EP1741976A1 - Scheinwerfer für Fahrzeuge - Google Patents

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EP1741976A1
EP1741976A1 EP06116131A EP06116131A EP1741976A1 EP 1741976 A1 EP1741976 A1 EP 1741976A1 EP 06116131 A EP06116131 A EP 06116131A EP 06116131 A EP06116131 A EP 06116131A EP 1741976 A1 EP1741976 A1 EP 1741976A1
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EP
European Patent Office
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optical element
plastic optical
temperature
headlamp according
compensation
Prior art date
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Granted
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EP06116131A
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English (en)
French (fr)
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EP1741976B1 (de
Inventor
Dr. Karsten Eichhorn
Dr. Gerhard Kloos
Stephan Schmidt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hella GmbH and Co KGaA
Original Assignee
Hella KGaA Huek and Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Hella KGaA Huek and Co filed Critical Hella KGaA Huek and Co
Publication of EP1741976A1 publication Critical patent/EP1741976A1/de
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Publication of EP1741976B1 publication Critical patent/EP1741976B1/de
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    • F21LIGHTING
    • F21SNON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/60Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution
    • F21S41/68Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on screens
    • F21S41/683Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on screens by moving screens
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
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    • F21S41/10Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/14Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/141Light emitting diodes [LED]
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21SNON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
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    • F21S41/60Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution
    • F21S41/67Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on reflectors
    • F21S41/675Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on reflectors by moving reflectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00Refractors for light sources
    • F21V5/04Refractors for light sources of lens shape
    • F21V5/045Refractors for light sources of lens shape the lens having discontinuous faces, e.g. Fresnel lenses
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21YINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to a headlamp for vehicles with a lighting arrangement comprising a light source, light guide means for forwarding the light emitted by the light source and a light guide means downstream plastic optical element for generating a predetermined illumination intensity distribution.
  • a headlamp for vehicles with a lighting arrangement known comprising a light source, a light guide as a light guide means for forwarding the light emitted from the light source and a plastic optical element, which adjoins the light guide means in the light propagation direction.
  • a shading segment is arranged as a light guiding means, which defines with its contour the bright-dark boundary of a given illumination intensity distribution.
  • a fog light function or low beam function can be realized.
  • the known plastic optical element consists of a polycarbonate or an acrylic material. It has been found that undesirable "softening" and / or shifting of the position of the cut-off line occurs under unfavorable temperature conditions.
  • Object of the present invention is therefore to develop a headlamp for vehicles such that an unwanted glare due to an altered cut-off of the illumination intensity distribution is avoided in temperature fluctuations.
  • the invention in conjunction with the preamble of claim 1, characterized in that temperature compensation means are provided, such that the illumination intensity distribution in Range of a predetermined cut-off always runs below a predetermined glare threshold.
  • the particular advantage of the invention is that by providing temperature compensation means in a relatively wide temperature range, a significant bright-dark limit of the illuminance distribution corresponding to the legal requirements is generated.
  • the basic idea of the invention is to provide temperature compensation means which further reduce the temperature sensitivity of the headlamp so that a weight-saving use of plastic optics elements made of a relatively light material is made possible.
  • the temperature compensation means according to the invention it can be ensured that the light-dark boundary of the illuminance distribution always runs below a predetermined glare threshold. A shift in the light-dark boundary of the illumination intensity distribution above a horizontal or a smaller gradient of the light-dark boundary with the effect that more light portions are arranged above the horizontal, can thereby be effectively avoided.
  • a compensating unit may be provided as compensating means which, as a function of the current temperature of the plastic optical element, tracks photometric parameters, such as, for example, the focal length of lenses arranged in the lighting arrangement.
  • photometric parameters such as, for example, the focal length of lenses arranged in the lighting arrangement.
  • the angular position of the plastic optical element or other optical elements (lenses) can be changed so that the illuminance above a horizontal is limited below a glare threshold.
  • the angular position of the entire projection headlamp, that is, including the light source and shader, or the LED module, that is, LED light source (s) and plastic optical element be changed so that the illuminance is limited above a horizontal below a glare threshold ,
  • the plastic optical element is assigned a temperature sensor, which measures the current temperature of the plastic optical element and supplies it to a control unit of the compensation unit, so that the control unit can carry out a correction of the position of the cut-off line by generating control variables.
  • a heating / cooling unit can be provided as compensating means, which ensures that the plastic optical element always lies in a designated temperature range.
  • a design state of the plastic optical element is thereby maintained, so that further compensation measures are not required.
  • the plastic optical element thus always has the same refractive properties regardless of the environmental conditions.
  • the shape of the plastic optics can be designed such that the lighting arrangement is robust with respect to the change of the refractive index with the temperature.
  • a compensation optics having at least two lens elements.
  • the shape and / or the material of the lens elements is chosen such that a temperature compensation of the plastic optical element takes place.
  • the compensation optics contains the plastic optical element and allows a relatively robust compensation of the disturbing temperature influence by the material of the plastic optical element.
  • the plastic optical element is formed from a transparent polymer whose refractive index is always less than or equal to a threshold value with respect to the temperature.
  • a threshold value with respect to the temperature.
  • An inventive headlight for motor vehicles consists of a housing, not shown, in which a lighting arrangement is arranged.
  • the lighting arrangement can operate on the projection principle, in a first focal point f 1 of a reflector 1, a light source 2 is arranged.
  • a second focal point f 2 of the reflector 1 an opaque shading surface 5 is arranged, the contour of which is imaged by means of a lens-shaped plastic optical element 4 at a light-dark boundary of a predetermined illuminance distribution.
  • the lens-shaped plastic optical element 4 may in particular be a Fresnel lens.
  • a light source 2 in this working according to the projection photometric arrangement can serve in particular a gas discharge lamp.
  • an LED or an arrangement of several LEDs can be used as the light source.
  • the lighting arrangement can also be designed such that the edge to be imaged, which serves to generate a cut-off line of a given illumination intensity distribution, is located behind or in the light propagation direction behind an LED or an arrangement of LEDs.
  • the image is taken in this case by means of a lens-shaped designed plastic optical element, the light output surface is formed arcuate in the vertical direction.
  • a dazzling threshold B In unfavorable ambient temperatures of the plastic optical element 4 - such as 100 ° C - exceeds a illuminance curve 100 in the light-dark boundary HDG a dazzling threshold B. This results in an undesirable glare of oncoming traffic through the headlamp, if measures according to the invention are not provided.
  • the glare threshold B for example, the ECE Regulation No. 98 are used, which stipulates that the cut-off light limit HDG of a low beam headlamp must not migrate more than 0.057 ° with temperature changes.
  • the glare threshold B can be specified by the criterion that an illuminance of 1 LUX may not be exceeded at the crossing point of the horizontal and vertical.
  • a compensation unit 12 is provided according to a first embodiment of the invention as a temperature compensation means which changes the position of the plastic optical element 4 in dependence on the current temperature of the plastic optical element 4 so that the glare threshold B is not exceeded.
  • the compensation unit 12 has a temperature sensor 13, which is arranged in the vicinity of the plastic optical element 4 and measures the current temperature of the plastic optical element 4.
  • the compensation unit 12 has an electronic control unit 14 which continuously receives the sensor signal of the temperature sensor 13 and processes it by means of a compensation program in such a way that a control signal 15 is output to a mechanical control unit 16 when a predefined threshold value is reached.
  • the actuating signal 15 causes the setting unit 16 to swivel the plastic optical element 4 about a given angle 17 about a horizontal axis, so that the light-dark boundary (HDG) is displaced downwards in the vertical direction (arrow direction 18) ) that glare can not occur.
  • the electronic control unit 14 has a temperature compensation program, according to which an angle adjustment of the headlight or of the plastic optical element 4 is made as a function of the current ambient temperature.
  • a housing 20 of the headlamp can be pivoted about a horizontal axis depending on temperature.
  • the same components of the embodiment of Figure 2 and according to the figure 3 are provided with the same reference numerals.
  • the entire unit consisting of the reflector 1, the light source 2, the diaphragm 5 and the lens 4 is pivoted by a predetermined tilt angle 17.
  • a compensation unit 21 differs from the compensation unit 12 according to the embodiment of FIG. 2 in that the actuating signal 15 acts on a mechanical actuating unit, not shown, which pivots the housing 20 of the headlight about a horizontal axis.
  • a tracking along an optical axis 19 or a tracking transversely to the optical axis 19 can take place.
  • a tracking of the shadow of a projection system can be carried out perpendicular to the optical axis.
  • other primary optics elements or secondary optics elements of the lighting arrangement can be tracked with respect to the angular position thereof or the focal length of the lighting arrangement. It is essential that a compensation of the refractive property of the plastic optical element 4 takes place at high temperature changes.
  • the plastic optical element 4 may be alternatively or additionally associated with a heating / cooling unit, by means of which the temperature is maintained in the vicinity of the plastic optical element 4 within a predetermined temperature range.
  • a heating or cooling device can be activated, so that exceeding a maximum ambient temperature and thus an inadmissible refractive power of the plastic optical element 4 is avoided.
  • the plastic optical element 4 is designed in its shape such that the values of the illuminance distribution in the region of the cut-off line remain within a predetermined operating temperature range below a predetermined glare threshold.
  • the plastic optical element 4 is designed for an average operating temperature, so that an exceeding of the glare threshold occurs only in exceptional situations.
  • the desired design temperature may be, for example, 80 ° C.
  • the plastic optical element 4 is made of a plastic material, such as PMMA.
  • the plastic optical element 4 allows for a designed ambient temperature of 20 ° C, a relatively sharp cut-off line HDG.
  • the gradient 20 of the illuminance in the region of the horizontal of the illuminance distribution is relatively large. The increased robustness of the lighting arrangement relative to the influence of temperature on the refractive index due to a suitable optical design of the plastic optical element is characterized.
  • compensation optics comprising at least two lens elements may be provided as compensating means, wherein the refractive indices of the lens elements are selected such that a mathematical temperature compensation formula is fulfilled.
  • a and B represent the two lens elements
  • P A and P B are the refractive power
  • n A and n B are the refractive index
  • ⁇ A and ⁇ B are the coefficient of expansion of the lens elements A and B.
  • one lens A must be formed as a convex lens and the other lens B as a concave lens in order to satisfy the aforementioned temperature compensation formula.
  • one of the two lens elements A, B may be formed by the plastic optical element 4. Since the lens elements A and B are made of a plastic material, there is no significant increase in the weight of the headlamp.
  • the plastic optical element is formed from a transparent polymer whose refractive index with respect to the temperature is less than or equal to -0.7 * 10 -4 (1 / K).

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer für Fahrzeuge mit einer lichttechnischen Anordnung enthaltend eine Lichtquelle (2), Lichtführungsmittel (1) zur Weiterleitung des von der Lichtquelle emittierten Lichtes und ein dem Lichtführungsmittel nachgeordnetes Kunststoffoptikelement (4) zur Erzeugung einer vorgegebenen Beleuchtungsstärkeverteilung, wobei Temperaturkompensationsmittel (12) vorgesehen sind, derart, dass die Beleuchtungsstärkeverteilung im Bereich einer vorgegebenen Hell-Dunkel-Grenze stets unterhalb einer vorgegebenen Blendungsschwelle (B) verläuft.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer für Fahrzeuge mit einer lichttechnischen Anordnung enthaltend eine Lichtquelle, Lichtführungsmittel zur Weiterleitung des von der Lichtquelle emittierten Lichtes und ein dem Lichtführungsmittel nachgeordnetes Kunststoffoptikelement zur Erzeugung einer vorgegebenen Beleuchtungsstärkeverteilung.
  • Aus der DE 197 05 146 A1 ist ein Scheinwerfer für Fahrzeuge mit einer lichttechnischen Anordnung bekannt, die eine Lichtquelle, einen Lichtleiter als Lichtführungsmittel zur Weiterleitung des von der Lichtquelle emittierten Lichtes und ein Kunststoffoptikelement umfasst, das sich in Lichtausbreitungsrichtung dem Lichtführungsmittel anschließt. Eingangsseitig des Kunststoffoptikelementes ist als Lichtführungsmittel ein Abschattsegment angeordnet, das mit seiner Kontur die Hell-Dunkel-Grenze einer vorgegebenen Beleuchtstärkeverteilung vorgibt. In Verbindung mit dem linsenförmig ausgebildeten Kunststoffoptikelement kann beispielsweise eine Nebellichtfunktion oder Abblendlichtfunktion realisiert werden. Das bekannte Kunststoffoptikelement besteht aus einem Polycarbonat- oder einem Acrylmaterial. Es hat sich herausgestellt, dass bei ungünstigen Temperaturbedingungen ein unerwünschtes "Aufweichen" und/oder Verschieben der Lage der Hell-Dunkel-Grenze eintritt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Scheinwerfer für Fahrzeuge derart weiterzubilden, dass bei Temperaturschwankungen eine unerwünschte Blendung infolge einer veränderten Hell-Dunkel-Grenze der Beleuchtungsstärkeverteilung vermieden wird.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass Temperaturkompensationsmittel vorgesehen sind, derart, dass die Beleuchtungsstärkeverteilung im Bereich einer vorgegebenen Hell-Dunkel-Grenze stets unterhalb einer vorgegebenen Blendungsschwelle verläuft.
  • Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch das Vorsehen von Temperaturkompensationsmitteln in einem relativ weiten Temperaturbereich eine den gesetzlichen Vorschriften entsprechende signifikante Hell-Dunkel-Grenze der Beleuchtungsstärkeverteilung erzeugt wird. Grundgedanke der Erfindung ist es, Temperaturkompensationsmittel vorzusehen, die die Temperaturempfindlichkeit des Scheinwerfers weiter reduzieren, so dass ein gewichtssparender Einsatz von aus einem relativ leichten Material bestehenden Kunststoffoptikelementen ermöglicht wird. Durch die erfindungsgemäßen Temperaturkompensationsmittel kann sichergestellt werden, dass die Hell-Dunkel-Grenze der Beleuchtungsstärkeverteilung stets unter einer vorgegebenen Blendungsschwelle verläuft. Ein Verschieben der Hell-Dunkel-Grenze der Beleuchtungsstärkeverteilung oberhalb einer Horizontalen bzw. ein kleinerer Gradient der Hell-Dunkel-Grenze mit der Wirkung, dass verstärkt Lichtanteile oberhalb der Horizontalen angeordnet sind, kann hierdurch wirksam vermieden werden.
  • Nach einem ersten Aspekt der Erfindung kann als Kompensationsmittel eine Kompensationseinheit vorgesehen sein, die in Abhängigkeit von der aktuellen Temperatur des Kunststoffoptikelementes lichttechnische Parameter, wie beispielsweise die Brennweite von in der lichttechnischen Anordnung angeordneten Linsen, nachführt. Es findet somit eine Korrigierung des Verlaufs der Hell-Dunkel-Grenze statt, wobei der Verlauf der Hell-Dunkel-Grenze bei einer Auslegungstemperatur des Kunststoffoptikelementes als Solllage für die Hell-Dunkel-Grenze dient. Auf diese Weise ist auch in einem Temperaturgrenzbereich eine relativ scharfe Hell-Dunkel-Grenze im vorgesehenen Bereich des Straßenraums gewährleistet, ohne dass eine unerwünschte Blendung eintritt.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann die Winkellage des Kunststoffoptikelementes oder anderer Optikelemente (Linsen) verändert werden, so dass die Beleuchtungsstärke oberhalb einer Horizontalen unter einen Blendungsschwellwert begrenzt ist. Des weiteren kann insbesondere die Winkellage des gesamten Projektionsscheinwerfers, das heißt einschließlich Lichtquelle und Schatter, bzw. des LED-Modules, das heißt LED-Lichtquelle(n) und Kunststoffoptikelement, verändert werden, so dass die Beleuchtungsstärke oberhalb einer Horizontalen unter einen Blendungsschwellwert begrenzt ist.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist dem Kunststoffoptikelement ein Temperatursensor zugeordnet, der die aktuelle Temperatur des Kunststoffoptikelements misst und einer Steuereinheit der Kompensationseinheit zuführt, so dass die Steuereinheit unter Generierung von Stellgrößen eine Korrigierung der Position der Hell-Dunkel-Grenze vornehmen kann.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann als Kompensationsmittel eine Heiz-/Kühleinheit vorgesehen sein, die dafür sorgt, dass das Kunststoffoptikelement stets in einem vorgesehenen Temperaturbereich liegt. Vorteilhaft wird hierdurch ein Auslegungszustand des Kunststoffoptikelementes aufrechterhalten, so dass weitere Kompensationsmaßnahmen nicht erforderlich sind. Das Kunststoffoptikelement hat somit unabhängig von den Umgebungsbedingungen stets die gleichen Brechungseigenschaften.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Form der Kunststoffoptik derart ausgelegt sein, dass die lichttechnische Anordnung robust bezüglich der Änderung des Brechungsindexes mit der Temperatur ist.
  • Nach einem Aspekt der Erfindung kann als Kompensationsmittel eine Kompensationsoptik vorgesehen sein, die mindestens zwei Linsenelemente aufweist. Die Form und/oder das Material der Linsenelemente ist derart gewählt, dass eine Temperaturkompensation des Kunststoffoptikelementes erfolgt. Vorzugsweise enthält die Kompensationsoptik das Kunststoffoptikelement und ermöglicht eine relativ robuste Kompensation des störenden Temperatureinflusses durch das Material des Kunststoffoptikelementes.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Kunststoffoptikelement aus einem transparenten Polymer gebildet, dessen Brechungsindex bezogen auf die Temperatur stets kleiner oder gleich einem Schwellenwert ist. Vorteilhaft kann hierdurch die Temperaturabhängigkeit des Kunststoffoptikelementes selbst verringert werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • Figur 1
    eine Beleuchtungsstärkeverteilung eines Scheinwerfers mit einem herkömmlichen Kunststoffoptikelement über einen Vertikalwinkel bei unterschiedlichen Temperaturen des Kunststoffoptikelementes,
    Figur 2
    eine schematische Darstellung eines Scheinwerfers mit einer erfindungsgemäßen Kompensationseinheit nach einer ersten Ausführungsform und
    Figur 3
    eine schematische Darstellung eines Scheinwerfers mit einer erfindungsgemäßen Kompensationseinheit nach einer zweiten Ausführungsform.
  • Ein erfindungsgemäßer Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge nach einer ersten Ausführungsform einer Erfindung gemäß Figur 2 besteht aus einem nicht dargestellten Gehäuse, in dem eine lichttechnische Anordnung angeordnet ist. Die lichttechnische Anordnung kann nach dem Projektionsprinzip arbeiten, wobei in einem ersten Brennpunkt f1 eines Reflektors 1 eine Lichtquelle 2 angeordnet ist. Im Bereich eines zweiten Brennpunktes f2 des Reflektors 1 ist eine lichtundurchlässige Abschattfläche 5 angeordnet, deren Kontur mittels eines linsenförmig ausgestalteten Kunststoffoptikelementes 4 abgebildet wird zu einer Hell-Dunkel-Grenze einer vorgegebenen Beleuchtungsstärkeverteilung. Bei dem linsenförmig ausgestalteten Kunststoffoptikelement 4 kann es sich insbesondere um eine Fresnel-Linse handeln. Als Lichtquelle 2 in dieser nach dem Projektionsprinzip arbeitenden lichttechnischen Anordnung kann insbesondere eine Gasentladungslampe dienen. Ferner kann eine LED bzw. eine Anordnung mehrerer LEDs als Lichtquelle eingesetzt werden.
  • Die lichttechnische Anordnung kann auch so ausgestaltet sein, dass sich die abzubildende Kante, die der Erzeugung einer Hell-Dunkel-Grenze einer vorgegebenen Beleuchtungsstärkeverteilung dient, auf oder in Lichtausbreitungsrichtung hinter einer LED oder einer Anordnung von LEDs befindet. Die Abbildung erfolgt in diesem Fall mittels eines linsenförmig ausgestalteten Kunststoffoptikelementes, dessen Lichtauskoppelfläche in vertikaler Richtung bogenförmig ausgebildet ist.
  • Bei ungünstigen Umgebungstemperaturen des Kunststoffoptikelementes 4 - wie beispielsweise 100°C - übersteigt ein Beleuchtungsstärkeverlauf 100 im Bereich der Hell-Dunkel-Grenze HDG eine Blendungsschwelle B. Hierdurch erfolgt eine unerwünschte Blendung des Gegenverkehrs durch den Scheinwerfer, wenn nicht erfindungsgemäße Maßnahmen vorgesehen sind. Als Kriterium für die Blendungsschwelle B kann beispielsweise die ECE-Regelung Nr. 98 dienen, die festlegt, dass die Hell-Dunkel-Grenze HDG eines Abblendlichtscheinwerfers bei Temperaturänderungen nicht mehr als 0,057° wandern darf. Ferner kann die Blendungsschwelle B vorgegeben werden durch das Kriterium, dass eine Beleuchtungsstärke von 1 LUX am Kreuzungspunkt der Horizontalen und Vertikalen nicht überschritten werden darf.
  • Um eine unerwünschte Überschreitung der Blendungsschwelle B zu vermeiden, ist nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung als Temperaturkompensationsmittel eine Kompensationseinheit 12 vorgesehen, die in Abhängigkeit von der aktuellen Temperatur des Kunststoffoptikelementes 4 die Lage des Kunststoffoptikelementes 4 so verändert, dass die Blendungsschwelle B nicht überschritten wird. Die Kompensationseinheit 12 weist einen Temperatursensor 13 auf, der in der Nähe des Kunststoffoptikelementes 4 angeordnet ist und die aktuelle Temperatur des Kunststoffoptikelementes 4 misst. Ferner weist die Kompensationseinheit 12 eine elektronische Steuereinheit 14 auf, die fortwährend das Sensorsignal des Temperatursensors 13 erhält und mittels eines Kompensationsprogramms derart verarbeitet, dass ein Stellsignal 15 an eine mechanische Stelleinheit 16 abgegeben wird, wenn ein vorgegebener Schwellenwert erreicht wird. Bei Erreichen des Schwellwertes bewirkt das Stellsignal 15, dass die Stelleinheit 16 das Kunststoffoptikelement 4 um einen vorgegebenen Winkel 17 um eine horizontale Achse verschwenkt, so dass die Hell-Dunkel-Grenze (HDG) so weit in vertikaler Richtung nach unten verschoben wird (Pfeilrichtung 18), dass eine Blendung nicht erfolgen kann.
  • Sobald die Umgebungstemperatur wieder gesunken ist, wird die Stelleinheit 16 derart angesteuert, dass das Kunststoffoptikelement 4 in entgegengesetzter Richtung gedreht wird, so dass die ursprüngliche Ausgangslage wieder erreicht ist. Die elektronische Steuereinheit 14 weist ein Temperaturausgleichsprogramm auf, wonach in Abhängigkeit von der aktuellen Umgebungstemperatur eine Winkeleinstellung des Scheinwerfers oder des Kunststoffoptikelementes 4 vorgenommen wird.
  • Nach einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers gemäß Figur 3 kann statt des Kunststoffoptikelementes 4 ein Gehäuse 20 des Scheinwerfers um eine horizontale Achse temperaturabhängig verschwenkt werden. Gleiche Bauteile der Ausführungsform gemäß Figur 2 und gemäß der Figur 3 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 wird die gesamte Einheit bestehend aus dem Reflektor 1, der Lichtquelle 2, der Blende 5 sowie der Linse 4 um einen vorgegebenen Kippwinkel 17 verschwenkt. Eine Kompensationseinheit 21 unterscheidet sich von der Kompensationseinheit 12 gemäß Ausführungsform nach Figur 2 dadurch, dass das Stellsignal 15 auf eine nicht dargestellte mechanische Stelleinheit einwirkt, die das Gehäuse 20 des Scheinwerfers um eine horizontale Achse verschwenkt.
  • Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann statt der oben beschriebenen Nachführung der Winkellage des Kunststoffoptikelementes 4 auch eine Nachführung entlang einer optischen Achse 19 oder eine Nachführung quer zu der optischen Achse 19 erfolgen.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform kann eine Nachführung des Schatters eines Projektionssystemes senkrecht zur optischen Achse erfolgen.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können auch andere Primäroptikelemente oder Sekundäroptikelemente der lichttechnischen Anordnung bezüglich der Winkellage derselben oder der Brennweite der lichttechnischen Anordnung nachgeführt werden. Wesentlich ist, dass ein Ausgleich der Brechungseigenschaft des Kunststoffoptikelementes 4 bei großen Temperaturänderungen erfolgt.
  • Nach einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann dem Kunststoffoptikelement 4 alternativ oder zusätzlich auch eine Heiz-/Kühleinheit zugeordnet sein, mittels der die Temperatur in der Nähe des Kunststoffoptikelementes 4 innerhalb einer vorgegebenen Temperaturbandbreite gehalten wird. In Abhängigkeit von der aktuellen Temperatur, die mittels eines Temperatursensors gemessen wird, kann eine Heiz- bzw. Kühleinrichtung aktiviert werden, so dass ein Überschreiten einer maximalen Umgebungstemperatur und damit eine unzulässige Brechkraft des Kunststoffoptikelementes 4 vermieden wird.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Kunststoffoptikelement 4 in seiner Formgebung so ausgelegt, dass die Werte der Beleuchtungsstärkeverteilung im Bereich der Hell-Dunkel-Grenze innerhalb eines vorgegebenen Betriebstemperaturbereiches unterhalb einer vorgegebenen Blendungsschwelle bleiben. Vorzugsweise ist das Kunststoffoptikelement 4 auf eine mittlere Betriebstemperatur ausgelegt, so dass ein Überschreiten der Blendungsschwelle nur in Ausnahmesituationen auftritt. Die Sollauslegungstemperatur kann beispielsweise bei 80°C liegen.
  • Das Kunststoffoptikelement 4 ist aus einem Kunststoffmaterial, beispielsweise PMMA, hergestellt. Das Kunststoffoptikelement 4 ermöglicht für eine ausgelegte Umgebungstemperatur von 20°C eine relativ scharfe Hell-Dunkel-Grenze HDG. Der Gradient 20 der Beleuchtungsstärke im Bereich der Horizontalen der Beleuchtungsstärkeverteilung ist relativ groß. Die erhöhte Robustheit der lichttechnischen Anordnung gegenüber dem Temperatureinfluss auf den Brechungsindex aufgrund einer geeigneten optischen Auslegung des Kunststoffoptikelementes wird dadurch deutlich.
  • Nach einer nicht dargestellten weiteren Ausführungsform der Erfindung kann als Kompensationsmittel eine Kompensationsoptik enthaltend mindestens zwei Linsenelemente vorgesehen sein, wobei die Brechungsindizes der Linsenelemente derart gewählt sind, dass eine mathematische Temperaturkompensationsformel erfüllt wird. Die Temperaturkompensationsformel lautet: d n B d T = n B 1 P A P B α A + α B 1 n A 1 P A P B d n A d T ,
    Figure imgb0001

    wobei A und B für die zwei Linsenelemente stehen, PA und PB die Brechkraft, nA und nB der Brechungsindex, αA und αB der Ausdehnungskoeffizient der Linsenelemente A und B bedeuten.
  • Aus Vereinfachungsgründen wird die thermische Ausdehnung vernachlässigt, so dass sich die Temperaturkompensationsformel vereinfachen lässt wie folgt: P B 1 n B 1 d n B d T = P A 1 n A 1 d n A d T
    Figure imgb0002
  • Wenn die Linsenelemente A und B aus Kunststoffmaterial bestehen, muss die eine Linse A als Konvexlinse und die andere Linse B als Konkavlinse ausgebildet sein, um die vorgenannte Temperaturkompensationsformel zu erfüllen. Beispielsweise kann auch eines der beiden Linsenelemente A, B durch das Kunststoffoptikelement 4 ausgebildet sein. Da die Linsenelemente A und B aus einem Kunststoffmaterial bestehen, ergibt sich keine wesentliche Gewichtserhöhung des Scheinwerfers.
  • Nach einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform ist das Kunststoffoptikelement aus einem transparenten Polymer gebildet, dessen Brechungsindex bezogen auf die Temperatur kleiner oder gleich -0,7 * 10-4 (1/K) ist. Hierdurch kann die Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur bzw. die Temperaturempfindlichkeit des Kunststoffoptikelementes 4 wesentlich reduziert werden, so dass keine zusätzlichen Maßnahmen zur Kompensation erforderlich sind.

Claims (10)

  1. Scheinwerfer für Fahrzeuge mit einer lichttechnischen Anordnung enthaltend eine Lichtquelle, Lichtführungsmittel zur Weiterleitung des von der Lichtquelle emittierten Lichtes und ein dem Lichtführungsmittel nachgeordnetes Kunststoffoptikelement zur Erzeugung einer vorgegebenen Beleuchtungsstärkeverteilung, dadurch gekennzeichnet, dass Temperaturkompensationsmittel vorgesehen sind, derart, dass die Beleuchtungsstärkeverteilung im Bereich einer vorgegebenen Hell-Dunkel-Grenze (HDG) stets unterhalb einer vorgegebenen Blendungsschwelle (B) verläuft.
  2. Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationsmittel durch eine Kompensationseinheit (12, 21) gebildet ist, die in Abhängigkeit von der aktuellen Temperatur des Kunststoffoptikelementes (4) die Winkellage der lichttechnischen Anordnung (20) und/oder die Winkellage des Kunststoffoptikelementes (4) und/oder eines Abschatters (5) der lichttechnischen Anordnung nachführt.
  3. Scheinwerfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationsmittel durch eine Kompensationseinheit (12) gebildet ist, die in Abhängigkeit von der aktuellen Temperatur des Kunststoffoptikelementes (4) die Lage des Kunststoffoptikelementes (4) und/oder des Abschatters in vertikaler Richtung oder in Richtung der optischen Achse (19) nachführt.
  4. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kunststoffoptikelement (4) ein Temperatursensor (13) zugeordnet ist.
  5. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kunststoffoptikelement eine Heiz-/Kühleinheit zugeordnet ist, derart, dass die Umgebungstemperatur des Kunststoffoptikelementes (4) stets in einem vorgegebenen Temperaturbereich gehalten wird.
  6. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage und/oder Geometrie des Kunststoffoptikelementes (4) so ausgelegt ist, dass die Werte der Beleuchtungsstärkeverteilung innerhalb eines vorgegebenen Betriebstemperaturbereiches unterhalb der Blendungsschwelle (B) sind.
  7. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Kompensationsmittel eine Kompensationsoptik enthaltend mindestens zwei Linsenelemente (A, B) vorgesehen ist, deren Brechkräfte und/oder Brechungsindizes derart gewählt sind, dass eine mathematische Temperaturkompensationsformel erfüllt wird.
  8. Scheinwerfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Linsenelement (A, B) der Kompensationsoptik durch das Kunststoffoptikelement (4) gebildet ist und dass ein erstes Linsenelement (A) als Konvexlinse und ein zweites Linsenelement (B) als Konkavlinse ausgebildet ist.
  9. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffoptikelement (4) aus einem transparenten Polymer gebildet ist, dessen Brechungsgradient (dn/dT) bezogen auf die Temperatur ≤ - 0,7 * 10-4 1/K ist.
  10. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtführungsmittel oder als Mittel der Lichtbeeinflussung ein Reflektor (1) und/oder eine Blende (5) vorgesehen sind.
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