EP2910847A2 - Lichtmodul eines Kraftfahrzeugscheinwerfers und Scheinwerfer mit einem solchen Lichtmodul - Google Patents

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EP2910847A2
EP2910847A2 EP15150804.1A EP15150804A EP2910847A2 EP 2910847 A2 EP2910847 A2 EP 2910847A2 EP 15150804 A EP15150804 A EP 15150804A EP 2910847 A2 EP2910847 A2 EP 2910847A2
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EP
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light
optics
light module
primary
distributions
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Matthias Brendle
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Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
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Automotive Lighting Reutlingen GmbH
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    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to a headlight for a Motor vehicle.
  • the headlight comprises a housing with a light exit opening closed by a transparent cover pane and at least one light module arranged in the housing.
  • Light modules and motor vehicle headlights of the type mentioned are, for example, from the DE 10 2012 223 658 known.
  • the light module described there has a plurality of semiconductor light sources arranged side by side for emitting light.
  • a semiconductor light source is formed, for example, as a light emitting diode (eg, LED chip) having a substantially square or rectangular light emitting surface.
  • Each of the semiconductor light sources is assigned a primary optic embodied as a converging lens, which concentrates the light emitted by its associated semiconductor light source.
  • Several converging lenses are arranged side by side according to the arrangement of the semiconductor light sources and combined to form a primary optics array.
  • the collecting lenses are preferably made of a solid transparent material, for example. Glass or plastic.
  • each collection optics generates - corresponding to the shape of the light-emitting surface of the associated light-emitting diode - a substantially square or rectangular primary light distribution on its light exit surface.
  • the known light module further comprises a common secondary optics designed as a projection lens for all primary optics.
  • the projection lens is focused on the light exit surfaces of the primary optics so that it images the primary light distributions as corresponding secondary light distributions on the road ahead of the motor vehicle.
  • the totality of all secondary light distributions corresponds to the resulting total light distribution produced by the light module, which is, for example, a high beam distribution.
  • the projection lens images the primary light distributions as strip-shaped secondary light distributions with a significantly greater vertical than horizontal extent. It is conceivable that the individual strip-shaped secondary light distributions are limited laterally by sharp vertical light-dark boundaries.
  • the secondary optics can also be designed in several parts, for example as a two-lobed achromatic device.
  • the known light module With the known light module, a so-called anti-glare high beam or partial high beam can be generated.
  • deactivating individual semiconductor light sources areas are excluded from the resulting high beam distribution where other road users have been detected.
  • the deactivation of the individual semiconductor light source (s) takes place as a function of a signal from detection means which are provided in the motor vehicle for the detection of other road users in front of the motor vehicle.
  • the detection means may comprise at least one camera, at least one ultrasonic sensor and / or at least one radar sensor.
  • the secondary optics can be designed such that the from this on the road ahead of the motor vehicle pictured secondary light distributions without overlap of the secondary light distributions directly adjacent to each other.
  • the range of non-existent corresponding secondary light distribution in the resulting light distribution of the light module is limited by relatively sharp vertical light-dark boundaries of the illuminated secondary light distributions of the activated adjacent semiconductor light sources. This large gradient of the illuminance can be perceived by a driver of the motor vehicle as subjectively disturbing.
  • the secondary optics is formed such that the latter of these on the road ahead of the motor vehicle depicted secondary light distributions are arranged side by side, wherein at least lateral regions of adjacent secondary light distributions overlap each other.
  • This can be achieved by modulating a basic shape of a light exit surface of the projection optics in such a way that a single primary light distribution is converted into a multiplicity of corresponding subregions of the corresponding secondary light distribution, the subregions being displaced in the same direction and with the same orientation in the horizontal direction relative to one another and are arranged overlapping each other.
  • the totality of all subsections resulting from a given primary light distribution forms the corresponding secondary light distribution.
  • a disadvantage of the primary optics designed as a collecting lens array is that an opening angle of the emitted light bundle is approximately the same in all directions with respect to an optical axis of the secondary optics, that is, it can only be varied slightly. In other words, enlarging the light-emitting area of the semiconductor light sources in a lens that is located close to the light source is similar in the horizontal and vertical directions. Anamorphic enlargement of the primary light distributions is possible only within very narrow limits.
  • the long focal lengths result from the required width / pitch of the generated matrix light distributions on the one hand and the division of the semiconductor light sources / primary optics on the other hand.
  • the width of the light distributions depends largely on the desired resolution and performance of the light module, while the division of the primary optics is predetermined primarily by the required minimum distances and component sizes of the semiconductor light sources.
  • the present invention therefore an object of the invention to realize a light module for generating at least two in at least one line directly adjacent or overlapping strip-shaped secondary light distributions, wherein the at least two adjacent secondary light distributions of a plurality of semiconductor light sources or light source groups are formed, and wherein the overall height of Secondary optics can be reduced without significant luminous flux loss.
  • the light module with comparable performance data eg resolution, maximum illuminance, etc.
  • a cylinder optics is arranged, which has substantially no refractive power in horizontal sections and has light collecting properties in vertical sections.
  • an optic in the horizontal sections no refractive power or at most a very low refractive power, in which therefore the horizontal cutting curves are at least approximately straight lines, and which acts collecting in the vertical sections, so a collective lens profile or has a concave mirror profile.
  • the vertical cutting curves do not necessarily have to be circular. Furthermore, the centers of curvature do not have to coincide in vertical section in a cylinder axis.
  • the cylinder optics can significantly reduce the opening angle of the light beam from the primary optics in vertical section, so that the overall height of the secondary optics can be reduced to a corresponding extent.
  • the secondary optics focuses on the cylindrical optics on the light exit surfaces of the primary optics array.
  • the cylinder optics causes an anamorphic enlargement of the primary light distributions on the light exit surfaces of the primary optics, so that secondary light distributions (so-called pixels) are produced whose height can amount to a multiple of the respective pixel width.
  • the amount of secondary optics can be reduced to about the same extent. This is particularly contrary to common light module and headlight designs, which often require particularly flat and wide lenses and / or reflectors as secondary optics. This is i.a. a consequence of the increasingly streamlined vehicle fronts to achieve fuel economy and low wind noise.
  • a cylindrical concave mirror is used as cylinder optics, this mirror can simultaneously fold the beam path, for example by folding the optical axis in a horizontal and / or vertical plane. In this way, the length of the optics can be significantly reduced.
  • a cylinder optic designed as a cylindrical reflector may have an at least partially parabolic profile.
  • FIG. 8 is an example of a motor vehicle headlamp according to the invention designated in its entirety by the reference numeral 1.
  • the headlight 1 comprises a housing 2, which is preferably made of a plastic material.
  • a light exit opening 4 provided in the light exit direction 3 in the housing 2 is closed by means of a transparent cover 5.
  • the cover 5 is, for example, made of glass or plastic.
  • the cover 5 may be formed without optically effective profiles (eg prisms or cylindrical lenses) (so-called clear disc) or at least partially be provided with optically effective profiles, which can cause a scattering of the light passing through, in particular in the horizontal direction (so-called diffusion disc).
  • a lamp module 6 may be arranged, which serves for the realization of a lighting function (eg flashing light, daytime running lights, position or limiting light, etc.).
  • an inventive light module 7 is arranged in the interior of the housing 2, which is designed to realize a high beam distribution by superimposing a plurality of strip-shaped secondary light distributions each with a substantially vertical longitudinal extent (hereinafter also referred to as stripline). By deliberately dimming or switching off individual strip-shaped secondary light distributions, areas of the high-beam distribution can be hidden in which other road users were detected in order to prevent their dazzling (so-called anti-glare high beam or partial high beam).
  • the high beam generated by the light module 7 can be one of a plurality of light distributions that can be generated by the light module 7.
  • the high-beam distribution generated by the light module 7 is only part of a light distribution meeting the legal requirements, wherein another part of the light distribution fulfilling the legal requirements is generated by at least one other light module, for example the light module 8, of the headlight 1 can be.
  • the light distribution generated by the light module 7 is a high-beam spot, while the light module 8 generates a high-beam basic distribution.
  • spot and basic light A superposition of the two high-beam partial light distributions (Spot and basic light) produces a high beam, which meets the legal requirements and / or ensures a particularly efficient illumination of the road ahead of the vehicle.
  • the light distribution generated by the light module 7 already meets the legal requirements for a high beam, but by the superposition with the partial light distribution generated by the light module 8 a subjectively and / or objectively better illumination with high beam can be realized.
  • FIG. 1a A first example of a light module 7 according to the invention is shown in FIG FIG. 1a shown.
  • the light module 7 comprises a plurality of individually controllable semiconductor light sources 10 arranged in a horizontal center plane 11 or parallel thereto in a matrix-like manner (cf. FIG. 1b ) to send out light.
  • the light sources 10 are, for example, designed as light-emitting diodes (LEDs or LED chips).
  • LEDs or LED chips light-emitting diodes
  • "Matrix-like" in the sense of the present invention means that a plurality of LEDs 10 can be arranged both side by side in only one row as well as side by side and one above the other in a plurality of rows.
  • the light sources 10 are preferably attached to a heat sink 13 (directly or indirectly via a printed circuit board 14) that during the operation of the light sources 10 occurring waste heat can be effectively dissipated and discharged to the environment.
  • the light module 7 comprises a plurality of primary optics 12 associated with the semiconductor light sources 10 and likewise arranged in matrix-like fashion for bundling at least part of the light emitted by the semiconductor light sources 10 and for producing a primary light distribution 15 (cf. Figure 7a ) each on light exit surfaces 16 of the primary optics 12th
  • the primary optics 12 are preferably designed as converging lenses, so that the totality of the primary optics 12 forms a collective lens array.
  • the primary light distributions 15 correspond to a uniform illumination of the light exit surfaces 16 by the light of one of the light-emitting surfaces 17 of a light source 10.
  • the light module 7 comprises a common secondary optics, which is formed in the illustrated embodiment as a projection lens 18.
  • the secondary light distributions 19 together result in an illuminated remote area.
  • the light module 7 thus serves to generate a high-beam distribution 21.
  • the secondary light distributions 19 are not imaged on the roadway but on a vertically aligned measuring screen 20 arranged at a distance from the light module 7.
  • each of the secondary light distributions 19 comprises the entire vertical extent shown.
  • the resulting high-beam distribution 21 is composed of a plurality of juxtaposed, vertically aligned, strip-shaped (with substantially vertical longitudinal extent) secondary light distributions 19.
  • the lines 22 shown within the light distributions 19 are areas of equal illuminance (so-called isolux lines).
  • the secondary light distributions 19 preferably each have their greatest illuminance values in the region of the horizontal plane 11. Upwards or downwards, the illuminance values drop within a strip-shaped secondary light distribution 19.
  • a horizontal line HH is shown, which corresponds to a section line of the horizontal plane 11 with the measuring screen 20.
  • a vertical line VV is drawn on the measuring screen 20, which corresponds to a section line of a vertical center plane 23 with the measuring screen 20.
  • a section line of the horizontal plane 11 and the vertical plane 23 corresponds to an optical axis 24 of the secondary optics 18 or in this case the entire light module 7. It can be clearly seen that a large part of the resulting light distribution 21 is above the horizontal HH, i. It is illuminated a long range in front of the motor vehicle.
  • Each secondary light distribution 19 is generated by the light of one of the semiconductor light sources 10 after it has been focused by the corresponding primary optics 12 and imaged by the secondary optics 18 on the measuring screen 20.
  • individual secondary light distributions 19 can be purposefully removed from the resulting high-beam distribution 21.
  • such light sources 10 can be deactivated, in the corresponding secondary light distribution 19 another road user (eg preceding vehicle or oncoming vehicle) has been detected. In this way, an optimal illumination of the road area in front of the motor vehicle (usually with high beam) is achieved and at the same time ensures that the detected other road users are not dazzled.
  • the secondary optics 18 may be designed in such a way that the secondary light distributions 19 projected by the latter on the roadway (or the measuring screen 20) in front of the motor vehicle directly adjoin one another without overlapping.
  • the region of the absent corresponding secondary light distribution 19 in the resulting light distribution 21 of the light module is limited by relatively sharp vertical light-dark boundaries 19a of the illuminated secondary light distributions 19 of the activated adjacent semiconductor light sources 10. This large gradient of the illuminance can be perceived by a driver of the motor vehicle as subjectively disturbing.
  • the secondary optics 18 may be configured such that the secondary light distributions 19 projected by the latter on the roadway (or the measuring screen 20) in front of the motor vehicle are arranged next to each other, with at least lateral regions of mutually adjacent secondary light distributions 19 overlapping one another.
  • This can be achieved by modulating a basic shape of a light exit surface 18a of the projection optical system 18 in such a way that a single primary light distribution 15 on a light exit surface 16 of a primary optics 12 is converted into a multiplicity of corresponding subregions of the corresponding secondary light distribution 19.
  • the subregions are preferably the same size and relative to the same orientation in the horizontal direction shifted from each other and arranged overlapping each other.
  • the invention proposes that in the beam path of the light module 7 between the primary optics 12 and the secondary optics 18, a cylinder optics 30 is arranged.
  • a cylinder optics in the context of the present invention, an optic is understood that in the horizontal sections no refractive power or at most a very low refractive power, in which therefore the horizontal cutting curves are at least approximately straight lines, and which acts collecting in the vertical sections, ie a collective lens profile or has a concave mirror profile.
  • the vertical cutting curves do not necessarily have to be circular. Furthermore, the centers of curvature do not have to coincide in vertical section in a cylinder axis.
  • the cylinder optics is formed as a cylindrical lens 30 with a cylinder axis 31 which is oriented substantially horizontally, that is, runs parallel to the horizontal plane 11.
  • the cylinder axis 31 can extend on or through the light exit surfaces 16 of the primary optics 12.
  • the cylinder axis 31 preferably extends in the Horizontal plane 11 transverse to the optical axis 24 of the secondary optics 18th
  • the cylindrical lens 30 reduces the radiation angle of the primary optics 12 in the vertical direction. Thereby, the height of the projection lens 18 can be significantly reduced.
  • a beam path 32 'without use of the cylindrical lens 30 with associated large projection lens 18' is in FIG. 1a shown in dashed lines.
  • a beam path 32 of the light module 7 according to the invention with the cylindrical lens 30 is shown by a solid line. It can be clearly seen that the required height of the projection lens 18 in the present invention is significantly lower than in the prior art projection lens 18 '.
  • the cylinder optics In all horizontal sections (perpendicular to the vertical light-dark boundaries 19a of the secondary light distributions 19 or of the strip matrix), the cylinder optics has no or at most a very low refractive power. In these sections, the cylindrical lens 30 shows the same wall thicknesses. In the vertical sections, however, the refractive power of the cylinder optics is maximum. Here, the cylindrical lens 30 has the largest wall thickness differences between lens center and lens edge.
  • the cylindrical optics (cylindrical lens 30 or cylindrical reflector 33) preferably produces the entire vertical profile of the light distribution 21.
  • the secondary optics 18, 36 in this case preferably have no refractive power in the vertical sections, ie the secondary optics 18 is also referred to as a cylindrical lens is formed. This concerns the special case of two crossed cylinder optics whose focal lines intersect in the middle of the light exit surfaces 16 of the primary optics 12.
  • the cylindrical lens 30 preferably fulfills the sine condition, whereupon equal magnifications of magnification prevail in all lens zones.
  • a vertical focal line of the cylindrical lens lies as centrally as possible on the light exit surfaces 16 of the primary optics 12.
  • a superimposed modulation of a cylindrical basic shape of the cylindrical lens 30 on its light exit surface which gives the lens sharp imaging properties.
  • This modulation is functionally defined so that the cylindrical lens 30 has at least one optical surface modulating the basic shape such that the cylindrical lens 30 converts a single light distribution of the primary light distribution 15 into a plurality of second portions of an image 38 of the primary light distribution 15, which are equal are large and with the same orientation against each other shifted overlapping.
  • the modulation in the described embodiment of the cylindrical lens 30 is generated by a first undulating deformation of the optical surface, which is superimposed on the basic shape and which comprises at least one concave and one convex half-wave.
  • the wave-shaped deformation has a partly cylindrical shape whose cylinder axis is aligned parallel to the light-dark boundary of the light distribution.
  • the wave-shaped deformation of the light exit surface of the cylindrical lens 30 is a component of the last optical surface in a beam path which converts the primary light distribution 15 into the image 38.
  • FIG. 9 shows by way of example a section of a replacement light source arrangement for use in a light module 7 according to the invention.
  • One of a plurality of semiconductor light sources 10 in the form of an LED chip 17 is shown.
  • one of a plurality of converging lenses 12 of a collecting lens array is shown by way of example.
  • a pitch of the lens array is designated T.
  • the pitch T corresponds to the width of the individual converging lenses 12 and to the spacing of the centers of adjacent LED chips 17.
  • B LED denotes an edge length of the LED chip 17.
  • a virtual LED chip is designated 17 '.
  • the edge length of the virtual LED chip 17 ' is denoted by B' LED .
  • An object-side focal point of the condenser lens 12 is F, and a major point of the lens 12 is H.
  • the principal point H of a lens is defined as the intersection of a principal plane of the lens with the optical axis of the lens.
  • the secondary optics 18, 36 of the light module 7 according to the invention is preferably focused on a main point H of one of the converging lenses 12, preferably on the main point H of the converging lens 12 located near an optical axis 24 of the light module 7. If the light module 7 has a bent optical axis (cf., for example. FIGS. 2 . 3 . 5 .
  • the secondary optics 18, 36 of the light module 7 is preferably focused on a principal point H of the collecting lens 12 located in the vicinity of an optical sub-axis 24b of the secondary optics 18, 36.
  • the reference f denotes the focal length of the lens 12, and S F is a focal distance of the lens 12.
  • a distance between the LED chip 17 and the light entrance surface of the condenser lens 12 is S 1 and a distance between the virtual chip image 17 'and the light entrance surface the lens 12 denoted by S 2 .
  • the LED chip 17 is located between the primary optics formed in this example as a lens 12 and the object-side focal point F.
  • the LED chip 17 is enlarged by the lens 12 so that the (upright) virtual image 17 'of the chip 17 (in the light exit direction in front of the object-side lens focal point F) is approximately the same size as the lens 12, ie B ' LED ⁇ T.
  • the collecting lenses 12 of the lens array are not used for generating real intermediate images of the light sources 10 and the light-emitting surface 17, but form only an illuminated surface (the primary light distribution 15) on the light exit surface 16 of the converging lenses 12.
  • the light sources 10 are so between the light entry surfaces the lenses 12 and the object-side foci F of the lenses 12 arranged so that the edges of the LED chip surfaces 17 are on geometric connections from the focal points F to the lens edges.
  • the radiating surfaces 17 of the light sources 10 are arranged perpendicular to the optical axes of the lenses 12. This results in a very uniform illumination of the lenses 12 and on the light exit surfaces 16 of the lenses 12 a particularly homogeneous light distribution, the so-called.
  • These primary light distributions 15 are through the Secondary optical arrangement 18, 36 for generating the resulting total light distribution 21 of the light module 7 on the roadway in front of the vehicle shown.
  • the optical axes of the individual lenses 12 of the lens array all run in one plane, preferably they are parallel to each other. If the light module 7 does not have a bent optical axis 24 (see, for example, FIG. FIGS. 1a . 4 ), the optical axis of the secondary optics 18, 36 on the side facing the primary optics 12 is parallel to the optical axis of at least one of the lenses 18.
  • FIG. 2 a second embodiment of the present invention is shown.
  • the cylindrical optics in the beam path between the primary optics 12 and the secondary optics 18 is designed as a cylindrical reflector 33. If this has a cylinder axis 35, this is preferably aligned substantially horizontally, ie it is parallel to the horizontal plane 11.
  • the cylinder axis 35 can extend to or through the light exit surfaces 16 of the primary optics 12.
  • the reflector 33 folds the beam path (folded beam path 34) in the vertical center plane 23. By folding the beam path, the overall length of the light module 7 can be significantly shortened.
  • the cylindrical reflector 33 so the beam path is folded, that is, the optical axis 24 of the light module 7 angled, so that there are two partial axes 24a, 24b extending at an angle to each other.
  • This is preferably done in the vertical plane 23 (cf. Figures 2 and 5 ) or in a horizontal plane 11 (cf. FIG. 3 ) containing the kinked optical axis 24a, 24b.
  • a first optical axis 24a is preferably assigned to one of the primary optics 12 and a further optical axis 24b to the secondary optics 18.
  • the beam path is through the Cylinder reflector 33 preferably folded at a right or acute angle.
  • the cylinder optics has no or at most a very low refractive power in all horizontal sections (perpendicular to the vertical light-dark boundaries 19a of the secondary light distributions 19 or the strip matrix). In these sections, the curvature of a cylindrical reflector 33 is zero. In the vertical sections, however, the refractive power of the cylinder optics is maximum.
  • the cylindrical reflector 33 or its reflection surface shows maximum curvatures in the vertical sections.
  • the cylindrical reflector 33 may have an at least partially parabolic profile. A horizontal focal line of the cylindrical reflector 33 lies as centrally as possible on the light exit surfaces 16 of the primary optics 12.
  • FIG. 3 a further embodiment is shown in which the beam path is folded in a horizontal plane 11 (folded beam path 34).
  • the cylinder optics is designed as a cylindrical reflector 33. If the cylinder optics 33 has a cylinder axis 35, this is preferably oriented transversely to an angle bisector of an angle which is spanned by an optical axis 24a associated with one of the primary optics 12 and an optical axis 24b associated with the secondary optics 18.
  • the curvature in the vertical sections of the cylindrical deflection mirror 33 is preferably varied so that the curvature (1 / radius) is greater at a mirror side 33a facing the primary optics 12 than at a side 33b facing the secondary optics 18 (cf. FIG.
  • the reflection surface of the cylinder reflector 33 should continue to be designed as a ruled surface, so that the curvature in the horizontal sections, for example. In the horizontal plane 11, is still zero.
  • the cylindrical surface thus becomes a conical surface, with a conical tip lying on the side of the primary optics 12.
  • the optical system downstream of the primary optics 12, i. the cylinder optics 30; 33 and the secondary optics 18; 36 form the vertical boundaries between adjacent light exit surfaces 16 of the lens array 12 as a vertical bright-dark boundaries 19a.
  • the light exit surface 18a of the projection lens 18 is preferably provided with an at least horizontally scattering microstructure.
  • the invention offers advantages in most headlamp assembly spaces or only allows the installation of a matrix high-beam module 7.
  • FIG. 4 shows a vertical section through an inventive light module 7, as for example.
  • FIG. 1a comprises an LED array 10, a primary lens array 12, a cylindrical lens 30 and a projection lens 18. Thanks to the cylindrical lens 30, the radiation angle of the primary lenses 12 is reduced from ⁇ to ⁇ . Thus, the height of the projection lens 18 can also be reduced from H to h.
  • the at the projection lens 18 of Light module 7 according to the invention no longer required part of the conventional projection lens 18 'of the light module known from the prior art is shown hatched. By removing the shaded areas results in a top and bottom flattened projection lens 18 with a very low overall height.
  • FIG. 5 is a vertical section through an inventive light module 7 shown as it is, for example.
  • FIG. 2 comprises an LED array 10, a primary lens array 12, a cylindrical reflector 33 and a projection lens 18. Thanks to the cylindrical reflector 33, the radiation angle of the primary lenses 12 is reduced and the beam path is bent. Thus, the height of the projection lens 18 can also be reduced from H to h.
  • the part of the known projection lens 18 'which is no longer required for the projection lens 18 of the light module 7 according to the invention is also shown hatched here.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of a light module according to the invention 7, similar to the example of FIG. 5 is, but with a reflector 36 as secondary optics.
  • the reflector 36 is preferably formed as a parabolic reflector. Again, it is so that the cylinder reflector 33 reduces the radiation angle of the primary optics 12 in the vertical direction, so that the height of the secondary optics 36 compared to conventional light modules without a cylindrical reflector can be significantly reduced.
  • the parabolic reflector 36 forms the means of Cylindrical reflector 33 magnified primary light distributions 15 on the roadway (or a measuring screen 20) in front of the motor vehicle as secondary light distributions 19.
  • the resulting light distribution 21 of the light module 7 results from an overlay all active secondary light distributions 19.
  • FIGS. 7a and 7b the images of the primary lenses 12 are shown, each having an infinitesimal small area of secondary optics 18; 36 design.
  • each secondary lens zone would design images of the primary lenses 12 of substantially equal size and the same orientation.
  • the images of the different secondary optical zones would thus all have the same shape and size and are merely shifted from one another to produce the desired light distribution 19.
  • Through the cylinder optics 30, 33 these images are now all pulled apart vertically in the same way (see. FIG. 7b ).
  • the images of an infinitesimal optical surface are all sharp due to the infinitesimal opening.
  • Figure 7a shows a primary light distribution 15 on the indicated light exit surface 16 of a primary optics 12, in particular a converging lens.
  • the secondary optics 18, 36 From these illuminated surfaces 15, the secondary optics 18, 36 generates the secondary light distributions 19, which complement each other and form the desired resulting light distribution 21 of the light module 7.
  • the illuminated surfaces 15 on the light exit surfaces 16 of the primary optics 12 in the vertical direction can be pulled apart (anamorphic magnification), so that an enlarged image 38 results (see. Fig. 7b ).
  • the width of the illuminated surfaces 15 remains essentially unchanged, ie the width of the enlarged images 38 is substantially the same as the width of the illuminated surfaces 15 on the light exit surfaces 16 of the primary optics 12.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lichtmodul (7) eines Scheinwerfers (1) eines Kraftfahrzeugs. Diese umfasst mehrere matrixartig angeordnete, einzeln ansteuerbare Halbleiterlichtquellen (10) zum Aussenden von Licht, mehrere den Halbleiterlichtquellen (10) zugeordnete matrixartig angeordnete Primäroptiken (12) zum Bündeln des von den Halbleiterlichtquellen (10) ausgesandten Lichts und zum Erzeugen einer primären Lichtverteilung (15) auf Lichtaustrittsflächen (16) der Primäroptiken (12), und eine gemeinsame Sekundäroptik (18; 36) zum Abbilden der primären Lichtverteilungen (15) als sekundäre Lichtverteilungen (19) auf einer Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug derart, dass die sekundären Lichtverteilungen (19) einen Fernbereich ausleuchten. Um ohne Wirkungsgradverluste die Bauhöhe der Sekundäroptik (18; 36) verringern zu können, wird vorgeschlagen, dass im Strahlengang des Lichtmoduls (7) zwischen den Primäroptiken (12) und der Sekundäroptik (18; 36) eine Zylinderoptik (30; 33) mit einer Zylinderachse (31; 35) angeordnet ist, die im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtmodul eines Scheinwerfers eines Kraftfahrzeugs. Das Lichtmodul umfasst:
    • mehrere matrixartig neben- und/oder übereinander angeordnete, einzeln ansteuerbare Halbleiterlichtquellen zum Aussenden von Licht,
    • mehrere den Halbleiterlichtquellen zugeordnete matrixartig neben- und/oder übereinander angeordnete Primäroptiken zum Bündeln zumindest eines Teils des von den Halbleiterlichtquellen ausgesandten Lichts und zum Erzeugen einer primären Lichtverteilung auf Lichtaustrittsflächen der Primäroptiken, und
    • eine gemeinsame Sekundäroptik zum Abbilden der primären Lichtverteilungen als sekundäre Lichtverteilungen auf einer Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug derart, dass die sekundären Lichtverteilungen einen Fernbereich ausleuchten,
  • Ferner betrifft die Erfindung einen Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug. Der Scheinwerfer umfasst ein Gehäuse mit einer durch eine transparente Abdeckscheibe verschlossenen Lichtaustrittsöffnung und mindestens ein in dem Gehäuse angeordnetes Lichtmodul.
  • Lichtmodule und Kraftfahrzeugscheinwerfer der eingangs genannten Art sind bspw. aus der DE 10 2012 223 658 bekannt. Das dort beschriebene Lichtmodul weist mehrere nebeneinander angeordnete Halbleiterlichtquellen zum Aussenden von Licht auf. Eine Halbleiterlichtquelle ist bspw. als eine Leuchtdiode (z.B. LED-Chip) mit einer im Wesentlichen quadratischen oder rechteckigen Licht emittierenden Fläche ausgebildet. Jeder der Halbleiterlichtquellen ist eine als Sammellinse ausgebildete Primäroptik zugeordnet, die das von der ihr zugeordneten Halbleiterlichtquelle ausgesandte Licht bündelt. Mehrere Sammellinsen sind entsprechend der Anordnung der Halbleiterlichtquellen nebeneinander angeordnet und zu einem Primäroptik-Array zusammengefasst. Die Sammellinsen bestehen vorzugsweise aus einem massiven transparenten Material, bspw. Glas oder Kunststoff. Sie weisen jeweils eine der zugeordneten Halbleiterlichtquelle zugewandte Lichteintrittsfläche und eine der Halbleiterlichtquelle abgewandte Lichtaustrittsfläche auf. Eine Bündelung des von der Halbleiterlichtquelle ausgesandten Lichts erfolgt durch Brechung an der Lichteintritts- und/oder der Lichtaustrittsfläche und/oder durch Totalreflexion an äußeren Grenzflächen der Sammeloptik. Jede Sammeloptik erzeugt dabei - der Form der Licht emittierenden Fläche der zugeordneten Leuchtdiode entsprechend - eine im Wesentlichen quadratische bzw. rechteckige primäre Lichtverteilung auf ihrer Lichtaustrittsfläche.
  • Das bekannte Lichtmodul umfasst ferner eine als Projektionslinse ausgebildete gemeinsame Sekundäroptik für alle Primäroptiken. Die Projektionslinse ist auf die Lichtaustrittsflächen der Primäroptiken fokussiert, so dass sie die primären Lichtverteilungen als entsprechende sekundäre Lichtverteilungen auf der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug abbildet. Die Gesamtheit aller sekundären Lichtverteilungen entspricht der durch das Lichtmodul erzeugten resultierenden Gesamtlichtverteilung, die bspw. eine Fernlichtverteilung ist. Die Projektionslinse bildet die primären Lichtverteilungen als streifenförmige sekundäre Lichtverteilungen mit einer deutlich größeren vertikalen als horizontalen Erstreckung ab. Es ist denkbar, dass die einzelnen streifenförmigen sekundären Lichtverteilungen seitlich durch scharfe vertikale Helldunkelgrenzen begrenzt sind. Die Sekundäroptik kann auch mehrteilig, bspw. als ein zweilinsiger Achromat, ausgebildet sein.
  • Mit dem bekannten Lichtmodul kann ein sogenanntes blendungsfreies Fernlicht oder Teilfernlicht generiert werden. Dabei werden durch Deaktivieren einzelner Halbleiterlichtquellen Bereiche aus der resultierenden Fernlichtverteilung ausgenommen, wo andere Verkehrsteilnehmer detektiert wurden. Die Deaktivierung der einzelnen Halbleiterlichtquelle(n) erfolgt dabei in Abhängigkeit von einem Signal von Detektionsmitteln, die in dem Kraftfahrzeug zur Detektion anderer Verkehrsteilnehmer vor dem Kraftfahrzeug vorgesehen sind. Die Detektionsmittel können mindestens eine Kamera, mindestens einen Ultraschallsensor und/oder mindestens einen Radarsensor umfassen.
  • Die Sekundäroptik kann derart ausgebildet sein, dass die von dieser auf der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug abgebildeten sekundären Lichtverteilungen ohne Überlappung der sekundären Lichtverteilungen unmittelbar aneinander grenzen. Wenn eine der Halbleiterlichtquellen deaktiviert ist, wird der Bereich der nicht vorhandenen entsprechenden sekundären Lichtverteilung in der resultierenden Lichtverteilung des Lichtmoduls durch relativ scharfe vertikale Helldunkelgrenzen der ausgeleuchteten sekundären Lichtverteilungen der aktivierten benachbarten Halbleiterlichtquellen begrenzt. Dieser große Gradient der Beleuchtungsstärke kann von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs als subjektiv störend empfunden werden.
  • Alternativ ist es in der DE 10 2012 223 658 beschrieben, dass die Sekundäroptik derart ausgebildet ist, dass die von dieser auf der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug abgebildeten sekundären Lichtverteilungen nebeneinander angeordnet sind, wobei sich zumindest seitliche Bereiche zueinander benachbarter sekundärer Lichtverteilungen gegenseitig überlappen. Dies kann dadurch erzielt werden, dass eine Grundform einer Lichtaustrittsfläche der Projektionsoptik derart moduliert wird, dass eine einzelne primäre Lichtverteilung in eine Vielzahl von entsprechenden Teilbereichen der entsprechenden sekundären Lichtverteilung überführt wird, wobei die Teilbereiche gleich groß und mit gleicher Orientierung in horizontaler Richtung relativ zueinander verschoben und einander überlappend angeordnet sind. Die Gesamtheit aller aus einer bestimmten primären Lichtverteilung hervorgehenden Teilbereiche bildet die entsprechende sekundäre Lichtverteilung. Auf diese Weise werden scharfe vertikale Helldunkelgrenzen, welche die streifenförmigen sekundären Lichtverteilungen begrenzen, und damit bei einer ausgeschalteten Halbleiterlichtquelle große Gradienten der Beleuchtungsstärke vermieden. Sammellinsen-Arrays eignen sich am besten als Primäroptiken, da sie nur geringe Anforderungen an Werkstoffe, Formteil- und Positionierungsgenauigkeiten stellen. Bei der Verwendung von Sammellinsen-Arrays genügen vergleichsweise kleine Sekundäroptiken. Damit lassen sich auch die Aberrationen der Sekundäroptik klein halten. Voraussetzung dafür ist allerdings eine relativ große Blendenzahl (Verhältnis der Brennweite zum Durchmesser der wirksamen Eintrittsfläche der Sekundäroptik). Bei Linsensystemen sind die Aberrationen vor allem Farbfehler, während es bei Reflexionssystemen mit kleinen Blendenzahlen vor allem Koma sind.
  • Ein Nachteil der als Sammellinsen-Array ausgebildeten Primäroptiken besteht darin, dass ein Öffnungswinkel des abgestrahlten Lichtbündels in Bezug auf eine optische Achse der Sekundäroptik in alle Richtungen in etwa gleich groß ist, sich also nur wenig variieren lässt. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass eine Vergrößerung der Licht emittierenden Fläche der Halbleiterlichtquellen bei einer Linse, die dicht vor der Lichtquelle angeordnet ist, in horizontaler und vertikaler Richtung ähnlich groß ist. Eine anamorphotische Vergrößerung der primären Lichtverteilungen ist nur in sehr engen Grenzen möglich. Da die vertikale Ausdehnung streifenförmiger Matrix-Lichtverteilungen aber ein Mehrfaches von deren Breite beträgt, wäre es wünschenswert, die Vergrößerung der Licht emittierenden Flächen der Halbleiterlichtquellen den streifenförmigen sekundären Lichtverteilungen anzupassen, die ausgeleuchteten Flächen auf den Lichtaustrittsflächen der Primäroptiken also vertikal stärker zu vergrößern als horizontal.
  • Nach der Helmholtz-Lagrangeschen Invariante könnte man mit dieser Maßnahme den Abstrahlwinkel der Primäroptiken im Vertikalschnitt deutlich reduzieren, wodurch sich die vertikale Ausdehnung, d.h. die Höhe, der Sekundäroptik in umgekehrter Weise verringern ließe: y × n × σ = yʹ × nʹ × σʹ ,
    Figure imgb0001
    wobei
    • y, y' die Objekt- bzw. Bildgröße,
    • σ,σ' der objekt- bzw. bildseitige Öffnungswinkel, und
    • n, n' der objekt- bzw. bildseitige Brechungsindex ist.
  • Darüber hinaus gibt es bei den bekannten Matrix-Fernlichtmodulen aufgrund der notwendigen großen Brennweiten der Sekundäroptiken Probleme mit der Baulänge des Lichtmoduls. Die langen Brennweiten ergeben sich dabei aus der geforderten Breite/ Teilung der erzeugten Matrix-Lichtverteilungen einerseits und der Teilung der Halbleiterlichtquellen/ Primäroptiken andererseits. Die Breite der Lichtverteilungen richtet sich weitgehend nach der gewünschten Auflösung und Performance des Lichtmoduls, während die Teilung der Primäroptiken vornehmlich durch die geforderten Mindestabstände und Bauteilgrößen der Halbleiterlichtquellen vorgegeben ist.
  • Aus diesem Grund wurde im Stand der Technik bereits angedacht, den Strahlengang durch einen Umlenkspiegel oder ein Umlenkprisma zu falten, um so die kritische Baulänge der Lichtmodule zu reduzieren. Umlenkspiegel oder -prismen verursachen jedoch zusätzliche Lichtstromverluste im Strahlengang.
  • Ausgehend von dem beschrieben Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Lichtmodul zur Erzeugung von mindestens zwei in mindestens einer Linie unmittelbar aneinandergrenzenden oder überlappenden streifenförmigen sekundären Lichtverteilungen zu realisieren, bei dem die mindestens zwei aneinandergrenzenden sekundären Lichtverteilungen von mehreren Halbleiterlichtquellen oder Lichtquellengruppen gebildet werden, und bei dem die Bauhöhe der Sekundäroptik ohne wesentliche Lichtstromverluste reduziert werden kann. Ferner soll das Lichtmodul bei vergleichbaren Leistungsdaten (z.B. Auflösung, maximale Beleuchtungsstärke, etc.) gegenüber bekannten Lichtmodulen eine geringere Baulänge aufweisen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von dem Lichtmodul der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass im Strahlengang des Lichtmoduls zwischen den Primäroptiken und der Sekundäroptik eine Zylinderoptik angeordnet ist, die in Horizontalschnitten im Wesentlichen keine Brechkraft aufweist und in Vertikalschnitten Licht sammelnde Eigenschaften aufweist.
  • Als eine Zylinderoptik im Sinne der vorliegenden Erfindung wird eine Optik verstanden, die in den Horizontalschnitten keine Brechkraft oder allenfalls eine sehr geringe Brechkraft aufweist, bei der also die horizontalen Schnittkurven zumindest näherungsweise Geraden sind, und die in den Vertikalschnitten sammelnd wirkt, also ein Sammellinsenprofil oder ein Hohlspiegelprofil aufweist. Die vertikalen Schnittkurven müssen nicht zwangsläufig kreisförmig sein. Ferner müssen die Krümmungsmittelpunkte im Vertikalschnitt nicht in einer Zylinderachse zusammenfallen.
  • Die Zylinderoptik kann den Öffnungswinkel der Lichtbündel aus den Primäroptiken im Vertikalschnitt deutlich reduzieren, so dass auch die Bauhöhe der Sekundäroptik in einem entsprechenden Maße verringert werden kann. Die Sekundäroptik fokussiert über die Zylinderoptik auf die Lichtaustrittsflächen des Primäroptik-Arrays. Die Zylinderoptik bewirkt eine anamorphotische Vergrößerung der primären Lichtverteilungen auf den Lichtaustrittsflächen der Primäroptiken, so dass sekundäre Lichtverteilungen (sog. Pixel) entstehen, deren Höhe ein Mehrfaches der jeweiligen Pixelbreite betragen kann. Im Gegenzug kann die Höhe der Sekundäroptik in etwa in dem gleichen Maße reduziert werden. Dies kommt insbesondere gängigen Lichtmodul- und Scheinwerferdesigns entgegen, die häufig besonders flache und breite Linsen und/oder Reflektoren als Sekundäroptiken erfordern. Dies ist u.a. eine Folge der zunehmend stromlinienförmigen Fahrzeugfronten, um eine Kraftstoffeinsparung und geringe Fahrtwindgeräusche zu erzielen.
  • Auf diese Weise können gegenüber bekannten Lichtmodulen ohne Zylinderoptik erfindungsgemäße Lichtmodule mit etwa zwei bis fünf Mal niedrigeren Sekundäroptiken nahezu ohne Einbußen beim optischen Wirkungsgrad realisiert werden. Lediglich die Reflexions- und/oder Transmissionsverluste an der Zylinderoptik müssen bei der Berechnung des Wirkungsgrads zusätzlich berücksichtigt werden. Diese Verluste liegen aber deutlich unterhalb der Verluste von bekannten Lichtmodulen, bei denen Umlenkspiegel oder -prismen im Strahlengang angeordnet sind.
  • Es ist denkbar, dass die Zylinderoptik in einem Vertikalschnitt kreisförmige Schnittkurven auf und die Krümmungsmittelpunkte im Vertikalschnitt fallen in einer Zylinderachse zusammen. Dies beschreibt den Spezialfall einer "echten" Zylinderlinse bzw. eines "echten" Zylinderreflektors mit konstanter Krümmung über die gesamte Fläche und einer gemeinsamen Zylinderachse.
  • Wenn als Zylinderoptik ein zylindrischer Hohlspiegel verwendet wird, lässt sich mit diesem Spiegel gleichzeitig der Strahlengang falten, bspw. indem die optische Achse in einer Horizontal- und/oder Vertikalebene gefaltet wird. Auf diese Weise kann die Baulänge der Optik deutlich reduziert werden. Eine als Zylinderreflektor ausgebildete Zylinderoptik kann ein zumindest abschnittsweise parabolisches Profil aufweisen.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindungen können den Unteransprüchen entnommen werden. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1a
    ein erfindungsgemäßes Lichtmodul gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
    Fig. 1b
    ein Detail Z der Halbleiterlichtquellen und der Primäroptiken des Lichtmoduls aus Figur 1a;
    Fig. 2
    ein erfindungsgemäßes Lichtmodul gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform;
    Fig. 3
    ein erfindungsgemäßes Lichtmodul gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform;
    Fig. 4
    einen Vertikalschnitt durch das Lichtmodul aus Figur 1a;
    Fig. 5
    einen Vertikalschnitt durch das Lichtmodul aus Figur 2;
    Fig. 6
    einen Vertikalschnitt durch ein Lichtmodul gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform;
    Fig. 7a
    eine primäre Lichtverteilung als ausgeleuchtete Lichtaustrittsfläche einer Primäroptik eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls;
    Fig. 7b
    die ausgeleuchtete Fläche aus Fig. 7a nach einer Vergrößerung durch eine Zylinderoptik des erfindungsgemäßen Lichtmoduls;
    Fig. 8
    einen erfindungsgemäßen Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform; und
    Fig. 9
    eine Ersatzlichtquellenanordnung in einer bevorzugten Ausführungsform wie sie in dem erfindungsgemäßen Lichtmodul verwendet werden kann.
  • In Figur 8 ist ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfer in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Der Scheinwerfer 1 umfasst ein Gehäuse 2, das vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial gefertigt ist. Eine in Lichtaustrittsrichtung 3 in dem Gehäuse 2 vorgesehene Lichtaustrittsöffnung 4 ist mittels einer transparenten Abdeckscheibe 5 verschlossen. Die Abdeckscheibe 5 ist bspw. aus Glas oder Kunststoff gefertigt. Die Abdeckscheibe 5 kann ohne optisch wirksame Profile (z.B. Prismen oder Zylinderlinsen) ausgebildet sein (sog. klare Scheibe) oder aber zumindest bereichsweise mit optisch wirksamen Profilen versehen sein, die eine Streuung des hindurchtretenden Lichts, insbesondere in horizontaler Richtung, bewirken können (sog. Streuscheibe). Im Inneren des Scheinwerfers 1 kann ein Leuchtenmodul 6 angeordnet sein, das zur Realisierung einer Leuchtenfunktion (z.B. Blinklicht, Tagfahrlicht, Positions- oder Begrenzungslicht, etc.) dient.
  • Ferner ist im Inneren des Gehäuses 2 ein erfindungsgemäßes Lichtmodul 7 angeordnet, das zur Realisierung einer Fernlichtverteilung durch eine Überlagerung mehrerer streifenförmiger sekundärer Lichtverteilungen jeweils mit einer im Wesentlichen vertikalen Längserstreckung ausgebildet ist (nachfolgend auch als Streifenfernlicht bezeichnet). Durch gezieltes Dimmen oder Ausschalten von einzelnen streifenförmigen sekundären Lichtverteilungen können Bereiche der Fernlichtverteilung ausgeblendet werden, in denen andere Verkehrsteilnehmer detektiert wurden, um deren Blendung zu verhindern (sog. blendungsfreies Fernlicht oder Teilfernlicht). Das durch das Lichtmodul 7 erzeugte Fernlicht kann eines von mehreren Lichtverteilungen sein, die durch das Lichtmodul 7 erzeugt werden können. Ebenso ist es denkbar, dass die von dem Lichtmodul 7 erzeugte Fernlichtverteilung nur einen Teil einer die gesetzlichen Anforderungen erfüllenden Lichtverteilung ist, wobei ein anderer Teil der die gesetzlichen Anforderungen erfüllenden Lichtverteilung durch mindestens ein anderes Lichtmodul, bspw. das Lichtmodul 8, des Scheinwerfers 1 erzeugt werden kann. So wäre es bspw. denkbar, dass die von dem Lichtmodul 7 erzeugte Lichtverteilung ein Fernlicht-Spot ist, während das Lichtmodul 8 eine Fernlicht-Grundverteilung erzeugt. Eine Überlagerung der beiden Fernlicht-Teillichtverteilungen (Spot und Grundlicht) erzeugt ein Fernlicht, das die gesetzlichen Anforderungen erfüllt und/oder für eine besonders effiziente Ausleuchtung der Fahrbahn vor dem Fahrzeug sorgt. Selbstverständlich wäre es denkbar, dass bereits die durch das Lichtmodul 7 erzeugte Lichtverteilung die gesetzlichen Anforderungen an ein Fernlicht erfüllt, durch die Überlagerung mit der durch das Lichtmodul 8 erzeugten Teil-Lichtverteilung jedoch eine subjektiv und/oder objektiv bessere Ausleuchtung mit Fernlicht realisiert werden kann.
  • Ein erstes Beispiel für ein erfindungsgemäßes Lichtmodul 7 ist in Figur 1a gezeigt. Das Lichtmodul 7 umfasst mehrere in einer horizontalen Mittelebene 11 oder parallel dazu matrixartig nebeneinander angeordnete, einzeln ansteuerbare Halbleiterlichtquellen 10 (vgl. Figur 1b) zum Aussenden von Licht. Die Lichtquellen 10 sind bspw. als Leuchtdioden (LEDs oder LED-Chips) ausgebildet. "Matrixartig" im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass mehrere LEDs 10 sowohl nebeneinander in lediglich einer Reihe als auch neben- und übereinander in mehreren Reihen angeordnet sein können. Die Lichtquellen 10 sind vorzugsweise derart an einem Kühlkörper 13 befestigt (unmittelbar oder mittelbar über eine Leiterplatte 14), dass während des Betriebs der Lichtquellen 10 auftretende Abwärme wirksam abgeleitet und an die Umgebung abgegeben werden kann.
  • Ferner umfasst das Lichtmodul 7 mehrere den Halbleiterlichtquellen 10 zugeordnete und ebenfalls matrixartig nebeneinander angeordnete Primäroptiken 12 zum Bündeln zumindest eines Teils des von den Halbleiterlichtquellen 10 ausgesandten Lichts und zum Erzeugen einer primären Lichtverteilung 15 (vgl. Figur 7a) jeweils auf Lichtaustrittsflächen 16 der Primäroptiken 12. Die Primäroptiken 12 sind vorzugsweise als Sammellinsen ausgebildet, so dass die Gesamtheit der Primäroptiken 12 ein Sammellinsen-Array bildet. Die primären Lichtverteilungen 15 entsprechen einer gleichmäßigen Ausleuchtung der Lichtaustrittsflächen 16 durch das Licht jeweils einer der Licht emittierenden Fläche 17 einer Lichtquelle 10.
  • Des Weiteren umfasst das Lichtmodul 7 eine gemeinsame Sekundäroptik, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als eine Projektionslinse 18 ausgebildet ist. Mittels der Linse 18 werden die primären Lichtverteilungen 15, die auf den Lichtaustrittsflächen 16 der Primäroptiken 12 dargestellt sind, als streifenförmige sekundäre Lichtverteilungen 19 auf einer Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug abgebildet. Die sekundären Lichtverteilungen 19 gemeinsam ergeben einen ausgeleuchteten Fernbereich. Das Lichtmodul 7 dient also zur Erzeugung einer Fernlichtverteilung 21.
  • In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die sekundären Lichtverteilungen 19 nicht auf der Fahrbahn, sondern auf einer in einem Abstand zu dem Lichtmodul 7 angeordneten, vertikal ausgerichteten Messschirm 20 abgebildet. Bei Verwendung von mehreren, lediglich in einer Reihe nebeneinander angeordneten Lichtquellen 10 und entsprechend angeordneten Primäroptiken 12 umfasst jede der sekundären Lichtverteilungen 19 die gesamte dargestellte vertikale Erstreckung. Es ist deutlich zu erkennen, dass die resultierende Fernlichtverteilung 21 aus einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten vertikal ausgerichteten, streifenförmigen (mit im Wesentlichen vertikaler Längserstreckung) sekundären Lichtverteilungen 19 zusammengesetzt ist. In dem dargestellten Beispiel sind zehn sekundäre Lichtverteilungen 19 nebeneinander angeordnet. Die innerhalb der Lichtverteilungen 19 dargestellten Linien 22 sind Bereiche gleicher Beleuchtungsstärke (sog. Isoluxlinien). Die sekundären Lichtverteilungen 19 haben vorzugsweise jeweils im Bereich der Horizontalebene 11 ihre größten Beleuchtungsstärkewerte. Nach oben bzw. unten hin fallen die Beleuchtungsstärkewerte innerhalb einer streifenförmigen sekundären Lichtverteilung 19 ab.
  • Auf dem Messschirm 20 ist eine horizontale Linie HH eingezeichnet, die einer Schnittlinie der Horizontalebene 11 mit dem Messschirm 20 entspricht. Dementsprechend ist eine vertikale Linie VV auf dem Messschirm 20 eingezeichnet, die einer Schnittlinie einer vertikalen Mittelebene 23 mit dem Messschirm 20 entspricht. Eine Schnittlinie der Horizontalebene 11 und der Vertikalebene 23 entspricht einer optischen Achse 24 der Sekundäroptik 18 bzw. in diesem Fall des gesamten Lichtmoduls 7. Es ist deutlich zu erkennen, dass ein Großteil der resultierenden Lichtverteilung 21 oberhalb der Horizontalen HH liegt, d.h. es wird ein Fernbereich vor dem Kraftfahrzeug ausgeleuchtet.
  • Eine jede sekundäre Lichtverteilung 19 wird durch das Licht einer der Halbleiterlichtquellen 10 erzeugt, nachdem es von der entsprechenden Primäroptik 12 gebündelt und von der Sekundäroptik 18 auf dem Messschirm 20 abgebildet worden ist. Durch gezieltes Ausschalten einzelner Lichtquellen 10 können einzelne sekundäre Lichtverteilungen 19 gezielt aus der resultierenden Fernlichtverteilung 21 herausgenommen werden. Es können bspw. solche Lichtquellen 10 deaktiviert werden, in deren entsprechender sekundärer Lichtverteilung 19 ein anderer Verkehrsteilnehmer (z.B. vorausfahrendes oder entgegenkommendes Fahrzeug) detektiert worden ist. Auf diese Weise wird eine optimale Ausleuchtung des Fahrbahnbereichs vor dem Kraftfahrzeug (üblicherweise mit Fernlicht) erzielt und gleichzeitig sichergestellt, dass die detektierten anderen Verkehrsteilnehmer nicht geblendet werden.
  • Die Sekundäroptik 18 kann derart ausgebildet sein, dass die von dieser auf der Fahrbahn (oder dem Messschirm 20) vor dem Kraftfahrzeug abgebildeten sekundären Lichtverteilungen 19 ohne Überlappung unmittelbar aneinander grenzen. Wenn eine der Halbleiterlichtquellen 10 deaktiviert ist, wird der Bereich der nicht vorhandenen entsprechenden sekundären Lichtverteilung 19 in der resultierenden Lichtverteilung 21 des Lichtmoduls durch relativ scharfe vertikale Helldunkelgrenzen 19a der ausgeleuchteten sekundären Lichtverteilungen 19 der aktivierten benachbarten Halbleiterlichtquellen 10 begrenzt. Dieser große Gradient der Beleuchtungsstärke kann von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs als subjektiv störend empfunden werden. Ferner kann die Sekundäroptik 18 derart ausgebildet sein, dass die von dieser auf der Fahrbahn (oder dem Messschirm 20) vor dem Kraftfahrzeug abgebildeten sekundären Lichtverteilungen 19 nebeneinander angeordnet sind, wobei sich zumindest seitliche Bereiche zueinander benachbarter sekundärer Lichtverteilungen 19 gegenseitig überlappen. Dies kann dadurch erzielt werden, dass eine Grundform einer Lichtaustrittsfläche 18a der Projektionsoptik 18 derart moduliert wird, dass eine einzelne primäre Lichtverteilung 15 auf einer Lichtaustrittsfläche 16 einer Primäroptik 12 in eine Vielzahl von entsprechenden Teilbereichen der entsprechenden sekundären Lichtverteilung 19 überführt wird. Die Teilbereiche sind vorzugsweise gleich groß und mit gleicher Orientierung in horizontaler Richtung relativ zueinander verschoben und einander überlappend angeordnet. Die Gesamtheit aller aus einer bestimmten primären Lichtverteilung 15 hervorgehenden Teilbereiche bildet die entsprechende sekundäre Lichtverteilung 19. Auf diese Weise werden scharfe vertikale Helldunkelgrenzen 19a, welche die streifenförmigen sekundären Lichtverteilungen 19 begrenzen, und damit bei einer ausgeschalteten Halbleiterlichtquelle 10 große Gradienten der Beleuchtungsstärke vermieden.
  • Um die Höhe der Sekundäroptik 18 nach Möglichkeit ohne wesentliche Lichtstromverluste und damit die Bauhöhe des gesamten Lichtmoduls 7 verringern zu können, schlägt die Erfindung vor, dass im Strahlengang des Lichtmoduls 7 zwischen den Primäroptiken 12 und der Sekundäroptik 18 eine Zylinderoptik 30 angeordnet ist. Als eine Zylinderoptik im Sinne der vorliegenden Erfindung wird eine Optik verstanden, die in den Horizontalschnitten keine Brechkraft oder allenfalls eine sehr geringe Brechkraft aufweist, bei der also die horizontalen Schnittkurven zumindest näherungsweise Geraden sind, und die in den Vertikalschnitten sammelnd wirkt, also ein Sammellinsenprofil oder ein Hohlspiegelprofil aufweist. Die vertikalen Schnittkurven müssen nicht zwangsläufig kreisförmig sein. Ferner müssen die Krümmungsmittelpunkte im Vertikalschnitt nicht in einer Zylinderachse zusammenfallen.
  • In dem Beispiel aus Figur 1a ist die Zylinderoptik als eine Zylinderlinse 30 mit einer Zylinderachse 31 ausgebildet, die im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist, d.h. parallel zu der Horizontalebene 11 verläuft. Die Zylinderachse 31 kann auf bzw. durch die Lichtaustrittsflächen 16 der Primäroptiken 12 verlaufen. Die Zylinderachse 31 erstreckt sich vorzugsweise in der Horizontalebene 11 quer zu der optischen Achse 24 der Sekundäroptik 18.
  • Die Sekundäroptik 18 bildet zusammen mit der Zylinderoptik 30 ein Optiksystem, das auf die Lichtaustrittsflächen 16 der Primäroptiken 12 fokussiert. Die Zylinderlinse 30 reduziert den Abstrahlwinkel der Primäroptiken 12 in vertikaler Richtung. Dadurch kann die Höhe der Projektionslinse 18 deutlich verringert werden. Ein Strahlengang 32' ohne Verwendung der Zylinderlinse 30 mit zugehöriger großer Projektionslinse 18' ist in Figur 1a gestrichelt dargestellt. Ein Strahlengang 32 des erfindungsgemäßen Lichtmoduls 7 mit der Zylinderlinse 30 ist mit durchgezogener Linie eingezeichnet. Es ist deutlich zu erkennen, dass die erforderliche Bauhöhe der Projektionslinse 18 bei der vorliegenden Erfindung deutlich geringer ist als bei der Projektionslinse 18' aus dem Stand der Technik.
  • Die Zylinderoptik weist in allen Horizontalschnitten (senkrecht zu den vertikalen Helldunkelgrenzen 19a der sekundären Lichtverteilungen 19 bzw. der Streifenmatrix) keine oder allenfalls eine sehr geringe Brechkraft auf. In diesen Schnitten zeigt die Zylinderlinse 30 gleiche Wandstärken. In den Vertikalschnitten wird die Brechkraft der Zylinderoptik dagegen maximal. Hier weist die Zylinderlinse 30 die größten Wanddickenunterschiede zwischen Linsenmitte und Linsenrand auf.
  • Die Zylinderoptik (Zylinderlinse 30 oder Zylinderreflektor 33) erzeugt vorzugsweise den gesamten vertikalen Verlauf der Lichtverteilung 21. Die Sekundäroptik 18, 36 weist dabei in den Vertikalschnitten vorzugsweise keine Brechkraft auf, d.h. die Sekundäroptik 18 ist ebenfalls als eine Zylinderlinse ausgebildet. Dies betrifft den Spezialfall zweier gekreuzter Zylinderoptiken, deren Brennlinien sich in der Mitte der Lichtaustrittsflächen 16 der Primäroptiken 12 kreuzen. Die Zylinderlinse 30 erfüllt vorzugsweise die Sinusbedingung, wonach gleiche Abbildungsmaßstäbe in allen Linsenzonen herrschen. Eine vertikale Brennlinie der Zylinderlinse liegt möglichst mittig auf den Lichtaustrittsflächen 16 der Primäroptiken 12.
  • Ferner ist es denkbar, dass einer zylindrischen Grundform der Zylinderlinse 30 auf ihrer Lichtaustrittsfläche, die der Linse scharf abbildende Eigenschaften verleiht, eine Modulation überlagert ist. Diese Modulation ist funktional so definiert, dass die Zylinderlinse 30 wenigstens eine optische Fläche aufweist, welche die Grundform so moduliert, dass die Zylinderlinse 30 eine Einzellichtverteilung der primären Lichtverteilung 15 in eine Vielzahl von zweiten Teilbereichen einer Abbildung 38 der primären Lichtverteilung 15 überführt, die gleich groß und mit gleicher Orientierung gegeneinander verschoben überlappend angeordnet sind. In struktureller Hinsicht wird die Modulation bei der beschriebenen Ausgestaltung der Zylinderlinse 30 durch eine erste wellenförmige Deformation der optischen Fläche erzeugt, die der Grundform überlagert ist und die mindestens eine konkave und eine konvexe Halbwelle umfasst. Die wellenförmige Deformation besitzt eine zum Teil zylindrische Form, deren Zylinderachse parallel zur Hell-Dunkel-Grenze der Lichtverteilung ausgerichtet ist. Die wellenförmige Deformation der Lichtaustrittsfläche der Zylinderlinse 30 ist ein Bestandteil der letzten optischen Fläche in einem die primäre Lichtverteilung 15 in das Abbild 38 überführenden Strahlengang ist.
  • Figur 9 zeigt beispielhaft einen Ausschnitt einer Ersatzlichtquellenanordnung zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Lichtmodul 7. Es ist eine von mehreren Halbleiterlichtquellen 10 in Form eines LED-Chips 17 dargestellt. In Lichtaustrittsrichtung nach dem LED-Chip 17 ist beispielhaft eine von mehreren Sammellinsen 12 eines Sammellinsenarrays dargestellt. Eine Teilung des Linsenarrays ist mit T bezeichnet. Die Teilung T entspricht der Breite der einzelnen Sammellinsen 12 sowie dem Abstand der Mittelpunkte benachbarter LED-Chips 17. Mit BLED ist eine Kantenlänge des LED-Chips 17 bezeichnet. Ein virtueller LED-Chip ist mit 17' bezeichnet. Die Kantenlänge des virtuellen LED-Chips 17' ist mit B'LED bezeichnet. Ein objektseitiger Brennpunkt der Sammellinse 12 ist mit F und ein Hauptpunkt der Linse 12 ist mit H bezeichnet. Der Hauptpunkt H einer Linse ist als Schnittpunkt einer Hauptebene der Linse mit der optischen Achse der Linse definiert. Die Sekundäroptik 18, 36 des erfindungsgemäßen Lichtmoduls 7 ist vorzugsweise auf einen Hauptpunkt H einer der Sammellinsen 12, vorzugsweise auf den Hauptpunkt H der in der Nähe einer optischen Achse 24 des Lichtmoduls 7 befindlichen Sammellinse 12, fokussiert. Wenn das Lichtmodul 7 eine abgeknickte optische Achse aufweist (vgl. bspw. Fign. 2, 3, 5, 6) ist die Sekundäroptik 18, 36 des erfindungsgemäßen Lichtmoduls 7 vorzugsweise auf einen Hauptpunkt H der in der Nähe einer optischen Teilachse 24b der Sekundäroptik 18, 36 befindlichen Sammellinse 12, fokussiert. Das Bezugszeichen f bezeichnet die Brennweite der Linse 12 und SF eine Schnittweite der Linse 12. Ein Abstand zwischen dem LED-Chip 17 und der Lichteintrittsfläche der Sammellinse 12 ist mit S1 und ein Abstand zwischen dem virtuellen Chip-Bild 17' und der Lichteintrittsfläche der Linse 12 mit S2 bezeichnet.
  • Der LED-Chip 17 liegt zwischen der in diesem Beispiel als Linse 12 ausgebildeten Primäroptik und deren objektseitigem Brennpunkt F. Der LED-Chip 17 wird durch die Linse 12 so vergrößert, dass das (aufrechte) virtuelle Bild 17' des Chips 17 (in Lichtaustrittsrichtung vor dem objektseitigen Linsenbrennpunkt F) etwa gleich groß ist wie die Linse 12, d.h. B'LED ≈ T. Für die angegebenen Größen gelten näherungsweise folgende Zusammenhänge: S F - S 1 S F ≈ B LED T ≈ B LED Bʹ LED
    Figure imgb0002
     0 , 1 mm ≤ S 1 ≤ 2 mm
    Figure imgb0003
     1 x B LED ≤ T ≤ 4 x B LED
    Figure imgb0004
  • Die Sammellinsen 12 des Linsenarrays dienen nicht zur Erzeugung reeller Zwischenbilder der Lichtquellen 10 bzw. der Licht emittierenden Fläche 17, sondern bilden lediglich eine ausgeleuchtete Fläche (die primäre Lichtverteilung 15) auf der Lichtaustrittsfläche 16 der Sammellinsen 12. Die Lichtquellen 10 sind derart zwischen den Lichteintrittsflächen der Linsen 12 und den objektseitigen Brennpunkten F der Linsen 12 angeordnet, dass die Ränder der LED-Chip-Flächen 17 auf geometrischen Verbindungen von den Brennpunkten F zu den Linsenrändern liegen. Die Abstrahlflächen 17 der Lichtquellen 10 sind senkrecht zu den optischen Achsen der Linsen 12 angeordnet. Dadurch ergibt sich eine sehr gleichmäßige Ausleuchtung der Linsen 12 und auf den Lichtaustrittsflächen 16 der Linsen 12 eine besonders homogene Lichtverteilung, die sog. Zwischenlichtverteilung oder primäre Lichtverteilung 15. Diese primären Lichtverteilungen 15 werden durch die Sekundäroptikanordnung 18, 36 zur Erzeugung der resultierenden Gesamtlichtverteilung 21 des Lichtmoduls 7 auf der Fahrbahn vor dem Fahrzeug abgebildet. Die optischen Achsen der Einzellinsen 12 des Linsenarrays verlaufen alle in einer Ebene, bevorzugt sind sie parallel zueinander. Wenn das Lichtmodul 7 keine abgeknickte optische Achse 24 aufweist (vgl. bspw. Fign. 1a, 4), ist die optische Achse der Sekundäroptik 18, 36 auf der Seite, die den Primäroptiken 12 zugewandt ist, parallel zu der optischen Achse mindestens einer der Linsen 18.
  • In Figur 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dabei ist die Zylinderoptik im Strahlengang zwischen den Primäroptiken 12 und der Sekundäroptik 18 als ein Zylinderreflektor 33 ausgebildet. Falls dieser eine Zylinderachse 35 aufweist, ist diese vorzugsweise im Wesentlichen horizontal ausgerichtet, d.h. sie verläuft parallel zu der Horizontalebene 11. Die Zylinderachse 35 kann auf bzw. durch die Lichtaustrittsflächen 16 der Primäroptiken 12 verlaufen. Der Reflektor 33 faltet den Strahlengang (gefalteter Strahlengang 34) in der vertikalen Mittelebene 23. Durch das Falten des Strahlengangs kann die Baulänge des Lichtmoduls 7 deutlich verkürzt werden. Durch den Zylinderreflektor 33 wird also der Strahlengang gefaltet, d.h. die optische Achse 24 des Lichtmoduls 7 abgewinkelt, so dass sich zwei in einem Winkel zueinander verlaufende Teilachsen 24a, 24b ergeben. Dies geschieht vorzugsweise in der Vertikalebene 23 (vgl. Figuren 2 und 5) oder in einer Horizontalebene 11 (vgl. Figur 3), welche die geknickte optische Achse 24a, 24b enthält. Dabei ist eine erste optische Achse 24a vorzugsweise einer der Primäroptiken 12 und eine weitere optische Achse 24b der Sekundäroptik 18 zugeordnet. Der Strahlengang wird durch den Zylinderreflektor 33 bevorzugt in einem rechten oder spitzen Winkel gefaltet.
  • Auch bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Zylinderoptik in allen Horizontalschnitten (senkrecht zu den vertikalen Helldunkelgrenzen 19a der sekundären Lichtverteilungen 19 bzw. der Streifenmatrix) keine oder allenfalls eine sehr geringe Brechkraft auf. In diesen Schnitten ist die Krümmung eines Zylinderreflektors 33 gleich Null. In den Vertikalschnitten wird die Brechkraft der Zylinderoptik dagegen maximal. Der Zylinderreflektor 33 bzw. dessen Reflexionsfläche zeigt in den Vertikalschnitten maximale Krümmungen. Der zylindrische Reflektor 33 kann ein zumindest abschnittsweise parabelförmiges Profil aufweisen. Eine horizontale Brennlinie des Zylinderreflektors 33 liegt möglichst mittig auf den Lichtaustrittsflächen 16 der Primäroptiken 12.
  • In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der Strahlengang in einer Horizontalebene 11 gefaltet wird (gefalteter Strahlengang 34). Dabei ist die Zylinderoptik als ein Zylinderreflektor 33 ausgebildet. Falls die Zylinderoptik 33 eine Zylinderachse 35 aufweist, ist diese vorzugsweise quer zu einer Winkelhalbierenden eines Winkels ausgerichtet, der durch eine einer der Primäroptiken 12 zugeordneten optische Achse 24a und eine der Sekundäroptik 18 zugeordnete optische Achse 24b aufgespannt wird. Im horizontal gefalteten Strahlengang wird die Krümmung in den Vertikalschnitten des zylinderförmigen Umlenkspiegels 33 vorzugsweise so variiert, dass die Krümmung (1/Radius) an einer den Primäroptiken 12 zugewandten Spiegelseite 33a größer ist als an einer der Sekundäroptik 18 zugewandten Seite 33b (vgl. Figur 3). Die Reflexionsfläche des Zylinderreflektors 33 soll weiterhin als Regelfläche ausgeführt sein, so dass die Krümmung in den Horizontalschnitten, bspw. in der Horizontalebene 11, weiterhin Null ist. Aus der Zylinderfläche wird also eine kegelartige Fläche, wobei eine Kegelspitze auf Seite der Primäroptiken 12 liegt. Die Krümmung in den Vertikalschnitten ist jedoch vorzugsweise nicht konstant (=Kreisbogensegment), sondern kann entlang des Profils so variiert werden, dass sich der gewünschte vertikale Beleuchtungsstärkeverlauf (vgl. die Isolux-Linien 22) in den Matrix-Lichtverteilungen 19 ergibt.
  • Das den Primäroptiken 12 nachgeordnete Optiksystem, d.h. die Zylinderoptik 30; 33 und die Sekundäroptik 18; 36 (jeweils wahlweise als Linse oder als Reflektor ausgeführt), bilden die vertikalen Grenzen zwischen benachbarten Lichtaustrittsflächen 16 des Linsenarrays 12 als vertikale Helldunkelgrenzen 19a ab. Dabei werden die vertikalen Helldunkelgrenzen 19a im Wesentlichen durch die Sekundäroptik 18; 36 erzeugt und die Zylinderoptik 30; 33 weist in den dafür maßgeblichen Horizontalschnitten im Wesentlichen keine Brechkraft auf. Dies bedeutet, dass in Horizontalschnitten durch das Optiksystem 30; 33 und 18; 36 gleiche optische Weglängen zwischen den Lichtaustrittsflächen 16 der Primäroptiken 12 und den zugeordneten Rändern (= vertikale Helldunkelgrenzen) 19a der Matrix-Lichtverteilungen 19 vorliegen. Die Lichtaustrittsfläche 18a der Projektionslinse 18 wird darüber hinaus vorzugsweise mit einer zumindest horizontal streuenden Mikrostruktur versehen.
  • Ein Zylinderreflektor 33 gemäß den Ausführungsbeispielen der Figuren 2, 3, 5 und 6 hat gegenüber anderen in den Strahlengang eingebrachten Umlenkspiegeln folgende Vorteile:
    • Der Zylinderreflektor 33 erzeugt im Gegensatz zu einem Rotationshyperboloid keine gedrehten Abbilder der Lichtquelle 10 bzw. der Licht emittierenden Fläche 17 und keine Koma. Ferner gibt es keinen negativen Einfluss auf die Objektfeldwölbung bzw. Randschärfe der Pixel 19. Die Helldunkelgrenzen 19a der Matrix-Lichtverteilungen 19 bleiben in ihrer Schärfe bzw. in ihrer definierten Unschärfe (wenn eine streuende Sekundäroptik 18 eingesetzt wird) erhalten.
    • Ein Öffnungswinkel der Strahlenbündel, welche die Primäroptiken 12 in Richtung der Sekundäroptik 18, verlassen, kann durch den Zylinderreflektor 33 in den Vertikalschnitten wesentlich reduziert werden, wodurch sich im Unterschied zu einem ebenen Umlenkspiegel die erforderliche Öffnung der Sekundäroptik 18, (Linsenhöhe bzw. Reflektorhöhe) deutlich verringert.
  • Mit Hilfe eines Zylinderreflektors 33 lassen sich also Baulänge des Lichtmoduls 7 und Bauhöhe der Sekundäroptik 18, deutlich verringern. Auf diese Weise können besonders kompakte, aber gleichzeitig effiziente Lichtmodule 7 und Scheinwerfer 1 für Kraftfahrzeuge realisiert werden. Die Erfindung bietet in den meisten Scheinwerferbauräumen Vorteile bzw. ermöglicht erst den Einbau eines Matrix-Fernlichtmoduls 7.
  • Figur 4 zeigt einen Vertikalschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lichtmodul 7, wie es bspw. in Figur 1a dargestellt ist. Es umfasst ein LED-Array 10, ein Primärlinsen-Array 12, eine Zylinderlinse 30 und eine Projektionslinse 18. Dank der Zylinderlinse 30 wird der Abstrahlwinkel der Primärlinsen 12 von Φ auf ϕ reduziert. Somit kann auch die Höhe der Projektionslinse 18 von H auf h verringert werden. Der bei der Projektionslinse 18 des erfindungsgemäßen Lichtmoduls 7 nicht mehr benötigte Teil der herkömmlichen Projektionslinse 18' des aus dem Stand der Technik bekannten Lichtmoduls ist schraffiert dargestellt. Durch das Entfernen der schraffierten Bereiche ergibt sich eine oben und unten abgeflachte Projektionslinse 18 mit einer besonders geringen Bauhöhe.
  • In Figur 5 ist ein Vertikalschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lichtmodul 7 dargestellt, wie es bspw. in Figur 2 dargestellt ist. Es umfasst ein LED-Array 10, ein Primärlinsen-Array 12, einen Zylinderreflektor 33 und eine Projektionslinse 18. Dank des Zylinderreflektors 33 wird der Abstrahlwinkel der Primärlinsen 12 reduziert und der Strahlengang abgeknickt. Somit kann auch die Höhe der Projektionslinse 18 von H auf h verringert werden. Der für die Projektionslinse 18 des erfindungsgemäßen Lichtmoduls 7 nicht mehr benötigte Teil der bekannten Projektionslinse 18' ist auch hier schraffiert dargestellt.
  • Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls 7, das ähnlich dem Beispiel aus Figur 5 ist, jedoch mit einem Reflektor 36 als Sekundäroptik. Der Reflektor 36 ist vorzugsweise als ein Parabelreflektor ausgebildet. Auch hier ist es so, dass der Zylinderreflektor 33 den Abstrahlwinkel der Primäroptiken 12 in vertikaler Richtung reduziert, so dass die Höhe der Sekundäroptik 36 gegenüber herkömmlichen Lichtmodulen ohne einen Zylinderreflektor deutlich reduziert werden kann. Der Parabelreflektor 36 bildet die mittels des
    Zylinderreflektors 33 vergrößerten primären Lichtverteilungen 15 auf der Fahrbahn (oder einem Messschirm 20) vor dem Kraftfahrzeug als sekundäre Lichtverteilungen 19 ab. Die resultierende Lichtverteilung 21 des Lichtmoduls 7 ergibt sich aus einer Überlagerung sämtlicher aktiver sekundärer Lichtverteilungen 19.
  • In den Figuren 7a und 7b sind die Abbilder der Primärlinsen 12 dargestellt, die jeweils eine infinitesimal kleine Fläche der Sekundäroptik 18; 36 entwerfen. Ohne Zylinderoptik 30, 33 würde jede Sekundärlinsenzone weitgehend gleich große und gleich orientierte Bilder der Primärlinsen 12 entwerfen. Die Bilder der verschiedenen Sekundäroptikzonen hätten also alle dieselbe Form und Größe und sind lediglich gegeneinander verschoben, um die gewünschte Lichtverteilung 19 zu erzeugen. Durch die Zylinderoptik 30, 33 werden diese Bilder nun alle in gleicher Weise vertikal auseinandergezogen (vgl. Figur 7b). Die Bilder einer infinitesimalen Optikfläche sind aufgrund der infinitesimalen Öffnung alle scharf. Figur 7a zeigt eine primäre Lichtverteilung 15 auf der angedeuteten Lichtaustrittsfläche 16 einer Primäroptik 12, insbesondere einer Sammellinse. Aus diesen ausgeleuchteten Flächen 15 erzeugt die Sekundäroptik 18, 36 die sekundären Lichtverteilungen 19, die einander ergänzen und die gewünschte resultierende Lichtverteilung 21 des Lichtmoduls 7 bilden. Durch die Zylinderoptik 30, 33 können die ausgeleuchteten Flächen 15 auf den Lichtaustrittsflächen 16 der Primäroptiken 12 in vertikaler Richtung auseinander gezogen werden (anamorphotische Vergrößerung), so dass sich ein vergrößertes Abbild 38 ergibt (vgl. Fig. 7b). Die Breite der ausgeleuchteten Flächen 15 bleibt dabei im Wesentlichen unverändert, d.h. die Breite der vergrößerten Abbilder 38 ist im Wesentlichen gleich groß wie die Breite der ausgeleuchteten Flächen 15 auf den Lichtaustrittsflächen 16 der Primäroptiken 12.

Claims (15)

  1. Lichtmodul (7) eines Scheinwerfers (1) eines Kraftfahrzeugs, umfassend
    - mehrere matrixartig neben- und/oder übereinander angeordnete, einzeln ansteuerbare Halbleiterlichtquellen (10) zum Aussenden von Licht,
    - mehrere den Halbleiterlichtquellen (10) zugeordnete matrixartig neben- und/oder übereinander angeordnete Primäroptiken (12) zum Bündeln zumindest eines Teils des von den Halbleiterlichtquellen (10) ausgesandten Lichts und zum Erzeugen einer primären Lichtverteilung (15) auf Lichtaustrittsflächen (16) der Primäroptiken (12), und
    - eine gemeinsame Sekundäroptik (18; 36) zum Abbilden der primären Lichtverteilungen (15) als sekundäre Lichtverteilungen (19) auf einer Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug derart, dass die sekundären Lichtverteilungen (19) einen Fernbereich ausleuchten, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundären Lichtverteilungen (19) von der Sekundäroptik (18; 36) erzeugte vertikale Helldunkelgrenzen (19a) aufweisen und im Strahlengang des Lichtmoduls (7) zwischen den Primäroptiken (12) und der Sekundäroptik (18; 36) eine Zylinderoptik (30; 33) angeordnet ist, die in Horizontalschnitten im Wesentlichen keine Brechkraft aufweist und in Vertikalschnitten Licht sammelnde Eigenschaften aufweist.
  2. Lichtmodul (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderoptik (30; 33) eine Zylinderachse (31; 35) aufweist, die im Wesentlichen horizontal und quer zu einer optischen Achse (24; 24b) der Sekundäroptik (18; 36) ausgerichtet ist.
  3. Lichtmodul (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderoptik (30; 33) eine Zylinderachse (31; 35) aufweist, die quer zu einer Winkelhalbierenden eines Winkels ausgerichtet ist, der durch eine optische Achse (24a) einer Primäroptik (12) und eine optische Achse (24b) der Sekundäroptik (18; 36) aufgespannt wird.
  4. Lichtmodul (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderoptik als eine Zylinderlinse (30) oder als ein Zylinderreflektor (33) ausgebildet ist.
  5. Lichtmodul (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundäroptik als eine Projektionslinse (18) oder als ein Sekundärreflektor (36) ausgebildet ist.
  6. Lichtmodul (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Primäroptiken (12) als Sammellinsen ausgebildet sind.
  7. Lichtmodul (7) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterlichtquellen (10) zwischen den Sammellinsen (12) und objektseitigen Brennpunkten (F) der Sammellinsen (12) angeordnet sind.
  8. Lichtmodul (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderoptik als ein Zylinderreflektor (33) ausgebildet ist, der derart im Strahlengang angeordnet ist, dass er den Strahlengang faltet.
  9. Lichtmodul (7) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderreflektor (33) eine optische Achse (24; 24a, 24b) des Lichtmoduls (7) in einer Horizontal- oder einer Vertikalebene faltet.
  10. Lichtmodul (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderoptik (30; 33) eine anamorphotische Vergrößerung der primären Lichtverteilungen (15) auf den Lichtaustrittsflächen (16) der Primäroptiken (12) um ein Vielfaches bewirkt.
  11. Lichtmodul (7) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundäroptik als eine Projektionslinse (18) ausgebildet ist, wobei die Projektionslinse (18) oben und/oder unten einen im Wesentlichen horizontal abgeflachten Bereich aufweist.
  12. Lichtmodul (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundäroptik (18; 36) derart ausgebildet ist, dass die von dieser auf der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug abgebildeten sekundären Lichtverteilungen (19) ohne Überlappung der sekundären Lichtverteilungen (19) unmittelbar aneinander grenzen.
  13. Lichtmodul (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundäroptik (18; 36) derart ausgebildet ist, dass die von dieser auf der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug abgebildeten sekundären Lichtverteilungen (19) nebeneinander angeordnet sind, wobei sich zumindest seitliche Bereiche zueinander benachbarter sekundärer Lichtverteilungen (19) gegenseitig überlappen.
  14. Lichtmodul (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtmodul (7) zum gezielten Deaktivieren einzelner Halbleiterlichtquellen (10) ausgebildet ist, in deren entsprechender sekundärer Lichtverteilung (19) ein anderer Verkehrsteilnehmer detektiert wurde, wobei die Deaktivierung der einzelnen Halbleiterlichtquelle(n) (10) in Abhängigkeit von einem Signal von Detektionsmitteln zur Detektion des anderen Verkehrsteilnehmers vor dem Kraftfahrzeug erfolgt.
  15. Scheinwerfer (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Gehäuse (2) mit einer durch eine transparente Abdeckscheibe (5) verschlossenen Lichtaustrittsöffnung (4) und mindestens ein in dem Gehäuse (2) angeordnetes Lichtmodul (6, 7, 8), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Lichtmodul (7) des Scheinwerfers (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
EP15150804.1A 2014-02-25 2015-01-12 Lichtmodul eines Kraftfahrzeugscheinwerfers und Scheinwerfer mit einem solchen Lichtmodul Active EP2910847B1 (de)

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