DE102017130937B3 - Light module of a motor vehicle headlight, headlights with such a light module and headlamp assembly with two such headlamps - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Lichtmodul (12) eines Kraftfahrzeugscheinwerfers (2), das eine Lichtquelle (14) zum Aussenden von sichtbarem Licht (16), eine Strahlungsquelle (20) zum Aussenden von Strahlung (22; 32), eine Projektionslinse (26), auf welche sichtbares Licht (16) von der Lichtquelle (14) und Strahlung (22; 32) von der Strahlungsquelle (20) fällt, und eine Umlenkanordnung (36, 38) aufweist, welche die von der Strahlungsquelle (20) ausgesandte Strahlung (22; 32) auf die Projektionslinse (26) richtet. Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen (28, 30) der Projektionslinse (26) sind zumindest bereichsweise mit einer Mikrostruktur versehen. Die Umlenkanordnung (36, 38) bündelt die Strahlung (22) von der Strahlungsquelle (14) in mindestens einer Ebene und lenkt die Strahlungsbündel (32) gezielt derart um, dass sie in einem Teilbereich (34) der Projektionslinse (26) durch diese hindurchtreten, in dem keine Mikrostruktur vorhanden ist. The invention relates to a light module (12) of a motor vehicle headlight (2) comprising a light source (14) for emitting visible light (16), a radiation source (20) for emitting radiation (22; 32), a projection lens (26), on which visible light (16) from the light source (14) and radiation (22; 32) from the radiation source (20) falls, and a deflecting arrangement (36, 38) which transmits the radiation emitted by the radiation source (20) 32) to the projection lens (26). Light entry and light exit surfaces (28, 30) of the projection lens (26) are at least partially provided with a microstructure. The deflecting arrangement (36, 38) bundles the radiation (22) from the radiation source (14) in at least one plane and deflects the radiation bundles (32) in a targeted manner such that they pass through them in a partial area (34) of the projection lens (26) in which no microstructure is present.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtmodul eines Scheinwerfers eines Kraftfahrzeugs. Das Lichtmodul umfasst mindestens eine Lichtquelle zum Aussenden von sichtbarem Licht zur Erzeugung einer abgeblendeten Lichtverteilung des Lichtmoduls, eine Strahlungsquelle zum Aussenden von Strahlung, die vorzugsweise für das menschliche Auge unsichtbares Licht, insbesondere IR-Strahlung, umfasst. Ferner umfasst das Lichtmodul eine Projektionslinse mit einer Lichteintrittsfläche, auf welche sichtbares Licht von der Lichtquelle und Strahlung von der Strahlungsquelle fällt, wobei die Lichteintrittsfläche und/oder eine Lichtaustrittsfläche der Projektionslinse zumindest bereichsweise mit einer Mikrostruktur versehen sind. Schließlich umfasst das Lichtmodul eine Umlenkanordnung, welche die von der Strahlungsquelle ausgesandte Strahlung auf die Lichteintrittsfläche der Projektionslinse richtet. The present invention relates to a light module of a headlamp of a motor vehicle. The light module comprises at least one light source for emitting visible light for generating a dimmed light distribution of the light module, a radiation source for emitting radiation, which preferably comprises light invisible to the human eye, in particular IR radiation. Furthermore, the light module comprises a projection lens with a light entry surface, on which visible light from the light source and radiation from the radiation source falls, wherein the light entry surface and / or a light exit surface of the projection lens are at least partially provided with a microstructure. Finally, the light module comprises a deflection arrangement which directs the radiation emitted by the radiation source onto the light entry surface of the projection lens.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs. Dieser umfasst ein Gehäuse mit einer in einer Lichtabstrahlrichtung gerichteten Lichtaustrittsöffnung, die durch eine transparente Abdeckscheibe verschlossen ist, und ein in dem Gehäuse angeordnetes Lichtmodul zum Erzeugen und Aussenden von Licht in der Lichtabstrahlrichtung zur Realisierung einer Lichtverteilung des Scheinwerfers oder eines Teils der Lichtverteilung. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Scheinwerferanordnung eines Kraftfahrzeugs, umfassend zwei Scheinwerfer der genannten Art.Moreover, the invention relates to a headlight of a motor vehicle. This comprises a housing with a directed in a Lichtabstrahlrichtung light exit opening, which is closed by a transparent cover, and arranged in the housing light module for generating and emitting light in the Lichtabstrahlrichtung to realize a light distribution of the headlamp or a part of the light distribution. Finally, the present invention also relates to a headlamp assembly of a motor vehicle, comprising two headlamps of the type mentioned.
Ein derartiges Lichtmodul und ein derartiger Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug sind bspw. aus der
Bei Lidar wird der Abstand zu einem Objekt im Vorfeld des Kraftfahrzeugs bestimmt, indem z.B. die Laufzeit eines Infrarotstrahlungsimpulses gemessen wird, der von der Strahlungsquelle des Lichtmoduls ausgesandt, von dem Objekt reflektiert und von dem Infrarotdetektor wieder empfangen wird. Bekannte Lidar-Systeme sind derzeit meist noch separate Module, die zusätzlich zu den Scheinwerfern im Kraftfahrzeug angeordnet werden müssen. Einzig aus der genannten
Des Weiteren sind aus dem Stand der Technik Lichtmodule zum Einsatz in Kraftfahrzeugscheinwerfern bekannt, die nach dem Projektionsprinzip arbeiten. Derartige Projektionsmodule umfassen mindestens eine Lichtquelle zum Aussenden von sichtbarem Licht zur Erzeugung einer Lichtverteilung des Lichtmoduls. Der Lichtquelle ist üblicherweise eine Primäroptik zum Bündeln der emittierten Lichtstrahlen zugeordnet. Wenn die Lichtquelle eine Leuchtdiode (LED) umfasst, ist die Primäroptik vorzugsweise als eine sog. Vorsatzoptik aus einem massiven transparenten Material ausgebildet. Von einer Licht emittierenden Fläche (z.B. einer Konverterschicht) der LED ausgesandtes Licht wird durch die Vorsatzoptik gebündelt, vorzugsweise kollimiert. Die Bündelung des Lichts erfolgt dabei durch Brechung an den Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen und/oder durch Totalreflexion an Grenzflächen der Vorsatzoptik. Die Lichtverteilung wird insbesondere dadurch realisiert, dass eine Zwischenlichtverteilung in einer Zwischenebene durch eine Sekundär- oder Projektionsoptik des Lichtmoduls, die bspw. als eine Projektionslinse ausgebildet ist, auf die Fahrbahn vor das Kraftfahrzeug projiziert wird. Falls das Lichtmodul eine abgeblendete Lichtverteilung erzeugt, ist im Strahlengang zwischen der Lichtquelle bzw. der Primäroptik und der Sekundäroptik eine Blendenanordnung vorgesehen, wobei eine Kante der Blendenanordnung vorzugsweise in der Zwischenebene angeordnet ist. Zur Erzeugung der abgeblendeten Lichtverteilung bildet die Projektionsoptik die Kante als Helldunkelgrenze der Lichtverteilung auf der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug ab.Furthermore, light modules for use in motor vehicle headlights are known from the prior art, which operate on the projection principle. Such projection modules comprise at least one light source for emitting visible light for generating a light distribution of the light module. The light source is usually associated with a primary optics for focusing the emitted light beams. If the light source comprises a light-emitting diode (LED), the primary optic is preferably designed as a so-called intent optic made of a solid transparent material. Light emitted by a light emitting surface (e.g., a converter layer) of the LED is collimated, preferably collimated, by the optical attachment. The bundling of the light takes place by refraction at the light entrance and light exit surfaces and / or by total reflection at interfaces of the attachment optics. The light distribution is realized, in particular, by projecting an intermediate light distribution in an intermediate plane through secondary or projection optics of the light module, which is designed, for example, as a projection lens, onto the roadway in front of the motor vehicle. If the light module generates a dimmed light distribution, a diaphragm arrangement is provided in the beam path between the light source or the primary optics and the secondary optics, wherein one edge of the diaphragm arrangement is preferably arranged in the intermediate plane. To produce the dimmed light distribution, the projection optics form the edge as a light-dark boundary of the light distribution on the road ahead of the motor vehicle.
Zur Aufweichung der Helldunkelgrenze der Lichtverteilung ist es ferner bekannt, die Linsenoberflächen aufzurauen, wie es bspw. in der
- - Überlagerung von zwei Sinuswellen,
- - kleine Vertiefungen in Form von Kugelabschnitten, und
- - waagrecht verlaufende Zylinderwellen.
- - superposition of two sine waves,
- - small depressions in the form of spherical sections, and
- - horizontal cylinder shafts.
Durch diese geometrischen Strukturierungen wird versucht, eine reproduzierbare Einstellung der messtechnischen Schärfe der Helldunkelgrenze zu erreichen.Through this geometric structuring is trying to reproducible setting of to achieve metrological sharpness of the light-dark boundary.
Diese geometrischen Strukturierungen, insbesondere in Form einer Mikrostruktur, auf einer oder beiden Oberflächen der Projektionslinse kann Probleme verursachen, wenn in den Scheinwerfer neben dem Lichtmodul zur Erzeugung der Lichtverteilung aus sichtbarem Licht auch ein Lidar-System zur Abstandsmessung integriert ist und die Lidar-Strahlen ebenfalls durch die Projektionslinse hindurchtreten. Um eine gute und effiziente Funktion des integrierten Lidar-Systems zu ermöglichen ist es nämlich wünschenswert, einen oder mehrere stark kollimierte Lidar-Strahlen auszusenden. Die geometrischen Strukturierungen, insbesondere in Form einer Mikrostruktur, auf den Linsenoberflächen führt jedoch zu einem Aufweichen der Kollimation und verursacht dadurch einen Effizienzverlust, da nur ein kleinerer Anteil der Lidar-Strahlen auf das Objekt im Vorfeld des Kraftfahrzeugs trifft, folglich reflektiert und von dem Detektorelement detektiert werden kann.These geometrical structures, in particular in the form of a microstructure, on one or both surfaces of the projection lens can cause problems if a lidar system for measuring the distance is also integrated in the headlamp in addition to the light module for generating the light distribution from visible light and the lidar beams likewise pass through the projection lens. In fact, to enable good and efficient operation of the integrated lidar system, it is desirable to emit one or more highly collimated lidar beams. However, the geometric structuring, particularly in the form of a microstructure, on the lens surfaces leads to a softening of the collimation and thereby causes a loss of efficiency, since only a smaller proportion of the lidar beams impinges on the object in front of the motor vehicle, and thus reflected by the detector element can be detected.
Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Effizienz und Funktionsfähigkeit eines Lichtmoduls der eingangs genannten Art mit integriertem Lidar-System zu verbessern.Based on the described prior art, the present invention seeks to improve the efficiency and functionality of a light module of the type mentioned with integrated lidar system.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Lichtmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Insbesondere wird ausgehend von dem Lichtmodul der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass die Umlenkanordnung ausgebildet ist, die Strahlung von der Strahlungsquelle in mindestens einer Ebene zu bündeln und die Strahlungsbündel gezielt derart umzulenken, dass sie in einem Teilbereich der Projektionslinse durch diese hindurchtreten, in dem sowohl die Lichteintrittsfläche als auch die Lichtaustrittsfläche gezielt ohne eine Mikrostruktur ausgebildet sind.To solve this problem, a light module is proposed with the features of claim 1. In particular, it is proposed on the basis of the light module of the type mentioned above that the deflecting arrangement is designed to focus the radiation from the radiation source in at least one plane and to redirect the radiation bundles in such a way that they pass through them in a partial region of the projection lens in which the light entry surface and the light exit surface are formed specifically without a microstructure.
Die Erfindung schlägt also vor, ein Lidar-System in ein Abblendlicht-Projektionsmodul zu integrieren. Dadurch lassen sich die bereits vorhandenen optischen Komponenten eines Lichtmoduls teilweise auch für das Lidar-System mitbenutzen. Auf diese Weise kann das Lichtmodul besonders einfach und kostengünstig entwickelt und produziert werden, sodass Kosten eingespart werden können. Gleichzeitig lässt sich dadurch die Leistungsfähigkeit des Lichtmoduls verbessern.The invention therefore proposes to integrate a lidar system into a low-beam projection module. As a result, some of the already existing optical components of a light module can also be shared with the lidar system. In this way, the light module can be particularly easily and inexpensively developed and produced, so that costs can be saved. At the same time, this can improve the performance of the light module.
Bei dem erfindungsgemäßen Lichtmodul mit integriertem Lidar-System ist die Strahlungsquelle (die sogenannte Lidar-Lichtquelle) im Fernlichtbereich (d.h. unterhalb der Abblendlichtquelle, wo bei konventionellen Systemen üblicherweise eine Fernlichtquelle angeordnet ist) hinter der Projektionslinse angeordnet. Die von der Strahlungsquelle ausgesandte Strahlung wird über eine Scannereinheit, die beispielsweise einen Scanspiegel umfasst, auf einen Reflektor, vorzugsweise einen EllipsoidReflektor, reflektiert. Der Reflektor bzw. dessen Reflexionsfläche ist derart ausgestaltet, dass die Strahlung gebündelt und die reflektierten Strahlbündel jeweils durch einen kleinen Bereich in der Projektionslinse hindurchtreten. In dem genannten Bereich der Projektionslinse sind weder auf der Lichteintrittsfläche noch auf der Lichtaustrittsfläche Mikrostrukturen ausgebildet. Der genannte Bereich ist also bei dem Aufbringen der Mikrostruktur auf die Linsenoberflächen bewusst ausgespart worden. Dadurch lässt sich mit dem Lidar-Strahlbündel in einer Blendenebene des Lichtmoduls eines Scanbewegung realisieren. Gleichzeitig kann eine gute Strahlqualität bzw. Auflösung des Lidar-Systems beibehalten werden, indem die Projektionslinse durch die Strahlungsbündel des Lidar-Systems nur in einem Bereich getroffen wird, an dem sich keine Mikrostruktur befindet. Der Bereich ohne Mikrostruktur ist dabei im Verhältnis zu der Gesamtlinsenoberfläche so klein, dass der Einfluss auf die Abblendlichtverteilung, insbesondere auf die Helldunkelgrenze, vernachlässigbar klein ist. Die Lidar-Strahlbündel verlaufen dabei auf ihrem Weg zu der Projektionslinse nahe der Vorderkante der Blendenanordnung, so dass die an der Projektionslinse austretenden Strahlen etwa parallel oder mit geringer Neigung zu der Fahrbahn verlaufen. Für die Lidarstrahlung ergibt sich aufgrund der Dispersion der Linse ein anderer Brennpunkt als für das sichtbare Licht.In the Lidar integrated light module of the present invention, the source of radiation (the so-called lidar light source) is located behind the projection lens in the high beam region (i.e., below the low beam source where conventionally a high beam source is located). The radiation emitted by the radiation source is reflected by a scanner unit, which comprises for example a scanning mirror, onto a reflector, preferably an ellipsoid reflector. The reflector or its reflection surface is designed in such a way that the radiation is focused and the reflected beam bundles each pass through a small region in the projection lens. In said region of the projection lens, microstructures are formed neither on the light entrance surface nor on the light exit surface. The said area has therefore been deliberately left out in the application of the microstructure to the lens surfaces. This can be realized with the lidar beam in an aperture plane of the light module of a scanning movement. At the same time, a good beam quality or resolution of the lidar system can be maintained by the projecting lens is hit by the radiation beam of the lidar system only in a region where there is no microstructure. The area without microstructure is so small in relation to the total lens surface that the influence on the low-beam distribution, in particular on the light-dark boundary, is negligibly small. The lidar beam bundles thereby run on their way to the projection lens near the front edge of the diaphragm arrangement, so that the rays emerging at the projection lens run approximately parallel or with a slight inclination to the roadway. For the Lidarstrahlung results due to the dispersion of the lens, a different focus than for the visible light.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Strahlungsquelle eine Lidar-Lichtquelle umfasst, die kohärente, stark gebündelte Strahlung, insbesondere für das menschliche Auge unsichtbare IR-Strahlung, aussendet.According to an advantageous development of the present invention, it is proposed that the radiation source comprises a lidar light source which emits coherent, highly concentrated radiation, in particular IR radiation invisible to the human eye.
Zur Erzeugung der abgeblendeten Lichtverteilung weist das erfindungsgemäße Lichtmodul vorzugsweise eine sich in einer Horizontalebene erstreckende Spiegelblende auf, welche im Strahlengang des von der Lichtquelle ausgesandten sichtbaren Lichts angeordnet ist, wobei die Lichtquelle oberhalb der Spiegelblende und die Strahlungsquelle unterhalb der Spiegelblende angeordnet ist. Die Komponenten des Lichtmoduls, die zur Erzeugung der abgeblendeten Lichtverteilung mit sichtbarem Licht dienen (Lichtquelle und Primäroptik), sind also oberhalb der Spiegelblende angeordnet. Dementsprechend sind die Komponenten des Lichtmoduls, die zur Realisierung der Lidar-Funktionalität, also zur Abstandsmessung mittels des Lidar-Systems, dienen, unterhalb der Spiegelblende angeordnet. Die Komponenten zur Realisierung der Lidar-Funktionalität umfassen neben der Strahlungsquelle beispielsweise eine Kollimationslinse zur Bündelung der von der Strahlungsquelle emittierten Strahlung, eine Scanner-Einheit, die beispielsweise als eine MEMS-Schwingspiegel realisiert ist, und einen Reflektor zum Bündeln und Umlenken der Strahlung der Strahlungsquelle in Richtung des Teilbereichs der Projektionslinse ohne Mikrostruktur. Der Reflektor ist vorzugsweise als ein Ellipsoidreflektor ausgebildet.To produce the dimmed light distribution, the light module according to the invention preferably has a mirror aperture extending in a horizontal plane, which is arranged in the beam path of the visible light emitted by the light source, the light source being arranged above the mirror aperture and the radiation source below the mirror aperture. The components of the light module, which serve to generate the dimmed light distribution with visible light (light source and primary optics), are thus arranged above the mirror aperture. Accordingly, the components of the light module, which serve for the realization of the lidar functionality, ie for distance measurement by means of the lidar system, are arranged below the mirror aperture. The components for realizing the lidar functionality include, in addition to the radiation source, for example, a collimating lens for focusing the radiation emitted by the radiation source, a scanner unit which can be used, for example, as a MEMS sensor. Oscillation mirror is realized, and a reflector for bundling and deflecting the radiation of the radiation source in the direction of the portion of the projection lens without microstructure. The reflector is preferably designed as an ellipsoid reflector.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Dabei können die in den verschiedenen Ausführungsbeispielen gezeigten und/oder beschriebenen Merkmale auch in beliebig anderer Weise als hier gezeigt und beschrieben miteinander kombiniert werden, ohne dass dies in der Beschreibung ausdrücklich erwähnt sein muss. Es zeigen:
-
1 ein erfindungsgemäßes Lichtmodul gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einer Seitenansicht; -
2 das Lichtmodul aus1 in einer Ansicht von oben; -
3 ein erfindungsgemäßes Lichtmodul gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform im Ausschnitt in einer Ansicht von oben; -
4a eine Ansicht auf eine Projektionslinse eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls in Lichtabstrahlrichtung; -
4b eine Ansicht auf eine andere Projektionslinse eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls in Lichtabstrahlrichtung; -
5 ein erfindungsgemäßes Lichtmodul gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform im Ausschnitt in einer Seitenansicht; -
6 einen erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfer gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
-
1 an inventive light module according to a preferred embodiment in a side view; -
2 the light module off1 in a view from above; -
3 a light module according to the invention according to a further preferred embodiment in the detail in a view from above; -
4a a view of a projection lens of a light module according to the invention in the light emitting direction; -
4b a view of another projection lens of a light module according to the invention in the light emission direction; -
5 a light module according to the invention according to yet another preferred embodiment in the detail in a side view; -
6 a motor vehicle headlamp according to the invention according to a preferred embodiment.
In
Bei dem Lichtmodul
Ferner umfasst das Lichtmodul
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Umlenkanordnung ausgebildet ist, die Strahlung
In dem Beispiel der
Die Scanner-Einheit
Darüber hinaus weist das Lichtmodul
Der Lichtquelle
Schließlich umfasst das Lichtmodul
Die Lidar-Lichtquelle
Anhand der
In
In
Ein größerer Winkelbereich bzw. Scanbereich kann auch dadurch realisiert werden, dass der Reflektor
Wie oben bereits erläutert, kann eine Detektoreinheit
Als Detektoreinheit
Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird eine Scheinwerferanordnung eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, die zwei Scheinwerfer
Bei dieser Weiterbildung ist also das Aussenden der Lidar-Strahlung
Schließlich wird noch vorgeschlagen, auf der Lichtaustrittsfläche
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