DE10308703A1

DE10308703A1 - Kraftfahrzeugscheinwerfer

Info

Publication number: DE10308703A1
Application number: DE10308703A
Authority: DE
Inventors: Stephan Berlitz; Thomas Klierl; Andreas Reich; Christian Spreitzer; Manfred Stadler; Clemens Stöberl; Gerhard Probst
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2004-11-11

Abstract

Bei einem Kraftfahrzeugscheinwerfer mit mehreren Optikmodulen weist jedes Optikmodul mindestens eine lichtemittierende Diode und eine der lichtemittierenden Diode zugeordnete fokussierende Optik auf. Hierbei ist zur Variation der Verteilung des vom Kraftfahrzeugscheinwerfer abgestrahlten Scheinwerferlichts eine im Bereich des Brennpunkts der fokussierenden Optik angeordnete Abschattungsvorrichtung mit variierbaren Transmissionseigenschaften und zur Abstrahlung des Scheinwerferlichts nach der Abschattungsvorrichtung eine streuende Optik vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeugscheinwerfer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein derartiger Kraftfahrzeugscheinwerfer ist aus der nicht vorveröffentlichten DE 102 45 296 bekannt.
In diesem bekannten Kraftfahrzeugscheinwerfer sind mehrere Optikmodule (Leuchteinheiten) vorgesehen, von denen jedes wenigstens eine lichtemittierende Diode (LED) aufweist, deren emittiertes Licht über eine zugeordnete Optik fokussiert und über einen Reflektor reflektiert und als Scheinwerferlicht abgestrahlt wird.
Die räumliche Verteilung des vom Kraftfahrzeugscheinwerfer abgestrahlten Scheinwerferlichts und damit dessen Lichtfunktion (bsp. Abblendlicht oder Fernlicht oder Nebellicht) kann hierbei durch die Ausgestaltung der Reflektoren vorgegeben werden, die als Ellipsoid-Reflektoren oder vorzugsweise als individuell anpassbare Freiflächenform-Reflektoren ausgebildet sind. Damit die vorgegebene gewünschte Verteilung des Scheinwerferlichts reproduzierbar ist, müssen einerseits die Komponenten der Optikmodule, insbesondere die LEDs, mit hoher Genauigkeit (d.h. mit geringer Toleranz) innerhalb der Optikmodule positioniert werden und andererseits die verschiedenen Optikmodule mit hoher Genauigkeit relativ zueinander positioniert werden.
Oftmals sollte jedoch die Verteilung des Scheinwerferlichts und insbesondere die Lichtfunktion des Kraftfahrzeugscheinwerfers (bsp. Abblendlicht oder Fernlicht oder Nebellicht) in Abhängigkeit bestimmter Vorgaben (bsp. der Umgebungsbedingungen) variabel gewählt werden können, was bei üblichen Kraftfahrzeugscheinwerfern in der Regel gar nicht oder aber nur mit hohem Aufwand realisierbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftfahrzeugscheinwerfer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 mit einfachem Aufbau anzugeben, bei dem die Verteilung des Scheinwerferlichts auf einfache Weise und kostengünstig variabel vorgegeben werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Bestandteil der weiteren Patentansprüche.

Erfindungsgemäß kann beim vorgestellten Kraftfahrzeugscheinwerfer die Verteilung des vom Kraftfahrzeugscheinwerfer abgestrahlten Scheinwerferlichts ohne Reflektoren mittels einer Vielzahl von jeweils Linsenoptiken und eine (vorzugsweise als Blende ausgebildete) Abschattungsvorrichtung aufweisenden Optikmodulen in Abhängigkeit externer Vorgaben (bsp. der Umgebungsbedingungen oder der Bedienerwünsche) variiert werden, insbesondere hinsichtlich der gewünschten Lichtfunktion des Kraftfahrzeugscheinwerfers oder hinsichtlich gewünschter Einblendungen in das Scheinwerferlicht oder Ausblendungen aus dem Scheinwerferlicht. Hierzu wird das von einer (vorzugsweise weißen) lichtemittierenden Diode LED als Strahlungsquelle emittierte und über eine fokussierende Optik gebündelte Licht der lichtemittierenden Diode LED durch die im Bereich des Brennpunkts der fokussierenden Optik angeordnete Abschattungsvorrichtung (Blende) je nach gewünschter Verteilung des vom Kraftfahrzeugscheinwerfer abgestrahlten Scheinwerferlichts variierbar durchgelassen, indem die Transmissionseigenschaften der Abschattungsvorrichtung (Blende) durch entsprechende Ansteuerung der Abschattungsvorrichtung (Blende) variiert werden, und das von der Abschattungsvorrichtung (Blende) durchgelassene Licht der lichtemittierenden Diode LED durch eine in Lichtaustrittsrichtung nach der Abschattungsvorrichtung (Blende) angeordnete streuende Optik (diese ist insbesondere als Streulinse ausgebildet) als (vorzugsweise weißes) Scheinwerferlicht an der Austrittsfläche des Kraftfahrzeugscheinwerfers abgestrahlt und auf den auszuleuchtenden Umgebungsbereich (insbesondere auf die Fahrbahn) verteilt wird. Die fokussierende Optik weist vorzugsweise einen Kollimator und eine Sammellinse auf und benötigt somit keinen Reflektor zur Bündelung des von der lichtemittierenden Diode LED emittierten Lichts. Die Transmissionseigenschaften der Abschattungsvorrichtung (Blende) können je nach Ausbildung der Abschattungsvorrichtung (Blende) auf geeignete Art und Weise durch entsprechende Ansteuerung verändert werden, insbesondere bei einer mechanischen Abschattungsvorrichtung (bsp. bei einer aus Blech oder sonstigem Metall bestehenden Blende) durch räumliches Verschieben bzw. durch mechanische Bewegung der Abschattungsvorrichtung (Blende), bsp. durch Wegziehen oder Wegklappen der Abschattungsvorrichtung (Blende), bis hin zum Entfernen der Abschattungsvorrichtung (Blende) aus dem Strahlengang, oder aber bei einer elektro-optischen Abschattungsvorrichtung (bsp. bei einer aus einer LCD-Folie bestehenden Blende) durch elektrische Ansteuerung mittels Anlegen einer Steuerspannung an die Abschattungsvorrichtung (Blende). Hierdurch können unterschiedliche Verteilungen des vom Kraftfahrzeugscheinwerfer abgestrahlten Scheinwerferlichts mit der gleichen Lichtquelle variabel realisiert werden, insbesondere bei einem Kraftfahrzeugscheinwerfer unterschiedliche Lichtfunktionen variabel und variierbar vorgegeben werden oder Einblendungen in die Lichtverteilung und Ausblendungen aus der Lichtverteilung vorgenommen werden. Bsp. können hierdurch mit der gleichen Lichtquelle und dem gleichen Kraftfahrzeugscheinwerfer die Lichtfunktionen Abblendlicht (bei dieser Lichtfunktion ist die Abschattungsvorrichtung wirksam im Strahlengang des von der lichtemittierenden Diode LED emittierten Lichts positioniert) und Fernlicht (bei dieser Lichtfunktion ist die Abschattungsvorrichtung außerhalb des Strahlengangs des von der lichtemittierenden Diode LED emittierten Lichts positioniert) realisiert werden oder Fahrerhinwei se eingeblendet, Verkehrszeichen explizit angestrahlt oder Bereiche des Gegenverkehrs gezielt ausgeblendet werden. Je nach Ausbildung der Abschattungsvorrichtung (Blende) kann diese unterschiedlich im Optikmodul bzw. im Kraftfahrzeugscheinwerfer angeordnet werden, bsp. in einem Rahmen integriert werden oder direkt am Gehäuse des Kraftfahrzeugscheinwerfers befestigt werden.

Durch Zusammensetzen mehrerer Optikmodule (bsp. sind im Kraftfahrzeugscheinwerfer 10 bis 30 Optikmodule vorgesehen), insbesondere durch die räumliche Anordnung der Optikmodule im Kraftfahrzeugscheinwerfer und durch die Ausbildung und Positionierung der Abschattungsvorrichtung (Blende) im jeweiligen Optikmodul, wird eine bestimmte Lichtverteilung des vom Kraftfahrzeugscheinwerfer abgestrahlten Scheinwerferlichts synthetisiert und kann durch Wahl der Transmissionseigenschaften der jeweiligen Abschattungsvorrichtung (Blende) variabel vorgegeben werden. Weiterhin kann bei denjenigen Lichtfunktionen, bei denen die Abschattungsvorrichtung wirksam im Strahlengang des von der lichtemittierenden Diode LED emittierten Lichts positioniert ist, die Hell-Dunkel-Grenze (d.h. der Übergangsbereich zwischen dem durch das Scheinwerferlicht erhellten Ausleuchtbereich und dem oberhalb des Ausleuchtbereichs liegenden dunklen, nicht ausgeleuchteten Bereich) beeinflusst und an bestimmte Vorgaben oder Bedürfnisse angepasst werden.

Verschiedene Komponenten der Optikmodule können als gemeinsame Bauteile ausgebildet werden, wobei entweder verschiedene Komponenten jeweils eines Optikmoduls oder gleiche Komponenten unterschiedlicher Optikmodule in einem Bauteil oder einer Baugruppe zusammengefasst werden können. Bsp. können zumindest die Komponenten der fokussierenden Optik oder die lichtemittierende Diode LED und die zugeordnete fokussierende Optik eines Optikmoduls oder aber die lichtemittierende Diode LED, die zugeordnete fokussierende Optik und die Abschattungsvorrichtung (Blende) eines Optikmoduls oder aber die lichtemittierende Diode LED, die zugeordnete fokussierende Optik, die Abschattungsvorrichtung (Blende) und die streuende Optik (d.h. alle optischen Kompo nenten des Optikmoduls) eines Optikmoduls eine Einheit bilden, d.h. in einem einheitlichen Bauteil oder einer Baugruppe (kompakt) integriert werden. Alternativ hierzu können aber auch die jeweils gleichen Komponenten einer bestimmten Anzahl unterschiedlicher Optikmodule in einem Bauteil kompakt integriert werden (bsp. die Komponenten von 8 Optikmodulen) und damit mehrere Optikmodule in einer Baugruppe zusammengefasst werden. Insbesondere können in diesem Fall die Abschattungsvorrichtungen einer Baugruppe aus mehreren Optikmodulen gemeinsam (insbesondere gleichsinnig) angesteuert werden und in ihrer Transmissionseigenschaft gemeinsam (insbesondere gleichsinnig) verändert werden, und die Abschattungsvorrichtungen unterschiedlicher Baugruppen von Optikmodulen entweder gleichsinnig oder aber unterschiedlich angesteuert werden, d.h. die Abschattungsvorrichtungen unterschiedlicher Baugruppen von Optikmodulen können die gleichen oder unterschiedliche Transmissionseigenschaften aufweisen.

Vorteilhafterweise kann durch Variation der Transmissionseigenschaften der jeweiligen Abschattungsvorrichtung (Blende) in den Optikmodulen die durch Ausgestaltung und räumliche Anordnung der Optikmodule im Kraftfahrzeugscheinwerfer vorgegebene Lichtverteilung des Kraftfahrzeugscheinwerfers auf einfache Weise variiert werden; hierdurch können bei einem Kraftfahrzeugscheinwerfer mehrere Lichtfunktionen – ohne Reflektoren im Kraftfahrzeugscheinwerfer zu benötigen – variierbar vorgegeben werden, wobei für die jeweilige Lichtfunktion eine optimale Ausleuchtung des Umgebungsbereichs (insbesondere der Fahrbahn) gewährleistet werden kann, sowie bei Bedarf Einblendungen in das Scheinwerferlicht oder Ausblendungen aus dem Scheinwerferlicht vorgenommen werden. Insbesondere kann mit der gleichen Strahlungsquelle und dem gleichen Kraftfahrzeugscheinwerfer je nach Transmissionseigenschaften der jeweiligen Abschattungsvorrichtung (Blende) in den Optikmodulen sowohl die Lichtfunktion Abblendlicht als auch die Lichtfunktion Nebellicht als auch die Lichtfunktion Fernlicht realisiert werden; bei den Lichtfunktionen Abblend licht und Nebellicht kann zudem auch die Hell-Dunkel-Grenze variierbar an die bestehenden Vorgaben angepasst und ggf. sehr schart erzeugt werden.

Für die im Kraftfahrzeugscheinwerfer vorgesehenen Optikmodule und deren Komponenten können Standardbauteile eingesetzt werden, die daher auf einfache Weise hergestellt werden können; insbesondere können Toleranzen bei der Herstellung der Komponenten der Optikmodule und der Optikmodule selbst sowie beim Einbau der Optikmodule im Kraftfahrzeugscheinwerfer durch die Verwendung optisch einfacher und gut miteinander kombinierbarer (optischer) Komponenten weitgehend vermieden werden. Aufgrund der einfachen Ausführungsform und der Möglichkeit zur Integration der Komponenten jeweils eines Optikmoduls und/oder zur Integration der Komponenten unterschiedlicher Optikmodule benötigen die Optikmodule jeweils nur einen geringen Bauraum (insbesondere in der Breite und der Tiefe), so dass auch die Gesamtheit der Optikmodule und damit der Kraftfahrzeugscheinwerfer selbst eine geringe Bautiefe aufweist; insbesondere kann damit auch die Bauform der Kraftfahrzeugscheinwerfer an bestimmte Vorgaben angepasst und der Kraftfahrzeugscheinwerfer mit geringen Abmessungen realisiert werden.

Im Zusammenhang mit der Zeichnung (1 und 2) soll ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfers erläutert werden.
Hierbei zeigt
1 den schematischen Aufbau eines Optikmoduls im Kraftfahrzeugscheinwerfer,
2 eine Seitenansicht mehrerer Optikmodule im Kraftfahrzeugscheinwerfer.
Gemäß der 1 weist ein Optikmodul 10 eine als Strahlungsquelle zur Emission von weißem Licht 13 vorgesehene lichtemittierende Diode (LED) 11, eine fokussierende Optik 12 als asphärisches Linsensystem aus einem Kollimator 17 und einer als Sammellinse fungierenden ersten asphärischen Linse 18 zur Bündelung des von der LED 11 emittierten Lichts 13, eine im Bereich des Brennpunkts der fokussierenden Optik 12 angeordnete, in ihren Transmissionseigenschaften variierbare Blende als Abschattungsvorrichtung 15 und eine in Lichtaustrittsrichtung 14 nach der Blende 15 angeordnete, als streuende Optik 16 (Streulinse) fungierende, zweite asphärische Linse zur Abstrahlung und Verteilung des aus dem Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 abgestrahlten Scheinwerferlichts 20 in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs auf.
Das Optikmodul 10 besitzt bsp. eine Gesamtlänge von 80 mm, eine Gesamtbreite von 35 mm und eine Gesamthöhe von bsp. 35 mm. Die LED 11 besitzt bsp. eine Leistung von 1 W und ist bsp. als InGaN-Heterostruktur-LED ausgebildet. Als Kollimator 17 ist bsp. ein Kunststoff-Kollimator vorgesehen, als erste asphärische Linse 18 bsp. eine Sammellinse mit einer Brennweite von 19.5 mm und einem Durchmesser von 26 mm. Als zweite asphärische Linse 16 ist bsp. eine Streulinse mit einer Brennweite von 27 mm und einem Durchmesser von 28.8 mm vorgesehen. Die bsp. aus Kunststoff oder Metall bestehende Blende 15 ist bsp. in einem Rahmen integriert und besitzt bsp. einen Durchmesser von 15 mm und eine Dicke von 0.5 mm bis 1 mm. Die Blende 15 kann zur Variation ihrer Transmissionseigenschaften bsp. durch mechanische Bewegung (Wegklappen) variierbar im Strahlengang des von der LED 11 emittierten Lichts 13 und damit bezüglich der Lichtaustrittsrichtung 14 positioniert werden und insbesondere auch vollständig aus dem Strahlengang des von der LED 11 emittierten Lichts 13 entfernt werden.
Gemäß der 2 sind mehrere im Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 angeordnete Optikmodule 10 zu einer einheitlichen Baugruppe zusammengefasst; bsp. sind 24 Optikmodule 10 im Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 vorgesehen, die in drei Baugruppen mit jeweils 8 Optikmodulen 10 unterteilt sind. In einer Baugruppe von Optikmodulen 10 sind bsp. die LEDs 11 die ser Optikmodule 10 in einem einheitlichen Bauteil 110 zusammengefasst, die fokussierenden Optiken 12 dieser Optikmodule 10, insbesondere deren Kollimatoren 18, in einem einheitlichen Bauteil 120, die Blenden 15 dieser Optikmodule 10 in einem einheitlichen Bauteil 150, und die streuenden Optiken 16 dieser Optikmodule 10 in einem einheitlichen Bauteil 160. Das aus dem Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 durch die als Abdeckung ausgebildete Lichtaustrittsfläche 22 (bsp. eine Glasabdeckung oder eine Kunststoffabdeckung) austretende Scheinwerferlicht 20 wird anhand der Ausgestaltung und räumlicher Anordnung (Verteilung) der Optikmodule 10 bzw. der Baugruppen von Optikmodulen 10 vorgegeben, wobei die Lichtfunktion des Kraftfahrzeugscheinwerfers 1 und/oder Einblendungen in das Scheinwerferlicht 20 und/oder Ausblendungen aus dem Scheinwerferlicht 20 anhand der Positionierung der Blende 15 in den Optikmodulen 10 oder den Baugruppen von Optikmodulen 10 variiert bzw. vorgegeben werden können. Bsp. werden die Blenden 15 einer Baugruppe von Optikmodulen 10 gemeinsam und gleichsinnig angesteuert und damit deren Transmissionseigenschaften gemeinsam und gleichsinnig variiert. Insbesondere kann bsp. die Lichtfunktion Abblendlicht bei wirksamer Positionierung der Blende 15 der Optikmodule 10 im Strahlengang des von der LED 11 emittierten Lichts 13 vorgegeben werden. In diesem Fall kann bei einer Variation der Positionierung der Blende 15 in den Optikmodulen 10 oder der jeweiligen Baugruppe von Optikmodulen 10 die durch die Blende 15 erfolgende Abschattung des von der LED 11 emittierten und durch die fokussierende Optik 12 gebündelten Lichts 13 variiert werden und hierdurch kann auch die Hell-Dunkel-Grenze 21 in der Lichtverteilung des aus dem Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 austretenden Scheinwerferlichts 20 variabel angepasst werden, bsp. an die Umgebungsbedingungen oder entsprechend den Wünschen oder Vorgaben des Bedieners des Kraftfahrzeugs.

Claims

Kraftfahrzeugscheinwerfer (1) mit mehreren Optikmodulen (10), wobei jedes Optikmodul (10) eine lichtemittierende Diode (11) und eine der lichtemittierenden Diode (11) zugeordnete fokussierende Optik (12) für das von der lichtemittierenden Diode (11) emittierte Licht (13) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Optikmodul (10) zur Variation der Verteilung des vom Kraftfahrzeugscheinwerfer (1) abgestrahlten Scheinwerferlichts (20) eine im Bereich des Brennpunkts der fokussierenden Optik (12) angeordnete Abschattungsvorrichtung (15) mit variierbaren Transmissionseigenschaften und zur Abstrahlung des Scheinwerferlichts (20) nach der Abschattungsvorrichtung (15) eine streuende Optik (16) aufweist.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch Variation der Transmissionseigenschaften der Abschattungsvorrichtung (15) im jeweiligen Optikmodul (10) eine durch die räumliche Anordnung der Optikmodule (10) im Kraftfahrzeugscheinwerfer (1) vorgegebene Lichtverteilung für das Scheinwerferlicht (20) variierbar ist.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch Vorgabe der Transmissionseigenschaften der Abschattungsvorrichtungen (15) in den Optikmodulen (10) eine bestimmte Lichtfunktion für den Kraftfahrzeugscheinwerfer (1) variabel realisiert ist.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch Vorgabe der Transmissionseigenschaften der Abschattungsvorrichtungen (15) in den Optikmodulen (10) für den Kraftfahrzeugscheinwerfer (1) entweder die Lichtfunktion Abblendlicht oder die Lichtfunktion Fernlicht oder die Lichtfunktion Nebellicht variabel realisiert ist.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmissionseigenschaften der Abschattungsvorrichtung (15) durch mechanische oder elektrische Ansteuerung der Abschattungsvorrichtung (15) variierbar sind.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschattungsvorrichtung (15) als mechanisch angesteuerte bewegliche Blende ausgebildet ist.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanisch angesteuerte bewegliche Blende als Klappe ausgebildet ist.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (15) in einem Rahmen integriert ist.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (15) am Gehäuse des Kraftfahrzeugsscheinwerfers (1) befestigt ist.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschattungsvorrichtung (15) als elektrisch angesteuerte elektro-optische Blende ausgebildet ist.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch angesteuerte elektro-optische Blende als LCD-Folie ausgebildet ist.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die fokussierende Optik (12) einen Kollimator (17) und eine asphärische Sammellinse (18) aufweist.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollimator (17) und die asphärische Sammellinse (18) der fokussierenden Optik (12) eines Optikmoduls (10) als ein Bauteil ausgebildet sind.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtemittierende Diode (11) und die zugeordnete fokussierende Optik (12) oder/und die Abschattungsvorrichtung (15) oder/und die streuende Optik (16) eines Optikmoduls (10) als ein Bauteil ausgebildet sind.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtemittierenden Dioden (11) und/oder die zugeordneten fokussierenden Optiken (12) und/oder die Abschattungsvorrichtungen (15) und/oder die streuenden Optiken (16) unterschiedlicher Optikmodule (10) in einem Bauteil oder einer Baugruppe zusammengefasst sind.