EP2505910B1 - Motor vehicle headlamp with a semiconductor light source - Google Patents

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EP2505910B1
EP2505910B1 EP12161419.2A EP12161419A EP2505910B1 EP 2505910 B1 EP2505910 B1 EP 2505910B1 EP 12161419 A EP12161419 A EP 12161419A EP 2505910 B1 EP2505910 B1 EP 2505910B1
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EP
European Patent Office
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projection lens
light source
semiconductor light
light
optical axis
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EP12161419.2A
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German (de)
French (fr)
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EP2505910A3 (en
EP2505910A2 (en
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Matthias Brendle
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Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Original Assignee
Automotive Lighting Reutlingen GmbH
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Publication date
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    • 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
    • F21S41/30Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by reflectors
    • F21S41/32Optical layout thereof
    • F21S41/322Optical layout thereof the reflector using total internal reflection
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21S41/141Light emitting diodes [LED]
    • F21S41/143Light emitting diodes [LED] the main emission direction of the LED being parallel to the optical axis of the illuminating device
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    • F21S41/26Elongated lenses
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    • F21S41/20Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
    • F21S41/285Refractors, transparent cover plates, light guides or filters not provided in groups F21S41/24-F21S41/28
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    • F21S45/00Arrangements within vehicle lighting devices specially adapted for vehicle exteriors, for purposes other than emission or distribution of light
    • F21S45/40Cooling of lighting devices
    • F21S45/47Passive cooling, e.g. using fins, thermal conductive elements or openings

Definitions

  • the present invention relates to a motor vehicle headlight according to the preamble of claim 1.
  • Such a motor vehicle headlight is from the DE 10 2007 007 943 A1 known.
  • the main surface mentioned in the preamble is understood to mean an imaginary surface on which the light is refracted as on the real lens. This will be explained below with reference to FIG. 1 explained in more detail.
  • LED light-emitting diode
  • LED light-emitting diode
  • arrangements of several LEDs are referred to as a semiconductor light source.
  • LEDs are usually used today with a rectangular or square light exit surface with an edge length of 0.5 mm to 2 mm, in particular with an edge length of 1 mm.
  • semiconductor light sources still have comparatively low luminous fluxes and luminance, so that the low beam and high beam light distributions in the case of LED headlamps are generally formed from a plurality of light modules.
  • a low-beam spot light module generates the range, ie the areas directly at the cut-off line, while the basic light module illuminates the side illumination and the area immediately in front of the vehicle (vehicle apron).
  • the light distribution of the basic light module has a largely horizontal cut-off and a wide side illumination and a soft vertical outlet close to the vehicle.
  • the basic light distribution corresponds largely to the light distribution of a fog lamp.
  • LED basic light modules Today, different types of LED basic light modules are known.
  • reflection and projection systems are used, wherein the projection systems have at least one light source with at least one primary optics, which generate an intermediate image in the focal plane of at least one projection lens.
  • the intermediate picture is over an aperture in the Focal plane of the projection lens limited, in order to obtain in this way a particularly sharp cut-off.
  • reflective basic light modules are known in which the light beam of the LED light source is formed by a freely shaped, usually faceted reflector surface in the desired manner.
  • Semiconductor light sources are typically half space radiators. Due to the typical radiation characteristics in the half space as well as favored by the sharp boundary of the semiconductor light source (by the just bordered LED chips), would also offer direct imaging (ie without forming an intermediate image single-stage imaging) projection systems in which the light from the semiconductor light source through an astigmatic lens is projected directly onto the road surface: the semiconductor light source lies directly in the focal plane of the astigmatic lens, whereby space and costs for primary optics and intermediate image plane can be saved.
  • High illuminance levels at the cut-off line should be achieved, and at the same time the illuminance should be smooth and uniform in the direction of the vehicle apron. It should be achieved high efficiency and at the same time a long range and high illuminance.
  • the light exit surface should be kept small.
  • the object of the invention is to provide a motor vehicle headlight, which is characterized by an efficient, compact light module, which can produce low-beam light distributions by imaging a semiconductor light source, in particular a basic light or fog light distribution.
  • the projection system according to the invention is intended to ensure high illuminance levels directly at the cut-off line and at the same time provide far-reaching light distributions, which evenly spread to lower illuminance levels at lateral and lower edges of the light distribution, so that a homogeneous illumination of the vehicle apron is ensured.
  • the highest possible optical efficiency should be sought.
  • the inclination of the main surface is preferably 8 ° to 20 °.
  • the strong inclination results in different lens zones with different magnifications.
  • the lens zones closest to the light source produce large images of the light source, far away lens zones produce small pictures.
  • the large images are preferably used for the areas of light distribution in which large dimensions and small illuminance levels are required, for example in the vehicle apron. With closely spaced lens zones, a large amount of luminous flux can be collected, thus achieving good optical efficiency. Small light source images from widely spaced lens zones are well suited for generating coverage directly at the cut-off line - with lower optical efficiency.
  • the material thickness of the first projection lens is maximum in a central region of the lens and decreases towards the edges of the first projection lens.
  • the first projection lens is realized as a concave-convex lens having a concave light entry surface and a convex light exit surface.
  • a further preferred embodiment is characterized in that the first projection lens has a bi-convex cross-section in a direction parallel to the horizon and a concave-convex cross-section in a vertical direction perpendicular to the horizon.
  • the distance of the semiconductor light source from the first projection lens of Focal length of the first projection lens in the direction perpendicular to the horizontal vertical direction corresponds.
  • the motor vehicle headlight has a diaphragm arranged directly on the semiconductor light source with a diaphragm edge which sharply delimits a light bundle emanating from the semiconductor light source.
  • the semiconductor light source has a plurality of light-emitting semiconductor chips.
  • a further preferred embodiment is characterized in that the plurality of semiconductor chips can be controlled independently of one another.
  • FIG. 1a a motor vehicle headlight 10 having at least one semiconductor light source 12 and an optical system 14 influencing a propagation of light of the semiconductor light source 12 within the headlight 10.
  • the optical system 14 has a first projection lens 16 with a main surface 18.
  • the semiconductor light source 12 is in one Focusing the first projection lens 16 is arranged.
  • the headlamp 10 is adapted to the in FIG. 1b to produce shown light distribution 20.
  • the light distribution 20 is characterized by a bright area 22 and a dark area 24, which is separated from the bright area 22 by a cut-off line 26.
  • the horizontally extending line H represents the position of the horizon in a proper use of the motor vehicle headlight 10 in a motor vehicle.
  • the line V corresponds to a vertical, which is arranged at a right angle to the horizontal H when used as intended.
  • the bright area 22 of the light distribution 20 is just below the horizon H and has a substantially greater extent in the horizontal direction than in the vertical direction. Such a light distribution is typical for low beam and / or basic light beam distribution.
  • the light distribution 20 is generated by direct imaging of the light exit surface of the semiconductor light source 12, wherein the first projection lens 16 projects an image of the semiconductor light source 12 directly into the far ahead of the motor vehicle headlight 10 apron.
  • the motor vehicle headlight 10 has further semiconductor light sources and optionally further optics 14 which superimpose additional partial light light distributions on the basic light light distribution 20, for example spot light distributions, in order to generate a total light distribution adapted to the respective traffic conditions.
  • An optical axis 28 of the motor vehicle extends between the semiconductor light source 12 and a central point 30 of the cut-off line 26. The central Therefore, point 30 is preferably at the crossing point of the vertical V and the horizontal H or just below it.
  • the motor vehicle headlight 10 is characterized in that the first projection lens 16 is arranged inclined relative to the optical axis 28 so that points 32 of the main surface 18 of the first projection lens 16 lie in a radial distance r from the optical axis 28 above the optical axis 28
  • Direction of the optical axis 28 have an axial distance d_32 to the semiconductor light source 12, which differs from a distance d_34 that a lying at the same radial distance r from the optical axis 28 below the optical axis 28 point 34 of the main surface 18 of the first projection lens sixteenth having.
  • the main surface is a mental construction produced in the following manner.
  • the direction of the exiting beam 56, 58 differs on the entrance and upon the exit from the first projection lens 16, refraction changes direction from the direction of the exiting beam 56, 58.
  • this twofold change in direction is thought to be replaced by a single change of direction occurring within the lens at a point where the incoming beam 50, 52 and the associated exiting beam 56, 58 would intersect if no change in direction took place at the light entry surface 48 and at the light exit surface 54.
  • the set of all possible intersections that are According to the main surface 18 of the first projection lens 16 relative to the optical axis 28 is arranged inclined so that the axial distances d_32 and d_34 of the same radial distance r above and below the optical axis 28 lying points 32 and 34 of the main surface 18 substantially different from each other.
  • the semiconductor light source 12 consists of one or more semiconductor chips, which can be switched on and off together or separately.
  • embodiments with five semiconductor chips are presented in this application.
  • the number of semiconductor chips may also be less than or greater than five, and that the semiconductor chips need not only be arranged in a single row, as in embodiments discussed herein. Rather, the chips can also be mounted on the circuit carrier 36 in a matrix-like manner in rows and columns or in another, preferably regular arrangement.
  • the circuit carrier 36 is preferably a rigid or flexible printed circuit board on which the semiconductor chips of the semiconductor light source 12 are attached and through which the semiconductor chips are electrically contacted.
  • the circuit carrier 36 is adapted to receive the resulting during operation of the semiconductor light source 12 electrical heat loss and forward to a thermally coupled to the circuit carrier 36 heat sink 38, which emits the heat loss to the ambient air.
  • the mounting of the semiconductor light source 12 in the headlight 10 takes place relative to the first projection lens 16 such that the light exit surface of the semiconductor light source 12 lies in a Petzval surface 40 of the first projection lens 16.
  • the Petzval area 40 is the area of all points that are sharply imaged by the projection lens 16.
  • the semiconductor light source 12 is arranged in a focal point of the first projection lens 16.
  • the structural elements described so far form a light module 42.
  • This light module 42 is alone or together with other light modules of the headlamp 10 in a housing 44.
  • the housing 44 has a in the FIG. 1 to the right light exit opening, which is covered by a transparent cover 46.
  • FIG. 2 shows a perspective view of a heat sink 38 with mounted circuit substrate 36 and mounted thereon a semiconductor light source 12, which consists of a plurality of horizontally juxtaposed semiconductor chips, together with a first projection lens 16.
  • Die FIG. 2 serves in particular to illustrate the subject matter of FIGS. 3 to 5 ,
  • FIG. 3 shows a front view of the subject of FIG. 2 , ie a view of the subject of the FIG. 2 as it results from a viewing direction opposite to the light emission direction. From this line of sight, one sees the light exit surface 54 of the first projection lens 16 in front of the heat sink 38
  • FIG. 3 shows in particular a preferred embodiment, which is characterized in that the first projection lens 16 in the direction of a horizontal has a greater extent than in the direction of a vertical.
  • the direction of the vertical of the sectional plane IV-IV and the direction of the horizontal of the sectional plane VV corresponds in the FIG. 3 ,
  • FIG. 4 shows the subject of the FIG. 3 in vertical section IV-IV
  • the FIG. 5 shows the subject of the FIG. 3 in horizontal section VV.
  • the vertical section shows a profile of the first projection lens 16, which is inclined about an axis parallel to the horizon H and perpendicular to the optical axis 28.
  • a lens mold as shown in FIG FIG.
  • the lens edge in particular the edge of the light source 12 facing lens surface (light entrance surface) 48 above the optical axis 28 is significantly closer to the light source 12 than below the optical axis 28.
  • the profile of the vertical cross section through the In this case, the first projection lens 16 corresponds to the profile of a converging lens, since the material thickness of the first projection lens 16 in the region of the optical axis 28 is greatest and falls toward the edge of the lens.
  • FIGS. 4 and 5 show the respective components shown there on the same scale.
  • a comparison of FIGS. 4 and 5 shows therefore in particular that the lens cross sections in the horizontal section of FIG. 5 and the vertical section of the FIG. 4 have different curvatures and thus different focal lengths.
  • the radii of curvature in horizontal section are much larger than the radii of curvature in vertical section.
  • the first projection lens 16 generates a highly divergent light beam in the horizontal sectional plane, resulting in the FIG. 5 is represented by the wide opening angle 59.
  • the smaller radius of curvature in the vertical section means that the light is concentrated much more strongly in the vertical direction. Overall, this results in an astigmatic image, so that the light source 12 is shown as a vertically narrow, horizontal but very wide light distribution 20, as they are qualitatively in the FIG. 1b is shown.
  • the first projection lens 16 preferably has a concave light entrance surface 48 and a convex light exit surface 54.
  • the light entry surface 48 may also deviate from the illustration of FIG. 5 , Be convex, so that there is a biconvex cross-section.
  • FIG. 6 shows one of the FIG. 4 comparable vertical section together with individual elements of a resulting light distribution 20.
  • Die FIG. 6 refers in particular to a direct imaging system with a five chips and thus five light emitting surfaces having semiconductor light source 12, which is imaged by a projection lens 16 in a light distribution 20 becomes.
  • the light distribution 20 is thereby, as it also in connection with the FIG. 1b has already been explained, in an HV plane in front of the motor vehicle headlamp, wherein the horizontal axis H with the optical axis 28 and the vertical axis V forms a right-handed coordination system.
  • FIG. 6 To explain the technical effects of the tilted arrangement, are in the FIG. 6 considered three different lens zones LZ1, LZ2 and LZ3. It is understood that this is a purely conceptual construction and that the lens could be divided into other lens zones in any manner.
  • the lens zones can each be regarded as subregions of the main surface 18.
  • a first lens zone LZ1 is arranged above the optical axis 28, while a second lens zone LZ2 is arranged in the region of the optical axis 28 and a third lens zone LZ3 below the optical axis 28.
  • the upper lens zone LZ1 has a first distance S1 from the semiconductor light source 12 which is smaller than a distance S2 of the second lens zone LZ2 from the semiconductor light source 12, this distance S2 being smaller than a distance S3 the third lens zone LZ3 from the semiconductor light source 12.
  • the different distances S1 less than S2 smaller S3 (S1 ⁇ S2 ⁇ S3) are due to the described inclination of the main surface 18 of the first projection lens 16.
  • the lens zone LZ1 which has the five light exit surfaces
  • the lens zone LZ2 further away from the semiconductor light source 12 generates images B_LZ2 of the light exit surfaces semiconductor chips of the semiconductor light source 12, which are smaller than the images B LZ1.
  • the lens zone LZ3 farthest from the semiconductor light source 12 generates the smallest images B_LZ3 of the five light exit surfaces of the semiconductor chips of the semiconductor light source 12.
  • the large images B_LZ1 are preferably used for the areas of light distribution in which large expansions and small illuminance levels are required, for example in the motor vehicle apron located close to the motor vehicle. With the associated lens zone LZ1 lying comparatively close to the semiconductor light source 12, a large amount of luminous flux can be absorbed and thus good optical efficiency can be achieved.
  • smaller light source images for example the light source images B_LZ3 from lens zones LZ3 located farther away from the semiconductor light source 12, are well suited for illumination further ahead of the vehicle, which are just below the cut-off line 26 in the light distribution 20. With these areas, the largest range is reached directly at the cut-off line 26, the larger range is purchased at a comparatively poor efficiency.
  • the different lens zones merge into each other, so that their images in The light distribution 20 also overlap continuously from outside to inside or from inside to outside merging into each other. It is true that the largest chip images with the lowest illuminance come from the lens zone which is closest to the semiconductor light source 12, while the smallest chip images with the greatest illuminance come from the lens zone with the greatest distance to the semiconductor light source 12.
  • the projection lens 16 is positioned relative to the semiconductor light source 12 such that the semiconductor light source 12 lies in the Petzval surface of the vertical cross section of the projection lens 16, in which the optical axis 28 extends.
  • only individual areas from the vertical sections of the projection lens 16 contribute to the sharp imaging of the lower edge of the light source.
  • the remaining edges of the light distribution 20 appear blurred, since the different lens zones each provide images of very different sizes. Since the horizontal section due to its opposite the vertical section other radius of curvature provides no sharp image, a horizontally wide-blazed light band is generated with low vertical extent, which is substantially less than the horizontal extent. This results qualitatively in the FIG. 1b illustrated form of light distribution 20th
  • the projection lens 16 has, in one embodiment, at least one lens surface, be it the light entry surface 48 and / or the light exit surface 54, at least partially scattering structures, the For example, realized by a wavy shape of the surface.
  • scattering microstructures By means of such scattering microstructures, a slight blurring of the light-dark boundary can be achieved in a targeted manner, which contributes to the homogenization of the light distribution and, moreover, helps to eliminate chromatic aberrations.
  • Vertically arranged cylindrical microlenses scatter horizontally and thus have no decisive influence on the illuminance gradient, that is to say on the maximum range of the headlamp 10.
  • FIG. 7 shows an embodiment in which the optical system 14 in addition to the first projection lens 16 has a converging lens 60 which is disposed between the semiconductor light source 12 and the first projection lens 16. A part of the light emitted from the semiconductor light source 12 into the half-space passes through the condenser lens 60. This light is in the FIG. 7 represented by the opening angle 64. The portion 66 of the light emanating from the semiconductor light source 12, which passes through only the first projection lens 16 and does not pass through the condenser lens 60, generates small high-intensity light source images B_66, which are used to form the cut-off line 26.
  • the additional converging lens 60 directs additional beams from the opening angle 64 onto the first projection lens 16 and thus increases the efficiency of the optical system.
  • the quotient of the light emitted by the light source 12 in the denominator and of the light impinging in the light distribution 20 in the meter is understood here to be an efficiency or an efficiency of the optical system.
  • the light 68 which is both the additional converging lens 60 and the first projection lens 16 has passed, appears to come from above the semiconductor light source 12. This means that the additional converging lens 60 generates virtual, enlarged images of the semiconductor light source 12, as shown as images B_68 in the light distribution 20 as shown in FIG FIG. 7 are shown. In the FIG. 7 this virtual extension is represented by a virtual image 62 of the semiconductor light source 12 lying above the semiconductor light source 12.
  • the additional converging lens 60 is inclined upward to the semiconductor light source 12, while the first projection lens 16 is inclined upward from the first semiconductor light source 12 away. It is essential in any case that at least one of the two lenses 16, 60 has a defined according to the characterizing features of claim 1 inclination. It is this tendency that is responsible for the different magnifications. On the other hand, whether a larger magnification above the optical axis and a smaller magnification below the optical axis is generated, or whether a smaller magnification above the optical axis and a larger magnification below the optical axis is generated is of secondary importance.
  • FIG. 8 shows a further embodiment, in which the additional converging lens is realized as a Fresnel lens with Fresnel zones 66.
  • the additional converging lens is realized as a Fresnel lens with Fresnel zones 66.
  • the light beams are deflected by a plurality of discrete Fresnel lens zones 66.
  • the individual Fresnel lens zones 66 can be degenerated into prism wedges.
  • FIG. 9 shows an embodiment in which the optical system 14 in addition to the first projection lens 16 has an additional reflector 68 which is disposed between the semiconductor light source 12 and the first projection lens 16.
  • the additional reflector 68 is set up by its arrangement and its shape to direct light emanating from the semiconductor light source 12 through reflections occurring on at least one optical surface of the additional reflector 68 onto the light entrance surface 48 of the first projection lens 16 such that this light emerges next to the semiconductor light source 12, it appears that the luminous area of the semiconductor light source 12 is virtually widened in the vertical direction and / or in the horizontal direction.
  • this virtual extension is represented by a virtual image 62 of the semiconductor light source 12 lying above the semiconductor light source 12.
  • the additional reflector 68 has, in particular, a reflection surface arranged at an angle to the optical axis 28, so that light of the semiconductor light source 12 falling thereon is directed onto the light entry surface 48 of the first projection lens 16.
  • the reflection surface can optionally be curved, in particular concavely arched.
  • the additional reflector 68 is preferably arranged on at least one side edge of the semiconductor light source 12 such that a part of the light emitted by the semiconductor light source 12 falls on the additional reflector 68. This generates virtual images of the semiconductor light source 12 in the Petzval plane of the projection lens 16. As a result, the light exit surface of the semiconductor light source 12 is virtually enlarged.
  • the reflected from the reflection surface of the additional reflector 68 rays appear from areas next to the Light exit surfaces of the chips of the semiconductor light source 12 to come and thus extend the images of the light exit surfaces of the chips of the semiconductor light source 12 in the resulting on the roadway light distribution 20 in front of the vehicle to the side or down. As a result, a soft outlet of the light distribution is achieved.
  • a soft spout is understood here to mean a flat intensity gradient.
  • the additional reflector 68 captures a luminous flux which would otherwise not strike the first projection lens 16 .
  • the additional reflector 68 thus increases the total amount of light occurring on the light entry surface 48 of the first projection lens 16 and thus increases the optical efficiency.
  • the auxiliary reflector 68 is placed on the upper edge of the semiconductor light source 12, the light distribution 20 is extended downward in the direction of the vehicle apron, which is closer to the vehicle.
  • the light distribution can then be expanded toward the sides with the aid of the additionally reflected light, thus improving the side illumination.
  • the part of the light which only passes through the first projection lens 16 generates small light source images with high illuminance, which can be used for the formation of the cut-off line.
  • the part of the light, which is directed by the additional reflector 68 to the projection lens 16, contributes to improved illumination of the great light source imagery, as in the FIG. 7 are denoted by the reference B_68.
  • the reflection surface of the additional reflector 68 is realized in a preferred embodiment as a metallic coating of a forming and optionally with a painted to smooth roughness structure of the additional reflector 68.
  • a reflective surface of the additional reflector 16 is realized as a white or diffusely reflecting surface.
  • a white and / or diffuse reflective surface can be achieved, for example, by the reflective surface of the auxiliary reflector 68 comprising a layer containing titanium dioxide, zinc oxide, zinc sulfide, calcium carbonate, lead carbonate, barium sulfate or other white pigments.
  • the additional reflector 68 may also be embodied as a reflector utilizing the effect of internal total reflection at an interface of a transparent solid and consisting, for example, of glass, PMMA (polymethyl methacrylate) or PC (polycarbonate).
  • the reflection surface is formed by boundary surfaces of one or more deflection prisms, wherein such a deflection prism each having an optically active surface in the form of a refractive light entrance surface, a refractive light exit surface and at least one totally reflecting surface. All optically effective, that is to say the light direction changing surfaces can be convex or concave in this case.
  • the additional reflector may have, at least in part, scattering, for example wavy, structures.
  • the scattering structures can also be located on refracting light entry and exit surfaces.
  • FIG. 9b shows an auxiliary reflector 68, which consists of a reflective coated and non-transparent structure.
  • TIR Total Internal Reflection
  • the FIG. 10 shows a heat sink 38 with mounted thereon a circuit substrate 36, on which five LED semiconductor chips are arranged, which constitute a semiconductor light source 12.
  • the semiconductor light source 12 may also have a larger or smaller number n of semiconductor chips.
  • the n semiconductor chips can be switched on and off independently of each other.
  • the object of FIG. 10 is characterized by an aperture 70 arranged directly on the semiconductor light source 12, which sharply delimits a light bundle emanating from LED chips 72 of the semiconductor light source 12.
  • the projection lens 16 images the semiconductor light source 12 with the aperture edge delimiting the light exit surface of the semiconductor light source 12 such that the light-dark boundary 26 results as an image of the diaphragm edge.
  • This diaphragm edge creates a sharp cut-off line 26 in the light distribution 20 of a light module associated with the object of FIG. 10 Is provided.
  • FIG. 11 shows an exemplary embodiment that has a light module 42, a diaphragm 74 and a second projection lens 76.
  • the light module 42 corresponds to one of the embodiments described and explained up to here.
  • Such a light module 42 has, in particular, a semiconductor light source 12 and an optical system 14 influencing the propagation direction of light of the semiconductor light source 12, which optical system has a first projection lens 16 with a main surface.
  • the semiconductor light source 12 is disposed at a focal point of the first projection lens 16.
  • the light module 42 is configured to produce a light distribution 20 having a bright area 22 and a dark area 24 separated from the bright area 22 by a horizontal cut-off line 26, and has an optical axis 28 which is a central point 30 of the cut-off line 26 connects to the semiconductor light source 12.
  • the light module 42 is distinguished by the fact that the first projection lens 16 is arranged inclined relative to the optical axis 28 so that points 32 of the main surface 18 of the first projection lens 16 lie in a radial distance r from the optical axis 28 above the optical axis 28 Direction of the optical axis 28 have an axial distance d_32 to the semiconductor light source 12, which differs from an axial distance, the lying at the same radial distance r from the optical axis 28 below the optical axis 28 point 34 of the main surface 18 of the first projection lens sixteenth having.
  • FIG. 11 illustrated embodiment differs from such a light module 42 by a second projection lens 76 in addition to the first projection lens 16 in the light path behind the first projection lens 16 arranged second projection lens 76.
  • the embodiment shown in the FIG. 11 is configured to focus light emanating from the semiconductor light source 12 with the first projection lens 16 in a region which is at a distance of a focal length f of the second projection lens 76 from the second projection lens 76 between the first projection lens 16 and the second projection lens 76 ,
  • the embodiment that is in the FIG. 11 is further configured to generate the light distribution projected onto the street as an image of an intermediate image mediated by the second projection lens 76, which image is formed from the light bundled in said area.
  • the intermediate image is doing with one of the reference to the FIGS. 1 to 10 explained embodiments of a light module 42 generates.
  • the intermediate image is additionally delimited by an aperture 74 introduced into the intermediate image plane, that is to say into the Petzval surface of the second projection lens 76, in order to achieve a particularly sharp cut-off line 26.
  • the sharp cut-off line 26 is achieved in this case by the image of the intermediate image delimiting diaphragm edge.
  • the second projection lens 76 focuses on the light distribution in the intermediate image plane 78 and images it with image reversal onto the road. With the edge of the aperture 74 projecting into the light distribution in the intermediate image plane, the light distribution in the intermediate image plane 78 is limited in order to achieve a sharper cut-off line.
  • This panel 74 is realized as a mirror panel having a reflective surface 80.
  • the aperture 74 with the reflective surface 80 is arranged so that the subject of the FIG. 11 on the first projection lens 16 side facing the aperture 74 falling light in the subject of FIG. 12 incident on the reflective surface 80 and is additionally directed by this on the light entry surface of the second projection lens 76.
  • the one of the reflective surface 80 having aperture 74 from the Fig. 12 can therefore also be referred to as a mirror or mirror aperture.
  • the second projection lens 76 facing the front edge of the aperture 74th lies in the Petzval area of the second projection lens or follows the course of the Petzval area of the second projection lens 76. Therefore, this mirror leading edge is sharply imaged by the second projection lens 76.
  • the reflected rays are directed by the second projection lens 76 into an area below the cut-off line 26, where they amplify the light intensity.
  • the leading edge of the mirror aperture 74 may be contoured to create a contoured cut-off line. In this case, the front mirror contour limits the light distribution in the intermediate image plane 78 so that a sharp cut-off line 26 is created.
  • the first projection lens 16 and / or the condenser lens 60 and / or the second projection lens 76 and / or the reflector 68 on an optically active surface may have scattering structures. It is preferred that the scattering structures give the optically active surface a wavy shape. It is particularly preferred that the scattering structures have a shape of vertically arranged cylinder sections.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeugscheinwerfer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a motor vehicle headlight according to the preamble of claim 1.

Ein solcher Kraftfahrzeugscheinwerfer ist aus der DE 10 2007 007 943 A1 bekannt.Such a motor vehicle headlight is from the DE 10 2007 007 943 A1 known.

Unter der im Oberbegriff genannten Hauptfläche wird dabei eine gedanklich konstruierte Fläche verstanden, an der das Licht so gebrochen wird, wie an der realen Linse. Dies wird weiter unten unter Bezug auf die Figur 1 noch näher erläutert.In this case, the main surface mentioned in the preamble is understood to mean an imaginary surface on which the light is refracted as on the real lens. This will be explained below with reference to FIG. 1 explained in more detail.

Ein solcher Kraftfahrzeugscheinwerfer ist per se bekannt. Mittlerweile finden zunehmend Leuchteinheiten in Fahrzeugscheinwerfern Anwendung, die zumeist aus mehreren Halbleiterlichtquellen mittels Projektions- oder Reflexionsoptiken Abblendlicht- oder Fernlichtverteilungen erzeugen. Halbleiterlichtquellen sind insbesondere LEDs, also Leuchtdioden (LED = Licht emittierende Diode). In dieser Anmeldung werden auch Anordnungen aus mehreren LEDs als Halbleiterlichtquelle bezeichnet. Für Kraftfahrzeugscheinwerfer werden heute meist LEDs mit einer rechteckigen oder quadratischen Lichtaustrittsfläche mit einer Kantenlänge von 0,5 mm bis 2 mm, insbesondere mit einer Kantenlänge von 1 mm verwendet. Im Gegensatz zu Gasentladungslampen weisen Halbleiterlichtquellen noch vergleichsweise geringe Lichtströme und Leuchtdichten auf, so dass die Abblendlicht- und Fernlicht-Lichtverteilungen bei LED-Scheinwerfern in der Regel aus mehreren Lichtmodulen gebildet werden.Such a motor vehicle headlight is known per se. In the meantime, lighting units in vehicle headlamps are increasingly being used, which mostly consist of a plurality of semiconductor light sources by means of projection or reflection optics, low beam or high beam distributions produce. Semiconductor light sources are in particular LEDs, that is light-emitting diodes (LED = light-emitting diode). In this application, arrangements of several LEDs are referred to as a semiconductor light source. For motor vehicle headlamps LEDs are usually used today with a rectangular or square light exit surface with an edge length of 0.5 mm to 2 mm, in particular with an edge length of 1 mm. In contrast to gas discharge lamps, semiconductor light sources still have comparatively low luminous fluxes and luminance, so that the low beam and high beam light distributions in the case of LED headlamps are generally formed from a plurality of light modules.

Zur Darstellung einer Abblendlichtfunktion werden meist mindestens zwei Lichtverteilungen kombiniert: Eine Grundlicht-Lichtverteilung und eine Abblendlicht-Spot-Lichtverteilung. Dabei erzeugt ein Abblendlicht-Spot-Lichtmodul die Reichweite, also die Bereiche direkt an der Hell-Dunkel-Grenze, während das Grundlichtmodul die Seitenausleuchtung sowie den Bereich unmittelbar vor dem Fahrzeug (Fahrzeugvorfeld) ausleuchtet. Die Lichtverteilung des Grundlichtmoduls besitzt eine weitgehend horizontale Hell-Dunkel-Grenze und eine breite Seitenausleuchtung sowie einen weichen vertikalen Auslauf bis dicht vor das Fahrzeug. Damit entspricht die Grundlicht-Lichtverteilung weitgehend der Lichtverteilung eines Nebelscheinwerfers.To represent a low beam function, at least two light distributions are usually combined: a basic light distribution and a low beam spot distribution. In this case, a low-beam spot light module generates the range, ie the areas directly at the cut-off line, while the basic light module illuminates the side illumination and the area immediately in front of the vehicle (vehicle apron). The light distribution of the basic light module has a largely horizontal cut-off and a wide side illumination and a soft vertical outlet close to the vehicle. Thus, the basic light distribution corresponds largely to the light distribution of a fog lamp.

Man kennt heute verschiedene Bauformen von LED-Grundlichtmodulen. In der Regel werden Reflexions-und Projektionssysteme verwendet, wobei die Projektionssysteme mindestens eine Lichtquelle mit mindestens einer Primäroptik aufweisen, die ein Zwischenbild in der Brennebene mindestens einer Projektionslinse erzeugen. Meist wird das Zwischenbild über eine Blende in der Brennebene der Projektionslinse begrenzt, um auf diese Weise eine besonders scharfe Hell-Dunkel-Grenze zu erhalten.Today, different types of LED basic light modules are known. As a rule, reflection and projection systems are used, wherein the projection systems have at least one light source with at least one primary optics, which generate an intermediate image in the focal plane of at least one projection lens. Mostly the intermediate picture is over an aperture in the Focal plane of the projection lens limited, in order to obtain in this way a particularly sharp cut-off.

Ferner sind Reflexions-Grundlichtmodule bekannt, bei denen das Lichtbündel der LED-Lichtquelle von einer frei geformten, meist facettierten Reflektorfläche in gewünschter Weise geformt wird.Furthermore, reflective basic light modules are known in which the light beam of the LED light source is formed by a freely shaped, usually faceted reflector surface in the desired manner.

Nachteilig ist, dass sowohl Reflektoren wie Projektoren relativ groß bauen. Insbesondere müssen Reflexionssysteme sehr groß ausgeführt werden, um eine gute Effizienz und akzeptable Reichweiten und/oder Beleuchtungsstärken zu erhalten. Bei Projektionssystemen, die aufgrund der Verwendung eines Zwischenbildes eine 2-stufige Abbildung vorsehen, ist häufig die daraus resultierende große Baulänge problematisch.The disadvantage is that both reflectors and projectors are relatively large in size. In particular, reflection systems must be made very large in order to obtain good efficiency and acceptable ranges and / or illuminances. In projection systems that provide a 2-step image due to the use of an intermediate image, the resulting large length is often problematic.

Halbleiterlichtquellen sind typischerweise Halbraumstrahler. Aufgrund der typischen Abstrahlcharakteristik in den Halbraum sowie begünstigt durch die scharfe Begrenzung der Halbleiterlichtquelle (durch die gerade berandeten LED-Chips), würden sich auch direkt abbildende (also ohne Bildung eines Zwischenbildes einstufig abbildende) Projektionssysteme anbieten, bei denen das Licht aus der Halbleiterlichtquelle durch eine astigmatische Linse direkt auf die Fahrbahn projiziert wird: Dabei liegt die Halbleiterlichtquelle direkt in der Brennebene der astigmatischen Linse, wodurch Raum und Kosten für Primäroptik und Zwischenbildebene eingespart werden können.Semiconductor light sources are typically half space radiators. Due to the typical radiation characteristics in the half space as well as favored by the sharp boundary of the semiconductor light source (by the just bordered LED chips), would also offer direct imaging (ie without forming an intermediate image single-stage imaging) projection systems in which the light from the semiconductor light source through an astigmatic lens is projected directly onto the road surface: the semiconductor light source lies directly in the focal plane of the astigmatic lens, whereby space and costs for primary optics and intermediate image plane can be saved.

Neben den geringeren erzielbaren Beleuchtungsstärken ist hier nachteilig, dass nach Wegfall der Primäroptik nun die Projektionslinse die gesamte Lichtverteilung formen muss. Hierbei ergeben sich vielfache Restriktionen und Probleme.In addition to the lower achievable illuminance is disadvantageous here that after elimination of the primary optics now the projection lens must form the entire light distribution. This results in multiple restrictions and problems.

Dabei sind insbesondere die folgenden Forderungen zu erfüllen: Es sollen hohe Beleuchtungsstärken an der Hell-Dunkel-Grenze erzielt werden, wobei gleichzeitig die Beleuchtungsstärke weich und gleichförmig in Richtung Fahrzeugvorfeld auslaufen soll. Es soll ein hoher Wirkungsgrad und gleichzeitig eine hohe Reichweite und eine hohe Beleuchtungsstärke erreicht werden. Die Lichtaustrittsfläche soll klein gehalten werden.In particular, the following requirements are to be met: High illuminance levels at the cut-off line should be achieved, and at the same time the illuminance should be smooth and uniform in the direction of the vehicle apron. It should be achieved high efficiency and at the same time a long range and high illuminance. The light exit surface should be kept small.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Kraftfahrzeugscheinwerfer bereitzustellen, der sich durch ein effizientes, kompaktes Lichtmodul auszeichnet, das durch Abbildung einer Halbleiterlichtquelle Abblendlicht-Lichtverteilungen erzeugen kann, insbesondere eine Grundlicht- oder Nebellicht-Lichtverteilung. Dabei soll das erfindungsgemäße Projektionssystem hohe Beleuchtungsstärken unmittelbar an der Hell-Dunkel-Grenze gewährleisten und gleichzeitig weit reichende Lichtverteilungen bereitstellen, die an seitlichen und unteren Rändern der Lichtverteilung gleichmäßig zu kleineren Beleuchtungsstärken auslaufen, so dass eine homogene Ausleuchtung des Fahrzeugvorfeldes gewährleistet ist. Für das Gesamtsystem ist ein möglichst hoher optischer Wirkungsgrad anzustreben.Against this background, the object of the invention is to provide a motor vehicle headlight, which is characterized by an efficient, compact light module, which can produce low-beam light distributions by imaging a semiconductor light source, in particular a basic light or fog light distribution. In this case, the projection system according to the invention is intended to ensure high illuminance levels directly at the cut-off line and at the same time provide far-reaching light distributions, which evenly spread to lower illuminance levels at lateral and lower edges of the light distribution, so that a homogeneous illumination of the vehicle apron is ensured. For the overall system, the highest possible optical efficiency should be sought.

Diese Aufgabe wird mit einem Kraftfahrzeugscheinwerfer gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.This object is achieved with a motor vehicle headlight having the features of claim 1.

Die Neigung der Hauptfläche beträgt bevorzugt 8° bis 20°. Durch die starke Neigung ergeben sich unterschiedliche Linsenzonen mit unterschiedlichen Abbildungsmaßstäben. Die der Lichtquelle am nächsten liegenden Linsenzonen erzeugen große Bilder der Lichtquelle, weit entfernte Linsenzonen erzeugen kleine Bilder. Die großen Bilder werden bevorzugt für die Bereiche der Lichtverteilung verwendet, in denen große Ausdehnungen und kleine Beleuchtungsstärken gefordert sind, beispielsweise im Fahrzeugvorfeld. Mit nahe beabstandeten Linsenzonen lässt sich viel Lichtstrom auffangen und somit ein guter optischer Wirkungsgrad erreichen. Kleine Lichtquellenbilder aus weit beabstandeten Linsenzonen eignen sich gut zur Erzeugung von Reichweite direkt an der Hell-Dunkel-Grenze - bei geringerem optischem Wirkungsgrad.The inclination of the main surface is preferably 8 ° to 20 °. The strong inclination results in different lens zones with different magnifications. The lens zones closest to the light source produce large images of the light source, far away lens zones produce small pictures. The large images are preferably used for the areas of light distribution in which large dimensions and small illuminance levels are required, for example in the vehicle apron. With closely spaced lens zones, a large amount of luminous flux can be collected, thus achieving good optical efficiency. Small light source images from widely spaced lens zones are well suited for generating coverage directly at the cut-off line - with lower optical efficiency.

Bevorzugt ist auch, dass die Materialstärke der ersten Projektionslinse in einem zentralen Bereich der Linse maximal ist und zu den Rändern der ersten Projektionslinse hin abnimmt.It is also preferable that the material thickness of the first projection lens is maximum in a central region of the lens and decreases towards the edges of the first projection lens.

Ferner ist bevorzugt, dass die erste Projektionslinse als Konkav-Konvex-Linse mit einer konkaven Lichteintrittsfläche und einer konvexen Lichtaustrittsfläche realisiert ist.Furthermore, it is preferred that the first projection lens is realized as a concave-convex lens having a concave light entry surface and a convex light exit surface.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Projektionslinse in einer zum Horizont parallel verlaufenden Richtung einen bi-konvexen Querschnitt und in einer zum Horizont rechtwinkligen Vertikalrichtung einen konkav-konvexen Querschnitt aufweist.A further preferred embodiment is characterized in that the first projection lens has a bi-convex cross-section in a direction parallel to the horizon and a concave-convex cross-section in a vertical direction perpendicular to the horizon.

Bevorzugt ist auch, dass der Abstand der Halbleiterlichtquelle von der ersten Projektionslinse der Brennweite der ersten Projektionslinse in der zum Horizont rechtwinkligen Vertikalrichtung entspricht.It is also preferable that the distance of the semiconductor light source from the first projection lens of Focal length of the first projection lens in the direction perpendicular to the horizontal vertical direction corresponds.

Bevorzugt ist auch, dass der Kraftfahrzeugscheinwerfer eine unmittelbar an der Halbleiterlichtquelle angeordnete Blende mit einer Blendenkante aufweist, die ein von der Halbleiterlichtquelle ausgehendes Lichtbündel scharf begrenzt.It is also preferred that the motor vehicle headlight has a diaphragm arranged directly on the semiconductor light source with a diaphragm edge which sharply delimits a light bundle emanating from the semiconductor light source.

Ferner ist bevorzugt, dass die Halbleiterlichtquelle mehrere Licht emittierende Halbleiterchips aufweist.It is further preferred that the semiconductor light source has a plurality of light-emitting semiconductor chips.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die mehreren Halbleiterchips unabhängig voneinander ansteuerbar sind.A further preferred embodiment is characterized in that the plurality of semiconductor chips can be controlled independently of one another.

Zeichnungendrawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei durchgehende gleiche oder zumindest ihrer Hauptfunktion nach gleiche Elemente. Dabei zeigen, jeweils in schematischer Form, wobei die Fig. 7-9 und 11, 12 nicht Teil der Erfindung bilden:

Figur 1
eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfers zusammen mit einer Lichtverteilung;
Figur 2
eine perspektivische Darstellung einer Anordnung einer Projektionslinse und einer Halbleiterlichtquelle des Scheinwerfers aus der Figur 1;
Figur 3
eine Vorderansicht des Gegenstands der Figur 2 mit verschiedenen Schnittebenen;
Figur 4
einen Vertikalschnitt des Gegenstands der Figur 2;
Figur 5
einen Horizontalschnitt des Gegenstands der Figur 2;
Figur 6
einen Vertikalschnitt einer Anordnung einer Halbleiterlichtquelle und einer Projektionslinse eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zusammen mit einer resultierenden Lichtverteilung;
Figur 7
einen Vertikalschnitt einer Anordnung einer Halbleiterlichtquelle und einer Projektionslinse eines nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels zusammen mit einer resultierenden Lichtverteilung;
Figur 8
eine Ausgestaltung des Gegenstands der Figur 7;
Figur 9
einen Vertikalschnitt einer Anordnung einer Halbleiterlichtquelle, einer Projektionslinse und eines Zusatzreflektors, eines nicht erfindungsgemäßen Beispiels;
Figur 10
eine Halbleiterlichtquelle mit einer Zusatzblende;
Figur 11
einen Vertikalschnitt durch Elemente eines nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels eines Kraftfahrzeugscheinwerfers; und
Figur 12
eine Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels aus der Figur 11.
Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. The same reference numerals designate the same or identical elements, at least in their main function. This show, each in a schematic form, wherein the Fig. 7-9 and 11, 12 do not form part of the invention:
FIG. 1
a sectional view of an embodiment of a motor vehicle headlight according to the invention together with a light distribution;
FIG. 2
a perspective view of an arrangement of a projection lens and a semiconductor light source of the headlamp from the FIG. 1 ;
FIG. 3
a front view of the object of FIG. 2 with different cutting planes;
FIG. 4
a vertical section of the article of FIG. 2 ;
FIG. 5
a horizontal section of the article of FIG. 2 ;
FIG. 6
a vertical section of an arrangement of a semiconductor light source and a projection lens of an embodiment of the invention, together with a resulting light distribution;
FIG. 7
a vertical section of an arrangement of a semiconductor light source and a projection lens of a non-inventive embodiment, together with a resulting light distribution;
FIG. 8
an embodiment of the subject matter of FIG. 7 ;
FIG. 9
a vertical section of an arrangement of a semiconductor light source, a projection lens and an additional reflector, a non-inventive example;
FIG. 10
a semiconductor light source with an additional aperture;
FIG. 11
a vertical section through elements of a non-inventive embodiment of a motor vehicle headlight; and
FIG. 12
an embodiment of the embodiment of the FIG. 11 ,

Im Einzelnen zeigt die Figur 1a einen Kraftfahrzeugscheinwerfer 10 mit wenigstens einer Halbleiterlichtquelle 12 und einer eine Ausbreitung von Licht der Halbleiterlichtquelle 12 innerhalb des Scheinwerfers 10 beeinflussenden Optik 14. Die Optik 14 weist eine erste Projektionslinse 16 mit einer Hauptfläche 18 auf. Die Halbleiterlichtquelle 12 ist in einem Brennpunkt der ersten Projektionslinse 16 angeordnet. Der Scheinwerfer 10 ist dazu eingerichtet, die in Figur 1b dargestellte Lichtverteilung 20 zu erzeugen.In detail, the shows FIG. 1a a motor vehicle headlight 10 having at least one semiconductor light source 12 and an optical system 14 influencing a propagation of light of the semiconductor light source 12 within the headlight 10. The optical system 14 has a first projection lens 16 with a main surface 18. The semiconductor light source 12 is in one Focusing the first projection lens 16 is arranged. The headlamp 10 is adapted to the in FIG. 1b to produce shown light distribution 20.

Die Lichtverteilung 20 zeichnet sich durch einen hellen Bereich 22 und einen dunklen Bereich 24 aus, der von dem hellen Bereich 22 durch eine Hell-Dunkel-Grenze 26 getrennt ist. Die horizontal verlaufende Linie H repräsentiert dabei die Lage des Horizonts bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung des Kraftfahrzeugscheinwerfers 10 in einem Kraftfahrzeug. Die Linie V entspricht einer Vertikalen, die bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung rechtwinklig zur Horizontalen H angeordnet ist. Der helle Bereich 22 der Lichtverteilung 20 liegt knapp unterhalb des Horizontes H und weist in horizontaler Richtung eine wesentliche größere Erstreckung als in vertikaler Richtung auf. Eine solche Lichtverteilung ist für eine Abblendlicht- und/oder Grundlicht-Lichtverteilung typisch.The light distribution 20 is characterized by a bright area 22 and a dark area 24, which is separated from the bright area 22 by a cut-off line 26. The horizontally extending line H represents the position of the horizon in a proper use of the motor vehicle headlight 10 in a motor vehicle. The line V corresponds to a vertical, which is arranged at a right angle to the horizontal H when used as intended. The bright area 22 of the light distribution 20 is just below the horizon H and has a substantially greater extent in the horizontal direction than in the vertical direction. Such a light distribution is typical for low beam and / or basic light beam distribution.

Bei dem Ausführungsbeispiel, das in der Figur 1 dargestellt ist, wird die Lichtverteilung 20 durch direkte Abbildung der Lichtaustrittsfläche der Halbleiterlichtquelle 12 erzeugt, wobei die erste Projektionslinse 16 ein Bild der Halbleiterlichtquelle 12 direkt in das weit vor dem Kraftfahrzeugscheinwerfer 10 liegende Vorfeld projiziert. In einer Ausgestaltung weist der Kraftfahrzeugscheinwerfer 10 weitere Halbleiterlichtquellen und gegebenenfalls weitere Optiken 14 auf, die der Grundlicht-Lichtverteilung 20 weitere Teillicht-Lichtverteilungen überlagern, zum Beispiel Spot-Lichtverteilungen, um eine den jeweiligen Verkehrsverhältnissen angepasste Gesamtlichtverteilung zu erzeugen. Eine optische Achse 28 des Kraftfahrzeugs verläuft zwischen der Halbleiterlichtquelle 12 und einem zentralen Punkt 30 der Hell-Dunkel-Grenze 26. Der zentrale Punkt 30 liegt daher bevorzugt im Kreuzungspunkt der Vertikalen V und der Horizontalen H oder knapp darunter.In the embodiment shown in the FIG. 1 is shown, the light distribution 20 is generated by direct imaging of the light exit surface of the semiconductor light source 12, wherein the first projection lens 16 projects an image of the semiconductor light source 12 directly into the far ahead of the motor vehicle headlight 10 apron. In one refinement, the motor vehicle headlight 10 has further semiconductor light sources and optionally further optics 14 which superimpose additional partial light light distributions on the basic light light distribution 20, for example spot light distributions, in order to generate a total light distribution adapted to the respective traffic conditions. An optical axis 28 of the motor vehicle extends between the semiconductor light source 12 and a central point 30 of the cut-off line 26. The central Therefore, point 30 is preferably at the crossing point of the vertical V and the horizontal H or just below it.

Der Kraftfahrzeugscheinwerfer 10 zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Projektionslinse 16 gegenüber der optischen Achse 28 so geneigt angeordnet ist, dass in einem radialen Abstand r von der optischen Achse 28 oberhalb der optischen Achse 28 liegende Punkte 32 der Hauptfläche 18 der ersten Projektionslinse 16 in Richtung der optischen Achse 28 einen axialen Abstand d_32 zu der Halbleiterlichtquelle 12 aufweisen, der sich von einem Abstand d_34 unterscheidet, den ein im gleichen radialen Abstand r von der optischen Achse 28 unterhalb der optischen Achse 28 liegender Punkt 34 der Hauptfläche 18 der ersten Projektionslinse 16 aufweist.The motor vehicle headlight 10 is characterized in that the first projection lens 16 is arranged inclined relative to the optical axis 28 so that points 32 of the main surface 18 of the first projection lens 16 lie in a radial distance r from the optical axis 28 above the optical axis 28 Direction of the optical axis 28 have an axial distance d_32 to the semiconductor light source 12, which differs from a distance d_34 that a lying at the same radial distance r from the optical axis 28 below the optical axis 28 point 34 of the main surface 18 of the first projection lens sixteenth having.

Die Hauptfläche ist eine gedankliche Konstruktion, die auf die folgende Weise erzeugt wird. Man betrachtet einen auf eine Lichteintrittsfläche 52 der ersten Projektionslinse 16 einfallenden Strahl 50, 52 und den jeweils zugehörigen, aus der Lichtaustrittsfläche 54 der ersten Projektionslinse 16 austretenden Strahl 56, 58. Die Richtung des austretenden Strahls 56, 58 unterscheidet sich aufgrund der beim Eintritt und beim Austritt aus der ersten Projektionslinse 16 durch Brechung auftretenden Richtungsänderungen von der Richtung des austretenden Strahls 56, 58. Für die gedankliche Konstruktion der Hauptfläche 18 wird diese zweimalige Richtungsänderung gedanklich durch eine einzige Richtungsänderung ersetzt, die innerhalb der Linse in einem Punkt erfolgt, in dem sich der eintretende Strahl 50, 52 und der zugehörige austretende Strahl 56, 58 schneiden würden, wenn an der Lichteintrittsfläche 48 und an der Lichtaustrittsfläche 54 keine Richtungsänderung erfolgen würde. Die Menge aller möglichen Schnittpunkte, die sich für verschiedene Lichtstrahlen ergeben, bildet die Hauptebene 18 der ersten Projektionslinse 16. Erfindungsgemäß ist die Hauptfläche 18 der ersten Projektionslinse 16 gegenüber der optischen Achse 28 so geneigt angeordnet, dass sich die axialen Abstände d_32 und d_34 von in gleichem radialen Abstand r oberhalb und unterhalb der optischen Achse 28 liegenden Punkten 32 und 34 der Hauptfläche 18 wesentlich voneinander unterscheiden.The main surface is a mental construction produced in the following manner. Consider a beam 50, 52 incident on a light entry surface 52 of the first projection lens 16 and the respectively associated beam 56, 58 emerging from the light exit surface 54 of the first projection lens 16. The direction of the exiting beam 56, 58 differs on the entrance and upon the exit from the first projection lens 16, refraction changes direction from the direction of the exiting beam 56, 58. For the conceptual design of the main surface 18, this twofold change in direction is thought to be replaced by a single change of direction occurring within the lens at a point where the incoming beam 50, 52 and the associated exiting beam 56, 58 would intersect if no change in direction took place at the light entry surface 48 and at the light exit surface 54. The set of all possible intersections that are According to the main surface 18 of the first projection lens 16 relative to the optical axis 28 is arranged inclined so that the axial distances d_32 and d_34 of the same radial distance r above and below the optical axis 28 lying points 32 and 34 of the main surface 18 substantially different from each other.

In der Ausgestaltung, die in der Figur 1 dargestellt ist, weisen in einem radialen Abstand r von der optischen Achse 28 oberhalb der optischen Achse 28 liegende Punkte 32 der Hauptfläche 18 einen kleineren axialen Abstand d_32 zu der Halbleiterlichtquelle 12 auf, als im gleichen radialen Abstand r von der optischen Achse 28 unterhalb der optischen Achse 28 liegende Punkte 34 der Hauptfläche 18, die einen axialen Abstand d_34 zur Lichtquelle 12 aufweisen. Dabei erstrecken sich axiale Abstände parallel zur optischen Achse 28 und radiale Abstände erstrecken sich rechtwinklig zur optischen Achse 28.In the embodiment, in the FIG. 1 are shown, at a radial distance r from the optical axis 28 above the optical axis 28 lying points 32 of the main surface 18 a smaller axial distance d_32 to the semiconductor light source 12 than at the same radial distance r from the optical axis 28 below the optical Axis 28 lying points 34 of the main surface 18, which have an axial distance d_34 to the light source 12. In this case, axial distances extend parallel to the optical axis 28 and radial distances extend at right angles to the optical axis 28th

Die Halbleiterlichtquelle 12 besteht aus einem oder mehreren Halbleiterchips, die gemeinsam oder auch getrennt voneinander ein- und ausgeschaltet werden können. In dieser Anmeldung werden insbesondere Ausgestaltungen mit fünf Halbleiterchips vorgestellt. Es versteht sich aber, dass die Zahl der Halbleiterchips auch kleiner oder größer als fünf sein kann und dass die Halbleiterchips nicht nur, wie in hier erläuterten Ausgestaltungen, in einer einzelnen Zeile angeordnet sein müssen. Die Chips können vielmehr auch matrixartig in Zeilen und Spalten oder in einer anderen, bevorzugt regelmäßigen Anordnung auf dem Schaltungsträger 36 montiert sein.The semiconductor light source 12 consists of one or more semiconductor chips, which can be switched on and off together or separately. In particular, embodiments with five semiconductor chips are presented in this application. However, it should be understood that the number of semiconductor chips may also be less than or greater than five, and that the semiconductor chips need not only be arranged in a single row, as in embodiments discussed herein. Rather, the chips can also be mounted on the circuit carrier 36 in a matrix-like manner in rows and columns or in another, preferably regular arrangement.

Der Schaltungsträger 36 ist bevorzugt eine starre oder flexible Leiterplatte, auf der die Halbleiterchips der Halbleiterlichtquelle 12 befestigt sind und durch die die Halbleiterchips elektrisch kontaktiert werden. Darüber hinaus ist der Schaltungsträger 36 dazu eingerichtet, die beim Betrieb der Halbleiterlichtquelle 12 entstehende elektrische Verlustwärme aufzunehmen und an einen thermisch mit dem Schaltungsträger 36 gekoppelten Kühlkörper 38 weiterzuleiten, der die Verlustwärme an die Umgebungsluft abgibt.The circuit carrier 36 is preferably a rigid or flexible printed circuit board on which the semiconductor chips of the semiconductor light source 12 are attached and through which the semiconductor chips are electrically contacted. In addition, the circuit carrier 36 is adapted to receive the resulting during operation of the semiconductor light source 12 electrical heat loss and forward to a thermally coupled to the circuit carrier 36 heat sink 38, which emits the heat loss to the ambient air.

Erfindugsgemäß erfolgt die Montage der Halbleiterlichtquelle 12 im Scheinwerfer 10 relativ zur ersten Projektionslinse 16 so, dass die Lichtaustrittsfläche der Halbleiterlichtquelle 12 in einer Petzval-Fläche 40 der ersten Projektionslinse 16 liegt. Die Petzval-Fläche 40 ist dabei die Fläche aller Punkte, die von der Projektionslinse 16 scharf abgebildet werden. Das bedeutet insbesondere, dass die Halbleiterlichtquelle 12 in einem Brennpunkt der ersten Projektionslinse 16 angeordnet ist. Die bisher beschriebenen strukturellen Elemente bilden ein Lichtmodul 42. Dieses Lichtmodul 42 befindet sich allein oder auch zusammen mit weiteren Lichtmodulen des Scheinwerfers 10 in einem Gehäuse 44. Das Gehäuse 44 weist eine in der Figur 1 nach rechts gerichtete Lichtaustrittsöffnung auf, die von einer transparenten Abdeckscheibe 46 abgedeckt wird.According to the invention, the mounting of the semiconductor light source 12 in the headlight 10 takes place relative to the first projection lens 16 such that the light exit surface of the semiconductor light source 12 lies in a Petzval surface 40 of the first projection lens 16. The Petzval area 40 is the area of all points that are sharply imaged by the projection lens 16. This means in particular that the semiconductor light source 12 is arranged in a focal point of the first projection lens 16. The structural elements described so far form a light module 42. This light module 42 is alone or together with other light modules of the headlamp 10 in a housing 44. The housing 44 has a in the FIG. 1 to the right light exit opening, which is covered by a transparent cover 46.

Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kühlkörpers 38 mit montiertem Schaltungsträger 36 und einer darauf montierten Halbleiterlichtquelle 12, die aus mehreren, horizontal nebeneinander angeordneten Halbleiterchips besteht, zusammen mit einer ersten Projektionslinse 16. Die Figur 2 dient insbesondere zur Veranschaulichung des Gegenstands der Figuren 3 bis 5. FIG. 2 shows a perspective view of a heat sink 38 with mounted circuit substrate 36 and mounted thereon a semiconductor light source 12, which consists of a plurality of horizontally juxtaposed semiconductor chips, together with a first projection lens 16. Die FIG. 2 serves in particular to illustrate the subject matter of FIGS. 3 to 5 ,

Die Figur 3 zeigt eine Vorderansicht des Gegenstands der Figur 2, also eine Ansicht des Gegenstands der Figur 2, wie sie sich aus einer der Lichtabstrahlrichtung entgegengesetzten Blickrichtung ergibt. Aus dieser Blickrichtung sieht man die Lichtaustrittsfläche 54 der ersten Projektionslinse 16 vor dem Kühlkörper 38. Die Figur 3 zeigt insbesondere eine bevorzugte Ausgestaltung, die sich dadurch auszeichnet, dass die erste Projektionslinse 16 in Richtung einer Horizontalen eine größere Ausdehnung besitzt als in Richtung einer Vertikalen. Dabei entspricht die Richtung der Vertikalen der Schnittebene IV-IV und die Richtung der Horizontalen der Schnittebene V-V in der Figur 3.The FIG. 3 shows a front view of the subject of FIG. 2 , ie a view of the subject of the FIG. 2 as it results from a viewing direction opposite to the light emission direction. From this line of sight, one sees the light exit surface 54 of the first projection lens 16 in front of the heat sink 38 FIG. 3 shows in particular a preferred embodiment, which is characterized in that the first projection lens 16 in the direction of a horizontal has a greater extent than in the direction of a vertical. The direction of the vertical of the sectional plane IV-IV and the direction of the horizontal of the sectional plane VV corresponds in the FIG. 3 ,

Figur 4 zeigt den Gegenstand der Figur 3 im Vertikalschnitt IV-IV, und die Figur 5 zeigt den Gegenstand der Figur 3 im Horizontalschnitt V-V. Der vertikale Schnitt zeigt insbesondere ein Profil der ersten Projektionslinse 16, das um eine zum Horizont H parallele und zur optischen Achse 28 senkrechte Achse geneigt ist. Bei einer direkt abbildenden Projektionslinse 16 bedeutet dies, dass die Hauptfläche der ersten Projektionslinse 16 oberhalb der optischen Achse 28 deutlich näher an der Lichtquelle 12 liegt als unterhalb der optischen Achse 28. Bei einer Linsenform, wie sie in der Figur 4 dargestellt ist, bedeutet dies auch, dass der Linsenrand, insbesondere der Rand der der Lichtquelle 12 zugewandten Linsenfläche (Lichteintrittsfläche) 48 oberhalb der optischen Achse 28 deutlich näher an der Lichtquelle 12 liegt als unterhalb der optischen Achse 28. Das Profil des vertikalen Querschnitts durch die erste Projektionslinse 16 entspricht dabei dem Profil einer Sammellinse, da die Materialstärke der ersten Projektionslinse 16 im Bereich der optischen Achse 28 am größten ist und zum Linsenrand hin abfällt. FIG. 4 shows the subject of the FIG. 3 in vertical section IV-IV, and the FIG. 5 shows the subject of the FIG. 3 in horizontal section VV. In particular, the vertical section shows a profile of the first projection lens 16, which is inclined about an axis parallel to the horizon H and perpendicular to the optical axis 28. In the case of a directly imaging projection lens 16, this means that the main surface of the first projection lens 16 above the optical axis 28 is significantly closer to the light source 12 than below the optical axis 28. In the case of a lens mold as shown in FIG FIG. 4 is shown, this also means that the lens edge, in particular the edge of the light source 12 facing lens surface (light entrance surface) 48 above the optical axis 28 is significantly closer to the light source 12 than below the optical axis 28. The profile of the vertical cross section through the In this case, the first projection lens 16 corresponds to the profile of a converging lens, since the material thickness of the first projection lens 16 in the region of the optical axis 28 is greatest and falls toward the edge of the lens.

Die Figuren 4 und 5 zeigen die dort jeweils abgebildeten Komponenten im gleichen Maßstab. Ein Vergleich der Figuren 4 und 5 zeigt daher insbesondere, dass die Linsenquerschnitte im horizontalen Schnitt der Figur 5 und dem vertikalen Schnitt der Figur 4 unterschiedliche Krümmungen und damit unterschiedliche Brennweiten aufweisen. Die Krümmungsradien im Horizontalschnitt sind dabei wesentlich größer als die Krümmungsradien im Vertikalschnitt. Als Folge erzeugt die erste Projektionslinse 16 in der horizontalen Schnittebene ein stark divergentes Lichtbündel, was in der Figur 5 durch den breiten Öffnungswinkel 59 repräsentiert wird. Dagegen führt der kleinere Krümmungsradius im Vertikalschnitt dazu, dass das Licht in vertikaler Richtung wesentlich stärker gebündelt wird. Insgesamt ergibt sich damit eine astigmatische Abbildung, so dass die Lichtquelle 12 als vertikal schmale, horizontal aber sehr breite Lichtverteilung 20 abgebildet wird, wie sie qualitativ in der Figur 1b dargestellt ist.The FIGS. 4 and 5 show the respective components shown there on the same scale. A comparison of FIGS. 4 and 5 shows therefore in particular that the lens cross sections in the horizontal section of FIG. 5 and the vertical section of the FIG. 4 have different curvatures and thus different focal lengths. The radii of curvature in horizontal section are much larger than the radii of curvature in vertical section. As a result, the first projection lens 16 generates a highly divergent light beam in the horizontal sectional plane, resulting in the FIG. 5 is represented by the wide opening angle 59. In contrast, the smaller radius of curvature in the vertical section means that the light is concentrated much more strongly in the vertical direction. Overall, this results in an astigmatic image, so that the light source 12 is shown as a vertically narrow, horizontal but very wide light distribution 20, as they are qualitatively in the FIG. 1b is shown.

Im Vertikalschnitt besitzt die erste Projektionslinse 16 bevorzugt eine konkave Lichteintrittsfläche 48 und eine konvexe Lichtaustrittsfläche 54. Im Horizontalschnitt kann die Lichteintrittsfläche 48 auch, abweichend von der Darstellung der Figur 5, konvex realisiert sein, so dass sich ein bikonvexer Querschnitt ergibt.In a vertical section, the first projection lens 16 preferably has a concave light entrance surface 48 and a convex light exit surface 54. In horizontal section, the light entry surface 48 may also deviate from the illustration of FIG FIG. 5 , Be convex, so that there is a biconvex cross-section.

Die Figur 6 zeigt einen der Figur 4 vergleichbaren Vertikalschnitt zusammen mit einzelnen Elementen einer resultierenden Lichtverteilung 20. Die Figur 6 bezieht sich insbesondere auf ein direkt abbildendes System mit einer fünf Chips und damit fünf Lichtaustrittsflächen aufweisenden Halbleiterlichtquelle 12, die von einer Projektionslinse 16 in eine Lichtverteilung 20 abgebildet wird. Die Lichtverteilung 20 liegt dabei, wie es auch in Verbindung mit der Figur 1b bereits erläutert worden ist, in einer H-V Ebene vor dem Kraftfahrzeugscheinwerfer, wobei die horizontale Achse H mit der optischen Achse 28 und der vertikalen Achse V ein rechtshändiges Koordinationssystem bildet.The FIG. 6 shows one of the FIG. 4 comparable vertical section together with individual elements of a resulting light distribution 20. Die FIG. 6 refers in particular to a direct imaging system with a five chips and thus five light emitting surfaces having semiconductor light source 12, which is imaged by a projection lens 16 in a light distribution 20 becomes. The light distribution 20 is thereby, as it also in connection with the FIG. 1b has already been explained, in an HV plane in front of the motor vehicle headlamp, wherein the horizontal axis H with the optical axis 28 and the vertical axis V forms a right-handed coordination system.

Um die technischen Effekte der gekippten Anordnung zu erläutern, werden in der Figur 6 drei unterschiedliche Linsenzonen LZ1, LZ2 und LZ3 betrachtet. Es versteht sich, dass dies eine rein gedankliche Konstruktion ist und dass die Linse auf beliebige Weise in andere Linsenzonen eingeteilt werden könnte. Die Linsenzonen können jeweils als Teilbereiche der Hauptfläche 18 aufgefasst werden. Eine erste Linsenzone LZ1 ist oberhalb der optischen Achse 28 angeordnet, während eine zweite Linsenzone LZ2 im Bereich der optischen Achse 28 und eine dritte Linsenzone LZ3 unterhalb der optischen Achse 28 angeordnet ist.To explain the technical effects of the tilted arrangement, are in the FIG. 6 considered three different lens zones LZ1, LZ2 and LZ3. It is understood that this is a purely conceptual construction and that the lens could be divided into other lens zones in any manner. The lens zones can each be regarded as subregions of the main surface 18. A first lens zone LZ1 is arranged above the optical axis 28, while a second lens zone LZ2 is arranged in the region of the optical axis 28 and a third lens zone LZ3 below the optical axis 28.

Aufgrund der gekippten Anordnung der Projektionslinse 16 weist die obere Linsenzone LZ1 einen ersten Abstand S1 von der Halbleiterlichtquelle 12 auf, der kleiner ist als ein Abstand S2 der zweiten Linsenzone LZ2 von der Halbleiterlichtquelle 12, wobei dieser Abstand S2 wiederum kleiner ist als ein Abstand S3 der dritten Linsenzone LZ3 von der Halbleiterlichtquelle 12. Die unterschiedlichen Abstände S1 kleiner S2 kleiner S3 (S1<S2<S3) sind durch die beschriebene Neigung der Hauptfläche 18 der ersten Projektionslinse 16 bedingt.Due to the tilted arrangement of the projection lens 16, the upper lens zone LZ1 has a first distance S1 from the semiconductor light source 12 which is smaller than a distance S2 of the second lens zone LZ2 from the semiconductor light source 12, this distance S2 being smaller than a distance S3 the third lens zone LZ3 from the semiconductor light source 12. The different distances S1 less than S2 smaller S3 (S1 <S2 <S3) are due to the described inclination of the main surface 18 of the first projection lens 16.

Aufgrund der voneinander abweichenden Abstände S1, S2 und S3 ergeben sich für die verschiedenen Linsenzonen LZ1, LZ2 und LZ3 verschiedene Abbildungsmaßstäbe. Die Linsenzone LZ1, die der fünf Lichtaustrittsflächen aufweisenden Halbleiterlichtquelle 12 am nächsten liegt, erzeugt große Bilder B_LZ1 der einzelnen Lichtaustrittsflächen der Halbleiterlichtquelle 12 in der Lichtverteilung 20. Die weiter entfernt von der Halbleiterlichtquelle 12 liegende Linsenzone LZ2 erzeugt Bilder B_LZ2 der Lichtaustrittsflächen Halbleiterchips der Halbleiterlichtquelle 12, die kleiner als die Bilder B LZ1 sind. Die am weitesten von der Halbleiterlichtquelle 12 entfernte Linsenzone LZ3 erzeugt die kleinsten Bilder B_LZ3 der fünf Lichtaustrittsflächen der Halbleiterchips der Halbleiterlichtquelle 12.Due to the differing distances S1, S2 and S3, different magnifications result for the different lens zones LZ1, LZ2 and LZ3. The lens zone LZ1, which has the five light exit surfaces Next to the semiconductor light source 12 generates large images B_LZ1 the individual light exit surfaces of the semiconductor light source 12 in the light distribution 20. The lens zone LZ2 further away from the semiconductor light source 12 generates images B_LZ2 of the light exit surfaces semiconductor chips of the semiconductor light source 12, which are smaller than the images B LZ1. The lens zone LZ3 farthest from the semiconductor light source 12 generates the smallest images B_LZ3 of the five light exit surfaces of the semiconductor chips of the semiconductor light source 12.

Die großen Bilder B_LZ1 werden bevorzugt für die Bereiche der Lichtverteilung verwendet, in denen große Ausdehnungen und kleine Beleuchtungsstärken gefordert sind, beispielsweise im nahe vor dem Kraftfahrzeug liegenden Kraftfahrzeugvorfeld. Mit den zugehörigen vergleichsweise nahe an der Halbleiterlichtquelle 12 liegenden Linsenzone LZ1 lässt sich viel Lichtstrom auffangen und somit ein guter optischer Wirkungsgrad erreichen.The large images B_LZ1 are preferably used for the areas of light distribution in which large expansions and small illuminance levels are required, for example in the motor vehicle apron located close to the motor vehicle. With the associated lens zone LZ1 lying comparatively close to the semiconductor light source 12, a large amount of luminous flux can be absorbed and thus good optical efficiency can be achieved.

Kleinere Lichtquellenbilder, zum Beispiel die Lichtquellenbilder B_LZ3 aus weiter entfernt vor der Halbleiterlichtquelle 12 liegenden Linsenzonen LZ3, eignen sich dagegen gut zur Ausleuchtung weiter entfernt vor dem Fahrzeug liegenden Bereiche, die in der Lichtverteilung 20 knapp unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze 26 liegen. Mit diesen Bereichen wird die größte Reichweite direkt an der Hell-Dunkel-Grenze 26 erreicht, wobei die größere Reichweite mit einem vergleichsweise schlechten Wirkungsgrad erkauft wird.On the other hand, smaller light source images, for example the light source images B_LZ3 from lens zones LZ3 located farther away from the semiconductor light source 12, are well suited for illumination further ahead of the vehicle, which are just below the cut-off line 26 in the light distribution 20. With these areas, the largest range is reached directly at the cut-off line 26, the larger range is purchased at a comparatively poor efficiency.

In der Realität gehen die verschiedenen Linsenzonen kontinuierlich ineinander über, so dass sich ihre Bilder in der Lichtverteilung 20 auch kontinuierlich von außen nach innen oder von innen nach außen ineinander übergehend überlagern. Dabei gilt, dass aus der Linsenzone, die der Halbleiterlichtquelle 12 am nächsten liegt, die größten Chipbilder mit der geringsten Beleuchtungsstärke kommen, während aus der Linsenzone mit dem größten Abstand zur Halbleiterlichtquelle 12 die kleinsten Chipbilder mit der größten Beleuchtungsstärke kommen.In reality, the different lens zones merge into each other, so that their images in The light distribution 20 also overlap continuously from outside to inside or from inside to outside merging into each other. It is true that the largest chip images with the lowest illuminance come from the lens zone which is closest to the semiconductor light source 12, while the smallest chip images with the greatest illuminance come from the lens zone with the greatest distance to the semiconductor light source 12.

Erfindungsgemäß ist die Projektionslinse 16 relativ zur Halbleiterlichtquelle 12 so positioniert, dass die Halbleiterlichtquelle 12 in der Petzval-Fläche des vertikalen Querschnitts der Projektionslinse 16 liegt, in dem auch die optische Achse 28 verläuft. Das bedeutet, dass die Hell-Dunkel-Grenze 26 durch die scharfe Abbildung der Unterkante der Halbleiterlichtquelle 12 erzeugt wird. Dabei tragen allerdings nur einzelne Bereiche aus den Vertikalschnitten der Projektionslinse 16 zur scharfen Abbildung der Lichtquellenunterkante bei. Die übrigen Ränder der Lichtverteilung 20 erscheinen unscharf, da die verschiedenen Linsenzonen jeweils Bilder stark unterschiedlicher Größe liefern. Da der Horizontalschnitt aufgrund seines gegenüber dem Vertikalschnitt anderen Krümmungsradiuses keine scharfe Abbildung liefert, wird ein horizontal breit verwischtes Lichtband mit geringer vertikaler Ausdehnung erzeugt, die wesentlich geringer als die horizontale Ausdehnung ist. Damit ergibt sich qualitativ die in der Figur 1b dargestellte Form der Lichtverteilung 20.According to the invention, the projection lens 16 is positioned relative to the semiconductor light source 12 such that the semiconductor light source 12 lies in the Petzval surface of the vertical cross section of the projection lens 16, in which the optical axis 28 extends. This means that the light-dark boundary 26 is generated by the sharp image of the lower edge of the semiconductor light source 12. However, only individual areas from the vertical sections of the projection lens 16 contribute to the sharp imaging of the lower edge of the light source. The remaining edges of the light distribution 20 appear blurred, since the different lens zones each provide images of very different sizes. Since the horizontal section due to its opposite the vertical section other radius of curvature provides no sharp image, a horizontally wide-blazed light band is generated with low vertical extent, which is substantially less than the horizontal extent. This results qualitatively in the FIG. 1b illustrated form of light distribution 20th

Die Projektionslinse 16 weist in einer Ausgestaltung auf mindestens einer Linsenfläche, sei es die Lichteintrittsfläche 48 und/oder die Lichtaustrittsfläche 54, zumindest bereichsweise streuende Strukturen auf, die zum Beispiel durch eine wellige Form der Oberfläche realisiert sind. Durch solche streuenden Mikrostrukturen kann gezielt eine leichte Unschärfe der Hell-Dunkel-Grenze erzielt werden, die zur Homogenisierung der Lichtverteilung beiträgt, und die darüber hinaus dazu beiträgt, Farbfehler zu beseitigen. Vertikal angeordnete zylindrische Mikrolinsen streuen horizontal und haben damit keinen entscheidenden Einfluss auf den Beleuchtungsstärkegradienten, das heißt auf die maximale Reichweite des Scheinwerfers 10.The projection lens 16 has, in one embodiment, at least one lens surface, be it the light entry surface 48 and / or the light exit surface 54, at least partially scattering structures, the For example, realized by a wavy shape of the surface. By means of such scattering microstructures, a slight blurring of the light-dark boundary can be achieved in a targeted manner, which contributes to the homogenization of the light distribution and, moreover, helps to eliminate chromatic aberrations. Vertically arranged cylindrical microlenses scatter horizontally and thus have no decisive influence on the illuminance gradient, that is to say on the maximum range of the headlamp 10.

Die Figur 7 zeigt eine Ausgestaltung, bei der die Optik 14 zusätzlich zur ersten Projektionslinse 16 eine Sammellinse 60 aufweist, die zwischen der Halbleiterlichtquelle 12 und der ersten Projektionslinse 16 angeordnet ist. Ein Teil des von der Halbleiterlichtquelle 12 in den Halbraum abgestrahlten Lichtes durchläuft die Sammellinse 60. Dieses Licht wird in der Figur 7 durch den Öffnungswinkel 64 repräsentiert. Der Teil 66 des von der Halbleiterlichtquelle 12 ausgehenden Lichtes, der nur die erste Projektionslinse 16 durchläuft und der die Sammellinse 60 nicht durchläuft, erzeugt kleine Lichtquellenbilder B_66 mit hoher Beleuchtungsstärke, die für die Bildung der Hell-Dunkel-Grenze 26 genutzt werden.The FIG. 7 shows an embodiment in which the optical system 14 in addition to the first projection lens 16 has a converging lens 60 which is disposed between the semiconductor light source 12 and the first projection lens 16. A part of the light emitted from the semiconductor light source 12 into the half-space passes through the condenser lens 60. This light is in the FIG. 7 represented by the opening angle 64. The portion 66 of the light emanating from the semiconductor light source 12, which passes through only the first projection lens 16 and does not pass through the condenser lens 60, generates small high-intensity light source images B_66, which are used to form the cut-off line 26.

Die zusätzliche Sammellinse 60 lenkt zusätzliche Strahlen aus dem Öffnungswinkel 64 auf die erste Projektionslinse 16 und erhöht so den Wirkungsgrad des optischen Systems. Dabei wird hier unter einer Effizienz, beziehungsweise einem Wirkungsgrad des optischen Systems der Quotient des von der Lichtquelle 12 ausgehenden Lichtes im Nenner und des in der Lichtverteilung 20 auftreffenden Lichtes im Zähler verstanden. Das Licht 68, das sowohl die zusätzliche Sammellinse 60 als auch die erste Projektionslinse 16 durchlaufen hat, scheint von oberhalb der Halbleiterlichtquelle 12 zu kommen. Das bedeutet, dass die zusätzliche Sammellinse 60 virtuelle, vergrößerte Bilder der Halbleiterlichtquelle 12 erzeugt, wie sie als Bilder B_68 in der Lichtverteilung 20 gemäß der Darstellung der Figur 7 abgebildet sind. In der Figur 7 wird diese virtuelle Erweiterung durch ein oberhalb der Halbleiterlichtquelle 12 liegendes virtuelles Bild 62 der Halbleiterlichtquelle 12 repräsentiert.The additional converging lens 60 directs additional beams from the opening angle 64 onto the first projection lens 16 and thus increases the efficiency of the optical system. In this case, the quotient of the light emitted by the light source 12 in the denominator and of the light impinging in the light distribution 20 in the meter is understood here to be an efficiency or an efficiency of the optical system. The light 68, which is both the additional converging lens 60 and the first projection lens 16 has passed, appears to come from above the semiconductor light source 12. This means that the additional converging lens 60 generates virtual, enlarged images of the semiconductor light source 12, as shown as images B_68 in the light distribution 20 as shown in FIG FIG. 7 are shown. In the FIG. 7 this virtual extension is represented by a virtual image 62 of the semiconductor light source 12 lying above the semiconductor light source 12.

In der Ausgestaltung, die in der Figur 7 dargestellt ist, ist die zusätzliche Sammellinse 60 oben zur Halbleiterlichtquelle 12 hin geneigt, während die erste Projektionslinse 16 oben von der ersten Halbleiterlichtquelle 12 weg geneigt ist. Wesentlich ist in jedem Fall, dass wenigstens eine der beiden Linsen 16, 60 eine gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 definierte Neigung aufweist. Es ist diese Neigung, die für die unterschiedlichen Abbildungsmaßstäbe verantwortlich ist. Ob ein größerer Abbildungsmaßstab oberhalb der optischen Achse und ein kleinerer Abbildungsmaßstab unterhalb der optischen Achse erzeugt wird oder ob ein kleinerer Abbildungsmaßstab oberhalb der optischen Achse und ein größerer Abbildungsmaßstab unterhalb der optischen Achse erzeugt wird, ist dagegen von untergeordneter Bedeutung.In the embodiment, in the FIG. 7 is shown, the additional converging lens 60 is inclined upward to the semiconductor light source 12, while the first projection lens 16 is inclined upward from the first semiconductor light source 12 away. It is essential in any case that at least one of the two lenses 16, 60 has a defined according to the characterizing features of claim 1 inclination. It is this tendency that is responsible for the different magnifications. On the other hand, whether a larger magnification above the optical axis and a smaller magnification below the optical axis is generated, or whether a smaller magnification above the optical axis and a larger magnification below the optical axis is generated is of secondary importance.

Figur 8 zeigt eine weitere Ausgestaltung, bei der die zusätzliche Sammellinse als Fresnel-Linse mit Fresnel-Zonen 66 realisiert ist. Bei einer solchen Fresnel-Linse 60 werden die Lichtstrahlen von mehreren diskreten Fresnel-Linsenzonen 66 abgelenkt. Die einzelnen Fresnel-Linsenzonen 66 können dabei zu Prismenkeilen degeneriert sein. FIG. 8 shows a further embodiment, in which the additional converging lens is realized as a Fresnel lens with Fresnel zones 66. In such a Fresnel lens 60, the light beams are deflected by a plurality of discrete Fresnel lens zones 66. The individual Fresnel lens zones 66 can be degenerated into prism wedges.

Die Figur 9 zeigt eine Ausgestaltung, bei der die Optik 14 zusätzlich zur ersten Projektionslinse 16 einen Zusatzreflektor 68 aufweist, der zwischen der Halbleiterlichtquelle 12 und der ersten Projektionslinse 16 angeordnet ist. Der Zusatzreflektor 68 ist durch seine Anordnung und seine Form dazu eingerichtet, von der Halbleiterlichtquelle 12 ausgehendes Licht durch an wenigstens einer optischen Fläche des Zusatzreflektors 68 auftretende Reflexionen so auf die Lichteintrittsfläche 48 der ersten Projektionslinse 16 zu richten, dass dieses Licht so aus neben der Halbleiterlichtquelle 12 liegenden Bereichen zu kommen scheint, dass die leuchtende Fläche der Halbleiterlichtquelle 12 in vertikaler Richtung und/oder in horizontaler Richtung virtuell erweitert wird. In der Figur 9 wird diese virtuelle Erweiterung durch ein oberhalb der Halbleiterlichtquelle 12 liegendes virtuelles Bild 62 der Halbleiterlichtquelle 12 repräsentiert. Der Zusatzreflektor 68 weist insbesondere eine zur optischen Achse 28 schräg liegende Reflexionsfläche auf, so dass darauf fallendes Licht der Halbleiterlichtquelle 12 auf die Lichteintrittsfläche 48 der ersten Projektionslinse 16 gelenkt wird. Die Reflexionsfläche kann wahlweise gewölbt, insbesondere konkav gewölbt sein.The FIG. 9 shows an embodiment in which the optical system 14 in addition to the first projection lens 16 has an additional reflector 68 which is disposed between the semiconductor light source 12 and the first projection lens 16. The additional reflector 68 is set up by its arrangement and its shape to direct light emanating from the semiconductor light source 12 through reflections occurring on at least one optical surface of the additional reflector 68 onto the light entrance surface 48 of the first projection lens 16 such that this light emerges next to the semiconductor light source 12, it appears that the luminous area of the semiconductor light source 12 is virtually widened in the vertical direction and / or in the horizontal direction. In the FIG. 9 this virtual extension is represented by a virtual image 62 of the semiconductor light source 12 lying above the semiconductor light source 12. The additional reflector 68 has, in particular, a reflection surface arranged at an angle to the optical axis 28, so that light of the semiconductor light source 12 falling thereon is directed onto the light entry surface 48 of the first projection lens 16. The reflection surface can optionally be curved, in particular concavely arched.

Der Zusatzreflektor 68 wird bevorzugt an mindestens einer Seitenkante der Halbleiterlichtquelle 12 so angeordnet, dass ein Teil des von der Halbleiterlichtquelle 12 ausgehenden Lichtes auf den Zusatzreflektor 68 fällt. Dieser erzeugt daraus virtuelle Bilder der Halbleiterlichtquelle 12 in der Petzval-Ebene der Projektionslinse 16. Dadurch wird die Lichtaustrittsfläche der Halbleiterlichtquelle 12 virtuell vergrößert. Die von der Reflexionsfläche des Zusatzreflektors 68 reflektierten Strahlen scheinen aus Bereichen neben den Lichtaustrittsflächen der Chips der Halbleiterlichtquelle 12 zu kommen und erweitern so die Bilder der Lichtaustrittsflächen der Chips der Halbleiterlichtquelle 12 in der auf der Fahrbahn resultierenden Lichtverteilung 20 vor dem Fahrzeug zur Seite oder nach unten. Dadurch wird ein weicher Auslauf der Lichtverteilung erzielt. Unter einem weichen Auslauf wird hier ein flacher Intensitätsgradient verstanden. Dadurch, dass der Zusatzreflektor 68 Licht auffängt, das von der Halbleiterlichtquelle 12 in einen Öffnungswinkel 64 abgestrahlt wird, der neben der Lichteintrittsfläche 48 der ersten Projektionslinse 16 liegt, fängt der Zusatzreflektor 68 einen Lichtstrom auf, der sonst nicht auf die erste Projektionslinse 16 treffen würde. Der Zusatzreflektor 68 vergrößert damit die insgesamt auf die Lichteintrittsfläche 48 der ersten Projektionslinse 16 auftretende Menge an Licht und erhöht somit den optischen Wirkungsgrad.
Wenn der Zusatzreflektor 68 an der Oberkante der Halbleiterlichtquelle 12 platziert wird, ergibt sich eine Erweiterung der Lichtverteilung 20 nach unten in Richtung des näher vor dem Fahrzeug liegenden Fahrzeugvorfeldes. Werden an den Seitenkanten der Halbleiterlichtquelle 12 Zusatzreflektoren 68 platziert, lässt sich mit Hilfe des dann zusätzlich reflektierten Lichtes die Lichtverteilung zu den Seiten hin erweitern und so die Seitenausleuchtung verbessern. Wie bereits im Zusammenhang mit der zusätzlichen Sammellinse 60 erläutert worden ist, erzeugt auch hier der Teil des Lichtes, der nur die erste Projektionslinse 16 durchläuft, kleine Lichtquellenbilder mit hoher Beleuchtungsstärke, die für die Bildung der Hell-Dunkel-Grenze genutzt werden können. Der Teil des Lichtes, der durch den Zusatzreflektor 68 auf die Projektionslinse 16 gelenkt wird, trägt zur verbesserten Ausleuchtung der großen Lichtquellenbilder bei, wie sie in der Figur 7 mit dem Bezugszeichen B_68 bezeichnet sind.
The additional reflector 68 is preferably arranged on at least one side edge of the semiconductor light source 12 such that a part of the light emitted by the semiconductor light source 12 falls on the additional reflector 68. This generates virtual images of the semiconductor light source 12 in the Petzval plane of the projection lens 16. As a result, the light exit surface of the semiconductor light source 12 is virtually enlarged. The reflected from the reflection surface of the additional reflector 68 rays appear from areas next to the Light exit surfaces of the chips of the semiconductor light source 12 to come and thus extend the images of the light exit surfaces of the chips of the semiconductor light source 12 in the resulting on the roadway light distribution 20 in front of the vehicle to the side or down. As a result, a soft outlet of the light distribution is achieved. A soft spout is understood here to mean a flat intensity gradient. As a result of the additional reflector 68 capturing light which is emitted by the semiconductor light source 12 at an opening angle 64 which lies next to the light entry surface 48 of the first projection lens 16, the additional reflector 68 captures a luminous flux which would otherwise not strike the first projection lens 16 , The additional reflector 68 thus increases the total amount of light occurring on the light entry surface 48 of the first projection lens 16 and thus increases the optical efficiency.
When the auxiliary reflector 68 is placed on the upper edge of the semiconductor light source 12, the light distribution 20 is extended downward in the direction of the vehicle apron, which is closer to the vehicle. If additional reflectors 68 are placed on the side edges of the semiconductor light source 12, the light distribution can then be expanded toward the sides with the aid of the additionally reflected light, thus improving the side illumination. As has already been explained in connection with the additional converging lens 60, here too the part of the light which only passes through the first projection lens 16 generates small light source images with high illuminance, which can be used for the formation of the cut-off line. The part of the light, which is directed by the additional reflector 68 to the projection lens 16, contributes to improved illumination of the great light source imagery, as in the FIG. 7 are denoted by the reference B_68.

Die Reflexionsfläche des Zusatzreflektors 68 ist in einer bevorzugten Ausgestaltung als metallische Beschichtung einer formgebenden und gegebenenfalls mit einer zur Glättung von Rauhigkeiten lackierten Struktur des Zusatzreflektors 68 realisiert. Alternativ ist eine reflektierende Fläche des Zusatzreflektors 16 als weiße oder diffus reflektierende Fläche realisiert. Eine weiße und/oder diffus reflektierende Fläche lässt sich zum Beispiel dadurch erzielen, dass die reflektierende Fläche des Zusatzreflektors 68 eine Titandioxid, Zinkoxid, Zinksulfid, Kalziumcarbonat, Bleicarbonat, Bariumsulfat oder andere Weißpigmente enthaltende Schicht aufweist.The reflection surface of the additional reflector 68 is realized in a preferred embodiment as a metallic coating of a forming and optionally with a painted to smooth roughness structure of the additional reflector 68. Alternatively, a reflective surface of the additional reflector 16 is realized as a white or diffusely reflecting surface. A white and / or diffuse reflective surface can be achieved, for example, by the reflective surface of the auxiliary reflector 68 comprising a layer containing titanium dioxide, zinc oxide, zinc sulfide, calcium carbonate, lead carbonate, barium sulfate or other white pigments.

Der Zusatzreflektor 68 kann auch als den Effekt einer internen Totalreflexion an einer Grenzfläche eines transparenten Festkörpers nutzender Reflektor ausgeführt sein und zum Beispiel aus Glas, PMMA (Polymethylmetacrylat) oder PC (Polycarbonat) bestehen. Dabei wird die Reflexionsfläche durch Grenzflächen eines oder mehrerer Umlenkprismen gebildet, wobei ein solches Umlenkprisma jeweils eine optisch wirksame Fläche in Form einer brechenden Lichteintrittsfläche, einer brechenden Lichtaustrittsfläche sowie mindestens einer totalreflektierenden Fläche aufweist. Alle optisch wirksamen, das heißt die Lichtrichtung ändernden Flächen können in diesem Fall konvex oder konkav gewölbt sein. Der Zusatzreflektor kann, zumindest teilweise, streuende, zum Beispiel wellige, Strukturen aufweisen. Dies gilt sowohl für einen Reflektor, bei dem eine intransparente Struktur mit einer Reflexionsschicht beschichtet ist, als auch für Ausgestaltungen, die den Effekt der internen Totalreflexion nutzen. Im Fall eines interne Totalreflexionen nutzenden transparenten Festkörpers können sich die streuenden Strukturen auch auf brechenden Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen befinden.The additional reflector 68 may also be embodied as a reflector utilizing the effect of internal total reflection at an interface of a transparent solid and consisting, for example, of glass, PMMA (polymethyl methacrylate) or PC (polycarbonate). In this case, the reflection surface is formed by boundary surfaces of one or more deflection prisms, wherein such a deflection prism each having an optically active surface in the form of a refractive light entrance surface, a refractive light exit surface and at least one totally reflecting surface. All optically effective, that is to say the light direction changing surfaces can be convex or concave in this case. The additional reflector may have, at least in part, scattering, for example wavy, structures. This applies both to a reflector in which an intransparent structure is coated with a reflective layer, as well as to designs that have the effect of total internal reflection use. In the case of a transparent solid using internal total reflections, the scattering structures can also be located on refracting light entry and exit surfaces.

Figur 9b zeigt einen Zusatzreflektor 68, der aus einer reflektierend beschichteten und intransparenten Struktur besteht. Die Figur 9c zeigt die Alternative eines TIR Zusatzreflektors 68 (TIR = Total Internal Reflection). Sowohl die Figur 9b als auch die Figur 9c veranschaulichen durch die dargestellten Strahlengänge darüber hinaus das Zustandekommen der virtuellen Bilder 62 der Halbleiterlichtquelle 12, die die Lichtaustrittsfläche der Halbleiterlichtquelle 12 scheinbar vergrößern. FIG. 9b shows an auxiliary reflector 68, which consists of a reflective coated and non-transparent structure. The FIG. 9c shows the alternative of a TIR additional reflector 68 (TIR = Total Internal Reflection). Both the FIG. 9b as well as the FIG. 9c illustrate through the illustrated beam paths beyond the formation of the virtual images 62 of the semiconductor light source 12, which apparently increase the light exit surface of the semiconductor light source 12.

Die Figur 10 zeigt einen Kühlkörper 38 mit einem darauf montierten Schaltungsträger 36, auf dem fünf LED Halbleiterchips angeordnet sind, die eine Halbleiterlichtquelle 12 darstellen. Anstelle von fünf Halbleiterchips kann die Halbleiterlichtquelle 12 auch eine größere oder kleinere Zahl n von Halbleiterchips aufweisen. Bevorzugt sind die n Halbleiterchips unabhängig voneinander einschaltbar und ausschaltbar. Der Gegenstand der Figur 10 zeichnet sich durch eine unmittelbar an der Halbleiterlichtquelle 12 angeordnete Blende 70 aus, die ein von LED-Chips 72 der Halbleiterlichtquelle 12 ausgehendes Lichtbündel scharf begrenzt. Die Projektionslinse 16 bildet die Halbleiterlichtquelle 12 mit der die Lichtaustrittsfläche der Halbleiterlichtquelle 12 begrenzenden Blendenkante so ab, dass sich die Hell-Dunkel-Grenze 26 als Bild der Blendenkante ergibt. Die Abbildung dieser Blendenkante erzeugt eine scharfe Hell-Dunkel-Grenze 26 in der Lichtverteilung 20 eines Lichtmoduls, das mit dem Gegenstand der Figur 10 ausgestattet ist. Durch den besonders hohen Beleuchtungsstärke- beziehungsweise Leuchtdichte-Gradienten, der mit einer solchen Blende 70 erzielbar ist, lässt sich eine höhere Reichweite des Kraftfahrzeugscheinwerfers 10 erzielen.The FIG. 10 shows a heat sink 38 with mounted thereon a circuit substrate 36, on which five LED semiconductor chips are arranged, which constitute a semiconductor light source 12. Instead of five semiconductor chips, the semiconductor light source 12 may also have a larger or smaller number n of semiconductor chips. Preferably, the n semiconductor chips can be switched on and off independently of each other. The object of FIG. 10 is characterized by an aperture 70 arranged directly on the semiconductor light source 12, which sharply delimits a light bundle emanating from LED chips 72 of the semiconductor light source 12. The projection lens 16 images the semiconductor light source 12 with the aperture edge delimiting the light exit surface of the semiconductor light source 12 such that the light-dark boundary 26 results as an image of the diaphragm edge. The image of this diaphragm edge creates a sharp cut-off line 26 in the light distribution 20 of a light module associated with the object of FIG. 10 Is provided. By the Particularly high illuminance or luminance gradient, which can be achieved with such a diaphragm 70, a higher range of the motor vehicle headlight 10 can be achieved.

Figur 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das ein Lichtmodul 42, eine Blende 74 und eine zweite Projektionslinse 76 aufweist. Das Lichtmodul 42 entspricht dabei einer der bis hier beschriebenen und erläuterten Ausgestaltungen. Ein solches Lichtmodul 42 weist insbesondere eine Halbleiterlichtquelle 12 und eine die Ausbreitungsrichtung von Licht der Halbleiterlichtquelle 12 beeinflussende Optik 14 auf, die eine erste Projektionslinse 16 mit einer Hauptfläche aufweist. Die Halbleiterlichtquelle 12 ist in einem Brennpunkt der ersten Projektionslinse 16 angeordnet. Das Lichtmodul 42 ist dazu eingerichtet, eine Lichtverteilung 20 mit einem hellen Bereich 22 und einem durch eine horizontal verlaufende Hell-Dunkel-Grenze 26 von dem hellen Bereich 22 getrennten dunklen Bereich 24 zu erzeugen und weist eine optische Achse 28 auf, die einen zentralen Punkt 30 der Hell-Dunkel-Grenze 26 mit der Halbleiterlichtquelle 12 verbindet. Das Lichtmodul 42 zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Projektionslinse 16 gegenüber der optischen Achse 28 so geneigt angeordnet ist, dass in einem radialen Abstand r von der optischen Achse 28 oberhalb der optischen Achse 28 liegende Punkte 32 der Hauptfläche 18 der ersten Projektionslinse 16 in Richtung der optischen Achse 28 einen axialen Abstand d_32 zu der Halbleiterlichtquelle 12 aufweisen, der sich von einem axialen Abstand unterscheidet, den ein im gleichen radialen Abstand r von der optischen Achse 28 unterhalb der optischen Achse 28 liegender Punkt 34 der Hauptfläche 18 der ersten Projektionslinse 16 aufweist. FIG. 11 FIG. 12 shows an exemplary embodiment that has a light module 42, a diaphragm 74 and a second projection lens 76. The light module 42 corresponds to one of the embodiments described and explained up to here. Such a light module 42 has, in particular, a semiconductor light source 12 and an optical system 14 influencing the propagation direction of light of the semiconductor light source 12, which optical system has a first projection lens 16 with a main surface. The semiconductor light source 12 is disposed at a focal point of the first projection lens 16. The light module 42 is configured to produce a light distribution 20 having a bright area 22 and a dark area 24 separated from the bright area 22 by a horizontal cut-off line 26, and has an optical axis 28 which is a central point 30 of the cut-off line 26 connects to the semiconductor light source 12. The light module 42 is distinguished by the fact that the first projection lens 16 is arranged inclined relative to the optical axis 28 so that points 32 of the main surface 18 of the first projection lens 16 lie in a radial distance r from the optical axis 28 above the optical axis 28 Direction of the optical axis 28 have an axial distance d_32 to the semiconductor light source 12, which differs from an axial distance, the lying at the same radial distance r from the optical axis 28 below the optical axis 28 point 34 of the main surface 18 of the first projection lens sixteenth having.

Eine Ausgestaltung eines solchen Lichtmoduls 42 ist unter Bezug auf die Figur 1 weiter oben ausführlich beschrieben worden. Das in der Figur 11 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von einem solchen Lichtmodul 42 durch eine zusätzlich zu der ersten Projektionslinse 16 im Lichtweg hinter der ersten Projektionslinse 16 angeordnete zweite Projektionslinse 76. Dabei ist das Ausführungsbeispiel, das in der Figur 11 dargestellt ist, dazu eingerichtet, von der Halbleiterlichtquelle 12 ausgehendes Licht mit der ersten Projektionslinse 16 in einem Bereich zu bündeln, der im Abstand einer Brennweite f der zweiten Projektionslinse 76 von der zweiten Projektionslinse 76 entfernt zwischen der ersten Projektionslinse 16 und der zweiten Projektionslinse 76 liegt.An embodiment of such a light module 42 is described with reference to FIGS FIG. 1 has been described in detail above. That in the FIG. 11 illustrated embodiment differs from such a light module 42 by a second projection lens 76 in addition to the first projection lens 16 in the light path behind the first projection lens 16 arranged second projection lens 76. In this case, the embodiment shown in the FIG. 11 is configured to focus light emanating from the semiconductor light source 12 with the first projection lens 16 in a region which is at a distance of a focal length f of the second projection lens 76 from the second projection lens 76 between the first projection lens 16 and the second projection lens 76 ,

Das Ausführungsbeispiel, das in der Figur 11 dargestellt ist, ist ferner dazu eingerichtet, die auf die Straße projizierte Lichtverteilung als mittels der zweiten Projektionslinse 76 vermittelte Abbildung eines Zwischenbildes zu erzeugen, das aus dem in dem genannten Bereich gebündelten Licht entsteht. Das Zwischenbild wird dabei mit einem der unter Bezug auf die Figuren 1 bis 10 erläuterten Ausgestaltungen eines Lichtmoduls 42 erzeugt. Das Zwischenbild wird zusätzlich durch eine in die Zwischenbildebene, das heißt in die Petzval-Fläche der zweiten Projektionslinse 76 eingebrachte Blende 74 begrenzt, um eine besonders scharfe Hell-Dunkel-Grenze 26 zu erzielen. Die scharfe Hell-Dunkel-Grenze 26 wird in diesem Fall durch die Abbildung der das Zwischenbild begrenzenden Blendenkante erzielt.The embodiment that is in the FIG. 11 is further configured to generate the light distribution projected onto the street as an image of an intermediate image mediated by the second projection lens 76, which image is formed from the light bundled in said area. The intermediate image is doing with one of the reference to the FIGS. 1 to 10 explained embodiments of a light module 42 generates. The intermediate image is additionally delimited by an aperture 74 introduced into the intermediate image plane, that is to say into the Petzval surface of the second projection lens 76, in order to achieve a particularly sharp cut-off line 26. The sharp cut-off line 26 is achieved in this case by the image of the intermediate image delimiting diaphragm edge.

Da die zweite Projektionslinse 76 eine Bildumkehr bewirkt, bei der unterhalb der optischen Achse 28 liegende Bereiche der Zwischenbildebene in oberhalb der optischen Achse 28 liegende Bereiche der Lichtverteilung 20 abgebildet werden, muss das unter Bezug auf die Figuren 1 bis 10 erläuterte Projektionssystem um 180° um die optische Achse 28 herum gedreht werden, um die Bildumkehr zu kompensieren. Mit anderen Worten: Das unter Bezug auf die Figuren 1 bis 10 erläuterte Lichtmodul 42 muss um 180° um die optische Achse gedreht werden, damit sich die in der Figur 1b dargestellte Lichtverteilung 20 mit einem unterhalb des Horizonts H liegenden hellen Bereich 22 ergibt. Die mit den Gegenständen der Figuren 1 bis 10 erzeugte Lichtverteilung wird also anders als bei den direkt abbildenden Systemen der Figuren 1 bis 10 nicht in der Ferne auf der Straße, sondern in einer nahe gelegenen Zwischenbildebene erzeugt. Die zweite Projektionslinse 76 fokussiert auf die Lichtverteilung in der Zwischenbildebene 78 und bildet diese mit Bildumkehr auf die Straße ab. Mit der in die Lichtverteilung in der Zwischenbildebene hinein ragenden Kante der Blende 74 wird die Lichtverteilung in der Zwischenbildebene 78 begrenzt, um eine schärfere Hell-Dunkel-Grenze zu erzielen.Since the second projection lens 76 causes image reversal, at the areas below the optical axis 28 In the intermediate image plane in regions of the light distribution 20 lying above the optical axis 28, this must be described with reference to FIGS FIGS. 1 to 10 explained projection system rotated 180 ° about the optical axis 28 around to compensate for the image reversal. In other words, with reference to the FIGS. 1 to 10 explained light module 42 must be rotated by 180 ° about the optical axis, so that in the FIG. 1b shown light distribution 20 with a lying below the horizon H bright area 22 results. The with the objects of the FIGS. 1 to 10 generated light distribution is thus different than in the direct imaging systems of FIGS. 1 to 10 not in the distance on the road, but generated in a nearby intermediate image plane. The second projection lens 76 focuses on the light distribution in the intermediate image plane 78 and images it with image reversal onto the road. With the edge of the aperture 74 projecting into the light distribution in the intermediate image plane, the light distribution in the intermediate image plane 78 is limited in order to achieve a sharper cut-off line.

In der Figur 12 ist diese Blende 74 als Spiegelblende realisiert, die eine reflektierende Fläche 80 aufweist. Die Blende 74 mit der reflektierenden Fläche 80 ist dabei so angeordnet, dass beim Gegenstand der Figur 11 auf die der ersten Projektionslinse 16 zugewandte Seite der Blende 74 fallendes Licht beim Gegenstand der Figur 12 auf die spiegelnde Fläche 80 einfällt und von dieser zusätzlich auf die Lichteintrittsfläche der zweiten Projektionslinse 76 gelenkt wird. Die eine der spiegelnde Fläche 80 aufweisende Blende 74 aus der Fig. 12 kann daher auch als Spiegel oder Spiegelblende bezeichnet werden. Die der zweiten Projektionslinse 76 zugewandte Vorderkante der Blende 74 liegt in der Petzval-Fläche der zweiten Projektionslinse oder folgt dem Verlauf der Petzval-Fläche der zweiten Projektionslinse 76. Daher wird diese Spiegelvorderkante von der zweiten Projektionslinse 76 scharf abgebildet. Strahlen, die auf die spiegelnd reflektierende Fläche 80 fallen, werden im Gegensatz zu der einfachen Blende 74 aus der Figur 11 nicht absorbiert, sondern zur Projektionslinse 76 hin umgelenkt. Auf diese Weise wird der Wirkungsgrad weiter verbessert. Die reflektierten Strahlen werden von der zweiten Projektionslinse 76 in einen Bereich unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze 26 gelenkt und verstärken dort die Lichtintensität. Die Vorderkante der Spiegelblende 74 kann konturiert sein, um eine konturierte Hell-Dunkel-Grenze zu erzeugen. Dabei begrenzt die vordere Spiegelkontur die Lichtverteilung in der Zwischenbildebene 78 so, dass eine scharfe Hell-Dunkel-Grenze 26 entsteht.In the FIG. 12 This panel 74 is realized as a mirror panel having a reflective surface 80. The aperture 74 with the reflective surface 80 is arranged so that the subject of the FIG. 11 on the first projection lens 16 side facing the aperture 74 falling light in the subject of FIG. 12 incident on the reflective surface 80 and is additionally directed by this on the light entry surface of the second projection lens 76. The one of the reflective surface 80 having aperture 74 from the Fig. 12 can therefore also be referred to as a mirror or mirror aperture. The second projection lens 76 facing the front edge of the aperture 74th lies in the Petzval area of the second projection lens or follows the course of the Petzval area of the second projection lens 76. Therefore, this mirror leading edge is sharply imaged by the second projection lens 76. Rays that fall on the specularly reflective surface 80, in contrast to the simple aperture 74 of the FIG. 11 not absorbed, but deflected to the projection lens 76 out. In this way, the efficiency is further improved. The reflected rays are directed by the second projection lens 76 into an area below the cut-off line 26, where they amplify the light intensity. The leading edge of the mirror aperture 74 may be contoured to create a contoured cut-off line. In this case, the front mirror contour limits the light distribution in the intermediate image plane 78 so that a sharp cut-off line 26 is created.

Für sämtliche in dieser Anmeldung dargestellten Ausgestaltungen gilt, dass die erste Projektionslinse 16 und/oder die Sammellinse 60 und/oder die zweite Projektionslinse 76 und/oder der Reflektor 68 auf einer optisch wirksamen Fläche, sei es eine Lichteintrittsfläche und/oder eine Lichtaustrittsfläche einer Linse oder eine Reflexionsfläche des Reflektors, Licht in verschiedene Richtungen streuende Strukturen aufweisen kann. Dabei ist bevorzugt, dass die streuenden Strukturen der optisch wirksamen Fläche eine wellige Gestalt verleihen. Besonders bevorzugt ist, dass die streuenden Strukturen eine Form von vertikal angeordneten Zylinderabschnitten aufweisen.For all embodiments shown in this application, the first projection lens 16 and / or the condenser lens 60 and / or the second projection lens 76 and / or the reflector 68 on an optically active surface, be it a light entrance surface and / or a light exit surface of a lens or a reflection surface of the reflector, light in different directions may have scattering structures. It is preferred that the scattering structures give the optically active surface a wavy shape. It is particularly preferred that the scattering structures have a shape of vertically arranged cylinder sections.

Claims (7)

  1. Motor vehicle headlamp (10) having at least one semiconductor light source (12) and an optical system (14) which influences a propagation direction of the light within the headlamp (10), characterized in that the optical system (14) has a first projection lens (16) which has a main surface (18) and a light entry surface (48), the semiconductor light source (12) being arranged in a focal point of the first projection lens (16) and the headlamp (10) being adapted to produce a light distribution (20) having a bright region (22) and a dark region (24) separated from the bright region (22) by an at least partially horizontal cut-off (26), and having an optical axis (28) connecting a central point (30) of the cut-off (26) to the semiconductor light source (12), the first projection lens (16) being arranged to be inclined relative to the optical axis (28) such that points (32) of the main surface (18) of the first projection lens (16) lying at a radial distance (r) from the optical axis (28) above the optical axis (28) have, in the direction of the optical axis (28), a smaller axial distance (d_32) from the semiconductor light source (12) than points (34) of the main surface (18) of the first projection lens (16) lying at the same radial distance (y) from the optical axis (28) below the optical axis (28) have, the first projection lens (16) being adapted to direct light of the semiconductor light source (12) incident on the light entry surface (48) directly into the light distribution (20), in that a course of the focal length of the first projection lens (16) in a plane parallel to the horizon deviates from a course of the focal length of the first projection lens in a vertical plane perpendicular to the horizon, and in that the light-emitting surface of the semiconductor light source lies in a Petzval surface of the vertical cross-section of the projection lens (16) in which the optical axis (28) also extends, the Petzval surface (40) being the surface of all points which are sharply imaged by the projection lens (16).
  2. Motor vehicle headlamp (10) according to claim 1, characterized in that the material thickness of the first projection lens (16) is maximum in a central region of the first projection lens (16) and decreases towards the edges of the first projection lens (16).
  3. Motor vehicle headlamp (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the first projection lens (16) is realized as a concave-convex lens with a concave light entry surface (48) and a convex light exit surface (54).
  4. Motor vehicle headlamp (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the first projection lens (16) has a biconvex cross-section in a direction parallel to the horizon and a concave-convex cross-section in a vertical direction perpendicular to the horizon.
  5. Motor vehicle headlamp (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the motor vehicle headlamp (10) has a diaphragm (70) which is arranged directly on the semiconductor light source (12) and has a diaphragm edge which sharply delimits a light beam starting from the semiconductor light source (12).
  6. Motor vehicle headlamp (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor light source (12) has several of light-emitting semiconductor chips.
  7. Motor vehicle headlamp (10) according to Claim 6, characterized in that the several semiconductor chips can be controlled independently of one another.
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