DE4341801A1

DE4341801A1 - Projektions-Fahrzeugscheinwerfersystem mit einer direkten optischen Kupplung von lichtverteilenden Elementen mit einer Bogenentladungs-Lichtquelle

Info

Publication number: DE4341801A1
Application number: DE4341801A
Authority: DE
Inventors: John Martin Davenport; Richard Lowell Hansler; Kenneth Steven King
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1992-12-14
Filing date: 1993-12-08
Publication date: 1994-06-16
Also published as: JP3390067B2; IT1265367B1; US5343367A; ITMI932547A0; GB9325349D0; JPH06223602A; GB2273977A; ITMI932547A1; GB2273977B

Description

Es wird Bezug genommen auf die folgenden US-PSn, die sich mit einem verwandten Gegenstand befassen und die auf die vorliegende Anmelderin übertragen worden sind:

1. US-PS 5,199,091, eingereicht am 13. Dezember 1991 durch John M. Davenport et al, mit dem Titel "An Arrangement And A Method For Coupling A Light Source To A Light Guide Using A Solid Optical Coupler".

2. US-PS 5,184,882, eingereicht am 9. September 1991 durch John M. Davenport et al, mit dem Titel "Projection Headlamp Lighting System Using Different Diameter Optical Light Conductors".

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Projektions-Autoscheinwerfer-Beleuchtungssysteme und mehr im besonderen auf ein Projektions-Autoscheinwerfersystem mit Fernlicht und Abblendlicht, das eine direkte optische Kupp lung von lichtverteilenden Elementen mit einer entfernt an geordneten Bogenentladungs-Lichtquelle aufweist.

Beschreibung des Standes der Technik

Es ist bekannt, daß optische Lichtleiter, wie Lichtleitfasern oder optische Fasern, dazu benutzt werden, das von einer Lichtquelle abgegebene Licht wirksam zu ver schiedenen Stellen zu leiten, ohne daß dabei ein beträcht licher Übertragungsverlust an Licht auftritt. Das durch die optischen Leiter beförderte Licht ist auf die relativ gerin gen Abmessungen der Leiter selbst beschränkt, und es ist zur Verwendung in verschiedenen verwandten, hinsichtlich des Rau mes beschränkten Anwendungen in Automobilen und Flugzeugen und anderen Fahrzeugen anpaßbar, bei denen es um eine aero dynamische Außenform und Wirksamkeit geht.

So muß z. B. die Außenform eines Automobils die zur Schaffung einer Beleuchtung in Fahrtrichtung erforderliche Vorderfläche in Betracht ziehen und Mittel schaffen, um diese Fläche und insbesondere die Höhe zu verringern, um aerodyna mische Betrachtungen zu berücksichtigen. Die Verwendung opti scher Lichtleiter, die Licht innerhalb enger Begrenzungen leiten, ist auf diese aerodynamische Betrachtungen anpaßbar. Weiter sind optische Leiter vorteilhafterweise anpaßbar zur Schaffung der Gesamt-Beleuchtungsanforderungen des Fahrzeu ges.

Um die Gesamtraumanforderungen für die Beleuchtung eines Fahrzeuges in Fahrtrichtung zu verringern, benutzt ein bekanntes Projektions-Autoscheinwerfer-Beleuchtungsystem eine einzelne entfernt liegende Bogenentladungs-Lichtquelle zur Erzeugung von Licht, eine lichtverteilende Anordnung, die auf einer Vielzahl optischer Lichtleiter zusammengesetzt ist, um das Licht zu den verschiedenen Beleuchtungspositionen zu ver teilen und eine Lichtprojektions-Anordnung, die aus optischen Elementen an den Beleuchtungspositionen zusammengesetzt ist, um das Licht von den optischen Lichtleitern zu empfangen und es im gewünschten Muster zu projizieren. Dieses Projektions- Autoscheinwerfer-Beleuchtungssystem ist in den US-PSn 4,811,172 und 4,958,263 offenbart, die Davenport et al er teilt und auf die vorliegende Anmelderin übertragen worden sind. Die entfernt liegende einzelne Bogenentladungs-Licht quelle kann von der Art sein, wie sie in der US-PS 4,958,263 beschrieben ist. Die optischen Lichtleiter der Verteilungs anordnung können ein Bündel optischer Lichtleitfasern sein, das, wie erforderlich, auseinandergebrochen und verteilt ist. Die Lichtprojektions-Anordnung von optischen Elementen kann eine Anordnung optischer Leiter, Linsen und Maskenelemente sein, wie in den US-PSn 4,868,718 und 4,949,227 beschrieben, die Davenport et al bzw. Finch et al erteilt und auf die vorliegende Anmelderin übertragen worden sind. Eine durch dieses Projektionsbeleuchtungssystem gelöste Aufgabe ist eine beträchtliche Verringerung des erforderlichen Raumes, der für eine richtige Fahrzeugbeleuchtung in Fahrtrichtung erforder lich ist, da es nicht länger notwendig ist, einzelne Licht quellen-Einheiten für bis zu vier Lichtquellen-Positionen zu haben.

Während das vorgenannte Projektions-Autoscheinwer fersystem, das eine entfernt angeordnete einzelne Bogenent ladungs-Lichtquelle benutzt, gewisse Vorteile hat, leidet es an dem Nachteil, daß es relativ komplex und teuer ist, ver glichen mit einem standardgemäßen Autoscheinwerfersystem unter Verwendung von Glühlampen. Folglich bleibt ein Bedarf an Verbesserungen, die die praktische Anwendung eines solchen Projektions-Autoscheinwerfersystems fördert.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schafft ein Autoschein werfersystem, das die vorgenannten Anforderungen erfüllt. Das Projektions-Autoscheinwerfersystem der vorliegenden Erfindung umfaßt Fernlicht- und Abblendlicht-Untersysteme, die entweder separat oder gemeinsam eine entfernt angeordnete einzelne Bogenentladungs-Lichtquelle benutzen, deren Lichtabgabe op tisch direkt mit einem Paar von lichtverteilenden Leitern gekuppelt ist, die sich entlang unterschiedlichen Pfaden weg von der Bogenentladungs-Lichtquelle zu Orten erstrecken, um die Beleuchtung für das Fahrzeug in Fahrtrichtung zu schaf fen. Das direkte optische Kuppeln der Bogenentladungs-Licht quelle in die Fernlicht- und Abblendlicht-Untersysteme sorgt für eine weniger komplexe und weniger kostspielige Anordnung als bei den vorher patentierten Projektions-Autoscheinwerfer systemen.

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Projektions- Autoscheinwerfersystem gerichtet, das ein Paar von Unter systemen für Fernlicht und Abblendlicht umfaßt. Jedes der Untersysteme für Fernlicht und Abblendlicht schließt ein:

(a) Eine Bogenentladungs-Lichtquelle zum Erzeugen von Licht;
(b) ein Paar von Anordnungen zur Aufnahme von Licht an im Abstand befindlichen vorausgewählten Beleuchtungspositionen und zum Projizieren des Lichtes in erwünschten Lichtmustern;
(c) ein Paar langgestreckter, lichtverteilender Leiter, die jeweils ein Eintrittsende und ein Austrittsende derart auf weisen, daß die Lichtleiter Licht an den Eintrittsenden em pfangen und das Licht an den Austrittsenden zu den projizie renden Anordnungen verteilen, die an den Beleuchtungsposi tionen angeordnet sind und
(d) ein Paar fester optischer Kupplergeräte, die aus einem Material konstruiert sind, das einen hohen Durchlässigkeits wert im Bereich sichtbaren Lichtes hat, wobei jedes Kuppler gerät ein Eintrittsende und eine Austrittsende aufweist. Das Austrittsende jedes Kupplergerätes ist mit dem Eintrittsende eines der lichtverteilenden Leiter gekuppelt. Die Eintritts enden der Kupplergeräte definieren zusammen einen Hohlraum, der die Bogenentladungs-Lichtquelle derart aufnimmt, daß die Lichtquelle mit den Kupplergeräten gekuppelt ist, so daß Licht von der Lichtquelle direkt in die festen optischen Kupplergeräte übertragen wird.

Die Untersysteme für Fernlicht und Abblendlicht benutzen entweder separate einzelne Bogenentladungs-Licht quellen oder eine gemeinsame einzelne Bogenentladungs- Lichtquelle. Benutzen die Untersysteme eine gemeinsame Lichtquelle, dann ist eine Einrichtung vorgesehen, um die Lichtquelle in einer alternierenden Weise zwischen den Un tersystemen zu bewegen. Die Lichtquelle ist vorzugsweise ein Metallhalogenidrohr geringer Wattzahl. Jede der Licht pro jizierenden Anordnungen schließt eine Linse ein. Jeder der Lichtleiter schließt vorzugsweise ein Bündel von Lichtleiter- oder optischen Fasern ein.

Mehr im besonderen ist jedes feste optische Kupp lungsgerät ein Körper mit einer allgemein rechteckigen Querschnittskonfiguration und einem Paar gegenüberliegenden Eintritts- und Austrittsenden und einem Paar gegenüberlie gender Seiten, die sich zwischen den gegenüberliegenden Enden erstrecken und diese verbinden. Das Eintrittsende hat eine halbhexagonale, eine Ausnehmung bildende Oberfläche, die darauf ausgebildet ist und eine Hälfte des Hohlraumes schafft, der die Lichtquelle aufnimmt. Das Austrittsende hat eine allgemein planare Oberfläche, die darauf ausgebildet ist und eine Länge aufweist, die größer ist als die Länge zwi schen gegenüberliegenden Ecken bzw. Kanten der die Ausnehmung bildenden Oberfläche am Eintrittsende. Die gegenüberliegenden Seiten des Gerätes schließen aufeinanderfolgende flache pla nare Oberflächen ein, die zusammenlaufen und sich vom Aus trittsende zum Eintrittsende des Gerätes erstrecken. Jede aufeinanderfolgende Seitenoberfläche ist winkelmäßig von der Ebene der vorhergehenden Seitenoberfläche um einen Winkel von weniger als 20° versetzt. Das Kupplungsgerät weist auch ein Paar allgemein paralleler Oberflächen oben und unten auf, die sich zwischen den gegenüberliegenden End- und Seitenober flächen erstrecken und diese verbinden.

Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorlie genden Erfindung werden für den Fachmann deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in denen eine veranschaulichende Ausführungsform der Erfindung gezeigt und beschrieben ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen, in der zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht einer Ausführungsform eines Projektions-Autoscheinwerfersystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine vergrößerte Draufsicht eines Paares fester optischer Kuppler und einer Bogenentladungs-Licht quelle des Projektions-Autoscheinwerfersystems der Fig. 1,

Fig. 3 eine axiale Schnittansicht längs der Linie 3-3 der Fig. 2,

Fig. 4 eine Ansicht ähnlich der von Fig. 3, die eine modifizierte Ausführungsform des Projektions-Auto scheinwerfersystems der vorliegenden Erfindung darstellt,

Fig. 5 eine vergrößerte Draufsicht eines der festen optischen Kupplungsgeräte des Projektions-Autoscheinwerfer systems der vorliegenden Erfindung und

Fig. 6 eine Seitenansicht des festen optischen Kupplungsgerätes, wie es in Fig. 5 ersichtlich ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

In der folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile in den ver schiedenen Ansichten. In der folgenden Beschreibung sind solche Begriffe wie "vorwärts", "rückwärts", "links", "rechts", "nach oben", "nach unten" und ähnliche zweckdien liche Begriffe, die nicht als beschränkend zu verstehen sind.

In der Zeichnung und insbesondere in Fig. 1 ist ein Projektions-Fahrzeugscheinwerfersystem für Automobile und andere Fahrzeuge gezeigt, das allgemein mit 10 bezeichnet ist und gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Das Projektions-Fahrzeugscheinwerfersystem 10 schließt grundsätz lich ein Paar von Untersystemen 12, 14 für Fernlicht und Ab blendlicht ein. Jedes der Untersysteme 12, 14 für Fernlicht und Abblendlicht schließt eine Bogenentladungs-Lichtquelle 16, ein Paar fester optischer Kupplergeräte 18, 20, ein Paar langgestreckter, lichtverteilender Leiter 22, 24 und ein Paar von Lichtprojektions-Anordnungen 26, 28 ein.

Die Bogenentladungs-Lichtquelle 16 ist vorzugsweise ein Metallhalogenid-Entladungsrohr geringer Wattzahl, das durch ein einzelnes (nicht dargestelltes) Vorschaltgerät be trieben wird. Jedes feste optische Kupplergerät 18, 20 ist aus einem Material mit einem hohen Durchlässigkeitswert im Bereich sichtbaren Lichtes konstruiert, vorzugsweise ist das Material Quarz. Jedes Kupplergerät 18, 20 ist an einem Aus gangsende 18A, 20A mit einem Eingangsende eines der Licht verteilenden Leiter 22, 24 gekuppelt. An den Eingangsenden 18B, 20B sind die Kupplergeräte 18, 20 zusammengepaßt, um einen Hohlraum 30 dazwischen zu bilden, der die Bogenentla dungs-Lichtquelle 16 aufnimmt. Die Bogenentladungs-Licht quelle 16 ist vertikal durch den Hohlraum 30 montiert und unmittelbar von den Eingangsenden 18B, 20B der Kupplergeräte 18, 20 umgeben, um die Lichtquelle optisch mit den Kuppler geräten zu kuppeln, so daß das Licht von der Lichtquelle 16 direkt in die festen optischen Kupplergeräte 18, 20 über tragen wird. Um irgendwelche Reflexionen zu vermeiden, könn ten die Eingangsenden 18A, 20A der Kupplergeräte 18, 20 mit einem geeigneten Antireflexionsüberzug versehen sein. Für eine detaillierte Beschreibung einer geeigneten Bogenentla dungs-Lichtquelle und eines Paares von Kupplergeräten, die in dem Projektions-Autoscheinwerfersystem 10 der vorliegenden Erfindung benutzt werden können, wird auf die eingangs als erste genannte US-PS Bezug hingewiesen, auf deren Offenbarung hier ausdrücklich Bezug genommen wird.

Das durch die festen optischen Kupplergeräte 18, 20 gesammelte Licht bewegt sich durch die Kupplergeräte mittels vollständiger interner Reflexion, und es wird von deren Aus trittsenden 18A, 20A in die Eintrittsenden 22A, 24A der je weiligen lichtverteilenden Leiter 22, 24 übertragen. Die Licht verteilenden Leiter 22, 24 leiten und führen das Licht zu im Abstand befindlichen vorausgewählten Beleuchtungsposi tionen, wie den rechten und linken Positionen am Vorderteil eines Automobils, an denen die Licht projizierenden Anord nungen 26, 28 angeordnet sind. An den vorausgewählten Posi tionen tritt das Licht durch die Austritt senden der Licht verteilenden Leiter 22, 24 in die Eintrittsenden der Licht projizierenden Anordnungen 26, 28, die an den Beleuchtungs positionen angeordnet sind. Die Licht projizierenden Anord nungen 26, 28 sind so konfiguriert, daß sie das Licht im erwünschten Fern- und Abblendlicht-Muster nach vorn proji zieren. In der bevorzugten Ausführungsform schließen die Licht projizierenden Anordnungen 26, 28 entsprechende Linsen 32, 34 und sich erweiternde bzw. öffnende Leiter 36, 38 ein. Die Licht verteilenden Leiter 22, 24 schließen entsprechende Bündel von Lichtleitfasern 40 ein, deren Eintrittsenden an den Austrittsenden der Kupplergeräte 18, 20 befestigt sind. Hinsichtlich einer detaillierten Beschreibung einer geeig neten Licht projizierenden Anordnung, die in dem Projektions- Autoscheinwerfersystem 10 der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann, wird die Aufmerksamkeit auf die eingangs an zweiter Stelle genannte US-PS gerichtet, auf deren Offenba rung ausdrücklich Bezug genommen wird.

Die Untersysteme 12, 14 für Fernlicht und Abblend licht benutzen entweder separate einzelne Bogenentladungs- Lichtquellen 16, wie in Fig. 1 gezeigt oder die einzelne Bogenentladungs-Lichtquelle 16 gemeinsam, wie in Fig. 4 ge zeigt. Im letzteren Falle, bei dem die Untersysteme 12, 14 die Lichtquelle 16 gemeinsam benutzen, ist eine Einrichtung in Form eines Betätigungsgliedes 42 mit einer elektrischen Spule oder ein anderer geeigneter Mechanismus vorgesehen, um die Lichtquelle 16 in einer alternierenden Weise zwischen den Untersystemen zu bewegen. In dieser Ausführungsform sind die Untersysteme 12, 14 für Fernlicht und Abblendlicht übereinan der gestapelt, so daß die Lichtquelle 16 zwischen den Unter systemen 12, 14 bewegt werden kann, um das System zwischen Fernlicht- und Abblendlicht-Betrieb umzuschalten. Ein Vorteil dieser Anordnung ist es, daß das Licht 16 zwischen Abblend licht und Fernlicht nicht erlischt, sondern sich glatt vom einen zum anderen bewegt.

In den Fig. 5 und 6 schließt jedes feste opti sche Kupplungsgerät 18, 20 einen Körper 44 mit allgemein rechteckiger Querschnittskonfiguration und dem Paar gegen überliegender Eintritts- und Austrittsenden 18B, 18A und 20B, 20A ein, und ein Paar gegenüberliegender Seiten 46, 48 er streckt sich zwischen den gegenüberliegenden Enden und ver bindet diese. Das Eintrittsende 18B, 20B hat eine halbhexa gonale, eine Ausnehmung bildende Oberfläche 50, die darauf ausgebildet ist und eine Hälfte des Hohlraumes 30 schafft, der die Lichtquelle 16 aufnimmt. Das Austrittsende 18A, 20A hat eine allgemein planare Oberfläche 52, die darauf ausge bildet ist und eine Länge aufweist, die größer ist als die Länge zwischen gegenüberliegenden Kanten bzw. Ecken 50A der eine Ausnehmung bildenden Oberfläche 50 am Eintrittsende 18B, 20B. Die gegenüberliegenden Seiten 46, 48 des Kupplergerätes 18, 20 schließen aufeinanderfolgende flache planare Oberflä chen 46A-46E, 48A-48E ein, die zusammenlaufen und sich vom Austrittsende 18A, 20A bis zum Eintrittsende 18B, 20B des Kupplergerätes 18, 20 erstrecken. Jede aufeinanderfolgende Seitenoberfläche 46A-46E, 48A-48E ist winkelmäßig von der Ebene der vorhergehenden Seitenoberfläche um einen Winkel von weniger als 20°, spezifisch etwa 4°, 13°, 19° und 15°, ver setzt. Das Kupplungsgerät 18, 20 weist auch ein Paar allge mein paralleler Oberflächen 54, 56 oben und unten auf, die sich zwischen den gegenüberliegenden End- und Seitenoberflä chen erstrecken und diese verbinden.

Es wird angenommen, daß die vorliegende Erfindung und viele ihrer Vorteile aus der vorhergehenden Beschreibung verstanden worden sind und daß es deutlich geworden ist, daß verschiedene Änderungen hinsichtlich der Form, Konstruktion und Anordnung von deren Teilen vorgenommen werden können, ohne daß man den Geist und Umfang der Erfindung verläßt oder alle seiner materiellen Vorteile opfert. Die vorbeschriebenen Ausführungsformen sind lediglich bevorzugte oder beispielhaf te Ausführungsformen der Erfindung.

Claims

1. Projektions-Autoscheinwerfersystem für ein Fahrzeug, umfassend:

(a) eine Bogenentladungs-Lichtquelle zur Erzeugung von Licht;
(b) ein Paar von Anordnungen zum Empfang von Licht in im Abstand befindlichen vorausgewählten Beleuchtungspositionen und zum Projizieren des Lichtes in erwünschten Lichtmustern;
(c) ein Paar von langgestreckten, Licht verteilenden Leitern, die jeder ein Eintrittsende und ein Austrittsende aufweisen, wobei die Lichtleiter Licht an ihren Eintrittsen den empfangen und das Licht an den Austritt senden zu den projizierenden Anordnungen an den Beleuchtungspositionen verteilen und
(d) ein Paar von festen optischen Kupplergeräten, die aus einem Material mit einem hohen Durchlässigkeitswert im Bereich sichtbaren Lichtes konstruiert sind, wobei jedes Kupplergerät ein Eintrittsende und ein Austrittsende hat, das Austrittsende jedes Kupplergerätes mit dem Eintrittsende eines der Licht verteilenden Leiter gekuppelt ist, die Eintritt senden der Kupplergeräte zusammen einen Hohlraum bilden, der die Bogenentladungs-Lichtquelle aufnimmt, um die Lichtquelle mit den Kupplergeräten derart zu kuppeln, daß Licht von der Lichtquelle direkt in die festen optischen Kupplergeräte übertragen wird.

2. System nach Anspruch 1, worin jedes der festen optischen Kupplergeräte einen Körper mit einer eine halbhexa gonale Ausnehmung bildenden Oberfläche einschließt, die in deren Eintrittsende ausgebildet ist und etwa eine Hälfte des Hohlraumes der Kupplergeräte bilden, die die Bogenentladungs- Lichtquelle aufnimmt.

3. System nach Anspruch 2, worin der Körper jedes der festen optischen Kupplergeräte eine allgemein rechteckige Querschnittskonfiguration aufweist.

4. System nach Anspruch 1, worin jedes der festen optischen Kupplergeräte einen Körper mit gegenüberliegenden Eintritts- und Austrittsenden und einem Paar gegenüberlie gender Seiten aufweist, die sich zwischen den gegenüberlie genden Enden erstrecken und diese verbinden.

5. System nach Anspruch 4, wobei das Austrittsende jedes der festen optischen Kupplergeräte eine allgemein pla nare Oberfläche aufweist, deren Länge größer ist als die Länge zwischen gegenüberliegenden Kanten der eine Ausnehmung bildenden Oberfläche am Eintrittsende.

6. System nach Anspruch 4, worin die gegenüber liegenden Seiten des Körpers aufeinanderfolgende flache planare Oberflächen einschließen, die zusammenlaufen und sich vom Austrittsende zum Eintrittsende des Gerätes erstrecken.

7. System nach Anspruch 6, worin jede der aufein anderfolgenden Seitenoberflächen winkelmäßig von einer Ebene einer vorhergehenden Seitenoberfläche um einen Winkel von weniger als 20° versetzt ist.

8. System nach Anspruch 4, worin das Gerät auch ein Paar allgemein paralleler Oberflächen oben und unten auf weist, die sich zwischen den gegenüberliegenden End- und Seiten-Oberflächen erstrecken und diese verbinden.

9. System nach Anspruch 1, worin die Lichtquelle ein Metallhalogenid-Rohr geringer Wattleistung ist.

10. Entladungs-Autoscheinwerfersystem für ein Fahrzeug, umfassend:

(a) ein Fernlicht-Untersystem und
(b) ein Abblendlicht-Untersystem,
(c) wobei jedes der Fernlicht- und Abblendlicht-Unter systeme das System eines der Ansprüche 1 bis 8 einschließt.

11. System nach Anspruch 10, worin die Bogenentla dungs-Lichtquelle sowohl dem Fernlicht- als auch dem Ab blendlicht-Untersystem gemeinsam ist.

12. System nach Anspruch 10, worin die Bogenent ladungs-Lichtquelle des Fernlicht-Untersystems separat von der Bogenentladungs-Lichtquelle des Abblendlicht-Untersystems ist.