DE10308704A1

DE10308704A1 - Kraftfahrzeugscheinwerfer

Info

Publication number: DE10308704A1
Application number: DE10308704A
Authority: DE
Inventors: Stephan Berlitz; Thomas Klierl; Andreas Reich; Christian Spreitzer; Manfred Stadler; Gerhard Probst; Clemens Stöberl
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 im Bereich des Brennpunkts der fokussierenden Optik eine Abschattungsvorrichtung und nach der Abschattungsvorrichtung in Lichtaustrittsrichtung eine streuende Optik zur Abstrahlung des Scheinwerferlichts des Kraftfahrzeugscheinwerfers 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.
Aufgrund der in der Praxis auftretenden Toleranzen der Komponenten der Optikmodule einerseits und der Toleranzen für die Positionierung der Komponenten der Optikmodule andererseits, kann jedoch die gewünschte Verteilung des Scheinwerferlichts – insbesondere auch eine gewünschte scharfe Hell-Dunkel-Grenze in bestimmten Lichtfunktionen des Kraftfahrzeugscheinwerfers für den Übergangsbereich zwischen dem durch das Scheinwerferlicht erhellten Ausleuchtbereich und dem oberhalb des Ausleuchtbereichs liegenden dunklen, nicht ausgeleuchteten Bereich – nur mit hohem Aufwand und nicht produktionssicher reproduzierbar gewährleistet werden.
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 reproduzierbar 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 wird beim vorgestellten Kraftfahrzeugscheinwerfer die Verteilung des vom Kraftfahrzeugscheinwerfer abgestrahlten Scheinwerferlichts ohne Reflektoren mittels einer Vielzahl von jeweils Linsenoptiken und eine (insbesondere als Blende ausgebildete) Abschattungsvorrichtung aufweisenden Optikmodulen vorgegeben. 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 Lichtfunktion des Kraftfahrzeugscheinwerfers ggf. begrenzt, insbesondere je nach Form und Positionierung der Abschattungsvorrichtung (Blende) die Hell-Dunkel-Grenze erzeugt und das gebündelte und begrenzte Licht der lichtemittierenden Diode LED durch eine in Lichtaustrittsrichtung nach der Abschattungsvorrichtung (Blende) angeordnete streuende Optik (insbesondre eine Streulinse) 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 Abschattungsvorrichtung (Blende) kann bsp. in einem Rahmen integriert werden oder direkt am Gehäuse des Kraftfahrzeugscheinwerfers angeordnet 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) der jeweiligen Optikmodule, wird eine bestimmte Lichtverteilung des vom Kraftfahrzeugscheinwerfer abgestrahlten Scheinwerferlichts synthetisiert. Hierdurch ist dem Kraftfahrzeugscheinwerfer eine bestimmte Abstrahlcharakteristik des Scheinwerferlichts und damit eine bestimmte Lichtfunktion zugeordnet, bsp. die Lichtfunktion Abblendlicht oder die Lichtfunktion Nebellicht (bei diesen beiden Lichtfunktionen ist die Abschattungsvorrichtung wirksam im Strahlengang des von der lichtemittierenden Diode LED emittierten Lichts positioniert) oder die Lichtfunktion Fernlicht (bei dieser Lichtfunktion ist die Abschattungsvorrichtung unwirksam im Strahlengang des von der lichtemittierenden Diode LED emittierten Lichts positioniert). Weiterhin kann bei denjenigen Lichtfunktionen, bei denen die Abschattungsvorrichtung wirksam im Strahlengang des von der lichtemittierenden Diode LED emittierten Lichts positioniert ist, durch die Vorgabe von Form und Positionierung (räumlicher Anordnung) der Abschattungsvorrichtung (Blende) im Kraftfahrzeugscheinwerfer die Hell-Dunkel-Grenze beeinflusst und an die Bedürfnisse angepasst werden.
Bestimmte Komponenten der Optikmodule können als gemeinsame Bauteile oder als gemeinsame Baugruppe 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 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 optische Komponenten des Optikmoduls) eines Optikmoduls eine Einheit bilden, d.h. in einem einheitlichen Bauteil (kompakt) integriert werden. Alternativ hierzu können aber auch die jeweils gleichen Komponenten einer bestimmten Anzahl unterschiedlicher Optikmodule und damit mehrere Optikmodule (bsp. die Komponenten von 8 Optikmodulen) zusammengefasst werden, d.h. jeweils in einem Bauteil oder einer Baugruppe kompakt integriert werden.
Vorteilhafterweise können für die im Kraftfahrzeugscheinwerfer vorgesehenen Optikmodule und deren Komponenten Standardbauteile eingesetzt, 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 Kraftfahrzeugscheinwerfer werden keine Reflektoren benötigt, wobei durch entsprechende Ausgestaltung und räumliche Anordnung der Optikmodule im Kraftfahrzeug scheinwerfer die gewünschte Lichtfunktion des Kraftfahrzeugscheinwerfers vorgegeben und für diese Lichtfunktion eine optimale Ausleuchtung des Umgebungsbereichs (insbesondere der Fahrbahn) gewährleistet werden kann. Entsprechend der Ausbildung und Positionierung (räumlicher Anordnung) der Abschattungsvorrichtung (Blende) im Kraftfahrzeugscheinwerfer kann mit der gleichen Strahlungsquelle dem Kraftfahrzeugscheinwerfer die Lichtfunktion Abblendlicht oder die Lichtfunktion Nebellicht oder die Lichtfunktion Fernlicht zugeordnet werden und bei den entsprechenden Lichtfunktionen insbesondere auch die Hell-Dunkel-Grenze im vom Kraftfahrzeugscheinwerfer abgestrahlten Scheinwerferlicht angepasst und ggf. sehr scharf erzeugt werden.
Im Zusammenhang mit der Zeichnung (1 bis 4) soll ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerters erläutert werden.
Hierbei zeigt
1 den schematischen Aufbau eines Optikmoduls im Kraftfahrzeugscheinwerfer,
2 eine Explosionsdarstellung eines Optikmoduls,
3 eine Draufsicht auf mehrere Optikmodule im Kraftfahrzeugscheinwerfer,
4 das vom Kraftfahrzeugscheinwerfer abgestrahlte Scheinwerferlicht mit einer Hell-Dunkel-Grenze.
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 Blende als Abschattungsvorrichtung 15 und eine in Lichtaustrittsrichtung 14 nach der Blende 15 angeordnete, als streuende Optik 16 (Streulinse) fungierende, zweite asphärische Linse zur 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. 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. Als zweite asphärische Linse 16 ist bsp. eine Streulinse mit einer Brennweite von 27 mm und einem Durchmesser von 28.8 mm vorgesehen.
Gemäß der 3 sind mehrere im Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 angeordnete Optikmodule 10 dargestellt; bsp. sind 24 Optikmodule 10 im Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 vorgesehen. Das aus dem Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 durch die bsp. als Abdeckung ausgebildete Lichtaustrittsfläche 22 (bsp. eine Glasabdeckung oder eine Kunststoffabdeckung) austretende Scheinwerferlicht 20 und damit die gewünschte Lichtfunktion des Kraftfahrzeugscheinwerfers 1 wird anhand der Ausgestaltung und räumlichen Anordnung (Verteilung) der Optikmodule 10 im Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 vorgegeben; bsp. sind die Optikmodule 10 äquidistant verteilt im Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 angeordnet. Bsp. ist dem Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 die Lichtfunktion bsp. Abblendlicht zugeordnet – bei dieser Lichtfunktion ist die Blende 15 wirksam im Strahlengang des von der LED 11 emittierten Lichts 13 und damit in Lichtaustrittsrichtung 14 positioniert.
Gemäß der 4 wird bei geeigneter Positionierung der Blende 15 aufgrund der durch die Blende 15 erfolgenden scharfen Abschattung des von der LED 11 emittierten und durch die fokussierende Optik 12 gebündelten Lichts 13 eine scharfe Hell-Dunkel-Grenze 21 in der Lichtverteilung des aus dem Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 austretenden Scheinwerferlichts 20 realisiert.

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) in Lichtaustrittsrichtung (14) nach der fokussierenden Optik (12) eine im Bereich des Brennpunkts der fokussierenden Optik (12) angeordnete Abschattungsvorrichtung (15) und nach der Abschattungsvorrichtung (15) eine streuende Optik (16) zur Abstrahlung des Scheinwerferlichts (20) des Kraftfahrzeugscheinwerfers (1) aufweist.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die fokussierende Optik (12) einen Kollimator (17) und eine asphärische Sammellinse (18) aufweist.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollimator (17) und die asphärische Sammellinse (18) der fokussierenden Optik (12) als ein Bauteil ausgebildet sind.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtemittierende Diode (11) und der Kollimator (17) der zugeordneten fokussierenden Optik (12) eines Optikmoduls (10) als ein Bauteil ausgebildet sind.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtemittierende Diode (11) und die zugeordnete fokussierende Optik (12) eines Optikmoduls (10) als ein Bauteil ausgebildet sind.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtemittierende Diode (11), die zugeordnete fokussierende Optik (12) und die Abschattungsvorrichtung (15) eines Optikmoduls (10) als ein Bauteil ausgebildet sind.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtemittierende Diode (11), die zugeordnete fokussierende Optik (12), die Abschattungsvorrichtung (15) 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.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch die räumliche Anordnung der Optikmodule (10) im Kraftfahrzeugscheinwerfer (1) und/oder durch die Positionierung der Abschattungsvorrichtung (15) im jeweiligen Optikmodul (10) eine bestimmte Lichtverteilung für das vom Kraftfahrzeugscheinwerfer (1) abgestrahlte Scheinwerferlicht (20) realisiert ist.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch die räumliche Anordnung der Optikmodule (10) im Kraftfahrzeugscheinwerfer (1) und/oder durch die Positionierung der Abschattungsvorrichtung (15) im jeweiligen Optikmodul (10) eine bestimmte Lichtfunktion des Kraftfahrzeugscheinwerfers (1) realisiert ist.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Positionierung der Abschattungsvorrichtung (15) im jeweiligen Optikmodul (10) entweder die Lichtfunktion Abblendlicht oder die Lichtfunktion Fernlicht oder die Lichtfunktion Nebellicht realisiert ist.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschattungsvorrichtung (15) als Blende ausgebildet ist.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (15) in einem Rahmen integriert ist.
Kraftfahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (15) am Gehäuse des Kraftfahrzeugsscheinwerfers (1) befestigt ist.