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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Fahrzeugscheinwerfers, beispielsweise eines Scheinwerfers, bei welchem
ein Halbleiter-Lichtaussendeelement,
beispielsweise eine Lichtemitterdiode oder dergleichen, als Lichtquelle
eingesetzt wird.
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Bisher
wurde üblicherweise
eine Glühlampe oder
eine Entladungslampe als Lichtquelle einer Fahrzeugleuchte eingesetzt.
Seit einiger Zeit wird ein Lichtaussendeelement (Lichtemitterelement),
beispielsweise eine Lichtemitterdiode (LED), bei welchen ein Halbleiter
eingesetzt wird, zu dem Zweck untersucht, den Stromverbrauch zu
verringern, die Abmessungen der Leuchte zu verringern, und dergleichen.
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Beispielsweise
stellen eine hoch angebrachte Bremsleuchte, eine Begrenzungsleuchte
an der Rückseite
oder dergleichen Beispiele für
Leuchten dar, in welchen eine LED-Lichtquelle eingesetzt wird.
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Spezielle
Techniken für
die optische Konstruktion sind dazu erforderlich, ein Abblendlicht-Lichtverteilungsmuster
zu erzeugen, wenn ein Lichtemitterelement wie beispielsweise eine
LED als Lichtquelle eins Fahrzeugscheinwerfers eingesetzt wird.
Es ist beispielsweise eine derartige Leuchtenkonstruktion bekannt,
bei welcher eine Umschaltung für
verschiedene Beleuchtungsfunktionen ermöglicht wird, durch mehrere
Halbleiterlichtquellen, die matrixförmig angeordnet sind, und selektiv
aktiviert werden, abhängig
von der gewünschten
Funktion. (Vgl. beispielsweise die
japanische Veröffentlichung einer offen gelegten
Anmeldung Nr. 2001-266620 , insbesondere
1 und
4).
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Bei
einem Fahrzeugscheinwerfer ist allerdings die Genauigkeit in Bezug
auf die Position optischer Bauelemente wesentlich, da ein Lichtemitterelement
und Bauteile des optischen Systems in enger Nähe zueinander angeordnet sind.
Bei einem herkömmlichen
Lichtemitterelement ist jedoch häufig
die Positionsgenauigkeit des Halbleiterchips des Lichtemitterelements
in Bezug auf den Reflektor oder die Linse des optischen Systems
entsprechend niedrig, so dass ein signifikanter, negativer Einfluss
auf die Ausbildung der Scheinwerferlichtverteilung vorhanden ist.
Beispielsweise wird es bei einem Abblendlicht-Lichtverteilungsmuster
schwierig, konsistent und exakt eine deutlich abgeschnittene Linie
oder eine Abschneidelinie auszubilden, die eine Kontrastgrenze festlegt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeugscheinwerfers
zur Verfügung
gestellt, wobei der Scheinwerfer aufweist: ein Lichtemitterelement,
das einen Lichtemitterabschnitt und einen Fluoreszenzkörper in
der Nähe
des Lichtemitterabschnitts aufweist; und ein optisches System, das
einen Reflektor und eine Linse aufweist, die ein Lichtquellenbild
des Lichtemitterabschnitts vergrößert projiziert,
wobei ein Brennpunkt des optischen Systems an der Oberfläche eines
Lichtaussendeabschnitts des Lichtemitterelements oder an einem Ort
in der Nähe
angeordnet ist, wobei das Verfahren umfasst, einen Abmessungsfehler einer
Außenform
zumindest entweder des Reflektors oder des Fluoreszenzkörpers zu
steuern, gesehen in Richtung der optischen Achse des Lichtemitterelements
so, dass er nicht größer ist
als 0,1 Millimeter, wobei der Abmessungsfehler kleiner ist als ein
Positionsfehler des Lichtemitterabschnitts in Bezug auf den Reflektor
und die Linse.
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Durch
das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung wird daher die Genauigkeit der Abmessungen des Halbleiterchips
oder dergleichen vergrößert, im
Vergleich zur Genauigkeit der Position des Lichtemitterabschnitts
in Bezug auf den Reflektor oder die Linse, wodurch ausreichend die Genauigkeit
sichergestellt wird, die für
die Lichtverteilungssteuerung erforderlich ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Zur
Ermöglichung
eines besseren Verständnisses
der vorliegenden Erfindung, und um zu zeigen, wie diese umgesetzt
werden kann, erfolgt nunmehr Bezugnahme nur beispielhaft auf die
beigefügten
Zeichnungen, wobei:
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1 eine
erläuternde
Darstellung ist, die ein Beispiel für den Aufbau eines Lichtemitterelements
eines Typs zeigt, welches bei den geschilderten Verfahren eingesetzt
werd kann;
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2 schematisch
ein Beispiel für
ein rechteckiges Beleuchtungsmuster zeigt, das in Beziehung zu dem
Lichtemitterelement steht;
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3 eine
erläuternde
Darstellung ist, die ein Beispiel für die Form eines Lichtaussendeabschnitts
zeigt, gesehen aus Richtung einer optischen Achse;
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4 eine
erläuternde
Darstellung ist, die eine LED zeigt, gesehen von einem Seitenbereich;
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5 ein
Beispiel für
ein Lichtemitterelement zeigt, das bei dem geschilderten Verfahren
verwendet werden kann, gesehen von der Seite aus;
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6 das
Lichtaussendeelement von 5 zeigt, gesehen in Richtung
der optischen Achse;
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7 ein
weiteres Beispiel des Lichtaussendeelements zeigt, das bei dem geschilderten
Verfahren eingesetzt werden kann, gesehen von der Seite aus;
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8 das
Lichtaussendeelement von 7 zeigt, gesehen in Richtung
der optischen Achse;
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9 eine
erläuternde
Darstellung ist, die ein projiziertes Bild in Bezug auf den Lichtaussendeabschnitt
zeigt;
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10 eine
erläuternde
Darstellung ist, die ein Lichtaussendeelement mit mehreren Lichtaussendeabschnitten
zeigt;
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11 eine
Perspektivansicht ist, die schematisch das Lichtaussendeelement
von 10 zeigt;
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12 eine
erläuternde
Darstellung ist, die ein Beispiel für den Aufbau eines Scheinwerfers zeigt,
der durch das geschilderte Verfahren hergestellt werden kann, wobei
direktes Licht von dem Lichtaussendeelement eingesetzt wird;
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13 eine
erläuternde
Darstellung ist, die ein Beispiel für den Aufbau eines Scheinwerfers zeigt,
der durch das geschilderte Verfahren hergestellt werden kann, wobei
reflektiertes Licht eingesetzt wird;
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14 eine
erläuternde
Darstellung ist, welche den Befestigungspunkt eines Lichtaussendeelements
in einer Ansicht von vorn in Richtung der optischen Achse zeigt;
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15 eine
Perspektivansicht ist von 14 ist;
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16 eine
Vorderansicht ist, welche ein Beispiel für den Aufbau eines Scheinwerfers
zeigt, der durch das geschilderte Verfahren hergestellt werden kann;
und
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17 schematisch
ein Lichtverteilungsmuster zeigt, das durch den Scheinwerfer von 16 erzeugt
wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die
folgende Beschreibung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Fahrzeugscheinwerfers, wobei bei diesem Scheinwerfer ein Halbleiter-Lichtemitterelement
als Lichtquelle eingesetzt wird. Das geschilderte Verfahren kann
bei einem Scheinwerfer eingesetzt werden, bei einer Nebelleuchte
und dergleichen. Lichtaussendeelemente, bei welchen ein Halbleiter
eingesetzt wird, umfassen beispielsweise eine LED, die Licht aussendet,
wenn ein Vorwärtsstrom
an einen pn-Übergang
angelegt wird, ein EL-Element, welches Licht nach Anlegen eines
elektrischen Feldes aussendet, und dergleichen.
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1 zeigt
schematisch als ein Beispiel den Aufbau eines Lichtaussendeelements 1 in
einem Fall, bei welchem eine LED als die Lichtquelle eingesetzt
wird.
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Das
Lichtaussendeelement 1 ist mit einem Halbleiterchip 2 versehen,
einem Reflektor 3, einem Fluoreszenzkörper 4, und einer
Linse 5. Bei diesem Beispiel weist ein Lichtaussendeabschnitt 1a den Halbleiterchip 2 auf,
den Reflektor 3, und den Fluoreszenzkörper 4. Der Brennpunkt
des optischen Systems befindet sich an der Oberfläche des
Lichtaussendeabschnitts, oder an einem Ort nahe dabei. Der hier
verwendete Begriff "Brennpunkt" ist nicht auf einen
Brennpunkt im engeren Sinne begrenzt, der einen Reflektor oder eine
Linse betrifft, sondern umfasst einen Datenpunkt oder dergleichen
für das
Design der optischen Form.
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Ein
Material des Systems Al-In-Ga-P, ein Material des Systems In-Ga-N
und dergleichen wird für den
Halbleiterchip 2 eingesetzt. Der Halbleiterchip 2 kann
direkt auf einem Halterungsteil (einem Leiterrahmen, einem Stempel
oder dergleichen) angebracht sein, oder es kann der Halbleiterchip
auf einem Untermontageteil angebracht sein, wobei dann dieses Teil
auf dem Halterungsteil angebracht wird. Verbindungsdrähte (nicht
gezeigt) sind an die Elektroden des Halbleiterchips 2 angeschlossen.
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Der
Reflektor 3 ist um den Halbleiterchip 2 herum
vorgesehen. Beispielsweise kann das Halterungsteil des Halbleiterchips 2 einen
becherförmigen Abschnitt
aufweisen, auf welchem eine konkave Oberfläche vorgesehen ist, wodurch
eine reflektierende Oberfläche
ausgebildet wird. Licht, das in dem Halbleiterchip 2 erzeugt
wird, weist eine Orientierungscharakteristik auf, bei welcher die
optische Achse des Lichtaussendeelements 1 als das Zentrum dient.
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Daher
sinkt die Lichtintensität
mit wachsender Winkelentfernung von der optischen Achse ab. Das
direkte Licht 6a in Richtung der optischen Achse weist
daher allgemein eine höhere
Intensität
auf als das reflektierte Licht 6b und 6c. Allerdings
ist der Reflektor 3 vorgesehen, um das Licht wirksam zu
nutzen, beispielsweise das reflektierte Licht 6b, das von dem
Halbleiterchip 2 ausgesandt und in Seitenrichtung gerichtet
ist. Anders ausgedrückt,
wird von der reflektierenden Oberfläche des Reflektors reflektiertes
Licht zu Licht, das nach vorn (Beleuchtungsrichtung) gerichtet ist.
Das reflektierte Licht 6c ist Licht, das von einer Lichtaussendeschicht
ausgesandt wird, und zur Seite in Richtung entgegengesetzt zur Beleuchtungsrichtung
gerichtet ist. Dieses Licht wird zu Licht, das nach vorn geschickt
wird, nachdem es durch die rückwärtige Endoberfläche des
Halbleiterchips 2 reflektiert wurde, und wird daraufhin
von einer Seitenoberfläche
des Halbleiterchips 2 ausgesandt, und von dem Reflektor 3 reflektiert.
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Der
Fluoreszenzkörper 4 deckt
den Halbleiterchip 2 und den umgebenden Raum ab. Weißes Licht
kann beispielsweise durch Mischung von Farben erzeugt werden, unter
Verwendung eines Halbleiterchips, der blaues Licht aussendet, und
eines Materials, das gelbes Licht aussendet, beispielsweise eines
YAG-Fluoreszenzkörpers.
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Die
Linse 5 ist vor dem Lichtaussendeabschnitt 1a angeordnet.
Der Lichtaussendeabschnitt 1a kann in einer Kunststofflinse
eingeschlossen sein. Eine bevorzugte Orientierungscharakteristik
kann dadurch erhalten werden, dass der gesamte Lichtaussendeabschnitt
von Kunststoff eingeschlossen wird. So kann beispielsweise eine
kugelförmige
Konstruktion für
eine Bremsleuchte oder dergleichen eingesetzt werden. Eine kuppelförmige oder
halbkugelförmige
Linse ist vorzuziehen, um zu verhindern, dass Licht, das von dem
Halbleiterchip 2 über
einen breiten Winkelbereich abgestrahlt wird, innerhalb der Linse
reflektiert wird, oder dadurch verloren geht, dass es von einem
Seitenoberflächenabschnitt
der Linse ausgesandt wird. Weiterhin ist es vorzuziehen, den Lichtnutzungswirkungsgrad
durch eine wirksame Lichtwegsteuerung zu erhöhen, bei welcher der Reflektor
im Wesentlichen das gesamte abgestrahlte Licht von dem Halbleiterchip
in die gewünschte
Beleuchtungsrichtung schickt.
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Bei
einem Lichtaussendeelement, bei welchem das Lichtquellenbild des
Lichtaussendeabschnitts Kreisform aufweist, bei Betrachtung in Richtung
der optischen Achse des Lichtaussendeelements, enthält innerhalb
des Lichtaussendeabschnitts erzeugtes Licht direktes Licht als Hauptanteil,
das zur Ausbildung eines kreisförmigen
Musters beiträgt,
und wird ein ringförmiges
Muster um den Umfang des kreisförmigen
Musters herum durch Licht ausgebildet, das von einer Seitenoberfläche der Linse
ausgesandt wird, die als eine Pseudolichtquelle dient.
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Hierbei
ist in einem Fall, bei welchem die Lichtintensitätsverteilung der Lichtquelle
rotationssymmetrisch um die optische Achse ist, das optische Design
schwierig, da ein in Bezug auf Rotation asymmetrisches Lichtverteilungsmuster
ausgebildet werden muss, auf Grundlage eines Musters, das im Wesentlichen
kreisförmig
ist, bei Betrachtung in Richtung der optischen Achse. Beispielsweise
lässt sich ein
geradliniger Abschnitt, etwa eine Abschneidelinie in eine Abblendlichtverteilung,
schwierig ausbilden, infolge der Tatsache, dass es schwierig ist,
einen deutlichen, geradlinigen Abschnitt nur durch Verbindung bogenförmiger Abschnitte
auszubilden.
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Daher
wird in einem Fall, bei welchem die Lichtintensitätsverteilung
des Lichtaussendeelements rotations-asymmetrisch um die optische
Achse ist, eine solche Konstruktion vorgesehen, dass der Lichtaussendeabschnitt
eine in Horizontalrichtung längliche
Form in Richtung orthogonal zur optischen Achse des Lichtaussendeelements
aufweist, wodurch das Bild, das durch das optische System projiziert
wird, ein Muster aufweist, das einen geradlinigen Abschnitt enthält.
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2 zeigt
schematisch ein Beispiel für
die Musterform einer Lichtquelle, die dem Lichtaussendeelement zugeordnet
ist, bei Betrachtung in Richtung der optischen Achse des Lichtaussendeelements.
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Dieses
Beispiel zeigt die Musterform eines Lichtquellenbildes 7,
bei welchem der Außenumfang im
Wesentlichen rechteckig ist.
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Bei
diesem Beispiel weist der Lichtaussendeabschnitt 1a Rechteckform
auf, bei Betrachtung in Richtung der optischen Achse. Das Lichtquellenbild ist
hauptsächlich
in Längsrichtung
vergrößert, wie dies
nachstehend genauer erläutert
wird.
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Es
ist vorzuziehen, dass der Lichtaussendeabschnitt Rechteckform aufweist,
damit man ein projiziertes Muster erhält, das länglich in Horizontalrichtung
ist. Allerdings ist die Form des Endabschnitts in Längsrichtung
nicht auf eine geradlinige Form beschränkt. Beispielsweise kann für ein Lichtquellenbild,
wie es durch eine gestrichelte Linie 7' dargestellt ist, eine solche Form
erhalten werden, bei welcher die vier Ecken des Rechtecks glatt
abgerundet sind.
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Um
das wie voranstehend geschildert ausgebildete Lichtquellenbild zu
erhalten, kann die Form des Halbleiterchips, des Reflektors, des
Fluoreszenzkörpers,
oder der Linse, welche das Lichtaussendeelement bilden, rotationsasymmetrisch
um die optische Achse des Lichtaussendeelements ausgebildet sein.
Anders ausgedrückt
sind jene Faktoren, welche die Musterform des Lichtquellenbildes
festlegen, die Form des Halbleiterchips, die Form des Reflektors
und/oder des Fluoreszenzkörpers,
das Material und die Form der Linse, und die optische Positionsbeziehung
dieser Bauelement. Daher kann ein Lichtaussendeelement, das ein
gewünschtes
Lichtquellenbild aufweist, auf Grundlage von Simulationsergebnissen
(Lichtstrahlverfolgung und Lichtintensitätsverteilung) konstruiert werden,
und durch Verwendung von Kombinationen der jeweiligen Elemente.
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Jene
Faktoren, welche die Form des Lichtaussendeabschnitts festlegen,
sind hauptsächlich die
Form des Außenrandes
des Halbleiterchips und die Form des Außenumfangs des Reflektors und/oder
des Fluoreszenzkörpers.
Ein negativer Effekt wird bei dem Lichtverteilungsmuster hervorgerufen,
wenn Abweichungen der Abmessungsfehler dieser Teile signifikant
sind.
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Daher
werden gemäß der vorliegenden
Erfindung, um die Abmessungsfehler bezüglich der Außenform
des Lichtaussendeabschnitts zu verringern, die Abmessungsfehler
bezüglich
der Außenform
in Bezug auf zumindest entweder den Reflektor oder den Fluoreszenzkörper, und
vorzugsweise auch in Bezug auf den Halbleiterchip, so eingeschränkt, dass sie
nicht mehr als 0,1 Millimeter betragen. Dieser Wert unterliegt Einschränkungen
in Bezug auf die Exaktheit der Anbringung und die Exaktheit des
Zusammenbaus der Lichtquelle. Beispielsweise wurde bei einer Lichtquelle
wie einer Glühlampe,
bei welcher ein Heizfaden eingesetzt wird, ein Fehler innerhalb eines
Bereiches von annähernd
0,2 bis 1,5 mm toleriert, in Bezug auf die Entfernung von einer
Befestigungsoberfläche
zum Lichtaussendezentrum der Lampe. Dass ein relativ so großer Fehler
wie von 1,5 mm zugelassen wird, liegt an der Tatsache, dass ein Positionsfehler
in dem voranstehend geschilderten Bereich keine signifikante Auswirkung
auf die Lichtverteilung hat, wenn die Entfernung von dem Lichtaussendezentrum
zum Reflektor oder dergleichen, oder die Brennweite, vergleichsweise
groß ist.
Allerdings kann der voranstehend geschilderte Fehlerbereich nicht
toleriert werden, wenn ein Halbleiter-Lichtaussendeelement eingesetzt
wird, und sollte stattdessen ein Wert von weniger als 0,2 mm, oder
vorzugsweise nicht mehr als 0,1 mm eingesetzt werden. Allerdings
ist es extrem schwierig in der Praxis, und nicht realistisch, den
Abmessungsfehler praktisch gleich Null auszubilden, da die erforderliche
Herstellungsgenauigkeit zu eingeschränkt wird, und zu hohen Herstellungskosten
führt.
Daher ist es ausreichend, dass der Abmessungsfehler in Bezug auf
den Lichtaussendeabschnitt kleiner ist als der Positionsfehler (normalerweise
größer als
0,1 mm) in dem Lichtaussendeabschnitt in Bezug auf den Reflektor oder
die Linse, welche das optische System bilden.
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3 zeigt
ein Beispiel, bei welchem der Lichtaussendeabschnitt 1a rechteckförmig ausgebildet
ist, bei Betrachtung in Richtung der optischen Achse des Lichtaussendeelements,
wobei "L" die Länge einer
der Seiten bezeichnet.
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Der
Wert von L kann beispielsweise etwa gleich 1 mm sein, so dass der
Abmessungsfehler bezüglich
L vorzugsweise nicht größer sein
sollte als L/10.
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Bei
einer Konstruktion, bei welcher der Halbleiterchip des Lichtaussendeelements,
bei Betrachtung in Richtung der optischen Achse, eine festgelegte
Form aufweist, und der Halbleiterchip durch eine Pressform-Kunststofflinse
abgedeckt ist, ist es in Bezug auf die Festlegung der Form des Reflektors
oder des Fluoreszenzkörpers
wesentlich, verschiedene technische Schwierigkeiten und Nachteile
in Bezug auf Herstellungskosten oder dergleichen zu berücksichtigen,
die bei der Konstruktion des Halbleiterchips in Bezug auf eine bestimmte
Form auftreten. Anders ausgedrückt,
sollte die gewünschte
Lichtintensitätsverteilung
dadurch erzielt werden, ohne dass signifikante Kosten bei der Herstellung
des Halbleiterchips hervorgerufen werden.
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Wie
in 4 gezeigt, ist eine LED 8 so ausgebildet,
dass ein Zentrumsabschnitt ihres Halbleiterchips 9 auf
der Zentrumsachse 11 einer Kunststofflinse 10 angeordnet
ist. Allerdings kann dies zu verschiedenen Problemen in Bezug auf
die Lichtverteilung des Scheinwerfers führen.
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Beispielsweise
verläuft
die Zentrumsachse 11 der Kunststofflinse 10 normalerweise
orthogonal zur optischen Achse des optischen Systems, so dass Licht
von der LED 8 nach vorn (in der Beleuchtungsrichtung) durch
den Reflektor reflektiert wird, so dass Licht zur Ausbildung eines
Abblendlicht-Lichtverteilungsmusters erzeugt wird. In diesem Fall
kann Licht, das am Umfangsabschnitt des Halbleiterchips 9 erzeugt
wird, außerhalb
von dessen Zentrumsabschnitt, nur schwer gesteuert werden, da das
Ausmaß der
Abweichung von der Zentrumsachse 11 groß ist. Da dieses Licht schwierig
zu steuern ist, kann es dazu führen,
dass es eine Blendung hervorruft.
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Daher
wird der Seitenrand des Lichtaussendeabschnitts des Lichtaussendeelements,
bei Betrachtung in Richtung der optischen Achse, so ausgebildet,
dass er eine geradlinige Form entlang einer seiner Seiten aufweist.
Die Position des Lichtaussendeabschnitts wird so festgelegt, dass
sie in Bezug auf den Zentrumsachse der Linse ausgerichtet ist.
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Die 5 und 6 zeigen
ein Beispiel 12 für
eine Konstruktion des Lichtaussendeelements, wobei 5 eine
Seitenansicht ist, und 6 eine Ansicht von vorn ist.
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In 5 ist
die Zentrumsachse 14 einer Linse 13 als eine einfach
gepunktete, gestrichelte Linie dargestellt. In 6 sind
eine vertikale Achse 15, die orthogonal zur Zentrumsachse 14 verläuft, und
durch das Zentrum des Lichtaussendeabschnitts hindurchgeht, und
eine Seitenachse 16, die orthogonal zu dieser Achse verläuft, als
einfach gepunktete, gestrichelte Linien dargestellt.
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Bei
diesem Beispiel ist ein Lichtaussendeabschnitt 17 rechteckig,
gesehen bei Betrachtung von vorn, und steht eine Seite 17a von
ihm in Kontakt mit der Zentrumsachse 14 und der Achse 16.
Es wird darauf hingewiesen, dass es erforderlich ist, die Exaktheit
in Bezug auf die Abmessungen des Lichtaussendeabschnitts zu verbessern,
wie voranstehend geschildert, um die Genauigkeit bei dieser Positionsbeziehung
sicherzustellen.
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Wie
durch eine doppelt gepunktete, gestrichelte Linie 18 in 6 dargestellt,
kann der Lichtaussendeabschnitt, bei welchem eine Kreisform teilweise
abgeschnitten ist, beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass der
Reflektor so ausgelegt wird, dass eine gerade Seite von diesem in
Kontakt mit der Zentrumsachse 14 und der Achse 16 steht.
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Auf
diese Weise wird die eine Seite 17a des Lichtaussendeabschnitts 17 (des
Halbleiterchips, des Reflektors usw.) geradlinig ausgebildet und
so angeordnet, dass sie in Kontakt mit der Zentrumsachse 14 der
Linse 13 steht. Daher kann Licht, das von dem Abschnitt 17 ausgesandt
wird, und durch die Linse 13 hindurchgeht, ordnungsgemäß gesteuert werden,
so dass jenes Licht verringert werden kann, welches zu einer Blendung
führt.
Darüber
hinaus kann eine Abschneidelinie in einem Abblendlicht-Lichtverteilungsmuster
unter Verwendung von Licht ausgebildet werden, das von diesem geradlinigen
Abschnitt erhalten wird.
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Falls
der Lichtaussendeabschnitt rechteckig ist, bei Betrachtung in Richtung
der optischen Achse des Lichtaussendeelements, weist dann, wenn
die Form des Halbleiterchips usw. quadratisch ist, das projizierte
Muster eine Form auf, die symmetrisch in Bezug auf die Vertikalachse
und die Horizontalachse ist, und daher lässt sich das gebündelte Lichtverteilungsmuster
nicht einfach erhalten. Anders ausgedrückt, ist es nicht vorzuziehen,
ein quadratförmiges, projiziertes
Muster einzusetzen, da bei der gewünschten Lichtverteilung eines
Scheinwerfers die Ausbreitung des Musters in Richtung nach oben
und unten (Vertikalrichtung) vergleichsweise schmal ist, wogegen
die Aufweitung des Musters in Richtung nach rechts und links (Horizontalrichtung)
groß ist. Dies
betrifft auch die Ausbildung einer Abschneidelinie.
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Daher
ist die Leuchte so ausgebildet, dass der Lichtaussendeabschnitt
rechteckig ist, bei Betrachtung in Richtung der optischen Achse
des Lichtaussendeelements, wodurch die gewünschte Lichtverteilung einfach
auf Grundlage des projizierten Musters erhalten werden kann.
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Die 7 und 8 zeigen
ein Beispiel 19 für
den Aufbau eines Lichtaussendeelements, wobei 7 eine
Seitenansicht ist, und 8 eine Ansicht von vorn.
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In 7 ist
eine Zentrumsachse 21 einer Linse 20 durch eine
einfach gepunktete, gestrichelte Linie dargestellt. Weiterhin sind
in 8 eine vertikale Achse 22, die orthogonal
zu einer Zentrumsachse 21 verläuft, und durch das Zentrum
des Lichtaussendeabschnitts hindurchgeht, und eine seitliche Achse 23,
die orthogonal zu dieser Achse verläuft, als einfach gepunktete,
gestrichelte Linien dargestellt.
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Bei
diesem Beispiel ist ein Lichtaussendeabschnitt 24 rechteckig,
bei Betrachtung von vorn aus, und steht dessen längere Seite 24a in
Kontakt mit der Zentrumsachse 21 und der Achse 23 der
Linse 20, und verläuft
orthogonal zu diesen.
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9 zeigt
schematisch ein projiziertes Muster von dem Lichtaussendeabschnitt 24,
wobei eine seitliche Achse "H" eine Horizontallinie
ist, und eine vertikale Achse "V" eine vertikale Linie
ist.
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Der
Lichtaussendeabschnitt ist rechteckig ausgebildet, wodurch am einfachsten
der Lichtaussendeabschnitt mit einer horizontal länglichen
Form ausgebildet werden kann. Weiterhin ist der Lichtaussendeabschnitt 24 näher an einer
Seite einer Oberfläche
angeordnet, welche die Zentrumsachse 21 und die Achse 23 enthält, so dass
deren längere
Seite in Kontakt mit der Zentrumsachse 21 steht. Daher kann
eine der Seiten (welche der längeren
Seite 24a entspricht) jedes der projizierten Bilder 25,
die im Allgemeinen rechteckig sind, ausgerichtet werden. Falls eine
Leinwand vor einer Leuchte angeordnet ist, kann in Bezug auf einen
Lichtstrahl, der in der Nähe der
Zentrumsachse der Linse 20 hindurchgeht, ein in Horizontalrichtung
längliches
Bild mit geringer Verzerrung auf der Leinwand erzeugt werden, und
kann daher eine deutliche Abschneidelinie ausgebildet werden. Weiterhin
kann durch Kombinieren mehrerer projizierter Bilder derartiger in
Horizontalrichtung länglicher
Formen ein Lichtverteilungsmuster erhalten werden, das bei einem
Scheinwerfer benötigt wird.
Beispielsweise kann bei einer Leuchtenkonstruktion, die ein Lichtaussendeelement
zur Ausbildung eines projizierten Musters aufweist, das eine Lichtsammeleigenschaft
aufweist, ein Lichtaussendeelement zur Ausbildung eines projizierten
Musters mit diffusen Eigenschaften, und ein Lichtaussendeelement
zur Ausbildung einer Abschneidelinie, die Lichtverteilung so gesteuert
werden, dass unterschiedliche, projizierte Bilder für jede der
erforderlichen Verteilungsfunktionen vereinigt werden.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die Größe des projizierten Bildes
dadurch eingestellt werden kann, dass die Brennweite der Linse eingestellt
wird, oder eine Einstellung mittels Verwendung einer äußeren Diffusorlinse
erfolgen kann.
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Die
Leuchtenkonstruktion, bei welcher mehrere Lichtaussendeelemente
verwendet werden, ist nicht auf eine derartige Konstruktion beschränkt, bei welcher
ein Halbleiterchip in einem Lichtaussendeelement vorhanden ist.
Daher können
mehrere Halbleiterchips in einem einzelnen Lichtaussendeelement vorgesehen
sein.
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Beispielsweise
sind, wie in den 10 und 11 gezeigt,
mehrere Halbleiterchips 27 auf einer geraden Linie mit
einem Lichtaussendeelement 26 angeordnet, und sind diese
Halbleiterchips durch einen Fluoreszenzkörper oder ein lichtdurchlässiges Teil 28 mit
Halbzylinderform abgedeckt. Anderenfalls kann ein lichtdurchlässiges Teil
vor einer Basisplatte angeordnet sein, auf welcher die Halbleiterchips
angebracht sind.
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Im
Vergleich zu jenem Fall, bei welchem eine große Anzahl an Halbleiterchips
auf der Oberfläche eines
zylindrischen Teils angeordnet ist, setzt dieses Beispiel einen
Fluoreszenzkörper
oder ein lichtdurchlässiges
Teil mit halbzylindrischer Form ein, wodurch derartige Vorteile
erzielt werden, dass die Abmessungen der Lichtquelle verringert
werden, und es nicht erforderlich ist, dass ein spezielles optisches System
vorgesehen werden muss.
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Falls
mehrere Halbleiterchips in dem Lichtaussendeabschnitt vorgesehen
sind, können
dann, falls die Positionsgenauigkeit gering ist, Probleme beispielsweise
in Bezug auf eine Fehlausrichtung des projizierten Bildes und das
Fehlen einer deutlichen Ausbildung einer Abschneidelinie auftreten.
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Beispielsweise
zeigt, wie in dem unteren Teil von 10 dargestellt,
eine gerade Linie K, die als einfach gepunktete, gestrichelte Linie
dargestellt ist, eine Linie zur Ausbildung einer Abschneidelinie
an. Im Allgemeinen ist kein Problem vorhanden, selbst dann, wenn
eine der Seiten jedes der Lichtaussendeabschnitte 27 zur
geraden Linie K ausgerichtet ist. Allerdings ist es schwierig, ordnungsgemäß die Lichtverteilung
zu steuern, falls die Lichtaussendeabschnitte 27' nicht in Bezug
auf die gerade Linie K ausgerichtet sind, wie dies durch gestrichelte
Linien dargestellt ist.
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Daher
sollten relative Positionsfehler unter den verschiedenen Lichtaussendeabschnitten
innerhalb des Lichtaussendeelements vorzugsweise nicht größer sein
als ±0,01
mm. Diese Genauigkeit stellt ein Zehntel der voranstehend geschilderten ±0,1 mm dar.
Eine derartige Exaktheit ist jedoch erforderlich, um deutlich die
Abschneidelinie auszubilden.
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Es
wurde ein Beispiel beschrieben, bei welchem mehrere Lichtaussendeabschnitte
in geradliniger Richtung innerhalb des Lichtaussendeelements angeordnet
sind. Die Erfindung ist nicht auf eine derartige Anordnung beschränkt, da
verschiedene andere Anordnungen von Lichtaussendeabschnitten eingesetzt
werden können,
beispielsweise ein gitterförmiges
Muster. Bei einem derartigen Fall muss auch die relative Positionsgenauigkeit
zwischen den Lichtaussendeabschnitten sichergestellt werden.
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Die 12 und 13 zeigen
schematisch einen Fahrzeugscheinwerfer, der gemäß dem geschilderten Verfahren
ausgebildet sein kann, nämlich ein
Beispiel für
den Aufbau eines Lichtabstrahlabschnitts des Fahrzeugscheinwerfers.
Dieser Scheinwerfer verwendet ein optisches System des Projektortyps.
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12 erläutert eine
Betriebsart, bei welcher hauptsächlich
direktes Licht eingesetzt wird, das von einem Lichtaussendeelement
ausgesandt wird, und 13 zeigt eine Betriebsart, bei
welcher reflektiertes Licht, nämlich
Licht, das von einem Lichtaussendeelement ausgesandt und von einem
Reflektor reflektiert wird, hauptsächlich eingesetzt wird.
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Bei
einem Fahrzeugscheinwerfer 29, der in 12 gezeigt
ist, wird ein optisches System 31 eingesetzt, welches eine Projektorlinse 30 (ein
optisches System des Projektortyps) aufweist. Dieses Beispiel weist
daher ein Lichtaussendeelement 32 auf, ein Lichtabschirmteil
(eine Abschirmung) 33, und die Projektorlinse 30.
Das Lichtaussendeelement 32 und das Lichtabschirmteil 33 sind
auf einem Halterungsteil 34 angebracht. Der objektseitige
Brennpunkt der Projektorlinse 30 ist in der Nähe des oberen
Randes des Lichtabschirmteils 33 angeordnet. Es wird darauf
hingewiesen, dass in einem Fall, bei welchem ein Teil des Lichts
von dem Lichtaussendeelement 32 durch den oberen Rand des
Lichtabschirmteils 33 abgeschirmt wird, und ein so ausgebildetes
Bild projiziert wird, es vorzuziehen ist, dass der obere Randabschnitt
des Lichtabschirmteils 33 so nahe wie möglich an dem Lichtaussendeelement 32 angeordnet
sein sollte.
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Die
optische Achse des Lichtaussendeelements 32 und die optische
Achse der Leuchte sind parallel zueinander angeordnet. Licht I,
das einen Teil des Lichtes darstellt, das von dem Lichtaussendeelement
ausgesandt wird, und in Vorwärtsrichtung
gerichtet ist, ohne durch das Lichtabschirmteil 33 abgeschirmt
zu werden, das vor dem Lichtaussendeelement angeordnet ist, gelangt
durch die Projektorlinse 30 hindurch, so dass es zu Abstrahllicht
wird. Eine Abschneidelinie, die eine Kontrastgrenze in dem Lichtverteilungsmuster
festlegt, wird durch den oberen Rand des Lichtabschirmteils 33 ausgebildet.
Weiterhin nimmt, wenn der Abstrahiwinkel des Lichts, das von dem
Lichtaussendeelement 32 groß ist, die Menge an nicht abgestrahltem
Licht zu, also von Licht, das nicht durch die Projektorlinse 30 hindurchgeht.
Daher sollte der Diffusorwinkel unter Berücksichtigung des Durchmessers
und der Position der Projektorlinse eingestellt werden.
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Bei
einem Fahrzeugscheinwerfer 35, wie er in 13 gezeigt
ist, wird ein optisches System 38 eingesetzt, welches eine
Projektorlinse 36 und einen Reflektor 37 einsetzt.
Anders ausgedrückt,
enthält dieses
Beispiel ein Lichtaussendeelement 39, den Reflektor 37,
und die Projektorlinse 36. Das Lichtaussendeelement 39 und
ein Halterungsteil 40 der Projektorlinse 36 sind
kurbelförmig
ausgebildet, bei Betrachtung von der Seite aus, und ein Teil von
diesem ist als ein Lichtabschirmabschnitt 40a ausgebildet. Der
Brennpunkt des Reflektors 37 ist auf dem Lichtaussendeabschnitt
des Lichtaussendeelements 39 oder nahe benachbart zu diesem
angeordnet. Der objektseitige Brennpunkt der Projektorlinse 36 ist
auf die Nähe
des Lichtabschirmabschnitts 40a eingestellt. Die Form der
reflektierenden Oberfläche
kann jene eines Rotationsellipsoids sein, einer Verbundoberfläche aus
einer Ellipse und einer Parabel, oder einer Freiformoberfläche, auf
Grundlage dieser Oberflächen.
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Das
Lichtaussendeelement 39 ist auf dem Halterungsteil 40 mit
einer derartigen Positionsbeziehung angebracht, dass seine optische
Achse orthogonal zur optischen Achse der Leuchte verläuft. Der größere Anteil
des Lichts, das von dem Lichtaussendeelement 39 ausgesandt
wird, wird durch die reflektierende Oberfläche des Reflektors 37 reflektiert.
Daraufhin gelangt das Licht I, das in Vorwärtsrichtung gerichtet ist,
ohne durch den Lichtabschirmabschnitt 40a abgeschirmt zu
werden, durch die Projektorlinse 36 hindurch, so dass es
zu abgestrahltem Licht wird. Eine Abschneidelinie, die eine Kontrastgrenze
in dem Lichtverteilungsmuster festlegt, wird durch den oberen Rand
des Lichtabschirmabschnitts 40a ausgebildet. Weiterhin
ist ein ebener Reflektor 41 zwischen dem Lichtaussendeelement 39 und
dem Lichtabschirmabschnitt 40a vorgesehen, und wird daher die Nutzungsrate
des Lichtflusses vergrößert. Durch vereinigtes
Ausformen des Halterungsteils 40 und der Projektorlinse 36 aus
einem transparenten Material, kann ein Optiksystem-Bauelementteil mit
hoher Exaktheit hergestellt werden, in Bezug auf die Anbringungsposition
des Lichtaussendeelements 39, die Position des oberen Randes
des Lichtabschirmabschnitts 40a, die Brennpunktposition
der Projektorlinse 36, und dergleichen.
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Es
sollte eine hohe Genauigkeit in Bezug auf die Befestigungsposition
des Lichtaussendeelements an dem Halterungsteil sichergestellt werden. Ein
signifikanter Fehler der Position einer herkömmlichen LED, die nicht ursprünglich zum
Einsatz bei einem Kraftfahrzeugscheinwerfer gedacht ist, führt zu einem
deutlich negativen Effekt in Bezug auf die Lichtverteilungssteuerung.
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Daher
wird der äußere Rand
eines Basisplattenabschnitts des Lichtaussendeabschnitts des Lichtaussendeelements
als der Befestigungspunkt für
das Lichtaussendeelement verwendet, also als Bezugslinie zum Zwecke
der Anbringung an dem Halterungsteil.
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Die 14 und 15 zeigen
ein Beispiel 42 für
eine Konstruktion des Lichtaussendeelements. 14 ist
eine Aufsicht auf das Lichtaussendeelement, bei Betrachtung in Richtung
der optischen Achse. 15 ist eine schematische Perspektivansicht.
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Bei
diesem Beispiel ist eine Oberfläche
S (vgl. 15), die als ein Punkt zum mechanischen Positionieren
des Lichtaussendeelements 42 dient, auf einer Seitenoberfläche vorgesehen,
die einen äußeren Rand 43a eines
Basisplattenabschnitts 43 enthält. Anders ausgedrückt wird eine
Ebene, welche die Form einer rechteckigen Platte aufweist, und eine der
Seiten des Basisplattenabschnitts 43 enthält, und parallel
zur optischen Achse des Lichtaussendeelements 42 verläuft, als
die Oberfläche
zum Positionieren verwendet. Eine ausreichende Positionierungsgenauigkeit
wird daher dadurch sichergestellt, dass die Oberfläche zur
Befestigungsposition (einer abgestuften Oberfläche, einer Halterungsoberfläche oder dergleichen)
auf dem Halterungsteil des Lichtaussendeelements (nicht gezeigt)
ausgerichtet wird.
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Weiterhin
weist ein Lichtaussendeabschnitt 44 (beispielsweise ein
Halbleiterchip) eine rechteckige Form auf, und bildet eine Seite 44a eines
Seitenrandes eine gerade Linie, bei Betrachtung in Richtung der
optischen Achse des Lichtaussendeelements 42. Zusätzlich wird
die Genauigkeit in Bezug auf die Positionsbeziehung in Bezug auf
die voranstehend geschilderte Oberfläche verbessert, so dass ein
Punkt für
die optische Konstruktion und für
die Herstellung erhalten werden kann. Für diesen Zweck ist es vorzuziehen,
dass das Ausmaß eines
relativen Positionsfehlers zwischen der einen Seite 44a und dem äußeren Rand 43a des
Basisplattenabschnitts 43 innerhalb von 0,01 bis 0,1 mm
liegt.
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Beispielsweise
ist die Entfernung zwischen einer Ebene π, welche die eine Seite 44a enthält (vgl. 15)
und der Oberfläche
S mit D bezeichnet. In diesem Fall ist der Grund dafür, dass
der Abmessungsfehler innerhalb von ±0,1 mm gehalten wird, wie
voranstehend geschildert, dass er kleiner ist als der Positionsfehler
des Lichtaussendeabschnitts und optischer Teile wie beispielsweise
des Reflektors. Weiterhin ist eine engere Einschränkung in
Bezug auf die Genauigkeit der Abmessungen, beispielsweise ±0,01 mm,
nicht erforderlich, infolge zugehöriger Nachteile in Bezug auf
die Schwierigkeit der Herstellung und höhere Kosten.
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Auf
diese Art und Weise wird die Oberfläche zum mechanischen Positionieren
des Lichtaussendeelements in dem äußeren Randabschnitt des Basisplattenabschnitts
vorgesehen, so dass eine adäquate
Positionsgenauigkeit des Lichtaussendeabschnitts in Bezug auf die
Oberfläche
erzielt wird. Daher kann die Genauigkeit ausreichend sichergestellt werden,
die zur Herstellung und die optische Konstruktion des Scheinwerfers
benötigt
wird.
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16 ist
eine Vorderansicht, die ein Beispiel für die Konstruktion eines Fahrzeugscheinwerfers 45 zeigt,
bei welchem mehrere Abstrahleinheiten vereinigt sind.
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Abstrahleinheiten 46,
die auf dem oberen Niveau angeordnet sind, sind vom Diffusortyp,
und weisen eine mittlere oder große horizontale Diffusoreigenschaft
als deren Lichtverteilungsfunktion auf.
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Die
Abstrahleinheiten, die auf dem mittleren und unteren Niveau angeordnet
sind, sind vom Lichtsammeltyp. Unter diesen Abstrahleinheiten strahlen die
Abstrahleinheiten 47 auf dem mittleren Niveau ein projiziertes
Muster ab, das hauptsächlich
zur Ausbildung einer Abschneidelinie beiträgt. Andere Abstrahleinheiten 48 werden
zum Abstrahlen von Licht zu Bereichen ein einer größeren Entfernung
von der Vorderseite des Fahrzeugs verwendet, und bilden ein projiziertes
Muster, das hauptsächlich
zur Ausbildung einer so genannten "heißen
Zone" (einem Abschnitt mit
hoher Intensität
im Zentrum) beiträgt.
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Jede
dieser Abstrahleinheiten weist einen Aufbau auf, wie er in 13 gezeigt
ist. Die Formen der Lichtaussendeabschnitte der Lichtaussendeelemente
sind in Bezug auf jede Lichtverteilungsfunktion verschieden, und
die Brennweite des Reflektors, die Lichtabschirmposition, der rückwärtige Brennpunkt der
Projektorlinse und dergleichen werden für jeden gewünschten Einsatzzweck ausgelegt.
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Insgesamt
zehn oder zwischen zehn und zwanzig Abstrahleinheiten sind vorzuziehen,
um eine ausreichende Verringerung der Abmessungen, eine Verringerung
des Kostenaufwands und dergleichen zu erzielen. Weiterhin ist vorzuziehen,
dass etwa zwei Abstrahleinheiten, welche zur Ausbildung der Abschneidelinie
beitragen, im Zentrum der Leuchte oder auf dem mittleren Niveau
vorgesehen sind, und etwa zwei oder drei Abstrahleinheiten für geringe
Diffusion, eine mittlere Diffusion, und eine starke Diffusion jeweils
links und rechts und oberhalb und unterhalb dieser Einheiten vorgesehen
sind.
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17 zeigt
schematisch ein Beispiel für
die Ausbildung eines Lichtverteilungsmusters. Die projizierten Muster
für jede
Funktion sind getrennt an der linken Seite der Zeichnung dargestellt,
und das vereinigte Abstrahlmuster, bei welchem sämtliche Muster vereinigt sind,
ist an der rechten Seite dargestellt.
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Das
Muster 49, das eine relativ kleinere Fläche aufweist, wird durch die
Abstrahleinheit 48 erzeugt, und das Muster 50 wird
durch die Abstrahleinheit 47 erzeugt.
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Weiterhin
werden projizierte Muster 51, 52, die eine in
Horizontalrichtung diffuse Eigenschaft aufweisen, durch die Abstrahleinheiten 46 erzeugt.
Das Muster 51 wird durch eine Abstrahleinheit erzeugt, das
eine diffus ausbildende Eigenschaft mit mittlerem Ausmaß aufweist,
und das Muster 52 wird durch eine Abstrahleinheit erzeugt,
das eine stark diffus ausbildende Eigenschaft aufweist.
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Eine
deutliche Abschneidelinie kann ausgebildet werden, und die Lichtflussnutzungsrate
kann erhöht
werden, wenn diese projizierten Muster vereinigt werden.
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Wie
aus der voranstehenden Beschreibung deutlich wird, kann eine ausreichende
Genauigkeit in Bezug auf die Lichtverteilungssteuerung sichergestellt
werden, durch Erhöhung
der Exaktheit der Abmessungen des Halbleiterchips oder dergleichen
in Bezug auf die Positionsgenauigkeit des Lichtaussendeabschnitts
in Bezug auf den Reflektor oder die Linse. Daher können Abweichungen
der Lichtverteilung und der Leistung der Leuchte verringert werden.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein konsistent
exaktes Design der Lichtverteilung eines Fahrzeugscheinwerfers zu
ermöglichen,
wobei ein Lichtaussendeelement wie beispielsweise eine LED als die
Lichtquelle verwendet wird.
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Ein
projiziertes Muster, das für
die Lichtverteilung eines Fahrzeugscheinwerfers geeignet ist, kann
einfach unter Verwendung eines im Wesentlichen rechteckigen Musters
erhalten werden, und es kann eine Abschneidelinie in dem Abblendlicht-Lichtverteilungsmuster
deutlich ausgebildet werden.
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Weiterhin
kann bei Lichtanteilen, die schwierig zu steuern sind, verhindert
werden, dass sie eine Blendung hervorrufen, und können die
projizierten Bilder jedes Lichtaussendeabschnitts daran gehindert
werden, dass sie unregelmäßig angeordnet
sind.
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Darüber hinaus
wird der Positionsfehler des Lichtaussendeabschnitts in Bezug auf
den Anbringungspunkt des Lichtaussendeelements verringert, so dass
die Exaktheit in Bezug auf das optische Design und die Herstellung
sichergestellt werden kann.
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Weiterhin
wissen Fachleute auf diesem Gebiet, dass verschiedene Änderungen
der Art und Weise und der Einzelheiten der Erfindung, wie sie voranstehend
dargestellt und beschrieben wurde, vorgenommen werden können, innerhalb
des Umfangs der beigefügten
Patentansprüche.