DE102019125971A1 - Motor vehicle headlight with a light module and a broadly illuminated light exit lens - Google Patents
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Abstract
Vorgestellt wird ein Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem Lichtmodul, das ein Projektionslinsensystem aufweist. Das Projektionslinsensystem weist eine Lichtaustrittslinse auf, die in quer zu ihrer optischen Achse liegenden Richtungen einen abbildende Eigenschaften aufweisenden zentralen Bereich und einen den zentralen Bereich umgebenden Randbereich aufweist. Der Kraftfahrzeugscheinwerfer zeichnet sich dadurch aus, dass der Randbereich über wenigstens eine ganze der beiden lichtbrechenden Flächen des Randbereichs verteilte Mikrostrukturen aufweist, die auf sie auftreffendes Licht, das von der primären Lichtverteilung ausgeht und den Randbereich der Lichtaustrittslinse durchsetzt, so bricht, dass dieses Licht diffus in alle Richtungen gestreut wird und/oder bevorzugt nach unten oder zur Seite gestreut wird und/oder gezielt in horizontal seitlich von der optischen Achse liegende Seitenbereiche und/oder nach unten abgelenkt wird.A motor vehicle headlight with a light module that has a projection lens system is presented. The projection lens system has a light exit lens which, in directions transverse to its optical axis, has a central region having imaging properties and an edge region surrounding the central region. The motor vehicle headlamp is characterized in that the edge area has microstructures distributed over at least one of the two refractive surfaces of the edge area, which refract light incident on it, which emanates from the primary light distribution and penetrates the edge area of the light exit lens, in such a way that this light is diffuse is scattered in all directions and / or is preferably scattered downwards or to the side and / or is specifically deflected into lateral areas lying horizontally to the side of the optical axis and / or downwards.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeugscheinwerfer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Scheinwerfer wird als per se bekannt vorausgesetzt und weist ein Lichtmodul mit einer Lichtquelle auf. Mit der Lichtquelle ist eine in dem Lichtmodul lokalisierte primäre Lichtverteilung erzeugbar. Das Lichtmodul weist ein eine optische Achse aufweisendes Projektionslinsensystem auf, mit dem die primäre Lichtverteilung als eine Sekundärlichtverteilung in einen außerhalb des Kraftfahrzeugscheinwerfers liegenden Raumbereich projizierbar ist. Das Projektionslinsensystem weist eine Lichtaustrittslinse auf, die in quer zu der optischen Achse liegenden Richtungen einen abbildende Eigenschaften aufweisenden zentralen Bereich und einen den zentralen Bereich umgebenden Randbereich auf, der eine lichtbrechende Lichteintrittsfläche und eine lichtbrechende Lichtaustrittsfläche aufweist.The present invention relates to a motor vehicle headlight according to the preamble of claim 1. Such a headlight is assumed to be known per se and has a light module with a light source. A primary light distribution localized in the light module can be generated with the light source. The light module has a projection lens system which has an optical axis and with which the primary light distribution can be projected as a secondary light distribution into a spatial area outside the motor vehicle headlight. The projection lens system has a light exit lens which, in directions transverse to the optical axis, has a central region having imaging properties and an edge region surrounding the central region, which has a refractive light input surface and a light refractive light output surface.
Der Durchmesser des aus der Lichtaustrittsfläche austretenden Lichtbündels des Lichtmoduls ist unter anderem von der gewünschten horizontalen Breite der Sekundärlichtverteilung abhängig. Je größer die horizontale Breite der Sekundärlichtverteilung sein soll, desto kleiner ist die Brennweite des Projektionslinsensystems bei ansonsten unverändertem Lichtmodul. Je kleiner die Brennweite des Projektionslinsensystems ist, desto kleiner ist bei ansonsten unverändertem Projektionslinsensystem auch der quer zur optischen Achse des Projektionslichtmoduls liegende Querschnitt, bzw. der bei einem kreisförmigen Querschnitt quer zu der optischen Achse liegende Durchmesser des aus der Lichtaustrittslinse austretenden Lichtbündels. Der Querschnitt, bzw. der Durchmesser der Lichtaustrittslinse wird vom Kraftfahrzeughersteller vorgegeben um zum Beispiel ein gewünschtes Erscheinungsbild zu erzeugen. Dabei wird in der Regel auch gefordert, dass die Lichtaustrittsfläche möglichst vollständig ausgeleuchtet wird.The diameter of the light beam of the light module emerging from the light exit surface depends, among other things, on the desired horizontal width of the secondary light distribution. The greater the horizontal width of the secondary light distribution, the smaller the focal length of the projection lens system with an otherwise unchanged light module. The smaller the focal length of the projection lens system, the smaller the cross section lying transversely to the optical axis of the projection light module, or the diameter of the light bundle emerging from the light exit lens transverse to the optical axis in the case of a circular cross section, with the projection lens system remaining unchanged. The cross-section or the diameter of the light exit lens is specified by the motor vehicle manufacturer in order, for example, to create a desired appearance. As a rule, it is also required that the light exit surface is illuminated as completely as possible.
Wenn statt einer Linse, die eine für eine bestimmte Brennweite aus technisch-physikalischen Gründen optimale Größe in quer zu ihrer optischen Achse liegenden Richtungen besitzt, eine in diesen Richtungen größere Linse verwendet wird und diese vollständig ausgeleuchtet werden soll, geht dies in der Regel zu Lasten der Abbildungsqualität. Dieser Effekt ist insbesondere bei hochaufgelöst steuerbaren Lichtverteilungen unerwünscht, weil er sich auflösungsbegrenzend auswirkt.If instead of a lens that has an optimal size for a certain focal length for technical and physical reasons in directions transverse to its optical axis, a lens larger in these directions is used and this is to be fully illuminated, this is usually at the expense the image quality. This effect is particularly undesirable in the case of high-resolution controllable light distributions because it has a resolution-limiting effect.
In der Druckschrift
Aus der
Die
Die
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Angabe eines Kraftfahrzeugscheinwerfers der eingangs genannten Art, der eine Lichtaustrittsfläche aufweist, die größer ist als für die Erzeugung der horizontalen Breite seiner Sekundärlichtverteilung erforderlich ist und die einem Betrachter ohne Einbußen an der Abbildungsqualität vollständig ausgeleuchtet erscheint. Der Vergleichsmaßstab für die Abbildungsqualität ist dabei ein Kraftfahrzeugscheinwerfer, der eine aus technisch-physikalischen Gründen quer zur optischen Achse optimal große und damit weniger große Lichtaustrittsfläche als der erfindungsgemäße Kraftfahrzeugscheinwerfer besitzt.Against this background, the object of the present invention is to specify a motor vehicle headlight of the type mentioned, which has a light exit surface that is larger than is necessary for generating the horizontal width of its secondary light distribution and that appears fully illuminated to a viewer without any loss of image quality . The benchmark for the image quality is a motor vehicle headlight which, for technical and physical reasons, has an optimally large and thus less large light exit surface than the motor vehicle headlight according to the invention, transversely to the optical axis.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei unterscheidet sich die Erfindung von dem eingangs als per se bekannt vorausgesetzten Stand der Technik dadurch, dass der Randbereich über wenigstens eine ganze seiner beiden lichtbrechenden Flächen verteilte Mikrostrukturen aufweist, die dazu eingerichtet sind, auf sie auftreffendes Licht, das von einem Schnittpunkt der optischen Achse mit der primären Lichtverteilung ausgeht und den Randbereich der Lichtaustrittslinse durchsetzt, so zu brechen, dass dieses Licht diffus in alle Richtungen gestreut wird und/oder bei bestimmungsgemäßer Verwendung bevorzugt nach unten oder zur Seite gestreut wird und/oder gezielt in bei bestimmungsgemäßer Verwendung horizontal seitlich von der optischen Achse liegende Seitenbereiche und/oder nach unten abgelenkt wird, ohne dass dabei ein Bild erzeugt wird.This object is achieved with the features of claim 1. The invention differs from the prior art assumed at the outset to be known per se in that the edge region has microstructures distributed over at least one of its two refractive surfaces, which are designed to absorb light from an intersection of the optical axis starts with the primary light distribution and penetrates the edge area of the light exit lens so that this light is diffusely scattered in all directions and / or, if used as intended, is preferably scattered downwards or to the side and / or targeted in, if used as intended, horizontally to the side of the optical axis lying side areas and / or is deflected downward without an image being generated.
Das Licht wird dabei so breit verteilt, dass ein Betrachter den Randbereich als leuchtend wahrnimmt, ohne von dem Licht, das von dem Randbereich ausgeht, geblendet zu werden.The light is distributed so widely that a viewer perceives the edge area as luminous without being dazzled by the light emanating from the edge area.
Die Ortsangaben wie unten und seitlich beziehen sich dabei auf eine Anordnung eines Kraftfahrzeugscheinwerfers im Raum, die seiner Orientierung bei seiner bestimmungsgemäßen Verwendung in einem Kraftfahrzeug entspricht.The location information as below and to the side relate to an arrangement of a motor vehicle headlight in space, its orientation corresponds to its intended use in a motor vehicle.
Unter einer Streuung wird hier verstanden, dass von einem Teil der primären Lichtverteilung ausgehendes Licht, das aus dem Randbereich der Linse austritt, kein Bild erzeugt (so dass z.B. ein Punkt der primären Lichtverteilung nicht als ein Punkt in der Sekundärlichtverteilung erscheint).Scattering is understood here to mean that light emanating from a part of the primary light distribution and emerging from the edge area of the lens does not generate an image (so that e.g. a point of the primary light distribution does not appear as a point in the secondary light distribution).
Diese angestrebte Kombination aus großer und über ihre gesamte Größe ausgeleuchteter Lichtaustrittslinse bei guter Abbildungsqualität wird bei der Erfindung durch die über eine gesamte Fläche des Randbereichs verteilten Mikrostrukturen in Kombination mit dem abbildenden zentralen Bereich erzielt.This desired combination of large and illuminated over its entire size light exit lens with good imaging quality is achieved in the invention by the microstructures distributed over an entire surface of the edge area in combination with the imaging central area.
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Lichtquelle eine Matrix-LED ist.A preferred embodiment is characterized in that the light source is a matrix LED.
Bevorzugt ist auch, dass das Projektionslinsensystem aus einer Sammellinse als Lichteintrittslinse und einer Lichtaustrittslinse besteht.It is also preferred that the projection lens system consists of a converging lens as a light entry lens and a light exit lens.
Weiter ist bevorzugt, dass die Mikrostrukturen Oberflächenrauigkeiten sind, die Licht wie Lambert-Strahler diffus in alle Richtungen streuen.It is further preferred that the microstructures are surface roughness that diffusely scatter light like Lambert radiators in all directions.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Mikrostrukturen diffraktive Optiken sind, die schleifenförmig in dem Randbereich angeordnet sind.Another preferred embodiment is characterized in that the microstructures are diffractive optics which are arranged in loops in the edge area.
Bevorzugt ist auch, dass die diffraktiven Optiken als Oberflächenprofilierung einer lichtbrechenden Fläche der Lichtaustrittslinse, sei es deren Lichteintrittsfläche oder deren Lichtaustrittsfläche, verwirklicht sind.It is also preferred that the diffractive optics are implemented as a surface profile of a refractive surface of the light exit lens, be it its light entry face or its light exit face.
Weiter ist bevorzugt, dass die Mikrostrukturen in die eine Lichteintrittsfläche und/oder in eine Lichtaustrittsfläche der Lichtaustrittslinse eingepresst sind.It is further preferred that the microstructures are pressed into one light entry surface and / or into one light exit surface of the light exit lens.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Mikrostrukturen entweder beschränkt auf eine Lichteintrittsfläche des Randbereichs oder beschränkt auf eine Lichtaustrittsfläche des Randbereichs lokalisiert sind, oder sowohl in der Lichteintrittsfläche des Randbereichs als auch in der Lichtaustrittsfläche des Randbereichs lokalisiert sind.Another preferred embodiment is characterized in that the microstructures are localized either limited to a light entry surface of the edge area or limited to a light exit area of the edge area, or are localized both in the light entry area of the edge area and in the light exit area of the edge area.
Bevorzugt ist auch, dass die Lichtaustrittslinse in ihrem zentralen Bereich weder in der Lichteintrittsfläche noch in der Lichtaustrittsfläche eine Mikrostruktur aufweist.It is also preferred that the light exit lens has a microstructure in its central area, neither in the light entry surface nor in the light exit surface.
Weiter ist bevorzugt, dass der Randbereich zusätzlich zu den Mikrostrukturen noch mit einer teilweise absorbierenden Schicht belegt ist, die den Anteil des gestreuten Lichtes verringert.It is further preferred that, in addition to the microstructures, the edge area is also covered with a partially absorbing layer which reduces the proportion of scattered light.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Kraftfahrzeugscheinwerfer zwei Lichtmodule unterschiedlicher Brennweiten aufweist, wobei das die kürzere der beiden Brennweiten aufweisende Lichtmodul die in den vorhergehenden Ansprüchen in Bezug auf ein Lichtmodul genannten Merkmale aufweist.Another preferred embodiment is characterized in that the motor vehicle headlight has two light modules of different focal lengths, the light module having the shorter of the two focal lengths having the features mentioned in the preceding claims with regard to a light module.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Unteransprüchen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.Further advantages result from the following description, the drawings and the subclaims. It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description.
Dabei zeigen, jeweils in schematischer Form:
-
1 einen Kraftfahrzeugscheinwerfer; -
2 eine Ausgestaltung eines Lichtmoduls der1 , das eine Lichtquelle und ein Projektionslinsensystem aufweist; -
3 ein Lichtmodul, mit einem im Vergleich zur2 veränderten Projektionslinsensystem; -
4 ein Projektionslichtmodul eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfers; -
5 eine Vorderansicht einer Lichtaustrittslinse mit einer zusätzlichen kreisförmigen Blende die einen radial am weitesten außen liegenden Teil des Randbereichs abdeckt; und -
6 eine Ausgestaltung eines Kraftfahrzeugscheinwerfers mit zwei Lichtmodulen unterschiedlicher Brennweite.
-
1 an automobile headlight; -
2 an embodiment of a light module of1 having a light source and a projection lens system; -
3 a light module, with a compared to the2 modified projection lens system; -
4th a projection light module of an embodiment of a motor vehicle headlight according to the invention; -
5 a front view of a light exit lens with an additional circular aperture which covers a radially outermost part of the edge region; and -
6th an embodiment of a motor vehicle headlight with two light modules of different focal lengths.
Im Einzelnen zeigt die
In dem Gehäuse
Eine Matrix-LED
Um die hohe Auflösung der Matrix-LED
In der
Die Richtungs- und Lage-Angaben x, H, V, beziehen sich auf eine Orientierung des Kraftfahrzeugscheinwerfers
Lichtmodule
Das Licht eines einzelnen leuchtenden Pixels
Die
Die Linsen
Dieser Effekt, der sich im Prinzip für alle Lichtquellen ergibt, ist bei der Verwendung einer Matrix-LED
Die Lichtaustrittsfläche der Matrix-LED
Der Randbereich
Bei den Mikrostrukturen
In einer alternativen Ausgestaltung sind diffraktive Optiken (Beugungsgitter) streifen- oder kreisförmig in dem Randbereich
In einer weiteren alternativen Ausgestaltung sind Mikroprismen als Mikrostrukturen
Die Quantität des durch die Mikroprismen gestreuten Lichtes wird durch eine Variation der Zahl der Mikroprismen pro Flächeneinheit, der Größe und der Form der einzelnen Mikroprismen beim Entwurf vorgegeben. Die einzelnen Mikroprismen können die gleiche Form und gegebenenfalls zusätzlich gleiche Abmessungen aufweisen, also untereinander gleich sein. Ein Mikroprisma erhebt sich aus der übrigen lichtbrechenden Fläche heraus. Die Höhe der Erhebung über der übrigen lichtbrechenden Fläche beträgt zum Beispiel 3% bis 15% der lateralen Ausdehnung eines Mikroprismas. Bei bevorzugten lateralen Längen von 0,5 bis 4 mm erhält man Erhebungshöhen von 15 Mikrometer bis 0,6 mm. Die zu wählende Höhe hängt auch von der Brechzahl der Lichtaustrittslinse
Das Mikroprisma ist in einer Ausgestaltung als Verkippung eines Teilbereichs der lichtbrechenden Fläche gegenüber der übrigen lichtbrechenden Fläche realisiert. Durch diese Verkippung wird der gewünschte prismatische, das heißt lichtablenkende Effekt erreicht, mit dem eine abbildende Wirkung vermieden wird. Die verkippten Abschnitte sind in einer Ausgestaltung quadratisch; sie können aber auch eine andere Gestalt, z. B. eine Trapezform, besitzen. Bevorzugt ist auch, dass die Verkippung der Oberfläche innerhalb einer Mikrostruktur nicht konstant ist, sondern variiert. Der Grad der Verkippung beeinflusst den Winkel, um den das Licht abgelenkt wird. Durch die Variation dieses Winkels erfolgt eine Streuung in den gesamten Sichtbarkeitsbereich, in dem die Lichtaustrittsfläche als leuchtend wahrnehmbar sein soll.In one embodiment, the microprism is implemented as a tilting of a sub-area of the refractive surface with respect to the rest of the refractive surface. This tilting achieves the desired prismatic, that is to say light-deflecting, effect with which an imaging effect is avoided. The tilted sections are square in one embodiment; but they can also have a different shape, e.g. B. have a trapezoidal shape. It is also preferred that the tilting of the surface within a microstructure is not constant, but varies. The degree of tilt affects the angle by which the light is deflected. By varying this angle, there is a spread over the entire visibility area in which the light exit surface should be perceptible as luminous.
Die Mikrostrukturen
Der für die Erzeugung der Sekundärlichtverteilung (Scheinwerferlichtverteilung) und die Abbildungsqualität wichtige Bereich der Lichtaustrittslinse ist der zentrale Bereich
Im zentralen Bereich
In einer Ausgestaltung kann der Randbereich zusätzlich zu den Mikrostrukturen
Die vorliegende Erfindung ist auch vorteilhaft bei Doppelscheinwerfern verwendbar, die Lichtmodule unterschiedlicher Brennweiten aufweisen.The present invention can also be used advantageously in double headlights which have light modules of different focal lengths.
Die
Das erste Projektionslinsensystem
Mit dem ersten Projektionslinsensystem
Das zweite Projektionslinsensystem
Mit dem zweiten Projektionslinsensystem
Die zweite Brennweite f2 ist kleiner als die erste Brennweite f1. Eine kleine Brennweite geht bei einem Entwurf, der die optischen Eigenschaften optimiert, mit einem nicht nur in Richtung der Brennweite/optischen Achse kleineren Projektionslinsensystem, sondern auch quer dazu kleineren Abmessungen der Lichtaustrittslinse einher. Aus gestalterischen Gründen sollen die Lichtaustrittslinsen der verschiedenen Lichtmodule eines Doppelscheinwerfers häufig gleich groß und bei eingeschalteten Lichtquellen möglichst identisch breit ausgeleuchtet sein. Eine bevorzugte Ausgestaltung eines solchen Doppelscheinwerfers zeichnet sich dadurch aus, dass sein zweites Lichtmodul die in den Ansprüchen in Bezug auf ein einzelnes Lichtmodul genannten Merkmale aufweist.The second focal length f2 is smaller than the first focal length f1. In the case of a design that optimizes the optical properties, a small focal length is associated with a projection lens system that is not only smaller in the direction of the focal length / optical axis, but also that the dimensions of the light exit lens are smaller across it. For design reasons, the light exit lenses of the various light modules of a double headlight should often be of the same size and illuminated as widely as possible when the light sources are switched on. A preferred embodiment of such a double headlight is characterized in that its second light module has the features mentioned in the claims with regard to a single light module.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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