgangsteillinsen aufweisenden Mikroprojektor 48 zusammen mit von diesem Mikroprojektor 48 ausgehenden Lichtbündeln. Die größere Ausgangsteillinse 48.2.1 erzeugt eine Lichtverteilung, die sich auf der rechten Seite bis zu einem Winkel von z.B. horizontal +15° zur optischen Achse 46 erstreckt und die sich auf der linken Seite z.B. horizontal bis zu einem Winkel von -40° zur optischen Achse 46 erstreckt. Diese Lichtverteilung bildet eine Beleuchtungszone. Die Beleuchtungszone wäre zum Beispiel der hell ausgeleuchtete Bereich eines Testschirms, der senkrecht zur optischen Achse ausgerichtet ist oder, allgemeiner, jede Bündelquerschnittsfläche des Lichtbündels, für das die erste optische Achse 46 des Mikroprojektors 48 eine Flächennormale ist. Die Beleuchtungszone umfasst im dargestellten Fall den linken Teil 38 und den mittleren Teil 36 der Lichtverteilungen aus den 1 oder 2, je nachdem, ob es sich um einen Abblendlicht-Mikroprojektor oder einen Fernlicht-Mikroprojektor handelt.
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Der in der 6 dargestellte Mikroprojektor 48 gehört zu einem linken Scheinwerfer 14. Die größere Ausgangsteillinse 48.2.1 der beiden Ausgangsteillinsen 48.2.1, 48.2.2 bündelt das durch sie hindurchtretende Licht zu einer ersten Konvergenzzone 50 des ersten Mikroprojektors 48. Von der ersten Konvergenzzone 50 ausgehendes Licht beleuchtet die Beleuchtungszone des Mikroprojektors 48.
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Die wenigstens eine (hier: genau eine) zweite Ausgangsteillinse 48.2.2 des ersten Mikroprojektors 48 formt das durch sie hindurchtretende Licht zu einer von der ersten Konvergenzzone 50 räumlich getrennten zweiten Konvergenzzone 52 des ersten Mikroprojektors 48.
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Von der zweiten Konvergenzzone 52 ausgehendes Licht beleuchtet einen Teil der Beleuchtungszone des Mikroprojektors 48. Dieser Teil ist bei dem dargestellten Beispiel, das sich auf einen linken Frontscheinwerfer 14 bezieht, ein linker äußerer Teil der Beleuchtungszone.
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7 zeigt einen neuen Mikroprojektor 48, der für rechte Frontscheinwerfer 12 konzipiert ist. Ein Vergleich der 7 mit der 5 zeigt, dass die darin gezeigten Gegenstände mit Ausnahme der (zueinander identischen) Abblendlichtblenden 48.3 symmetrisch zueinander sind. Die Beschreibung der 5 gilt damit mit den aus der Seitenvertauschung ersichtlich notwendigen Änderungen auch für die 7.
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8 zeigt eine Draufsicht auf einen solchen, für rechte Frontscheinwerfer 12 konzipierten Mikroprojektor 48 zusammen mit einem von einem solchen Mikroprojektor 48 ausgehenden Lichtbündel. Es gilt dann insbesondere, dass die größere Ausgangsteillinse 48.2.1 der beiden Ausgangsteillinsen 48.2.1, 48.2.2 das durch sie hindurchtretende Licht auch hier zu einer ersten Konvergenzzone 50 des ersten Mikroprojektors 48 bündelt. Von der ersten Konvergenzzone 50 ausgehendes Licht beleuchtet die Beleuchtungszone des Mikroprojektors 48.
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Die wenigstens eine (hier: genau eine) zweite Ausgangsteillinse 48.2.2 des ersten Mikroprojektors 48 formt das durch sie hindurchtretende Licht zu einer von der ersten Konvergenzzone 50 räumlich getrennten zweiten Konvergenzzone 52 des ersten Mikroprojektors 48.
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Von der zweiten Konvergenzzone 52 ausgehendes Licht beleuchtet einen Teil der Beleuchtungszone des Mikroprojektors 48. Dieser Teil ist bei dem dargestellten Beispiel, das sich auf einen rechten Frontscheinwerfer 12 bezieht, ein rechter äußerer Teil der Beleuchtungszone.
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Allgemein gilt, dass der mit von der wenigstens einen zweiten Konvergenzzone 52 des ersten Mikroprojektors 48 ausgehendem Licht beleuchtete Teil der Beleuchtungszone auf der gleichen Seite einer ersten optischen Achse 46 des ersten Mikroprojektors 48 liegt, auf der auch die zweite Konvergenzzone 52 liegt.
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Die Erfindung betrifft damit sowohl rechte Kraftfahrzeugscheinwerfer 12 als auch linke Kraftfahrzeugscheinwerfer 14. Ein erfindungsgemäßer Kraftfahrzeugscheinwerfer 12, 14 zeichnet sich dadurch aus, dass er wenigstens einen Mikroprojektor 48 mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen aufweist, wobei der Kraftfahrzeugscheinwerfer ein rechter Kraftfahrzeugscheinwerfer 12 oder ein linker Kraftfahrzeugscheinwerfer 14 einer einen rechten Kraftfahrzeugscheinwerfer 12 und einen linken Kraftfahrzeugscheinwerfer 14 aufweisenden Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung sein kann.
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9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfers 53 in einem Vertikalschnitt. Bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung des Scheinwerfers 12 in einem Kraftfahrzeug wird die Schnittebene von der Richtung 54 einer Längsachse und der Richtung 56 einer Hochachse des Kraftfahrzeugs aufgespannt. Die Richtung 58 einer Querachse des Kraftfahrzeugs steht senkrecht auf der Schnitt- und Zeichnungsebene. Der Scheinwerfer 53 weist ein Lichtmodul 60 auf, das eine Lichtquelle 62, eine Licht 64 der Lichtquelle 62 sammelnde und parallelisierende Primäroptik 66 und eine Mehrzahl von Mikroprojektoren 48 aufweist. Die Lichtquelle 62 ist eine Halbleiterlichtquelle, bevorzugt eine Leuchtdiode oder Laserdiode, oder ein mehrere solcher Dioden aufweisendes Array. Das Lichtmodul 60 ist in einem Gehäuse 53.1 des Scheinwerfers 24 angeordnet. Eine Lichtaustrittsöffnung des Scheinwerfers wird von einer transparenten Abdeckscheibe 53.2 abgedeckt.
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Die Mikroprojektoren unterscheiden sich zum Teil in ihrer parallel zur Richtung der Hochachse 56 in 9 liegenden Höhe. Erste Mikroprojektoren 48 weisen eine große Höhe h1 auf. Sie weisen auch eine große Breite auf, die in der 9 senkrecht zur Zeichnungsebene verläuft. Diese Mikroprojektoren dienen zur Erzeugung einer extra wide spread Lichtverteilung.
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Zweite Mikroprojektoren weisen eine mittlere Höhe h2 auf. Sie weisen auch eine mittlere Breite auf, die in der Figur senkrecht zur Zeichnungsebene verläuft. Diese Mikroprojektoren dienen zur Erzeugung einer wide spread Lichtverteilung.
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Dritte Mikroprojektoren weisen eine kleine Höhe h3 auf. Sie weisen auch eine kleine Breite auf, die in der 9 senkrecht zur Zeichnungsebene verläuft. Diese Mikroprojektoren dienen zur Erzeugung einer hot spot Lichtverteilung.
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Die Begriffe klein, mittel und groß werden hier zur qualitativen Unterscheidung der drei verschieden hohen Mikroprojektoren verwendet und sind daher nicht als auf bestimmte Werte quantitativ beschränkt zu verstehen.
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Jeder Mikroprojektor 48 weist eine Eingangslinse 48.1, eine Blende 48.3 und eine Ausgangsoptik 48.2 auf. Die ersten Mikroprojektoren 48 weisen jeweils eine mehrere Ausgangsteillinsen aufweisende Ausgangsoptik auf, wie sie in den 5 bis 8 dargestellt ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen nur Mikroprojektoren eines der drei Typen (klein, mittel groß) Ausgangsoptiken mit zwei Ausgangsteillinsen auf. Dies sind bevorzugt die extra wide spread Mikroprojektoren 48. In einer anderen Ausgestaltung weisen auch wide spread Mikroprojektoren Ausgangsoptiken mit zwei Ausgangsteillinsen auf. Für hot spot Mikroprojektoren erscheint eine Realisierung mit zwei Ausgangsteillinsen eher nicht erforderlich zu sein, soll aber auch nicht ausgeschlossen sein.
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Die Stirnseiten der Ein- und Auskoppelflächen haben dieselben Abstände von den Blenden, sowohl für hot spot als auch für wide spread und extra wide spread Mikroprojektoren. Daraus ergibt sich, dass auch die Vergrößerungsfaktoren dieser Mikroprojektoren gleich sind. Die ungleich großen Mikroprojektoren erzeugen aufgrund gleicher Vergrößerung ungleich große Bilder im Fernfeld. Eine Helligkeitsverteilung im Fernfeld ergibt sich damit durch die Überlagerung verschieden großer Bilder. Wenn die Abstände zur Blende nicht gleich, sondern verschieden wären, würde dies Skalierungen der Blenden erfordern. Größere Abstände vergrößern die Brennweite und verkleinern den Öffnungswinkel des Austrittslichtkegels.
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Bei der Erfindung werden verschieden große Lichtbündelquerschnitte, die in das Fernfeld abgebildet werden, nur durch verschiedene Größen der Eingangspupillen der Mikroprojektoren erzeugt. Die Blenden, zum Beispiel die Blenden 48.3 der Mikroprojektoten 48, dienen lediglich zur Formung der Hell-Dunkel-Grenze. Schmale Lichtverteilungen im Fernfeld werden durch enge Eingangspupillen erzeugt (z.B. hot spot, Mikroprojektoren mit kleiner Höhe und Breite). Hohe Intensitäten werden durch Überlagerung vieler schmaler Lichtverteilungen, also durch Überlagerung der Beiträge von vergleichsweise vielen Mikroprojektoren erzeugt. Breite Lichtverteilungen im Fernfeld werden durch weite Eingangspupillen erzeugt (z.B. wide spread, extra wide spread). Niedrige Intensitäten werden durch Überlagerung der Beiträge von nur wenigen Mikroprojektoren erzeugt.
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10 zeigt ein Lichtmodul 60.1 für einen linken Kraftfahrzeugscheinwerfer, der neben den ersten Mikroprojektoren 48 weitere Mikroprojektoren 42, 40 aufweist, deren Breiten (b) sich von den Breiten der ersten Mikroprojektoren 48 unterscheiden und deren Höhen sich von den Höhen der ersten Mikroprojektoren 48 unterscheiden.
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Das Lichtmodul 60.1 und damit auch der Kraftfahrzeugscheinwerfer, in dem das Lichtmodul 60.1 angeordnet ist, zeichnet sich insbesondere aus durch erste Mikroprojektoren 48, die eine erste Breite und eine erste Höhe aufweisen, zweite Mikroprojektoren 42, die eine zweite Breite und eine zweite Höhe aufweisen, und dritte Mikroprojektoren 40, die eine dritte Breite und eine dritte Höhe aufweisen, wobei die erste Höhe größer als die zweite Höhe und die zweite Höhe größer als die dritte Höhe ist und wobei die erste Breite größer als die zweite Breite und die zweite Breite größer als die dritte Breite ist. Die ersten Mikroprojektoren 48 können daher als extra wide spread Mikroprojektoren bezeichnet werden, während die zweiten Mikroprojektoren 42 als wide spread und die dritten Mikroprojektoren 40 als hot spot Mikroprojektoren bezeichnet werden können.
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Die optischen Achsen der Mikroprojektoren sind dabei parallel zueinander ausgerichtet. Stellvertretend für alle diese optischen Achsen ist eine erste optische Achse 46 für das Gesamtlichtmodul angegeben. Die Beiträge der einzelnen Mikroprojektoren zu der Summenlichtverteilung überlagern sich im Fernfeld so, dass ihre Lichtverteilungskurven, d.h. ihre geschlossenen ISO Linien gleicher Intensität im Fernfeld nahezu vollständig zusammenfallen. Die extra wide spread Lichtmodule 48 weisen jeweils eine Ausgangsoptik mit zwei Ausgangsteillinsen (d.h. mit zwei optischen Achsen 46, 46.1) auf. Es handelt sich um einen linken Scheinwerfer.
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11 zeigt ein als Lichtmodul 60.r für einen rechten Scheinwerfer dienendes Pendant. Die Anordnung der Mikroprojektoren 48 mit zwei Ausgangsteillinsen kann auch von der in der 10 gezeigten Anordnung abweichen. Beispiele anderer Anordnungen sind in den 12, 13 dargestellt, wobei die 12 ein Ausführungsbeispiel zeigt, bei dem die zwei Ausgangsteillinsen aufweisenden Mikroprojektoren 48 in Spalten angeordnet sind und wobei die 13 ein Ausführungsbeispiel zeigt, bei dem die zwei Ausgangsteillinsen aufweisenden Mikroprojektoren in zwei Spalten angeordnet sind, die durch quer dazu angeordnete Zeilen von hot spot Mikroprojektoren 40 unterbrochen werden.
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Zusammen zeigen die 10 bis 13 Beispiele dafür, wie zeilen- oder spaltenweise, oder nach einem anderen Muster verteilte verschiedene Mikroprojektor-Typen 48, 42, 40 in einem hybriden Mikroprojektor-Array zusammengefasst werden, wobei der Begriff „hybrid“ in dieser Anmeldung die Verwendung von Mikroprojektoren mit unterschiedlichen Querschnitten (d.h. unterschiedlichen Eingangspupillen) in Verbindung mit einer gemeinsamen kollimierenden Primäroptik 66 und Lichtquelle 62 umschreibt. Durch die Verwendung von Hybridlichtmodulen ist es möglich, verschiedene Kombinationen aus hot spot, wide spread und extra wide spread Mikroprojektoren zusammenzustellen. So können die verschiedenen Anteile in der Gesamtlichtverteilung unterschiedlich stark betont werden, so dass zum Beispiel eine Gesamtlichtverteilung mit einem ausgeprägten Maximum oder mit größerem oder kleinerem horizontalen und/oder vertikalen Öffnungswinkel erzeugt werden. Unterschiedliche Zeilen- oder Spaltenkombinationen, sogar Mischzeilen sind denkbar. Die Mikroprojektoren können beliebig zueinander platziert werden (bevorzugt parallel oder nahezu parallel), so dass der volle Querschnitt des von der Primäroptik 66 kollimierten Lichtbündels der Lichtquelle 62 genutzt wird.
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Über die bei der Konstruktion separat festlegbaren Werte der Höhen und Breiten der einzelnen Mikroprojektoren ist es möglich, die Anteile der daraus resultierenden Teillichtverteilungen in der Überlagerung der einzelnen Teillichtverteilungen zu steuern, so dass sich in der Überlagerung ein erwünschter Verlauf der Lichtstärke in horizontaler und in vertikaler Richtung ergibt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2015/058227 A1 [0003, 0010, 0014]
- DE 102009053581 A1 [0005]
- EP 999407 [0009]
- AT 514967 [0009]