EP0489123B1 - Vehicle headlight - Google Patents
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- F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
- F21S41/20—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
- F21S41/28—Cover glass
Definitions
- Such a vehicle lamp is known from US-A-4 545 007.
- This vehicle lamp has a reflector, a light source and a lens.
- the lens has on its inner surface facing the reflector optical elements for deflecting the light rays reflected by the reflector.
- Each element of the lens is designed such that the light rays passing through each element are deflected in the horizontal and / or vertical direction in such a way that they produce the course of a predetermined light distribution that is identical for all elements.
- the elements are designed as aspherical lenses and divided into several areas with different radii of curvature. The design of the elements, that is to say the determination of the size of the various areas and their radii of curvature, in order to generate the predetermined light distribution is very complex.
- FIG. 1 shows a vehicle lamp in a horizontal section
- FIG. 2 shows a section of the lens of the vehicle lamp from FIG. 1
- FIG. 3 shows a vertical section through the lens of the vehicle lamp
- FIG. 4 shows a horizontal section through the lens
- FIG. 5 shows a predetermined light distribution in a network
- FIG 6 shows the course of light distribution approximated in a horizontal section through the light distribution with a bell curve
- FIG. 7 shows the course of light distribution approximated in a vertical section through the light distribution with a bell curve
- FIG. 8 shows the lens in horizontal section in a coordinate system
- Figure 10 shows a variant of the lens of Figure 2.
- Each element 14 is divided into a plurality of partial prisms, with a flat surface running tangential to an envelope curve of the inner surface of the element.
- the envelope curve has a convex course overall.
- a coordinate system is defined by the vertical axis 16, the transverse axis 17 arranged perpendicular to the vertical axis and a longitudinal axis 18 of the motor vehicle perpendicular to the vertical and transverse axes, which is also referred to as a network.
- a desired light distribution is specified in a known manner in the form of lines of the same light intensity arranged on a measuring screen arranged perpendicular to the optical axis of the lamp extending parallel to the longitudinal axis 18 of the vehicle, so-called isolux lines 19.
- the course of the isolux lines is in one on the measuring screen a horizontal axis 21, on which the horizontal angle ⁇ A to the optical axis of the luminaire is plotted, and a coordinate system containing a vertical axis 22, on which the vertical angle ⁇ A to the optical axis is plotted.
Landscapes
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- Lighting Device Outwards From Vehicle And Optical Signal (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugleuchte nach der Gattung des Anspruchs 1.The invention relates to a vehicle lamp according to the preamble of claim 1.
Eine solche Fahrzeugleuchte ist durch die US-A-4 545 007 bekannt. Diese Fahrzeugleuchte weist einen Reflektor, eine Lichtquelle und eine Lichtscheibe auf. Die Lichtscheibe weist an ihrer dem Reflektor zugewandten Innenfläche optische Elemente zur Ablenkung der vom Reflektor reflektierten Lichtstrahlen auf. Jedes Element der Lichtscheibe ist so ausgebildet, daß die jeweils durch ein Element tretenden Lichtstrahlen in horizontaler und/oder vertikaler Richtung so abgelenkt werden, daß diese den Verlauf einer vorgegebenen, für alle Elemente identischen Lichtverteilung erzeugen. Die Elemente sind als asphärische Linsen ausgebildet und in mehrere Bereiche mit unterschiedlichen Krümmungsradien unterteilt. Die Auslegung der Elemente, das heißt die Ermittlung der Größe der verschiedenen Bereiche und deren Krümmungsradien, zur Erzeugung der vorgegebenen Lichtverteilung ist dabei sehr aufwendig.Such a vehicle lamp is known from US-A-4 545 007. This vehicle lamp has a reflector, a light source and a lens. The lens has on its inner surface facing the reflector optical elements for deflecting the light rays reflected by the reflector. Each element of the lens is designed such that the light rays passing through each element are deflected in the horizontal and / or vertical direction in such a way that they produce the course of a predetermined light distribution that is identical for all elements. The elements are designed as aspherical lenses and divided into several areas with different radii of curvature. The design of the elements, that is to say the determination of the size of the various areas and their radii of curvature, in order to generate the predetermined light distribution is very complex.
Die erfindungsgemäße Fahrzeugleuchte mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die Aufteilung jedes Elements in eine Vielzahl von Teilprismen mit jeweils ebenen Flächen die Auslegung der Elemente zur Erzeugung der vorgegebenen Lichtverteilung einfach möglich ist.The vehicle lamp according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that by dividing each element into a plurality of partial prisms, each with flat surfaces, the design of the elements for generating the predetermined light distribution is easily possible.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.Advantageous refinements and developments of the invention are specified in the dependent claims.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Fahrzeugleuchte im horizontalen Schnitt, Figur 2 einen Ausschnitt der Lichtscheibe der Fahrzeugleuchte von Figur 1, Figur 3 einen Vertikalschnitt durch die Lichtscheibe der Fahrzeugleuchte, Figur 4 einen Horizontalschnitt durch die Lichtscheibe, Figur 5 eine vorgegebene Lichtverteilung in einem Netz, Figur 6 den in einem Horizontalschnitt durch die Lichtverteilung mit einer Glockenkurve angenäherten Verlauf der Lichtverteilung, Figur 7 den in einem Vertikalschnitt durch die Lichtverteilung mit einer Glockenkurve angenäherten Verlauf der Lichtverteilung, Figur 8 die Lichtscheibe im Horizontalschnitt in einem Koordinatensystem, Figur 9 die Lichtscheibe im Vertikalschnitt in einem Koordinatensystem und Figur 10 eine Variante der Lichtscheibe von Figur 2.An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. 1 shows a vehicle lamp in a horizontal section, FIG. 2 shows a section of the lens of the vehicle lamp from FIG. 1, FIG. 3 shows a vertical section through the lens of the vehicle lamp, FIG. 4 shows a horizontal section through the lens, FIG. 5 shows a predetermined light distribution in a network, FIG 6 shows the course of light distribution approximated in a horizontal section through the light distribution with a bell curve, FIG. 7 shows the course of light distribution approximated in a vertical section through the light distribution with a bell curve, FIG. 8 shows the lens in horizontal section in a coordinate system, a coordinate system and Figure 10 shows a variant of the lens of Figure 2.
Eine in Figur 1 dargestellte Fahrzeugleuchte weist einen Reflektor 10 auf, in den eine Lichtquelle 11 eingesetzt ist. Die Lichtaustrittsöffnung der Leuchte ist mit einer Lichtscheibe 12 abgedeckt. Der Reflektor 10 weist eine von einem Rotationsparaboloid gebildete Reflexionsfläche auf, wobei der Leuchtkörper 13 der Lichtquelle 11 im Brennpunkt des Reflektors angeordnet ist. An der Lichtscheibe 12 sind auf der zum Reflektor weisenden Innenfläche eine Vielzahl optisch wirksamer Elemente 14 angeordnet, durch die die vom Reflektor reflektierten Lichtstrahlen abgelenkt werden. Jedes der Elemente 14 ist im horizontalen und vertikalen Schnitt so ausgebildet, daß von jedem Element 14 eine Lichtverteilung erzeugt wird, die im Verlauf einer vorgegebenen Lichtverteilung entspricht. Durch die Überlagerung der Lichtverteilungen der einzelnen Elemente entsteht die fertige Lichtverteilung im vorgegebenen Verlauf und mit den vorgegebenen Lichtstärkewerten. Jedes Element 14 bildet eine von der Innenseite der Lichtscheibe hervorstehende konvexe Linse mit zum Reflektor gerichteter Wölbung.A vehicle lamp shown in FIG. 1 has a
Vom in Lichtaustrittsrichtung gesehen linken Rand jedes Elements 14 werden die Lichtstrahlen in den rechten Randbereich der vorgegebenen Lichtverteilung abgelenkt, die durch den mittleren Bereich jedes Elements tretenden Lichtstrahlen werden in den mittleren Bereich der Lichtverteilung abgelenkt und die durch den rechten Rand jedes Elements tretenden Lichtstrahlen werden in den linken Randbereich der Lichtverteilung abgelenkt. Entsprechend werden die durch den oberen Rand jedes Elements tretenden Lichtstrahlen in den unteren Bereich der Lichtverteilung abgelenkt, die durch den mittleren Bereich jedes Elements tretenden Lichtstrahlen in den mittleren Bereich der Lichtverteilung und die durch den unteren Rand jedes Elements tretenden Lichtstrahlen in den oberen Randbereich der Lichtverteilung.From the left edge of each
Jedes Element 14 ist in eine Vielzahl von Teilprismen unterteilt, mit tangential zu einer Hüllkurve der Innenoberfläche des Elements verlaufender ebener Fläche. Beim Ausführungsbeispiel hat die Hüllkurve insgesamt einen konvexen Verlauf.Each
In horizontalen und vertikalen Schnitten durch das Element ergeben sich somit Schnittkurven, die aus aneinandergereihten, kurzen Geradenabschnitten bestehen.In horizontal and vertical sections through the element, this results in section curves that consist of short straight sections that are strung together.
Im folgenden wird für eine gegenüber der Hochachse 16 eines Kraftfahrzeugs geneigte und gegenüber einer Querachse 17 des Kraftfahrzeugs geschwenkte Lichtscheibe 12 die Berechnung der Elemente 14 beschrieben. Durch die Hochachse 16, die zur Hochachse senkrecht angeordnete Querachse 17 und eine zur Hoch- und Querachse senkrecht stehende Längsachse 18 des Kraftfahrzeugs, wird ein Koordinatensystem definiert, das auch als Netz bezeichnet wird. Zunächst wird eine gewünschte Lichtverteilung in bekannter Weise in Form von auf einem senkrecht zu der parallel zur Längsachse 18 des Fahrzeugs sich erstreckenden optischen Achse der Leuchte angeordneten Meßschirm verlaufenden Linien gleicher Lichtstärke vorgegeben, sogenannte Isoluxlinien 19. Auf dem Meßschirm ist der Verlauf der Isoluxlinien in einem eine horizontale Achse 21, auf der der horizontale Winkel ω A zur optischen Achse der Leuchte aufgetragen ist, und eine vertikale Achse 22, auf der der vertikale Winkel γ A zur optischen Achse aufgetragen ist, enthaltenden Koordinatensystem eingetragen.The calculation of the
Der Neigungswinkel β und der Schwenkwinkel α, der auch als Pfeilungswinkel bezeichnet wird, der Lichtscheibe 12, genauer der Außenfläche der Lichtscheibe, ist ebenfalls vorgegeben, beispielsweise durch die vom Hersteller des Kraftfahrzeugs bestimmten Einbauverhältnisse, wobei die Lichtscheibe dem Verlauf der Karosserie des Kraftfahrzeugs angepaßt sein kann. Zur Berechnung wird die Lichtscheibe nun sowohl in horizontale als auch in vertikaler Richtung in eine bestimmte Anzahl von Elementen 14 unterteilt, so daß die Länge L jedes Elements in horizontaler Richtung bzw. die Höhe H in vertikaler Richtung gegeben ist. Der Brechungsindex n des für die Lichtscheibe verwendeten Materials wird ebenfalls als bekannt vorausgesetzt. Die Berechnung wird nun in einer Vielzahl von horizontalen und vertikalen Schnitten durch die Lichtverteilung durchgeführt, wobei sich in jedem Schnitt eine Kurve für die Lichtverteilung ergibt, aufgetragen über dem horizontalen Austrittswinkel ωA bzw. über dem vertikalen Austrittswinkel γA der Lichtstrahlen. Für jeden Schnitt wird die Berechnung der Elemente so durchgeführt, daß für den geforderten Austrittswinkel ωA bzw. γA der Lichtstrahlen 22 der erforderliche Eintrittswinkel ωE bzw. γE, der Lichtstrahlen 22 in das Element berechnet wird, das heißt der Winkel zwischen dem Lot auf dem geraden Abschnitt und den Lichtstrahlen. Der Geradenabschnitt ist die Tangente an die Hüllkurve der Innenoberfläche des Elements im Eintrittsbereich der Lichtstrahlen für den jeweiligen Berechnungsschritt. Hierbei wird der Eintrittswinkel jeweils für einen Geradenabschnitt konstant gehalten. Bei der Berechnung wird mit dem Austrittswinkel ωA bzw. γA von rechts bzw. unten in der jeweiligen Lichtverteilungskurve begonnen und der Austrittswinkel zum nächsten Berechnungsschritt jeweils um einen bestimmten Wert geändert. Zu einem unter einem bestimmten Winkel γA durch die Lichtverteilung gelegten horizontalen Schnitt gehört dabei ein durch das jeweilige Element in einem durch den Abstand des Winkels γA zum unteren Rand der Lichtverteilung gegebenen Abstand vom oberen Rand des Elements gelegter horizontaler Schnitt. Entsprechendes gilt für vertikale Schnitte durch die Lichtverteilung und das Element. Nach folgenden Gleichungen kann der Eintrittswinkel ωE bzw. γE berechnet werden:
Hierin bedeuten:
- ωE =
- Eintrittswinkel horizontal
- γE =
- Eintrittswinkel vertikal
- α =
- Schwenkwinkel der Lichtscheibe
- β =
- Neigungswinkel der Lichtscheibe
- n =
- Brechungsindex des Lichtscheibenmaterials
- ωE =
- Entry angle horizontal
- γE =
- Entry angle vertical
- α =
- Swivel angle of the lens
- β =
- Tilt angle of the lens
- n =
- Refractive index of the lens material
Da beim vorliegenden Beispiel der Reflektor 10 von einem Rotationsparaboloid gebildet ist, werden die Lichtstrahlen 22 von diesem parallel zur optischen Achse 18 der Leuchte reflektiert. Somit ist der mit den Gleichungen (1a) und (1b) berechnete Eintrittswinkel zugleich der Schwenk- bzw. Neigungswinkel des Geradenabschnitts 23 des Elements an der zum Reflektor weisenden Innenfläche bezüglich der Quer- bzw. Hochachse.Since, in the present example, the
Bei einer gewölbten Lichtscheibe, das heißt nicht konstanten Schwenk- bzw. Neigungswinkel kann für die Gleichungen (1a) und (1b) ein mittlerer Schwenk- bzw. Neigungswinkel αM bzw. βM verwendet werden, der in der Mitte des jeweiligen Elements vorhanden ist. Werden die Lichtstrahlen vom Reflektor abweichend vom vorstehend beschriebenen nicht parallel zur optischen Achse reflektiert, so ist bei der Bestimmung des Schwenk- bzw. Neigungswinkels des Elements der Winkel zu berücksichtigen, unter dem die Lichtstrahlen, die durch das Element treten, zur optischen Achse verlaufen.In the case of a curved lens, that is to say a non-constant pivot or inclination angle, a mean pivot or inclination angle αM or βM can be used for the equations (1a) and (1b), which is present in the middle of the respective element. If the light rays are not reflected parallel to the optical axis by the reflector, different from the one described above, then the angle at which the light rays that pass through the element run to the optical axis must be taken into account when determining the pivoting or tilting angle of the element.
Die Länge A des Geradenabschnitts kann aus der Vorgabe der Lichtverteilung, das heißt wieviel Licht unter dem betreffenden Winkel ωA bzw. γA austreten soll, berechnet werden. Hierzu kann die jeweilige, sich im horizontalen bzw. vertikalen Schnitt ergebende Lichtverteilungskurve durch die sogenannte Gauß'sche Glockenkurve angenähert werden, die die Wahrscheinlichkeitsdichte der Normalverteilung darstellt. Mit der Glockenkurve ergibt sich für die Lichtstärke I in Abhängigkeit von Austrittswinkel ωA bzw. γA und der maximalen Lichtstärke Imax. in der Mitte der Lichtverteilungskurve:
bzw.
respectively.
Wobei die Parameter Q bzw. R Korrekturgrößen zur Anpassung der Glockenkurve an die jeweilige Lichtverteilungskurve sind, durch die die Breite der Glockenkurve variiert werden kann. Für ωA = 0° bzw. γA = 0° ergibt sich dabei die maximale Lichtstärke Imax.The parameters Q and R are correction variables for adapting the bell curve to the respective light distribution curve, by means of which the width of the bell curve can be varied. The maximum light intensity Imax results for ωA = 0 ° or γA = 0 °.
Die Länge A (horizontal) bzw. B (vertikal) des betreffenden Geradenabschnitts kann mit folgender Gleichung berechnet werden:
In vorstehenden Gleichungen bedeutet ΣI(ωA) bzw. ΣI (γA), die Summe der Lichtstärkenwerte an allen zur Berechnung verwendeten Punkten ωA bzw. γA der Lichtverteilungskurven. Das Verhältnis
bestimmt, wieviel Licht an den betreffenden Punkten ωA bzw. γA der Lichtverteilungskurve gelangen muß.In the above equations, ΣI (ω A ) or ΣI (γ A ) means the sum of the light intensity values at all points ωA or γA of the light distribution curves used for the calculation. The relationship
determines how much light must reach the relevant points ωA and γA of the light distribution curve.
Besonders zur Herstellung der Form der Lichtscheibe auf einer computergesteuerten Werkzeugmaschine ist es vorteilhaft, diese in einem rechtwinkligen Koordinatensystem anzugeben. Hierzu wird ein Koordinatensystem vorgegeben, mit einer zur optischen Achse der Leuchte parallelen Achse X, einer zur Querachse des Kraftfahrzeugs parallelen Achse Y und einer zur Hochachse des Kraftfahrzeugs parallelen Achse Z, wobei der Koordinatenursprung beispielsweise in die linke obere Ecke der Lichtscheibe gelegt wird. Die Koordinaten X, Y, Z des Endpunktes des jeweiligen Geradenabschnitts können dann wie folgt berechnet werden:
für die Berechnung im horizontalen Schnitt und
für die Berechnung im vertikalen Schnitt. In den Gleichungen (4a) bis (4b) bedeuten C, D, E und F die X, Y, bwz. Z-Koordinaten des Endpunktes des vorhergehenden Geradenabschnitts. Für die Berechnung des ersten Geradenabschnitts kann für C, D, E und E der Wert Null eingesetzt werden, da die Berechnung ausgehend vom Ursprung des Kooridnatensystems durchgeführt wird.Particularly for the production of the shape of the lens on a computer-controlled machine tool, it is advantageous to specify it in a right-angled coordinate system. For this purpose, a coordinate system is specified, with an axis X parallel to the optical axis of the lamp, an axis Y parallel to the transverse axis of the motor vehicle and an axis Z parallel to the vertical axis of the motor vehicle, the coordinate origin being placed, for example, in the upper left corner of the lens. The coordinates X, Y, Z of the end point of the respective line segment can then be calculated as follows:
for the calculation in the horizontal section and
for the calculation in vertical section. In the equations (4a) to (4b), C, D, E and F denote the X, Y, bwz. Z coordinates of the end point of the previous line segment. For the calculation of the first line segment, the value zero can be used for C, D, E and E, since the calculation is based on the origin of the coordinate system.
Ist die Lichtscheibe entweder nur geneigt, also der Schwenkwinkel α Null oder nur geschwenkt, also der Neigungswinkel β Null, so kann die Berechnung mit den vorstehend angegebenen Gleichungen wie beschrieben durchgeführt werden, indem in den Gleichungen der entsprechende Winkel zu Null gesetzt wird.If the lens is either only inclined, i.e. the swivel angle α zero or only swiveled, i.e. the inclination angle β zero, the calculation can be carried out using the equations given above, as described, by setting the corresponding angle to zero in the equations.
Abweichend zum vorstehend Beschriebenen kann jedes Element 14, wie in Figur 10 dargestellt, auch als in die Innenseite der Lichtscheibe eingeformte konkave Linse mit vom Reflektor wegweisender Wölbung ausgebildet sein. In diesem Fall werden vom linken Rand jedes Elements die Lichtstrahlen in den linken Randbereich der Lichtverteilung abgelenkt, die durch den mittleren Bereich jedes Elements tretenden Lichtstrahlen in den mittleren Bereich der Lichtverteilung und die durch den rechten Rand jedes Elements tretenden Lichtstrahlen in den rechten Randbereich der Lichtverteilung. Entsprechend werden die durch den oberen Rand jedes Elements tretenden Lichtstrahlen in den oberen Randbereich der Lichtverteilung abgelenkt und die durch den unteren Rand tretenden Lichtstrahlen in den unteren Randbereich der Lichtverteilung.In a departure from what has been described above, each
Claims (4)
- Vehicle lamp with a reflector (10), a light source (11) and a lens plate (12) which, on its inner surface facing the reflector (10), has optical elements (14) for deflecting the light beams reflected from the reflector (10), each element (14) being constructed such that the light beams passing through an element (14) are deflected in each case in the horizontal and/or vertical direction such that said beams produce the shape a prescribed light distribution identical for all elements (14), characterised in that each element (14) is subdivided into a multiplicity of subprisms having flat surfaces extending tangentially to an envelope of the inner surface of the element (14), each subprism being assigned to a region of the light distribution, and the surface of the subprism being determined by the amount of light assigned to this region of the light distribution.
- Vehicle lamp according to Claim 1, characterised in that each element (14) is constructed as a concave lens, so that with reference in each case to the horizontal direction the left-hand edge region, in the light exit direction, of an element (14) deflects the light beams into the left-hand edge region of the light distribution, the central region of an element (14) deflects the light beams into the central region of the light distribution and the right-hand edge region of an element (14) deflects the light beams into the right-hand edge region of the light distribution, and correspondingly in the vertical direction the upper edge region of an element (14) deflects the light beams into the upper edge region of the light distribution, the central region of an element (14) deflects the light beams into the central region of the light distribution and the lower edge region of an element deflects the light beams into the lower edge region of the light distribution.
- Vehicle lamp according to Claim 1, characterised in that each element (14) is constructed as a convex lens, so that with reference in each case to the horizontal direction the left-hand edge region, in the light exit direction, of an element (14) deflects the light beams into the right-hand edge region of the light distribution, the central region of an element (14) deflects the light beams into the central region of the light distribution and the right-hand edge region of an element (14) deflects the light beams into the left-hand edge region of the light distribution, and correspondingly in the vertical direction the upper edge region of an element (14) deflects the light beams into the lower edge region of the light distribution, the central region of an element (14) deflects the light beams into the central region of the light distribution and the lower edge region of an element deflects the light beams into the upper edge region of the light distribution.
- Vehicle lamp according to one of the preceding claims, characterised in that the lens plate (12) is arranged inclined and/or swivelled.
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