DE102017206956A1 - Scheinwerfer mit clustern aus halbleiterlichtquellen - Google Patents

Scheinwerfer mit clustern aus halbleiterlichtquellen Download PDF

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Abstract

Scheinwerfer (1), aufweisend ein erstes LED-Cluster (2) mit mehreren nebeneinander auf einem gemeinsamen ersten Substrat (3) angeordneten ersten LEDs (4), ein zweites LED-Cluster (5) mit mehreren nebeneinander auf einem gemeinsamen zweiten Substrat (6) angeordneten zweiten LEDs (7), eine Auskopplungsoptik (8) mit mehreren optischen Elementen (9-11), von denen ein in einem Strahlengang der LED-Cluster (2, 5) erstes optisches Element in Form einer ersten Linse (9) eine den LED-Clustern (2, 5) gemeinsame Lichteinstrahlfläche (12) mit einer vorgegebenen Grundform (13) aufweist, wobei die LED-Cluster (2, 5) einen seitlichen Abstand (L1) zueinander aufweisen, der mindestens so groß ist wie eine Ausdehnung (L2) mindestens eines der LED-Cluster (2, 5) in der gleichen Richtung, die gemeinsame Lichteinstrahlfläche (12) mindestens einen lokal begrenzten Lichteinstrahlbereich (14) unmittelbar vor einem zugehörigen LED-Cluster (2, 5) aufweist und der mindestens eine lokal begrenzte Lichteinstrahlbereich (14) von der Grundform (13) der Lichteinstrahlfläche (12) abweicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer, aufweisend ein erstes LED-Cluster mit mehreren nebeneinander auf einem gemeinsamen ersten Substrat angeordneten ersten LEDs, ein zweites LED-Cluster mit mehreren nebeneinander auf einem gemeinsamen zweiten Substrat angeordneten zweiten LEDs, eine Auskopplungsoptik mit mehreren optischen Elementen, von denen ein in einem Strahlengang der LED-Cluster erstes optisches Element in Form einer ersten Linse eine den LED-Clustern gemeinsame Lichteinstrahlfläche mit einer vorgegebenen Grundform aufweist. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Fahrzeugscheinwerfer zur Frontbeleuchtung.
  • Es sind Kraftfahrzeuge bekannt, die ein blendfreies Fernlicht (sog. „Adaptive Driving Beam“, ADB) einsetzen, um ein Lichtabstrahlmuster bzw. eine Lichtintensitätsverteilung (auch als „Light Intensity Distribution“, LID, bezeichnet) dynamisch anzupassen. Zur Erzeugung des ADB-Fernlichts kann ein Scheinwerfer mit einer Lichtquelle verwendet werden, die eine Gruppe oder ein Cluster von individuell in ihrer Strahlungsintensität einstellbaren Leuchtdioden (LEDs) aufweist.
  • Fahrzeug-Frontscheinwerfer benötigen häufig mehrere (d.h., zwei oder mehr) dieser LED-Cluster, um das gewünschte Lichtabstrahlmuster zu erzeugen. Dabei nutzen die mehreren LED-Cluster aus Platz- und Kostengründen die gleiche Auskopplungsoptik. Wenn jedoch für den Fall, dass ein seitlicher Abstand zwischen zwei LED-Clusters größer ist als eine Ausdehnung der einzelnen LED-Cluster in der gleichen Richtung, herkömmliche kreissymmetrische Auskopplungsoptiken verwendet werden, werden einige - z.B. streifenartige - Bereiche in dem Lichtabstrahlmuster nicht beleuchtet.
  • Um diese nicht beleuchteten Bereiche zu vermeiden, ist es bekannt, separate Auskopplungsoptiken mit unterschiedlicher horizontaler Vergrößerung für verschiedene LED-Cluster zu verwenden, um die zugehörigen Teil-Lichtabstrahlmuster zur Überlappung zu bringen.
  • Eine andere Möglichkeit zur Vermeidung der nicht beleuchteten Teilbereiche besteht theoretisch darin, den Abstand der LED-Cluster geringer auszuführen als deren Ausdehnung. Dies ist jedoch zurzeit praktisch noch nicht machbar.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine verbesserte Möglichkeit zur Vermeidung nicht beleuchteter Teilbereiche bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch einen Scheinwerfer, aufweisend ein erstes Cluster mit mehreren nebeneinander auf einem gemeinsamen ersten Substrat angeordneten ersten Halbleiterlichtquellen, ein zweites Cluster mit mehreren nebeneinander auf einem gemeinsamen zweiten Substrat angeordneten zweiten Halbleiterlichtquellen, eine Auskopplungsoptik mit mehreren optischen Elementen, von denen ein in einem Strahlengang der Cluster erstes optisches Element in Form einer ersten Linse eine den Clustern gemeinsame Lichteinstrahlfläche mit einer vorgegebenen Grundform aufweist, wobei die Cluster einen seitlichen Abstand zueinander aufweisen, der mindestens so groß ist wie eine Ausdehnung mindestens eines der Cluster in der gleichen Richtung, die gemeinsame Lichteinstrahlfläche mindestens einen lokal begrenzten Lichteinstrahlbereich unmittelbar vor einem zugehörigen Cluster aufweist und der mindestens eine Lichteinstrahlbereich von der Grundform der Lichteinstrahlfläche abweicht.
  • Dieser Scheinwerfer ergibt den Vorteil, dass er die nicht beleuchtbaren Teilbereiche vermeidet und dazu nur eine einzige, für die Cluster gemeinsame Auskopplungsoptik benötigt, was Platz und Kosten spart. Zudem wird es so ermöglicht, dass im Fernfeld vor dem Scheinwerfer (das für Fernlicht beispielsweise ab ca. 5 oder 10 Metern gilt) durch die einzelnen Cluster erzeugte Teil-Lichtabstrahlmuster eine gleiche Größe aufweisen können.
  • Der Scheinwerfer kann ein Fahrzeugscheinwerfer sein, insbesondere ein Scheinwerfer zur Frontbeleuchtung, insbesondere zur Erzeugung eines adaptiven Lichtabstrahlmusters (AFS) für Fernlicht (ADB), Abblendlicht, Kurvenlicht und/oder Nebellicht. Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug (z.B. ein Kraftwagen wie ein Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Bus usw. oder ein Motorrad), eine Eisenbahn, ein Wasserfahrzeug (z.B. ein Boot oder ein Schiff) oder ein Luftfahrzeug (z.B. ein Flugzeug oder ein Hubschrauber) sein.
  • Der Scheinwerfer kann aber auch zur Allgemeinbeleuchtung, Außenbeleuchtung, Bühnenbeleuchtung usw. eingesetzt werden.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass die mindestens eine Halbleiterlichtquelle mindestens eine Leuchtdiode (LED) ist. Die mindestens eine Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehausten Leuchtdiode oder in Form mindestens eines LED-Chips vorliegen. Mehrere LED-Chips können auf einem gemeinsamen Substrat montiert sein. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen Leuchtdioden, z.B. auf Basis von InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs) einsetzbar. Alternativ kann die mindestens eine Halbleiterlichtquelle z.B. mindestens einen Diodenlaser aufweisen.
  • Die Halbleiterlichtquellen der Cluster können individuell oder gruppenweise ansteuerbar sein, insbesondere ein- und ausschaltbar, insbesondere dimmbar, sein.
  • Die Substrate der Cluster können ebene Substrate sein. Die Lichtemissionsbereiche der Halbleiterlichtquellen eines Clusters befinden sich dann insbesondere in einer planen Ebene. Die Substrate können keramische Substrate, Leiterplatten usw. sein.
  • Dass die Halbleiterlichtquellen nebeneinander auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sind, kann insbesondere umfassen, dass die Halbleiterlichtquellen in einem regelmäßigen Anordnungsmuster auf dem Substrat angeordnet sind, z.B. in einer hexagonalen oder einer matrixförmigen Anordnung.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass mindestens zwei Cluster - insbesondere alle Cluster - gleich ausgestaltete Cluster sind, insbesondere gleiche Anordnungen von Halbleiterlichtquellen aufweisen.
  • Die Auskopplungsoptik kann auch als Projektionsoptik bezeichnet werden. Die mehreren optischen Elemente der Auskopplungsoptik können insbesondere mehrere Linsen aufweisen. Die mehreren optischen Elemente der Auskopplungsoptik können optisch in Reihe geschaltet sein. Das in dem Strahlengang der mehreren Cluster erste gemeinsame optische Element liegt insbesondere in Form einer Linse (im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit als „erste Linse“ bezeichnet) vor. Die Cluster strahlen das von ihnen emittierte Licht auf dieselbe erste Linse, welche folglich eine den Clustern gemeinsame Lichteinstrahlfläche aufweist.
  • Die Lichteinstrahlfläche weist eine vorgegebene Grundform auf, bei der sie als Ganzes eine im Wesentlichen (d.h., insbesondere bis auf die weiter unten genauer beschriebenen Lichteinstrahlbereiche) gleiche Form aufweist. Es ist eine Weiterbildung, dass die Grundform zumindest an ihrem alle Lichteinstrahlbereiche umfassenden Teil eine analytisch berechenbare Grundform ist, beispielsweise eine plane Grundform oder eine konkav oder konvex sphärische, paraboloide, hyperboloide usw. Grundform.
  • Unter einem seitlichen Abstand der Cluster kann ein nächster Abstand von Lichtquellen bzw. deren Lichtemissionsflächen beider Cluster senkrecht zu einer Hauptabstrahlrichtung der Cluster verstanden werden. Der seitliche Abstand kann auch als Spalt bezeichnet werden. Unter der Hauptabstrahlrichtung kann insbesondere eine Ausbreitungsrichtung eines Lichtstrahls maximaler Strahlstärke des von einem Cluster abgestrahlten Lichtbündels sein. Das von dem Cluster abgestrahlte Lichtbündel ist insbesondere eine Überlagerung der von den Lichtquellen des Clusters abgestrahlten einzelnen Lichtbündel. Der seitliche Abstand von parallel oder sogar in der gleichen Ebene liegenden Clustern entspricht dann beispielsweise bei Frontalansicht auf die Cluster einer Spaltbreite.
  • Unter einer Ausdehnung eines Clusters kann insbesondere seine Breite oder Höhe des Clusters bei Frontalansicht auf die Lichtquellen verstanden werden.
  • Dass sich der lokale Lichteinstrahlbereich unmittelbar vor einem zugehörigen Cluster befindet, kann insbesondere bedeuten, dass der - insbesondere zusammenhängende - Lichteinstrahlbereich eine gedankliche Projektion der Lichtemissionsflächen aller Lichtquellen dieses Clusters in deren Hauptabstrahlrichtung umfasst oder aufnimmt.
  • Dass der mindestens eine Lichteinstrahlbereich von der Grundform der Lichteinstrahlfläche abweicht, kann insbesondere bedeuten, dass der Lichteinstrahlbereich eine zu der dort gedanklich fortgeführten Grundform unterschiedliche Oberfläche aufweist.
  • Dass die Lichteinstrahlbereiche lokal begrenzt sind, kann insbesondere bedeuten, dass sie voneinander getrennt sind. Dass die Lichteinstrahlbereiche lokal begrenzt sind, kann auch bedeuten, dass sie sich jeweils nicht über die ganze Lichteinstrahlfläche erstrecken, also z.B. nicht von Rand zu Rand der Lichteinstrahlfläche.
  • Allgemein kann der Scheinwerfer auch mehr als zwei Cluster aufweisen (z.B. ein drittes, viertes usw. Cluster), die analog zu dem ersten Cluster und dem zweiten Cluster verwendet werden. Wenn also von zwei Clustern oder einem ersten und einem zweiten Cluster die Rede ist, können darunter auch mindestens zwei Cluster bzw. ein erstes, ein zweites und mindestens ein weiteres Cluster verstanden werden.
  • Es ist eine Ausgestaltung, dass der mindestens eine Lichteinstrahlbereich eine rundliche Außenkontur aufweist und gegen die Grundform der Lichteinstrahlfläche verkippt ist. Dies ergibt den Vorteil, dass sich die Teil-Lichtabstrahlmuster der einzelnen Cluster zumindest im Fernfeld besonders effektiv überlappen lassen. Zudem lässt sich eine solche Lichteinstrahlfläche einfach herstellen. Der verkippte Lichteinstrahlbereich bewirkt insbesondere, dass das auf ihn einfallende Lichtbündel des zugehörigen Clusters unter einem anderen Winkel in die erste Linse hineingebrochen wird als wenn die Lichteinstrahlfläche dort ihre Grundform aufweisen würde.
  • Die rundliche Außenkontur kann insbesondere eine geometrisch glatte und konvexe Außenkontur sein. Die Außenkontur kann eine kreisrunde oder ovale Außenkontur sein. Alternativ ist die Außenkontur eine polygonzugartige Außenkontur.
  • Es ist noch eine Ausgestaltung, dass die Verkippungen der Lichteinstrahlbereiche gleichgerichtet sind. Dies ergibt den Vorteil, dass die Position der Teil-Lichtabstrahlmuster auf eine besonders einfache Weise in nur einer Richtung verschiebbar ist. Dass die Verkippungen der Lichteinstrahlbereiche gleichgerichtet sind, kann insbesondere bedeuten, dass die verkippten Lichteinstrahlbereiche in Bezug auf die Grundform der Lichteinstrahlfläche um jeweilige Drehachsen verdreht sind und die Drehachsen zueinander parallel liegen.
  • Es ist eine Weiterbildung davon, dass alle Cluster in einer gleichen gedachten Ebene angeordnet sind, die senkrecht zu allen Drehachsen liegt.
  • Es ist noch eine weitere Ausgestaltung, dass mindestens ein Lichteinstrahlbereich gegen eine optische Achse der ersten Linse oder der Auskopplungsoptik versetzt ist. Dass der Lichteinstrahlbereich versetzt ist, kann umfassen, dass die optische Achse den Lichteinstrahlbereich nicht mittig schneidet, aber an anderer Stelle durch den Lichteinstrahlbereich verläuft. Dass der Lichteinstrahlbereich versetzt ist, kann alternativ umfassen, dass die optische Achse den Lichteinstrahlbereich nicht schneidet. Es ist eine Weiterbildung, dass die optische Achse nur einen Lichteinstrahlbereich durchläuft, ggf. auch mittig, und allen anderen (ein oder mehr) Lichteinstrahlbereiche nicht durchläuft. Es ist noch eine Weiterbildung, dass die optische Achse keinen der Lichteinstrahlbereiche durchläuft.. Die Lichteinstrahlbereiche können als Gruppe gegenüber der optischen Achse symmetrisch oder asymmetrisch angeordnet sein.
  • Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass mindestens ein Lichteinstrahlbereich eine zu der Grundform der Lichteinstrahlfläche gleiche Oberflächenform aufweist. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine Erzeugung eines Lichtabstrahlmusters mit geringen Sprüngen an den Übergängen zwischen den einzelnen Teil-Lichtabstrahlmustern. Unter einer gleichen Form kann eine qualitativ gleiche Form verstanden werden, welche aber nicht die gleiche Dimensionierung aufzuweisen braucht. Darunter fallen beispielsweise Formen, die mittels der gleichen analytischen Formel, aber unterschiedlicher Parameterwerte beschrieben werden. So können die Lichteinstrahlfläche und die lokalen Lichteinstrahlbereiche beide eine sphärische Form, aber mit unterschiedlichen Radien aufweisen. Unter einer gleichen Form kann aber auch eine quantitativ gleiche Form verstanden werden, bei der auch die Dimensionierung übereinstimmt („identische Form“). So können die Lichteinstrahlfläche und die lokalen Lichteinstrahlbereiche bei identischer Form beispielsweise sphärisch mit gleichen Radien oder planar ausgebildet sein.
  • Es ist auch eine Ausgestaltung, dass mindestens ein Lichteinstrahlbereich eine zu der Grundform der Lichteinstrahlfläche unterschiedliche Oberflächenform aufweist. Dies ermöglicht eine noch weitere Variation der Teil-Lichtabstrahlmuster. Beispielsweise kann die Lichteinstrahlfläche planar sein, während mindestens ein lokaler Lichteinstrahlbereich eine sphärische Oberflächenform aufweist.
  • Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass eine Oberfläche mindestens eines Lichteinstrahlbereichs freigeformt ist. Dies ermöglicht eine besonders variable Anpassung der Teil-Lichtabstrahlmuster.
  • Es ist zudem eine Ausgestaltung, dass alle Lichteinstrahlbereiche eine quantitativ oder auch qualitativ gleiche Oberflächenform aufweisen.
  • Es ist auch noch eine Ausgestaltung, dass alle lokalen Lichteinstrahlbereiche innerhalb eines Projektionsbereichs einer von dem zugehörigen Substrat bzw. dessen Lichtquellen ausgehenden senkrechten Projektion liegen. Dadurch wird bewirkt, dass zumindest der Anteil der Lichtstrahlen des von einem zugehörigen Cluster abgestrahlten Lichtbündels, die eine maximale Strahlstärke aufweisen, auf den lokalen Lichteinstrahlbereich auftrifft. So wird erreicht, dass ein Großteil der Strahlungsleistung des von dem Cluster abgestrahlten Lichts auf den lokalen Lichteinstrahlbereich auftreffen kann. Es ist eine Weiterbildung, dass eine Außenkontur des lokalen Lichteinstrahlbereichs zumindest einer Außenkontur des Clusters bzw. seiner Lichtquellen entspricht, und zwar insbesondere in Bezug auf Form und Größe.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass unter einem Großteil der Strahlungsleistung mindestens 50% der gesamten Strahlungsleistung, insbesondere mindestens 60% der gesamten Strahlungsleistung, insbesondere mindestens 70% der gesamten Strahlungsleistung, insbesondere mindestens 80% der gesamten Strahlungsleistung, insbesondere mindestens 90% der gesamten Strahlungsleistung, insbesondere mindestens 95% der gesamten Strahlungsleistung, insbesondere mindestens 98% der gesamten Strahlungsleistung, gemeint ist.
  • Es ist eine Weiterbildung, dass die Hauptabstrahlrichtungen aller Lichtquellen eines Clusters den gleichen lokalen Lichteinstrahlbereich treffen.
  • Es ist außerdem noch eine Ausgestaltung, dass die lokalen Lichteinstrahlbereiche innerhalb eines von dem zugehörigen LED-Cluster abgestrahlten Lichtbündels mit mindestens jeweiliger halber maximaler Strahlstärke liegen. Ein lokaler Lichteinstrahlbereich umfasst dann zumindest diejenige Teilfläche der Lichteinstrahlfläche, welche mit Licht eines Clusters bestrahlt wird, das eine Strahlstärke von mindestens einer halben maximalen Strahlstärke dieses Lichts aufweist. Licht mit geringerer Strahlstärke kann außerhalb des zugehörigen lokalen Lichteinstrahlbereichs auftreffen, was vorteilhafterweise helfen kann, scharfe Grenzen zwischen Teil-Lichtabstrahlmustern zu vermeiden oder zu verwischen. Es ist eine Weiterbildung, dass die lokalen Lichteinstrahlbereiche innerhalb eines von dem zugehörigen LED-Cluster abgestrahlten Lichtbündels mit mindestens 60%, insbesondere mit 70%, insbesondere mit 80%, 60%, insbesondere mit 90% der maximalen Strahlstärke liegen.
  • Es ist zudem noch eine Ausgestaltung, dass die LED-Cluster jeweils mehrere LED-Chips aufweisen, die nebeneinander auf einem zugehörigen ebenen Substrat angeordnet sind, wobei ein seitlicher Abstand benachbarter LED-Chips eines LED-Clusters wesentlich kleiner ist als der seitliche Abstand benachbarter LED-Cluster. Dies vereinfacht eine Nutzung mehrere LED-Cluster und ergibt erhebliche Kostenvorteile. Der wesentlich kleinere Abstand kann ein Abstand sein, der mindestens fünfmal kleiner ist als der seitliche Abstand benachbarter LED-Cluster. Der wesentlich kleinere Abstand kann insbesondere ein Abstand sein, der mindestens eine Größenordnung kleiner ist als der seitliche Abstand benachbarter LED-Cluster, also mindestens zehnmal kleiner. Allgemein können die Lichtquellen so eng beieinander angeordnet sein, dass ihre einzelnen Emitterflächen praktisch als eine einzige zusammenhängende Gesamt-Emitterfläche wahrnehmbar sind.
  • Es ist eine Ausgestaltung, dass die die LED-Chips bzw. Cluster tragenden Ebenen der Substrate in einer gemeinsamen Ebene nebeneinander angeordnet sind. Es ist eine Weiterbildung, dass die Cluster bzw. deren Lichtquellen auf einem gemeinsamen, insbesondere ebenen, Substrat angeordnet sind.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
    • 1 zeigt als Schnittdarstellung in Draufsicht eine Skizze eines Scheinwerfers; 2 zeigt in Draufsicht eine Skizze eines Strahlengangs des Scheinwerfers aus 1; und
    • 3 zeigt in Draufsicht eine Skizze eines Strahlengangs eines weiteren Scheinwerfers.
  • 1 zeigt eine Skizze eines Scheinwerfers 1 in Draufsicht. Der Scheinwerfer 1 kann ein adaptiver Scheinwerfer sein, z.B. zur adaptiven Frontbeleuchtung eines Kraftfahrzeugs, z.B. zur Erzeugung eines adaptiven Fernlichts.
  • Der Scheinwerfer 1 weist ein erstes LED-Cluster 2 mit mehreren nebeneinander auf einem gemeinsamen ersten Substrat 3 angeordneten ersten LED-Chips 4 und ein zweites LED-Cluster 5 mit mehreren nebeneinander auf einem gemeinsamen zweiten Substrat 6 angeordneten zweiten LED-Chips 7 auf. Die die LED-Chips 4, 7 tragenden Ebenen der Substrate 3, 6 sind in einer gemeinsamen Ebene nebeneinander angeordnet. Die LED-Chips 4, 7 sind individuell ansteuerbar. Die LED-Chips 4, 7 können z.B. in Matrixform angeordnet sein, beispielsweise in einem 3 x 5-Muster, einem 5 x 10-Muster usw. Das erste LED-Cluster 2 und das zweite LED-Cluster 5 können gleich aufgebaut sein.
  • Beiden LED-Clustern 2, 5 ist eine gemeinsame Auskopplungsoptik 8 mit mehreren optischen Elementen 9 bis 11 nachgeschaltet. Ein erstes optisches Element davon liegt in Form einer ersten Linse 9 vor, welche eine den beiden LED-Clustern 2, 5 gemeinsame Lichteinstrahlfläche 12 aufweist. Die gemeinsame Lichteinstrahlfläche 12 weist eine vorgegebenen ebene oder plane Grundform 13 auf. Die Auskopplungsoptik 8 weist eine optische Achse O auf. Die beiden anderen Linsen 10 und 11 sind mit der ersten Linse 9 optisch in Reihe geschaltet.
  • Die LED-Cluster 2, 5 weisen einen seitlichen Abstand L1 zueinander auf, der mindestens so groß ist wie eine Ausdehnung L2 mindestens eines der LED-Cluster 2, 5 in der gleichen Richtung (hier: senkrecht zu der optischen Achse O). Die gemeinsame Lichteinstrahlfläche 10 weist auch lokal begrenzte („lokale“) Lichteinstrahlbereiche 14 auf, die sich unmittelbar vor einem jeweils zugehörigen LED-Cluster 2 bzw. 5 befinden.
  • Ein seitlicher Abstand benachbarter LED-Chips 4, 7 eines LED-Clusters ist wesentlich kleiner als der seitliche Abstand L1 benachbarter LED-Cluster 2, 5, insbesondere um mindestens eine Größenordnung kleiner. Insbesondere können die LED-Chips 4, 7 so eng beieinander angeordnet sein, dass ihre einzelnen Emitterflächen praktisch als eine einzige zusammenhängende Gesamt-Emitterfläche wahrnehmbar sind.
  • Die lokalen Lichteinstrahlbereiche 14 weichen dadurch von der planaren Grundform 13 der Lichteinstrahlfläche 12 ab, dass sie dagegen verkippt sind. Die Verkippungen der lokalen Lichteinstrahlbereiche 14 sind dabei in dem Sinne gleichgerichtet, dass die ebenen lokalen Lichteinstrahlbereiche 14 jeweils mittels einer gedachten Drehung um eine Drehachse aus der planaren Grundform 13 ausgerichtet werden können und diese gedachten Drehachsen zueinander parallel liegen. Hier würden beide gedachten Drehachsen senkrecht zu der Bildebene stehen. Die Abweichung von der Grundform der Lichteinstrahlfläche 12 findet hier also nur in einer horizontalen Ebene oder Richtung statt.
  • Die Lichteinstrahlbereiche 14 können zusätzlich zu der Lichteinstrahlfläche 12 eine gedachte Verschiebung entlang der optischen Achse O erfahren.
  • Die lokalen Lichteinstrahlbereiche 14 weisen ebenfalls eine plane Grundform auf. Die lokalen Lichteinstrahlbereiche 14 können dergestalt in der ersten Linse 9 ausgebildet sein, dass die Lichteinstrahlfläche 12 dort jeweils eine zylinderförmige Ausnehmung besitzt, die einen planen und schrägen Grund als den lokalen Lichteinstrahlbereich 14 aufweist. Die lokalen Lichteinstrahlbereiche 14 weisen dadurch bei Blick entlang der optischen Achse O eine rundliche (z.B. kreisrunde) Außenkontur auf.
  • Die lokalen Lichteinstrahlbereiche 14 liegen insbesondere innerhalb eines Projektionsbereichs einer von den LED-Chips 4, 7 des jeweils zugehörigen Substrat 3, 6 ausgehenden senkrechten Projektion (d.h., einer entlang der optischen Achse O gebildeten Projektion). In anderen Worten liegen die LED-Chips 4, 7 eines Substrats 3, 6 bei senkrechter Projektion entlang der optischen Achse O innerhalb des zugehörigen lokalen Lichteinstrahlbereichs 14.
  • Die lokalen Lichteinstrahlbereiche 14 liegen ferner innerhalb eines von dem jeweils zugehörigen LED-Cluster 2, 5 bzw. deren LED-Chips 4, 7 gemeinsam abgestrahlten Lichtbündels mit mindestens jeweiliger halber maximaler Strahlstärke. Dies kann z.B. durch eine Einstellung eines ausreichend geringen Anstands der LED-Cluster 2, 5 zu den lokalen Lichteinstrahlbereichen 14 eingestellt werden.
  • Der Scheinwerfer 1 weist darüber hinaus eine Blende 18 oder ein anderes Lichtabsorptionsmittel auf, um von den LED-Chips 4, 7 abgestrahltes Licht, welches nicht auf die Lichteinstrahlfläche 12 fallen würde, zu absorbieren. Eine solche Blende 18 kann allgemein vorhanden sein.
  • 2 zeigt in Draufsicht eine stark vereinfachte Skizze eines Strahlengangs des Scheinwerfers 1. Die LED-Cluster 2, 5 strahlen jeweilige Lichtbündel R1 bzw. R2 ab, die sich aufgrund der lokalen Lichteinstrahlbereiche 14 spätestens hinter der Auskopplungsoptik 8 in horizontaler Richtung teilweise überlappen. Dies ist hier schematisch dadurch angedeutet, dass die Lichtbündel R1 bzw. R2 in einer gemeinsamen Bildebene jeweilige Bilder B1 bzw. B2 erzeugen, die sich teilweise überlappen. Die Überlappung bewirkt, dass streifenartige Bereiche in dem Gesamt-Lichtabstrahlmuster B1+B2, die nicht beleuchtet werden, vermieden werden.
  • 3 zeigt in Draufsicht eine stark vereinfachte Skizze eines Strahlengangs eines weiteren Scheinwerfers 15. Der Scheinwerfer 15 weist nun drei, insbesondere identische, LED-Cluster 2, 5 und 16 auf.
  • Das im Vergleich zu 2 zusätzliche LED-Cluster 16 ist hier mittig zu einer angedeuteten Auskopplungsoptik 17 angeordnet. Die Auskopplungsoptik 17 weist ebenfalls eine optische Achse O auf.
  • Die LED-Cluster 2, 5 und 16 sind in einer (hier sich horizontal erstreckenden) Reihe senkrecht zu der optischen Achse O angeordnet. Ein Abstand L1 zweier LED-Cluster 2, 16 und 5, 16 senkrecht zu der optischen Achse O ist geringer als die Ausdehnung L2 der LED-Cluster 2, 5 und 16 in dieser Richtung.
  • Auch die Auskopplungsoptik 17 kann eine erste Linse (o. Abb.) mit einer für die LED-Cluster 2, 5, 16 gemeinsamen Lichteinstrahlfläche (o. Abb.) aufweisen. Die gemeinsame Lichteinstrahlfläche kann für jeden der LED-Cluster 2, 5, 16 einen von der Grundform abweichenden lokalen Lichteinstrahlbereich aufweisen (o. Abb.). Alternativ kann die gemeinsame Lichteinstrahlfläche nur für einige der LED-Cluster 2, 5, 16 einen von der Grundform abweichenden lokalen Lichteinstrahlbereich aufweisen, beispielsweise nur für die bezüglich der optischen Achse O außermittigen LED-Cluster 2 und 5.
  • Die LED-Cluster 2, 5 und 16 strahlen jeweilige Lichtbündel R1, R2 bzw. R3 ab, die sich aufgrund der lokalen Lichteinstrahlbereiche spätestens hinter der Auskopplungsoptik 17 teilweise überlappen. Dies ist schematisch dadurch angedeutet, dass die Lichtbündel R1, R2 und R3 in einer gemeinsamen Bildebene jeweilige Bilder B1, B2 bzw. B3 erzeugen, die sich teilweise überlappen. Die Überlappung bewirkt, dass streifenartige Bereiche in dem Gesamt-Lichtabstrahlmuster B1+B2+B3, die nicht beleuchtet werden, vermieden werden.
  • Auch der Scheinwerfer 15 kann eine Blende o.ä. (nicht eingezeichnet) aufweisen.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch die gezeigten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
  • So kann mindestens ein lokaler Lichteinstrahlbereich eine zu der Grundform der Lichteinstrahlfläche unterschiedliche Oberflächenform aufweist. Beispielsweise kann eine Oberfläche mindestens eines Lichteinstrahlbereichs freigeformt sein.
  • Die lokalen Lichteinstrahlbereiche können grundsätzlich symmetrisch oder asymmetrisch zu der optischen Achse O angeordnet sein, und zwar in Bezug auf einen radialen Abstand zu der optischen Achse O und/oder in Bezug auf eine Winkelverteilung um die optische Achse O. Ein lokaler Lichteinstrahlbereich kann auch so weit mittig angeordnet sein, dass die optische Achse O durch ihn hindurchläuft.
  • Allgemein kann unter „ein“, „eine“ usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck „genau ein“ usw.
  • Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
  • Bezugszeichenliste
  • Scheinwerfer 1
    Erstes LED-Cluster 2
    Erstes Substrat 3
    Erste LED-Chips 4
    Zweites LED-Cluster 5
    Zweites Substrat 6
    Zweite LED-Chips 7
    Auskopplungsoptik 8
    Erste Linse 9
    Linse 10
    Linse 11
    Lichteinstrahlfläche 12
    Grundform 13
    Lokaler Lichteinstrahlbereich 14
    Scheinwerfer 15
    LED-Cluster 16
    Auskopplungsoptik 17
    Blende 18
    Bild B1
    Bild B2
    Bild B3
    Seitlicher Abstand L1
    Ausdehnung L2
    Optische Achse O
    Lichtbündel R1
    Lichtbündel R2
    Lichtbündel R3

Claims (12)

  1. Scheinwerfer (1; 15), aufweisend - ein erstes LED-Cluster (2) mit mehreren nebeneinander auf einem gemeinsamen ersten Substrat (3) angeordneten ersten LEDs (4), - ein zweites LED-Cluster (5) mit mehreren nebeneinander auf einem gemeinsamen zweiten Substrat (6) angeordneten zweiten LEDs (7), - eine Auskopplungsoptik (8; 17) mit mehreren optischen Elementen (9-11), von denen ein in einem Strahlengang der LED-Cluster (2, 5, 16) erstes optisches Element in Form einer ersten Linse (9) eine den LED-Clustern (2, 5, 16) gemeinsame Lichteinstrahlfläche (12) mit einer vorgegebenen Grundform (13) aufweist, wobei - die LED-Cluster (2, 5, 16) einen seitlichen Abstand (L1) zueinander aufweisen, der mindestens so groß ist wie eine Ausdehnung (L2) mindestens eines der LED-Cluster (2, 5, 16) in der gleichen Richtung, - die gemeinsame Lichteinstrahlfläche (12) mindestens einen lokal begrenzten Lichteinstrahlbereich (14) unmittelbar vor einem zugehörigen LED-Cluster (2, 5) aufweist und - der mindestens eine lokal begrenzte Lichteinstrahlbereich (14) von der Grundform (13) der Lichteinstrahlfläche (12) abweicht.
  2. Scheinwerfer (1; 15)nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Lichteinstrahlbereich (14) eine rundliche Außenkontur aufweist und gegen die Grundform (13) der Lichteinstrahlfläche (12) verkippt ist.
  3. Scheinwerfer (1; 15)nach Anspruch 2, wobei die Verkippungen der Lichteinstrahlbereiche gleichgerichtet sind.
  4. Scheinwerfer (1; 15) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei mindestens ein Lichteinstrahlbereich (14) gegen eine optische Achse (O) der ersten Linse (9) oder der Auskopplungsoptik (8; 17) versetzt ist.
  5. Scheinwerfer (1; 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Lichteinstrahlbereich (14) eine zu der Grundform (13) der Lichteinstrahlfläche (12) gleiche Oberflächenform aufweist.
  6. Scheinwerfer (1; 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Lichteinstrahlbereich eine zu der Grundform der Lichteinstrahlfläche unterschiedliche Oberflächenform aufweist.
  7. Scheinwerfer (1; 15) nach Anspruch 6, wobei eine Oberfläche mindestens eines Lichteinstrahlbereichs freigeformt ist.
  8. Scheinwerfer (1; 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichteinstrahlbereiche (14) innerhalb eines Projektionsbereichs einer von dem zugehörigen Substrat (3, 6) ausgehenden senkrechten Projektion liegen.
  9. Scheinwerfer (1; 15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichteinstrahlbereiche (14) innerhalb eines von dem zugehörigen LED-Cluster (2, 5, 16) abgestrahlten Lichtbündels (R1, R2, R3) mit mindestens jeweiliger halber maximaler Strahlstärke liegen.
  10. Scheinwerfer (1; 15) nach einen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die LED-Cluster (2, 5, 16) jeweils mehrere LED-Chips (4, 7) aufweisen, die nebeneinander auf einem zugehörigen ebenen Substrat (3, 6) angeordnet sind, wobei ein seitlicher Abstand benachbarter LED-Chips (4, 7) eines LED-Clusters (2, 5, 16) wesentlich kleiner ist als der seitliche Abstand (L1) benachbarter LED-Cluster (2, 5, 16).
  11. Scheinwerfer (1; 15) nach Anspruch 10, wobei die die LED-Chips (4, 7) tragenden Ebenen der Substrate (3, 6) in einer gemeinsamen Ebene nebeneinander angeordnet sind.
  12. Scheinwerfer (1; 15) nach einen der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Scheinwerfer (1; 15) ein Fahrzeugscheinwerfer ist, insbesondere ein Scheinwerfer zur Frontbeleuchtung.
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