DE202016101480U1 - Beleuchtungsvorrichtung für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer - Google Patents

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Abstract

Beleuchtungsvorrichtung (100) für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, welche eine erste Lichtquelle (1) und einen ersten Reflektor (10), welcher der ersten Lichtquelle (1) zugeordnet ist, eine zweite Lichtquelle (2) und einen zweiten Reflektor (20), welcher der zweiten Lichtquelle (2) zugeordnet ist, sowie genau eine Projektionslinse (30) umfasst, wobei Licht der ersten Lichtquelle (1) von dem ersten Reflektor (10) reflektiert und von der Projektionslinse (30) in einen Bereich vor der Beleuchtungsvorrichtung (100) als erste Lichtverteilung abgebildet wird, und wobei Licht der zweiten Lichtquelle (2) von dem zweiten Reflektor (20) reflektiert und von der Projektionslinse (30) in einen Bereich vor der Beleuchtungsvorrichtung (100) als zweite Lichtverteilung abgebildet wird, und wobei die beiden Reflektoren (10, 20) als Reflektoren vom hyperbolischen Typ ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (phi1, phi2) zwischen der optischen Achse (30a) der Projektionslinse (30) und der optischen Achse (10a, D HLQHV 5HIOHNWRUV ≤ 6° und vorzugsweise > 0° ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, welche umfasst:
    • – eine erste Lichtquelle und einen ersten Reflektor, welcher der ersten Lichtquelle zugeordnet ist,
    • – eine zweite Lichtquelle und einen zweiten Reflektor, welcher der zweiten Lichtquelle zugeordnet ist.
  • Weiters betrifft die Erfindung einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit zumindest einer solchen Beleuchtungsvorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer solchen Beleuchtungsvorrichtung bzw. mit zumindest einem, beispielsweise zwei, solchen Kraftfahrzeugscheinwerfer(n).
  • Beleuchtungsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge werden beispielsweise zur Erzeugung von unterschiedlichen Lichtfunktionen eingesetzt.
  • Beispielsweise kann eine solche Beleuchtungsvorrichtung zur Erzeugung der Lichtfunktion „Fernlicht“ eingesetzt werden. Bei dieser Lichtfunktion „Fernlicht“ erzeugt die Beleuchtungsvorrichtung eine Lichtverteilung, welche in einem eingebauten Zustand der Beleuchtungsvorrichtung in ein Fahrzeug vor dem Fahrzeug eine den gesetzlichen Anforderungen entsprechende Fernlichtverteilung erzeugt.
  • Beispielsweise kann eine solche Beleuchtungsvorrichtung zur Erzeugung der Lichtfunktion „Abblendlicht“ eingesetzt werden. Bei dieser Lichtfunktion „Abblendlicht“ erzeugt die Beleuchtungsvorrichtung eine Lichtverteilung, welche in einem eingebauten Zustand der Beleuchtungsvorrichtung in ein Fahrzeug vor dem Fahrzeug eine den gesetzlichen Anforderungen entsprechende Abblendlichtverteilung erzeugt.
  • Beispielsweise kann eine solche Beleuchtungsvorrichtung zur Erzeugung der Lichtfunktion „Nebellicht“ eingesetzt werden. Bei dieser Lichtfunktion „Nebellicht“ erzeugt die Beleuchtungsvorrichtung eine Lichtverteilung, welche in einem eingebauten Zustand der Beleuchtungsvorrichtung in ein Fahrzeug vor dem Fahrzeug eine den gesetzlichen Anforderungen entsprechende Nebellichtverteilung erzeugt.
  • Beispielsweise kann eine solche Beleuchtungsvorrichtung zur Erzeugung der Lichtfunktion „Tagfahrlicht“ eingesetzt werden. Bei dieser Lichtfunktion „Tagfahrlicht“ erzeugt die Beleuchtungsvorrichtung eine Lichtverteilung, welche in einem eingebauten Zustand der Beleuchtungsvorrichtung in ein Fahrzeug vor dem Fahrzeug eine den gesetzlichen Anforderungen entsprechende Tagfahrlichtverteilung erzeugt.
  • Weiters ist es auch möglich, dass die Beleuchtungsvorrichtung nur eine Teillichtverteilung erzeugt, also z.B. nur einen Teil einer Fern-, Abblend-, Nebel- oder Tagfahrlichtverteilung.
  • Es versteht sich, dass die obige Aufzählung von Lichtfunktionen bzw. Lichtverteilungen nicht abschließend ist.
  • Eine typische Beleuchtungsvorrichtung umfasst eine Lichtquelle, deren Licht von einem Optiksystem in Form einer oben beschriebenen Lichtverteilung oder Teillichtverteilung in einen Bereich vor der Beleuchtungsvorrichtung bzw. in eingebautem Zustand der Beleuchtungsvorrichtung in einen Bereich vor dem Fahrzeug abgebildet wird. Das Optiksystem umfasst dabei einen Reflektor oder besteht aus diesem Reflektor, wobei unter Umständen noch andere optisch wirksame Bauteile, z.B. eine Abschattvorrichtung (etwa eine Blende) vorgesehen sein können.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, mit einer Beleuchtungsvorrichtung zwei oder mehr Lichtfunktionen bei gleichzeitig deutlicher Verringerung der Bauraumtiefe im Vergleich zu klassischen Projektionssystemen zu erreichen.
  • Diese Aufgabe wird mit einer eingangs erwähnten Beleuchtungsvorrichtung dadurch gelöst, dass erfindungsgemäß die Beleuchtungsvorrichtung genau eine Projektionslinse umfasst, und wobei Licht der ersten Lichtquelle von dem ersten Reflektor reflektiert und von der Projektionslinse in einen Bereich vor der Beleuchtungsvorrichtung als erste Lichtverteilung abgebildet wird, und wobei Licht der zweiten Lichtquelle von dem zweiten Reflektor reflektiert und von der Projektionslinse in einen Bereich vor der Beleuchtungsvorrichtung als zweite Lichtverteilung abgebildet wird, und wobei die beiden Reflektoren als Reflektoren vom hyperbolischen Typ ausgebildet sind.
  • Durch die Verwendung lediglich einer Projektionslinse, welcher zwei oder mehrere hyperbolische Reflektoren zugeordnet sind, kann die Beleuchtungsvorrichtung hinsichtlich der Bauraumtiefe klein gehalten werden.
  • Die Lichtquellen und die für diese gegebenenfalls vorgesehenen Kühlkörper (z.B. bei der Verwendung von LED-Lichtquellen) können im vorderen Bereich der Beleuchtungsvorrichtung angeordnet werden und können somit die Verlustleistung der Lichtquellen in optischer Ausbreitungsrichtung (z.B. in Richtung einer Abschlussscheibe der Beleuchtungsvorrichtung oder eines Kraftfahrzeugscheinwerfers, in welchen die Beleuchtungsvorrichtung eingebaut ist) abführen.
  • Ein Reflektor vom hyperbolischen Typ (im Folgenden auch als hyperbolischer Reflektor bezeichnet) ist ein Reflektor mit einem inneren, realen Brennpunkt und einem äußeren, virtuellen Brennpunkt. Eine Lichtquelle in einem Bereich des inneren Brennpunkts bzw. im inneren Brennpunkt bildet eine virtuelle Lichtquelle als Abbild der realen Lichtquelle im Bereich seines äußeren, virtuellen Brennpunkts bzw. im äußeren, virtuellen Brennpunkt.
  • Die virtuelle Abbildung des hyperbolischer Reflektors kann genutzt werden, um auch bei begrenztem Bauraum eine weit entfernte (virtuelle) Lichtquelle zur Verfügung zu stellen.
  • Außerdem von Vorteil kann es sein, dass ein hyperbolischer Reflektor, insbesondere ein hyperboloider Reflektor, so konstruiert werden kann, dass er die Lichtquelle sehr gut umschließt und damit eine hocheffiziente Lichtnutzung erlaubt.
  • Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass ein oder mehrere weitere Lichtquellen vorgesehen sind, wobei jeder weiteren Lichtquelle jeweils ein weiterer Reflektor zugeordnet ist, und wobei Licht von einer weiteren Lichtquelle von ihrem zugeordneten Reflektor reflektiert und von der Projektionslinse als weitere Lichtverteilung abgebildet wird, und wobei der oder die weitere Reflektoren als hyperbolische Reflektoren ausgebildet sind.
  • Damit können ein oder mehrere zusätzliche (Teil-)Lichtverteilung(en) realisiert werden.
  • Von Vorteil ist es, wenn die virtuellen Brennpunkte der Reflektoren zusammenfallen.
  • Günstig kann es ein, wenn der virtuelle Brennpunkt zumindest eines Reflektors, vorzugsweise die Brennpunkte der beiden oder aller Reflektoren mit dem Brennpunkt der Projektionslinse zusammenfallen oder in einer Ebene liegen, welche parallel zu der Lichteintrittsebene der Projektionsebene liegt, wobei vorzugsweise der Brennpunkt der Projektionslinse ebenfalls in dieser Ebene liegt, oder der virtuelle Brennpunkt zumindest eines Reflektors, vorzugsweise die Brennpunkte der beiden oder aller Reflektoren auf der Petzval-Fläche der Projektionslinse liegt bzw. liegen.
  • Für den Fall einer nicht ebenen Lichteintrittsfläche der Projektionslinse ist die Lichteintrittsebene definiert als die Tangentialebene an den Scheitelpunkt der Projektionslinse. Der Scheitelpunkt der Projektionslinse ist der Durchstossungspunkt der optischen Achse der Projektionslinse durch die Lichteintrittsfläche der Projektionslinse.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Winkel zwischen der optischen Achse der Projektionslinse und der optischen Achse eines Reflektors ≤ 6° und vorzugsweise > 0° ist.
  • Bei einem Linsendurchmesser w = 50mm ergibt sich bei u = 2 Reflektoren (u = Anzahl der Reflektoren) vorzugsweise eine anzustrebende Linsenbrennweite von größer b = 238mm, insbesondere unter der Annahme von identischen Winkeln zwischen den optischen Achsen der Reflektoren und der Reflektoren.
  • Allgemein gilt b ≥ (w/u)/tan(phi) (w = Linsendurchmesser), unter der Annahme von identischen Winkeln zwischen den optischen Achsen der Reflektoren und der Reflektoren. Aus dieser Relation kann bei gegebenen anderen Parametern auch der günstige Linsendurchmesser ermittelt werden.
  • Bei Einsatz einer größeren Linse (größerer Linsendurchmesser) kann die Brennweite verringert werden bzw. bei drei oder mehr Reflektoren nebeneinander wird die notwendige Brennweite dementsprechend größer.
  • Je geringer die oben beschriebenen Winkel, umso besser ist die Effizienz/Qualität des optischen Systems. Ein Winkel von 0° ist ausgeschlossen, da er nur einen Reflektor zulassen würde. Bei Winkeln phi > 6° nimmt die optische Qualität ab.
  • Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Durchmesser der Projektionslinse ca. 50 mm oder größer 50 mm ist.
  • Vorzugsweise sind die Lichtquellen getrennt ansteuerbar.
  • Mit Vorteil können die Lichtquellen gleichzeitig betrieben werden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die erste und die zweite Lichtverteilung, insbesondere alle Lichtverteilungen in Form und/oder Position und/oder Intensitätsverteilung voneinander verschieden oder identisch sind.
  • Es kann vorgesehen sein, dass zumindest eine Lichtquelle, vorzugsweise beide Lichtquellen oder alle Lichtquellen, eine LED-Lichtquelle ist bzw. LED-Lichtquellen sind, wobei eine LED-Lichtquelle eine oder mehrere LEDs umfasst.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass zumindest eine Lichtquelle, vorzugsweise beide Lichtquellen oder alle Lichtquellen Laserlichtquellen sind.
  • Es kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass Laser- und LED-Lichtquellen gemischt vorgesehen sind, d.h., dass bei einer Beleuchtungsvorrichtung einem oder mehreren Reflektoren jeweils eine Laser-Lichtquelle und einem oder mehreren anderen Reflektoren jeweils eine LED-Lichtquelle zugeordnet ist.
  • Beispielsweise ist jede Lichtquelle in einem realen Brennpunkt des zugeordneten Reflektors angeordnet.
  • Mit Vorteil ist vorgesehen, dass jede Lichtquelle mit ihrem zugeordneten Reflektor eine Gesamtlichtverteilung oder eine Teillichtverteilung einer Gesamtlichtverteilung erzeugt.
  • Beispielsweise können alle Systeme Lichtquelle-Reflektor unterschiedliche Gesamtlichtverteilungen erzeugen, z.B. ein System eine Abblendlichtverteilung, ein anderes System eine Fernlichtverteilung, usw. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein oder mehrere Systeme jeweils eine Gesamtlichtverteilung erzeugen und ein oder mehrere Systeme Teillichtverteilungen, welche sich zu einer weiteren Gesamtlichtverteilung ergänzen oder welche andere Teillichtverteilungen, welche mit einer anderen Beleuchtungsvorrichtung vom selben Typ oder von einem anderen Typ wie die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung erzeugen.
  • Mögliche Gesamtlichtverteilungen sind die oben angesprochenen Verteilungen (Fernlicht, Abblendlicht, Nebellicht, Tagfahrlicht).
  • Prinzipiell sind beliebige Kombinationen möglich wie folgende weitere beispielhafte Umsetzungen:
    • – Abblendlicht-Grundbeleuchtung & Abblendlicht-Asymmetrie/Reichweite
    • – Abblendlicht-linker Teil & Abblendlicht-rechter Teil
    • – Fernlicht-Breit & Fernlicht-konzentriert
    • – ....
  • Kombination von ähnlichen Einzeleinheiten (Einzelsystem aus Lichtquelle und Reflektor) zur Umsetzung mehrerer Grund- bzw. auch adaptiver Funktionen, wie beispielhaft
    • – Abblendlicht & Fernlicht
    • – Abblendlicht & Autobahnlicht
    • – Nebellicht & Abbiegelicht
    • – Abblendlicht & blendfreies Fernlicht
    • – blendfreies Fernlicht & Voll-Fernlicht
    • – ...
    sind denkbar.
  • Die Kombination verschiedener Technologien (LED-Einheit + Laser-Einheit) ist wie schon angesprochen ebenfalls denkbar.
  • Im Folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erörtert. In dieser zeigt die einzige 1 eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung in einem schematischen Horizontalschnitt in einer Ebene, welche die optische Achse der Projektionslinse enthält.
  • Die einzige 1 zeigt eine Beleuchtungsvorrichtung 100 für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, eine erste Lichtquelle 1 und einen ersten Reflektor 10, welcher der ersten Lichtquelle 1 zugeordnet ist, und eine zweite Lichtquelle 2 und einen zweiten Reflektor 20, welcher der zweiten Lichtquelle 2 zugeordnet ist.
  • Die beiden Reflektoren 10, 20 sind als Reflektoren vom hyperbolischen Typ, vorzugsweise als hyperboloide Reflektoren, ausgebildet. Jeder Reflektor 10, 20 weist einen virtuellen Brennpunkt F1, F2 und einen realen Brennpunkt F1', F2' auf.
  • Die erste Lichtquelle 1 ist in dem realen Brennpunkt F1' des ersten Reflektors 10 angeordnet, die zweite Lichtquelle 2 in dem realen Brennpunkt F2' des zweiten Reflektors 20.
  • In dem gezeigten Beispiel liegen die Lichtquellen 1, 2, in derselben Horizontalebene wie die virtuellen Brennpunkten F1, F2. Es können aber – generell, d.h. unabhängig von der gezeigten Ausführungsform und auch unabhängig von der Art der Lichtquelle – die Lichtquellen, insbesondere der Licht emittierende Bereich der Lichtquellen, auch ober- oder unterhalb der Ebene der virtuellen Brennpunkte, angeordnet sein.
  • Vorzugsweise sind die Lichtquellen 1, 2 getrennt ansteuerbar.
  • Mit Vorteil können die Lichtquellen 1, 2 gleichzeitig betrieben werden.
  • Die beiden Lichtquellen 1, 2 sind z.B. als LED-Lichtquellen ausgebildet und umfassen jeweils eine oder mehrere LEDs.
  • Die Beleuchtungsvorrichtung weist genau eine Projektionslinse 30 auf, und Licht der ersten Lichtquelle 1, welches – vorzugsweise ausschließlich – von dem ersten Reflektor 10 reflektiert wird, wird von der Projektionslinse 30 in einen Bereich vor der Beleuchtungsvorrichtung 100 als erste Lichtverteilung abgebildet.
  • Licht der zweiten Lichtquelle 2 wird – vorzugsweise ausschließlich – von dem zweiten Reflektor 20 reflektiert und von der Projektionslinse 30 in einen Bereich vor der Beleuchtungsvorrichtung 100 als zweite Lichtverteilung abgebildet wird.
  • Der virtuelle Brennpunkt F1 des ersten Reflektors 10 und der virtuelle Brennpunkt F2 des zweiten Reflektor 20 fallen vorzugsweise, wie gezeigt, zusammen.
  • Weiters fällt vorzugsweise, wie gezeigt, der Brennpunkt F3 der Projektionslinse 30 mit den beiden virtuellen Brennpunkten F1, F2 der beiden Reflektoren 10, 20 zusammen.
  • Die optische Achse 10a des ersten Reflektors 10 verläuft unter einem Winkel phi1 zu der optischen Achse 30a der Projektionslinse 30, die optische Achse 20a des zweiten Reflektors 20 verläuft unter einem Winkel phi2 zu der optischen Achse 30a der Projektionslinse 30. In dem gezeigten Beispiel ist phi1 < phi2.
  • Vorzugsweise gilt für die Winkel phi1, phi2, dass diese ≤ 6° und vorzugsweise > 0° sind.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die erste und die zweite Lichtverteilung, insbesondere alle Lichtverteilungen in Form und/oder Position und/oder Intensitätsverteilung voneinander verschieden oder identisch sind.

Claims (14)

  1. Beleuchtungsvorrichtung (100) für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, welche eine erste Lichtquelle (1) und einen ersten Reflektor (10), welcher der ersten Lichtquelle (1) zugeordnet ist, eine zweite Lichtquelle (2) und einen zweiten Reflektor (20), welcher der zweiten Lichtquelle (2) zugeordnet ist, sowie genau eine Projektionslinse (30) umfasst, wobei Licht der ersten Lichtquelle (1) von dem ersten Reflektor (10) reflektiert und von der Projektionslinse (30) in einen Bereich vor der Beleuchtungsvorrichtung (100) als erste Lichtverteilung abgebildet wird, und wobei Licht der zweiten Lichtquelle (2) von dem zweiten Reflektor (20) reflektiert und von der Projektionslinse (30) in einen Bereich vor der Beleuchtungsvorrichtung (100) als zweite Lichtverteilung abgebildet wird, und wobei die beiden Reflektoren (10, 20) als Reflektoren vom hyperbolischen Typ ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (phi1, phi2) zwischen der optischen Achse (30a) der Projektionslinse (30) und der optischen Achse (10a, D HLQHV 5HIOHNWRUV ≤ 6° und vorzugsweise > 0° ist.
  2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere weitere Lichtquellen vorgesehen sind, wobei jeder weiteren Lichtquelle jeweils ein weiterer Reflektor zugeordnet ist, und wobei Licht von einer weiteren Lichtquelle von ihrem zugeordneten Reflektor reflektiert und von der Projektionslinse als weitere Lichtverteilung abgebildet wird, und wobei der oder die weitere Reflektoren als hyperbolische Reflektoren ausgebildet sind.
  3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuellen Brennpunkte (F1, F2) der Reflektoren (10, 20) zusammenfallen.
  4. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der virtuelle Brennpunkt zumindest eines Reflektors, vorzugsweise die Brennpunkte (F1, F2) der beiden oder aller Reflektoren (10, 20) mit dem Brennpunkt (F3) der Projektionslinse (30) zusammenfallen oder in einer Ebene liegen, welche parallel zu der Lichteintrittsebene der Projektionsebene liegt, wobei vorzugsweise der Brennpunkt der Projektionslinse ebenfalls in dieser Ebene liegt, oder der virtuelle Brennpunkt zumindest eines Reflektors, vorzugsweise die Brennpunkte (F1, F2) der beiden oder aller Reflektoren (10, 20) auf der Petzval-Fläche der Projektionslinse (30) liegt bzw. liegen.
  5. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Projektionslinse (30) ca. 50 mm oder > 50 mm ist.
  6. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (1, 2) getrennt ansteuerbar sind.
  7. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (1, 2) gleichzeitig betrieben werden können.
  8. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Lichtverteilung, insbesondere alle Lichtverteilungen in Form und/oder Position und/oder Intensitätsverteilung voneinander verschieden oder identisch sind.
  9. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Lichtquelle, vorzugsweise beide Lichtquellen (1, 2) oder alle Lichtquellen eine LED-Lichtquelle ist bzw. LED-Lichtquellen sind, wobei eine LED-Lichtquelle eine oder mehrere LEDs umfasst.
  10. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Lichtquelle, vorzugsweise beide Lichtquellen (1, 2) oder alle Lichtquellen Laserlichtquellen sind.
  11. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede Lichtquelle (1, 2) in einem realen Brennpunkt (F1', F2') des zugeordneten Reflektors (10, 20) angeordnet ist.
  12. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede Lichtquelle (1, 2) mit ihrem zugeordneten Reflektor (10, 20) eine Gesamtlichtverteilung oder eine Teillichtverteilung einer Gesamtlichtverteilung erzeugt.
  13. Kraftfahrzeugscheinwerfer mit zumindest einer Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
  14. Kraftfahrzeug mit zumindest einer Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder zumindest einem, beispielsweise zwei, Kraftfahrzeugscheinwerfer(n) nach Anspruch
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