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Die
Erfindung betrifft, einen Scheinwerfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge,
umfassend mindestens eine Lichtquelle sowie mindestens einen der Lichtquelle
zugeordneten Lichtabschlusskörper
zur Erzeugung einer Lichtverteilung mit einem Basisquerschnitt,
einer Lichteinkoppelfläche
zur Einkoppelung des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts und einer
Lichtauskoppelfläche
sowie mindestens einer in der Lichtabstrahlrichtung nach dem Lichtabschlusskörper angeordneten
Linse, die mit der Lichtauskoppelfläche des Lichtabschlusskörpers zusammenwirkt
und das durch den Lichtabschlusskörper ausgekoppelte Licht abbildet,
wobei der Lichtabschlusskörper
im Bereich der Lichtauskoppelfläche zumindest
bereichsweise eine erste Querschnittsveränderung zur Helligkeitsverteilung
aufweist, die vom Basisquerschnitt abweicht.
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DE 41 39 267 A1 offenbart
einen Scheinwerfer für
Kraftfahrzeuge mit folgenden Merkmalen: mindestens zwei Lichtquellen
sowie einen Lichtleiter, der Lichtaustrittsflächen aufweist, einer Linse,
die das Licht von allen Lichtaustrittsflächen abbildet sowie einer transparenten
Abschlussscheibe, die den Scheinwerfer abschließt, sowie einer Lichtscheibe mit
einer lichtstreuenden, die Breite der Abbildung beeinflussenden
Optik, ein die Höhe
beeinflussendes Prisma und eine Bewegungseinrichtung, die die Lichtscheibe
oder das Prisma in dem Strahlengang zwischen den Lichtaustrittsflächen und
der Linse bewegt. Auf diese Weise soll ein Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge
bereitgestellt werden, der einfach und kostengünstig herstellbar ist, das
erzeugte Licht bestmöglich
ausnutzen und auf einfache Weise bei Verwendung nur einer Linse
alternativ unterschiedliche Beleuchtungsfunktionen erzeugen kann.
Die Lichtverteilung ist dabei zum einen nicht optimal, und zum anderen
ist eine Vielzahl von Bauteilen notwendig.
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Des
weiteren sind eine Reihe von Gestaltungen bekannt, bei welchen eine
Lichtauskoppelfläche vorgesehen
ist, die bestimmte Querschnitte in einfacher geometrischer Form
zur Erzielung einer bestimmten Lichtverteilung aufweisen, die dann
durch die Linse abgebildet wird.
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Als
ungünstig
hat sich dabei erwiesen, dass diese einfachen geometrischen Formen über die
gesamte Endfläche
gleich hell abgebildet werden, wodurch bei der Projektion durch
die Linse der Umriss des Lichtabschlusskörpers als scharfe Hell-Dunkel-Projektion
erscheint. Diese scharfe Hell-Dunkel-Grenze
zeigt sich jedoch nicht nur an Stellen, an denen dies erwünscht ist,
sondern entlang der ganzen Kontur. Eine solche scharfe Hell-Dunkel-Grenze kann
jedoch zur Sichtbehinderung und Störung der Sicht des Fahrers
eines Kraftfahrzeugs führen.
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Des
weiteren sind Gestaltungen bekannt, bei welchen der Querschnitt
des Lichtabschlusskörpers von
der Lichteinkoppelfläche
oder einer in Richtung der Lichtauskoppelfläche danach angeordneten Querschnittsfläche bis
zur Lichtauskoppelfläche
eine kontinuierliche Veränderung,
insbesondere eine kontinuierliche Vergrößerung aufweist, um bei der
Projektion der Lichtstrahlen durch die Linse eine Verwischung der
störenden
Hell-Dunkel-Grenze zu erzielen.
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Ausgehend
von dem zuletzt genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden
Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Scheinwerfer bereitzustellen,
der den Beleuchtungsgradienten von der Hell-Dunkel-Grenze zum Vorfeld
durch eine stärkere Fokussierung
des Lichts verbessert und außerdem einen
schönen
Auslauf des Lichts gewährleistet.
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Dies
wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst, dass
der Lichtabschlusskörper
zumindest über
einen Teil seiner Erstreckung in Richtung der optischen Achse in
einem Längsschnitt
eine gekrümmte
oder bogenförmige
zweite Querschnittsveränderung
aufweist.
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Die
zweite Querschnittsveränderung
des Lichtabschlusskörpers
kann vorzugsweise eine ellipsoide Form aufweisen. Es kann auch eine
Freiformfläche
bezüglich
der Umfangfläche
des Lichtabschlusskörpers
vorgesehen sein. Durch die zweite Querschnittsveränderung
entsteht an der Innenseite des Lichtabschlusskörpers eine fokussierende Fläche. An
dieser fokussierenden Fläche
werden die Lichtstrahlen von einem ersten Brennpunkt auf einen zweiten
Brennpunkt reflektiert, der in einer späteren Einbaulage des Scheinwerfers
an der Unterkante der Auskoppelfläche des Lichtleiters liegt.
Der erste Brennpunkt liegt dabei vorzugsweise am Schnittpunkt zweier
Randstrahlen, die die äußere Begrenzung
des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtkegels bilden, der in
den Lichtabschlusskörper
eintritt. D. h. die Randstrahlen sind die Strahlen, die gerade noch
an den äußeren Kanten
der Lichteinkoppelfläche
in den Lichtabschlusskörper
eintreten. Bezogen auf die Lichtabstrahlrichtung liegt der erste
Brennpunkt vorzugsweise vor der Lichteinkoppelfläche, oder in einem durch den
Schnittpunkt der beiden Randstrahlen und der Lichteinkoppelfläche abgegrenzten
Bereich. Bei dieser Anordnung des ersten Brennpunkts entsteht an
jedem Punkt an der Lichteinkoppelfläche ein Ausbreitungskegel mit
Lichtstrahlen, die durch die fokussierende Fläche des Lichtabschlusskörpers in
den zweiten Brennpunkt fokussiert werden. Aufgrund der dreidimensionalen Ausdehnung
des Lichtabschlusskörpers
kann sich insgesamt nicht nur ein Brennpunkt, sondern eine Brennlinie
ergeben. Dies kann erfolgen, indem nur der Querschnitt der Fläche fokussierende
Eigenschaften hat, diese Fläche
jedoch in Längsrichtung gestreckt
ist. Das auf diese Brennlinie fokussierte Licht wird durch eine
in Lichtabstrahlrichtung nachgeordnete Linse abgebildet. Je nach
Ausgestaltung des Scheinwerfers können auch zwei oder mehrere
erste Brennpunkte vorgesehen sein.
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Bezogen
auf die Lichtabstrahlrichtung ist erfindungsgemäß nach der zweiten Querschnittsveränderung
zur Fokussierung zumindest bereichsweise die erste Querschnittsveränderung
bis zur Lichtauskoppelfläche
vorgesehen. Dabei können
eine oder mehrere Seitenflächen
bzw. bei einem kreisförmigen Querschnitt
die Mantelfläche
des Lichtabschlusskörpers
entlang des Längsschnitts
in Richtung der optischen Achse in Lichtabstrahlrichtung zunächst von der
Lichteinkoppelfläche
an eine gekrümmte
oder bogenförmige
vorzugsweise ellipsoide Kurve beschreiben, können nach dieser Kurve einen
Knick bilden und anschließend
in einer insbesondere kontinuierlichen, linear ansteigenden Form
zur Lichtauskoppelfläche
hin verlaufen.
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In
den Bereich dieser ersten Querschnittsveränderung gelangen nur Lichtstrahlen,
die in den Lichtabschlusskörper
mit großen
Anfangswinkeln zur Achse des Lichtabschlusskörpers hin eintreten. Hierdurch
wird erreicht, dass nur ein Teil des Lichts in den Bereich der insbesondere
kontinuierlichen Querschnittsvergrößerung gelangen kann, so dass
dieser Bereich weniger stark beleuchtet wird. Dadurch kann ein Helligkeitsgefälle von
dem stark fokussierten Licht an der Brennlinie an der Unterkante
der Lichtauskoppelfläche
zum oberen Bereich der Lichtauskoppelfläche erreicht werden, welches
von der Linse weiterprojiziert wird.
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Auf
diese Weise entsteht eine scharfe Hell-Dunkel-Grenze nur an den
gewünschten
Stellen, wobei sie an den übrigen
Stellen weniger scharf ausgebildet ist und durch die fokussierenden
Lichtstrahlen eine Fokussierung an der Hell-Dunkelgrenze mit einem schönen Auslauf
des Lichts zum Vorfeld erzeugt wird. Es entsteht eine optimale Lichtverteilung
z. B. für
ein Abblendlicht, die eine starke Ausleuchtung an der Hell-Dunkelgrenze
und eine Verwischung zum Vorfeld hin gewährleistet. Die kontinuierliche
erste Querschnittsveränderung
kann auch unstetig sein und z. B. Knicke bzw. Facetten aufweisen, um
weitere optische Effekte zu erzielen.
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Eine
besondere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
nicht nur an der Oberseite des Lichtabschlusskörpers bei einem Lichtabschlusskörper mit
rechteckigem Querschnitt eine fokussierende Fläche vorgesehen ist, sondern
auch an einer oder beiden Seitenwänden, um eine Fokussierung
nicht nur in der Vertikalen, sondern auch in der Horizontalen zu
erreichen. Die Seitenwände
erzeugen dabei ebenfalls eine Brennlinie an der Lichtauskoppelfläche. Es
kann aber auch vorgesehen sein, dass die Seitenwände auf einen Brennpunkt fokussieren.
Sofern der Lichtabschlusskörper
einen kreisförmigen,
halbkreisförmigen
oder elliptischen Querschnitt besitzt, kann sich die zweite Querschnittserweiterung über einen
Teil des Umfanges, z. B. über die
obere Hälfte
erstrecken.
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Je
nach Dimensionierung des Lichtabschlusskörpers kann die erfindungsgemäße Leuchte für ein Abblendlicht,
Fernlicht, Abbiegelicht und/oder Nebellicht verwendet werden.
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Um
ein Abblendlicht mit waagrechtem Anteil der Hell-Dunkel-Grenze zur gegenüberliegenden Fahrbahn
hin und einen 15% Anstieg zur rechten Fahrbahnseite bei Rechtsverkehr
zu erzeugen, kann zwischen Lichtauskoppelfläche und Linse eine Blende vorgesehen
sein, die je nach Stellung die gewünschte Abbildung des Lichts
durch die Linse erzeugt. Auf diese Weise können mit einem Lichtabschlusskörper verschiedene
Lichtverteilungen erzeugt werden.
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Als
Lichtquellen werden vorzugsweise LEDs verwendet, die keine große Wärmestrahlung
an den Lichtleiter abgeben und diesen thermisch nur gering belasten.
Alternativ können
auch andere Lichtquellen vorgesehen sein. Insbesondere bei der Verwendung anderer
Lichtquellen kann es erforderlich sein, zwischen der Lichtquelle
und dem Lichtabschlusskörper einen
Lichtleiter, eine Glasfaser und/oder einen Filter, insbesondere
einen Infrarotfilter, vorzusehen, durch den das Licht in den Lichtabschlusskörper eingekoppelt
wird.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Linse
unmittelbar an die Lichtauskoppelfläche des Lichtabschlusskörpers anschließt. Dadurch
kann eine Steigerung der Lichtausbeute um ca. 10% erreicht werden,
da zwischen Lichtauskoppelfläche
und Linse durch das Medium Luft ca. 10% des Lichts an den Übergängen verloren
geht. Es kann hierbei insbesondere vorgesehen sein, dass die Linse
materialschlüssig,
insbesondere einstückig,
mit dem Lichtabschlusskörper
verbunden ist. Durch diese Verbindung, insbesondere die Einstückigkeit,
können
jegliche Grenzflächen
vermieden werden, die zur Reflektion von Lichtstrahlen und damit
zu unerwünschten
Lichtverlusten führt.
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Der
Lichtabschlusskörper
und/oder die Linsen können
vorzugsweise aus PC, PMMA, und Glas bestehen.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Anmeldeunterlagen. Die
Merkmale können
einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander für die Erfindung
wesentlich sein. Die Erfindung soll im Folgenden anhand einer Zeichnung
näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
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1 eine
Ausgestaltung gemäß dem Stand der
Technik;
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2 eine
erfindungsgemäße Gestaltung
eines Ausschnitts aus einem Scheinwerfer;
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3 einen
Detailausschnitt aus der erfindungsgemäßen Ausgestaltung nach 2;
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4 eine
Draufsicht auf eine alternative erfindungsgemäße Ausgestaltung;
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5a +
b einen Lichtabschlusskörper;
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6a +
b weitere Gestaltungen von Lichtabschlusskörpern.
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1 gibt
den Stand der Technik wieder und zeigt einen Ausschnitt aus einem
Scheinwerfer umfassend einen Lichtabschlusskörper 12 sowie eine Linse 20,
die in Lichtabstrahlrichtung hinter dem Lichtabschlusskörper 12 angeordnet
ist. Der Lichtabschlusskörper 12 weist
hierbei eine Lichteinkoppelfläche 22 und
eine Lichtauskoppelfläche 24 auf.
Das Licht wird von einer nicht dargestellten Lichtquelle über die
Lichteinkoppelfläche 22 in
den Lichtabschlusskörper 12 eingeleitet.
Der Lichtabschlusskörper 12 zur
Erzeugung der Lichtverteilung hat einen Basisquerschnitt z. B. im
Bereich der Lichteinkoppelfläche 22 und
weist an seinem in Richtung auf die Lichtauskoppelfläche 24 weisenden
Ende 13 eine erste Querschnittsveränderung auf, die vom Basisquerschnitt
abweicht und von einer der Lichteinkoppelfläche 22 nachgeordneten
Querschnittsfläche 23 zur
Lichtauskoppelfläche 24 hin
kontinuierlich linear ansteigt. Durch die Querschnittsvergrößerung wird erreicht,
dass Lichtstrahlen 16 mit großen Einfallswinkeln in die
Bereiche, die mit a oder b gekennzeichnet sind, gelangen können. Lichtstrahlen 14 mit kleinen
Einfallswinkeln können
nur in den mit a gekennzeichneten Bereich gelangen. Da in diesen
Bereich auch Lichtstrahlen 16 mit großen Einfallswinkeln eintreten
können,
entsteht ein Helligkeitsgefälle, wobei
der mit a gekennzeichnete Bereich eine größere Helligkeit als der mit
b gekennzeichnete Bereich aufweist. Dieses Helligkeitsgefälle wird
durch die Linse 20 abgebildet. Es kann somit ein Helligkeitsgefälle über die
Hell-Dunkelgrenze, die über
die Kontur der Lichtauskoppelfläche 24 bestimmt
wird, erreicht werden Dabei wird die Hell-Dunkel-Grenze, die durch den
mit b gekennzeichneten Bereich erzeugt wird, weniger stark und damit
scharf abgebildet.
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Um
eine darüber
hinaus stärkere
Fokussierung an der Hell-Dunkel-Grenze
zu erreichen und einen größeren Gradienten
zum Vorfeld zu schaffen, ist erfindungsgemäß eine neue Form des Lichtabschlusskörpers 12 vorgesehen,
wie ihn 2 zeigt. Der Lichtabschlusskörper 12 weist
dabei entsprechend 1 an seinem in Richtung auf
die Lichtauskoppelfläche 24 weisenden
Bereich 13 die bereits bekannte erste Querschnittsveränderung
auf, die von der Fläche 23 zur
Lichtauskoppelfläche 24 hin
kontinuierlich zunimmt. In einem Abschnitt 30 zwischen der
Lichteinkoppelfläche 22 und
der Fläche 23 weist der
Lichtabschlusskörper 12 erfindungsgemäß eine zweite
Querschnittsveränderung
in Form einer in Längsrichtung
des Lichtabschlusskörpers
verlaufenden bogenförmigen
Erweiterung auf. Diese ist wie auch die erste Querschnittsveränderung
nicht allseitig, sondern lediglich auf der in einer späteren Einbaulage
liegenden Oberseite des Lichtabschlusskörpers 12 angeordnet.
Durch diese zweite Querschnittsveränderung wird erreicht, dass
Lichtstrahlen 16 mit großen Einfallswinkeln an der
Innenseite des Lichtabschlusskörpers
im Bereich der gekrümmten oder
bogenförmigen
Wölbung
von einem ersten Brennpunkt F1, der vor der Einkoppelfläche 22 des Lichtabschlusskörpers 12 liegt,
auf einen zweiten Brennpunkt F2 fokussiert werden. Der zweite Brennpunkt
F2 liegt in einer späteren
Einbaulage des Scheinwerfers an der Unterkante der Lichtauskoppelfläche 24.
Lichtstrahlen 14 mit kleinen Einfallswinkeln gelangen nicht
in den Bereich der zweiten Querschnittsveränderung und werden dort nicht
auf den zweiten Brennpunkt F2 reflektiert. Bei der Projektion der
Lichtstrahlen durch die Linse 20 wird somit ein großes Helligkeitsgefälle erreicht,
mit einer starken Fokussierung entlang der Hell-Dunkel-Grenze und einem
guten Gradienten zum Vorfeld des projizierten Lichtkegels und gleichzeitig
einer Verwischung der Hell-Dunkel-Grenze im gewünschten Bereich aufgrund der
ersten Querschnittsveränderung.
Somit wird ein schöner
Auslauf des Lichts in dem unteren Bereich zum Vorfeld hin erreicht.
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3 zeigt
einen Detailausschnitt der erfindungsgemäßen Ausgestaltung nach 2.
Der erste Brennpunkt F1 befindet sich in Lichtabstrahlrichtung vor
der Lichteinkoppelfläche 22 und
im Schnittpunkt von zwei Randstrahlen 15, 17,
die die äußere Begrenzung
des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtkegels bilden, soweit
er in den Lichtabschlusskörper
eintritt. Durch diese besonders günstige Anordnung des ersten
Brennpunktes F1 ergeben sich an der Lichteinkoppelfläche 22 jeweils
Ausbreitungskegel 19 mit Strahlen, die an der Innenfläche des Lichtabschlusskörpers 12 im
Bereich 30 der gekrümmten
oder bogenförmigen
zweiten Querschnittsveränderung
reflektiert und in den zweiten Brennpunkt F2 (in 3 nicht
dargestellt) fokussiert werden.
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4 zeigt
einen Schnitt durch eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Scheinwerfers
in einer Draufsicht. Die zweite Querschnittsveränderung des Lichtabschlusskörpers 12 ist
im Bereich 30 zusätzlich
an beiden Seitenflächen
des rechteckigen Basisquerschnitts ellipsoid ausgestaltet. Daran
schließt
der Bereich 13 mit einer ersten Querschnittsveränderung
in Richtung zur Lichtauskoppelfläche 24 an.
Die Lichtstrahlen werden von zwei ersten Brennpunkten F1 über die
inneren Seitenflächen
im Bereich 30 des Lichtabschlusskörpers 12 in den Brennpunkt
F2 fokussiert. Aufgrund der zusätzlichen
Wölbung
der Seitenflächen
des Lichtabschlusskörpers 12 kann
die Fokussierung auch in der Horizontalen und nicht nur in der Vertikalen
durch eine gewölbte
Oberseite (nicht dargestellt) erzeugt werden. Je nach Dimensionierung
und Ausgestaltung der Querschnittsveränderungen des Lichtabschlusskörpers 12 kann
die spätere
Lichtverteilung auf der Straße
bestimmt werden, da die Lichtauskoppelfläche 24 des Lichtabschlusskörpers 12 durch
die Linse 20 projiziert wird.
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5a +
b zeigen schematische Darstellungen einer Ausgestaltung der Erfindung
mit unterschiedlicher Geometrie. So weist die erste Querschnittserweiterung
im Bereich 13 des Lichtabschlusskörpers 12 einen Knick 35 auf,
der eine andere Streuung der Lichtverteilung bewirkt. Eine dreidimensionale
Ausgestaltung dieser Geometrie ist in 5b gezeigt.
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In 6a weist
der Lichtabschlusskörper 12 einen
halbrunden Basisquerschnitt auf. Dabei beschreibt die Mantelfläche des
Lichtabschlusskörpers 12 entlang
des Längsschnitts
in Richtung der optischen Achse in Lichtabstrahlrichtung zunächst von der
Lichteinkoppelfläche 22 an
eine ellipsoide Kurve. Die Wölbung
erstreckt sich über
den gesamten runden Teil der Mantelfläche und gibt dem Bereich 30 eine
tonnenförmige
Optik. Im Übergang
zur ersten Querschnittserweiterung bildet die Mantelfläche einen
Knick 35a und verläuft
anschließend
in einer kontinuierlichen, linear ansteigenden Form zum Knick 35 und
weiter zur Lichtauskoppelfläche 24 hin. Die
gerade Unterseite der Mantelfläche 36 verläuft über den
gesamten Lichtabschlusskörper
durchgehend.
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Schließlich ist
bei dem erfindungsgemäßen Scheinwerfer
nach 6b eine Blende 40 an der Lichtauskoppelfläche 24 des
Lichtabschlusskörpers 12 vorgesehen.
Dadurch kann der Lichtabschlusskörper 12 eine
gerade Kante 42 zur Erzeugung der Hell-Dunkel-Grenze aufweisen.
Durch die Blende 40 wird der 15° Anstieg zum rechten Fahrbahnrand
bei Rechtsverkehr erzielt. Sofern die Blende 40 beweglich
ist, kann zwischen zwei Lichtverteilungen umgeschaltet werden.