DE60319488T2

DE60319488T2 - Fahrzeugscheinwerfer mit Halbleiterlichtquelle

Info

Publication number: DE60319488T2
Application number: DE60319488T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki 500 Kitawaki Shimizu-shi Ishida
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-11-06
Filing date: 2003-11-05
Publication date: 2009-02-26
Anticipated expiration: 2023-11-06
Also published as: US20040136197A1; DE60319488D1; EP1418621A2; KR20040040380A; EP1418621A3; CN1523260A; CN1267676C; JP4071089B2; US7384176B2; EP1418621B1; JP2004158294A; KR100565911B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrzeugscheinwerfer jener Art, bei welcher eine Halbleiter-Lichtemittervorrichtung eingesetzt wird, die mehrere Lichtemitterelemente als Lichtquelle einsetzt, und bei welcher unterschiedliche Beleuchtungsfunktionen mit unterschiedlichen Lichtstrahlen erzielt werden können, durch selektives Aktivieren der verschiedenen Halbleiter-Lichtemitterelemente.
Üblicherweise wurde eine Glühlampe oder eine Entladungslampe als Lichtquelle eines Fahrzeugscheinwerfers eingesetzt. In jüngerer Zeit wurden jedoch Halbleiter-Lichtemitterelemente, beispielsweise Lichtemitterdioden (LEDs) dazu eingesetzt, einen geringeren Stromverbrauch zu erzielen, und verkleinerte Abmessungen.
Beispiele für Leuchten, die LEDs einsetzen, umfassen hoch angebrachte Bremsleuchten, rückwärtige Begrenzungsleuchten und dergleichen.
Wenn Halbleiter-Lichtemitterelemente, wie beispielsweise LEDs, als Lichtquellen von Fahrzeugscheinwerfern eingesetzt werden, sind spezielle Vorgehensweisen für die optische Konstruktion erforderlich, um ein geeignetes Lichtverteilungsmuster für Abblendlicht zu erzeugen. Beispielsweise wird, wie in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 2001-266620 (1 und 4) dargestellt, um mehrere optische Funktionen zu verwirklichen, eine Umschaltung durchgeführt, unter Einsatz einer großen Anzahl an Halbleiter-Lichtquellen, die in Matrixanordnung angeordnet sind.
Da bei einem Fahrzeugscheinwerfer die Umschaltung zwischen Abblendlicht und Fernlicht erforderlich ist, müssen bei einem Scheinwerfer, der mehrere Halbleiter-Lichtemitterelemente einsetzt, die zu aktivierenden Lichtemitterelemente in Abhängigkeit von der Art des Lichts ausgewählt werden, welches abgestrahlt werden soll. Da bislang bekannte Halbleiter-Lichtemitterelemente nicht so ausgebildet waren, dass die erforderlichen Lichtverteilungsmuster für Fahrzeuge berücksichtigt wurden, gibt es verschiedene Probleme in Bezug auf die optische Konstruktion, die auftreten, wenn derartige Elemente als Lichtquelle eingesetzt werden. Es ist beispielsweise bei einem Abblendlicht-Lichtverteilungsmuster schwierig, deutlich eine Abschneidelinie auszubilden, die eine Kontrastgrenze bildet. Darüber hinaus führt der Einsatz einer großen Anzahl an Lichtemitterelementen in der Hinsicht zu einem Problem, dass der gesamte Raum groß ist, der von den Lichtemitterelementen eingenommen wird.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Daher besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Fahrzeugscheinwerfers, der gewünschte Lichtverteilungsmuster zur Verfügung stellen kann, und welcher als Lichtquelle Halbleiter-Lichtemitterelemente wie LEDs einsetzt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeugscheinwerfer gemäß Patentanspruch 1 zur Verfügung gestellt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden daher zufrieden stellende Lichtverteilungsmuster für Fernlicht und Abblendlicht erhalten, durch Umschalten der verschiedenen Lichtemitterelemente in der Lichtemittervorrichtung in Abhängigkeit von der Art des Lichts, das geliefert werden soll.
KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ZEICHNUNGEN
1 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Beispiel für eine Halbleiter-Lichtemittervorrichtung eines Typs zeigt, die bei der Umsetzung der Erfindung in die Praxis eingesetzt wird.
2 zeigt ein Beispiel der rechteckigen Form eines Lichtemitterelements, das bei der Lichtemittervorrichtung von 1 eingesetzt wird.
3 ist eine erläuternde Seitenansicht einer LSD-Vorrichtung.
4 zeigt eine Seitenansicht eines Beispiels für eine Lichtemittervorrichtung, die bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
5 ist eine Ansicht der Lichtemittervorrichtung von 4, gesehen in Richtung ihrer optischen Achse.
6 ist eine erläuternde Ansicht eines projizierten Bildes einer Lichtemittervorrichtung gemäß der Erfindung.
7, 8 und 9 zeigen ein Beispiel für eine Lichtemittervorrichtung, die bei der Umsetzung der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, wobei 7 die Lichtemittervor richtung in Richtung ihrer optischen Achse zeigt, 8 eine erläuternde Darstellung ist, welche die Relativ-Positionsbeziehung zwischen Lichtemitterelementen in der Lichtemittervorrichtung zeigt, und 9 eine schematische Perspektivansicht der Lichtemittervorrichtung ist.
10 ist eine Perspektivansicht, welche die Trennung von Lichtemitterelementen durch ein Lichtabschirmteil zeigt.
11 ist eine erläuternde Ansicht einer Konstruktion, bei welcher mehrere Lichtemitterelemente in einem linearen Array angeordnet sind.
12 zeigt schematisch einen Scheinwerfer, der gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, wobei direktes Licht von einer Halbleiter-Lichtemittervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zur Ausbildung der Lichtabstrahlung eingesetzt wird.
13 ist eine erläuternde Ansicht, die ein Beispiel für einen Scheinwerfer zeigt, bei welchem reflektiertes Licht zur Ausbildung der Lichtabstrahlung eingesetzt wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrzeugscheinwerfer, der als Lichtquelle eine Halbleiter-Lichtemittervorrichtung aufweist, die ein oder mehrere Halbleiter-Lichtemitterelemente einsetzt. Die Erfindung ist bei Scheinwerfern, Nebelleuchten, und dergleichen, einsetzbar. Das Halbleiter-Lichtemitterelement kann beispielsweise eine LED sein, die Licht in Reaktion auf elektrischen Strom aussendet, der durch einen pn-Übergang in Vorwärtsrichtung fließt, oder ein EL- Element, welches Licht in Reaktion auf ein angelegtes elektrisches Feld aussendet.
1 zeigt schematisch die Konstruktion einer LED als ein Beispiel.
Eine Lichtemittervorrichtung 1 weist einen Halbleiter-Chip 2 auf, einen Reflektor 3, einen Fluoreszenzkörper 4, und eine Linse 5. Bei diesem Beispiel weist ein Lichtemitterelement 1a den Halbleiter-Chip 2 auf, den Reflektor 3, und den Fluoreszenzkörper 4.
Der Halbleiter-Chip 2 besteht aus einem Material des Systems Al-In-Ga-P, einem Material des Systems In-Ga-N, und dergleichen. Wie in der Zeichnung dargestellt, kann der Halbleiter-Chip 2 direkt auf einem Halterungsteil (Leiterrahmen, Schaft, oder dergleichen) angebracht sein, oder kann auf einem Montagehilfsteil angebracht sein, und kann dann das Montagehilfsteil auf dem Halterungsteil angebracht sein. Verbindungsleitungen (in der Zeichnung nicht dargestellt) sind an Elektroden angeschlossen, die auf dem Halbleiter-Chip 2 vorgesehen sind.
Der Reflektor 3 ist um den Halbleiter-Chip 2 herum angeordnet. Die Halterungskonstruktion für den Halbleiter-Chip 2 kann einen becherförmigen Abschnitt aufweisen, der eine konkave Oberfläche aufweist, die eine Reflexionsoberfläche bildet. Licht, das von dem Halbleiter-Chip 2 ausgesandt wird, weist eine Intensitätsverteilung auf, die sich auf der optischen Achse der Lichtemittervorrichtung konzentriert. Daher ist die Lichtintensität umso geringer, je weiter ein Punkt im Winkel von der optischen Achse entfernt ist. Daher weist, wie in den Zeichnungen dargestellt, zwischen dem direkten Licht 6a und dem reflektierten Licht 6b und 6c das direkte Licht in Richtung der optischen Achse eine höhere Intensität auf. Der Reflektor 3 ist jedoch dazu vorgesehen, zu den Seiten des Halbleiter-Chips ausgesandtes Licht wirksam einzusetzen, beispielsweise das Licht 6b. Daher wird Licht von einer Reflexionsoberfläche des Reflektors 3 reflektiert, und nach vorn hin ausgesandt (in Abstrahlungsrichtung). Das Licht 6c wird, nachdem es von einer unteren Lichtaussendeschicht des Halbleitermaterials ausgesandt wurde, in Richtung entgegengesetzt zur Abstrahlungsrichtung gerichtet. Das Licht 6c wird dann in Vorwärtsrichtung gerichtet, nachdem es von der unteren, rückwärtigen Endoberfläche des Halbleiter-Chips 2 reflektiert wurde. Alternativ kann das Licht 6c von einer Seitenoberfläche des Halbleiter-Chips 2 abgestrahlt werden, und durch den Reflektor 3 reflektiert werden, nachdem es von der rückwärtigen Oberfläche des Halbleiter-Chips 2 reflektiert wurde.
Der Fluoreszenzkörper 4 deckt den Halbleiter-Chip 2 und den umgebenden Raum ab. Es ist möglich, weißes Licht dadurch zu erzielen, dass beispielsweise blaues Licht, das von einem Halbleiter-Chip ausgesandt wird, und gelbes Licht gemischt werden, das von einem Material, wie beispielsweise einem YAG-Fluoreszenzkörper, ausgesandt wird.
Der Linsenabschnitt kann vor dem Halbleiter-Chip 2 angeordnet sein, oder es kann andernfalls das Lichtemitterelement 1a von einer Kunststofflinse umschlossen sein. Im letztgenannten Fall wird die Orientierungs-Charakteristik verbessert, wenn das gesamte Lichtemitterelement in dem Kunststoffmaterial eingeschlossen ist. Es kann beispielsweise ein kugelförmiger Linsenabschnitt bei einer Bremsleuchte oder dergleichen ein gesetzt werden. Eine Linse, welche die Form einer Kuppel oder eines Halbkreises aufweist, ist vorzuziehen, um zu verhindern, dass Licht, das über einen breiten Bereich von dem Halbleiter-Chip 2 ausgesandt wird, nach innerhalb der Linse reflektiert wird, und um zu verhindern, dass Licht verloren geht, das von den Seiten der Linse aus ausgesandt wird. Im Allgemeinen ist es vorzuziehen, dass Licht wirksamer dadurch genutzt wird, dass Licht von dem Halbleiter-Chip durch effektive Lichtwegsteuerung gesammelt wird, unter Verwendung reflektierender Oberflächen je nach Erfordernis.
Wenn ein Lichtquellenbild der Lichtemittervorrichtung Kreisform aufweist, bei Betrachtung in Richtung der optischen Achse der Lichtemittervorrichtung, stellt der Hauptanteil des Lichts, das von der Lichtemittervorrichtung ausgesandt wird, direktes Licht dar, welches zur Ausbildung eines kreisförmigen Beleuchtungsmusters beiträgt. Weiterhin wird ein Ringmuster, das sich um das kreisförmige Muster herum erstreckt, durch Licht ausgebildet, das von den Seiten des Linsenabschnitts ausgesandt wird, und dient so als Pseudo-Lichtquelle.
Daher wird die optische Konstruktion schwierig, falls die Intensitätsverteilung der Lichtquelle rotationssymmetrisch um die optische Achse ist, da es erforderlich ist, ein rotations-asymmetrisches Lichtverteilungsmuster auf Grundlage des im Wesentlichen kreisförmigen Musters auszubilden, bei Betrachtung in Richtung der optischen Achse. Es ist beispielsweise schwierig, einen geradlinigen Abschnitt wie eine Abschneidelinie in einem Abblendlicht-Lichtverteilungsmuster auszubilden, da nur durch Verbindung bogenförmiger Abschnitte kein deutlicher, geradliniger Abschnitt ausgebildet werden kann.
In einem Fall, bei welchem die Lichtintensitätsverteilung der Lichtemittervorrichtung rotations-asymmetrisch um die optische Achse ist, ist daher das Lichtelement in horizontal verlängerter Form in Richtung orthogonal zur optischen Achse des Lichtemitterelements ausgebildet, so dass das projizierte Bild durch das optische System die Form eines Musters mit einem geradlinigen Abschnitt aufweist.
2 zeigt schematisch ein Beispiel für die Form eines Musters eines Lichtquellenbildes der Lichtemittervorrichtung bei Betrachtung in Richtung der optischen Achse der Lichtemittervorrichtung.
Speziell zeigt 2 ein Beispiel für die Form eines Musters eines Lichtquellenbildes 7, bei welchem dessen Seitenrandabschnitt im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet ist.
Bei diesem Beispiel ist die Form des Lichtemitterelements 1a, betrachtet in Richtung der optischen Achse, rechteckig, und ist das Lichtquellenbild hauptsächlich in Längsrichtung vergrößert, wie dies nachstehend geschildert wird.
Um ein in Horizontalrichtung längliches Projektionsmuster zu erzielen, ist es vorzuziehen, ein rechteckiges Lichtquellenbild anstatt eines quadratischen einzusetzen. Da die Form des Lichtquellenbilds nicht auf eine solche eingeschränkt ist, bei welcher der Endabschnitt in Längsrichtung geradlinig ist, ist auch eine Form möglich, bei welcher die vier Ecken abgerundet sind, wie bei dem Lichtquellenbild, das durch eine gestrichelte Linie 7' dargestellt ist.
Um ein Lichtquellenbild, wie voranstehend geschildert, zu erzielen, sind der Halbleiter-Chip, der Reflektor, der Fluoreszenzkörper, oder der Linsenabschnitt der Lichtemittervorrichtung so ausgebildet, dass sie eine Form aufweisen, die rotations-asymmetrisch in Bezug auf die optische Achse der Lichtemittervorrichtung ist. Anders ausgedrückt, stellen jene Faktoren, welche die Form des Musters des Lichtquellenbilds festlegen, die Form des Halbleiter-Chips dar, die Formen des Reflektors oder des Fluoreszenzkörpers, die Form und das Material der Linse, und die optische Beziehung und die Positionsbeziehung zwischen diesen Bestandteilen. Es wird ermöglicht, eine Lichtemittervorrichtung auszubilden, die ein gewünschtes Lichtquellenbild erzeugt, auf Grundlage von Simulationsergebnissen, die eine Kombination der Vorgehensweisen, wie beispielsweise Lichtstrahlverfolgung und Lichtintensitätsverteilungsanalyse, einsetzen.
Die Form des Lichtemitterelements wird hauptsächlich durch den äußeren Rand des Halbleiter-Chips und den äußeren Umfangsrand des Reflektors oder des Fluoreszenzkörpers festgelegt, und eine erhebliche Variation der Abmessungstoleranzen bei diesen Parametern beeinflusst negativ die Konstruktion der Lichtverteilung. Es ist vorzuziehen, dass die Toleranz der äußeren Abmessungen nicht größer ist als 0,1 mm (Millimeter).
Bei einer Konstruktion, bei welcher der Halbleiter-Chip des Lichtemitterelements, bei Betrachtung in Richtung der optischen Achse, eine gewünschte Form aufweist, und der Halbleiter-Chip durch eine halbzylindrische Kunststofflinse (ausgeformte Linse) abgedeckt ist, wenn die Form des Reflektors oder des Fluoreszenzkörpers ausgewählt wird, sollten technische Schwierigkeiten und Nachteile in Bezug auf die Herstel lungskosten und dergleichen bei der Konstruktion des Halbleiter-Chips mit einer bestimmten Form berücksichtigt werden. Im Allgemeinen sollte die gewünschte Lichtintensität erzielt werden, ohne signifikant die Form des Halbleiter-Chips oder dessen Ausrichtungseigenschaften zu ändern.
Wie in 3 gezeigt, ist eine übliche LED 8 so ausgebildet, dass das Zentrum ihres Halbleiter-Chips 9 sich auf der Zentrumsachse 11 einer Kunststofflinse 10 befindet. Allerdings kann eine derartige Konstruktion zu verschiedenen Problemen bei der Scheinwerferlichtverteilung führen.
Beispielsweise verläuft die Zentrumsachse 11 der Kunststofflinse 10 im Allgemeinen orthogonal zur optischen Achse des zugeordneten optischen Systems, und wird Licht von der LED 8 nach vorn (in Abstrahlrichtung) reflektiert, unter Einsatz eines Reflektors, so dass Licht zur Ausbildung einer Abblendlicht-Lichtverteilung hervorgerufen wird. In diesem Fall ist Licht, das in Umfangsabschnitten des Halbleiter-Chips 9 erzeugt wird, schwierig zu steuern, da die Entfernung gegenüber der Zentrumsachse 11 groß ist.
Daher wird ein Seitenrand des Lichtemitterelements der Lichtemittervorrichtung, bei Betrachtung in Richtung der optischen Achse, so ausgebildet, dass er eine geradlinige Form entlang seinen Seiten aufweist. Die Position dieses Seitenrandes des Lichtemitterelements wird so festgelegt, dass sie sich mit der Zentrumsachse des Linsenabschnitts schneidet.
Die 4 und 5 zeigen ein Beispiel für die Konstruktion der Lichtemittervorrichtung 12, wobei 4 eine Seitenansicht ist, und 5 eine Ansicht von vorn.
In 4 ist die Zentrumsachse 14 der Linse 13 der Lichtemittervorrichtung 17 durch eine einfach gestrichelte Linie dargestellt. In 5 sind eine Vertikalachse 15, die orthogonal zur Zentrumsachse 14 verläuft, und durch das Zentrum des Lichtemitterelements 17 hindurchgeht, und eine seitliche Achse 16, die orthogonal zur Vertikalachse verläuft, und mit einer langen, geraden Seiten 17a des Lichtemitterelements 17 übereinstimmt, ebenfalls durch einfach gestrichelte Linien dargestellt.
Bei diesem Beispiel ist ein Lichtemitterelement 17 rechteckig, bei Betrachtung von vorn aus, und ist dessen lange Seite 17a zum zentralen Abschnitt 14 und orthogonal hierzu der Linse 13 und zur Seitenachse 16 ausgerichtet. Da bei der Lichtverteilung eines Scheinwerfers die Ausbreitung des Musters in Richtung nach oben und unten (Vertikalrichtung) vergleichsweise klein ist, wogegen die Ausbreitung des Musters in Richtung nach rechts und links (horizontal) groß ist, ist es daher wünschenswert, ein rechteckiges Projektionsmuster einzusetzen.
6 zeigt schematisch ein Projektionsmuster, das durch das Lichtemitterelement 17 erzeugt wird, wobei eine Seitenachse H mit einer Horizontallinie übereinstimmt, und eine Vertikalachse V mit einer Vertikallinie.
Das Lichtemitterelement 17 ist rechteckig ausgebildet, wodurch am einfachsten das Lichtemitterelement mit horizontal länglicher Form ausgebildet werden kann. Weiterhin wird eine Anordnung eingesetzt, bei welcher das Lichtemitterelement 17 näher an einer Seite einer Oberfläche angeordnet wird, welche die Zentrumsachse 14 und die Achse 16 enthält, so dass eine längere Seite 17a von diesem sich mit der Zentrumsachse 14 des Linsenabschnitts 13 schneidet. Daher erfolgt eine Ausrichtung einer der Seiten (welche der längeren Seite 17a entspricht) jedes der projizierten Bilder 18, die im Wesentlichen rechteckig sind. Wenn eine Leinwand vor einer Leuchte angeordnet ist, in Bezug auf Lichtstrahlung, die in der Nähe der Zentrumsachse der Linse 13 hindurchgeht, wird ein in Horizontalrichtung längliches Bild mit geringer Verzerrung auf die Leinwand projiziert, so dass eine deutliche Abschneidelinie ausgebildet werden kann. Durch Vereinigung mehrerer projizierter Bilder derartiger horizontal länglicher Formen kann darüber hinaus ein Lichtverteilungsmuster erhalten werden, das für einen Scheinwerfer benötigt wird. Da das Licht, das durch die Linse übertragen wird, ordnungsgemäß gesteuert wird, wird daher ermöglicht, das Ausmaß an Licht zu verringern, welches eine Blendung hervorruft.
Die Abmessung des projizierten Bildes kann durch Einstellung der Brennweite der Linse eingestellt werden, oder kann durch Einsatz einer äußeren Diffusorlinse eingestellt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung weist eine Lichtemittervorrichtung ein Lichtemitterelement auf, das zur Ausbildung eines ersten Beleuchtungsstrahls verwendet wird, und ein Lichtemitterelement, das zur Ausbildung eines zweiten Beleuchtungsstrahls verwendet wird. Es kann auch eine andere Anordnung eingesetzt werden, soweit die Lichtverteilung von zwei oder mehreren Lichtstrahlen unter Verwendung unterschiedlicher Lichtemitterelemente innerhalb einer Lichtemittervorrichtung erzielt werden kann. Beispiele für derartige Konstruktionen umfassen eine solche, bei welcher unterschiedliche Lichtemitterelemente zur Ausbildung von Fernlicht und Abblendlicht verwendet werden, und eine solche, bei welcher unterschiedliche Lichtemitterelemente zur Ausbildung von Abblendlicht und Licht zum Abbiegen eingesetzt werden.
Da die Anzahl an Lichtemitterelementen, die bei der Ausbildung jeder Lichtabstrahlung eingesetzt werden, nicht kritisch ist, können ein oder mehrere Lichtemitterelemente für jede Lichtabstrahlung eingesetzt werden. Es ist möglich, die Lichtabstrahlung dadurch umzuschalten, dass selektiv die Lichtemitterelemente entsprechend jeder Lichtabstrahlung aktiviert werden.
Die 7 bis 9 zeigen ein Beispiel für die Konstruktion einer Lichtemittervorrichtung 19, die ein erstes Lichtemitterelement 19a zur Erzeugung von Fernlicht und ein zweites Lichtemitterelement 19b zur Erzeugung von Abblendlicht aufweist. 7 ist eine Ansicht, die in Richtung entlang der optischen Achse der Lichtemittervorrichtung 19 in 7 verläuft, 8 zeigt die Positionsbeziehung der Lichtemitterelemente, und 9 ist eine Perspektivansicht der Lichtemittervorrichtung 19.
In Bezug auf die Positionsbeziehung zwischen dem Lichtemitterelement 19a und dem Lichtemitterelement 19b ist, wie in 7 gezeigt, das zweite Lichtemitterelement 19b oberhalb angeordnet, und ist das erste Lichtemitterelement 19a weiter nach links von dort aus angeordnet. Es wird darauf hingewiesen, dass der Halbleiter-Chip und der Reflektor, die jedes Lichtemitterelement bilden, eine in Horizontalrichtung längliche Rechteckform aufweisen.
Weiterhin wird eine Anordnung zur Verfügung gestellt, bei welcher die beiden Lichtemitterelemente durch ein im Wesentlichen halbkugelförmiges, transparentes Teil 20 auf einer Leiterplatte 21 abgedeckt sind, oder das transparente Teil 20 vor der Leiterplatte 21 angeordnet ist, auf welcher die Lichtemitterelemente vorgesehen sind.
In 8 sind nur die Lichtemitterelemente 19a und 19b dargestellt, und wird deren Relativpositionsbeziehung dargestellt. Die Richtung, die durch einen Doppelpfeil L dargestellt ist, entspricht der Richtung der Ausrichtung der optischen Achse der Lichtemittervorrichtung. ΔX in der Zeichnung gibt die Entfernung zwischen den Zentren der Lichtemitterelemente in Richtung parallel zur optischen Achse der Leuchte an, also die Entfernung zwischen einer vertikalen Achse 22, die durch das Zentrum des zweiten Lichtemitterelements 19b hindurchgeht, und sich in Richtung orthogonal zur Richtung L erstreckt, und einer vertikalen Achse 23, die durch das Zentrum des ersten Lichtemitterelements 19b hindurchgeht, und sich in Richtung orthogonal zur Richtung L erstreckt. Weiterhin ist mit ΔY die Entfernung zwischen einer langen Seite 19b1 des Lichtemitterelements 19b und dem Zentrum des Lichtemitterelements 19a in Richtung orthogonal zur optischen Abstrahlungsachse bezeichnet. Anders ausgedrückt, ist mit ΔY die Entfernung zwischen einer horizontalen Achse 24, welche die lange Seite 19b1 enthält, und sich in Richtung parallel zur Richtung L erstreckt, und einer horizontalen Achse 25 bezeichnet, die durch das Zentrum des ersten Lichtemitterelements 19a hindurchgeht, und sich in Richtung parallel zur Richtung L erstreckt.
Wie in der Zeichnung dargestellt, sind die Lichtemitterelemente 19a und 19b in Richtung L länger als in Richtung orthogonal hierzu ausgebildet. Die Lichtemitterelemente 19a und 19b werden selektiv in Abhängigkeit von der zu erzeugenden Lichtabstrahlung geschaltet.
In Bezug auf die Abblendlichtverteilung wird die Horizontalachse 24, welche die lange Seite 19b1 enthält, als Bezugslinie eingesetzt, für die optische Konstruktion, um Licht entsprechend der langen Seite 19b1 und Licht in deren Nähe einzusetzen, das von einem Lichtquellenbild ausgeht, welches dem zweiten Lichtemitterelement 19b entspricht, zur Ausbildung eines Abschneidelinienabschnitts in dem Lichtverteilungsmuster.
Um sowohl ein Abblendlicht-Lichtverteilungsmuster als auch ein Fernlicht-Lichtverteilungsmuster unter Verwendung eines einzigen Reflektors zu erhalten, ist es vorzuziehen, dass das erste Lichtemitterelement 19a innerhalb eines bestimmten Bereichs angeordnet ist, bei welchem die Horizontalachse 24 als die Bezugslinie angesehen wird. Im Einzelnen wird in der Praxis ΔY vorzugsweise zwischen 0,3 und 1,0 mm eingestellt. Anders ausgedrückt ist bei den zwei langen Seiten des zweiten Lichtemitterelements 19b das Zentrum des ersten Lichtemitterelements auf der Horizontalachse 25 innerhalb eines Bereichs ΔY von 0,3 bis 1,0 mm gegenüber der Horizontalachse 24 angeordnet, welche die lange Seite 19b1 enthält, die näher an dem ersten Lichtemitterelement 19b angeordnet ist. Es wird darauf hingewiesen, dass die optische Konstruktion zum Erhalten einer Standardlichtverteilung für einen Scheinwerfer schwierig wird, falls ΔY außerhalb dieses Bereichs liegt.
Weiterhin beträgt die Entfernung zwischen den Zentren der beiden Lichtemitterelemente in Richtung L vorzugsweise ΔX = 0,5 bis 1,5 mm. Daher wird ermöglicht, den Ausgangslichtstrahl in eine vorbestimmte Richtung zu richten, wenn das Fernlicht eingeschaltet wird.
Wie voranstehend geschildert, ist es in Bezug auf die Lichtemitterelemente 19a und 19b vorzuziehen, dass sie nicht ausgerichtet sind, sowohl in Bezug auf die Richtung der optischen Achse der Leuchte als auch die Richtung orthogonal zu dieser Richtung. Weiterhin ist es vorzuziehen, dass die lange Seite 19b1 des zweiten Lichtemitterelements 19b exakt zur Achse (der Horizontalachse 24) ausgerichtet ist, um die Ausbildung der Abschneidelinie zu erleichtern.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Positionsbeziehung zwischen den beiden in den 7 bis 9 dargestellten Lichtemitterelementen für jeden der beiden Scheinwerfer gilt, die rechts und links an der Vorderseite des Fahrzeugs vorgesehen sind. Anders ausgedrückt ist, in Bezug auf den anderen Scheinwerfer, wie aus der Symmetrie der Leuchtenkonstruktion um eine Vertikalebene hervorgeht, welche die Zentrumsachse des Fahrzeugs enthält, die Positionsbeziehung zwischen den beiden Lichtemitterelementen um die Vertikalebene umgekehrt, so dass die Positionsbeziehung anders ist als jene, die in 8 dargestellt ist. Weiterhin sind die numerischen Bereiche für die Werte ΔX und ΔY unabhängig von den Abmessungen des Halbleiter-Chips und dergleichen, welche jedes der Lichtemitterelemente bilden.
Bei einer Anordnung, bei welcher mehrere Lichtemitterelemente in einer einzigen Lichtemittervorrichtung vorhanden sind, ist es erforderlich, deutlich die Kontrastgrenze zwischen den Lichtemitterelementen festzulegen, wenn die einzelnen Lichtemitterelemente selektiv aktiviert werden. Beispielsweise bei einer Konstruktion, bei welcher ein Linsenelement gemeinsam von mehreren Lichtemitterelementen genutzt wird, wird dann, wenn selektiv die Lichtemitterelemente aktiviert werden, Licht, das von jedem Lichtemitterelement einfällt, durchge lassen. Alternativ tritt beispielsweise ein Problem auf, wenn eine Linse, die dazu gedacht ist, Licht von einem Lichtemitterelement zu empfangen, Licht von anderen Lichtemitterelementen empfängt. Dies führt dazu, dass die optische Konstruktion schwierig wird, und Probleme wie beispielsweise die Erzeugung von Streulicht auftreten.
Um derartige Probleme zu überwinden, ist es beispielsweise bei einer Lichtemittervorrichtung 26, wie sie in 10 gezeigt ist, vorzuziehen, dass ein Lichtabschirmteil 27 als Trennvorrichtung zwischen einem Lichtemitterelement 26a, das zur Ausbildung der ersten Lichtabstrahlung eingesetzt wird, und einem Lichtemitterelement 26b vorgesehen ist, das zur Ausbildung der zweiten Lichtabstrahlung eingesetzt wird. Als Lichtabschirmteil wird ein allgemein bekanntes Material eingesetzt, das nicht nur eine geringe Lichtdurchlässigkeit aufweist, sondern auch eine wünschenswerte Wärmeleitfähigkeit.
Daher wird ermöglicht, deutlich einen Lichtaussendebereich festzulegen, wenn jedes Lichtemitterelement im Betrieb ist, so dass kein Licht auf ein Lichtemitterelement von anderen Lichtemitterelementen einfällt, welche einen Grenzbereich zu dem benachbarten Bereich kreuzen. Daher kann jeder Bereich als unabhängige Lichtquelle angesehen werden.
Die voranstehende Ausführungsform wurde unter Bezugnahme auf ein Beispiel beschrieben, bei welchem ein Lichtemitterelement für jede Lichtabstrahlung vorhanden ist. Allerdings ist die Erfindung nicht auf eine derartige Anordnung beschränkt, und kann auch eine Konstruktion eingesetzt werden, bei welcher zwei oder mehr Lichtemitterelemente pro Lichtabstrahlung eingesetzt werden.
Beispielsweise treten, wie in 11 gezeigt, bei einer Anordnung, bei welcher mehrere Lichtemitterelemente angeordnet sind, um Abblendlicht zu erzeugen, und die Exaktheit der Positionierung zwischen den Lichtemitterelementen gering ist, Probleme auf, wie beispielsweise die Tatsache, dass das projizierte Bild nicht ausgerichtet ist, und keine deutliche Abschneidelinie auftritt.
In 11 gibt eine durchgezogene Linie K, die als einfach gestrichelte Linie dargestellt ist, eine Linie zur Abschneidelinienausbildung an. Es besteht kein Problem, wenn die Seiten der Lichtemitterelemente ausgerichtet sind, beispielsweise Lichtemitterelemente 28, die mit durchgezogenen Linien dargestellt sind, in Bezug auf die gerade Linie K. Allerdings ist es schwierig, ordnungsgemäß die Lichtverteilung der Lichtemitterelemente 28' zu steuern, die so angeordnet sind, dass sie nicht in Bezug auf die gerade Linie K ausgerichtet sind, wie dies vergrößert gestrichelt dargestellt ist.
Daher sollte die relative Positionstoleranz zwischen mehreren der Lichtemitterelemente, die in derselben Lichtemittervorrichtung angeordnet sind, vorzugsweise so festgelegt sein, dass sie nicht mehr als ±0,01 mm beträgt. Speziell ist es erforderlich, die Seite jedes Lichtemitterelements entlang einer geraden Linie anzuordnen, um die Abschneidelinie deutlich auszubilden.
Die 12 und 13 zeigen Beispiele für Konstruktionen eines Fahrzeugscheinwerfers, der gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, und speziell eines Abstrahlungsabschnitts. Die Konstruktion weist ein optisches Projektorsystem auf, welches folgende Betriebsarten aufweist:

(A) eine Betriebsart, bei welcher hauptsächlich direktes Licht von der Lichtemittervorrichtung eingesetzt wird (12), und
(B) eine Betriebsart, bei welcher hauptsächlich Licht eingesetzt wird, das von dem Reflektor reflektiert wird, nachdem es von der Lichtemittervorrichtung ausgesandt wurde (13).

Bei einem Fahrzeugscheinwerfer 29, wie er in 12 gezeigt ist, wird ein optisches System (ein optisches Projektorsystem) 31 eingesetzt, welches eine Projektorlinse 30 aufweist. Bei diesem Beispiel ist nämlich eine Anordnung vorhanden, bei welcher eine Lichtemittervorrichtung 32, ein Lichtabschirmteil (Abschirmung) 33, und eine Projektorlinse 30 vorgesehen sind, und die Lichtemittervorrichtung 32 und das Lichtabschirmteil 33 auf einem Halterungsteil 34 angebracht sind. Weiterhin ist ein objektseitiger Brennpunkt der Projektorlinse 30 nahe an dem oberen Rand des Lichtabschirmteils 33 eingestellt. Es ist vorzuziehen, den oberen Rand des Lichtabschirmteils 33 so nahe an der Lichtemittervorrichtung 32 wie möglich einzustellen, um das Bild, das durch teilweise abgeschirmtes Licht von der Lichtemittervorrichtung 32 ausgebildet wird, an dem oberen Rand des Lichtabschirmteils 33 zu projizieren.
Die optischen Achsen der Lichtemittervorrichtung 32 und der Leuchte verlaufen parallel. Licht, das von der Lichtemittervorrichtung ausgesandt wird, nämlich Licht, das nicht durch das Lichtabschirmteil 33 abgesperrt wird, das sich vor der Lichtemittervorrichtung befindet, wird in Vorwärtsrichtung als Licht gerichtet, nach Durchgang durch die Projektorlinse 30. Eine Abschneidelinie, die eine Kontrastgrenze in dem Lichtverteilungsmuster ausbildet, wird durch das obere Ende des Lichtabschirmteils 33 ausgebildet. Im Allgemeinen wird, je größer der Abstrahlungswinkel des Lichts ist, das von der Lichtemittervorrichtung 32 ausgesandt wird, die Menge an Licht desto größer, das nicht durch die Projektorlinse 30 hindurchgeht, und ist in Bezug auf die Beleuchtung verloren. Daher ist es erforderlich, den Divergenzwinkel festzulegen, unter Berücksichtigung des Durchmessers der Projektorlinse und von deren Ort.
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. Bei diesem Beispiel ist nämlich die Leuchte mit einer Lichtemittervorrichtung 39 versehen, dem Reflektor 37, der Projektorlinse 36, und einem Halterungsteil 40 für die Lichtemittervorrichtung 39. Die Projektorlinse 36 ist kurbelförmig ausgebildet, bei Betrachtung von der Seite aus. Ein Teil des Halterungsteils dient als ein Lichtabschirmteil 40a. Der Brennpunkt des Reflektors 37 ist auf die Lichtaussendeoberfläche des Lichtemitterelements der Lichtemittervorrichtung 39 oder in deren Nähe eingestellt, und der objektseitige Brennpunkt der Projektorlinse 36 ist auf die Nähe des Lichtabschirmteils 40a eingestellt. Die Form der reflektierenden Oberfläche kann ein Rotations-Ellipsoid sein, eine Ellipsoid-Paraboloid-Zusammensetzung, oder eine Freiformoberfläche. Im letztgenannten Fall kann das Ausmaß der konstruktiven Freiheit dadurch verbessert werden, dass eine mathematische Bearbeitung bei der gekrümmten Oberfläche auf Grundlage der Basisoberflächen durchgeführt wird.
Die Lichtemittervorrichtung 39 ist auf dem Halterungsteil 40 so angebracht, so dass ihre optische Achse orthogonal zur op tischen Achse der Leuchte verläuft. Der Hauptanteil des Lichts, das von der Lichtemittervorrichtung 30 ausgesandt wird, wird durch die reflektierende Oberfläche des Reflektors 37 reflektiert. Licht I, das in Vorwärtsrichtung gerichtet ist, nämlich Licht, das nicht durch das Lichtabschirmteil 40a abgeschirmt wird, gelangt durch die Projektorlinse 36 so hindurch, dass es als Licht abgestrahlt wird. Eine Abschneidelinie, welche eine Kontrastgrenze in dem Lichtverteilungsmuster bildet, wird durch den oberen Rand des Lichtabschirmteils 40a ausgebildet. Die Lichtflussnutzungsrate kann dadurch verbessert werden, dass ein ebener Reflektor 41 zwischen der Lichtemittervorrichtung 39 und dem Lichtabschirmteil 40a vorgesehen wird. Es ist möglich, Bauteile des optischen Systems mit größerer Genauigkeit in Bezug auf beispielsweise die Montageposition der Lichtemittervorrichtung 39, die Position des oberen Randes des Lichtabschirmteils 40a, und den Brennpunkt der Projektorlinse 36 auszubilden, durch einstückige oder vereinigte Ausbildung des Halterungsteils 40 und der Projektorlinse 36 unter Verwendung eines transparenten Materials.
Bei der voranstehend geschilderten Konstruktion, bei welcher zwei oder mehr unterschiedliche Lichtverteilungsmuster durch selektives Aktivieren von Lichtemitterelementen umgeschaltet werden, können das Design der Lichtverteilung und das optische Design einfach ausgeführt werden. Speziell können durch Einsatz bevorzugter Formen und Ausbildungen der Lichtemitterelemente und unter Berücksichtigung der gewünschten Fernlicht- und Abblendlicht-Lichtverteilungsmuster optische Bauelemente, wie beispielsweise ein Reflektor, einfach ausgelegt werden. Darüber hinaus ist eine derartige Konstruktion in der Hinsicht vorzuziehen, um Raum zu sparen, und die Abmessungen des optischen Systems zu verringern, einschließlich der Lichtemittervorrichtung.
Wie aus der voranstehenden Beschreibung deutlich wird, wird der Entwurf eines geeigneten optischen Systems dadurch einfach, dass ausgewählte Lichtemitterelemente in der Lichtemittervorrichtung entsprechend dem zu erzeugenden Lichtmuster aktiviert werden.
Daher können projizierte Muster, die für eine Fernlicht-Lichtverteilung und eine Abblendlicht-Lichtverteilung geeignet sind, für einen Fahrzeugscheinwerfer, einfach erhalten werden.
Darüber hinaus wird ermöglicht, eine deutliche Abschneidelinie bei der Abblendlicht-Lichtverteilung einfach durch Verwendung der vorliegenden Erfindung zu erzielen.
Weiterhin wird ermöglicht, Einschränkungen in Bezug auf das optische Design des Reflektors oder dergleichen zu verringern, durch Festlegung von Relativpositionen der beiden Lichtemitterelemente innerhalb eines bestimmten Bereichs. Daher können beispielsweise geeignete Fernlicht- und Abblendlicht-Verteilungsmuster unter Verwendung desselben Reflektors erhalten werden.
Darüber hinaus können die beiden Lichtemitterelemente optisch getrennt werden, so dass bei Licht von einem Bereich verhindert wird, dass es auf den anderen Lichtaussendebereich einfällt, durch Bereitstellung eines Lichtabschirmteils in einem Grenzbereich der Lichtemitterelemente.
Weiterhin wird für Fachleute auf diesem Gebiet deutlich, dass verschiedene Änderungen in Bezug auf die Form und Einzelheiten der Erfindung vorgenommen werden können, wie sie voran stehend geschildert wurde. Derartige Änderungen sollen vom Wesen und Umfang der beigefügten Patentansprüche umfasst sein.

Claims

Fahrzeugscheinwerfer, der eine Halbleiter-Lichtemittervorrichtung (19, 26, 32, 39) und ein optisches System aufweist, welches zumindest entweder einen Reflektor (37) oder eine Linse (30, 36) aufweist, wobei die Lichtemittervorrichtung zumindest ein Halbleiter-Lichtemitterelement (19a, 26a) zur Ausbildung eines ersten Beleuchtungsstrahls und zumindest ein Halbleiter-Lichtemitterelement zur Ausbildung eines zweiten Beleuchtungsstrahls (19b, 26b) aufweist, und die Beleuchtungsstrahlen durch selektives Aktivieren ausgewählter Lichtemitterelemente (19a, 19b, 26a, 26b) zur Ausbildung des ersten und des zweiten Beleuchtungsstrahls schaltbar sind, wobei jedes der Lichtemitterelemente (19a, 19b, 26a, 26b) eine in Horizontalrichtung längliche Form aufweist, die sich in Horizontalrichtung orthogonal zur optischen Achse der Lichtemittervorrichtung erstreckt, und ein Lichtverteilungsmuster durch Aufweiten eines Lichtquellenbildes der Lichtemitterelemente hauptsächlich in der Horizontalrichtung durch das optisches System ausgebildet wird.
Fahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 1, bei welchem der erste Beleuchtungsstrahl Fernlicht ist, und der zweite Beleuchtungsstrahl Abblendlicht.
Fahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 1, bei welchem die Lichtemittervorrichtung eine Linse (20) aufweist, die Lichtemittervorrichtungen zur Ausbildung des Fernlichts und des Abblendlichts jeweils in einer Anzahl von eins vorgesehen sind, das Lichtemitterelement zur Ausbildung des Fernlichts eine rechteckige Form aufweist, betrachtet in Richtung der optischen Achse der Lichtemittervorrichtung, und eine lange Seite (19b) des Lichtemitterelements zur Ausbildung des Fernlichtes (19b) sich mit einer Zentrumsachse der Linse der Lichtemittervorrichtung schneidet und orthogonal hierzu verläuft.
Fahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 3, bei welchem eine Entfernung zwischen einer langen Seite (19b) der beiden langen Seiten des Lichtemitterelements zur Ausbildung des Fernlichts (19b), welche näher an dem Lichtemitterelement zur Ausbildung des Abblendlichts (19a) liegt, und einem Zentrum des Lichtemitterelements zur Ausbildung des Abblendlichts im Bereich von 0,3 bis 1 mm in einer Richtung orthogonal zu einer Richtung der optischen Achse der Lichtemittervorrichtung liegt.
Fahrzeugleuchte nach Anspruch 1, welche weiterhin ein Lichtabschirmteil (27) aufweist, dass zwischen dem zumindest einen Lichtemitterelement zur Ausbildung des ersten Strahls (26a) und dem zumindest einen Lichtemitterelement zur Ausbildung des zweiten Strahls (26b) liegt.
Fahrzeugscheinwerfer nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welchem jedes Lichtemitterelement an einer gegenüber einer optischen Achse einer Linse versetzten Position angebracht ist.