DE60317254T2

DE60317254T2 - Elliptische Beleuchtungsbaugruppe ohne Lichtblende zur Erzeugung eines Abblendlichtes und Scheinwerfer mit einer derartigen Beleuchtungsbaugruppe

Info

Publication number: DE60317254T2
Application number: DE60317254T
Authority: DE
Inventors: Pierre Albou
Original assignee: Valeo Vision SAS
Current assignee: Valeo Vision SAS
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2023-04-19
Also published as: SI1357334T1; FR2839139A1; JP2003317515A; ES2297107T5; US6997587B2; US20030202359A1; JP4136773B2; DE60317254D1; ES2297107T3; FR2839139B1; EP1357334A1; EP1357334B1; EP1357334B2; ATE377732T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinheit und einen Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Beleuchtungseinheit für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, der ein Lichtbündel mit einer Helldunkelgrenze erzeugt, mit, von hinten nach vorne allgemein entlang einer horizontalen optischen Längsachse angeordnet, einem Reflektor vom ellipsoiden Typ, der einen Reflexionsraum für die Lichtstrahlen umgrenzt und der 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.
Scheinwerfer vom elliptischen Typ oder Scheinwerfer mit Bildwiedergabeoptik sind insbesondere zum Erzeugen eines Lichtbündels mit einer Helldunkelgrenze wohlbekannt.
Man versteht unter einem Lichtbündel mit einer Helldunkelgrenze ein Lichtbündel, das eine Richtungsbegrenzung oder Helldunkelgrenze aufweist, oberhalb der die emittierte Lichtstärke gering ist.
Abblendlicht und Nebellicht sind Beispiele für Lichtbündel mit Helldunkelgrenze, die den geltenden gesetzlichen Vorschriften in Europa entsprechen.
Im Allgemeinen wird die Helldunkelgrenze bei einem Ellipsoid-Scheinwerfer mit Hilfe einer aus einer vertikalen Platte mit geeignetem Profil gebildeten Blende erzeugt, die axial zwischen dem Ellipsoid-Reflektor und der Sammellinse eingefügt und in der Nähe des zweiten Brennpunkts des Reflektors angeordnet ist.
Die Blende ermöglicht es, die von der Lichtquelle abgegebenen und vom Reflektor in den unteren Teil der Brennebene der Sammellinse reflektierten Lichtstrahlen abzuschatten, die ohne Blende vom Scheinwerfer über der Helldunkelgrenze emittiert würden.
Ein Nachteil dieses Scheinwerfertyps besteht darin, dass ein beträchtlicher Teil der von der Lichtquelle abgegebenen Lichtmenge an der Rückseite der Blende verloren geht.
Das Dokument US-A-4 914 747 , das dem Oberbegriff des Hauptanspruchs entspricht, beschreibt einen Scheinwerfer, dessen Reflektor ein Ober- und ein Unterteil in Form von Ellipsoidhälften mit derselben optischen Achse aufweist, deren zweite Brennpunkte deckungsgleich sind, wobei der erste Brennpunkt des oberen Reflektors vor dem des unteren Reflektors liegt. Der Scheinwerfer umfasst eine Lampe mit zwei Glühwendeln, die jeweils in einem der ersten Brennpunkte der Reflektoren angeordnet sind. Ein flacher Blendschirm ist parallel zur optischen Achse der Reflektoren angeordnet, wobei der vordere Rand dieses Blendschirms in der Nähe der zweiten Brennpunkte angeordnet ist, die ihrerseits mit dem Brennpunkt einer Sammellinse zusammenfallen.
Das Dokument EP-A-1 193 440 offenbart einen ein Lichtbündel mit einer Helldunkelgrenze erzeugenden Scheinwerfer mit einem halbellipsoiden Reflektor, einer in der Nähe des ersten Brennpunkts des Reflektors angeordneten Lichtquelle, einer Sammellinse, deren Brennebene in der Nähe des zweiten Brennpunkts des Reflektors angeordnet ist, und einer horizontalen ebenen Reflexionsfläche, deren Oberseite reflektierend ist, wobei die ebene Fläche einen vorderen äußeren Rand umfasst, der in der Nähe des zweiten Brennpunkts des Reflektors solchermaßen angeordnet ist, dass in dem Lichtbündel die Helldunkelgrenze gebildet wird, wobei die ebene Fläche drehbar um ihren hinteren Rand angebracht ist, so dass ein Abblendlicht erzeugt wird, wenn sie zur optischen Achse parallel ist, und ein Fernlicht, wenn sie gekippt wird.
Die Erfindung schlägt eine Beleuchtungseinheit für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer vor, der ein Lichtbündel mit einer Helldunkelgrenze erzeugt, mit, von hinten nach vorne allgemein entlang einer horizontalen optischen Längsachse angeordnet, einem Reflektor vom ellipsoiden Typ, der einen Reflexionsraum für die Lichtstrahlen umgrenzt und der 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, wobei der Reflektor eine horizontale ebene Reflexionsfläche aufweist, deren Oberseite reflektierend ist, die senkrecht nach unten den Reflexionsraum begrenzt, wobei die ebene Fläche des Reflektors einen vorderen äußeren Rand, einen sogenannten Begrenzungsrand, umfasst, der in der Nähe des zweiten Brennpunkts des Reflektors solchermaßen angeordnet ist, dass in dem Lichtbündel die Helldunkelgrenze gebildet wird, wobei die ebene Fläche des Reflektors in einer horizontalen Ebene angeordnet ist, die allgemein durch die Brennpunkte des Reflektors verläuft.
Gemäß der vorliegenden Erfindung erstreckt sich die ebene Fläche des Reflektors von ihrem Begrenzungsrand längs nach hinten wenigstens bis in die Nähe des ersten Brennpunkts des Reflektors, wobei die im Wesentlichen elliptische Fläche des Reflektors durch einen Winkelsektor eines im Wesentlichen rotationssymmetrischen Teils um die optische Längsachse herum gebildet ist, und sich der Winkelsektor vertikal über der ebenen Fläche des Reflektors erstreckt, die Lichtquelle eine Leuchtdiode ist und in der Einheit solchermaßen angeordnet ist, dass ihre Lichtstreuachse zu der ebenen Fläche des Reflektors im Wesentlichen lotrecht ist.
Dank der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit wird der überwiegende Teil des von der Lichtquelle emittierten Lichtstroms in dem von der Einheit erzeugten Lichtbündel genutzt, um die zugeordnete vorschriftsmäßige Beleuchtungsfunktion auszuführen.
Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung:

– ist der Reflektor aus einem einzigen massiven Stück aus lichtdurchlässigem Material ausgeführt;
– ist die Linse in einem Stück mit dem Reflektor ausgeführt;
– ist die Lichtquelle in einer komplementären Höhlung angeordnet, die in der ebenen Fläche des Reflektors ausgeführt ist;
– umfasst die Beleuchtungseinheit mehrere benachbarte Lichtquellen, die allgemein in einer im Wesentlichen horizontalen und zur optischen Längsachse lotrechten Richtung solchermaßen ausgerichtet sind, dass das Lichtbündel in der Breite aufgefächert wird;
– ist die Lichtquelle eine Leuchtdiode;
– ist die Lichtquelle durch das freie Ende eines Lichtwellenleiterbündels gebildet;
– hat der Begrenzungsrand der ebenen Fläche des Reflektors ein solchermaßen gekrümmtes Profil in der horizontalen Ebene, dass es allgemein der Krümmung der Brennebene der Linse folgt;
– erstreckt sich die ebene horizontale Fläche des Reflektors in einer von der optischen Längsachse begrenzten ersten Halbebene, erstreckt sich eine zweite ebene Fläche des Reflektors in einer von der optischen Längsachse begrenzten zweiten Halbebene und weist die zweite ebene Fläche einen vorderen Begrenzungsrand auf, der bezüglich einer horizontalen Ebene um einen bestimmten Winkel solchermaßen geneigt ist, dass in dem Lichtbündel eine schräg verlaufende Helldunkelgrenze zum Erzeugen eines vorschriftsmäßigen Abblendlichts gebildet wird.

Die Erfindung betrifft ferner einen Fahrzeugscheinwerfer, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er wenigstens eine Beleuchtungseinheit mit einem der vorhergehenden Merkmale umfasst.
Gemäß einem weiteren Merkmal eines erfindungsgemäßen Fahrzeugscheinwerfers, der zum Erzeugen eines vorschriftsmäßigen Abblendlichts vorgesehen ist, umfasst dieser wenigstens zwei Beleuchtungseinheiten mit im Wesentlichen identischer Struktur, die im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind:

– eine erste Beleuchtungseinheit, deren Begrenzungsrand im Wesentlichen horizontal ist;
– und eine zweite Beleuchtungseinheit, die bezüglich der ersten Einheit in einem bestimmten Winkel um ihre optische Achse herum solchermaßen gedreht ist, dass ihr Begrenzungsrand bezüglich einer horizontalen Ebene geneigt ist,

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die zum besseren Verständnis auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt, von denen:
1 eine perspektivische Ansicht ist, die schematisch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit darstellt;
2 eine Draufsicht ist, die schematisch die Beleuchtungseinheit aus 1 darstellt;
3 eine Seitenansicht ist, die schematisch den Weg der Lichtstrahlen in der Beleuchtungseinheit aus 1 zeigt;
4 eine der 1 ähnliche Ansicht ist, die eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit darstellt;
5 eine der 1 ähnliche Ansicht ist, die eine Ausführungsvariante der Beleuchtungseinheit aus 1 mit mehreren Leuchtdioden darstellt;
6 eine Vorderansicht ist, die schematisch einen Fahrzeugscheinwerfer darstellt, der erfindungsgemäße Beleuchtungseinheiten umfasst und ein vorschriftsmäßiges Abblendlicht erzeugt;
7 eine der 1 ähnliche Ansicht ist, die schematisch eine Beleuchtungseinheit darstellt, die ein Lichtbündel mit einer einem Abblendlicht entsprechenden Helldunkelgrenze erzeugt;
8 eine Vorderansicht ist, die den Reflektor der Beleuchtungseinheit aus 7 zeigt.
In den 1 bis 3 ist schematisch eine gemäß den Lehren der Erfindung ausgeführte Beleuchtungseinheit 10 dargestellt.
In herkömmlicher Weise umfasst die Beleuchtungseinheit 10, von hinten nach vorne entlang einer horizontalen optischen Längsachse A-A angeordnet, einen Reflektor 12 vom ellipsoiden Typ, eine Lichtquelle 14, die in der Nähe eines ersten Brennpunkts F1 des Reflektors 12 angeordnet ist, und eine Sammellinse 16, deren Brennebene in der Nähe des zweiten Brennpunkts F2 des Reflektors 12 angeordnet ist.
Der Reflektor 12 und die Linse 16 bilden das optische System 11 der Beleuchtungseinheit 10.
Die optische Achse A-A definiert hier in nicht einschränkender Weise eine horizontale Längsrichtung und eine Ausrichtung von hinten nach vorne, die in den 2 und 3 einer Ausrichtung von links nach rechts entspricht. Die optische Achse A-A ist zum Beispiel im Wesentlichen parallel zur Längsachse eines (nicht dargestellten) Fahrzeugs, das mit der Beleuchtungseinheit 10 ausgerüstet ist.
Im weiteren Verlauf der Beschreibung wird in nicht einschränkender Weise eine vertikale Ausrichtung verwendet, die in 3 einer Ausrichtung von oben nach unten entspricht.
Die Sammellinse 16 ist hier ein um die optische Längsachse A-A herum angeordnetes rotationssymmetrisches Teil. Die Linse 16 weist gegenüber dem Reflektor 12 eine querverlaufende Eintrittsfläche 17 für die Lichtstrahlen auf.
Gemäß der hier dargestellten Ausführungsform umfasst der Reflektor 12 eine elliptische Fläche 18, die in Form eines Winkelsektors eines im Wesentlichen rotationssymmetrischen Teils gebildet ist und die sich in den Halbraum erstreckt, der über einer durch die optische Längsachse A-A verlaufenden axialen, horizontalen Ebene angeordnet ist.
Die Innenseite 20 der elliptischen Fläche 18 ist reflektierend.
Anzumerken ist, dass die elliptische Fläche 18 nicht vollkommen elliptisch sein muss und mehrere spezifische Profile haben kann, die dazu vorgesehen sind, die Lichtverteilung in dem von der Einheit 10 erzeugten Lichtbündel je nach der von der Einheit 10 ausgeführten Beleuchtungsfunktion zu optimieren. Dies bedeutet folglich, dass der Reflektor nicht vollkommen rotationssymmetrisch ist.
Gemäß den Lehren der Erfindung umfasst der Reflektor 12 eine horizontale ebene Fläche 22, deren Oberseite 24 reflektierend ist.
Der Reflektor 12 umgrenzt einen Reflexionsraum für die von der Lichtquelle 14 emittierten Lichtstrahlen, das heißt einen Raum, in den die Lichtstrahlen emittiert werden und in dem die Lichtstrahlen reflektiert werden. Dieser Reflexionsraum ist in seinem oberen Teil durch die reflektierende Innenseite 20 der elliptischen Fläche 18 und senkrecht nach unten durch die reflektierende Seite 24 der ebenen Fläche 22 begrenzt.
Die ebene Fläche 22 erstreckt sich hier in einer axialen horizontalen Ebene.
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 begrenzt ist, der lotrecht zur Achse A-A in unmittelbarer Nähe der Lichtquelle 14 vor dieser verläuft.
Der vordere äußere Rand 28 der ebenen Fläche 22 ist in der Nähe des zweiten Brennpunkts F2 des Reflektors 12 solchermaßen angeordnet, dass eine ausreichend scharfe Helldunkelgrenze in dem von der Beleuchtungseinheit 10 erzeugten Lichtbündel gebildet wird.
Im weiteren Verlauf der Beschreibung wird dieser vordere äußere Rand 28 deshalb 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. Je nach Ausführungsform ist die gekrümmte Form dieses Profils mehr oder weniger komplex und kann sich in erster Näherung einem Kreisbogen annähern. Infolgedessen hat der Begrenzungsrand 28 vorzugsweise ein solchermaßen gekrümmtes Profil in der horizontalen Ebene, dass es allgemein dem Profil der Brennebene der Linse 16 folgt.
Gemäß der hier dargestellten Ausführungsform weist die ebene Reflexionsfläche 22 einen halbellipsoiden hinteren Abschnitt 30 auf, der von dem elliptischen Rand 26 und vom Durchmesser 32 des halbkreisförmigen vorderen Rands 34 der elliptischen Fläche 18 begrenzt ist.
Die ebene reflektierende Fläche 22 weist einen allgemein trapezförmigen, gleichschenkeligen vorderen Abschnitt 36 auf, der vom Durchmesser 32 der elliptischen Fläche 18, von zwei Seitenrändern 38, 40 und vom Begrenzungsrand 28 begrenzt ist.
Gemäß der hier dargestellten Ausführungsform nimmt die Breite des vorderen Abschnitts 36 in Querrichtung nach vorne allmählich derart zu, dass die Breite des Begrenzungsrands 28 in Querrichtung im Wesentlichen gleich dem Durchmesser der Eintrittsfläche der Linse 16 ist.
Gemäß einer (nicht dargestellten) Ausführungsvariante der Erfindung kann die ebene Fläche 22 nur einen vorderen Abschnitt 36 aufweisen, der sich vom Begrenzungsrand 28 bis zu einem bestimmten Punkt der optischen Achse A-A, der zwischen dem ersten F1 und dem zweiten Brennpunkt F2 des Reflektors 12 liegt, axial nach hinten erstreckt.
Vorteilhafterweise ist die Lichtquelle 14 vorgesehen, um ihre Lichtmenge in weniger als einem "Halbraum" zu emittieren, der über der ebenen Fläche 22 angeordnet ist, und um 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 bezeichnet, der die Lichtmenge erzeugt, sowie die Glocke bzw. Kapsel für die Lichtstreuung, die den oberen Teil des Übergangs umgibt.
Herkömmlicherweise ist die Leuchtdiode 44 auf einer elektronischen Trägerplatte 42 montiert, die in 3 dargestellt und hier parallel unter 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 verläuft.
Die Leuchtdiode 44 gibt ihre Lichtmenge in einem Raumwinkel ab, der allgemein um ihre Lichtstreuungsachse B-B zentriert und kleiner als 180 Grad ist.
Durch diese Anordnung ist es der Diode 44 möglich, den überwiegenden Teil ihrer Lichtmenge zur Innenseite 20 der elliptischen Fläche zu emittieren.
Das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit 10 ist das folgende.
Es wird angenommen, dass die Lichtquelle 14 eine geringe Ausdehnung um einen Punkt hat, der mit dem ersten Brennpunkt F1 des Ellipsoid-Reflektors 18 zusammenfällt.
Zunächst werden die von der Lichtquelle 14 ausgesandten Lichtstrahlen betrachtet, die oberhalb des Begrenzungsrands 28 verlaufen und als Primärstrahlen R1 bezeichnet werden.
Da die Lichtquelle 14 im ersten Brennpunkt F1 des Ellipsoid-Reflektors 18 angeordnet ist, wird der überwiegende Teil der von der Lichtquelle 14 emittierten Primärstrahlen R1, nach Reflexion an der Innenseite 20 der elliptischen Fläche 18, zum zweiten Brennpunkt F2 des Reflektors 18 oder in dessen Umgebung reflektiert.
Diese Primärstrahlen R1 bilden im Brennpunkt F2 der Linse 16 eine konzentrierte leuchtende Abbildung, die von der Linse 16 in einer zur Längsachse A-A im Wesentlichen parallelen Richtung vor die Beleuchtungseinheit 10 projiziert wird.
Nun werden die von der Lichtquelle 14 emittierten Lichtstrahlen R2 betrachtet, die unterhalb des Begrenzungsrands 28 verlaufen würden, wenn die ebene Fläche 22 nicht vorhanden wäre, und die als Sekundärstrahlen R2 bezeichnet werden.
Diese Sekundärstrahlen R2 werden von der Innenseite 20 der elliptischen Fläche 18 zu der ebenen Reflexionsfläche 22 reflektiert, sodass sie ein zweites Mal nach vorne reflektiert werden.
Bei dieser zweiten Reflexion werden die Sekundärstrahlen R2 zum oberen Teil der Eintrittsfläche 17 der Linse geleitet. Infolgedessen lenkt die Linse 16 aufgrund ihrer konvergierenden Eigenschaften die Sekundärstrahlen R2 nach unten ab. Die Sekundärstrahlen R2 werden somit in dem Lichtbündel unterhalb der Helldunkelgrenze emittiert.
Je näher der Reflexionsort eines Sekundärstrahls R2 auf der ebenen Fläche 22 beim Begrenzungsrand 28 und somit bei der Brennebene der Linse 16 liegt, umso mehr nähert sich die Richtung dieses Sekundärstrahls R2 beim Austritt aus der Linse 16 einer zur Längsachse A-A parallelen Richtung an.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit 10 besteht darin, dass ihr optisches System 11 keinen größeren Teil der von der Lichtquelle 14 emittierten Lichtstrahlen abschattet, wie dies bei einer herkömmlichen Beleuchtungseinheit mit Blende der Fall ist.
Die ebene Reflexionsfläche 22 ermöglicht es, die Abbildungen der Lichtquelle 14, die von der elliptischen Fläche 18 des Reflektors 12 zum zweiten Brennpunkt F2 des Reflektors 12 reflektiert werden, "umzulenken".
Wäre die ebene Fläche 22 nicht vorhanden, müssten nämlich einige dieser Abbildungen die von dem Begrenzungsrand 28 gebildete Grenze in einer von dem Begrenzungsrand 28 erzeugten senkrechten Ebene überlappen. Jede Abbildung würde in diesem Fall einen über dem Begrenzungsrand 28 angeordneten oberen Teil und einen unter dem Begrenzungsrand 28 angeordneten unteren Teil umfassen. Dank der ebenen Reflexionsfläche 22 wird der untere Teil jeder Abbildung nach oben reflektiert, so als ob der untere Teil auf den oberen Teil umgelenkt würde, derart, dass diese Abbildungsteile sich über dem Begrenzungsrand 28 in der von dem Begrenzungsrand 28 erzeugten senkrechten Ebene überlagern.
Die durch dieses "Umlenken" der Abbildungen erzeugte "Biegung" trägt zur Bildung einer scharfen Helldunkelgrenze in dem von der Linse 16 projizierten Lichtbündel bei.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit 10 zeichnet sich ferner durch besondere Vorteile in Verbindung mit der Verwendung einer Leuchtdiode 44 als Lichtquelle 14 in einer Beleuchtungseinheit aus.
Die einer Diode entsprechende virtuelle Abbildung der Lichtquelle ist im Allgemeinen nämlich rund und diffus.
Um eine Helldunkelgrenze in einem Lichtbündel ausgehend von einer Beleuchtungseinheit mit einer Lichtquelle und einer Fresnel-Optik oder mit einer Lichtquelle und einem Reflektor des Typs mit komplexer Fläche zu erzeugen, müssen die Ränder der Abbildungen der Lichtquelle auf dem Messschirm, der zur Validierung des vorschriftsmäßigen Lichtbündels dient, ausgerichtet werden.
Ist die Lichtquelle eine Glühwendel, weist ihre virtuelle Abbildung allgemein die Form eines Rechtecks auf, so dass es verhältnismäßig einfach ist, durch Ausrichten der Ränder der Rechtecke eine scharfe Helldunkelgrenze zu erzeugen.
Ist die Lichtquelle eine Diode, ist es wesentlich schwieriger, eine scharfe Helldunkelgrenze durch Ausrichten der entsprechenden, eine runde Form aufweisenden Abbildungen zu erzeugen.
Diese Schwierigkeit könnte durch die Verwendung einer Blende zusammen mit der Diode bewältigt werden, jedoch ginge hierbei ein großer Teil der von der Diode erzeugten Lichtmenge verloren.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit 10 ermöglicht es, eine scharfe Helldunkelgrenze mit einer Diode 44 auszuführen, da sie die Abbildung einer Kante des optischen Systems 11, das heißt die Abbildung des Begrenzungsrands 28, nach vorne projiziert.
Die Form der Helldunkelgrenze in dem Lichtbündel wird somit durch das Profil des Begrenzungsrands 28 in einer Projektion auf eine senkrechte, querverlaufende Ebene festgelegt.
Eine weitere Schwierigkeit bei der Ausführung einer Beleuchtungseinheit mit Hilfe einer Diode rührt daher, dass die Verteilung der Lichtmenge in dem von der Diode emittierten Lichtbündel nicht homogen ist. Es ist demnach äußerst schwierig, ein homogenes Lichtbündel aus den unmittelbaren Abbildungen der Diode zu erzeugen.
Bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit 10 wird diese Schwierigkeit dadurch überwunden, dass eine Eigenschaft der elliptischen Beleuchtungseinheiten genutzt wird, die darin besteht, die Abbildungen der Lichtquelle im zweiten Brennpunkt F2 des Reflektors 12 zu "vermischen", wodurch die Homogenität des erzeugten Lichtbündels verbessert wird.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit 10 besteht darin, dass sie die Eigenschaft der gekapselten Dioden 44, allgemein in einen Halbraum zu emittieren, nutzt, wodurch mehr als achtzig Prozent des von der Diode 44 abgegebenen Lichtstroms erfasst werden können, während bei einem herkömmlichen Ellipsoid-Abblendscheinwerfer weniger als fünfzig Prozent des Lichtstroms erfasst werden.
Gemäß einer in den 1 bis 3 schematisch dargestellten ersten Ausführungsform ist die Beleuchtungseinheit 10 durch Zusammenfügen separater Elemente ausgeführt.
Die Beleuchtungseinheit 10 umfasst zum Beispiel ein Element 18, das den elliptischen 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 elliptischen Teils 18 und die Oberseite der ebenen Fläche 22 sind zum Beispiel mit einem reflektierenden Material belegt.
Handelt es sich bei der Lichtquelle 14 um eine Leuchtdiode 44, können die separaten Elemente aufgrund der im Vergleich zu Lampen geringen Wärmeabstrahlung dieses Lichtquellentyps als Polymerteile ausgeführt werden, die zum Beispiel durch Zusammenstecken verbunden sind.
Die Linse 16 kann eine Fresnel-Linse sein.
Gemäß einer in 4 schematisch dargestellten zweiten Ausführungsform der Erfindung ist das optische System 11 der Beleuchtungseinheit 10 aus einem einzigen massiven optischen Stück lichtdurchlässigen Materials ausgeführt, zum Beispiel aus PMMA (Polymethylmethacrylat).
Das massive optische Stück ist zum Beispiel durch Formgießen oder spanendes Bearbeiten hergestellt.
Um die Reflexion der von der Lichtquelle 14 emittierten Lichtstrahlen in den von dem Reflektor 12 umgrenzten Reflexionsraum zu ermöglichen, sind die Außenseite des elliptischen Teils 18 des Reflektors 12 und die Außenseite, hier die Unterseite, der ebenen Fläche 22 des Reflektors 12 mit einem reflektierenden Material belegt.
Bei einigen Teilen des Reflektors 12 können die Totalreflexionseigenschaften in einer Umgebung mit einem Index, der größer als Luft ist, genutzt werden, um die Reflexion der Lichtstrahlen in dem vom Reflektor 12 umgrenzten Reflexionsraum zu bewirken, ohne ein reflektierendes Material zu verwenden.
Gemäß dieser zweiten Ausführungsform breiten sich die von der Lichtquelle 14 emittierten Lichtstrahlen im Innern des das optische System 11 der Beleuchtungseinheit 10 bildenden Materials aus und treten anschließend aus dem optischen System 11 durch die Vorderseite der Sammellinse 16 aus.
Die Tatsache, dass sich die Lichtstrahlen bei der zweiten Ausführungsform im Innern eines Materials ausbreiten, während sich die Lichtstrahlen bei der ersten Ausführungsform in der Luft ausbreiten, hat keinen nennenswerten Einfluss auf das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit 10.
Vorteilhafterweise umfasst die ebene Reflexionsfläche 22 eine Höhlung mit einer zur Kapsel der Leuchtdiode 44 komplementären Form.
Weist die Kapsel der Diode 44 zum Beispiel die Form einer Halbkugel auf, ist die Höhlung im Wesentlichen halbkugelförmig.
Gemäß einer Variante dieser zweiten Ausführungsform ist der Reflektor 12 aus einem einzigen Stück lichtdurchlässigen Materials ausgeführt, das von dem die Sammellinse 16 bildenden Stück verschieden ist.
Gemäß einer in 5 dargestellten Ausführungsvariante der Erfindung kann die Lichtquelle 14 mit Hilfe mehrerer Leuchtdioden 44 ausgeführt sein.
Anzumerken ist, dass die Leuchtdioden 44 sehr nahe beieinander angeordnet sein müssen, um allgemein im ersten Brennpunkt F1 des Reflektors 12 angeordnet zu sein.
Gemäß 5 sind zum Beispiel zwei Dioden 44 vorteilhafterweise in einer zur optischen Längsachse A-A lotrechten Richtung ausgerichtet.
Die daraus resultierende Lichtquelle 14 entspricht somit einer in der Breite ausgedehnten Lichtquelle, da sich die von jeder Leuchtdiode 44 erzeugten Lichtbündel überdecken.
Diese Anordnung der Dioden 44 ermöglicht es somit, das von der Beleuchtungseinheit 10 erzeugte Lichtbündel zu verbreitern.
Um eine vorschriftsmäßige Beleuchtung mit Helldunkelgrenze, zum Beispiel ein Nebellicht, zu erzeugen, wird vorteilhafterweise ein Fahrzeugscheinwerfer mit Hilfe mehrerer identischer und gleichzeitig funktionierender Beleuchtungseinheiten 10 ausgeführt.
Die Beleuchtungseinheiten 10 sind parallel angeordnet, das heißt, ihre optischen Achsen A-A sind zueinander im Wesentlichen parallel.
Die von den einzelnen Beleuchtungseinheiten 10 erzeugten Lichtbündel überlagern sich auf diese Weise solchermaßen vor dem Fahrzeug, dass sie das vorschriftsmäßige Lichtbündel mit Helldunkelgrenze bilden.
Als Beispiel ist in 6 ein Fahrzeugscheinwerfer 46 dargestellt, der ein Abblendlicht erzeugt und vier identische Beleuchtungseinheiten 10 verwendet.
Da das Abblendlicht eine Helldunkelgrenze mit einem um einen bestimmten Winkel, zum Beispiel fünfzehn Grad, geneigten Teil aufweisen muss, sind zwei Beleuchtungseinheiten 48 des Scheinwerfers 46 um fünfzehn Grad um ihre optische Längsachse A-A solchermaßen gedreht, dass ein Lichtbündel mit einer Helldunkelgrenze erzeugt wird, die bezüglich einer horizontalen Ebene um fünfzehn Grad geneigt ist.
Die anderen beiden Beleuchtungseinheiten 50 bilden ein Lichtbündel mit einer horizontalen Helldunkelgrenze.
Die Überlagerung der von den vier Beleuchtungseinheiten 10 erzeugten Lichtbündel bildet somit ein vorschriftsmäßiges Lichtbündel mit einem horizontalen Teil und einem um fünfzehn Grad geneigten Teil.
Gemäß einer in 7 und 8 dargestellten Ausführungsvariante der Erfindung kann jede Beleuchtungseinheit 10 dazu vorgesehen sein, einzeln ein Lichtbündel mit einer Helldunkelgrenze zu erzeugen, die einem vorschriftsmäßigen Abblendlicht entspricht.
Gemäß dieser Variante umfasst die ebene Reflexionsfläche 22 zwei Teile 52, 54.
Ein erster Teil der reflektierenden Fläche 22 erstreckt sich in einer ersten Halbebene 52, die durch die optische Längsachse A-A begrenzt ist und sich in 8 rechts erstreckt.
Diese erste Halbebene 52 befindet sich in der horizontalen Ebene. Ihr Begrenzungsrand 56 ist demnach horizontal, so dass dieser den horizontalen Teil der Helldunkelgrenze in dem von der Einheit 10 erzeugten Lichtbündel bildet.
Die ebene Reflexionsfläche 22 umfasst einen zweiten reflektierenden Teil 54, der sich in einer zweiten Halbebene erstreckt, die von der optischen Längsachse A-A begrenzt ist, wobei diese zweite ebene Fläche 54 vorne einen Begrenzungsrand 58 aufweist, der bezüglich der horizontalen Ebene um einen bestimmten Winkel α, zum Beispiel fünfzehn Grad, geneigt ist.
Gemäß einer (nicht dargestellten) Ausführungsvariante der Erfindung kann die Lichtquelle 14 vom freien Ende eines Lichtwellenleiterbündels gebildet sein.
Ein Nachteil der Lichtwellenleiter besteht darin, dass sie aufgrund des den Faserkern umgebenden Mantels eine Lichtquelle mit einem lichtstarken Kern und einem dunklen Ring bilden.
Wird dieser Lichtquellentyp in einem Fahrzeugscheinwerfer verwendet, der zum Beispiel einen Reflektor vom Typ mit komplexer Fläche umfasst, so bildet er also in dem Lichtbündel Abbildungen in Form von Pixeln, die aufgrund des Mantels von einem dunklen Bereich umgeben sind.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit 10 besteht darin, dass sie es ermöglicht, sämtliche Abbildungen der Lichtquelle 14 im zweiten Brennpunkt F2 des Reflektors 12 solchermaßen zu vermischen, dass die Pixel des Lichtwellenleiters in dem Lichtbündel nicht auszumachen sind.

Claims

Beleuchtungseinheit (10) für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, der ein Lichtbündel mit einer Helldunkelgrenze erzeugt, mit, von hinten nach vorne allgemein entlang einer horizontalen optischen Längsachse (A-A) angeordnet, einem Reflektor (12) vom ellipsoiden Typ, der einen Reflexionsraum für die Lichtstrahlen umgrenzt und der eine im Wesentlichen elliptische Reflexionsfläche (18, 20) aufweist, wenigstens einer Lichtquelle (14), die in der Nähe eines ersten Brennpunkts (F1) des Reflektors (12) angeordnet ist, und einer Sammellinse (16), deren Brennebene in der Nähe des zweiten Brennpunkts (F2) des Reflektors (12) angeordnet ist, wobei der Reflektor eine horizontale ebene Reflexionsfläche (22) aufweist, deren Oberseite (24) reflektierend ist, die senkrecht nach unten den Reflexionsraum begrenzt, wobei die ebene Fläche (22) des Reflektors (12) einen vorderen äußeren Rand (28), einen sogenannten Begrenzungsrand, umfasst, der in der Nähe des zweiten Brennpunkts (F2) des Reflektors (12) solchermaßen angeordnet ist, dass in dem Lichtbündel die Helldunkelgrenze gebildet wird, wobei die ebene Fläche (22) des Reflektors (12) in einer horizontalen Ebene angeordnet ist, die allgemein durch die Brennpunkte (F1, F2) des Reflektors (12) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass sich die ebene Fläche des Reflektors von ihrem Begrenzungsrand längs nach hinten wenigstens bis in die Nähe des ersten Brennpunkts (F1) des Reflektors (12) erstreckt, dass die im Wesentlichen elliptische Fläche (18, 20) des Reflektors (12) durch einen Winkelsektor eines im Wesentlichen rotationssymmetrischen Teils um die optische Längsachse (A-A) herum gebildet ist, dass sich der Winkelsektor vertikal über der ebenen Fläche (22) des Reflektors (12) erstreckt, und dass die Lichtquelle (14) eine Leuchtdiode (44) ist oder durch das freie Ende eines Lichtwellenleiterbündels gebildet ist, und dass diese Lichtquelle in der Einheit (10) solchermaßen angeordnet ist, dass ihre Lichtstreuachse (B-B) zu der ebenen Fläche (22) des Reflektors (12) im Wesentlichen lotrecht ist.
Beleuchtungseinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (12) aus einem einzigen massiven Stück aus lichtdurchlässigem Material ausgeführt ist.
Beleuchtungseinheit (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (16) in einem Stück mit dem Reflektor (12) ausgeführt ist.
Beleuchtungseinheit (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (14) in einer komplementären Höhlung angeordnet ist, die in der ebenen Fläche (22) des Reflektors (12) ausgeführt ist.
Beleuchtungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere benachbarte Lichtquellen (14) umfasst, die allgemein in einer im Wesentlichen horizontalen und zur Längsachse (A-A) lotrechten Richtung solchermaßen ausgerichtet sind, dass das Lichtbündel in der Breite aufgefächert wird.
Beleuchtungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Begrenzungsrand (28) der ebenen Fläche (22) des Reflektors (12) ein solchermaßen gekrümmtes Profil in der horizontalen Ebene hat, dass es allgemein der Krümmung der Brennebene der Linse (16) folgt.
Beleuchtungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die ebene horizontale Fläche (22) des Reflektors (12) in einer von der optischen Längsachse (A-A) begrenzten ersten Halbebene (52) erstreckt, dass sich eine zweite ebene Fläche (54) des Reflektors in einer von der optischen Längsachse (A-A) begrenzten zweiten Halbebene erstreckt, und dass die zweite ebene Fläche (54) einen vorderen Begrenzungsrand (28) aufweist, der bezüglich einer horizontalen Ebene um einen bestimmten Winkel (α) solchermaßen geneigt ist, dass in dem Lichtbündel eine schräg verlaufende Helldunkelgrenze zum Erzeugen eines vorschriftsmäßigen Abblendlichts gebildet wird.
Fahrzeugscheinwerfer (46), dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens eine Beleuchtungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
Scheinwerfer (46) nach dem vorhergehenden Anspruch in Verbindung mit einem der Ansprüche 1 bis 5, von der Art, die zum Erzeugen eines vorschriftsmäßigen Abblendlichts vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens zwei Beleuchtungseinheiten (10) mit im Wesentlichen identischer Struktur umfasst, die im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind: – eine erste Beleuchtungseinheit (50), deren Begrenzungsrand (28) im Wesentlichen horizontal ist; – und eine zweite Beleuchtungseinheit (48), die bezüglich der ersten Einheit (50) in einem bestimmten Winkel um ihre optische Achse (A-A) herum solchermaßen gedreht ist, dass ihr Begrenzungsrand (28) bezüglich einer horizontalen Ebene geneigt ist, derart, dass die von den beiden Einheiten (48, 50) erzeugten Lichtbündel sich überlagern und das vorschriftsmäßige Abblendlicht bilden.