DE69318354T2

DE69318354T2 - Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE69318354T2
Application number: DE69318354T
Authority: DE
Inventors: Stefania Masuelli; Pietro Perlo
Original assignee: Magneti Marelli SpA
Current assignee: Marelli Europe SpA
Priority date: 1992-07-24
Filing date: 1993-07-23
Publication date: 1998-09-10
Anticipated expiration: 2013-07-24
Also published as: IT1256892B; DE69318354D1; ITTO920635A0; EP0584547B1; EP0584547A1; ES2115701T3; ITTO920635A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lampe, die besonders zur Verwendung bei der Herstellung von Kraftfahrzeugscheinwerfern geeignet ist.
Bekanntlich muß die Verteilung des Lichtflusses, emittiert von bestimmten Lampen, beispielsweise Kraftfahrzeugscheinwerfern, bestimmten Bedingungen genügen, um angemessene Beleuchtung zu erzielen, und muß den Vorschriften entsprechen, die in verschiedenen Normen und Regelungen niedergelegt sind.
Die Verteilung des Lichtflusses (sowohl hinsichtlich der Richtung der emittierten Strahlen als auch ihrer Intensität) in den Bereich außerhalb der Lampe wird gegenwärtig unter Anwendung verschiedener prismatischer Mittel erzielt, welche, als Ergebnis von Totalreflektion und Beugung, die Richtung der Lichtstrahlen modifizieren, die auf die Mittel selbst auftreffen; in bestimmten Fällen werden diese Prismen direkt auf den Wandungen geformt, die die Front der Lampe begrenzen.
Lampen dieses Typs haben sich als etwas kompliziert hinsichtlich ihrer Struktur und wegen der großen Zahl von Teilen erwiesen, aus denen sie aufgebaut sind, und wegen der Form einiger dieser Teile; darüber hinaus nehmen sie viel Platz ein, und zusätzliche, besonders trickreiche, Arbeitsgänge sind erforderlich, um sie auf den Fahrzeugstoßfängern zu montieren.
Um den von den Kraftfahrzeugscheinwerfern emittierten Lichtfluß zu steuern, sind auch holographische Optiken vorgeschlagen worden; verschiedene Optiken dieses Typs sind in U.S.-Patenten Nr. 4.713.738, Nr. 4.722.037 und Nr. 4.536.833 beschrieben.
Das erste dieser Patente beschreibt einen Scheinwerfer mit einem Reflektor, in dem eine Lichtquelle angeordnet ist und auf dessen Oberfläche ein holographisches optisches Element plaziert ist, so daß das von der Quelle emittierte Licht auf das erwähnte Element auftrifft und von dort gleichzeitig gebeugt und reflektiert in Richtung des Bereichs außerhalb der Beleuchtungseinrichtung kommt.
Das zweite Patent beschreibt eine Kraftfahrzeugsbeleuchtungseinrichtung, versehen mit zwei verschiedenen Quellen monochromatischen Lichts und mit einer transparenten Wandung, auf der ein optisches holographisches Element plaziert ist; dieses Element ist so gesetzt, daß es unterschiedliche Beugewirkung auf die beiden Lichtflüsse, emittiert von jeder der Quellen, ausübt, derart, daß der von einer dieser Quellen emittierte Lichtfluß die Einrichtung in einer Richtung verläßt, während jener, der von der anderen Quelle emittiert wird, die Einrichtung in einer abweichenden Richtung verläßt.
Die optischen Einrichtungen, versehen mit den holographischen Elementen des beschriebenen Typs, haben bestimmte Nachteile. Wenn sie unter Anwendung von weißem Licht arbeiten sollen, wie dies der Fall bei der Einrichtung nach dem ersterwähnten Patent ist, unterliegt der von der Einrichtung emittierte Lichtfluß signifikanter Winkelstreuung, und die optische Effizienz ist erheblich verringert; bei der Einrichtung nach dem zweiten Patent sind nicht nur die erwähnten Nachteile vorhanden, sondern es gibt den zusätzlichen Nachteil, daß sie nur angemessen unter Verwendung von monochromatischen Licht betrieben werden kann.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lampe, insbesondere zur Verwendung bei Kraftfahrzeugen, zu schaffen, die nicht die erwähnten Nachteile aufweist und mit der es möglich ist, eine vorbestimmte räumliche Verteilung des von der Lampe emittierten Lichtflusses zu erzielen.
Dieses Ziel wird erreicht mittels der Lampe, die in Anspruch 1 beansprucht ist.
Um eine deutlichere Vorstellung von der Struktur der Lampe der vorliegenden Erfindung zu vermitteln wie auch der Art und Weise, in welcher sie funktioniert, soll nun eine detailliertere Beschreibung anhand eines Beispiels erfolgen, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, welche zeigen:
- Figur 1 einen diagrammartigen Vertikalschnitt eines Kraftfahrzeugscheinwerfers, hergestellt gemäß dem Konzept der vorliegenden Erfindung;
- Figuren 2 bzw. 3 diagrammartige Schnitte einer Lampe bzw. einer lichtemittierenden Diode, aufgebaut entsprechend dem Konzept der vorliegenden Erfindung;
- Figuren 4 bzw. 5 alternative Ausführungsformen der Lampe und des Emitters nach Figuren 2 bzw. 3;
- Figur 6 einen Endabschnitt einer optischen Faser, die die Lampe gemäß dem Konzept der vorliegenden Erfindung bilden kann;
- Figuren 7 und 8 diagrammartige Vertikalschnitte anderer Ausführungsformen eines Kraftfahrzeugscheinwerfers, aufgebaut gemäß der Erfindung;
- Figuren 9 bzw. 10 vertikale diagrammartige Schnitte einer Lampe und einer LED, entsprechend verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung;
- Figur 11 einen vertikalen diagrammartigen Schnitt einer weiteren Ausführungsform eines Kraftfahrzeugscheinwerfers.
Die Lampe der Erfindung ist besonders geeignet, zur Verwendung bei der Herstellung eines Kraftfahrzeugscheinwerfers, wie in einigen der beigefügten Figuren gezeigt; sie führt aber auch zur Anwendung in der Produktion von Einrichtungen, die für andere Zwecke konstruiert sind, und insbesondere bei der Herstellung von Lampen oder lichtabstrahlenden Sendern, wie in einigen der beigefügten Figuren gezeigt.
Bezug nehmend zuerst auf Figur 1, die diagrammartig einen Kraftfahrzeugscheinwerfer zeigt, ist die Lampe in der Lage, einen Lichtfluß in den Bereich 1 außerhalb der Lampe auszusenden; welche letztere eine Quelle für die Erzeugung von Lichtstrahlung 2 umfaßt, beispielsweise eine Glühlampe, erste Beugungsmittel 3, die so angeordnet sind, daß auf sie der von der Quelle 2 emittierte Lichtstrahlungsfluß 4 auftrifft, und die in der Lage sind, einen ersten Fluß von gebeugten Lichtstrahlen 5 zu emittieren, welche Lampe ferner zweite Beugungsmittel 6 umfaßt, die so angeordnet sind, daß auf sie der erste Fluß von Strahlen 5 auftrifft, und so, daß sie ihrerseits einen zweiten Fluß von gebeugten Lichtstrahlen 7 emittieren.
Gemäß der Erfindung sind die zweiten Beugungsmittel 6 so gewählt, daß die Charakteristiken der Strahlen des Lichtflusses 5, der die ersten Beugungsmittel 3 verläßt, korrigiert und modifiziert werden, so daß die Charakteristiken des die Lampe verlassenden Lichtflusses vorbestimmten Charakteristiken entsprechen.
Gemäß der Erfindung sind die zweiten Beugungsmittel 6 so eingestellt, daß sie in unten zu beschreibender Weise die Verteilung des Lichtflusses korrigieren. Bei den vorgeschlagenen Beleuchtungssystemen interferiert die restliche chromatische Dispersion des Lichtflusses nicht mit der visuellen Wahrnehmung.
Vorteilhafterweise befinden sich die ersten und zweiten Beugungsmittel 3 bzw. 6 auf entsprechenden Oberflächen 8 bzw. 9 mindestens einer transparenten Frontwandung 10 der Lampe, welche Wandung sich zwischen der Quelle und dem außerhalb liegenden Bereich 1 befindet, derart, daß die oben erwähnten Mittel hintereinander längs der Strecke des Lichtflusses 4, 5 und 7 sind, der von der Quelle 2 stammt. Vorteilhafterweise und für diesen Zweck umfaßt der Scheinwerfer 1 einen Reflektor 11, dessen Oberfläche 12 die Lichtstrahlung reflektieren kann, die von der Quelle 2 in Richtung der Beugungsmittel 3 und 6 emittiert wird.
Die transparente Frontwandung, auf der die Beugungsmittel 3 und 6 angebracht sind, kann vorteilhafterweise die Wandung 15 einer Glühlampe (Figur 2) oder eines Lichtstrahlungsemittenten vom Typ der lichtemittierenden Diode sein, dargestellt in Figuren 2 bzw. 3. In diesem Falle sind die ersten und zweiten Mittel 3 bzw. 6 auf der Innenseite bzw. Außenseite der oben erwähnten Wandung plaziert. Alternativ und gemäß einer Variante, dargestellt in Figuren 4 und 5, kann sich das erste Beugungsmittel 3 auf der Außenoberfläche der Wandung 15 befinden, während sich das zweite Beugungsmittel 6 auf der Innenoberfläche der Wandung 16 einer Kappe befinden kann, die auf der Glühlampe oder dem Emittenten angebracht ist; vorteilhafterweise kann bei den Ausführungsformen der Figuren 2 und 4 die Lampe mit einem geeigneten reflektierenden Schirm 17 ausgestattet sein, der in der Lage ist, den Lichtfluß, der von der Wendel 18 der Lampe erzeugt wird, in Richtung der Beugungsmittel 3 und 6 zu verteilen.
Gemäß dem gleichen erfinderischen Konzept kann eine Lampe unter Verwendung einer optischen Faser von dem in Figur 6 gezeigten und mit 19 bezeichneten Typ hergestellt werden, die dann als Lichtstrahlungsquelle dient. In diesem Falle befinden sich die Beugungsmittel 3 auf der Innenoberfläche einer Wandung 20 einer Kappe, welche den imitierenden Querschnitt 21 der optischen Faser abdeckt, während die zweiten Beugungsmittel 6 sich auf der Außenoberfläche dieser Kappe befinden.
Gemäß der in Figur 7 gezeigten Ausführungsform befinden sich die ersten Beugungsmittel 3 auf der Außenoberfläche eines Teils der Wandung 15 einer Glühlampe 22, während die zweiten Beugungsmittel 6 auf der Innenoberfläche der Wandung 10 vorgesehen sind, welche die Lampe nach vorn abschließt.
Gemäß der Erfindung können sich die ersten Beugungsmittel 3 oder die zweiten Beugungsmittel 6 auf einer reflektierenden Oberfläche der Lampe befinden, wie in Figuren 8, 9, 10 und 11 gezeigt worden ist. Gemäß der in Figur 8 gezeigten Ausführungsform befinden sich die ersten Beugungsmittel 3 auf der Oberfläche 12 des Reflektors 11, während sich die zweiten Beugungsmittel 6 auf der Innenoberfläche 8 der Frontwandung 10 der Lampe zwischen der Quelle 2 und dem außerhalb liegenden Bereich 1 befinden.
In dieser Ausführungsform wird der von der Quelle 2 emittierte Lichtfluß 4 die ersten Beugungsmittel 3 gebeugt und gleichzeitig von der Oberfläche 12 der Wandung 11 reflektiert; der von den Beugungsmitteln 3 herrührende Fluß 5 wird in Richtung der zweiten Beugungsmittel 6 gerichtet, um zu veranlassen, daß der Fluß 7 in Richtung des außerhalb liegenden Bereiches 1 austritt.
Gemäß der in Figuren 9 und 10 gezeigten Ausführungsform ist die reflektierende Oberfläche, auf der sich die ersten Beugungsmittel 3 befinden, die Oberfläche 25 eines Abschnitts der Wandung 15 einer Glühlampe (Figur 9) or einer LED (Figur 10); in diesen Lampen sind die zweiten Beugungsmittel 6 stattdessen auf der Außenoberfläche des Abschnitts der Wandung 15 angeordnet, welche die Lampe frontseitig begrenzt.
In diesem Falle wird der Lichtfluß 4, erzeugt von der Lichtquelle 18, durch die Beugungsmittel 3 gebeugt und durch die Oberfläche 25 der Wandung 15 reflektiert, wodurch der Fluß 5 erzeugt wird, der seinerseits durch die zweiten Beugungsmittel 6 so gebeugt wird, daß der austretende Lichtfluß 7 erzeugt wird.
Gemäß der in Figur 11 gezeigten Ausführungsform sind die ersten Beugungsmittel 3 auf der Außenoberfläche eines Abschnitts der Wandung 15 der Glühlampe 22 angeordnet, während die zweiten Beugungsmittel 6 sich auf der Oberfläche 12 der Wandung 11 des Reflektors befinden. Vorteilhafterweise wird in diesem Falle die Frontpartie der Wandung 15 mittels eines geeigneten Schirms 26 abgeschirmt. Auch in diesem Falle wird der von der Strahlungsquelle erzeugte Fluß 4 durch die ersten Mittel 3 so gebeugt, daß der Fluß 5 erzeugt wird, der seinerseits durch die zweiten Mittel 6 gebeugt wird, um den Fluß 7 zu ergeben, der die Lampe verläßt.
Die Beugungsmittel 3 und 6 umfassen beugende Fortsätze, die in einer vorbestimmten Konfiguration angeordnet sind. Diese Fortsätze können direkt auf den Oberflächen geformt werden, auf denen die Beugungsmittel selbst positioniert sind, oder stattdessen, gemäß einer alternativen Version, können sie auf einem Support gebildet oder aufgetragen werden, der auf den oben erwähnten Oberflächen angebracht wird.
Die Beugungsmittel können zusätzlich zu den beugenden Fortsätzen von dem Typ sein, der eine Phasenmodulation hervorruft, oder auch von dem Typ mit Amplitudenmodulation. Diese Mittel umfassen vorteilhafterweise Hologramme, die vom Typ des "computergenerierten Hologramms" sein können. Die beugenden Reliefs der Beugungsmittel 3 und 6 oder die Hologramme, welche einen Teil der Mittel selbst bilden, können unter Anwendung irgendeiner bekannten Technik erhalten werden, beispielsweise unter Anwendung eines Mehrniveauprozesses des Typs mit binearen diffraktiven Optiken; die Vervielfältigung kann unter Anwendung von Mikroelektroniken ausgeführt werden mittels direkter Abformung oder mittels des Prozesses, der als "bossieren" bezeichnet wird, oder durch Formgebung mittels irgendeiner anderen bekannten Technik, die bei der Vervielfachung von diffraktiven Optiken angewandt wird.
Das Element, das die Beugungsmittel 3 und 6 trägt, kann ein Kunststoffilm sein oder eine geeignete Lage von Material, aufgebracht auf eine Oberfläche der Lampe, und auf der nachfolgend beugende Reliefs eingeschnitten werden. Das Hologramm 2 kann auf einer Kunststoffbahn aufgezeichnet werden oder auf einer Schicht eines geeigneten Materials, das auf eine Oberfläche der Lampe aufgebracht worden ist, beispielsweise vom glasartigen Materialtyp. Diese Materialbahnen kznnen vorteilhafterweise an der Oberfläche der Lampe angebracht werden, indem man einen geeigneten Kleber verwendet, und sie können mit einer geeigneten Schutzschicht abgedeckt werden, deren Beugungsindex geeignet ausgewählt wird, um einen hohen Wirkungsgrad für die Lampe zu erzielen.
Damit die zweiten Beugungsmittel 6 ihre Funktion ausführen, für die sie bestimmt sind, das heißt, die der Korrektur und Modifikation der Charakteristiken der Strahlen des Lichtflusses, die auf sie auftreffen, um einen gebeugten Lichtfluß zu erhalten, der vorbestimmte Charakteristiken hat, und insbesondere eine vollständig vernachlässigbare Winkeldispersion, muß die Auslegung des beugenden Reliefs oder des Hologramms der zweiten Beugungsmittel 6 in geeigneter Weise gewählt werden und eng mit der entsprechenden Auslegung der Beugungsmittel 3 korreliert sein. Bekannte computergestützte Techniken können verwendet werden, um ein solches Resultat zu erzielen.
Gemäß der Erfindung können die ersten und/oder zweiten Beugungsmittel 3 bzw. 6 eine Mehrzahl von Hologrammen umfassen, die nebeneinander angeordnet sind; jede derselben ist in der Lage, einen entsprechenden Fluß von gebeugten Strahlen zu erzeugen, und die Auslegung jedes der oben genannten Hologramme wird so gewählt, daß der Lichtfluß, herrührend von der Überlagung der verschiedenen Flüsse, vorbestimmte optische Charakteristiken aufweist.
In allen beschriebenen Ausführungsformen kann die spezifische Auslegung der Beugungsmittel 3 und 6 auch verwendet werden, um eine geeignete chromatische Steuerung des Flusses 7 zu erzielen, der aus der Lampe gemäß der Erfindung austritt. Dies deshalb, weil die von den beugenden Elementen ausgeübte Wirkung auch von der Wellenlänge der Lichtstrahlen abhängt, die auf sie auftreffen: Es ist deshalb möglich, einen aus der Lampe austretenden Lichtfluß zu erhalten, der von einer vorbestimmten Farbe ist oder der eine gewünschte chromatische Verteilung innerhalb des Flusses selbst besitzt.

Claims

1. Lampe, insbesondere zur Verwendung bei Kraftfahrzeugen, welche eine Quelle zur Erzeugung von Lichtstrahlen umfaßt und in der Lage ist, einen Lichtfluß mit vorbestimmten Charakteristiken in einen Bereich außerhalb der Lampe zu emittieren, welche Lampe erste Beugungsmittel (3) umfaßt, die so angeordnet sind, daß die von der Quelle emittierte Lichtstrahlung (4) auf sie auftreffen und einen ersten Lichtfluß von gebeugten Strahlen (5) emittieren, und zweite Beugungsmittel (6) aufweist, die so angeordnet sind, daß sie von dem ersten Fluß (5) getroffen werden und einen zweiten Fluß gebeugter Strahlen (7) emittieren können, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Beugungsmittel (6) sich in Abstand von den ersten Beugungsmitteln (3) befinden und so eingestellt sind, daß sie die Charakteristiken der Strahlen des ersten Lichtflusses (5) derart korrigieren und modifizieren, daß die Charakteristik des zweiten Lichtflusses (7) den vorbestimmten Charakteristiken entspricht, welche ersten (3) und zweiten (6) Beugungsmittel beugende Fortsätze umfassen, die in einer vorbestimmten Konfiguration angeordnet sind.

2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Beugungsmittel (6) so eingestellt sind, daß sie die Winkelverteilung der Strahlen des ersten Lichtflusses (5) korrigieren.

3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die ersten (3) als auch die zweiten (6) Beugungsmittel auf entsprechenden Oberflächen (8,9) mindestens einer transparenten Frontwandung (10) der Lampe positioniert sind, welche Wandung sich zwischen der Quelle und dem äußeren Bereich befindet, derart, daß die Mittel hintereinander längs des Pfades der von der Quelle in Richtung des Bereiches emittierten Lichtstrahlen liegen.

4. Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Frontwandung (10) eine Wandung ist, die die Lampe frontseitig abschließt.

5. Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Frontwandung (10) die Wandung (15) eines Lampenkolbens oder einer lichtemittierenden Diode ist.

6. Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung die transparente Wandung einer Kappe (20) ist, die auf dem emittierenden Querschnitt (21) einer optischen Faser angeordnet ist.

7. Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Beugungsmittel (3) auf einer Oberfläche einer Wandung (15) eines Lampenkolbens oder einer lichtemittierenden Diode positioniert ist und das zweite Beugungsmittel (6) auf einer Oberfläche einer transparenten Kappe (16), angebracht an dem Kolben oder an der Diode.

8. Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Beugungsmittel (3) auf der Oberfläche einer Wandung (15) eines Lampenkolbens (22) positioniert ist und das zweite Beugungsmittel (6) auf der Oberfläche einer Wandung (10) positioniert ist, die die Lampe frontseitig abschließt.

9. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Beugungsmittel (3) auf einer reflektierenden Oberfläche (12) der Lampe positioniert ist und das zweite Beugungsmittel (6) auf einer Frontwandung (10) der Lampe positioniert ist, welche Wandung sich zwischen der Quelle und dem Bereich außerhalb befindet, wobei die reflektierende Oberfläche (12) in der Lage ist, die gebeugten Strahlen von dem ersten Beugungsmittel (3) in Richtung der zweiten Beugungsmittel (6) zu reflektieren.

10. Lampe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Oberfläche (12) die Oberfläche des Reflektors (11) eines Kraftfahrzeugscheinwerfers ist.

11. Lampe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Oberfläche (12) eine Oberfläche (25) eines Abschnitts der Wandung (15) eines Lampenkolbens oder einer lichtemittierenden Diode ist, und daß die Frontwandung der Abschnitt der Wandung ist, welche den Kolben frontseitig begrenzt.

12. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Beugungsmittel (3) auf einer Oberfläche eines Lampenkolbens oder einer lichtemittierenden Diode positioniert ist und die zweiten Beugungsmittel (6) sich auf einer Oberfläche (12) eines Reflektors befinden, innerhalb welchem der Kolben oder die Diode untergebracht sind.

13. Lampe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beugenden Fortsätze direkt auf den Oberflächen geformt sind, auf denen die Mittel selbst positioniert sind.

14. Lampe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beugenden Fortsätze auf einem Support, angebracht an den Oberflächen, ausgebildet oder aufgebracht sind.

15. Lampe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beugungsmittel (3, 6) von dem Typ mit Fasenmodulation sind und irgendein Profil aufweisen, das einen hohen Effizienzwert ergeben kann.

16. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Beugungsmittel (3, 6) vom Typ mit Amplitudenmodulation sind.

17. Lampe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beugungsmittel (3, 6) Hologramme umfassen.

18. Lampe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Hologramme vom "computererzeugten-Hologramm"-Typ sind.

19. Lampe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Hologramme vom "Kinoform"-Typ sind.

20. Lampe nach einem der Anspruche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und/oder zweiten Beugungsmittel (3, 6) eine Mehrzahl von Hologrammen umfassen, die nahe zueinander angeordnet sind, wobei jedes der Hologramme in der Lage ist, einen entsprechenden Fluß von gebeugten Strahlen zu erzeugen, und wobei die Auslegung ledes der Hologramme so gewählt ist, daß der resultierende Fluß von der Überlagerung der Flüsse die vorbestimmten Charakteristiken aufweist.