-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinheit und einen
Kraftfahrzeugscheinwerfer.
-
Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung eine Beleuchtungseinheit für einen
ein Lichtbündel
mit Hell-Dunkel-Grenze erzeugenden Kraftfahrzeugscheinwerfer, mit,
angeordnet allgemein entlang einer horizontalen optischen Längsachse von
hinten nach vorne, einem Ellipsoid-Reflektor, der einen Reflexionsraum
für Lichtstrahlen
umgrenzt und eine im Wesentlichen elliptische Reflexionsfläche aufweist,
wenigstens einer Lichtquelle, die in der Nähe eines ersten Brennpunkts
des Reflektors angeordnet ist, und einer Sammellinse, deren Brennebene
in der Nähe
des zweiten Brennpunkts des Reflektors angeordnet ist.
-
Ellipsoid-Scheinwerfer
oder Scheinwerfer mit Bildwiedergabeoptik sind wohlbekannt, insbesondere
zur Erzeugung eines Lichtbündels
mit Hell-Dunkel-Grenze.
-
Unter
Lichtbündel
mit Hell-Dunkel-Grenze versteht man ein Lichtbündel, das eine Höhenbegrenzung
oder Hell-Dunkel-Grenze aufweist, oberhalb der die emittierte Lichtstärke gering
ist.
-
Fahrtlicht,
Nebellicht und Abblendlicht sind Beispiele für Lichtbündel mit Hell-Dunkel-Grenze entsprechend
den geltenden europäischen
Vorschriften.
-
Allgemein
wird die Hell-Dunkel-Grenze bei einem Ellipsoid-Scheinwerfer mittels
einer Blende erzeugt, die aus einer vertikalen Platte mit geeignetem Profil
gebildet und axial zwischen den Ellipsoid-Reflektor und die Sammellinse
eingefügt
und in der Nähe
des zweiten Brennpunkts des Reflektors angeordnet ist.
-
Die
Blende erlaubt es, die von der Lichtquelle kommenden und vom Reflektor
zum unteren Teil der Brennebene der Sammellinse reflektierten Lichtstrahlen
abzuschatten, die ansonsten bei nicht vorhandener Blende vom Scheinwerfer
oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze emittiert würden.
-
Ein
Nachteil dieses Scheinwerfertyps besteht darin, dass ein großer Teil
der von der Lichtquelle emittierten Lichtmenge an der Rückseite
der Blende verloren geht. Diese Art von Beleuchtungseinheit erlaubt überdies
keine Doppelfunktion, das heißt
Fernlicht und Abblendlicht.
-
Eine
Lösung
dieses Problems wird in dem Patent
US
4 914 747 vorgeschlagen.
-
In
diesem Dokument ist eine Beleuchtungseinheit für einen ein Lichtbündel mit
Hell-Dunkel-Grenze
erzeugenden Kraftfahrzeugscheinwerfer beschrieben, mit, angeordnet
allgemein entlang einer horizontalen optischen Längsachse von hinten nach vorne,
zwei Ellipsoid-Reflektoren, die jeweils einen Reflexionsraum für Lichtstrahlen
umgrenzen und jeweils eine im Wesentlichen elliptische Reflexionsfläche aufweisen,
zwei Lichtquellen, die jeweils in der Nähe eines ersten Brennpunktes
eines jeden Reflektors angeordnet sind, und einer Sammellinse, deren Brennebene
in der Nähe
des zweiten Brennpunktes des ersten Reflektors angeordnet ist, wobei
der erste Reflektor eine ebene horizontale Reflexionsfläche aufweist,
deren Oberseite reflektierend ist und die den Reflexionsraum des
von der ersten Lichtquelle ausgesandten Lichtbündels vertikal nach unten begrenzt
und einen als Begrenzungsrand bezeichneten vorderen äußeren Rand
aufweist, der in der Nähe des
zweiten Brennpunktes des Reflektors derart angeordnet ist, dass
die Hell-Dunkel-Grenze in dem Lichtbündel gebildet wird.
-
Gemäß diesem
Stand der Technik ist die erste, von einer Glühwendel gebildete Lichtquelle
mit einer unteren Kappe versehen, die ein von dieser Lichtquelle
emittiertes einziges Lichtbündel
nach oben gewährleistet.
Der erste Ellipsoid-Reflektor, der ihr zugeordnet ist, kann somit
in Abhängigkeit
von dieser ersten Lichtquelle zum Erfüllen der Abblendlichtfunktion
in optimierter Weise ausgelegt sein.
-
Die
zweite Lichtquelle, ebenfalls eine Glühwendel, kann dagegen Licht
sowohl nach oben als auch nach unten ausstrahlen. Wenn der zweite
Ellipsoid-Reflektor, der ihr zugeordnet ist, in Abhängigkeit von
dieser zweiten Lichtquelle zum Erfüllen der Fernlichtfunktion
in optimierter Weise ausgelegt sein kann, so existiert ein durch
die Wahl dieser zweiten Lichtquelle definiertes oberes Lichtbündel, das
an dem ersten Reflektor reflektiert wird, der seinerseits durch
die Wahl der ersten Lichtquelle definiert ist. Wirkt dieses Lichtbündel nach
seiner Reflexion an der Fernlichtfunktion mit, kann diese Lichtfunktion nicht
optimiert werden, da sie hinsichtlich des ersten Reflektors von
die Abblendlichtfunktion betreffenden Kriterien abhängt.
-
Hieraus
ergibt sich eine unkontrollierte Anordnung mit zufallsbedingter
Wirksamkeit, oder die zumindest zahlreicher Versuche bedarf, um
die gewünschten
Lichtfunktionen zu erhalten.
-
Dieses
technische Problem wird durch die Erfindung gelöst, die hierzu eine Beleuchtungseinheit für einen
ein Lichtbündel
mit Hell-Dunkel-Grenze erzeugenden Kraftfahrzeugscheinwerfer vorschlägt, mit,
angeordnet allgemein entlang einer horizontalen optischen Längsachse
von hinten nach vorne, zwei Ellipsoid-Reflektoren, die jeweils einen
Reflexionsraum für
Lichtstrahlen umgrenzen und jeweils eine im Wesentlichen elliptische
Reflexionsfläche
aufweisen, zwei Lichtquellen, die jeweils in der Nähe eines
ersten Brennpunktes eines jeden Reflektors angeordnet sind, und
einer Sammellinse, deren Brennebene in der Nähe des zweiten Brennpunktes
des ersten Reflektors angeordnet ist, wobei der erste Reflektor
eine ebene horizontale Reflexionsfläche aufweist, deren Oberseite
reflektierend ist und die den Reflexionsraum des von der ersten
Lichtquelle ausgesandten Lichtbündels
senkrecht nach unten begrenzt und einen als Begrenzungsrand bezeichneten
vorderen äußeren Rand
aufweist, der in der Nähe
des zweiten Brennpunktes des Reflektors angeordnet ist, wobei die
ebene Fläche
des ersten Reflektors in einer horizontalen Ebene angeordnet ist,
die allgemein durch die Brennpunkte des ersten Reflektors verläuft, dadurch
gekennzeichnet, dass die zweite Lichtquelle derart angeordnet ist,
dass nur zu dem zweiten Reflektor ein Lichtbündel ausgesandt wird, wobei
wenigstens eine der Lichtquellen aus einer Leuchtdiode gebildet
ist.
-
Auf
diese Weise emittiert jede Lichtquelle eigenständig in die Hälfte eines
von dem Ellipsoid-Reflektor umgrenzten Reflexionsraums. Hierdurch
lässt sich
ihre Funktion und ihre Strahlung in einfacher und genauer Weise
kontrollieren.
-
Durch
die erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit
wird der größte Teil
des von jeder Lichtquelle emittierten Lichtstroms in dem durch die
Beleuchtungseinheit erzeugten Lichtbündel zum Ausführen der
zugehörigen
vorschriftsmäßigen doppelten
Beleuchtungsfunktion, vorzugsweise die Funktion "Fernlicht" und die Funktion "Abblendlicht", verwendet.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform besteht
diese Anordnung darin, dass die zwei Lichtquellen durch eine lichtundurchlässige Kappe
getrennt sind.
-
Vorzugsweise
fallen die zweiten Brennpunkte des ersten und des zweiten Ellipsoid-Reflektors im Wesentlichen
zusammen.
-
Vorteilhafterweise
ist die ebene horizontale Reflexionsfläche, deren Oberseite reflektierend
ist, aus einem mit einer reflektierenden Beschichtung versehenen,
lichtdurchlässigen
Teil gebildet.
-
Dieses
Merkmal erlaubt es, das Schattenloch bzw. den Schattenbereich, das
bzw. der der Abbildung der Dicke dieser Reflexionsfläche in dem
von dem ersten Reflektor reflektierten Lichtbündel entspricht, auf die Dicke
der reflektierenden Beschichtung zu begrenzen, die zum Beispiel
durch einen Vakuumaluminiumüberzug
gebildet sein kann, dessen Dicke zwischen etwa 500 nm und ungefähr einigen Mikrometern
in der Größenordnung
von einigen sichtbaren Wellenlängen
liegt.
-
Dieses
lichtdurchlässige
Teil hat zudem bezüglich
des von dem zweiten Reflektor reflektierten Lichtbündels auch
eine optische Funktion. Es wird nämlich von diesem Lichtbündel durchquert.
-
Um
die Lichtverluste bei der Durchquerung zu begrenzen, weist das lichtdurchlässige Teil
vorzugsweise eine kugelförmige
Unterseite auf, die auf den zweiten Brennpunkt des zweiten Ellipsoid-Reflektors
zentriert ist.
-
Die
durch Reflexion an dem zweiten Reflektor emittierten Lichtstrahlen
sind somit normal zu dieser Unterseite.
-
Vorzugsweise
ist die im Wesentlichen elliptische Fläche des ersten Reflektors durch
einen Winkelsektor eines im Wesentlichen rotationsförmigen Teils
um die optische Längsachse
gebildet, und dieser Winkelsektor verläuft vertikal über der
ebenen Fläche
des Reflektors.
-
Vorzugsweise
ist die im Wesentlichen elliptische Fläche des zweiten Reflektors
durch einen Winkelsektor eines im Wesentlichen rotationsförmigen Teils
um eine als Drehachse bezeichnete Achse gebildet.
-
Und
vorteilhafterweise schneiden sich die optische Achse und die Drehachse
des zweiten Reflektors.
-
Gemäß weiterer
Merkmale der Erfindung:
- – kann sich die ebene Fläche des
Reflektors von ihrem Begrenzungsrand wenigstens bis in die Nähe des ersten
Brennpunkts des Reflektors längs
nach hinten erstrecken;
- – ist
die dem ersten Reflektor zugeordnete Lichtquelle in der Beleuchtungseinheit
derart angeordnet, dass ihre Lichtstreuungsachse im Wesentlichen
lotrecht zu der ebenen Fläche
des Reflektors ist;
- – hat
der Begrenzungsrand der ebenen Fläche des ersten Reflektors in
der horizontalen Ebene ein solchermaßen gekrümmtes Profil, dass er allgemein
der Krümmung
der Brennebene der Linse folgt.
-
Die
Erfindung betrifft auch einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit wenigstens
einer Beleuchtungseinheit wie vorstehend beschrieben, die für eine doppelte
Beleuchtungsfunktion bestimmt ist.
-
Vorzugsweise
umfasst die Doppelfunktion die Beleuchtungsfunktion "Abblendlichtmodus" und die Beleuchtungsfunktion "Fernlichtmodus".
-
Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung, zu deren Verständnis auf die beigefügten Zeichnungen
Bezug genommen wird, in denen:
-
1 eine
vertikale Schnittansicht ist, die schematisch eine bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit
darstellt;
-
2 eine
perspektivische Ansicht ist, die diese bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit
teilweise darstellt;
-
3 eine
Draufsicht ist, welche die Beleuchtungseinheit aus 1 schematisch
wiedergibt;
-
4 eine
Seitenansicht ist, die den Weg der Lichtstrahlen in der Beleuchtungseinheit
aus 1 schematisch darstellt;
-
5 eine
Ansicht ähnlich
der der 2 ist, die eine zweite Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit
darstellt;
-
6 eine
Ansicht ähnlich
der der 2 ist, die eine Ausführungsvariante
der Beleuchtungseinheit aus 1 mit mehreren
Leuchtdioden darstellt;
-
7 eine
Vorderansicht ist, die einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheiten
schematisch darstellt, der ein vorschriftsmäßiges Abblendlicht erzeugt;
-
8 eine
schematische Perspektivansicht der in 1 dargestellten
Beleuchtungseinheit ist;
-
9 eine
schematische Darstellung eines Projektionsbildes des von der Einheit
emittierten Lichtbündels
gemäß einem
ersten Funktionsmodus der erfindungsgemäßen Einheit ist;
-
10 eine
schematische Darstellung eines Projektionsbildes des von der Einheit
emittierten Lichtbündels
gemäß einem
zweiten Funktionsmodus der erfindungsgemäßen Einheit ist.
-
In 1 ist
schematisch eine Beleuchtungseinheit 10 dargestellt, die
gemäß den Lehren
der Erfindung ausgeführt
ist.
-
In
herkömmlicher
Weise umfasst eine Beleuchtungseinheit 10 entlang einer
horizontalen optischen Längsachse
A-A von hinten nach vorne angeordnet einen ersten Ellipsoid-Reflektor 12,
eine erste Lichtquelle 14, die in der Nähe eines ersten Brennpunktes
F1 des ersten Reflektors 12 angeordnet ist, und eine Sammellinse 16,
deren Brennebene in der Nähe
des zweiten Brennpunktes F2 des ersten Reflektors 12 angeordnet
ist.
-
Der
erste Reflektor 12 und die Linse 16 bilden einen
Teil des optischen Systems der Beleuchtungseinheit 10.
-
Die
optische Achse A-A verläuft
hier in nicht einschränkender
Weise in einer horizontalen Längsrichtung
und ist von hinten nach vorne ausgerichtet, was in den Figuren einer
Ausrichtung von links nach rechts entspricht. Die optische Achse
A-A ist zum Beispiel im Wesentlichen parallel zur Längsachse
eines mit der Beleuchtungseinheit 10 ausgestatteten (nicht
dargestellten) Fahrzeugs.
-
In
der weiteren Beschreibung wird in nicht einschränkender Weise eine vertikale
Ausrichtung verwendet, die in 1 einer
Ausrichtung von oben nach unten entspricht.
-
Die
Sammellinse 16 ist hier ein um die optische Längsachse
A-A rotationsförmiges
Teil. Die Linse 16 weist dem ersten Reflektor 12 gegenüberliegend
eine quer verlaufende Eintrittsfläche 17 für die Lichtstrahlen
auf.
-
Gemäß der hier
dargestellten Ausführungsform
weist der erste Reflektor 12 eine elliptische Fläche 18 auf,
die in Form eines Winkelsektors eines im Wesentlichen rotationsförmigen Teils
ausgeführt
ist und sich in der Raumhälfte
erstreckt, die über
einer horizontalen Axialebene angeordnet ist, die durch die optische
Längsachse
A-A verläuft.
-
Die
Innenseite 20 der elliptischen Fläche 18 ist reflektierend.
-
Es
ist anzumerken, dass die elliptische Fläche 18 nicht unbedingt
genau elliptisch sein muss, und sie mehrere spezifische Profile
haben kann, die zum Optimieren der Lichtverteilung in dem von der Einheit 10 erzeugten
Lichtbündel
gemäß der von
der Einheit 10 realisierten Beleuchtungsfunktion "Abblendlicht" vorgesehen sind.
Dies impliziert, dass der Reflektor nicht genau rotationsförmig ist.
-
Gemäß den Lehren
der Erfindung weist der erste Reflektor 12 eine ebene horizontale
Fläche 22 auf,
deren Oberseite 24 reflektierend ist.
-
Der
erste Reflektor 12 umgrenzt einen Reflexionsraum für die von
der ersten Lichtquelle 14 emittierten Lichtstrahlen, das
heißt
einen Raum, in den die Lichtstrahlen emittiert und in dem die Lichtstrahlen
reflektiert werden. Dieser Reflexionsraum ist in seinem oberen Teil
durch die reflektierende Innenseite 20 der elliptischen
Fläche 18 und
vertikal nach unten durch die reflektierende Seite 24 der
ebenen Fläche 22 begrenzt.
-
Die
ebene Fläche 22 verläuft hier
in einer horizontalen Axialebene.
-
Die 2 bis 7 zeigen
nur diesen ersten Reflektor 12, die Linse 16 und
die ebene Fläche 22.
-
Die
ebene Fläche 22 ist
hinten an ihrem Schnittpunkt mit der elliptischen Fläche 18 durch
einen elliptischen Rand 26 und vorne durch einen vorderen äußeren Längsrand 28 begrenzt.
Alternativ kann vorgesehen werden, dass die ebene Fläche 22 hinten durch
einen Geradenabschnitt quer zur Achse A-A begrenzt wird, der vor
der Lichtquelle 14 in deren unmittelbarer Nähe verläuft.
-
Der
vordere äußere Rand 28 der
ebenen Fläche 22 ist
in der Nähe
des zweiten Brennpunktes F2 des Reflektors 12 derart angeordnet,
das in dem von der Beleuchtungseinheit 10 erzeugten Lichtbündel eine
ausreichend scharfe Hell-Dunkel-Grenze gebildet wird.
-
In
der weiteren Beschreibung wird daher der vordere äußere Rand 28 als "Begrenzungsrand" 28 bezeichnet.
-
Die
Brennebene der Linse 16 bildet in einer durch den Brennpunkt
F2 der Linse 16 verlaufenden horizontalen Ebene ein gekrümmtes, nach
vorne konkaves Profil. Die gekrümmte
Form dieses Profils ist gemäß der Ausführungsform
mehr oder weniger komplex und kann in erster Näherung einem Kreisbogen gleichkommen.
Der Begrenzungsrand 28 hat daher vorzugsweise in der horizontalen
Ebene ein solchermaßen
gekrümmtes
Profil, dass er allgemein dem Profil der Brennebene der Linse 16 folgt.
-
Gemäß der hier
dargestellten Ausführungsform
weist die ebene Reflexionsfläche 22 einen
hinteren Abschnitt 30 in Form einer Ellipsoidhälfte auf, der
durch den elliptischen Rand 26 und den Durchmesser 32 des
vorderen halbkreisförmigen
Rands 34 der elliptischen Fläche 18 begrenzt ist.
-
Die
ebene Reflexionsflächen 22 weist
einen allgemein trapezförmigen,
gleichschenkligen vorderen Abschnitt 36 auf, der durch
den Durchmesser 32 der elliptischen Fläche 18, zwei Seitenränder 38, 40 und
den Begrenzungsrand 28 begrenzt ist.
-
Gemäß der hier
dargestellten Ausführungsform
nimmt die Querschnittsbreite des vorderen Abschnitts 36 allmählich nach
vorne zu, so dass die Querschnittsbreite des Begrenzungsrands 28 im
Wesentlichen dem Durchmesser der Eintrittsfläche der Linse 16 entspricht.
-
Gemäß einer
Ausführungsvariante,
wie sie in 3 dargestellt ist, kann die
ebene Fläche 22 nur einen
vorderen Abschnitt 36 aufweisen, der sich vom Begrenzungsrand 28 bis
zu einem bestimmten, zwischen dem ersten Brennpunkt F1 und dem zweiten Brennpunkt
F2 des Reflektors 12 gelegenen Punkt der optischen Achse
A-A axial nach hinten erstreckt.
-
Vorteilhafterweise
ist die Lichtquelle 14 dazu vorgesehen, ihre Lichtmenge
in weniger als eine über der
ebenen Fläche 22 gelegene "Raumhälfte" auszusenden sowie
ihre Lichtmenge zur Innenseite 20 der elliptischen Fläche 18 zu
emittieren.
-
Vorteilhafterweise
ist die Lichtquelle 14 eine gekapselte Leuchtdiode 44.
-
Als
Leuchtdiode 44 wird hier der Übergang, der die Lichtmenge
erzeugt, sowie die Lichtstreuungsglocke oder -kapsel, die den oberen
Teil des Übergangs
umgibt, bezeichnet.
-
Herkömmlicherweise
ist die Leuchtdiode 44 auf einer elektronischen Trägerplatte 42 montiert,
die in 4 dargestellt ist und hier parallel zu der ebenen
Fläche 22 angeordnet
ist.
-
Die
Leuchtdiode 44 weist eine Lichtstreuungsachse B-B auf,
die hier im Wesentlichen lotrecht zu der ebenen Fläche 22 ist.
-
Die
Leuchtdiode 44 emittiert ihre Lichtmenge in einem allgemein
um ihre Lichtstreuungsachse B-B herum zentrierten Raumwinkel von
weniger als 180 Grad.
-
Diese
Anordnung erlaubt es der Diode 44, den größten Teil
ihrer Lichtmenge zu der Innenseite 20 der elliptische Fläche 18 zu
emittieren.
-
Das
Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit 10 ist
wie folgt: Es sei angenommen, die Lichtquelle 14 habe um
einen Punkt, der mit dem ersten Brennpunkt F1 des Ellipsoid-Reflektors 18 deckungsgleich
ist, eine geringe Ausdehnung.
-
Zunächst werden
die von der Lichtquelle 14 emittierten Lichtstrahlen betrachtet,
die oberhalb des Begrenzungsrands 28 verlaufen und als
Primärstrahlen
R1 bezeichnet werden.
-
Da
die Lichtquelle 14 in dem ersten Brennpunkt F1 des Ellipsoid-Reflektors 18 angeordnet
ist, wird der größte Teil
der von der Lichtquelle 14 emittierten Primärstrahlen
R1 nach Reflexion an der Innenseite 20 der elliptischen
Fläche 18 zu
dem zweiten Brennpunkt F2 des Reflektors 18 oder in dessen Nähe reflektiert.
-
Diese
Primärlichtstrahlen
R1 bilden im Brennpunkt F2 der Linse 16 ein konzentriertes
Lichtbild, das durch die Linse 16 in einer zur Längsachse A-A
im Wesentlichen parallelen Richtung vor die Beleuchtungseinheit 10,
aber nach unten projiziert wird.
-
Anschließend seien
die von der Lichtquelle 14 emittierten Lichtstrahlen R2
betrachtet, die unterhalb des Begrenzungsrands 28 verlaufen,
als gäbe es
keine ebene Fläche 22,
und die als Sekundärstrahlen
R2 bezeichnet werden.
-
Diese
Sekundärlichtstrahlen
R2 werden von der Innenseite 20 der elliptischen Fläche 18 solchermaßen zu der
ebenen Reflexionsfläche 22 reflektiert, dass
sie ein zweites Mal nach vorne reflektiert werden.
-
Bei
dieser zweiten Reflexion werden die Sekundärlichtstrahlen R2 zum oberen
Teil der Eintrittsfläche 17 der
Linse 16 geleitet. Aufgrund ihrer Konvergenzeigenschaften
lenkt die Linse 16 folglich die Sekundärlichtstrahlen R2 nach unten
ab. Die Sekundärlichtstrahlen
R2 werden somit in dem Lichtbündel unterhalb
der Hell-Dunkel-Grenze in denselben Bereich emittiert, in den die
Lichtstrahlen R1 emittiert werden.
-
Je
näher der
Ort der Reflexion eines Sekundärlichtstrahls
R2 an der ebenen Fläche 22 bei
dem Begrenzungsrand 28 liegt, also nahe der Brennebene
der Linse 16, umso näher
ist die Richtung dieses Sekundärlichtstrahls
R2 beim Austritt aus der Linse 16 einer zur Längsachse
A-A parallelen Richtung.
-
Ein
Vorteil der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit 10 liegt
darin, dass ihr optisches System 11 keinen großen Teil
der von der Lichtquelle 14 emittierten Lichtstrahlen abschattet,
wie dies bei einer herkömmlichen
Beleuchtungseinheit mit einer Blende der Fall ist.
-
Die
ebene Reflexionsfläche 22 erlaubt
es, die Abbildungen der Lichtquelle 14, die von der elliptischen
Fläche 18 des
Reflektors 12 zum zweiten Brennpunkt F2 des Reflektors 12 reflektiert
werden, "abzulenken".
-
Wäre die ebene
Fläche 22 nicht
vorhanden, müssten
nämlich
einiger dieser Abbildungen in einer durch den Begrenzungsgrand 28 erzeugten
senkrechten Ebene die durch den Begrenzungsrand 28 gebildete
Grenze überlagern.
Jede Abbildung würde somit
einen über
dem Begrenzungsrand 28 gelegenen oberen Teil und einen
unter dem Begrenzungsrand 28 gelegenen unteren Teil aufweisen.
Durch die ebene Reflexionsfläche 22 wird
der untere Teil jeder Abbildung nach oben reflektiert, als ob der untere
Teil auf den oberen Teil umgelegt würde, so dass diese Abbildungsteile über dem
Begrenzungsrand 28 in der durch den Begrenzungsrand 28 erzeugten
senkrechten Ebene übereinander
liegen.
-
Der
durch dieses "Ablenken" der Abbildungen
erzeugte "Knick" trägt dazu
bei, eine scharfe Hell-Dunkel-Grenze in dem durch die Linse 16 projizierten
Lichtbündel
zu bilden.
-
Die
erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit 10 weist
darüber
hinaus bei Verwendung einer Leuchtdiode 44 als Lichtquelle 14 in
einer Beleuchtungseinheit besondere Vorteile auf.
-
Die
Abbildung der einer Diode entsprechenden virtuellen Lichtquelle
ist allgemein rund und diffus.
-
Zum
Ausführen
einer Hell-Dunkel-Grenze in einem Lichtbündel ausgehend von einer Beleuchtungseinheit,
die eine Lichtquelle und eine Fresnel-Optik oder eine Lichtquelle
und einen Komplexflächen-Reflektor
verwendet, ist es erforderlich, die Ränder der Abbildungen der Lichtquelle
auf dem zum Validieren des vorschriftsmäßigen Lichtbündels dienenden
Messschirm fluchtend anzuordnen.
-
Ist
die Lichtquelle eine Glühwendel,
hat ihre virtuelle Abbildung allgemein die Form eines Rechtecks,
so dass es relativ einfach ist, eine scharfe Hell-Dunkel-Grenze
durch fluchtende Anordnung der Ränder
des Rechtecks zu realisieren.
-
Ist
die Lichtquelle eine Diode, ist es wesentlich schwieriger, eine
scharfe Hell-Dunkel-Grenze durch
fluchtende Anordnung der entsprechenden Abbildungen mit runder Form
auszuführen.
-
Diese
Schwierigkeit kann durch Verwendung einer Blende zusammen mit der
Diode überwunden werden,
allerdings würde
hierbei ein großer
Teil der durch die Diode erzeugten Lichtmenge verloren gehen.
-
Die
erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit 10 erlaubt
die Ausführung
einer scharfen Hell-Dunkel-Grenze mit einer Diode 44, da
durch sie die Abbildung einer Kante des optischen Systems 11 nach vorne
projiziert wird, das heißt
die Abbildung des Begrenzungsrands 28.
-
Die
Form der Hell-Dunkel-Grenze in dem Lichtbündel wird somit durch das Profil
des Begrenzungsrands 28 in einer Projektion auf eine senkrechte,
quer verlaufende Ebene bestimmt.
-
Eine
weitere Schwierigkeit bei der Ausführung einer Beleuchtungseinheit
ausgehend von einer Diode rührt
daher, dass die Verteilung der Lichtmenge in dem von der Diode emittierten
Lichtbündel
nicht gleichmäßig ist.
Es ist daher äußerst schwierig,
ein homogenes Lichtbündel
anhand direkter Abbildungen der Diode zu erzeugen.
-
Die
erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit 10 überwindet
diese Schwierigkeit, indem sie sich eine Eigenschaft von Ellipsoid-Beleuchtungseinheiten
zu eigen macht, die darin besteht, die Abbildungen der Lichtquelle
im zweiten Brennpunkt F2 des Reflektors 12 zu "mischen", wodurch die Homogenität des erzeugten
Lichtbündels
verbessert wird.
-
Ein
Vorteil der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit 10 besteht
darin, dass sie sich die Eigenschaft der gekapselten Dioden 44 zunutze
macht, allgemein in eine Raumhälfte
auszustrahlen, wodurch über
achtzig Prozent des von der Diode 44 emittierten Lichtstroms
erfasst werden können,
während
bei einem herkömmlichen
Abblendlicht-Ellipsoidscheinwerfer weniger als fünfzig Prozent des Lichtstroms
erfasst werden.
-
Gemäß einer
ersten Ausführungsform,
die schematisch in 2 bis 4 dargestellt
ist, ist die Beleuchtungseinheit 10 durch eine Zusammenstellung
diskreter Elemente gebildet.
-
Die
Beleuchtungseinheit 10 umfasst zum Beispiel ein Element 18,
das den Ellipsoid-Teil
des Reflektors 12 bildet, ein Element 22, das
die ebene Fläche
des Reflektors 12 bildet, und ein Element 16, das
die Sammellinse bildet.
-
Die
Innenseite des Ellipsoid-Teils 18 und die Oberseite der
ebenen Fläche 22 sind
zum Beispiel mit einem reflektierenden Material beschichtet.
-
Handelt
es sich bei der Lichtquelle 14 um eine Leuchtdiode 44,
ist es angesichts der geringen Wärmeabstrahlung
dieser Art von Lichtquelle im Vergleich zu Lampen möglich, die
diskreten Elemente in Form von Polymerbauteilen auszuführen, die
zum Beispiel durch Einstecken zusammengebaut werden.
-
Die
Linse 16 kann eine Fresnel-Linse sein.
-
Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung, die in 5 schematisch dargestellt ist,
ist das optische System 11 der Beleuchtungseinheit 10 aus
einem einzigen massiven optischen Bauteil aus lichtdurchlässigem Material,
zum Beispiel PMMA (Polymethylmethacrylat), ausgeführt.
-
Das
massive optische Bauteil ist zum Beispiel durch Formguss oder spanende
Bearbeitung ausgeführt.
-
Um
die Reflexion der Lichtstrahlen zu ermöglichen, die von der Lichtquelle 14 in
den vom Reflektor 12 umgrenzten Reflexionsraum emittiert
werden, sind die Außenseite
des Ellipsoid-Teils 18 des Reflektors 12 und die
in diesem Fall untere Außenseite
der ebenen Fläche 22 des
Reflektors 12 mit einem reflektierenden Material beschichtet.
-
Bei
einigen Abschnitten des Reflektors 12 können die Eigenschaften der
Totalreflexion in einer Umgebung mit einem Brechungsindex größer als Luft
genutzt werden, um die Reflexion der Lichtstrahlen in dem vom Reflektor 12 umgrenzten
Reflexionsraum ohne Verwendung von reflektierendem Material zu bewirken.
Diese Abschnitte des Reflektors 12 hätten daher eine Form, die geringfügig von
der eines reinen Ellipsoids abweicht.
-
Gemäß dieser
zweiten Ausführungsform breiten
sich die Lichtstrahlen, die von der Lichtquelle 14 emittiert
werden, innerhalb des Materials aus, welches das optische System 11 der
Beleuchtungseinheit 10 bildet, um dann durch die Vorderseite
der Sammellinse 16 aus dem optischen System 11 auszutreten.
-
Die
Tatsache, dass sich die Lichtstrahlen bei der zweiten Ausführungsform
innerhalb eines Materials ausbreiten, während sich die Lichtstrahlen
bei der ersten Ausführungsform
in der Luft ausbreiten, hat keinen merklichen Einfluss auf das Funktionsprinzip der
erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit 10.
-
Vorteilhafterweise
weist die ebene Reflexionsfläche 22 eine
Höhlung
auf, deren Form zu der der Kapsel der Leuchtdiode 44 komplementär ist.
-
Hat
die Kapsel der Diode 44 zum Beispiel eine halbkugelige
Form, ist die Höhlung
im Wesentlich halbkugelförmig.
-
Gemäß einer
Variante dieser zweiten Ausführungsform
ist der Reflektor 12 in einem einzigen Stück aus lichtdurchlässigem Material
ausgeführt, das
von dem die Sammellinse 16 bildenden Bauteil getrennt ist.
-
Gemäß einer
Ausführungsvariante
der Erfindung, die in 6 dargestellt ist, kann die
Lichtquelle 14 durch mehrere Leuchtdioden 44 gebildet
sein.
-
Es
ist anzumerken, dass die Leuchtdioden 44 sehr nahe beieinander
liegen müssen,
so dass sie allgemein im ersten Brennpunkt F1 des Reflektors 12 angeordnet
sind.
-
Gemäß 6 sind
zum Beispiel zwei Dioden 44 vorteilhafterweise lotrecht
zur optischen Längsachse
A-A fluchtend angeordnet.
-
Die
daraus resultierende Lichtquelle 14 entspricht somit einer
in der Breite ausgedehnten Lichtquelle, da sich die von jeder Leuchtdiode 44 erzeugten
Lichtbündel überlappen.
-
Diese
Anordnung der Dioden 44 erlaubt es demnach, das von der
Beleuchtungseinheit 10 erzeugte Lichtbündel zu verbreitern.
-
Um
eine vorschriftsmäßige Beleuchtungsfunktion
mit Hell-Dunkel-Grenze zu erzeugen, zum Beispiel ein Abblendlicht,
wird vorteilhafterweise ein Kraftfahrzeugscheinwerfer mittels mehrerer
identischer, gleichzeitig funktionierender Beleuchtungseinheiten 10 ausgeführt.
-
Die
Beleuchtungseinheiten 10 sind parallel zueinander angeordnet,
das heißt,
ihre optischen Achsen A-A sind im Wesentlichen parallel zueinander.
-
Die
von jeder Beleuchtungseinheit 10 erzeugten Lichtbündel überlagern
sich somit vor dem Fahrzeug derart, dass das vorschriftsmäßige Abblendlicht
gebildet wird.
-
In 7 ist
als Beispiel ein Kraftfahrzeugscheinwerfer 46 dargestellt,
der ein Abblendlicht erzeugt und vier identische Beleuchtungseinheiten 10 verwendet.
-
Da
das Abblendlichtbündel
eine Hell-Dunkel-Grenze aufweisen muss, die einen in einem bestimmten
Winkel, zum Beispiel fünfzehn
Grad, ansteigenden Teil besitzt, werden zwei Beleuchtungseinheiten 48 des
Scheinwerfers 46 um fünfzehn
Grad um ihre optische Längsachse
A-A gedreht, so dass ein Lichtbündel
mit einer bezüglich einer
horizontalen Ebene um fünfzehn
Grad ansteigenden Hell-Dunkel-Grenze erzeugt wird.
-
Die
beiden anderen Beleuchtungseinheiten 50 bilden ein Lichtbündel mit
einer waagerechten Hell-Dunkel-Grenze.
-
Die Überlagerung
der durch die vier Beleuchtungseinheiten 10 erzeugten Lichtbündel bildet
somit ein vorschriftsmäßiges Lichtbündel mit
einem waagerechten Teil und einem um fünfzehn Grad ansteigenden Teil.
-
Gemäß einer
(nicht dargestellten) Ausführungsvariante
der Erfindung kann die Lichtquelle 14 durch das freie Ende
eines Lichtwellenleiterbündels gebildet
sein.
-
Ein
Nachteil der Lichtwellenleiter besteht darin, dass sie eine Lichtquelle
mit einem Lichtkern und einem dunklen Ring bilden, der durch den
Mantel bedingt ist, der den Faserkern umgibt.
-
Dieser
Lichtquellentyp bildet somit bei Verwendung in einem Fahrzeugscheinwerfer,
der zum Beispiel einen Komplexflächen-Reflektor
nutzt, in dem Lichtbündel
Abbildungen in Form von Bildpunkten, die von einem durch den Mantel
bedingten dunklen Raum umgeben sind.
-
Ein
Vorteil der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit 10 besteht
darin, dass sie es erlaubt, alle Abbildungen der Lichtquelle 14 in
dem zweiten Brennpunkt F2 des Reflektors 12 zu mischen,
so dass in dem Lichtbündel
die Bildpunkte des Lichtvvellenleiters nicht zu erkennen sind.
-
Betrachten
wir nochmals 1 zusammen mit 8.
Um eine Doppelfunktion zu erfüllen,
das heißt
die Funktion "Abblendlicht" und auch die Funktion "Fernlicht", umfasst die erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit,
mit der ein Kraftfahrzeugscheinwerfer ausgestattet werden soll,
neben dem oben bereits Ausgeführten
allgemein entlang der horizontalen optischen Längsachse A-A von hinten nach
vorne angeordnet auch einen zweiten Ellipsoid-Reflektor 12', der einen
Reflexionsraum für
Lichtstrahlen umgrenzt und eine im Wesentlichen elliptische Reflexionsfläche 18', 20' aufweist, eine
zweite Lichtquelle 14',
die in der Nähe
eines ersten Brennpunkts F1' des zweiten
Reflektors 12' angeordnet
ist. Diese zweite Lichtquelle 14' ist derart angeordnet, dass sie
ein einziges Lichtbündel
nach unten emittiert.
-
Der
zweite Reflektor 12' und
die zweite Lichtquelle 14' können ähnlich dem
ersten Reflektor 12 und der ersten Lichtquelle 14 sein.
Sie können
somit alle entsprechenden Eigenschaften aufweisen, die bereits weiter
oben angeführt
wurden, ohne dass diese hier nochmals ausdrücklich erwähnt werden.
-
Hierzu
sind die beiden selektiv bedienbaren Lichtquellen 14, 14', bei denen
es sich vorzugsweise um zwei Leuchtdioden oder zwei Leuchtdiodensätze handelt,
durch eine lichtundurchlässige
Kappe 60 voneinander getrennt, die gegebenenfalls einen Kühlkörper und
Steuerkreise enthalten kann.
-
Wie
bereits vorstehend erwähnt,
ist die im Wesentlichen elliptische Fläche des ersten Reflektors 12 durch
einen Winkelsektor eines im Wesentlichen rotationsförmigen Teils
um die optische Längsachse
A-A gebildet und dieser Winkelsektor verläuft vertikal über der
ebenen Fläche 22 des
Reflektors.
-
Die
im Wesentlichen elliptische Fläche
des zweiten Reflektors ist ihrerseits durch einen Winkelsektor eines
im Wesentlichen rotationsförmigen
Teils um seine als Drehachse A'-A' bezeichnete Achse
gebildet, und vorteilhafterweise schneiden sich die optische Achse
A-A des ersten Reflektors und die Drehachse A'-A' des
zweiten Reflektors.
-
Der
zweite Ellipsoid-Reflektor 12' ist so angeordnet, dass sein zweiter
Brennpunkt im Wesentlichen mit dem zweiten Berennpunkt F2 des ersten Reflektors 12 zusammenfällt. Die
optische Achse A-A des ersten Reflektors und die Drehachse A'-A' des zweiten Reflektors
schneiden sich somit im Wesentlichen in diesem zweiten Brennpunkt
F2.
-
Die
ebene horizontale Reflexionsfläche 22, deren
Oberseite 24 reflektierend ist, ist durch ein lichtdurchlässiges Teil 22' gebildet, das
mit einer reflektierenden Beschichtung auf seiner Oberseite versehen
ist und die reflektierende Oberseite 24 bildet. Dieses
lichtdurchlässige
Teil 22' weist
vorteilhafterweise eine kugelförmige
Unterseite 22A auf, die im Wesentlichen auf den zweiten
Brennpunkt F2 zentriert ist. Seine zur Linse 16 gewandte
Seitenfläche 22B ist
vorteilhafterweise durch eine Regelfläche gebildet, die in vertikaler
Ebene durch Geraden definiert ist, die den oberen Rand 34 des
ersten Reflektors 12 mit dem zweiten Brennpunkt F2 verbinden.
-
Vorzugsweise
ist dieses lichtdurchlässige Teil 22' aus PMMA (Polymethylmethacrylat)
und die reflektierende Beschichtung aus einem Vakuumaluminiumüberzug gebildet.
-
Die
optische Funktionsweise der Einheit wurde bereits weiter oben hinsichtlich
des ersten Ellipsoid-Reflektors 12 mit der ihm zugeordneten
Reflexionsfläche 22 insbesondere
unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
-
Zusammenfassend
ist hier mit Bezug auf 1 zu sagen, dass beim Betrieb
der ersten Lichtquelle 14 der größte Teil der von der Lichtquelle 14 emittierten
Primärstrahlen
nach Reflexion an der Innenseite 20 der elliptischen Fläche 18 zum
zweiten Brennpunkt F2 des Reflektors 12 oder in dessen Nähe reflektiert
wird. Die Sekundärlichtstrahlen
werden von der Innenseite 20 der elliptischen Fläche 18 zur
ebenen Reflexionsfläche 22 reflektiert,
so dass sie ein zweites Mal nach vorne reflektiert werden, wodurch
diese Reflexionsfläche 22 eine "Ablenk"-Funktion ausübt.
-
Eine
Abbildung I1 der Projektion des durch die Einheit emittierten Lichtbündels beim
Verlassen der Linse 16 ist in 9 schematisch
dargestellt. Diese erste Funktion der Einheit entspricht insbesondere
dem "Abblendlichtmodus" eines Kraftfahrzeugscheinwerfers.
-
Bei
gleichzeitigem Einschalten der zweiten Lichtquelle 14' wird der größte Teil
der von der Lichtquelle 14' emittierten
Primärstrahlen
R1' nach Reflexion
an der Innenseite 20' der
elliptischen Fläche 18' zu dem zweiten
Brennpunkt F2 oder in dessen Nähe reflektiert.
Diese an der Unterseite 22A des lichtdurchlässigen Teils 22' normalen Lichtstrahlen
durchqueren dieses, von Verlusten durch die Glasreflexion an der
Fläche 22A abgesehen,
ohne Lichtverlust, und werden anschließend durch die Linse 16 über der
Achse A-A reflektiert.
-
Eine
Abbildung der Projektion des durch die Einheit emittierten Lichtbündels bei
Verlassen der Linse 16 ist in 10 schematisch
dargestellt. Zu der vorstehend genannten Abbildung I1 kommt eine
Abbildung I2 hinzu. Diese zweite Funktion der Einheit entspricht
insbesondere dem "Fernlichtmodus" eines Kraftfahrzeugscheinwerfers.
-
Angesichts
der Lichtdurchlässigkeit
des Teils 22' und
der geringen, nicht sichtbaren Stärke seiner reflektierenden
Beschichtung 24 werden die beiden betreffenden Abbildungen
I1 und I2 nebeneinander liegend wahrgenommen und bilden ein einziges Lichtbündel.