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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Projektionsscheinwerfer und insbesondere ein optisches Projektionssystem zur Bildung eines zweifachen Lichtwegs, das durch eine Abschirmung blockiertes und damit verschwendetes Licht nutzen kann, sowie einen Projektionsscheinwerfer und ein Fahrzeug, in dem das optische Projektionssystem eingesetzt wird.
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Beschreibung der verwandten Technik
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Typischerweise ist in einem Fahrzeug-Scheinwerfer eine Lichtquelle in der Mitte eines halbkugelförmigen Reflektors geringer Dicke als eine Lichtquelle installiert und so konfiguriert, dass die Strahlrichtung der Lichtquelle durch Betätigung eines Schalters seitens des Fahrers entweder auf Fernlichtbedingung oder Abblendlichtbedingung eingestellt wird.
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Unter diesen Scheinwerfern wird bei einem Projektionsscheinwerfer ein optisches Projektionssystem verwendet, bei dem die Leuchte selbst eine Einheit darstellt.
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Der Projektionsscheinwerfer enthält z. B. eine Lichtquelle, einen eine elliptische reflektierende Oberfläche bildenden Reflektor, auf dem ein Glühfaden der Lichtquelle als ein erster Brennpunkt ausgebildet ist und von dem das Licht von der Lichtquelle reflektiert wird, eine Projektorhalterung, die einen zweiten Brennpunkt bildet und einen Teil des Lichtes durch eine Blende blockiert, eine das Licht durchlassende asphärische Linse, und eine das Licht zum Beleuchten einer Straßenoberfläche durchlassende Leuchtenlinse (oder äußere Linse). In diesem Fall wird die Gruppe aus der Lichtquelle, dem Reflektor, der Projektorhalterung und der asphärischen Linse als ein optisches Projektionssystem bezeichnet. Insbesondere ist die Blende, bei der es sich um ein Absperr-Bauteil zum Abschirmen der Lichtquelle des oberen Abschnitts des Reflektors handelt, ein unverzichtbares Bauteil, um Gesetze und Bestimmungen einzuhalten, die verlangen, dass die Lichtquelle Licht innerhalb eines Abblendlichtbereichs abstrahlt.
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Deshalb wird im Projektionsscheinwerfer das in der Lichtquelle in der ersten Brennebene der elliptischen reflektierenden Oberfläche des Reflektors erzeugte Licht von der elliptischen reflektierenden Oberfläche reflektiert, das reflektierte Licht geht durch den zweiten Brennpunkt und weiter durch die asphärische Linse, und dann strahlt das durch die asphärische Linse durchgelassene Licht durch die Leuchtenlinse nach vorne auf die Straßenoberfläche. Das im Projektionsscheinwerfer eingesetzte optische Projektionssystem ist jedoch mit einer geringen Lichtausbeute verwirklicht und deshalb wird viel Licht verschwendet.
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Die geringe Lichtausbeute ist mit der nachstehenden Formel für den Wirkungsgrad des optischen Projektionssystems zu berechnen. Wirkungsgrad des optischen Projektionssystems (%) = Durchlässigkeit der Leuchtenlinse × Durchlässigkeit der asphärischen Linse × Wirkungsgrad der Blende × Reflexionsgrad des Reflektors × (effektiver Raumwinkel des Reflektors/effektiver Raumwinkel der Lichtquelle).
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Dabei gibt die Durchlässigkeit der Linse einen Durchlassgrad an, der Wirkungsgrad der Blende gibt einen Blockierfaktor an, und der Reflexionsgrad des Spiegels gibt einen Reflexionsfaktor an.
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Wenn z. B. der effektive Raumwinkel der Lichtquelle 12,56 Steradiant (sr) beträgt, der effektive Raumwinkel des Reflektors 9,93 Steradiant beträgt, der Reflexionsgrad des Reflektors 85% beträgt, der Wirkungsgrad der Blende 60% beträgt, die Durchlässigkeit der asphärischen Linse 85% beträgt und die Durchlässigkeit der Leuchtenlinse 88% beträgt, dann errechnet sich der Wirkungsgrad (%) des optischen Projektionssystems wie folgt: 0,3016 = 0,88 × 0,85 × 0,6 × 0,85 × (9,93/12,56).
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Wobei das Symbol ”×” das Multiplikationszeichen ist.
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Daraus ist ersichtlich, dass zur Verbesserung der geringen Lichtausbeute von 30,2% der Durchlassgrad, der Blockierfaktor und der Reflexionsfaktor einzeln oder in ihrer Gesamtheit verbessert werden müssen. Allerdings ist eine Verbesserung der Durchlässigkeit und des Reflexionsgrades technisch sehr schwierig. Da ferner die Blende das obere am Reflektor reflektierte Licht blockiert und nach unten ablenkt, um den einschlägigen Gesetze und Bestimmungen zu genügen, ist eine Verbesserung der Blende in der Weise, dass das obere reflektierte Licht nicht blockiert wird, aufgrund der Einschränkungen durch die entsprechenden Gesetze und Bestimmungen mit unvermeidlichen Schwierigkeiten verbunden.
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Als Ergebnis ist in einem Fahrzeug, in dem ein optisches Projektionssystem mit einer geringen Lichtausbeute von 30,2% als ein Projektionsscheinwerfer verwendet wird, die Lichtmenge des Abblendlichts unweigerlich gering, und ferner kann das Abblendlicht mit solch geringer Lichtmenge kaum dem Wunsch des bei Dunkelheit fahrenden Fahrers nach einem helleren Sichtfeld in Vorwärtsrichtung entsprechen.
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Die in diesem Hintergrund-Abschnitt der Erfindung offenbarten Informationen dienen nur dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sind nicht als Bestätigung oder irgendeine Form eines Hinweises zu verstehen, dass sie den dem Fachmann bekannten Stand der Technik darstellen.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
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Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung sind auf die Bereitstellung eines optische Projektionssystems zur Bildung eines zweifachen Lichtwegs gerichtet, das die Lichtausbeute des optischen Projektionssystems signifikant erhöhen kann, ohne dass eine schwer zu verwirklichende Verbesserung des Durchlassgrades, des Blockierfaktors und des Reflexionsfaktors erforderlich wird, indem am oberen und unteren Abschnitt des Reflektors reflektiertes Licht in einem abgestrahlten Lichtstrahl durch den Wechsel des Lichtwegs einer Prismenlinse mit veränderlichem Polarisationswinkel genutzt wird, und das ein helleres Sichtfeld in Vorwärtsrichtung in der Dunkelheit durch Abblendlicht und ein Fernlicht bereitstellen kann, wobei in beiden Fällen eine große Lichtmenge gebildet wird, indem das am oberen Abschnitt des Reflektors reflektierte Licht, das blockiert und folglich nicht genutzt worden ist, wenn eine Blende verwendet wird, zur Lichtmenge des Abblendlichts und des Fernlichts hinzugefügt wird. Außerdem werden ein Scheinwerfer und ein Fahrzeug bereitgestellt, in dem das optische Projektionssystem verwendet wird.
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Andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der folgenden Beschreibung und anhand der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Außerdem ist es für den Fachmann, an den sich die vorliegende Erfindung richtet, offensichtlich, dass die Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung durch die beanspruchten Mittel und ihre Kombinationen verwirklicht werden können.
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Zur Lösung der oben genannten Aufgabe sind verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung auf die Bereitstellung eines optischen Projektionssystems zur Bildung eines zweifachen Lichtwegs gerichtet, das enthält: einen Reflektor, mit dem von der Lichtquelle erzeugtes Licht zu einem unteren reflektierten Licht, das zu einem nach oben gerichteten Aufwärtsweg reflektiert wird, und einem oberen reflektierten Licht, das zu einem nach unten gerichteten Abwärtsweg reflektiert wird, gleichzeitig umgeformt werden kann; eine Prismenlinse, durch die das obere reflektierte Licht als ein Prismen-Abblendlicht abgestrahlt werden kann, bei dem der Abwärtsweg zum Aufwärtsweg geändert ist, und bei dem das Prismen-Abblendlicht zu einem Prismen-Fernlicht geändert wird, indem der Einfallswinkel des oberen reflektierten Lichtes geändert wird; und eine asphärische Linse zum Erzeugen eines Abblendlichtes, indem das Prismen-Abblendlicht zum unteren reflektierten Licht hinzugefügt wird, und zum Erzeugen eines Fernlichtes, indem das Prismen-Fernlicht zum unteren reflektierten Licht hinzugefügt wird.
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Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Weg des unteren reflektierten Lichtes über dem Weg des Prismen-Abblendlichtes und dem Weg des Prismen-Fernlichtes gebildet, und die Drehung der Prismenlinse bewirkt eine Änderung des Einfallswinkels.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Prismenlinse in eine einen Einfallswinkel bildende Einfallsoberfläche der Lichtquelle, eine einen Austrittswinkel bildende Austrittsoberfläche der Lichtquelle, eine die Lichtquelle reflektierende Oberfläche gegenüber der Austrittsoberfläche der Lichtquelle und eine das Prisma bildende Oberfläche gegenüber der Einfallsoberfläche der Lichtquelle unterteilt, wobei die Einfallsoberfläche der Lichtquelle senkrecht zur Austrittsoberfläche der Lichtquelle verläuft.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine Kompensationslinse neben der asphärischen Linse zwischen der asphärischen Linse und der Prismenlinse in einer vom Weg des unteren reflektierten Lichtes abweichenden Position in Richtung der asphärischen Linse positioniert, wobei die Kompensationslinse sowohl das Prismen-Abblendlicht als auch das Prismen-Fernlicht kompensiert.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Reflektor trichterförmig ausgebildet und stellt eine reflektierenden Oberfläche zum Reflektieren sowohl des unteren reflektierten Lichtes als auch des oberen reflektierten Lichtes bereit, wobei die reflektierende Oberfläche eine elliptische Form hat.
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Bei einem Ausführungsbeispiel sind der Reflektor und die asphärische Linse durch eine Projektorhalterung verbunden, die Prismenlinse ist im Innenraum der Projektorhalterung positioniert, ein Einfassungssitz ist mit der Projektorhalterung gekoppelt, und der Einfassungssitz sichert den zusammengebauten Zustand der Projektorhalterung und der asphärischen Linse.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Lösung der oben genannten Aufgabe sind verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung auf die Bereitstellung eines Projektionsscheinwerfers gerichtet, der enthält: ein optisches Projektionssystem mit einem Reflektor, der einen in einer Lichtquelle erzeugten Lichtweg in ein unteres reflektiertes Licht und ein oberes reflektiertes Licht gleichzeitig umformen kann, eine Prismenlinse, die das obere reflektierte Licht in ein Prismen-Abblendlicht und ein Prismen-Fernlicht durch Ändern des Einfallswinkels ändern kann, eine asphärische Linse zum Erzeugen eines Abblendlichtes, bei dem das Prismen-Abblendlicht zum unteren reflektierten Licht hinzugefügt wird und zum Erzeugen eines Fernlichtes, bei dem das Prismen-Fernlicht zum reflektierten Licht hinzugefügt wird, eine Projektorhalterung zum Verbinden des Reflektors und der asphärischen Linse, so dass die Prismenlinse in seinem Innenraum positioniert ist, eine Kompensationslinse neben der asphärischen Linse zum Kompensieren sowohl des Prismen-Abblendlichtes als auch des Prismen-Fernlichtes, und einen mit der Projektorhalterung gekoppelten Einfassungssitz, in dem die asphärische Linse positioniert ist; eine Leuchtenlinse zum Abstrahlen sowohl des Abblendlichtes als auch des Fernlichtes aus dem optischen Projektionssystem nach vorne; und ein Leuchtengehäuse, mit dem die Leuchtenlinse gekoppelt ist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel enthält der Projektionsscheinwerfer ferner einen Steckverbinder im Leuchtengehäuse, damit das optische Projektionssystem mit mit Spannung versorgt und ein Steuersignal eingegeben werden kann, und einen Linsenaktor im Leuchtengehäuse, um entweder das Abblendlicht oder das Fernlicht des optischen Projektionssystems zu wählen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel enthält der Projektionsscheinwerfer ferner eine adaptive Fahrlicht-(ADB)Blende zur Bildung einer Schattenzone im Fernlicht des optischen Projektionssystems.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Lösung der oben genannten Aufgabe sind verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung auf die Bereitstellung des Fahrzeugs gerichtet, das einen Projektionsscheinwerfer mit einem optischen Projektionssystem enthält, wobei das optische Projektionssystem einen Reflektor enthält, mit dem ein von einer Glühlampe erzeugter Lichtweg gleichzeitig in ein unteres reflektiertes Licht und ein oberes reflektiertes Licht umgeformt werden kann, eine Prismenlinse, mit der das obere reflektierte Licht durch Ändern des Einfallswinkels zu einem Prismen-Abblendlicht und zu einem Prismen-Fernlicht geändert werden kann, eine asphärische Linse zum Erzeugen eines Abblendlichtes, wobei das Prismen-Abblendlicht zum unteren reflektierten Licht hinzugefügt wird, und zum Erzeugen eines Fernlichtes, wobei das Prismen-Fernlicht zum unteren reflektierten Licht hinzugefügt wird, eine Projektorhalterung zum Verbinden des Reflektors und der asphärischen Linse, wobei die Prismenlinse in dessen Innenraum positioniert ist, eine neben der asphärischen Linse positionierte Kompensationslinse zum Kompensieren sowohl des Prismen-Abblendlichtes als auch des Prismen-Fernlichtes, und einen mit der Projektorhalterung gekoppelten Einfassungssitz, in dem die asphärische Linse positioniert ist, und in dem der Projektionsscheinwerfer als Scheinwerfer sowohl an der linken als auch an der rechten Seite des Fahrzeugs verwendet wird.
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Bei einem Ausführungsbeispiel enthält der Projektionsscheinwerfer ferner eine adaptive Fahrlicht-(ADB)Blende, wobei die ADB-Blende eine Schattenzone im Fernlicht des optischen Projektionssystems ausbildet.
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Bei diesem Projektionsscheinwerfer gemäß der vorliegenden Erfindung bildet das optische Projektionssystem einen zweifachen Lichtweg in seinem Innern, so dass die folgenden Vorteile und Wirkungen verwirklicht werden.
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Da erstens der Lichtweg durch die Prismenlinse geändert werden kann, wird der Ausnutzungsgrad der Lichtquelle signifikant erhöht, wobei der gleiche Effekt erzielt wird wie bei Verwendung einer Blende und dabei die für Projektionsscheinwerfer geltenden Gesetze und Bestimmungen eingehalten werden. Da zweitens das am oberen Abschnitt eines Reflektors reflektierte Licht, das bei Verwendung einer Blende verschwendet wird, durch das Prisma zur Lichtmenge des Abblendlichtes und des Fernlichtes hinzugefügt wird, wird die Lichtausbeute des Projektionsscheinwerfers deutlich verbessert. Drittens kann durch die Verwendung der Prismenlinse die Leistung eines Projektionsscheinwerfers ohne technische Schwierigkeiten verbessert werden, indem der Durchlassgrad, der Blockierfaktor und der Reflexionsfaktor verbessert werden. Da viertens der Lichtweg der Prismenlinse zum herkömmlichen Abblendlichtweg hinzugefügt wird und einen zweifachen Lichtweg bildet, wird die Lichtausbeute des Abblendlichtes auf bis zu ca. 45% im Vergleich zum herkömmlichen Abblendlicht erhöht. Fünftens kann das Umschalten von Fernlicht auf Abblendlicht und umgekehrt nur durch Ändern des Lichtwegs der Prismenlinse erfolgen, was eine Erweiterung der bifunktionalen Funktion bedeutet. Sechstens können eine Chrominanztrennung und eine Kompensation eines vorbestimmten unerwünschten Winkels des Lichtes aus dem Prisma leicht vorgenommen werden, indem die Kompensationslinse der Prismenlinse beigeordnet wird. Siebtens kann die adaptive Fahrlicht-(ADB)Funktion durch Beiordnen der Prismenblende mit ADB-Funktion zur Prismenlinse abgestellt werden.
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Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben weitere Merkmale und Vorteile, die sich aus den beiliegenden Zeichnungen, die hiermit eingezogen werden, genauer erschließen oder darin angegeben sind, sowie in der folgenden detaillierten Beschreibung, die zusammen zur Erläuterung bestimmter Prinzipien der vorliegenden Erfindung dienen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Ansicht der inneren Konfiguration eines optischen Projektionssystems zur Bildung eines zweifachen Lichtwegs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine Ansicht eines Beispiels eines Reflektors, der im optischen Projektionssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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3 ist eine Ansicht eines Beispiels einer Prismenlinse, die im optischen Projektionssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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4 ist eine perspektivische Außenansicht eines optischen Projektionssystems zur Bildung eines zweifachen Lichtwegs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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5 ist eine Ansicht der Konfiguration eines Projektionsscheinwerfers, bei dem das optische Projektionssystem zur Bildung eines zweifachen Lichtwegs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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6 ist eine Ansicht, die den Betriebszustand des Projektionsscheinwerfers bei Abblendlicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 ist eine Ansicht eines in einem Fahrzeug installierten Projektionsscheinwerfers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und eines durch das Abblendlicht vor dem Fahrzeug gebildeten Sichtfeldes;
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8 ist eine Ansicht, die den Betriebszustand des Projektionsscheinwerfers bei Fernlicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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9 ist eine Ansicht eines in einem Fahrzeug installierten Projektionsscheinwerfers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und eines durch das Fernlicht vor dem Fahrzeug gebildeten Sichtfeldes;
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10 ist eine Ansicht eines Beispiels, bei dem eine adaptive Fahrlicht-(ADB)Blende in einem optischen Projektionssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im ADB-Modus verwendet wird; und
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11 ist eine Ansicht des Zustands, in dem ein Projektionsscheinwerfer gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einem Fahrzeug verwendet wird und der ADB-Modus während der Aktivierung des Fernlichts eingesetzt wird.
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Es versteht sich, dass die beigefügten Zeichnungen nicht unbedingt maßstäblich sind, da sie eine etwas vereinfachte Darstellung der verschiedenen Merkmale zeigen, die für die Grundlagen der Erfindung beispielhaft sind. Die hierin offenbarten spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung die z. B. bestimmte Abmessungen, Ausrichtungen, Orte und Formen umfassen, werden zum Teil durch die besondere vorgesehene Anwendung und die Umgebungsbedingungen am Einsatzort bestimmt.
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In den Figuren kennzeichnen identische Bezugszeichen gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung in den verschiedenen Figuren der Zeichnung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Nunmehr wird ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung(en) eingegangen, von denen Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind und nachstehend beschrieben werden. Obwohl die Erfindung(en) in Zusammenhang mit Ausführungsbeispielen beschrieben wird/werden, versteht es sich, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung(en) nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränken soll. Die Erfindung(en) soll(en) vielmehr nicht nur die Ausführungsbeispiele, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, die von Geist und Gültigkeitsbereich der Erfindung, die in den angefügten Ansprüchen definiert sind, abdecken.
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Wie in 1 dargestellt enthält ein optisches Projektionssystem 9 eine Lichtquelle 10, einen Reflektor 20, eine Projektorhalterung 30, eine asphärische Linse 50, einen Einfassungssitz 60, eine Prismenlinse 70 und eine Kompensationslinse 80.
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Die Lichtquelle 10 dient zur Erzeugung von Licht und kann einen Glühfaden enthalten und ist mit dem Reflektor 20 gekoppelt. Die Lichtquelle 10 ist von der Rückseite des Reflektors 20 aus gekoppelt und in der Mitte des Reflektors positioniert, während die Projektorhalterung 30 vor dem Reflektor gekoppelt ist. Die Projektorhalterung 30 verbindet den Reflektor 20 und die asphärische Linse 50 und dient als Weg für das vom Reflektor 20 reflektierte Licht. Die asphärische Linse 50 lässt das an einer unteren reflektierenden Oberfläche 21a des Reflektors 20 untere reflektierte Licht durch. Der Einfassungssitz 60 enthält einen kreisförmigen Ring und sichert den Eingriffszustand zwischen der Projektorhalterung 30 und der asphärischen Linse 50.
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Die Prismenlinse 70 ist in vier Oberflächen unterteilt, d. h. eine Einfallsoberfläche der Lichtquelle 71, eine Austrittsoberfläche der Lichtquelle 73, eine die Lichtquelle reflektierende Oberfläche 75 und eine das Prisma bildende Oberfläche 77. Ein Lichtweg durch die Prismenlinse 70 erfährt eine Brechung des Einfallswegs beim Durchgang durch die Einfallsoberfläche der Lichtquelle 71, eine Umkehr eines Reflexionswegs durch Reflexion des Lichtes der reflektierenden Oberfläche 75 und eine Brechung eines Ausgangswegs beim Durchgang durch die Austrittsoberfläche der Lichtquelle 73, wobei das von der Austrittsoberfläche der Lichtquelle 73 ausgehende Licht durch Brechung des Ausgangswegs um 90° relativ zum Einfallswinkel umgelenkt wird.
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Die Kompensationslinse 80 führt eine Chrominanztrennung des Lichtes aus der Prismenlinse 70 und eine Kompensation eines Winkels des unerwünschten Lichtes an einer Position vor dem Schritt aus, in dem die Prismenlinse 70 das an einer oberen reflektierenden Oberfläche 21b des Reflektors 20 obere reflektierte Licht zur asphärischen Linse 50 weiterleitet.
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Deshalb bildet das optische Projektionssystem 9 einen zweifachen Lichtweg, bei dem das obere reflektierte Licht, das von einer Blende blockiert und nicht genutzt wurde, mit dem unteren reflektierten Licht durch die Prismenlinse 70 gemischt werden kann.
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Wenn z. B. das optische Projektionssystem 9 betrieben wird, erzeugt die Lichtquelle 10 Licht. Das erzeugte Licht wird an einem unteren bzw. oberen Abschnitt des Reflektors 20 reflektiert, wobei das untere reflektierte Licht nach oben reflektiert und dann direkt zur asphärischen Linse 50 projiziert wird, so dass es den Abblendlichtweg bildet, während das obere reflektierte Licht nach unten reflektiert und von der Prismenlinse 70 nach oben gelenkt und dann durch die Kompensationslinse 80 zur asphärischen Linse 50 projiziert wird, so dass es einen Prismenweg bildet. Das Licht des Abblendlichtwegs und das Licht des Prismenwegs gehen durch die asphärische Linse 50 und werden von der asphärischen Linse 50 nach vorne abgestrahlt.
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Das optische Projektionssystem 9 kann den Austrittswinkel des vom Reflektor 20 oberen reflektierten Lichtes ändern, so dass das untere reflektierte Licht nach oben reflektiert und dann projiziert wird. Durch das -Abblendlicht-Prisma kann die Lichtmenge des Abblendlichtes vergrößert werden, während das Fernlicht-Prisma das Abblendlicht zum Fernlicht umformen kann
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Wie in 2 dargestellt ist der Reflektor 20 trichterförmig und enthält eine reflektierende Oberfläche 21, eine Glühlampenöffnung 22 und einen vorderen und hinteren Reflektorflansch 23-1, 23-2. Die reflektierende Oberfläche 21 hat eine elliptische Form und umgibt den Glühfaden der Lichtquelle 10, der in ihrer Mitte positioniert und ist in eine untere reflektierende Oberfläche 21a, die unterhalb des Glühfadens liegt, und eine obere reflektierende Oberfläche 21b, die oberhalb des Glühfadens liegt, unterteilt ist. Die Glühlampenöffnung 22 durchbricht die reflektierende Oberfläche 21 so, dass der Glühfaden der Glühlampe 10 darin eingepasst werden kann. Der vordere und hintere Reflektorflansch 23-1, 23-2 sind an beiden Endabschnitten der reflektierenden Oberfläche 21 ausgebildet, wobei der vordere Reflektorflansch 23-1 mit der Projektorhalterung 30 gekoppelt ist, während der hintere Reflektorflansch 23-2 mit einem Gehäuse des Projektionsscheinwerfers gekoppelt ist.
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Wie in 3 dargestellt hat die Prismenlinse 70 einen konstanten Polarisationswinkel von 90°, so dass der Einfallswinkel und der Austrittswinkel senkrecht zueinander sind (im rechten Winkel zueineinander), indem sie in vier Oberflächen unterteilt ist, d. h. eine Einfallsoberfläche der Lichtquelle 71, eine Austrittsoberfläche der Lichtquelle 73, eine die Lichtquelle reflektierenden Oberfläche 75 und eine das Prisma bildende Oberfläche 77. Zum Beispiel beträgt ein Scheitelwinkel A zwischen der Einfallsoberfläche der Lichtquelle 71 und der Austrittsoberfläche der Lichtquelle 73 90°, ein Scheitelwinkel B zwischen der Einfallsoberfläche der Lichtquelle 71 und der das Licht reflektierenden Oberfläche 75 beträgt 75°, ein Scheitelwinkel C zwischen der die Lichtquelle reflektierenden Oberfläche 75 und der das Prisma bildende Oberfläche 77 beträgt 135° und ein Scheitelwinkel D zwischen der das Prisma bildenden Oberfläche 77 und der Austrittsoberfläche der Lichtquelle 73 beträgt 60°. Deshalb ist die Prismenlinse 70 in ein aus der Einfallsoberfläche der Lichtquelle 71 und der Austrittsoberfläche der Lichtquelle 73 gebildetes Dreieck und ein aus der Austrittsoberfläche der Lichtquelle 73 und der das Prisma bildenden Oberfläche 77 gebildetes Dreieck unterteilt.
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Wie in 4 dargestellt enthält ein optisches Projektionssystem 9 externe Teile wie einen Reflektor 20, eine Projektorhalterung 30, eine asphärische Linse 50 und einen Einfassungssitz 60 und innenliegende Teile wie eine Glühlampe 10, eine Prismenlinse 70 und eine Kompensationslinse 80.
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Die Projektorhalterung 30 enthält einen hinteren Halterungsflansch 33-2 und vordere Halterungsnasen 33-3, wobei sie mit dem vorderen Reflektorflansch 23-1 des Reflektors 20 über den hinteren Halterungsflansch 33-2 verschraubt ist und die vorderen Halterungsnasen 33-3 mit Öffnungen 60-1 des Einfassungssitzes 60 verrastet sind, so dass der vordere Abschnitt, in dem die asphärische Linse 50 eingesetzt ist, fest sitzt. Im Ergebnis wird der zusammengebaute Zustand des Reflektors 20 und der asphärischen Linse 50 im optischen Projektionssystem 9 durch die Projektorhalterung 30 sichergestellt.
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Die Lichtquelle 10 ist durch die Glühlampenöffnung 22 des Reflektors 20 fest mit dem Reflektor 20 verbunden, so dass ein Losbrechen aus dem zusammengebauten Zustand verhindert wird. Die Prismenlinse 70 ist innerhalb des Innenraums der Projektorhalterung 30 um ca. 30° drehbar, und die Kompensationslinse 80 ist senkrecht installiert und liegt innerhalb des Innenraums der Projektorhalterung 30 am unteren Abschnitt der asphärischen Linse 50 an. Im vorliegenden Fall liegt ein Abschnitt, in dem sich die Kompensationslinse 80 mit der asphärischen Linse 50 überlappt, auf der unteren Seite des Wegs, über den das untere reflektierte Licht zur asphärischen Linse 50 projiziert wird.
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Wie in 5 dargestellt enthält ein Projektionsscheinwerfer 1 ein optisches Projektionssystem 9 mit einem Leuchtengehäuse 3, einer Leuchtenlinse 5, einer Stellschraube 6, einem Steckverbinder 7 und einer Prismenlinse 70 als seine Hauptkomponenten, der einen zweifachen Lichtweg durch die Prismenlinse 70 bildet.
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Das Leuchtengehäuse 3 hat eine innenliegende Struktur, in der das optische Projektionssystem 9 installiert ist, und seine äußere Form ist auf die Einbaubedingungen des Fahrzeugs zugeschnitten, in das der Projektionsscheinwerfer 1 zu installieren ist. Die Leuchtenlinse 5 ist mit der Frontfläche des Leuchtengehäuses 3 gekoppelt und strahlt das Licht vom optischen Projektionssystem 9 vom Fahrzeug nach vorne, um Sichtfeld des Fahrers zu gewährleisten. Die Stellschraube 6 im Leuchtengehäuse 3 dient zur Einstellung eines Winkels und dgl. beim Einbau des optischen Projektionssystems 9 in das Fahrzeug. Der Steckverbinder 7 ist mit einem elektrischen Stromkreis zur Spannungsversorgung verbunden, wenn der Projektionsscheinwerfer 1 in Betrieb ist und zum Umschalten zwischen Fern- und Abblendlicht.
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Das optische Projektionssystem 9 enthält eine Lichtquelle 10, einen Reflektor 20, eine Projektorhalterung 30, eine asphärische Linse 50, eine Prismenlinse 70, einen Linsenaktor 70-1 und eine Kompensationslinse 80. Deshalb ist das optische Projektionssystem 9 mit dem anhand der 1 bis 4 beschriebenen optischen Projektionssystem 9 identisch.
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Allerdings bestehen Unterschieden darin, dass die Prismenlinse 70 zusammen mit dem Linsenaktor 70-1 für den Einbau unter Nutzung der Struktur des Leuchtengehäuses 3 konfiguriert ist, und dass die Struktur der Projektorhalterung 30 dahingehend geändert ist, dass der Linsenaktor 70-1 der Prismenlinse 70 beigeordnet ist. Als Ergebnis kann der Prismenweg in ein Prismen-Abblendlicht und ein Prismen-Fernlicht geteilt werden, wenn der Linsenaktor 70-1 die Prismenlinse 70 um ca. 30° dreht. Das Prismen-Abblendlicht bildet ein Abblendlicht indem es mit dem Abblendlicht im Abblendlichtweg kombiniert wird, während das Prismen-Fernlicht ein Fernlicht bildet, indem es mit dem Abblendlicht im Abblendlichtweg kombiniert wird. Der Linsenaktor 70-1 kann z. B. ein Schrittmotor oder ein Magnetventil sein.
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Die 6 und 7 dagegen zeigen den Betriebszustand bei Abblendlicht des Projektionsscheinwerfers 1.
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Wenn wie in 6 dargestellt der Projektionsscheinwerfer 1 durch Betätigung eines Schalters durch den Fahrer in Betrieb genommen wird, ist das Abblendlicht standardmäßig eingestellt. Das heißt, ein Schalterbetätigungssignal des Fahrers wird über den Steckverbinder 7 zum Einschalten der Lichtquelle 10 gesendet, wobei die Prismenlinse 70 in ihrer Ausgangsposition gehalten wird, da der Linsenaktor 70-1 in seinem Ausgangszustand gehalten wird. Dabei bedeutet die Ausgangsposition der Prismenlinse 70 0° im Vergleich zu 30°, d. h. dem Winkel, bei dem das Fernlicht eingeschaltet ist.
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Das von der Lichtquelle 10 erzeugte Licht wird als das untere reflektierte Licht an der unteren reflektierenden Oberfläche 21a des Reflektors 20 reflektiert und nach oben abgelenkt und gleichzeitig auch als das obere reflektierte Licht an der oberen reflektierenden Oberfläche 21b des Reflektors 20 reflektiert und nach unten abgelenkt. Dann wird das untere reflektierte Licht direkt zur asphärischen Linse 50 projiziert und durch die asphärische Linse 50 als Abblendlicht LB abgestrahlt. Gleichzeitig wird das obere reflektierte Licht durch einen Wechsel seines Wegs durch die Prismenlinse 70 zur Kompensationslinse 80 projiziert. Das Licht aus der Kompensationslinse 80 wird zur asphärischen Linse 50 projiziert, nachdem das Licht aus der Prismenlinse 70 einer Chrominanztrennung und einer Kompensation eines unerwünschten vorbestimmten Winkels unterzogen wurde, und dann durch die asphärische Linse 50 als Prismen-Abblendlicht PLB weitergeleitet. Dann werden das Abblendlicht LB und das Prismen-Abblendlicht PLB, die durch die asphärische Linse 50 geleitet wurden, durch die Leuchtenlinse 5 und nach vorne als Abblendlicht abgestrahlt.
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Aus 7 ist ersichtlich, dass ein Abblendlicht 200 mit großer Lichtmenge, bei dem das Abblendlicht LB und das Prismen-Abblendlicht PLB miteinander kombiniert sind, mit mehr Lichtenergie vom Fahrzeug 100 nach vorne abgestrahlt wird, so dass das vordere Sichtfeld heller wird und gleichzeitig mehr Lichtenergie seitlich zum Fahrzeug 100 abgestrahlt wird, so dass auch die Helligkeit des seitlich vergrößerten Sichtfeldes 200-1 weiter verbessert wird. Dieses Ergebnis ist experimentell nachgewiesen worden.
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Die 8 und 9 zeigen den Betriebszustand des Projektionsscheinwerfers 1 bei Fernlicht. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass das Fernlicht aus dem Abblendlichtzustand eingeschaltet wird.
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Wie in 8 dargestellt wird ein Schalterbetätigungssignal vom Fahrer über den Steckverbinder 7 gesendet, so dass der Linsenaktor 70-1 aktiviert wird und die Prismenlinse 70 um ca. 30° dreht, wodurch die Prismenlinse 70 um 30° aus ihrer Ausgangsposition gedreht wird. Als Ergebnis ändert sich auch der Einfallswinkel des oberen reflektierten Lichtes relativ zur Prismenlinse 70 um 30°, aber der Polarisationswinkel von 90° bleibt konstant, der Austrittswinkel der Prismenlinse 70 geht um 30° im Vergleich zu 0° nach unten.
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Das von der Lichtquelle 10 erzeugte Licht wird als das untere reflektierte Licht an der unteren reflektierenden Oberfläche 21a des Reflektors 20 reflektiert und nach oben abgelenkt und gleichzeitig auch als das obere reflektierte Licht an der oberen reflektierenden Oberfläche 21b des Reflektors 20 reflektiert und nach unten abgelenkt. Dann wird das untere reflektierte Licht direkt zur asphärischen Linse 50 projiziert und durch die asphärische Linse 50 als Abblendlicht LB abgestrahlt. Gleichzeitig tritt das obere reflektierte Licht unter dem Einfallswinkel des um 30° im Vergleich zum Einfallswinkel des Abblendlichtes abgelenkten Fernlichtes in die Prismenlinse 70 ein, und somit wird der Austrittswinkel des Fernlichtes um 30° weniger zur oberen Seite als der Austrittswinkel des Abblendlichtes verändert, so dass das obere reflektierte Licht zum unteren Abschnitt der Kompensationslinse 80 projiziert wird. Dann wird das Licht durch die Kompensationslinse 80 zur asphärischen Linse 50 projiziert, nachdem das Licht aus der Prismenlinse 70 einer Chrominanztrennung und einer Kompensation eines vorbestimmten unerwünschten Winkels unterzogen worden ist, und dann durch die asphärische Linse 50 als ein Prismen-Fernlicht PHB abgestrahlt. Dann werden das Abblendlicht LB und das Prismen-Fernlicht PHB aus der asphärischen Linse 50 durch die Leuchtenlinse 5 nach vorne als Fernlicht abgestrahlt.
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Aus 9 ist ersichtlich, dass ein Fernlicht 300 mit großer Lichtmenge, bei dem das Abblendlicht LB und das Prismen-Abblendlicht PLB miteinander kombiniert sind, mit mehr Lichtenergie vom Fahrzeug 100 nach vorne abgestrahlt wird und das vordere Sichtfeld heller und noch besser ausgeleuchtet wird. Dieses Ergebnis ist experimentell nachgewiesen worden.
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Die 10 und 11 zeigen ein Beispiel, bei dem das optische Projektionssystem 9 mit einer adaptiven Fahrlicht-(ADB)Blende 40-1 den ADB-Modus implementiert. Im vorliegenden Fall bedeutet der ADB-Modus den Betrieb des Scheinwerfers, der eine Schattenzone während der Aktivierung des Fernlichtes ausbildet.
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Wie in 10 dargestellt enthält das optische Projektionssystem 9 die an der Projektorhalterung 30 angebrachte ADB-Blende 40-1. Die ADB-Blende 40-1 ist der Prismenlinse 70 im Innenraum der Projektorhalterung 30 beigeordnet und die ADB-Blende 40-1 ist äußerlich dadurch wie eine Erdnuss so geformt, dass sich ihr Innenwinkel und ihre Form ändern und eine eine Schattenzone bildende Oberfläche 40-1A ausgebildet wird, so dass die Schattenzone entsteht, wenn der ADB-Modus aktiviert wird. Die ADB-Blende 40-1 ist mit dem die Prismenlinse 70 drehenden Linsenaktor 70-1 verbunden, oder ein eigener ADB-Aktor oder ein ADB-Magnetventil ist für die ADB-Blende vorgesehen, so dass der Betrieb der ADB-Blende durch Betätigen eines Schalters gesteuert wird.
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Deshalb enthält dieses optische Projektionssystem 9 ebenfalls eine Glühlampe 10, einen Reflektor 20, eine Projektorhalterung 30, eine asphärische Linse 50, einen Einfassungssitz 60, eine Prismenlinse 70 und eine Kompensationslinse 80 wie das optische Projektionssystem 9, das anhand der 1 bis 9 beschrieben wurde, das jedoch keine ADB-Blende 40-1 enthält.
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Wie in 11 dargestellt schaltet der Fahrer des mit dem Projektionsscheinwerfer 1 ausgerüsteten Fahrzeugs 100 in den ADB-Modus, wenn er ein entgegenkommendes Fahrzeug 100-1 bemerkt, während das vordere Sichtfeld des Fahrzeugs durch Fernlicht 300 mit großer Lichtmenge erhellt wird. Dann blockiert die die Schattenzone bildende Oberfläche 40-1A der ADB-Blende 40-1 einen Teil des zur asphärischen Linse 50 projizierten Lichtes, so dass das Fernlicht 300 mit großer Lichtmenge zu einem ADB-Fernlicht 400 mit der Schattenzone 400-1 geändert wird. Im Ergebnis beeinträchtigt das Fernlicht 300 mit großer Lichtmenge des Fahrzeugs 100 das entgegenkommende Fahrzeug 100-1 nicht. Der Fahrer des entgegenkommenden Fahrzeugs 100-1 wird nicht geblendet.
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Wie oben beschrieben enthält der Projektionsscheinwerfer zur Bildung eines zweifachen Lichtwegs gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein optisches Projektionssystem 9 mit einem Reflektor 20, an dem das von einer Glühlampe 10 erzeugte Licht zu einem unteren reflektierten Licht, das in einen nach oben gerichteten Aufwärtsweg reflektiert wird, und zu einem oberen reflektierten Licht, das in einen nach unten gerichteten Abwärtsweg reflektiert wird, umgeformt wird, eine Prismenlinse 70, durch die das obere reflektierte Licht als Prismen-Abblendlicht abgestrahlt wird, in dem der Abwärtsweg in den Aufwärtsweg geändert ist, und eine asphärische Linse 50 zum Abstrahlen eines Abblendlichtes durch Hinzufügen des Prismen-Abblendlichtes zum unteren reflektierten Licht, der als Scheinwerfer für ein Fahrzeug verwendet wird, und verbessert den Wirkungsgrad durch die Nutzung der Lichtenergie, indem die Prismenlinse 70 die Lichtmenge des Abblendlichtes und des Fernlichtes nutzt, die aufgrund der Blockierung durch die Blende während des Betriebs im Stand der Technik verschwendet wird, und erhöht die Lichtausbeute des Projektionsscheinwerfers 1 signifikant, ohne dass es erforderlich wird, den Durchlassgrad, den Blockierfaktor und den Reflexionsfaktor zu verbessern, was technisch schwierig ist.
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Zur Vereinfachung der Beschreibung und zur genauen Definition in den beigefügten Ansprüchen dienen die Begriffe ”oberer, obere, oberes, oberen”, ”unterer, untere, unteres, unteren”, ”innerer, innere, inneres, inneren”, ”äußerer, äußere, äußeres, äußeren”, ”nach oben”, ”nach unten”, ”oberer, obere, oberes, oberen”, ”unterer, untere, unteres, unteren”, ”aufwärts”, ”abwärts”, ”vorne”, ”hinten”, ”rückseitig”, ”innen”, ”außen”, ”nach innen”, ”nach außen”, ”im Innern”, ”außerhalb”, ”innen”, ”außen”, ”vorwärts” und ”rückwärts” zur Beschreibung von Merkmalen der Ausführungsbeispiele bezogen auf die Positionen solcher Merkmale wie sie in den Figuren dargestellt sind.
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Die obigen Beschreibungen spezifischer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dienen zu Beispiel- und Beschreibungszwecken. Sie sind nicht erschöpfend oder sollen die Erfindung nicht auf die offenbarten präzisen Formen beschränken, und offensichtlich sind zahlreiche Modifikationen und Variationen angesichts der obigen Lehren möglich. Die Ausführungsbeispiele wurden gewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erklären, damit andere Fachleute verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sowie verschiedene Alternativen und Modifikationen ausführen und nutzen können. Der Gültigkeitsbereich der Erfindung soll durch die beiliegenden Ansprüche und ihre Äquivalente definiert werden.
