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Die Erfindung betrifft ein Lichtmodul, einen Scheinwerfer und ein Kraftfahrzeug.
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Es sind beispielsweise LED-Scheinwerfer bekannt, deren Lichtmodul als ganze Einheit um Drehachsen rotiert werden, um die Funktion der Leuchtweiteneinstellung zu realisieren. Hierbei ist bei Projektionsmodulen der notwendige Bauraum für die resultieren Linsenbewegung vorzuhalten. In Konzepten mit Scheinwerfern ohne Abdeckscheibe können durch Einbringung von Schmutz oder Fremdpartikeln diese Bewegungsräume blockiert werden, was zu einem Ausfall der Leuchtweitenregelung führt.
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Die
EP 1 234 716 A1 offenbart einen Scheinwerfer, bei dem ein Linsenhalter mitsamt der Linse verschwenkt wird. Die Verschwenkachse verläuft durch einen Brennpunkt der Linse.
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Die
WO 2012/098142 A1 offenbart ein Modul zum Projizieren eines Lichtstrahls, umfassend eine Lichtquelle, die mit mindestens einer lichtemittierenden Diode zum Emittieren von Lichtstrahlen versehen ist. Ein optisches Element ist vorgesehen, das mit einer Linse versehen ist, die ein Bild der Quelle zum Erzeugen des Lichtstrahls projiziert. Des Weiteren ist ein Mittel zum Erzeugen einer Drehung des optischen Elements in Bezug auf die Lichtquelle vorgesehen.
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Mithin ist es Aufgabe der Erfindung die bekannten Lichtmodule zu verbessern.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein Lichtmodul gemäß dem Anspruch 1, durch einen Scheinwerfer gemäß einem nebengeordneten Anspruch und durch ein Kraftfahrzeug gemäß einem weiteren nebengeordneten Anspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Figuren ersichtlich.
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Gemäß einem ersten Aspekt dieser Beschreibung wird ein Lichtmodul zur Einstellung einer Leuchtweite eines Scheinwerfers eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Das Lichtmodul umfasst: Eine Projektionsoptik, welche dazu eingerichtet ist, eine erste Lichtverteilung in Abhängigkeit von einer auf die Projektionsoptik auftreffenden zweiten Lichtverteilung abzustrahlen; Eine erste Halterung, welche zu einem Gehäuse des Scheinwerfers festlegbar ist; Eine Komplexlichtquelle, welche dazu eingerichtet ist, die zweite Lichtverteilung in Richtung der Projektionsoptik abzustrahlen; Eine zweite Halterung, welche fest mit der Komplexlichtquelle verbunden ist, und welche zur Einstellung der Leuchtweite zu der ersten Halterung um eine gedachte Drehachse beweglich gelagert angeordnet ist; Und einen Antrieb, welcher an der zweiten Halterung angreift, und welcher dazu eingerichtet ist, die Komplexlichtquelle zur Einstellung der Leuchtweite um die Drehachse zu bewegen.
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Durch die Rotation der Komplexlichtquelle um eine von der Komplexlichtquelle beabstandeten Drehachse wird eine schwerpunktferne Aufhängung der Komplexlichtquelle bereitgestellt. Vorteilhaft findet hierdurch im Bereich der Projektionsoptik aufgrund der Projektionsoptik-nahen Drehachse nur eine geringe Verschenkung statt, was bauraumtechnische und designtechnische Freiheitsgrade im Bereich der Projektionsoptik bereitstellt.
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In einem vorteilhaften Beispiel ist die erste Halterung fest mit der Projektionsoptik verbunden, wobei mittels der ersten Halterung eine Position der Projektionsoptik zu dem Gehäuse des Scheinwerfers festlegbar ist.
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Da die Projektionsoptik nicht hoch und runter bewegt werden muss, kann das Lichtmodul insgesamt flacher sein, da die Extremlagen, d. h. die von der gedachten Drehachse entfernten Bereiche der zweiten Halterung bzw. der Komplexlichtquelle, von der Drehachse und damit von der Projektionsoptik beabstandet sind.
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Es wird folglich ein Lichtmodul bereitgestellt, mit dem eine Leuchtweitenregulierung durchführbar ist, ohne hierbei die Projektionsoptik mechanisch bewegen zu müssen. Die Komplexlichtquelle wird hingegen um die Drehachse bewegt, um über ein Zusammenwirken mit der feststehenden Projektionsoptik die Leuchtweiteneinstellung zu realisieren.
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Die feststehende Projektionsoptik bildet einen optisch von außen sichtbaren Abschluss des Lichtmoduls. Durch die Festlegung der Projektionsoptik werden gestalterische Freiheitsgrade geschaffen. So wird es möglich, dass Designelemente bis unmittelbar an die Projektionsoptik herangeführt angeordnet werden können. Spalte zwischen dem Designelement und der Projektionsoptik können optisch frei gestaltet werden, ohne Rücksicht auf die Leuchtweitenregulierung nehmen zu müssen.
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Insbesondere werden dadurch abdeckscheibenfreie Scheinwerfer möglich, bei denen eine Blockade der Leuchtweitenregulierung durch von außen einwirkende Fremdkörper wirksam verhindert wird.
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In Scheinwerfern mit und ohne Abdeckscheibe ergeben sich weitergehend Freiheitsgrade hinsichtlich des Bauraums. Beispielsweise lässt sich die Projektionsoptik schmaler ausführen. Das Package fällt schmaler aus. So kann trotz der erforderlichen Drehbewegung Bauraum reduziert werden.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die zweite Halterung fest mit der Projektionsoptik verbunden ist.
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Vorteilhaft wird so die Projektionsoptik aufgrund der nahen Drehachse nur gering verschwenkt, was bauraumtechnische und designtechnische Freiheitsgrade im Bereich der Projektionsoptik schafft.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die gedachte Drehachse im Bereich der Projektionsoptik oder durch die Projektionsoptik hindurch verläuft.
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Vorteilhaft wird ein Kompromiss zwischen Abbildungsqualität und mechanischem Aufwand zur Realisierung der Leuchtweiteneinstellung bei fixierter Projektionsoptik geschaffen. Insbesondere reduziert sich durch die Lage der gedachten Drehachse im Bereich oder durch die Projektionsoptik hindurch ein Drehwinkelbereich, den die Komplexlichtquelle zur Leuchtweiteneinstellung durchfahren muss.
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Selbstverständlich kann die Drehachse auch leicht vor oder hinter einem Linsenpaket im Sinne der Projektionsoptik verlaufen.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens ein Radiallager, durch welche die Drehachse verläuft, zwischen der ersten und der zweiten Halterung angeordnet sind, um die Rotationsbewegung der zweiten Halterung zu der ersten Halterung freizugeben.
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Vorteilhaft wird der Rotationsfreiheitsgrad der Komplexlichtquelle durch das einfach auszuführende und präzise arbeitende Radiallager ermöglicht.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens eine Kurvenführung zwischen der ersten und zweiten Halterung angeordnet ist, um die Rotationsbewegung der zweiten Halterung zu der ersten Halterung freizugeben.
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Eine Kurvenführung umfasst beispielsweise eine kurvenförmige Bahn, deren Krümmungsmittelpunkt auf der gedachten Drehachse liegt, und einen Stift, welcher in die kurvenförmige Bahn eingreift. Alternativ kann auch ein wenigstens U-förmiges Element einen kurvenförmigen Vorsprung umgreifen. Beispielsweise sind die Kurvenbahn bzw. der kurvenförmige Vorsprung der ersten Halterung zugeordnet und der Stift bzw. das U-förmige Element der zweiten Halterung.
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Die vorgeschlagene alternative oder zusätzliche Kurvenführung ermöglicht Freiheitsgrade bei der Anordnung der Drehachse. Verläuft beispielsweise die Drehachse in einem Bereich vor der Projektionsoptik, so kann das Radiallager entfallen und die Kurvenführung ermöglicht eine gewünschte Anordnung und Führung der Komplexlichtquelle in Bezug zu der zweiten Halterung und damit in Bezug auf die Projektionsoptik. Die Kurvenführung ermöglicht damit Freiheitsgrade bei der Konstruktion und Gestaltung des Lichtmoduls.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass ein zum Gehäuse oder zur ersten Halterung feststehend anordenbares Federelement derart ausgestaltet ist und an der zweiten Halterung derart angreift, so dass wenigstens ein Teil der Gewichtskraft der Komplexlichtquelle und der zweiten Halterung in das zweite Federelement eingeleitet wird.
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Vorteilhaft wird durch das vorgesehene Federelement, beispielsweise in Form einer Spiralfeder, Druckfeder oder Zugfeder, der Antrieb in Form eines Elektroschrittmotors entlastet. Vorzugweise stellt der Antrieb damit nur vergleichsweise kleine Kräfte. Entsprechend ergibt sich eine höhere Lebensdauer des Antriebs und damit des gesamten Lichtmoduls.
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Insbesondere bei einer Schwerpunkt-fernen Aufhängung der Komplexlichtquelle im Bereich der Drehachse ermöglicht die Federunterstützung eine wirksame Entlastung des Antriebs. Alternativ oder zusätzlich umfasst der Antrieb eine Mehrzahl von Elektromotoren, welche insbesondere parallel über ein Ausgleichsgetriebe bzw. -gestänge derart miteinander verbunden sind, dass eine gegenseitige Blockierung der Elektromotoren vermieden wird und/oder dass sich Antriebskräfte addieren.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass ein Rotationwinkel der zweiten Halterung zur ersten Halterung zur Einstellung der Leuchtweite einen Winkel von 4° nicht überschreitet und insbesondere in einem Bereich zwischen 1,5° und 3,5°, insbesondere in einem Bereich zwischen 2° und 3° liegt.
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Vorteilhaft lassen sich bereits über diese geringen Rotationswinkelbereiche die Leuchtweiteneinstellung realisieren.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass eine Kante eines Blendenelements der Komplexlichtquelle gekrümmt ist.
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Die gekrümmte Kante dient zur Erzeugung einer abschnittsweise nahezu geraden Hell-Dunkel-Grenze in der vom Lichtmodul abgestrahlten Lichtverteilung.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Projektionsoptik eine gedachte Petzvalfläche definiert, auf welcher gedachte Brennpunkte der Projektionsoptik liegen, und wobei die Krümmung der Kante des Blendenelements wenigstens abschnittsweise der gedachten Petzvalfläche der Projektionsoptik folgt.
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Vorteilhaft wird durch diese Ausbildung des Blendenelements erreicht, dass insbesondere eine durch die Kante des Blendenelements erzeugte Hell-Dunkel-Grenze der abgestrahlten Lichtverteilung insbesondere einer Abblendlichtverteilung sichtbar trennscharf vor dem Fahrzeug auf die Fahrbahn geworfen wird.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die gekrümmte Kante bei ihrer Rotation um die Drehachse wenigstens abschnittsweise entlang der gedachten Petzvalfläche bewegbar ist.
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Vorteilhaft bleibt so die trennscharfe Abbildung der Kante des Blendenelements bei einem Durchlaufen des Drehwinkelbereichs erhalten.
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Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass eine Primäroptik der Komplexlichtquelle dazu eingerichtet ist, eine dritte Lichtverteilung in Abhängigkeit von einer auf die Primäroptik auftreffenden vierten Lichtverteilung in Richtung der Kante des Blendenelements abzustrahlen, und wobei eine Lichtquelle der Komplexlichtquelle dazu eingerichtet ist, die vierte Lichtverteilung in Richtung der Primäroptik abzustrahlen.
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Die Komplexlichtquelle ermöglicht durch die Ausrichtung der dritten Lichtverteilung auf die Kante des Blendenelements die scharf erscheinende Hell-Dunkel-Grenze innerhalb der auf die Fahrbahn geworfenen Abstrahllichtverteilung.
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Ein zweiter Aspekt dieser Beschreibung betrifft einen Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug, wobei der Scheinwerfer das Lichtmodul gemäß dem ersten Aspekt umfasst.
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Ein dritter Aspekt dieser Beschreibung betrifft ein Kraftfahrzeug umfassend den Scheinwerfer gemäß dem zweiten Aspekt, wobei die gedachte Drehachse des Lichtmoduls parallel zu einer Nickachse des Kraftfahrzeugs verläuft. Die gedachte Drehachse kann auch leicht schräg parallel zur Nickachse verlaufen, was zwar Abweichungen in der abgestrahlten Lichtverteilung erzeugt, die jedoch in Grenzen vertretbar sind.
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In der Zeichnung zeigen:
- 1 eine perspektivische schematische Darstellung eines Lichtmoduls;
- 2 und 3 jeweils einen schematischen Sagittalschnitt eines Scheinwerfers; und
- 4 eine perspektivische schematische Darstellung einer Komplexlichtquelle.
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1 zeigt eine perspektivische schematische Darstellung eines Lichtmoduls 100 zur Einstellung einer Leuchtweite eines Scheinwerfers. Eine Projektionsoptik 102 ist dazu eingerichtet, eine erste Lichtverteilung 104 in Abhängigkeit von einer auf die Projektionsoptik 102 auftreffenden zweiten Lichtverteilung 106 abzustrahlen. Die Projektionsoptik 102 umfasst beispielsweise eine oder mehrere Linsen.
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Eine erste Halterung 108 ist fest mit der Projektionsoptik 102 verbunden. So legt ein Halteabschnitt 134 der ersten Halterung die Projektionsoptik 102 zu der ersten Halterung 108 fest. Mittels der ersten Halterung 108 ist eine Position der Projektionsoptik 102 zu einem Gehäuse des Scheinwerfers festlegbar. Die erste Halterung 108 ist während des Betriebs des Lichtmoduls zu der Karosserie des Kraftfahrzeugs festgelegt. Die individuelle Ausrichtung des Lichtmoduls 100 zu dem Gehäuse des Scheinwerfers ist über manuelle Einstellvorrichtungen 130 und 132, welche an der ersten Halterung 108 angreifen, einstellbar.
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Die Befestigung der ersten Halterung 108 zu dem Gehäuse kann unmittelbar über entsprechende Befestigungsmittel erfolgen. Alternativ oder zusätzlich ist eine mittelbare Festlegung der ersten Halterung 108 zu dem Gehäuse über weitere Elemente möglich.
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Eine Komplexlichtquelle 110 ist dazu eingerichtet, die zweite Lichtverteilung 106 in Richtung der Projektionsoptik 102 abzustrahlen. Hierzu umfasst die Komplexlichtquelle 110 wenigstens eine Lichtquelle und eine Mehrzahl von optisch wirksamen Elementen. Ein beispielhafter Aufbau ist in 4 gezeigt. Alternativ zum Beispiel der 4 ist die Komplexlichtquelle 110 eine blendenfreie Matrixlichtquelle mit matrixartig angeordneten Einzellichtquellen, welche die zweite Lichtverteilung 102 in Richtung der Projektionsoptik 102 abstrahlen.
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Eine zweite Halterung 112 ist fest mit der Komplexlichtquelle 110 verbunden. Zur Einstellung der Leuchtweite wird die zweite Halterung 112 zu der ersten Halterung 108 um eine gedachte Drehachse 114 rotiert. Die zweite Halterung 112 gibt einen Raum 136 frei, in welchen die Komplexlichtquelle 110 die Lichtverteilung 106 einstrahlt. Die gedachte Drehachse 114 verläuft im Bereich der Projektionsoptik 102 oder durch die Projektionsoptik 102 hindurch.
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So befindet sich die Projektionsoptik 102 innerhalb eines gedachten Zylinders mit der Drehachse 114 als Zylinderachse. Die Komplexlichtquelle 110 befindet sich außerhalb dieses gedachten Zylinders.
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Radiallager 124, 126 verbinden die erste und die zweite Halterung 108, 112. Durch die Radiallager 124 und 126 verläuft die gedachte Drehachse 114. Die Radiallager 124 und 126 geben die Rotationsbewegung der zweiten Halterung 112 zu der ersten Halterung 108 und beschränken alle anderen Bewegungsfreiheitsgrade. Ausgehend von dem jeweiligen Radiallager 124, 126 erstreckt sich ein Arm 144, 146 der zweiten Halterung 112 in Richtung eines Halteabschnitts 148. Der Halteabschnitt 148 der zweiten Halterung 112 fixiert die Komplexlichtquelle 110 zu der zweiten Halterung 112.
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Alternativ oder zusätzlich zu den Radiallagern 124, 126 ist wenigstens eine nicht gezeigte Kurvenführung zwischen der ersten und zweiten Halterung angeordnet, um die Rotationsbewegung der zweiten Halterung 112 zu der ersten Halterung 108 freizugeben.
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Während die Projektionslinse der Projektionsoptik 102 in dem feststehenden oder manuell einstellbaren Rahmen in Form der ersten Halterung 108 montiert ist, ist die Komplexlichtquelle 110 mit weiteren optischen Elementen auf einer zweiten Rahmeneinheit in Form der zweiten Halterung 112 montiert. Die zweite Halterung 112 ist über die linsennahe Drehachse 114 auf einer Kreisbahn beweglich gelagert. Durch die veränderbare Position der optischen Elemente der Komplexlichtquelle 110 gegenüber der Projektionsoptik 102 lässt sich eine Verschiebung der Lichtverteilung in vertikaler Richtung darstellen, welche die Leuchtweitenregel-Funktion erfüllt.
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Ein Antrieb 116, der als Elektroschrittmotor ausgebildet ist, greift an der zweiten Halterung 112 an. Der Antrieb 116 ist dazu eingerichtet, die Komplexlichtquelle 110 zur Einstellung der Leuchtweite um die Drehachse 114 zu rotieren. Der Antrieb 116 ist zu dem Gehäuse und/oder zu der ersten Halterung 108 fixiert. Der Antrieb 116 kann über eine mechanische Übersetzung aber auch anders beispielsweise horizontal angeordnet werden.
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Ein zum Gehäuse des Scheinwerfers oder zur ersten Halterung 108 feststehend angeordnetes Federelement 122 greift beispielsweise über ein Gelenk an der zweiten Halterung 112 an, um eine Kraft in die zweite Halterung 112 einzuleiten. Wenigstens ein Teil der Gewichtskraft der Komplexlichtquelle 110 und der zweiten Halterung 112 wird so in das zweite Federelement 122 eingeleitet, wogegen die Federkraft des Federelements 122 gerichtet ist.
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Ein Rotationwinkel der zweiten Halterung 112 zur ersten Halterung 108 zur Einstellung der Leuchtweite einen Winkel von 4° nicht überschreitet und insbesondere in einem Bereich zwischen 1,5° und 3,5°, insbesondere in einem Bereich zwischen 2° und 3° liegt.
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Die Komplexlichtquelle 110 umfasst ein schematisch dargestelltes Blendenelement 118, dessen Kante 120 eine Hell-Dunkel-Grenze 150 in der abgestrahlten Lichtverteilung erzeugt. Eine Bewegung der Komplexlichtquelle 110 um die gedachte Drehachse 114 gemäß dem Doppelpfeil 152 erzeugt eine Bewegung der sichtbaren Hell-Dunkel-Grenze 150 gemäß dem Doppelpfeil 154 und stellt damit die Leuchtweiteneinstellung bereit.
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Selbstverständlich können in nicht gezeigter Form weitere Komplexlichtquellen und weitere Projektionsoptiken vorgesehen sein, wobei die wenigstens eine weitere Komplexlichtquelle mit der zweiten Halterung 112 fest verbunden ist. Der Antrieb wird dann gemeinsam für mehrere Komplexlichtquellen und die zugeordneten Projektionsoptiken genutzt.
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In einem nicht gezeigten alternativen Beispiel ist die erste Halterung 108 nicht fest mit der Projektionsoptik 102 verbunden, sondern die Projektionsoptik 102 ist fest mit der zweiten Halterung 112 verbunden. Folglich werden die Projektionsoptik 102 und die Komplexlichtquelle 110 gemeinsam und feststehend zueinander um die gedachte Drehachse 114 verschwenkt. Dieses Beispiel ist insbesondere bei Scheinwerfern mit Abdeckscheibe vorteilhaft.
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2 zeigt einen schematischen Sagittalschnitt eines Beispiels des Scheinwerfers, der mit dem Bezugszeichen 200 versehen ist. Eine Lichtaustrittsöffnung des Gehäuses 202 ist mit einer transparenten Abdeckscheibe 204 verschlossen. Die Lichtverteilung 104 tritt durch die Abdeckscheibe 204 hindurch und wird nahezu unverändert als Abstrahllichtverteilung 206 von dem Scheinwerfer 200 abgestrahlt. Im Unterschied zu 1 ist die Projektionsoptik 102 als Doppellinsensystem ausgebildet.
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3 zeigt einen schematischen Sagittalschnitt eines Beispiels des Scheinwerfers, der mit dem Bezugszeichen 300 versehen ist. Die zu dem Gehäuse 302 feststehende erste Halterung 108 ist in einem distalen Bereich mit einem beispielsweise nicht-transparenten Abdeckmaterial 304 verbunden, welches wiederum mit dem Gehäuse 302 verbunden ist. Damit wird ein scheibenfreier Scheinwerfer 300 bereitgestellt. Das Abdeckmaterial kann beispielsweise ein Textil oder - aufgrund der zum Gehäuse 302 fixierten ersten Halterung 108 - auch ein fester Kunststoff sein. In diesem Beispiel bildet die äußere Linse den Abschluss des Scheinwerfers nach Außen, womit die Lichtverteilung 104 vorliegend die Abstrahllichtverteilung ist.
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4 zeigt eine perspektivische schematische Darstellung der Komplexlichtquelle 110. Eine Primäroptik 402 der Komplexlichtquelle 110 ist dazu eingerichtet, eine dritte Lichtverteilung 404 in Abhängigkeit von einer auf die Primäroptik 402 auftreffenden vierten Lichtverteilung 406 in Richtung der Kante 120 des Blendenelements 118 abzustrahlen. Das Blendenelement 118 ist beispielsweise auf der der Primäroptik 402 zugewandten Seite verspiegelt ausgeführt. Die Primäroptik 402 ist beispielsweise wie dargestellt als Reflektor ausgeführt. Eine Lichtquelle 408 der Komplexlichtquelle 110 ist dazu eingerichtet, die vierte Lichtverteilung 406 in Richtung der Primäroptik 402 abzustrahlen. Die Komplexlichtquelle 110 kann selbstverständlich noch weitere Lichtquellen, Primäroptiken und Blenden aufweisen.
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Die Kante 120 des Blendenelements 118 der Komplexlichtquelle 110 ist gekrümmt. Die Projektionsoptik 102 definiert eine gedachte Petzvalfläche, auf welcher gedachte Brennpunkte der Projektionsoptik 102 liegen, wobei die Krümmung der Kante 120 des Blendenelements 118 wenigstens abschnittsweise der gedachten Petzvalfläche der Projektionsoptik 102 folgt. Die gekrümmte Kante 120 bewegt sich beim Schwenken der Komplexlichtquelle 110 um die Drehachse 114 und dabei wenigstens abschnittsweise entlang der gedachten Petzvalfläche.
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In einem alternativen Beispiel verläuft die Kante 120 wenigstens abschnittsweise entlang einer Geraden und folgt damit nicht der Petzvalfläche.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1234716 A1 [0003]
- WO 2012/098142 A1 [0004]
