DE102020119939A1 - Headlight for a vehicle and vehicle with such a headlamp - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Scheinwerfer (10) für ein Fahrzeug (11), aufweisend: eine Linsenanordnung (12) mit einer ersten Linse (13), einer zweiten Linse (14) und einer dritten Linse (15), und eine Lichtquelle (16) zum Ausgeben von Lichtstrahlen (17) durch die Linsenanordnung (12), wobei die erste Linse (13) eine erste Lichteintrittsfläche (18), zum Einbringen der Lichtstrahlen (17) von der Lichtquelle (16) in die Linsenanordnung (12), und eine erste Lichtaustrittsfläche (19) aufweist, die zweite Linse (14) eine zweite Lichteintrittsfläche (20) und eine zweite Lichtaustrittsfläche (21) aufweist, und die dritte Linse (15) eine dritte Lichteintrittsfläche (22) und eine dritte Lichtaustrittsfläche (23), zum Leiten der Lichtstrahlen (17) aus der Linsenanordnung (12) heraus und in die Umgebung des Scheinwerfers (10), aufweist, und wobei die erste Linse (13), die zweite Linse (14) und die dritte Linse (15) jeweils eine positive Brechkraft zum Zusammenführen der Lichtstrahlen (17) aufweisen. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug (11) mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Scheinwerfer (10).The present invention relates to a headlight (10) for a vehicle (11), comprising: a lens arrangement (12) with a first lens (13), a second lens (14) and a third lens (15), and a light source (16 ) for emitting light rays (17) through the lens arrangement (12), the first lens (13) having a first light entry surface (18), for introducing the light rays (17) from the light source (16) into the lens arrangement (12), and has a first light exit surface (19), the second lens (14) has a second light entry surface (20) and a second light exit surface (21), and the third lens (15) has a third light entry surface (22) and a third light exit surface (23), for directing the light rays (17) out of the lens arrangement (12) and into the vicinity of the headlight (10), and wherein the first lens (13), the second lens (14) and the third lens (15) each have a positive refractive power to combine the light rays ( 17). The invention also relates to a vehicle (11) with at least one headlight (10) according to the invention.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Scheinwerfer für ein Fahrzeug, aufweisend eine Linsenanordnung mit einer ersten Linse, einer zweiten Linse und einer dritten Linse, und eine Lichtquelle zum Ausgeben von Lichtstrahlen durch die Linsenanordnung, wobei die erste Linse eine erste Lichteintrittsfläche, zum Einbringen der Lichtstrahlen von der Lichtquelle in die Linsenanordnung, und eine erste Lichtaustrittsfläche aufweist, die zweite Linse eine zweite Lichteintrittsfläche und eine zweite Lichtaustrittsfläche aufweist, und die dritte Linse eine dritte Lichteintrittsfläche und eine dritte Lichtaustrittsfläche, zum Leiten der Lichtstrahlen aus der Linsenanordnung heraus und in die Umgebung des Scheinwerfers, aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug mit einem solchen Scheinwerfer.The present invention relates to a headlight for a vehicle, having a lens arrangement with a first lens, a second lens and a third lens, and a light source for emitting light rays through the lens arrangement, the first lens having a first light entry surface for introducing the light rays from the light source into the lens arrangement, and has a first light exit surface, the second lens has a second light entry surface and a second light exit surface, and the third lens has a third light entry surface and a third light exit surface, for guiding the light beams out of the lens arrangement and into the area surrounding the headlight , having. The invention also relates to a vehicle with such a headlight.
Scheinwerfer für Fahrzeuge wie PKWs, LKWs oder Motorräder weisen eine Lichtquelle und eine Optik zum gezielten Leiten der Lichtstrahlen von der Lichtquelle auf die Straße und in die Umgebung des Fahrzeugs auf. Konventionelle Optiken in Fahrzeugscheinwerfern weisen in der Regel eine oder zwei Linsen auf. Derartige Optiken bilden bei der Verwendung von neuartigen Lichtquellen aber nicht scharf genug ab, nehmen zu wenig Strahlkegel auf und/oder haben Probleme mit einer möglichst weichen Darstellung von einzelnen Pixeln der Lichtquelle. Es sind zwar auch Optiken mit mehr als zwei Linsenelementen bekannt. Diese sind jedoch bislang nicht ausreichend lichteffizient für Scheinwerferanwendungen im Fahrzeugbereich konfiguriert, relativ teuer und/oder zu groß. Ein konventioneller Scheinwerfer für Fahrzeuge mit mehreren Linsenelementen geht beispielsweise aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, der voranstehend beschriebenen Problematik zumindest teilweise Rechnung zu tragen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kompakten, kostengünstigen und flexibel einsetzbaren Scheinwerfer mit einer möglichst scharfen Optik für ein Fahrzeug sowie ein Fahrzeug mit wenigstens einem solchen Scheinwerfer zur Verfügung zu stellen.The object of the present invention is to at least partially take account of the problems described above. In particular, it is the object of the present invention to provide a compact, inexpensive and flexible headlight with the sharpest possible lens for a vehicle and a vehicle with at least one such headlight.
Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe durch den Scheinwerfer gemäß Anspruch 1 sowie das Fahrzeug gemäß Anspruch 15 gelöst. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren. Dabei gelten Merkmale, die im Zusammenhang mit dem Scheinwerfer beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird und/oder werden kann.The above object is solved by the patent claims. In particular, the above object is achieved by the headlight according to claim 1 and the vehicle according to
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Scheinwerfer für ein Fahrzeug zur Verfügung gestellt. Der Scheinwerfer weist eine Linsenanordnung mit einer ersten Linse, einer zweiten Linse und einer dritten Linse auf. Der Scheinwerfer weist ferner eine Lichtquelle zum Ausgeben von Lichtstrahlen durch die Linsenanordnung auf. Die erste Linse weist eine erste Lichteintrittsfläche, zum Einbringen der Lichtstrahlen von der Lichtquelle in die Linsenanordnung, und eine erste Lichtaustrittsfläche auf. Die zweite Linse weist eine zweite Lichteintrittsfläche und eine zweite Lichtaustrittsfläche auf. Die dritte Linse weist eine dritte Lichteintrittsfläche und eine dritte Lichtaustrittsfläche, zum Leiten der Lichtstrahlen aus der Linsenanordnung heraus und in die Umgebung des Scheinwerfers, auf. Die erste Linse, die zweite Linse und die dritte Linse weisen jeweils eine positive Brechkraft zum Zusammenführen der Lichtstrahlen oder zumindest eines überwiegenden Teils der Lichtstrahlen auf.According to a first aspect of the present invention, there is provided a headlight for a vehicle. The headlight has a lens arrangement with a first lens, a second lens and a third lens. The headlight further includes a light source for outputting light rays through the lens assembly. The first lens has a first light entry surface, for introducing the light beams from the light source into the lens arrangement, and a first light exit surface. The second lens has a second light entry surface and a second light exit surface. The third lens has a third light entry surface and a third light exit surface for directing the light beams out of the lens arrangement and into the area surrounding the headlight. The first lens, the second lens and the third lens each have a positive refractive power for combining the light rays or at least a majority of the light rays.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat man sich von einem für Fahrzeugscheinwerfer konventionellen Ein- oder Zwei-Linsen-System abgewandt und eine Linsenanordnung mit drei Linsen, insbesondere mit genau drei Linsen mit bis zu sechs optisch wirksamen Flächen, entwickelt. Unter einer optisch wirksamen Fläche ist hierbei eine Fläche zu verstehen, die Lichtstrahlen, die sich durch die optische Fläche erstrecken, aus einer Eintrittsrichtung in die optische Fläche in eine Austrittsrichtung aus der optischen Fläche, welche sich von der Eintrittsrichtung unterscheidet, lenkt. Durch die Aufteilung der Linsen bzw. das Teilen einer bisher üblichen Linse in drei Linsenelemente wird auch die Brechkraft entsprechend aufgeteilt. Die Aufteilung der Brechkraft sorgt wiederum für eine relativ geringe Toleranz-Sensitivität hinsichtlich der Lichtbrechung. Darüber hinaus kann durch die Aufteilung der Brechkraft eine besonders hohe Abbildungsqualität hinsichtlich der Lichtstrahlen auf der Straße und/oder in der Umgebung des Scheinwerfers bzw. des Fahrzeugs erreicht werden. Durch die hohe Abbildungsqualität und die dadurch resultierende Lichteffizienz können bezüglich einer zu erreichenden Lichtleistung sowohl gesetzliche Vorgaben als auch Kundenanforderungen problemlos erfüllt werden. Darüber hinaus können Projektionen von Hell-Dunkel-Grenzen auf einem Untergrund vor dem Fahrzeug mit ausreichendem Gradienten ermöglicht werden, auch wenn Kurvenlichtszenarios über das Schalten von etwaigen Pixeln auf der Lichtquelle realisiert werden. Mit der erfindungsgemäßen Linsenanordnung und insbesondere der Konfiguration der einzelnen Linsen kann zudem eine Fernlichtmatrix mit klar trennbaren Kanälen bis in einen Außenbereich einer Lichtverteilung des Scheinwerfers bereitgestellt werden.Within the scope of the present invention, a one- or two-lens system conventional for vehicle headlights has been turned away and a lens arrangement with three lenses, in particular with exactly three lenses with up to six optically effective surfaces, has been developed. An optically effective surface is to be understood here as a surface that directs light rays that extend through the optical surface from an entry direction into the optical surface into an exit direction from the optical surface, which differs from the entry direction. By dividing the lenses or by dividing a conventional lens into three lens elements, the refractive power is also divided accordingly. The distribution of the refractive power in turn ensures a relatively low tolerance sensitivity with regard to light refraction. In addition, by dividing the refractive power, a particularly high imaging quality with regard to the light beams on the road and/or in the area surrounding the headlight or the vehicle can be achieved. Due to the high image quality and the resulting light efficiency, both legal requirements and customer requirements can be easily met with regard to the light output that can be achieved. In addition, projections of light-dark boundaries on a surface in front of the vehicle with a sufficient gradient can be made possible, even if cornering light scenarios are implemented by switching any pixels on the light source. With the lens arrangement according to the invention and in particular the configuration of the individual lenses, a high-beam light matrix with channels that can be clearly separated can also extend into an outer area a light distribution of the headlight are provided.
Der Scheinwerfer wird insbesondere als Fahrzeugscheinwerfer für ein Kraftfahrzeug, bevorzugt für ein Straßenfahrzeug wie einen PKW, einen LKW und/oder ein Motorrad zur Verfügung gestellt. Unter dem Zusammenführen der Lichtstrahlen kann ein Verringern des Winkels zwischen den Lichtstrahlen verstanden werden. Insbesondere sind die Linsenanordnung und/oder die erste Linse, die zweite Linse und die dritte Linse zum iterativen Zusammenführen der Lichtstrahlen angeordnet und ausgestaltet. D. h., die Linsenanordnung ist bevorzugt dahingehend ausgestaltet, dass die Lichtstrahlen und/oder ein Lichtkegel mit den Lichtstrahlen von Linse zu Linse bzw. durch jede Linse ein Stück weiter zusammengeführt werden. Unter dem Zusammenführen soll insbesondere nicht ein Zusammenführen zu einem Brennpunkt verstanden werden. Die Linsenanordnung kann demnach dahingehend ausgestaltet sein, dass ein Winkel eines ersten Lichtkegels zwischen der Lichtquelle und der ersten Linse größer als ein Winkel eines zweiten Lichtkegels zwischen der ersten Linse und der zweiten Linse ist, und dass der Winkel des zweiten Lichtkegels zwischen der ersten Linse und der zweiten Linse größer als ein Winkel eines dritten Lichtkegels zwischen der zweiten Linse und der dritten Linse ist. Der erste Lichtkegel, der zweite Lichtkegel und der dritte Lichtkegel sind jeweils als Bestandteil eines Gesamt-Lichtstrahls von der Lichtquelle durch die Linsenanordnung in die Umgebung des Scheinwerfers zu verstehen. Außerdem sind zumindest der zweite Lichtkegel und der dritte Lichtkegel als gedachter Lichtkegel zu verstehen, bei welchem ein jeweiliger Lichtkegelstumpf, zum Bilden einer gedachten Lichtkegelspitze mit dem genannten Winkel, verlängert wird. Die positive Brechkraft der Linsen kann ferner dahingehend konfiguriert sein, dass der Lichtaustrittswinkel der Lichtstrahlen stets im positiven Bereich bleibt und/oder die Lichtstrahlen vor dem Austritt aus der dritten Lichtauslassfläche nicht in einem Brennpunkt zusammengeführt werden. D. h., die Brechkraft der Linsen und/oder der Linsenanordnung ist dahingehend ausgelegt, dass ein Zusammenführen der Lichtstrahlen oder zumindest eines überwiegenden Teils der Lichtstrahlen in einem Brennpunkt innerhalb der Linsenanordnung und/oder zwischen der ersten Lichteintrittsfläche und der dritten Lichtaustrittsfläche verhindert wird.The headlight is made available in particular as a vehicle headlight for a motor vehicle, preferably for a road vehicle such as a passenger car, a truck and/or a motorcycle. Combining the light beams can be understood as reducing the angle between the light beams. In particular, the lens arrangement and/or the first lens, the second lens and the third lens are arranged and designed for iteratively combining the light beams. In other words, the lens arrangement is preferably designed in such a way that the light beams and/or a light cone with the light beams are brought together a little further from lens to lens or through each lens. Merging should in particular not be understood to mean merging to a focal point. The lens arrangement can therefore be configured such that an angle of a first cone of light between the light source and the first lens is greater than an angle of a second cone of light between the first lens and the second lens, and that the angle of the second cone of light between the first lens and of the second lens is greater than an angle of a third cone of light between the second lens and the third lens. The first light cone, the second light cone and the third light cone are each to be understood as part of an overall light beam from the light source through the lens arrangement into the area surrounding the headlight. In addition, at least the second light cone and the third light cone are to be understood as an imaginary light cone in which a respective truncated light cone is lengthened to form an imaginary light cone tip with the stated angle. The positive refractive power of the lenses can also be configured in such a way that the light exit angle of the light rays always remains in the positive range and/or the light rays are not brought together in a focal point before exiting the third light exit surface. That is, the refractive power of the lenses and/or the lens arrangement is designed in such a way that the light rays or at least a majority of the light rays are prevented from merging at a focal point within the lens arrangement and/or between the first light entry surface and the third light exit surface.
Die drei Linsen sind bevorzugt entlang einer optischen Achse durch wenigstens die erste Linse und die zweite Linse hintereinander angeordnet, wobei in einer Lichtaustrittsrichtung von der Lichtquelle insbesondere die zweite Linse nach der ersten Linse angeordnet ist und die dritte Linse nach der zweiten Linse angeordnet ist. Die Linsen sind ferner bevorzugt konzentrisch oder zumindest annähernd konzentrisch zueinander und/oder hintereinander angeordnet.The three lenses are preferably arranged one behind the other along an optical axis through at least the first lens and the second lens, with the second lens in particular being arranged after the first lens and the third lens being arranged after the second lens in a light exit direction from the light source. The lenses are also preferably arranged concentrically or at least approximately concentrically to one another and/or one behind the other.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bei einem Scheinwerfer die erste Lichteintrittsfläche, die zweite Lichteintrittsfläche, die zweite Lichtaustrittsfläche und/oder die dritte Lichteintrittsfläche jeweils eine asphärische Fläche aufweisen und/oder jeweils als asphärische Fläche ausgestaltet sind. Mittels der Asphärisierung von wenigstens einer der Lichteintrittsflächen oder der Lichtaustrittsflächen kann in der vorgeschlagenen Linsenanordnung eine relativ hohe Abbildungsqualität bei einer geringen Baugröße erreicht werden. Die erste Lichteintrittsfläche kann eine gerade und/oder plane Fläche, insbesondere eine gerade Kreisfläche, aufweisen. Die erste Lichtaustrittsfläche weist vorzugsweise eine sphärische Fläche auf oder ist als sphärische Fläche ausgestaltet.According to a further embodiment of the present invention, it is possible that in a headlight the first light entry surface, the second light entry surface, the second light exit surface and/or the third light entry surface each have an aspherical surface and/or are each configured as an aspherical surface. By means of the aspherization of at least one of the light entry surfaces or the light exit surfaces, a relatively high imaging quality can be achieved with a small overall size in the proposed lens arrangement. The first light entry surface can have a straight and/or flat surface, in particular a straight circular surface. The first light exit surface preferably has a spherical surface or is designed as a spherical surface.
Ferner ist es bei einem erfindungsgemäßen Scheinwerfer möglich, dass die dritte Lichtaustrittsfläche eine Freiformfläche aufweist und/oder als Freiformfläche ausgestaltet ist. Die Freiformfläche kann den jeweiligen Nutzungsbedürfnissen des Scheinwerfers angepasst sein. Beispielsweise kann eine Strategie zur Vorfeldanbindung angestrebt werden, welche eine Kombination mit zusätzlichen Systemen im Scheinwerfer ermöglicht. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, dass sich damit im Vergleich zu bekannten Systemen mit einer rotationssymmetrischen Lichtaustrittsfläche eine relativ günstige, platzsparende und hinsichtlich der Lichtleistung hochwertige Optik realisieren lässt.Furthermore, it is possible with a headlight according to the invention that the third light exit surface has a free-form surface and/or is configured as a free-form surface. The free-form surface can be adapted to the respective usage needs of the headlight. For example, a strategy for connection to the apron can be aimed at, which enables a combination with additional systems in the headlight. Within the scope of the present invention, it was found that, in comparison to known systems with a rotationally symmetrical light exit surface, relatively inexpensive, space-saving optics with high quality in terms of light output can be implemented.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Freiformfläche bei einem Scheinwerfer gemäß der vorliegenden Erfindung die Freiformfläche in einem Scheinwerfer, der im Fahrzeug installiert ist, zum Lenken der Lichtstrahlen schräg zu einer optischen Achse der ersten Linse und/oder der zweiten Linse sowie zu einem Untergrund hin, auf welchem sich das Fahrzeug befindet, konfiguriert und ausgestaltet ist. Vereinfacht ausgedrückt soll damit erreicht werden, dass der Lichtkegel aus dem Scheinwerfer im Fahrzeug auf die Straße gelenkt wird, und zwar auch dann, wenn der Scheinwerfer als solcher dahingehend im Fahrzeug verbaut ist, dass sich die optische Achse zumindest der ersten Linse und/oder der zweiten Linse parallel oder im Wesentlichen parallel zur Straße bzw. zum Untergrund des Fahrzeugs erstreckt. Die Freiformfläche ist zum Lenken von wenigstens einem Teil der Lichtstrahlen schräg zur optischen Achse der ersten Linse und/oder der zweiten Linse sowie zum Untergrund des Fahrzeugs hin konfiguriert und ausgestaltet. Die Freiformfläche kann demnach eine partielle Abweichung von einer sonstigen Rotationssymmetrie der dritten Linse und/oder der dritten Lichtaustrittsfläche aufweisen. Durch diese Abweichung kann das Lichtbild in einer Weise verändert werden, dass die Anbindung des Scheinwerfers an beispielsweise ein vorfelderzeugendes Scheinwerferelement wie ein Projektionsmodul und/oder ein Reflektorsystem verbessert wird. Die Abweichung ist insbesondere zum Lenken der Lichtstrahlen in Richtung des Untergrunds, auf welchem sich das Fahrzeug mit einem darin installierten Scheinwerfer befindet, ausgestaltet. Die Freiformfläche kann ferner zum Aufheben einer Abbildungswirkung des Scheinwerfers ausgestaltet sein. Unter der Freiformfläche ist insbesondere keine sphärische und keine asphärische Flächenform zu verstehen.It is of particular advantage if the free-form surface in a headlight according to the present invention is the free-form surface in a headlight that is installed in the vehicle for directing the light beams at an angle to an optical axis of the first lens and/or the second lens and to a substrate indicating on which the vehicle is located, configured and designed. Put simply, this is intended to ensure that the light cone from the headlight in the vehicle is directed onto the road, even if the headlight as such is installed in the vehicle in such a way that the optical axis of at least the first lens and/or the second lens extends parallel or substantially parallel to the road or to the ground of the vehicle. The free-form surface is configured and designed to direct at least a portion of the light beams obliquely to the optical axis of the first lens and/or the second lens and to the vehicle's underbody. Accordingly, the free-form surface can partially deviate from an otherwise rotational symmetry of the third lens and/or the third light exit surface. As a result of this deviation, the light image can be changed in such a way that the connection of the headlight to, for example, a headlight element that generates a front field, such as a projection module and/or a reflector system, is improved. In particular, the deviation is designed to direct the light rays towards the ground on which the vehicle with a headlight installed therein is located. The free-form surface can also be designed to cancel out an imaging effect of the headlight. The free-form surface is to be understood in particular as neither a spherical nor an aspherical surface shape.
Weiterhin ist es möglich, dass bei einem Scheinwerfer gemäß der vorliegenden Erfindung die erste Lichtaustrittsfläche eine sphärische Fläche aufweist und/oder als sphärische Fläche ausgestaltet ist. Eine sphärische Fläche kann im Vergleich zu einer asphärischen Fläche relativ kostengünstig gefertigt werden. Bei Versuchen im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich herausgestellt, dass die erste Linse mit der sphärischen Lichtaustrittsfläche den gewünschten Qualitätsanforderungen hinsichtlich Abbildungsqualität der Linsenanordnung trotzdem zur Genüge Rechnung tragen kann.Furthermore, it is possible that in a headlight according to the present invention, the first light exit surface has a spherical surface and/or is configured as a spherical surface. A spherical surface can be manufactured relatively inexpensively compared to an aspherical surface. Tests within the scope of the present invention have shown that the first lens with the spherical light exit surface can nevertheless adequately meet the desired quality requirements with regard to imaging quality of the lens arrangement.
Die Brennweite der Linsenanordnung liegt bei einem erfindungsgemäßen Scheinwerfer vorzugsweise in einem Bereich zwischen 10 mm und 40 mm. Bei der Verwendung von einem SSL-Leuchtmittel als Lichtquelle liegt die Brennweite der Linsenanordnung vorzugsweise in einem Bereich zwischen 25 mm und 30 mm, insbesondere bei einem Wert von ca. 28 mm. Mit den genannten Werten kann bei der Verwendung von SSL-Leuchtmitteln eine besonders gute Abbildungsqualität erreicht werden.In a headlight according to the invention, the focal length of the lens arrangement is preferably in a range between 10 mm and 40 mm. When using an SSL illuminant as the light source, the focal length of the lens arrangement is preferably in a range between 25 mm and 30 mm, in particular at a value of approximately 28 mm. With the values mentioned, a particularly good image quality can be achieved when using SSL lamps.
Bei einem Scheinwerfer gemäß der vorliegenden Erfindung wird als Lichtquelle insbesondere ein SSL-Leuchtmittel verwendet und/oder die Lichtquelle weist wenigstens ein SSL-Leuchtmittel auf. In Kombination mit der vorgeschlagenen Linsenanordnung kann damit eine hohe Lichtleistung erzielt werden, die zudem gut sichtbar auf die Straße gebracht werden kann. Im Zusammenspiel der Linsenanordnung mit einem SSL-Leuchtmittel und/oder einer entsprechenden SSL-Pixellichtquelle werden Funktionen und Lichtverteilungen ermöglicht, die bisherigen premium Matrixmodulen entsprechen, die deutlich kostspieliger als das vorgeschlagene System sind. Bei der vorliegenden Lösung kann beispielsweise auf komplizierte und entsprechend hochpreisige Silikonprimäroptiken verzichtet werden. In a headlight according to the present invention, an SSL light source is used in particular as the light source and/or the light source has at least one SSL light source. In combination with the proposed lens arrangement, a high light output can thus be achieved, which can also be brought onto the road in a clearly visible manner. The interaction of the lens arrangement with an SSL illuminant and/or a corresponding SSL pixel light source enables functions and light distributions that correspond to previous premium matrix modules that are significantly more expensive than the proposed system. With the present solution, for example, complicated and correspondingly high-priced silicone primary optics can be dispensed with.
Die Abbildung flächentechnisch relativ kleiner SSL-Leuchtmittel ermöglicht im Vergleich zu marktüblichen Systemen kurzbrennweitige Systeme in den vorgenannten Bereichen zwischen beispielsweise 25 mm und 30 mm, die relativ kompakt gebaut werden können. Der Einsatz von SSL-Multipixel-Leuchtmitteln ermöglicht ferner premium Matrix-Scheinwerferfunktionen wie ein hoch aufgelöstes Matrix-Fernlicht zu realisieren. Hierfür sind jedoch auch neuartige optische Systeme erforderlich, um die auf der Lichtquelle erzeugten Lichtverteilungen, unter Berücksichtigung unterschiedlichster Anforderungen und Vorgaben, wunschgemäß in den Straßenraum zu projizieren. D. h., SSL-Leuchtmittel können nicht mit einer beliebigen Optik kombiniert werden. Mit der vorgeschlagenen Linsenanordnung ist dies jedoch möglich. Aktuelle Premium-Matrix-Systeme, die auf Einzel-LEDs mit Silikon-Primäroptik basieren, haben eine relativ lange Brennweite und benötigen einen entsprechend großen Bauraum. Außerdem sind solche Systeme vergleichsweise ineffizient hinsichtlich der benötigten Leistung und der daraus resultierenden Lichtausbeute.The imaging of SSL lamps that are relatively small in terms of surface area makes it possible to have systems with short focal lengths in the aforementioned ranges of between 25 mm and 30 mm, for example, which can be built relatively compactly, compared to commercially available systems. The use of SSL multipixel lamps also enables premium matrix headlight functions such as a high-resolution matrix high beam to be implemented. However, this also requires new types of optical systems in order to project the light distributions generated on the light source into the street space as desired, taking into account a wide variety of requirements and specifications. This means that SSL lamps cannot be combined with just any optic. However, this is possible with the proposed lens arrangement. Current premium matrix systems, which are based on individual LEDs with silicon primary optics, have a relatively long focal length and require a correspondingly large amount of space. In addition, such systems are comparatively inefficient in terms of the power required and the resulting light output.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bei einem Scheinwerfer die erste Linse einen Durchmesser in einem Bereich zwischen 25 mm und 35 mm aufweist, die zweite Linse einen Durchmesser in einem Bereich zwischen 40 mm und 50 mm aufweist und/oder die dritte Linse einen Durchmesser in einem Bereich zwischen 50 mm und 60 mm aufweist. In der vorgeschlagenen Linsenanordnung können trotz der kompakten Bauweise relativ große Linsendurchmesser verwendet werden. Diese erlauben es, einen entsprechend großen Öffnungswinkel des Lichtkegels aus der Lichtquelle von beispielsweise 90° bis 160°, aufzunehmen und damit den Abstand zwischen der Lichtquelle und der Linsenanordnung und/oder der ersten Linse gering zu halten. Daraus resultiert eine hohe Lichteffizienz von beispielsweise mehr als 50% bei typischer LED-Abstrahlcharakteristik bzw. abhängig von der verwendeten Lichtquelle einer gewünschten Abstrahlcharakteristik bei einer zusätzlich kompakten Bauweise. Besonders bevorzugt weisen die erste Linse einen Durchmesser in einem Bereich zwischen 30 mm und 34 mm, die zweite Linse einen Durchmesser in einem Bereich zwischen 42 mm und 46 mm und/oder die dritte Linse einen Durchmesser in einem Bereich zwischen 51 mm und 55 mm auf. Die erste Linse weist bevorzugt den kleinsten Durchmesser der drei Linsen auf. Die dritte Linse kann den größten Durchmesser der drei Linsen aufweisen. Mit dieser Bauweise kann die erfindungsgemäße, iterative Zusammenführung der Lichtstrahlen bzw. Verjüngung des Lichtkegels kompakt und materialsparend erreicht werden.According to a further embodiment variant of the present invention, it is possible that in a headlight the first lens has a diameter in a range between 25 mm and 35 mm, the second lens has a diameter in a range between 40 mm and 50 mm and/or the third lens has a diameter in a range between 50 mm and 60 mm. Despite the compact design, relatively large lens diameters can be used in the proposed lens arrangement. These make it possible to record a correspondingly large opening angle of the light cone from the light source, for example 90° to 160°, and thus to keep the distance between the light source and the lens arrangement and/or the first lens small. This results in a high light efficiency of more than 50%, for example, with typical LED emission characteristics or, depending on the light source used, a desired emission characteristic with an additional compact design. Particularly preferably, the first lens has a diameter in a range between 30 mm and 34 mm, the second lens has a diameter in a range between 42 mm and 46 mm and/or the third lens has a diameter in a range between 51 mm and 55 mm . The first lens preferably has the smallest diameter of the three lenses. The third lens can have the largest diameter of the three lenses. With this design, the inventive, iterative combination of the light beams or narrowing of the light cone can be achieved in a compact and material-saving manner.
Außerdem ist es bei einem Scheinwerfer gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, dass die erste Lichteintrittsfläche einen Abstand von weniger als 8 mm, insbesondere von weniger als 5 mm, zur Lichtquelle aufweist. Bei Versuchen im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich herausgestellt, dass die gewünschte Lichtleistung mit dieser Konfiguration weiterhin erreicht werden kann und trotzdem ein relativ kompakter Scheinwerfer zur Verfügung gestellt wird.In addition, with a headlight according to the present invention, it is possible for the first light entry surface to be at a distance of less than 8 mm, in particular less than 5 mm, from the light source. When trying in the frame According to the present invention, it has been found that the desired light output can still be achieved with this configuration and a relatively compact headlight is nevertheless provided.
Die erste Linse ist bei einem erfindungsgemäßen Scheinwerfer vorzugsweise aus Glas gefertigt. Dies verhindert oder reduziert Schäden und/oder Verschleiß durch die möglicherweise erhöhte thermische Belastung aufgrund der Nähe der ersten Linse zur Lichtquelle. Die zweite Linse und die dritte Linse können ebenfalls aus Glas, oder aus Kunststoff gefertigt sein. Die erste Lichteintrittsfläche und/oder die erste Lichtaustrittsfläche der ersten Linse kann eine Anti-Reflex-Beschichtung aufweisen. Eine Anti-Reflex-Beschichtung und/oder eine entsprechende Strukturierung der ersten Linse erhöht weiter die Effizienz und Effektivität der Linsenanordnung und dient zudem der Vermeidung einer Wiederanregung eines etwaigen SSL-Leuchtmittels für eine verbesserte Funktion des Scheinwerfers.In a headlight according to the invention, the first lens is preferably made of glass. This prevents or reduces damage and/or wear from the possible increased thermal stress due to the proximity of the first lens to the light source. The second lens and the third lens can also be made of glass or plastic. The first light entry surface and/or the first light exit surface of the first lens can have an anti-reflection coating. An anti-reflection coating and/or a corresponding structuring of the first lens further increases the efficiency and effectiveness of the lens arrangement and also serves to avoid reactivation of any SSL light source for improved function of the headlight.
Zudem kann bei einem erfindungsgemäßen Scheinwerfer die erste Lichtaustrittsfläche einen kleineren Krümmungsradius als die zweite Lichtaustrittsfläche und/oder einen kleineren Krümmungsradius als die dritte Lichtaustrittsfläche aufweisen. Insbesondere weist die erste Linse die größte Brechkraft der drei Linsen auf. Damit können die zweite Linse und die dritte Linse entsprechend kompakter bzw. mit einem relativ kleinen Durchmesser gebaut werden. Dies führt schließlich zu einer verbesserten Gesamt-Kompaktheit des Scheinwerfers sowie einer daraus resultierenden Gewichtsersparnis sowie einer Kostenreduzierung.In addition, in a headlight according to the invention, the first light exit surface can have a smaller radius of curvature than the second light exit surface and/or a smaller radius of curvature than the third light exit surface. In particular, the first lens has the greatest refractive power of the three lenses. The second lens and the third lens can thus be built correspondingly more compactly or with a relatively small diameter. This ultimately leads to an improved overall compactness of the headlight and a resulting weight saving and cost reduction.
Die dritte Lichtaustrittsfläche kann bei einem Scheinwerfer gemäß der vorliegenden Erfindung eine Mikrostruktur mit einer höheren Rauigkeit als die anderen Lichtaustrittsflächen und/oder als die Lichteintrittsflächen aufweisen. Durch die Mikrostruktur kann die Sichtbarkeit einer Lücke zwischen Pixeln der Lichtquelle im projizierten Licht auf dem Untergrund vor dem Fahrzeug reduziert werden. Außerdem können durch Dispersion entstehende Farbsäume an Kanten in der Lichtverteilung reduziert und folglich gesetzliche Anforderungen und Kundenanforderungen besser erfüllt werden. Unter der Mikrostruktur können insbesondere Oberflächenstrukturen und/oder Oberflächenkantenänderungen im Mikrometerbereich verstanden werden.In a headlight according to the present invention, the third light exit surface can have a microstructure with a higher roughness than the other light exit surfaces and/or than the light entry surfaces. The microstructure can reduce the visibility of a gap between pixels of the light source in the projected light on the ground in front of the vehicle. In addition, color fringes at edges in the light distribution caused by dispersion can be reduced and, as a result, legal requirements and customer requirements can be better met. The microstructure can be understood in particular as surface structures and/or surface edge changes in the micrometer range.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug mit wenigstens einem, wie vorstehend im Detail beschriebenen, Scheinwerfer zur Verfügung gestellt. Damit bringt das erfindungsgemäße Fahrzeug die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung beschrieben worden sind. Das Fahrzeug ist bevorzugt in Form eines Straßenfahrzeugs, insbesondere in Form eines PKWs, eines LKWs oder eines Motorrads ausgestaltet.According to a further aspect of the present invention, a vehicle is provided with at least one headlight as described in detail above. The vehicle according to the invention thus brings with it the same advantages as have been described in detail with reference to the device according to the invention. The vehicle is preferably designed in the form of a road vehicle, in particular in the form of a car, a truck or a motorcycle.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Figuren hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein.Further measures improving the invention result from the following description of various exemplary embodiments of the invention, which are shown schematically in the figures. All of the features and/or advantages resulting from the claims, the description or the figures, including structural details and spatial arrangements, can be essential to the invention both on their own and in the various combinations.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 eine Lichtquelle mit einer Linsenanordnung für einen Scheinwerfer gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und -
2 ein Fahrzeug mit erfindungsgemäßen Scheinwerfern.
-
1 a light source with a lens assembly for a headlight according to a preferred embodiment of the present invention, and -
2 a vehicle with headlights according to the invention.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Elements with the same function and mode of operation are each provided with the same reference symbols in the figures.
Die erste Linse 13, die zweite Linse 14 und die dritte Linse 15 weisen jeweils eine positive Brechkraft zum Zusammenführen der Lichtstrahlen 17 auf. D. h., die Lichtstrahlen 17 werden von der Lichtquelle 16 ausgehend durch jede Linse 13, 14, 15 ein wenig stärker gebündelt, ohne jedoch dabei in einem Brennpunkt innerhalb der Linsenanordnung 12 oder nach Verlassen der Linsenanordnung 12 zusammenzulaufen. Wie in
Die erste Lichteintrittsfläche 18 ist als gerade bzw. plane Fläche ausgestaltet. Die zweite Lichteintrittsfläche 20, die zweite Lichtaustrittsfläche 21 und die dritte Lichteintrittsfläche 22 sind jeweils in Form einer asphärischen Fläche ausgestaltet. Die dritte Lichtaustrittsfläche 23 ist als Freiformfläche ausgestaltet. Dies ist durch die fett dargestellte, partielle Abweichung der dritten Lichtaustrittsfläche 23 von einer sonst sphärischen dritten Lichtaustrittsfläche 23 angedeutet. Die Freiformfläche ist damit in einem Scheinwerfer 10, der im Fahrzeug 11 installiert ist, zum Lenken der Lichtstrahlen schräg zur optischen Achse 24 der ersten Linse 13 und der zweiten Linse 14 sowie zu einem Untergrund 25 hin, auf welchem sich das Fahrzeug 11 befindet, konfiguriert und ausgestaltet. Dies kann insbesondere mit Blick auf
Die gezeigte Linsenanordnung 12 weist eine Brennweite von ca. 28 mm auf. Die Lichtquelle 16 weist dazu ein SSL-Leuchtmittel auf. Die erste Linse 13 weist einen Durchmesser von 31 mm, die zweite Linse 14 weist einen Durchmesser von 44 mm und die dritte Linse 15 weist einen Durchmesser von 53 mm auf. Damit weist die erste Linse 13 den kleinsten Durchmesser der drei Linsen 13, 14, 15 auf und die dritte Linse 15 weist den größten Durchmesser der drei Linsen 13, 14, 15 auf. Die erste Lichteintrittsfläche 18 weist einen Abstand von ca. 4 mm zur Lichtquelle 16 auf. Die erste Linse 13 besteht aus Glas, während die zweite Linse 14 und die dritte Linse 15 aus Kunststoff bestehen. Die erste Lichteintrittsfläche 18 und die erste Lichtaustrittsfläche 19 weisen ferner jeweils eine Anti-Reflex-Beschichtung auf. Darüber hinaus weist die dritte Lichtaustrittsfläche 23 eine Mikrostruktur mit einer höheren Rauigkeit als die anderen Lichtaustrittsflächen 19, 21 und als die Lichteintrittsflächen 18, 20, 22 auf.The
Die Erfindung lässt neben den dargestellten Ausführungsformen weitere Gestaltungsgrundsätze zu. D. h., die Erfindung soll nicht auf die mit Bezug auf die Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt betrachtet werden. So kann insbesondere die Art der Linsenformen bzw. die Art der Lichteintrittsflächen 18, 20, 22 und der Lichtaustrittsflächen 19, 21, 23 von den gezeigten Varianten abweichen. In addition to the illustrated embodiments, the invention permits further design principles. That is, the invention should not be considered limited to the exemplary embodiments explained with reference to the figures. In particular, the type of lens shapes or the type of light entry surfaces 18, 20, 22 and light exit surfaces 19, 21, 23 can deviate from the variants shown.
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Scheinwerferheadlight
- 1111
- Fahrzeugvehicle
- 1212
- Linsenanordnunglens arrangement
- 1313
- erste Linsefirst lens
- 1414
- zweite Linsesecond lens
- 1515
- dritte Linsethird lens
- 1616
- Lichtquellelight source
- 1717
- Lichtstrahlbeam of light
- 1818
- erste Lichteintrittsflächefirst light entry surface
- 1919
- erste Lichtaustrittsflächefirst light exit surface
- 2020
- zweite Lichteintrittsflächesecond light entry surface
- 2121
- zweite Lichtaustrittsflächesecond light exit surface
- 2222
- dritte Lichteintrittsflächethird light entry surface
- 2323
- dritte Lichtaustrittsflächethird light exit surface
- 2424
- optische Achseoptical axis
- 2525
- Untergrundunderground
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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