EP2828571B1 - Projektionsmodul für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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EP2828571B1
EP2828571B1 EP13716173.3A EP13716173A EP2828571B1 EP 2828571 B1 EP2828571 B1 EP 2828571B1 EP 13716173 A EP13716173 A EP 13716173A EP 2828571 B1 EP2828571 B1 EP 2828571B1
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EP
European Patent Office
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light
reflector
light source
reflecting surface
lens
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EP13716173.3A
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Friedrich Bauer
Dietmar KIESLINGER
Andreas Moser
Marcel RAUCH
Thomas SCHLINGER
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ZKW Group GmbH
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Zizala Lichtsysteme GmbH
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    • F21W2102/135—Arrangement or contour of the emitted light for high-beam region or low-beam region the light having cut-off lines, i.e. clear borderlines between emitted regions and dark regions
    • F21W2102/155—Arrangement or contour of the emitted light for high-beam region or low-beam region the light having cut-off lines, i.e. clear borderlines between emitted regions and dark regions having inclined and horizontal cutoff lines
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    • F21W2102/00—Exterior vehicle lighting devices for illuminating purposes
    • F21W2102/20—Illuminance distribution within the emitted light

Definitions

  • the invention relates to a light module for a motor vehicle as from the generic document EP 1 225 388 known.
  • the invention relates to a vehicle headlight with at least one such light module.
  • the light module according to the invention is a projection system in which light from a light source is focused by a primary optics in the form of a reflector and directed onto a (projection) lens, which projects the desired light image onto an area in front of the light module or vehicle ,
  • the reflector In contrast to a classic structure in which a real intermediate image is generated by the reflector, in the present invention, the reflector generates a virtual intermediate image of the light source, which then imaged by the lens in the form of a converging lens in the area in front of the light module or vehicle becomes.
  • the reflector is designed as a hyperbolic reflector or essentially has the behavior of a hyperbolic reflector.
  • the reflector in a first variant of the invention, provision is made for the reflector to be formed essentially as a reflector subshell, for example as a reflector half shell, to form the at least one light-dark line in the light image, and light from a region of the boundary edge of the reflector Reflector part shell forms the light distribution on the light-dark line in the photograph.
  • the edge of the reflector acts as a hatch between the virtual object and the lens.
  • portions of the reflector that are farther away from the lens have more of the character of a field of view diaphragm, a change of these areas also changes the imaged image section and accordingly these areas can be used to form the light image.
  • the upper regions of the reflector can be trimmed in order to reduce the intensity of the light distribution in advance, while the trimming at the lower edge of the shape the light distribution on the HD line can be varied.
  • the reflector sub-shell in the installation position of the light module is open at the bottom, so that there is a light-dark line in the overhead light.
  • the boundary edge of the reflector partial shell extends substantially above a plane in which the at least one light source lies.
  • the light-dark line in the photograph can be lowered, for example, by 0.57 ° (ECE control) or 0.4 ° (SAE control), as required for a law-compliant low beam distribution.
  • the boundary edge is bent towards the front, to the front reflector opening towards the top.
  • Curved "upwards” means primarily that the boundary edge of the plane in which the light source is located, bent away.
  • the light source is inclined to a horizontal plane and the boundary edge is basically parallel to the inclined light source. The effect can occur that in an outer edge region of the light distribution, the light distribution is bent upward, so that light reaches an area above the legally permitted areas.
  • the at least one light source has an elongated configuration, and that the light source is arranged with respect to the reflector that in the light image that of the reflective Surface of the reflector generated helical images are substantially parallel to the cut-off in the light image, since the extent of the blur is directly proportional to the size of a helical image, measured across the cut-off line.
  • the longitudinal axis of the light source thus runs substantially parallel to the light-dark boundary to be generated, wherein an inclination of a few degrees with respect to the light-dark boundary may well be visually meaningful.
  • such a light source has a significantly longer longitudinal than transverse extent, for example, it is a light source of a plurality of light emitting diodes, e.g. in a (1 x n) arrangement in which n LEDs are arranged in a row, the light source thus has a width of one LED and a length of n LEDs.
  • elongated light sources are the arc of a Xe torch or the filament of an incandescent lamp.
  • the at least one light source has a plane light exit surface, the light exit surface facing the reflective surface of the reflector.
  • the light-emitting surface of the at least one light source is preferably substantially planar and wherein the boundary edge of the reflector forming the light-dark boundary is arranged in a region, in which the light-emitting surface of the at least one light source is shortened in perspective.
  • This latter measure can be realized independently or together with the above-mentioned elongated embodiment of the light source.
  • the reflector generates one or more light-dark boundaries in the light image by the reflector acts as a real aperture, so the boundary edge (s) of the reflector in the light image as light-dark boundaries (or areas of maximum brightness) be imaged.
  • the reflecting surface of the reflector is embodied such that light from the at least one light source, which is reflected along at least one defined curve on the reflecting surface, is imaged in the light image as a region with maximum brightness.
  • the generation of one or more light-dark boundaries with a reflector is based on the effect of the so-called caustics, so that one or more fundamentally arbitrarily shaped light-dark boundaries can be generated without the use of diaphragms.
  • the at least one defined curve on the reflecting surface is displayed in the light image as a caustic line, ie as a line with maximum brightness, on one side (eg below this line) the brightness decreases, on the other side (eg above the line) no or hardly any light shown.
  • the reflective surface of the reflector is formed such that light from both sides of the at least one defined curve on the reflective surface in the light image on one side of the area with maximum brightness, is subsequently imaged on this area.
  • Such a reflector according to the invention can be varied flexibly, for example in order to make it smaller with regard to the installation space.
  • this reflector is substantially parallel to the defined curve on the reflecting surface, which is imaged in the light image as an area with maximum brightness, on at least one side the defined curve is cropped.
  • this reflector is trimmed substantially normal to the defined curve on the reflecting surface, which is imaged in the light image as a region with maximum brightness ,
  • a designed as a real aperture reflector is provided with one or more defined curves which produce a Kaustikline, resulting in a variety of design options with regard to the generation of the light image.
  • a light module according to the invention has the particular advantage that the total depth of the light module is no longer determined by the sum of the focal lengths of primary optics (reflector) and secondary optics (lens), but by the difference of the two focal lengths and thus can be greatly reduced theoretically. Even if practical limitations (finite size of the light source, manufacturing tolerances, etc.) are given, and thus the reduction of the installation depth limits are set, in a light module or headlight according to the invention the construction volume can be significantly lower than in conventional, known systems.
  • the focal length per se is a quasi-free design parameter that can be used to improve the light image.
  • the total refractive power is distributed to reflector and lens.
  • the cross section of the lens is comparable to a classical projection system with a real intermediate image and otherwise similar characteristics, so that the required numerical aperture of the lens decreases. Since chromatic aberration occurs only in refraction, but not in reflection, can be achieved by the fact that a part of the refractive power is taken over by the reflector, already an improvement in color fidelity.
  • the lens can be designed as achromatic, which is also useful for correcting chromatic aberrations.
  • classical projection lenses with very large numerical aperture it is not possible to perform the lens as achromats.
  • FIG. 1 schematically shows a light module 1 for a motor vehicle, comprising a light source 1, a reflector 2 and a lens.
  • the reflecting surface 2a of the reflector 2 is shaped in such a way that a first focal point F1 of the reflector 2 lies between the reflecting surface 2a and the lens 3.
  • a second focal point F2 lies on the side of the reflector 2 facing away from the lens 3, ie behind the reflector.
  • the light emitted by the light source 1 is formed by the reflective surface 2a of the reflector 2 to a light distribution and - in the installed state of the light module 1 in a vehicle - is imaged via the lens 3 in an area in front of the vehicle.
  • the light module 1 In the light module 1 according to the invention (and also in all other modules or systems shown) is a projection system in which light from a light source by a primary optics in the form of a reflector is focused and directed to a (projection) lens, which the desired light image is projected onto an area in front of the light module or vehicle.
  • the reflector 2 In contrast to a classical construction in which a real intermediate image is generated by the reflector, in the present invention the reflector 2 generates a virtual intermediate image of the light source, which essentially comes to lie in the rear focal point F2 of the reflector 2, and becomes this intermediate image then imaged by the lens 3 in the form of a converging lens in the area in front of the light module or vehicle.
  • the reflector is designed as a hyperbolic reflector or essentially has the behavior of a hyperbolic reflector, and the focal point of the lens 3 lies substantially in the rear focal point F2 of the reflector 2.
  • FIG. 1 If you look at FIG. 1 , so you can see the areas bounded by arrows areas of the reflector 2. Cuts one in FIG. 1 illustrated reflector 2 above the area indicated by the arrow above and below the area marked with the arrow below, so only the two rays S1, S2 and intervening rays appear as the boundary rays from the reflector 2 and are imaged by the lens 3 ,
  • Fundamentally inventive feature in a present light module is that the reflective surface of the reflector is formed such that the generated light image has at least one light-dark line.
  • the edge of the reflector acts as a hatch between the virtual object and the lens.
  • portions of the reflector that are farther away from the lens have more of the character of a field of view diaphragm, a change of these areas also changes the imaged image section and accordingly these areas can be used to form the light image.
  • the upper regions of the reflector are trimmed to reduce the intensity of the light distribution in advance, while the trimming at the lower edge, the shape of the light distribution on the HD line varies can be.
  • FIGS. 2 to 5 show a light module 1 with a light source 10, reflector 20 with reflective surface 20a and lens 30.
  • the proportions are purely schematic, in particular, the lens can be significantly smaller and is for example as large as the reflector.
  • the reflector 20 is designed as a partial shell, in particular as a half shell, and the light source 10 radiates light into this half shell, from which the light is reflected at the reflective surface 20a.
  • the reflector half shell 20 is bounded by a boundary edge 20 ', 20 ", as shown in FIGS FIGS. 4 and 5 is shown.
  • the boundary edge 20 ', 20 "in this example (after trimming, as will be described) lies in a horizontal plane, the light-dark boundary also essentially forms a horizontal straight line, as shown in FIGS FIGS. 6 and 7 easy to recognize.
  • the boundary edge 20 ', 20 "of the reflector subshell 20 extends substantially above a plane in which the light source 10 lies, in this way the light / dark line in the light image can, for example as with a lawful low-beam distribution requested by 0.57 ° (ECE control) or 0.4 ° (SAE control) are lowered, as shown in the FIGS. 6 and 7 is shown.
  • ECE control 0.57 °
  • SAE control 0.4 °
  • the light source 10 can, as this particular in FIG. 4 can be seen well, so that the plane in which the light source is inclined accordingly.
  • the in the FIGS. 6 and 7 at about 5 ° lying asymmetry part is not formed by the edge 20 ', but is usually from one in the FIGS. 2 to 5 Not shown reflector segment, based on a segment 22 as in FIGS. 8 and 9 shown, generated.
  • the at least one light source has an elongated configuration, and that the light source is arranged with respect to the reflector that in the light image that of the reflective Surface of the reflector generated helical images are substantially parallel to the cut-off in the light image, since the extent of the blur is directly proportional to the size of a helical image, measured across the cut-off line.
  • the longitudinal axis of the light source thus runs substantially parallel to the light-dark boundary to be generated, wherein an inclination of a few degrees with respect to the light-dark boundary may well be visually meaningful.
  • such a light source has a significantly longer longitudinal than transverse extent, for example, it is a light source of a plurality of light emitting diodes, e.g. in a (1 x n) arrangement in which n LEDs are arranged in a row, the light source thus has a width of one LED and a length of n LEDs.
  • elongated light sources are the arc of a Xe torch or the filament of an incandescent lamp.
  • the at least one light source has a plane light exit surface, the light exit surface facing the reflective surface of the reflector.
  • the plane of the light source and the plane in which the lower boundary edge of the reflector lies extend in a substantially parallel plane.
  • the light-emitting surface of the light source is preferably substantially planar and wherein the boundary edge of the reflector forming the cut-off line is arranged in a region in which the light-emitting surface of the at least one light source is shortened in perspective is.
  • This latter measure can be realized independently or together with the above-mentioned elongated embodiment of the light source.
  • the reflector generates one or more light-dark boundaries in the light image by the reflector acts as a real aperture, so the boundary edge (s) of the reflector in the light image as light-dark boundaries (or areas of maximum brightness) be imaged.
  • FIGS. 8 and 9 show a light module 1 with a reflector 21, light source 11 and lens 31.
  • the reflector 21 has a reflective surface 21a and a lower boundary edge 21 'comparable to that at the top of the hand FIGS. 2 to 5 described embodiment.
  • the hyperbolic reflector has a focal length of about 40 mm
  • the lens is an aspherical converging lens with a focal length of about 100 mm.
  • the reflector 21 has an additional reflector region 22 with reflective surface 22a.
  • This reflector region or this reflector segment 22 illuminates a central region directly around HV in the low beam distribution.
  • this reflector segment 22 or its reflective surface 22a is designed such that it generates a so-called caustic.
  • FIG. 10 schematically the reflective surface 22a, on which a plurality of reflector locations P1, P2, P3, P4, P5, P6 are highlighted.
  • FIG. 11 shows the helical images W1 - W6 generated by these reflector locations P1 - P6 in the light image. If one wanders along the reflector along a line connecting the points P1-P6, then for the time being the helical images W1, W2, W3 travel with the corresponding points P1-P3.
  • the point P3 represents an extreme position, ie a reversal point for the spirals in the light image, because we recognize, wander in a progression from P3 to P4 and then to P5 and P6, the coils W4, W5, W6 back towards the helix W1 ,
  • the helical image W3 therefore touches the caustic with its outermost boundary edge W3 '(see below for further explanation), the reflector 22 or the reflector surface 22a can be trimmed in the vicinity of the point P3 without the sharpness of the cut-off change.
  • FIG. 12 shows in the upper picture a light image, generated with an untrimmed reflector
  • the lower figure in FIG. 12 shows the light image at a trimming of the reflector in the vicinity of those reflector locations, which correspond to helical images on the envelope of Kaustik, as to the hand FIGS. 10 and 11 described.
  • the trimming results in the shape of the reflector 22.
  • the trimming makes the light-dark boundary stand out better, in particular results in a better straight-line course of the oblique light-dark boundary, as in FIG. 12 easy to recognize.
  • light module is the overall depth of about 70 mm.
  • the lens was assumed to have a diameter of 100 mm, whereby the trimming can be made very flexible due to the beam path. Very small lens cuts (down to minimum sizes of 40mm x 30mm) are possible without having to sacrifice great efficiency losses.
  • the example in the sketch shows a light exit area of 65mm x 45mm.
  • a light source moved away from the lens is displayed higher.
  • this closer LED row produces an upwardly shifted light distribution that can meet the legal requirements for a high beam distribution.
  • the rear row of LEDs is thus shown lower in the focal plane of the lens than the front row.
  • the multi-line LED light source can be rotated about an axis passing through the dimmed light relevant chips.
  • the high beam row is intentionally defocused, resulting in a more homogeneous appearance and greater high beam height.
  • FIG. 13 shows a light module 1 with a light source 100, a reflector 200 (with reflective surface 200a) and a lens 300, wherein the reflective surface 200a of the reflector 200 is formed such that light from the light source 100, which along a defined curve on the reflective Surface 200a is reflected in the light image as a region of maximum brightness.
  • the light source 100 comprises one or more light-emitting diodes, which are arranged vertically, the light-emitting surface of which thus lies in a vertical plane, and this light source 100 illuminates the laterally arranged reflector 200, which generates a substantially horizontal light-dark boundary, as shown in FIG Photograph in FIG. 14 is shown.
  • the HD limit is generated according to the invention exclusively by a caustic.
  • the depth of the light module 1 is about 50 mm.
  • the generation of the bright-dark boundary with a reflector is based here on the effect of the so-called caustics, so that one or more, in principle arbitrarily shaped light-dark boundaries can be generated without the use of diaphragms.
  • the at least one defined curve on the reflecting surface is displayed in the light image as a caustic line, ie as a line with maximum brightness, on one side (eg below this line) the brightness decreases, on the other side (eg above the line) no or hardly any light shown.
  • FIG. 15 shows a light module with a light source 110, in this case again comprising one or more vertically arranged LEDs, and this light source 110 illuminates a laterally arranged reflector 210 with reflective surface 210a. Via a lens 310, the light is projected into an area in front of the light module.
  • a light source 110 in this case again comprising one or more vertically arranged LEDs, and this light source 110 illuminates a laterally arranged reflector 210 with reflective surface 210a. Via a lens 310, the light is projected into an area in front of the light module.
  • This light module produces a semi-circular light distribution with a pronounced maximum, see FIG. 16 .
  • the superposition with a mirror-image light distribution can be used to build a high beam.
  • the essentially vertical cut-off line (see FIG. 16 ) is generated over the edge 210 'of the reflector 210.
  • a basically hyperbolic reflector with, for example, a focal length of approximately 70 mm is used; in this example, furthermore, an aspherical converging lens with a focal length of approximately 90 mm is used.
  • the depth of the light module is approximately 50 mm.
  • FIGS. 17-20 the effect of the caustics, as in a partial reflector according to FIGS. 8 and 9 based on Figures 10 - 12 has already been briefly described, and how he also after a light module after FIG. 13 is used, will be described in more detail.
  • FIG. 17 shows by way of example a laterally arranged reflector 2000 whose reflective surface 2000a is illuminated by a light source 1000.
  • the reflecting surface 2000a of the reflector 2000 is designed according to the invention such that light from the light source 1000, which is reflected along the defined curve O on the reflecting surface 2000a, is imaged in the light image as a region with maximum brightness.
  • light image illuminates light from an area around the line O in FIG. 17 a range at and below the horizontal cut-off line (see horizontal, hatched area LO in FIG. 18 ).
  • the line O is substantially horizontal in this example.
  • Light originating from the point 2 on the surface 2000a illuminates approximately the area marked "2" in the light image.
  • FIG. 19 shows again the reflector 2000 with the reflective surface 2000a. Shown are three different vertically extending segments "A”, “B”, “C”, which represent the three areas “A”, “B”, “C” in the photograph in FIG FIG. 20 produce. Light from the area around the line O is imaged at the light-dark boundary, light from above and below the line O is imaged below the cut-off line.
  • suitable segmentation and appropriate design of the individual segments which preferably connect continuously to each other, there is a great freedom of design with regard to the generation of a desired light image with cut-off.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Lichtmodul für ein Kraftfahzeug wie aus dem gattungsgemäßen Dokument EP 1 225 388 bekannt.
  • Weiters betrifft die Erfindung einen Fahrzeugscheinwerfer mit zumindest einem solchen Lichtmodul.
  • Die für Frontscheinwerfer von Kraftfahrzeugen erwünschten Abstrahlcharakteristiken können mittels unterschiedlicher technischer Ansätze realisiert werden. Bekannt sind dabei
    1. a) reine Reflektorsysteme mit Paraboloid- und Freiformreflektoren und
    2. b) Projektionssysteme, bei welchen eine Sammellinse das Bild einer Strahlenblende auf den Bereich vor dem Kraftfahrzeug, also in der Regel auf die Straße projiziert. Die Beleuchtung der Strahlenblende erfolgt dabei durch eine dahinter liegende Einheit, welche neben einer Lichtquelle üblicherweise noch eine Primäroptik in Form eines Reflektors/Spiegels, Lichtleiters etc. aufweist.
  • Beide Ansätze weisen spezifische Vor- und Nachteile auf. Ein beiden Ansätzen gemeinsamer Nachteil ist jener, dass beide Systeme relativ viel Bauraum benötigen. Bei Ansatz a), insbesondere bei den heutzutage fast ausschließlich zum Einsatz kommenden Freiformreflektoren, wird in Richtung quer zur optischen Achse viel Bauraum benötigt, während bei Projektionssystemen gemäß Ansatz b) viel Bauraum in Richtung der optischen Achse benötigt wird.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein kompaktes Lichtmodul für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, ohne dass dabei die lichttechnischen Eigenschaften beeinträchtigt sind.
  • Diese Aufgabe wird mit einem eingangs erwähnten Lichtmodul nach Anspruch 1 und mit einem dazugehörigen Fahrzeugscheinwerfer nach Anspruch 13 gelöst.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Lichtmodul handelt es sich um ein Projektionssystem, bei dem Licht aus einer Lichtquelle durch eine Primäroptik in Form eines Reflektors gebündelt und auf eine (Projektions-)Linse gelenkt wird, welche das gewünschte Lichtbild auf eine Bereich vor dem Lichtmodul bzw. Fahrzeug projiziert.
  • Im Gegensatz zu einem klassischen Aufbau, bei dem von dem Reflektor ein reales Zwischenbild erzeugt wird, erzeugt bei der vorliegenden Erfindung der Reflektor ein virtuelles Zwischenbild der Lichtquelle, welches dann durch die Linse in Form einer Sammellinse in den Bereich vor dem Lichtmodul bzw. Fahrzeug abgebildet wird. Dazu ist der Reflektor als hyperbolischer Reflektor ausgebildet oder weist im Wesentlichen das Verhalten eines hyperbolischen Reflektors auf.
  • Bei einer ersten Variante der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass zur Bildung der zumindest einen Hell-Dunkel-Linie in dem Lichtbild der Reflektor im Wesentlichen als Reflektor-Teilschale, beispielsweise als Reflektor-Halbschale ausgebildet ist, und wobei Licht aus einem Bereich der Begrenzungskante der Reflektor-Teilschale die Lichtverteilung an der Hell-Dunkel-Linie im Lichtbild bildet.
  • Bei dieser Variante wirkt der Rand des Reflektors (quasi der "Randbeschnitt" eines Voll-Reflektors) als Luke zwischen dem virtuellen Objekt und der Linse. Teile eines Reflektors, die nahe bei der Linse liegen, verhalten sich näherungsweise wie eine Aperturblende und bieten daher wenig Gestaltungsspielraum in Hinblick auf das Lichtbild, da bei einer Änderung der Apertur der Bildausschnitt unverändert bleibt, das Lichtbild also nicht oder nur unwesentlich verändert wird.
  • Abschnitte des Reflektors, die weiter von der Linse entfernt sind, weisen jedoch mehr den Charakter einer Gesichtsfeldblende auf, eine Veränderung dieser Bereiche verändert auch den abgebildeten Bildausschnitt und entsprechend können diese Bereiche zur Formung des Lichtbildes eingesetzt werden.
  • Beispielsweise können bei einem weiter unten noch näher beschriebenen Reflektor, der als Halbschale ausgebildet und nach unten hin offen ist, die oberen Bereiche des Reflektors beschnitten werden, um die Intensität der Lichtverteilung im Vorfeld zu reduzieren, während durch den Beschnitt an der unteren Kante die Form der Lichtverteilung an der HD-Linie variiert werden kann.
  • Bei einer konkreten Ausführungsform der Erfindung ist die Reflektor-Teilschale in Einbaulage des Lichtmoduls nach unten hin offen, sodass sich eine im Lichtbild oben liegende Hell-Dunkel-Linie ergibt.
  • Weiters kann vorgesehen sein, dass die Begrenzungskante der Reflektor-Teilschale im Wesentlichen oberhalb einer Ebene, in welcher die zumindest eine Lichtquelle liegt, verläuft.
  • Auf diese Weise kann die Hell-Dunkel-Linie im Lichtbild beispielsweise wie bei einer gesetzeskonformen Abblendlichtverteilung gefordert um 0,57° (ECE-Regelung) bzw. 0,4° (SAE-Regelung) abgesenkt werden.
  • Weiters kann vorgesehen sein, dass die Begrenzungskante nach vorne hin, zu der vorderen Reflektoröffnung hin nach oben gebogen ist.
  • "Nach oben" gebogen bedeutet dabei in erster Linie, dass die Begrenzungskante von der Ebene, in welcher die Lichtquelle liegt, weggebogen ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Lichtquelle gegen eine Horizontalebene geneigt ist und die Begrenzungskante grundsätzlich parallel zu der geneigten Lichtquelle verläuft. Dabei kann der Effekt auftreten, dass in einem äußeren Randbereich der Lichtverteilung die Lichtverteilung nach oben gebogen ist, sodass Licht in einen Bereich oberhalb der gesetzlich erlaubten Bereiche gelangt.
  • Durch den nach oben gebogenen Verlauf der Begrenzungskante kann diesem Effekt entgegen gewirkt werden, sodass kein Licht in nicht erlaubte Bereiche oberhalb der HD-Grenze gelangt.
  • Um die Schärfe der Abbildung der Hell-Dunkel-Grenze des Reflektors zu erhöhen, kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Lichtquelle eine längliche Ausgestaltung aufweist, und dass die Lichtquelle derart in Bezug auf den Reflektor angeordnet ist, dass im Lichtbild die von der reflektierenden Fläche des Reflektors erzeugten Wendelbilder im Wesentlichen parallel zu der Hell-Dunkel-Grenze im Lichtbild liegen, da die Ausdehnung der Unschärfe direkt proportional zu der Größe eines Wendelbildes ist, gemessen quer zu der Hell-Dunkel-Grenze.
  • Die Längsachse der Lichtquelle verläuft somit im Wesentlichen parallel zu der zu erzeugenden Hell-Dunkel-Grenze, wobei eine Neigung von wenigen Graden gegenüber der Hell-Dunkel-Grenze durchaus optisch sinnvoll sein kann.
  • Eine solche Lichtquelle weist also eine deutlich längere Längs- als Querausdehnung auf, beispielsweise handelt es sich dabei um eine Lichtquelle aus mehreren Leuchtdioden, z.B. in einer (1 x n)-Anordnung, bei der n LEDs in einer Reihe angeordnet sind, die Lichtquelle somit eine Breite von einer LED und eine Länge von n LEDs aufweist. Andere Beispiele für solche länglichen Lichtquellen sind der Lichtbogen eines Xe-Brenners oder die Wendel einer Glühlampe.
  • Ebenso kann zur Erhöhung Schärfe der Abbildung der Hell-Dunkel-Grenze des als reale Blende fungierenden Reflektors vorgesehen sein, dass die zumindest eine Lichtquelle eine ebene Lichtaustrittsfläche aufweist, wobei die Lichtaustrittsfläche der reflektierenden Fläche des Reflektors zugewandt ist.
  • Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Licht emittierende Fläche der zumindest einen Lichtquelle vorzugsweise im Wesentlichen eben ausgebildet ist und wobei die die Hell-Dunkel-Grenze bildende Begrenzungskante des Reflektors in einem Bereich angeordnet ist, in welchem die Licht emittierende Fläche der zumindest einen Lichtquelle perspektivisch verkürzt ist.
  • Diese letztere Maßnahme kann eigenständige oder gemeinsam mit der oben erwähnten länglichen Ausgestaltung der Lichtquelle realisiert sein.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform erzeugt der Reflektor eine oder mehrere Hell-Dunkel-Grenzen im Lichtbild, indem der Reflektor als reale Blende fungiert, also die Begrenzungskante(n) des Reflektors im Lichtbild als Hell-Dunkel-Grenzen (bzw. Bereiche maximaler Helligkeit) abgebildet werden.
  • Erfndungsgemäß ist vorgesehen, dass die reflektierende Fläche des Reflektors derart ausgebildet ist, dass Licht von der zumindest einen Lichtquelle, welches entlang zumindest einer definierten Kurve auf der reflektierenden Fläche reflektiert wird, im Lichtbild als ein Bereich mit maximaler Helligkeit abgebildet wird.
  • Erfindungsgemäß basiert die Erzeugung einer oder mehreren Hell-Dunkelgrenzen mit einem Reflektor auf dem Effekt der sogenannten Kaustiken, sodass ohne Verwendung von Blenden ein oder mehrere, grundsätzlich beliebig geformte Hell-Dunkel-Grenzen erzeugt werden können. Die zumindest eine definierte Kurve auf der reflektierenden Fläche wird im Lichtbild als kaustische Linie, also als Linie mit maximaler Helligkeit abgebildet, auf einer Seite (z.B. unterhalb dieser Linie) nimmt die Helligkeit ab, auf der anderen Seite (also z.B. oberhalb der Linie) wird kein bzw. kaum Licht abgebildet.
  • Weiters ist dabei vorgesehen, dass die reflektierende Fläche des Reflektors derart ausgebildet ist, dass Licht von beiden Seiten der zumindest einen definierten Kurve auf der reflektierenden Fläche im Lichtbild auf einer Seite des Bereiches mit maximaler Helligkeit, an diesen Bereich anschließend abgebildet wird.
  • Bei einer im Wesentlichen horizontalen Hell-Dunkel-Grenze (kaustische Linie) wird entsprechend das Licht aus beiden Reflektorbereichen unterhalb der kaustischen Linie abgebildet und erzeugt die Lichtverteilung unter der HD-Linie.
  • Ein solcher erfindungsgemäßer Reflektor kann flexibel variiert werden, beispielsweise um diesen hinsichtlich des Bauraumes kleiner zu gestalten.
  • Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ausgehend von einem Reflektor, welcher eine definierte Lichtverteilung mit definierter Helligkeitsverteilung erzeugt, dieser Reflektor im Wesentlichen parallel zu der definierten Kurve auf der reflektierenden Fläche, welche im Lichtbild als ein Bereich mit maximaler Helligkeit abgebildet wird, auf zumindest einer Seite der definierten Kurve beschnitten ist.
  • Durch dieses Beschneiden im Wesentlichen parallel zu der definierten Kurve wird die Form des Lichtbildes im Wesentlichen erhalten, wobei das Lichtbild dunkler wird.
  • Bei einer anderen Variante ist vorgesehen, dass ausgehend von einem Reflektor, welcher eine definierte Lichtverteilung mit definierter Helligkeitsverteilung erzeugt, dieser Reflektor im Wesentlichen normal zu der definierten Kurve auf der reflektierenden Fläche, welche im Lichtbild als ein Bereich mit maximaler Helligkeit abgebildet wird, beschnitten ist.
  • Durch dieses Beschneiden im Wesentlichen normal zu der definierten Kurve wird das Lichtbild kleiner, die Helligkeit in den im Lichtbild noch verbleibenden Bereichen bleibt allerdings im Wesentlichen unverändert.
  • Es kann natürlich auch vorgesehen sein, dass ein als reale Blende ausgebildeter Reflektor mit einer oder mehreren definierten Kurven, welche eine Kaustiklinie erzeugen, versehen ist, wodurch sich eine Vielzahl an Gestaltungsmöglichkeiten in Hinblick auf die Erzeugung des Lichtbildes ergibt.
  • Ein erfindungsgemäßes Lichtmodul weist insbesondere den Vorteil auf, dass die gesamte Bautiefe des Lichtmoduls nicht mehr durch die Summe der Brennweiten von Primäroptik (Reflektor) und Sekundäroptik (Linse), sondern durch die Differenz der beiden Brennweiten bestimmt wird und somit theoretisch stark verringert werden kann. Auch wenn hier praktische Limitierungen (endliche Größe der Lichtquelle, Fertigungstoleranzen, etc.) gegeben und somit der Verringerung der Bautiefe Grenzen gesetzt sind, kann bei einem erfindungsgemäßen Lichtmodul bzw. Scheinwerfer das Bauvolumen deutlich geringer ausfallen als bei herkömmlichen, bekannten Systemen.
  • Da nur mehr die Differenz der Brennweiten von Primär- und Sekundäroptiken direkt in die Baugröße eingeht, ist die Brennweite an sich ein quasi freier Designparameter, der zur Verbesserung des Lichtbildes herangezogen werden kann.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Lichtmodul wird die Gesamtbrechkraft auf Reflektor und Linse aufgeteilt. Der Querschnitt der Linse ist dabei vergleichbar zu einem klassischen Projektionssystem mit realem Zwischenbild und ansonsten ähnlichen Kennwerten, sodass die geforderte numerische Apertur der Linse sinkt. Da chromatische Aberration nur bei Brechung, nicht jedoch bei Reflexion auftritt, kann dadurch, dass ein Teil der Brechkraft vom Reflektor übernommen wird, bereits eine Verbesserung der Farbtreue erreicht werden.
  • Weiters kann die Linse als Achromat ausgeführt sein, was ebenfalls der Korrektur von Farbfehlern dienlich ist. Bei klassischen Projektionslinsen mit sehr großer numerischer Apertur ist es nicht möglich, die Linse als Achromaten auszuführen.
  • Im Folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erörtert. In dieser zeigt
    • Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls,
    • Fig. 2 eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls in einer perspektivischen Ansicht von schräg unten,
    • Fig. 3 das Lichtmodul aus Figur 2 in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben,
    • Fig. 4 der Reflektor samt Lichtquelle eines Lichtmoduls aus Figur 2 in einer Seitenansicht,
    • Fig. 5 der Strahlengang bei einem Reflektor entsprechend Figur 4,
    • Fig. 6 eine mit einem Reflektor aus Figur 4 erzeugte Lichtverteilung,
    • Fig. 7 eine mit einem modifizierten Reflektor aus Figur 4 erzeugte modifizierte Lichtverteilung,
    • Fig. 8 eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Reflektors in einer Ansicht von hinten,
    • Fig. 9 der Reflektor aus Figur 8 in einer perspektivischen Ansicht von schräg unten,
    • Fig. 10 schematisch Reflexionspunkte auf einer Reflektorfläche,
    • Fig. 11 Abbildungen erzeugt über die Reflexionspunkte der Reflektorfläche aus Figur 10,
    • Fig. 12 Lichtverteilungen erzeugt mit einem Segment des Reflektors des Lichtmoduls aus Figur 8,
    • Fig. 13 eine dritte Variante eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls,
    • Fig. 14 eine mit einem Lichtmodul aus Figur 13 erzeugte Lichtverteilung,
    • Fig. 15 eine vierte Variante eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls,
    • Fig. 16 eine mit einem Lichtmodul aus Figur 14 erzeugte Lichtverteilung,
    • Fig. 17 schematisch den Strahlenverlauf bei einem Reflektor zur Erzeugung einer Kasutik,
    • Fig. 18 zu den Strahlenverläufen aus Figur 17 korrespondierende Bereiche im Lichtbild,
    • Fig. 19 eine Darstellung spezifischer Bereiche auf einem Reflektor nach Figur 17, und
    • Fig. 20 zu den spezifischen Bereichen auf dem Reflektor korrespondierende Bereiche im Lichtbild.
  • Figur 1 zeigt schematisch ein Lichtmodul 1 für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Lichtquelle 1, einen Reflektor 2 und eine Linse 3.
  • Die reflektierende Fläche 2a des Reflektors 2 ist dabei derart geformt, dass ein erster Brennpunkt F1 des Reflektors 2 zwischen der reflektierenden Fläche 2a und der Linse 3 liegt. Ein zweiter Brennpunkt F2 liegt auf der der Linse 3 abgewandten Seite des Reflektors 2, also hinter dem Reflektor.
  • Das von der Lichtquelle 1 emittierte Licht wird von der reflektierenden Fläche 2a des Reflektors 2 zu einer Lichtverteilung geformt und - im eingebauten Zustand des Lichtmoduls 1 in ein Fahrzeug - über die Linse 3 in einen Bereich vor dem Fahrzeug abgebildet wird.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Lichtmodul 1 (und auch bei allen weiteren gezeigten Modulen bzw. Systemen) handelt es sich um ein Projektionssystem, bei dem Licht aus einer Lichtquelle durch eine Primäroptik in Form eines Reflektors gebündelt und auf eine (Projektions-)Linse gelenkt wird, welche das gewünschte Lichtbild auf eine Bereich vor dem Lichtmodul bzw. Fahrzeug projiziert. Im Gegensatz zu einem klassischen Aufbau, bei dem von dem Reflektor ein reales Zwischenbild erzeugt wird, erzeugt bei der vorliegenden Erfindung der Reflektor 2 ein virtuelles Zwischenbild der Lichtquelle, welches im Wesentlichen im hinteren Brennpunkt F2 des Reflektors 2 zu liegen kommt, und dieses Zwischenbild wird dann durch die Linse 3 in Form einer Sammellinse in den Bereich vor dem Lichtmodul bzw. Fahrzeug abgebildet. Dazu ist der Reflektor als hyperbolischer Reflektor ausgebildet oder weist im Wesentlichen das Verhalten eines hyperbolischen Reflektors auf, und der Brennpunkt der Linse 3 liegt im Wesentlichen im hinteren Brennpunkt F2 des Reflektors 2.
  • Betrachtet man Figur 1, so erkennt man die mit Pfeilen eingegrenzten Bereiche des Reflektors 2. Beschneidet man einen in Figur 1 dargestellten Reflektor 2 oberhalb des mit dem oben Pfeil gekennzeichneten Bereiches und unterhalb des mit dem unten Pfeil gekennzeichneten Bereiches, so treten nur noch die als Grenzstrahlen eingezeichneten beiden Strahlen S1, S2 und dazwischen liegende Strahlen aus dem Reflektor 2 aus und werden von der Linse 3 abgebildet.
  • Grundsätzliches erfindungsgemäßes Merkmal bei einem vorliegenden Lichtmodul ist jenes, dass die reflektierende Fläche des Reflektors derart ausgebildet ist, dass das erzeugte Lichtbild zumindest eine Hell-Dunkel-Linie aufweist.
  • Wie in Figur 1 nun gut zu erkennen ist, ist es bei einem Reflektor 2 beispielsweise durch Beschneiden des Reflektors möglich, der Lichtverteilung eine gewünschte Form zu geben, insbesondere die Lichtverteilung mit zumindest einer Hell-Dunkel-Grenze zu versehen, wie die z.B. bei Abblendlichtverteilungen oder bei Teil-Fernlichtverteilungen der Fall ist.
  • Der Rand des Reflektors (quasi der "Randbeschnitt" eines Voll-Reflektors) wirkt als Luke zwischen dem virtuellen Objekt und der Linse. Teile eines Reflektors, die nahe bei der Linse liegen, verhalten sich näherungsweise wie eine Aperturblende und bieten daher wenig Gestaltungsspielraum in Hinblick auf das Lichtbild, da bei einer Änderung der Apertur der Bildausschnitt unverändert bleibt, das Lichtbild also nicht oder nur unwesentlich verändert wird.
  • Abschnitte des Reflektors, die weiter von der Linse entfernt sind, weisen jedoch mehr den Charakter einer Gesichtsfeldblende auf, eine Veränderung dieser Bereiche verändert auch den abgebildeten Bildausschnitt und entsprechend können diese Bereiche zur Formung des Lichtbildes eingesetzt werden.
  • Beispielsweise können bei einem an Hand der Figuren 2 bis 5 beschriebenen Reflektor, der als Halbschale ausgebildet und nach unten hin offen ist, die oberen Bereiche des Reflektors beschnitten werden, um die Intensität der Lichtverteilung im Vorfeld zu reduzieren, während durch den Beschnitt an der unteren Kante die Form der Lichtverteilung an der HD-Linie variiert werden kann.
  • Die Figuren 2 bis 5 zeigen ein Lichtmodul 1 mit einer Lichtquelle 10, Reflektor 20 mit reflektierender Fläche 20a und Linse 30. Die Größenverhältnisse sind dabei rein schematisch, insbesondere kann die Linse deutlich kleiner sein und ist beispielsweise so groß wie der Reflektor.
  • Der Reflektor 20 ist als Teilschale, insbesondere als Halbschale ausgebildet und die Lichtquelle 10 strahlt Licht in diese Halbschale ab, an welcher das Licht an der reflektierenden Fläche 20a reflektiert wird.
  • Nach unten hin ist die Reflektor-Halbschale 20 von einer Begrenzungskante 20', 20" begrenzt, wie dies in den Figuren 4 und 5 gezeigt ist. Licht aus der Lichtquelle 10, welches aus einem Bereich um diese Begrenzungskante 20', 20" reflektiert wird, wird von der Linse im Lichtbild nahe bzw. an die Hell-Dunkel-Grenze projiziert, die untere Begrenzungskante 20', 20" wird im Lichtbild also als Hell-Dunkel-Grenze abgebildet, welche das Lichtbild nach oben hin begrenzt.
  • Da die Begrenzungskante 20', 20" in diesem Beispiel (nach ihrem Beschnitt, wie noch beschrieben) in einer horizontalen Ebene liegt, bildet auch die Hell-Dunkel-Grenze im Wesentlichen eine horizontal verlaufende Gerade, wie dies in den Figuren 6 und 7 gut zu erkennen ist.
  • Licht, welches aus Bereichen der reflektierenden Fläche 20a oberhalb der Begrenzungskante 20', 20" stammt, wird im Lichtbild in einen Bereich unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze abgebildet und erzeugt die Vorfeldbeleuchtung. Typischerweise ist dazu der Reflektor derart ausgebildet, dass die virtuellen Bilder der Lichtquelle nicht exakt im Brennpunkt der Linse liegen, sondern etwas darüber bzw. seitlich davon. Durch "Beschnitt"; also Variation/Veränderung der vorderen Begrenzungskante 20'" kann Einfluss auf die Form bzw. Ausleuchtung des Vorfeldes genommen werden.
  • Weiters kann, wie gezeigt, vorgesehen sein, dass die Begrenzungskante 20', 20" der Reflektor-Teilschale 20 im Wesentlichen oberhalb einer Ebene, in welcher die Lichtquelle 10 liegt, verläuft. Auf diese Weise kann die Hell-Dunkel-Linie im Lichtbild beispielsweise wie bei einer gesetzeskonformen Abblendlichtverteilung gefordert um 0,57° (ECE-Regelung) bzw. 0,4° (SAE-Regelung) abgesenkt werden, wie dies in den Figuren 6 und 7 dargestellt ist.
  • Die Lichtquelle 10 kann dabei, wie dies insbesondere in Figur 4 gut zu erkennen ist, etwas nach vorne geneigt sein, sodass die Ebene, in welcher die Lichtquelle entsprechend geneigt ist.
  • Verläuft die untere Begrenzungskante 20" des Reflektors 20 im Wesentlichen parallel zu der (geneigten) Ebene, in welcher die Lichtquelle 10 liegt, wie dies in Figur 4 gezeigt ist, so ergibt sich ein Verlauf der Hell-Dunkel-Grenze wie in Figur 6 dargestellt. Wie in Figur 6 gut zu erkennen, kann dabei der Effekt auftreten, dass in einem äußeren Randbereich der Lichtverteilung die Lichtverteilung nach oben gebogen ist, sodass Licht in einen Bereich oberhalb der gesetzlich erlaubten Bereiche gelangt. Dies ergibt sich dadurch, dass - wie in Figur 5 schematisch dargestellt - Licht aus einem Bereich zwischen den Kurven 20' und 20" über die Linse nach oben abgelenkt und so über die erlaubte HD-Grenze projiziert wird.
  • Beschneidet man den Reflektor 20 entlang der Kurve 20', sodass die resultierende untere Begrenzungskante nun durch die Kante 20' gebildet ist, so ergibt sich das in Figur 7 gezeigte, gesetzeskonforme Lichtbild ohne aufgebogene HD-Grenze im äußeren Bereich.
  • Der in den Figuren 6 und 7 bei etwas 5° liegende Asymmetrieteil wird nicht von der Kante 20' gebildet, sondern wird üblicherweise von einem in den Figuren 2 - 5 nicht dargestellten Reflektorsegment, in Anlehnung an ein Segment 22 wie in Figur 8 und 9 gezeigt, erzeugt.
  • Um die Schärfe der Abbildung der Hell-Dunkel-Grenze des Reflektors zu erhöhen, kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Lichtquelle eine längliche Ausgestaltung aufweist, und dass die Lichtquelle derart in Bezug auf den Reflektor angeordnet ist, dass im Lichtbild die von der reflektierenden Fläche des Reflektors erzeugten Wendelbilder im Wesentlichen parallel zu der Hell-Dunkel-Grenze im Lichtbild liegen, da die Ausdehnung der Unschärfe direkt proportional zu der Größe eines Wendelbildes ist, gemessen quer zu der Hell-Dunkel-Grenze.
  • Die Längsachse der Lichtquelle verläuft somit im Wesentlichen parallel zu der zu erzeugenden Hell-Dunkel-Grenze, wobei eine Neigung von wenigen Graden gegenüber der Hell-Dunkel-Grenze durchaus optisch sinnvoll sein kann.
  • Eine solche Lichtquelle weist also eine deutlich längere Längs- als Querausdehnung auf, beispielsweise handelt es sich dabei um eine Lichtquelle aus mehreren Leuchtdioden, z.B. in einer (1 x n)-Anordnung, bei der n LEDs in einer Reihe angeordnet sind, die Lichtquelle somit eine Breite von einer LED und eine Länge von n LEDs aufweist. Andere Beispiele für solche länglichen Lichtquellen sind der Lichtbogen eines Xe-Brenners oder die Wendel einer Glühlampe.
  • Ebenso kann zur Erhöhung Schärfe der Abbildung der Hell-Dunkel-Grenze des als reale Blende fungierenden Reflektors vorgesehen sein, dass die zumindest eine Lichtquelle eine ebene Lichtaustrittsfläche aufweist, wobei die Lichtaustrittsfläche der reflektierenden Fläche des Reflektors zugewandt ist.
  • Vorzugsweise verlaufen dabei die Ebene der Lichtquelle und die Ebene, in welcher die untere Begrenzungskante des Reflektors liegt, in einer im Wesentlichen parallelen Ebene.
  • Beispielsweise kann auch vorgesehen sein, dass die Licht emittierende Fläche der Lichtquelle vorzugsweise im Wesentlichen eben ausgebildet ist und wobei die die Hell-Dunkel-Grenze bildende Begrenzungskante des Reflektors in einem Bereich angeordnet ist, in welchem die Licht emittierende Fläche der zumindest einen Lichtquelle perspektivisch verkürzt ist.
  • Diese letztere Maßnahme kann eigenständige oder gemeinsam mit der oben erwähnten länglichen Ausgestaltung der Lichtquelle realisiert sein.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform erzeugt der Reflektor eine oder mehrere Hell-Dunkel-Grenzen im Lichtbild, indem der Reflektor als reale Blende fungiert, also die Begrenzungskante(n) des Reflektors im Lichtbild als Hell-Dunkel-Grenzen (bzw. Bereiche maximaler Helligkeit) abgebildet werden.
  • Figur 8 und 9 zeigen ein Lichtmodul 1 mit einem Reflektor 21, Lichtquelle 11 und Linse 31. Der Reflektor 21 verfügt über eine reflektierende Fläche 21a und eine untere Begrenzungskante 21' vergleichbar zu der oben an Hand der Figuren 2 - 5 beschriebenen Ausführungsform.
  • Mit dieser Begrenzungskante 21' wird eine horizontale Hell-Dunkel-Grenze im Lichtbild erzeugt. Bereiche des Reflektors 21, die sich nahe an der Linse befinden, liegen im Lichtbild entsprechend weit seitlich außen und werden entsprechend abgesenkt, sodass die auftretende Unschärfe der HD-Linie im Lichtbild nicht stört.
  • Die im Lichtbild wichtigen Teile näher bei HV nutzen die oben beschriebene perspektivische Verkürzung der Lichtquelle, sodass dort die Hell-Dunkel-Linie ausreichend scharf abgebildet wird.
  • Bei einem konkreten Beispiel weist der hyperbolische Reflektor eine Brennweite von ca. 40 mm auf, die Linse ist eine asphärische Sammellinse mit einer Brennweite von ca. 100 mm.
  • Wie den Figuren 8 und 9 weiters noch zu entnehmen ist, verfügt der Reflektor 21 über einen zusätzlichen Reflektorbereich 22 mit reflektierender Fläche 22a. Dieser Reflektorbereich bzw. dieses Reflektorsegment 22 beleuchtet einen zentralen Bereich direkt um HV in der Abblendlichtverteilung. Dabei ist dieses Reflektorsegment 22 bzw. dessen reflektierende Fläche 22a derart ausgelegt, dass es eine sogenannte Kaustik erzeugt.
  • Zur Veranschaulichung zeigt Figur 10 schematisch die reflektierende Fläche 22a, auf welcher mehrere Reflektororte P1, P2, P3, P4, P5, P6 hervorgehoben sind. Figur 11 zeigt die von diesen Reflektororten P1 - P6 erzeugten Wendelbilder W1 - W6 im Lichtbild. Wandert man an dem Reflektor entlang einer die Punkte P1 - P6 verbindenden Linie, dann wandern vorerst die Wendelbilder W1, W2, W3 mit den entsprechenden Punkten P1 - P3 mit. Der Punkt P3 stellt eine Extremalposition, d.h. einen Umkehrpunkt für die Wendeln im Lichtbild dar, denn wir man erkennt, wandern bei einem Weiterschreiten von P3 zu P4 und dann zu P5 und P6 die Wendeln W4, W5, W6 wieder zurück in Richtung der Wendel W1.
  • Das Wendelbild W3 berührt also mit seiner äußersten Begrenzungskante W3'die Kaustik (nähere Erläuterungen dazu siehe weiter unten), der Reflektor 22 bzw. die Reflektorfläche 22a kann in der Nähe des Punktes P3 beschnitten werden, ohne die Schärfe der Hell-Dunkel-Grenze zu verändern.
  • Wiederholt man diesen Prozess wie an Hand der Figuren 10 und 11 beschrieben für mehrere Linien am Reflektor, erhält man schlussendlich die vollständige Beschnittkurve für den Reflektor 22, welcher dann die Form wie in Figur 8 und 9 dargestellt annimmt.
  • Figur 12 zeigt dabei in der oberen Abbildung ein Lichtbild, erzeugt mit einem unbeschnitten Reflektor, die untere Abbildung in Figur 12 zeigt das Lichtbild bei einem Beschnitt des Reflektors in der Nähe derjenige Reflektororte, welche Wendelabbildungen an der Hüllkurve der Kaustik entsprechen, wie an Hand der Figuren 10 und 11 beschrieben. Durch den Beschnitt ergibt sich die Form des Reflektors 22.
  • Durch den Beschnitt tritt die Hell-Dunkel-Grenze besser hervor, insbesondere ergibt sich ein besserer geradliniger Verlauf der schrägen Hell-Dunkel-Grenze, wie dies in Figur 12 gut zu erkennen ist.
  • Bei dem in Figur 8 und 9 beispielhaft gezeigten Lichtmodul beträgt die gesamte Bautiefe ca. 70 mm. Bei der Linse wurde von einem Durchmesser von 100 mm ausgegangen, wobei der Beschnitt aufgrund des Strahlengangs sehr flexibel gestaltet werden kann. Sehr kleine Linsenbeschnitte (bis hin zu minimalen Größen von 40 mm x 30 mm) sind möglich, ohne dadurch große Effizienzeinbußen in Kauf nehmen zu müssen. Das Beispiel in der Skizze stellt eine Lichtaustrittsfläche von 65mm x 45mm dar.
  • Durch Verwendung einer mehrzeiligen LED als Lichtquelle mit getrennt schaltbaren LED-Reihen ist weiters eine Umsetzung von Abblendlicht und Fernlicht nur durch Schalten der LEDs möglich.
  • Eine von der Linse weg (also näher zum Reflektor hin) verschobene Lichtquelle wird höher abgebildet. Durch Anordnung der LED-Lichtquelle derart, dass eine Reihe näher beim Reflektor liegt, erzeugt diese nähere LED-Reihe eine nach oben verschobene Lichtverteilung, die die gesetzlichen Anforderungen an eine Fernlichtverteilung erfüllen kann. Die hintere LED-Reihe wird also in der Fokusebene der Linse tiefer unten abgebildet als die vordere Reihe.
  • Optional kann die mehrzeilige LED-Lichtquelle um eine Achse gedreht werden, die durch die Abblendlicht-relevanten Chips verlauft. Auf diese Weise wird die Fernlichtreihe gezielt defokussiert, was zu einem homogener Erscheinungsbild und größerer Fernlichthöhe führt.
  • Figur 13 zeigt ein Lichtmodul 1 mit einer Lichtquelle 100, einem Reflektor 200 (mit reflektierender Fläche 200a) und einer Linse 300, wobei die reflektierende Fläche 200a des Reflektors 200 derart ausgebildet ist, dass Licht von der Lichtquelle 100, welches entlang einer definierten Kurve auf der reflektierenden Fläche 200a reflektiert wird, im Lichtbild als ein Bereich mit maximaler Helligkeit abgebildet wird.
  • Die Lichtquelle 100 umfasst eine oder mehrere Leuchtdioden, welche vertikal angeordnet sind, deren Lichtaustrittsfläche also in einer vertikalen Ebene liegen, und diese Lichtquelle 100 beleuchtet den seitlich angeordneten Reflektor 200, der eine im Wesentlichen horizontal liegende Hell-Dunkel-Grenze erzeugt, wie dies im Lichtbild in Figur 14 gezeigt ist. Die HD-Grenze wird erfindungsgemäß ausschließlich durch eine Kaustik erzeugt.
  • Es wird ein grundsätzlich hyperbolischer Reflektor mit einer Brennweite von ca. 70 mm und einer asphärischen Sammellinse mit einer Brennweite von ca. 90 mm verwendet, die Bautiefe des Lichtmoduls 1 beträgt etwa 50 mm.
  • Die Erzeugung der Hell-Dunkelgrenze mit einem Reflektor basiert hier auf dem Effekt der sogenannten Kaustiken, sodass ohne Verwendung von Blenden ein oder mehrere, grundsätzlich beliebig geformte Hell-Dunkel-Grenzen erzeugt werden können. Die zumindest eine definierte Kurve auf der reflektierenden Fläche wird im Lichtbild als kaustische Linie, also als Linie mit maximaler Helligkeit abgebildet, auf einer Seite (z.B. unterhalb dieser Linie) nimmt die Helligkeit ab, auf der anderen Seite (also z.B. oberhalb der Linie) wird kein bzw. kaum Licht abgebildet.
  • Figur 15 zeigt ein Lichtmodul mit einer Lichtquelle 110, in diesem Fall wieder eine oder mehrere vertikal angeordneten LEDs umfassend, und diese Lichtquelle 110 beleuchtet einen seitlich angeordneten Reflektor 210 mit reflektierender Fläche 210a. Über eine Linse 310 wird das Licht in einen Bereich vor dem Lichtmodul projiziert.
  • Mit diesem Lichtmodul wird eine halbkreisförmige Lichtverteilung mit ausgeprägtem Maximum erzeugt, siehe Figur 16. Die Überlagerung mit einer spiegelbildlichen Lichtverteilung kann zum Aufbau eines Fernlichts verwendet werden. Die im Wesentlichen vertikalen Hell-Dunkel-Grenze (siehe Figur 16) wird über die Kante 210' des Reflektors 210 erzeugt.
  • Erfindungsgemäß wird ein grundsätzlich hyperbolischer Reflektor mit beispielsweise einer Brennweite von ca. 70 mm verwendet, in diesem Beispiel kommt weiters eine asphärische Sammellinse mit einer Brennweite von ca. 90 mm zum Einsatz. Die Bautiefe des Lichtmoduls beträgt circa 50 mm.
  • Abschließend soll an Hand der Figuren 17 - 20 der Effekt der Kaustiken, wie er bei einem Teil-Reflektor gemäß Figur 8 und 9 an Hand der Figuren 10 - 12 bereits kurz beschrieben wurde, und wie er auch bei einem Lichtmodul nach Figur 13 zum Einsatz kommt, noch detaillierter beschrieben werden.
  • Figur 17 zeigt als Beispiel einen seitlich angeordneten Reflektor 2000, dessen reflektierende Fläche 2000a von einer Lichtquelle 1000 beleuchtet wird. Die reflektierende Fläche 2000a des Reflektors 2000 ist erfindungsgemäß derart ausgebildet ist, dass Licht von der Lichtquelle 1000, welches entlang der definierten Kurve O auf der reflektierenden Fläche 2000a reflektiert wird, im Lichtbild als ein Bereich mit maximaler Helligkeit abgebildet wird.
  • In dem in Figur 18 dargestellten Lichtbild beleuchtet Licht aus einem Bereich um die Linie O in Figur 17 einen Bereich an und unterhalb der horizontalen Hell-Dunkel-Grenze (siehe horizontaler, schraffierter Bereich LO in Figur 18). Die Linie O verläuft in diesem Beispiel im Wesentlichen horizontal. Licht, welches von dem Punkt 2 auf der Fläche 2000a stammt, beleuchtet in etwa den mit "2" bezeichneten Bereich im Lichtbild.
  • Licht von beiden Seiten der definierten Kurve O auf der reflektierenden Fläche 2000a, in dem gezeigten Beispiel also Licht von oberhalb und unterhalb der Kurve O, wird im Lichtbild auf einer Seite des Bereiches mit maximaler Helligkeit, nämlich unterhalb dieses Bereiches und an diesen anschließend abgebildet.
  • Bei einer im Wesentlichen horizontalen Hell-Dunkel-Grenze (kaustische Linie) wie in Figur 18 gezeigt wird entsprechend das Licht aus beiden Reflektorbereichen unterhalb der kaustischen Linie abgebildet und erzeugt die Lichtverteilung unter der HD-Linie.
  • Licht aus der oberen Hälfte wird dabei stärker nach unten reflektiert als Licht aus der unteren Hälfte. Bewegt man sich von einem oberen Punkt "1" auf der reflektierenden Fläche 2000a über Punkt "2" zu Punkt "3", so ergibt sich der von oben nach unten verlaufende, gebogene Bereich LB im Lichtbild durch Lichtstrahlen aus einem Bereich um diese von "1" nach "3" verlaufende Kurve. Im untersten Punkt treffen sich Lichtstrahlen aus dem Punkt "1" und "3".
  • Figur 19 zeigt noch einmal den Reflektor 2000 mit der reflektierenden Fläche 2000a. Eingezeichnet sind drei unterschiedliche, vertikal verlaufende Segmente "A", "B", "C", welche die drei Bereich "A", "B", "C" im Lichtbild in Figur 20 erzeugen. Licht aus dem Bereich um die Linie O wird jeweils an der Hell-Dunkel-Grenze abgebildet, Licht von oberhalb und unterhalb der Linie O wird unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze abgebildet. Durch geeignete Segmentierung und entsprechende Ausgestaltung der einzelnen Segmente, die vorzugsweise stetig aneinander anschließen, ergibt sich eine große Gestaltungsfreiheit in Hinblick auf die Erzeugung eines gewünschten Lichtbildes mit Hell-Dunkel-Grenze.

Claims (13)

  1. Lichtmodul (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend:
    +) zumindest eine Lichtquelle (1,10,11, 100, 110);
    +) zumindest einen Reflektor (2, 20, 21, 200, 210, 2000);
    +) zumindest eine Linse (3, 30, 31, 300, 310);
    wobei das von der Lichtquelle (1, 10,11, 100, 110) emittierte Licht von einer reflektierenden Fläche (2a, 20a, 21a, 22a, 200a, 210a, 2000a) des zumindest einen Reflektors (2, 20, 21, 200, 210, 2000) zu einer Lichtverteilung geformt und - im eingebauten Zustand des Lichtmoduls (1) in ein Fahrzeug - über die zumindest eine Linse (3, 30, 31, 300, 310) in einen Bereich vor dem Fahrzeug abgebildet wird, wobei die reflektierende Fläche (2a, 20a, 21a, 22a, 200a, 210a, 2000a) des zumindest einen Reflektors (2, 20, 21, 200, 210, 2000) derart geformt ist, dass ein erster Brennpunkt (F1) des Reflektors (2, 20, 21, 200, 210, 2000), in welchem ersten Brennpunkt (F1) die zumindest eine Lichtquelle (1, 10, 11, 100, 110) angeordnet ist, zwischen der reflektierenden Fläche (2a, 20a, 21a, 22a, 200a, 210a, 2000a) und der zumindest einen Linse (3, 30, 31, 300, 310) liegt und ein zweiter Brennpunkt (F2) auf der der Linse (3, 30, 31, 300, 310) abgewandten Seite des Reflektors (2, 20, 21, 200, 210, 2000) liegt, und wobei die reflektierende Fläche (2a, 20a, 21a, 22a, 200a, 210a, 2000a) des Reflektors (2, 20, 21, 200, 210, 2000) derart ausgebildet ist, dass das erzeugte Lichtbild zumindest eine Hell-Dunkel-Linie aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die reflektierende Fläche (22a, 200a, 210a, 2000a) des Reflektors (21, 200, 210, 2000) derart ausgebildet ist, dass Licht von der zumindest einen Lichtquelle (11, 100, 110), welches entlang zumindest einer definierten Kurve (O) auf der reflektierenden Fläche (22a, 200a, 210a, 2000a) reflektiert wird, im Lichtbild als kaustische Linie, d.h. als Linie mit maximaler Helligkeit, auf deren einer Seite die Helligkeit abnimmt und auf deren anderer Seite kein bzw. kaum Licht abgebildet wird, abgebildet wird.
  2. Lichtmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierende Fläche (22a, 200a, 210a, 2000a) des Reflektors (21, 200, 210, 2000) derart ausgebildet ist, dass Licht von beiden Seiten der zumindest einen definierten Kurve (O) auf der reflektierenden Fläche (22a, 200a, 210a, 2000a) im Lichtbild auf einer Seite des Bereiches mit maximaler Helligkeit, an diesen Bereich anschließend abgebildet wird.
  3. Lichtmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einem Reflektor, welcher eine definierte Lichtverteilung mit definierter Helligkeitsverteilung erzeugt, dieser Reflektor im Wesentlichen parallel zu der definierten Kurve auf der reflektierenden Fläche (200a, 210a, 2000a), welche im Lichtbild als ein Bereich mit maximaler Helligkeit abgebildet wird, auf zumindest einer Seite der definierten Kurve beschnitten ist.
  4. Lichtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einem Reflektor, welcher eine definierte Lichtverteilung mit definierter Helligkeitsverteilung erzeugt, dieser Reflektor im Wesentlichen normal zu der definierten Kurve auf der reflektierenden Fläche (200a, 210a, 2000a), welche im Lichtbild als ein Bereich mit maximaler Helligkeit abgebildet wird, beschnitten ist.
  5. Lichtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der zumindest einen Hell-Dunkel-Linie in dem Lichtbild der Reflektor (20, 21) im Wesentlichen als Reflektor-Teilschale, beispielsweise als Reflektor-Halbschale ausgebildet ist, und wobei Licht aus einem Bereich der Begrenzungskante (20', 21') der Reflektor-Teilschale die Lichtverteilung an der Hell-Dunkel-Linie im Lichtbild bildet.
  6. Lichtmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflektor-Teilschale (20, 21) in Einbaulage des Lichtmoduls nach unten hin offen ist.
  7. Lichtmodul nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungskante (20', 21') der Reflektor-Teilschale (20, 21) im Wesentlichen oberhalb einer Ebene, in welcher die zumindest eine Lichtquelle (10, 11) liegt, verläuft.
  8. Lichtmodul nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungskante (20',21') nach vorne hin, zu der vorderen Reflektoröffnung hin nach oben gebogen ist.
  9. Lichtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Lichtquelle eine längliche Ausgestaltung aufweist, und dass die Lichtquelle derart in Bezug auf den Reflektor angeordnet ist, dass im Lichtbild die von der reflektierenden Fläche des Reflektors erzeugten Wendelbilder im Wesentlichen parallel zu der Hell-Dunkel-Grenze im Lichtbild liegen.
  10. Lichtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Lichtquelle eine ebene Lichtaustrittsfläche aufweist.
  11. Lichtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht emittierende Fläche der zumindest einen Lichtquelle vorzugsweise im Wesentlichen eben ausgebildet ist und wobei die die Hell-Dunkel-Grenze bildende Begrenzungskante des Reflektors in einem Bereich angeordnet ist, in welchem die Licht emittierende Fläche der zumindest einen Lichtquelle perspektivisch verkürzt ist.
  12. Lichtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Linse (3, 30, 31, 300, 310) als Achromat ausgeführt ist.
  13. Fahrzeugscheinwerfer mit zumindest einem Lichtmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
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