DE4031352A1 - Headlamp with achromatic lens combination for motor vehicle - has corrugations on convex face at angle to horizontal for diffusion of boundary of bright field - Google Patents
Headlamp with achromatic lens combination for motor vehicle - has corrugations on convex face at angle to horizontal for diffusion of boundary of bright fieldInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einem Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge nach der Gattung des Anspruchs 1.The invention relates to a headlight for motor vehicles according to the preamble of claim 1.
Ein solcher Scheinwerfer ist durch die DE-OS 36 02 262 bekannt. Die ser Scheinwerfer weist einen Reflektor auf, der durch Reflexion der Strahlen einer Lichtquelle ein Lichtbündel erzeugt. Im Strahlengang der reflektierten Lichtstrahlen ist eine Blende angeordnet, mit ei ner optisch wirksamen Kante, die über ein Objektiv als Hell-Dun kel-Grenze der vom Scheinwerfer erzeugten Lichtverteilung abgebildet wird. Der eigentlichen Oberfläche des Objektivs ist zum Zwecke einer Farbsaumunterdrückung eine wellenartige Struktur überlagert, durch die die durch das Objektiv tretenden Lichtstrahlen so gestreut wer den, daß die Abbildung der Kante der Blende verunschärft wird. Die Wellen sind dabei entweder als in sich geschlossene konzentrische Ringe oder sich geradlinig und vertikal erstreckend ausgebildet. Es hat sich jedoch gezeigt, daß zur Verunschärfung der Abbildung der Blendenkante vor allem eine Ablenkung der Lichtstrahlen senkrecht zur Blendenkante notwendig ist, was bei den ringförmigen Wellen nur von einem Teil der Wellen und bei den sich vertikal erstreckenden Wellen gar nicht erreicht ist.Such a headlight is known from DE-OS 36 02 262. The This headlight has a reflector, which is reflected by the Rays of a light source creates a light beam. In the beam path of the reflected light rays is arranged with an aperture ner optically effective edge, through a lens as a light-dun kel limit of the light distribution generated by the headlight becomes. The actual surface of the lens is for the purpose of one Color fringe suppression superimposed on a wave-like structure who scatter the rays of light passing through the lens that the image of the edge of the aperture is blurred. The Waves are either self-contained concentric Rings or straight and vertically extending. It However, it has been shown that to blur the image Aperture edge especially a deflection of the light rays vertically to the diaphragm edge is necessary, which is only for the ring-shaped shafts from part of the waves and the vertically extending ones Waves is not reached at all.
Der erfindungsgemäße Scheinwerfer mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die Wellen so an geordnet sind, daß diese die Lichtstrahlen im wesentlichen in einer zur Verunschärfung der Abbildung der Kante der Blende erforderlichen Richtung ablenken.The headlamp according to the invention with the characteristic features of claim 1 has the advantage that the waves are arranged in such a way that the light rays essentially in one necessary to blur the image of the edge of the bezel Distract direction.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter bildungen des Scheinwerfers gekennzeichnet. Bei der im Anspruch 2 gekennzeichneten Ausbildung des Objektivs ist dieses einfach her stellbar. Durch die in den Ansprüchen 3, 4, 6 und 7 gekennzeichneten Ausbildungen sind Möglichkeiten zur Anpassung der Ablenkungswirkung der Wellen zur Erzielung einer gewünschten Verunschärfung gegeben. Durch die im Anspruch 9 gekennzeichnete Ausbildung ist eine Anpas sung der Ablenkungswirkung der Wellen an eine nach ECE-Regelung ge forderte Hell-Dunkel-Grenze erreicht. Durch die Ausbildung gemäß An spruch 12 ist eine Anpassung der Ablenkungswirkung der Wellen an eine nach SAE-Regelung geforderte Hell-Dunkel-Grenze erreicht. Durch die im Anspruch 15 gekennzeichnete Weiterbildung ist außerdem eine Korrektur von sich möglicherweise an der Hell-Dunkel-Grenze ergeben den Farbsäumen erreicht.Advantageous refinements and further are in the subclaims markings of the headlamp. In the case of claim 2 marked training of the lens, this is easy adjustable. By those characterized in claims 3, 4, 6 and 7 Training is a way to adjust the distraction effect given the waves to achieve a desired blurring. The training characterized in claim 9 is a match the deflection effect of the waves to a ge according to ECE regulation demanded cut-off line reached. By training according to An saying 12 is an adaptation of the deflection effect of the waves a light / dark limit required according to the SAE regulation has been reached. By the training characterized in claim 15 is also a Correction may result at the cut-off line the color fringes reached.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Scheinwerfer im vertikalen Längsschnitt, Fig. 2 eine Hell-Dunkel-Grenze wie sie nach ECE-Regelung gefordert ist, Fig. 3 den Verlauf der Wellenstruktur auf dem Objektiv für die Hell-Dunkel-Grenze nach Fig. 2, Fig. 4 den in Fig. 1 mit IV be zeichneten Ausschnitt in vergrößerter Darstellung, Fig. 5 eine Va riante des Objektivs von Fig. 3, Fig. 6 eine Hell-Dunkel-Grenze wie sie nach SAE-Regelung gefordert ist und Fig. 7 den Verlauf der Wellenstruktur auf dem Objektiv für die Hell-Dunkel-Grenze nach Fig. 6. Two embodiments of the invention are shown in the drawing and Darge explained in more detail in the following description. In the drawings Fig. 1 shows a headlamp in a vertical longitudinal section, FIG. 2 is a cut-off limit as control ECE is required according to, Fig. 3 shows the profile of the shaft structure on the lens for the light-dark boundary of FIG. 2 FIG. 4, the section marked IV in FIG. 1 in an enlarged view, FIG. 5 a variant of the lens of FIG. 3, FIG. 6 a light-dark boundary as required by the SAE regulation, and FIG . 7 the course of the wave pattern on the lens for the light-dark border to Fig. 6.
Ein in den Fig. 1 bis 7 dargestellter Scheinwerfer nach dem Pro jektionsprinzip für Abblendlicht oder Nebellicht für Kraftfahrzeuge weist einen Reflektor 10 auf, in den eine Lichtquelle 11 eingesetzt ist, die eine Glühlampe oder eine Gasentladungslampe sein kann. Der Reflektor 10 enthält im vertikalen und horizontalen Axialschnitt un terschiedliche Ellipsen 12, mit gemeinsamem im Reflektor liegendem erstem Brennpunkt Fe, jedoch unterschiedlichen zweiten Brennpunkten, die in Lichtaustrittsrichtung vom Reflektor unterschiedlich weit entfernt liegen. Die Glühwendel bzw. der Lichtbogen der Lichtquelle 11 ist etwa im ersten Brennpunkt Fe der Ellipsen auf der optischen Achse 13 des Reflektors angeordnet und erstreckt sich axial. In Richtung der vom Reflektor reflektierten Lichtstrahlen ist unterhalb der optischen Achse 13 eine Blende 14 angeordnet, mit einer optisch wirksamen Oberkante 16. Nach der Blende 14 ist in Lichtaustritts richtung ein Objektiv 17 angeordnet, durch das die Kante 16 der Blende 14 als Hell-Dunkel-Grenze der Lichtverteilung abgebildet wird und die Lichtstrahlen in einer zur Erzeugung einer günstigen Licht verteilung erforderlichen Weise abgelenkt werden. Das Objektiv 17 weist eine dem Reflektor 10 zugewandte plane oder leicht gewölbte Seite 18 und gegenüberliegend eine Konvexseite 19 auf. Die Konvex seite 19 weist eine in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnete asphäri sche Oberfläche 21 auf.A headlight shown in FIGS . 1 to 7 according to the projection principle for low beam or fog light for motor vehicles has a reflector 10 , in which a light source 11 is used, which can be an incandescent lamp or a gas discharge lamp. The reflector 10 contains in vertical and horizontal axial section un different ellipses 12 , with the first focal point Fe lying in the reflector, but different second focal points which are at different distances from the reflector in the light exit direction. The incandescent filament or the arc of the light source 11 is arranged approximately in the first focal point Fe of the ellipses on the optical axis 13 of the reflector and extends axially. In the direction of the light rays reflected by the reflector, an aperture 14 is arranged below the optical axis 13 , with an optically effective upper edge 16 . After the diaphragm 14 , a lens 17 is arranged in the light exit direction, through which the edge 16 of the diaphragm 14 is imaged as a light-dark boundary of the light distribution and the light beams are deflected in a manner necessary for generating a favorable light distribution. The lens 17 has a flat or slightly curved side 18 facing the reflector 10 and a convex side 19 opposite. The convex side 19 has an aspherical surface 21 shown in dashed lines in FIG. 1.
Die asphärische Oberfläche 21 des Objektivs ist so ausgebildet, daß Abbildungsfehler, die eine sphärische Oberfläche erzeugen würde, bestmöglich korrigiert sind. Außerdem kann der Oberfläche 21 der oberen Hälfte des Objektivs eine zylindrische Halblinse 22 überla gert sein und der unteren Hälfte eine zylindrische Halblinse 23. Die Zylinderachsen der Halblinsen 22, 23 erstrecken sich im wesentlichen horizontal. Durch die beiden Halblinsen werden Lichtstrahlen nach unten abgelenkt. Die obere Halblinse 22 weist eine höhere Brechkraft auf als die untere Halblinse 23. Ohne die Überlagerung der Halblin sen 22, 23 entstünde an der Hell-Dunkel-Grenze ein Farbsaum, der durch chromatische Aberration, das heißt unterschiedlich starke Ab lenkung von Lichtstrahlen unterschiedlicher Farbe bedingt ist. So werden zum Beispiel blaue Lichtstrahlen stärker abgelenkt als rote Lichtstrahlen. Durch die Halblinsen 22, 23 werden die Lichtstrahlen nach unten abgelenkt in den Hellbereich unterhalb der Hell-Dun kel-Grenze, wo diese dann nicht mehr als farbig wahrnehmbar sind. Durch die Halblinsen 22, 23 entsteht am Objektiv eine Stufe, die in Fig. 1 als s-förmige Linie 24 erkennbar ist.The aspherical surface 21 of the objective is designed in such a way that aberrations that would produce a spherical surface are corrected as best as possible. In addition, the surface 21 of the upper half of the objective can be superimposed on a cylindrical half lens 22 and the lower half of a cylindrical half lens 23 . The cylinder axes of the half lenses 22 , 23 extend essentially horizontally. Light rays are deflected downwards by the two half lenses. The upper half lens 22 has a higher refractive power than the lower half lens 23 . Without the superimposition of the half lenses 22 , 23 , a color fringe would arise at the light-dark boundary, which is caused by chromatic aberration, that is to say different intensities from deflecting light rays of different colors. For example, blue light rays are deflected more than red light rays. By the half-lenses 22 , 23 , the light rays are deflected downward into the light area below the light-dark angle limit, where these are then no longer perceptible as color. The half-lenses 22 , 23 create a step on the lens, which can be seen in FIG. 1 as an S-shaped line 24 .
Der asphärischen Oberfläche 21 der Konvexseite ist eine Wellenstruk tur überlagert. Die Wellenstruktur kann auch der Planseite 18 des Objektivs 17 überlagert sein. Durch jeden Wellenberg 26 wird eine Erhebung auf der Oberfläche gebildet und durch jedes Wellental 27 eine Vertiefung. Die Wellen 28 verlaufen in sich im wesentlichen geradlinig, um eine einfache Herstellung des Objektivs 17 zu ermög lichen. Die Kante 16 der Blende 14 weist einen einem gesetzlich vor geschriebenen Verlauf der Hell-Dunkel-Grenze entsprechenden Verlauf auf. In Fig. 2 ist für ein erstes Ausführungsbeispiel die Hell-Dun kel-Grenze dargestellt, wie sie in der ECE-Regelung 20 vorgeschrie ben ist. Die Hell-Dunkel-Grenze weist einen, in Lichtaustrittsrich tung gesehen, linken horizontalen Abschnitt 31 und einen an diesen rechts anschließenden, um 15o bezüglich der Horizontalen nach oben geneigten Abschnitt 32 auf. Entsprechend weist auch die Blende 14 einen horizontalen Kantenabschnitt 31′ und einen um einen Winkel von 15° geneigten Kantenabschnitt 32′ auf. Die Wellen 28 sind in diesem Fall, wie in Fig. 3 dargestellt, um etwa den halben Anstiegswinkel α hier also 7,5°, des geneigten Kantenabschnitts bezüglich der Horizontalen und gleichsinnig wie dieser geneigt angeordnet. Durch diese Anordnung der Wellen ergibt sich für beide Abschnitte 31, 32 der Hell-Dunkel-Grenze eine etwa gleich starke Verunschärfung. A wave structure is superimposed on the aspherical surface 21 of the convex side. The wave structure can also be superimposed on the plane side 18 of the objective 17 . An elevation is formed on the surface by each wave crest 26 and a depression by each wave trough 27 . The shafts 28 are essentially straight in order to make the lens 17 easy to manufacture. The edge 16 of the diaphragm 14 has a course corresponding to a course of the light-dark boundary prescribed by law. In Fig. 2, the light-dark angle limit is shown for a first embodiment, as is prescribed in the ECE regulation 20 ben. The light-dark boundary has a left horizontal section 31 , as seen in the light exit direction, and a section 32 adjoining this on the right, inclined upward by 15 ° with respect to the horizontal. Accordingly, the diaphragm 14 has a horizontal edge portion 31 'and an edge portion 32 ' inclined by an angle of 15 °. In this case, as shown in FIG. 3, the shafts 28 are arranged inclined by approximately half the angle of rise α here, ie 7.5 °, of the inclined edge section with respect to the horizontal and in the same direction as this. This arrangement of the waves results in an approximately equal blurring for both sections 31 , 32 of the cut-off line.
Der in Fig. 4 dargestellte Winkel β, den die Tangente 33 eines beliebigen Punkts 34 einer Welle 38 mit der Tangente 36 des zugehö rigen Punkts 37 der gedachten, durch die Wellenstruktur ersetzten asphärischen Oberfläche 21 des Objektivs einschließt, beträgt maxi mal bis 5°. Der Winkel β kann als Anstiegswinkel der Wellen be zeichnet werden. Der zugehörige Punkt 37 der asphärischen Oberfläche 21 liegt dabei auf einem von einem Punkt der Kante 16 der Blende 14 kommenden, durch den Punkt 34 der Welle 28 tretenden Strahl 38. Der Winkel β ist am größten für die Punkte 39 der Wellen, die auf der asphärischen Oberfläche 21 liegen, wo die Wellen also diese schnei den. Dort fällt der Punkt 39 der Welle mit dem zugehörigen Punkt der asphärischen Oberfläche 21 zusammen und der zwischen der Tangente 33′ an die Welle und der Tangente 36′ an die asphärische Oberfläche 21 eingeschlossene Winkel ist β max. Durch die Wellen werden die Strahlen in einem durch den Winkel β max mathematisch definierten Bereich nach oben bzw. nach unten abgelenkt, wodurch die oben er wähnte Verunschärfung der Hell-Dunkel-Grenze hervorgerufen wird. Bei der Begrenzung des Anstiegswinkels β der Wellen auf maximal 5o führt dies jedoch zu keiner unzulässigen Erhöhung der Lichtwerte oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze.The angle β shown in FIG. 4, which includes the tangent 33 of any point 34 of a shaft 38 with the tangent 36 of the associated point 37 of the imaginary aspherical surface 21 of the objective replaced by the wave structure, is a maximum of 5 °. The angle β can be referred to as the angle of rise of the waves. The associated point 37 of the aspherical surface 21 lies on a beam 38 coming from a point of the edge 16 of the diaphragm 14 and passing through the point 34 of the shaft 28 . The angle β is greatest for the points 39 of the waves, which lie on the aspherical surface 21 , where the waves intersect them. There the point 39 of the shaft coincides with the associated point of the aspherical surface 21 and the angle enclosed between the tangent 33 'to the shaft and the tangent 36 ' to the aspherical surface 21 is β max. The waves deflect the rays up or down in a range mathematically defined by the angle β max, which causes the blurring of the cut-off line mentioned above. When limiting the angle of rise β of the waves to a maximum of 5 o , however, this does not lead to an impermissible increase in the light values above the cut-off line.
Durch entsprechende Wahl der Wellenlänge, das heißt des Abstands zwischen zwei nebeneinanderliegenden Wellenbergen oder -tälern, so wie der Wellenhöhe, also der Höhendifferenz zwischen einem Wellen berg und einem danebenliegenden Wellental, kann die Verunschärfung in einem gewünschten Verlauf und einer gewünschten Stärke erreicht werden. Die Wellenlänge und die Wellenhöhe können veränderlich sein, wobei durch deren Varation eine weitere Möglichkeit zur Erzielung der Verunschärfung mit gewünschtem Verlauf und Stärke gegeben ist.By appropriate choice of the wavelength, that is, the distance between two adjacent wave peaks or valleys, so like the wave height, i.e. the height difference between a wave mountain and an adjacent trough, the blurring can achieved in a desired course and a desired strength will. The wavelength and the wave height can be variable, through their variation, another way to achieve the blurring with the desired course and strength is given.
Beispielsweise kann die Wellenlänge im horizontalen Mittelbereich des Objektivs geringer sein als im oberen und unteren Bereich des Objektivs. Unter Umständen kann es auch ausreichend sein, die Wellen 28 nur im horizontalen Mittelbereich des Objektivs 17 vorzusehen, da deren Wirksamkeit in diesem Bereich am größten ist. For example, the wavelength in the horizontal central area of the lens can be less than in the upper and lower areas of the lens. Under certain circumstances, it may also be sufficient to provide the shafts 28 only in the horizontal central region of the objective 17 , since their effectiveness is greatest in this region.
Bei einer in Fig. 5 dargestellten Variante des Objektivs 17 verlau fen die Wellen 28′ nicht geradlinig sondern gekrümmt. Die Wellen 28′ auf der in Lichtaustrittsrichtung gesehen linken Seite des Objek tivs erstrecken sich entsprechend dem geneigten Kantenabschnitt 32′ der Blende 14, der durch diese Seite des Objektivs abgebildet wird, zur Horizontalen geneigt. Auf der rechten Seite des Objektivs er strecken sich die Wellen 28′ entsprechend dem horizontalen Kanten abschnitt 31′ der Blende 14 nur wenig geneigt zur Horizontalen. Die Neigung der Wellen 28′ bezüglich der Horizontalen nimmt von der lin ken Seite zur rechten Seite des Objektivs kontinuierlich ab. Durch den gekrümmten Verlauf der Wellen 28′ ist eine gute Anpassung von deren Ablenkungswirkung an den genickten Verlauf der Hell-Dun kel-Grenze erreicht. Die Wellen 28′ liegen auf untereinander konzen trischen Kreisbögen, deren Mittelpunkt jedoch zum Mittelpunkt des Objektivs exzentrisch angeordnet ist. Die Krümmung kann innerhalb einer Welle auch veränderlich sein.In a variant of the lens 17 shown in FIG. 5, the shafts 28 are not straight but curved. The waves 28 'on the left in the light exit direction of the lens tive corresponding to the inclined edge portion 32 ' of the diaphragm 14 , which is imaged by this side of the lens, inclined to the horizontal. On the right side of the lens he stretch the waves 28 'corresponding to the horizontal edge section 31 ' of the aperture 14 only slightly inclined to the horizontal. The inclination of the waves 28 'with respect to the horizontal decreases continuously from the left side to the right side of the lens. Due to the curved shape of the waves 28 'a good adaptation of their deflection effect to the nodded course of the light-dark angle limit is achieved. The waves 28 'lie on each other concen tric arcs, the center of which is arranged eccentrically to the center of the lens. The curvature can also be variable within a wave.
In Fig. 6 ist für ein zweites Ausführungsbeispiel die Hell-Dun kel-Grenze dargestellt, wie sie nach SAE-Regelung gefordert wird. Die Hell-Dunkel-Grenze weist einen, in Lichtaustrittsrichtung gese hen, linken horizontalen Abschnitt 41 und rechts von diesem einen bezüglich diesem vertikal nach oben versetzen, ebenfalls horizonta len Abschnitt 42 auf. Die beiden Abschnitte 41, 42 sind durch einen vertikalen Absatz 43 verbunden. Die Kante der Blende 14 weist einen mit der Hell-Dunkel-Grenze von der Form her identischen Verlauf auf, mit den beiden horizontalen Kantenabschnitten 41′ und 42′ und dem vertikalen Kantenabschnitt 43′. Die Wellen 48 auf dem Objektiv 47 sind hier unter einem Winkel α von etwa 45o zur Horizontalen ge neigt angeordnet, wobei die Richtung der Neigung ohne Einfluß ist. In Fig. 6, the light-dark angle limit is shown for a second embodiment, as required by SAE regulation. The cut-off line has a left horizontal section 41 , seen in the direction of light exit, and a horizontal section 42 to the right of this one, offset vertically upwards with respect to the latter. The two sections 41 , 42 are connected by a vertical shoulder 43 . The edge of the diaphragm 14 has an identical shape with the light-dark boundary from the shape, with the two horizontal edge portions 41 'and 42 ' and the vertical edge portion 43 '. The waves 48 on the lens 47 are here inclined at an angle α of about 45 o to the horizontal ge, the direction of the inclination being without influence.
Die Neigung von 45o stellt einen Kompromiß dar für die horizontalen Abschnitte 41, 42 und den vertikalen Abschnitt 43 der Hell-Dun kel-Grenze. Soll für die horizontalen Abschnitte 41, 42 eine stärke re Verunschärfung erreicht werden als für den vertikalen Abschnitt 43, so ist der Neigungswinkel α der Wellen 48 kleiner als 45° zu wählen. Der Anstiegswinkel β ist bei diesem Ausführungsbeispiel des Objektivs auf maximal 10o begrenzt, um auch hier zu hohe Lichtwerte oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze zu vermeiden.The inclination of 45 o is a compromise for the horizontal sections 41 , 42 and the vertical section 43 of the light-dark boundary. If a greater degree of blurring is to be achieved for the horizontal sections 41 , 42 than for the vertical section 43 , the angle of inclination α of the shafts 48 should be selected to be less than 45 °. In this exemplary embodiment of the objective, the rise angle β is limited to a maximum of 10 o in order to avoid excessively high light values above the light-dark limit.
Claims (15)
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