EP3070395A1

EP3070395A1 - Projektionslichtmodul für einen kraftfahrzeugscheinwerfer

Info

Publication number: EP3070395A1
Application number: EP16158169.9A
Authority: EP
Inventors: Martin Licht; Christian Buchberger
Original assignee: Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Current assignee: Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2016-03-02
Publication date: 2016-09-21
Also published as: DE102015204961A1

Abstract

Vorgestellt wird ein Projektionslichtmodul (16) für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer (10), mit einer Halbleiterlichtquelle (18) und einem transparenten Festkörper (20), der eine Lichteintrittsfläche (22), eine Lichtaustrittsfläche (24), eine spiegelnde Blendenfläche (28), und eine erste Umlenkfläche (30) aufweist, wobei die Blendenfläche in ein an der ersten Umlenkfläche umgelenktes Lichtbündel hineinragt, sodass eine Blendenkante einen ersten Teillichtstrom (34), der an der Blendenfläche vorbeigeht, von einem zweiten Teillichtstrom (36), der auf die Blendenfläche (28) trifft, trennt. Das Lichtmodul zeichnet sich dadurch aus, dass die Blendenfläche den zweiten Teillichtstrom direkt auf die Lichtaustrittsfläche richtet, und dass der Festkörper eine lichtsammelnde Ausstülpung (38) aufweist, welche die Lichteintrittsfläche (22) aufweist und welche einen sich mit zunehmenden Abstand von der Lichteintrittsfläche größer werdenden Querschnitt aufweist und welche von spiegelnden Seitenwänden (40, 42) begrenzt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Projektionslichtmodul für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solches Projektionslichtmodul ist aus der US 7,207,705 B2 bekannt.
Das bekannte Projektionslichtmodul weist eine Halbleiterlichtquelle und einen transparenten, in sich starren Festkörper auf. Der transparente Festkörper weist eine der Lichtquelle zugewandte Lichteintrittsfläche, eine Lichtaustrittsfläche, eine von einer Blendenkante begrenzte spiegelnde Blendenfläche, und eine erste Umlenkfläche auf. Die Blendenfläche ist so angeordnet, dass sie in ein an der ersten Umlenkfläche umgelenktes Lichtbündel hineinragt, sodass die Blendenkante einen ersten Teillichtstrom, der an der Blende vorbeigeht, von einem zweiten Teillichtstrom, der auf die Blendenfläche trifft, trennt.
Üblicherweise bestehen mit Leuchtdioden als Halbleiterlichtquellen ausgerüstete Projektionslichtmodule für Kraftfahrzeugscheinwerfer aus einer Platine mit einer oder mehreren Leuchtdioden, einer Vorsatzoptik, die das von der oder den Leuchtdioden ausgehende Licht sammelt und das resultierende Lichtbündel formt, einer Blende und einer Projektionslinse mit den zugehörigen Halterahmen und Befestigungen.
Die Vorsatzoptik, die Blende und die Projektionslinse sind dabei zunächst einzelne Teile, die durch die zugehörigen Halterahmen und Befestigungen, die meist als Blechprofil verwirklicht sind, in einer festen Lage zueinander zusammengehalten werden. Die einzelnen Teile müssen bei der Montage zunächst zusammengebaut und dabei zueinander justiert werden. Dies begründet einen unerwünscht hohen Arbeitsaufwand und damit verbunden auch entsprechend hohe Montagekosten. Außerdem benötigen diese Projektionslichtmodule unerwünscht viel Bauraum.
Ausgehend von diesen üblicherweise verwendeten Projektionsmodulen besteht ein Bedürfnis für weniger aufwändige und kompakte Projektionslichtmodule. In diesem Zusammenhang stellt das eingangs genannte, aus der US 7,207,705 B2 bekannte Projektionslichtmodul bereits eine mögliche technische Lösung dar, mit der dieses Bedürfnis befriedigt werden kann. Der transparente Festkörper übernimmt die Aufgabe der Lichtformung durch Brechung bei der Einkopplung und Auskopplung und Umlenkung an Reflexionsflächen und Blendenflächen.
Bei dieser bekannten Lösung ist die Seite, über die das Licht in den transparenten Festkörper eingekoppelt wird, der Fahrtrichtung zugewandt, so dass eine Flächennormale der Lichteintrittsfläche in die Fahrtrichtung weist. Diese Seite des Festkörpers weist eine konkave Ausnehmung auf, in der die Lichtaustrittsfläche der Leuchtdiode angeordnet ist. Die konkave Ausnehmung ist als Negativ der konvexen Form der Lichtaustrittsfläche der Leuchtdiode geformt. Eine den Öffnungswinkel des von der Leuchtdiode ausgehenden Lichtbündels reduzierende Brechung findet daher bei der Einkopplung nicht statt.
Leuchtdioden sind bekanntlich annähernd Lambertstrahler, die Licht in nahezu alle Richtungen eines Halbraums strahlen, was auch durch die Figuren der US 7,207,705 B2 gestützt wird. Deren erste Umlenkfläche ist gekrümmt und weist zwei Brennpunkte auf. Der eine Brennpunkt befindet sich in der Lichtaustrittsfläche der Leuchtdiode, und der andere Brennpunkt befindet sich an der Blendenkante. Die erste Umlenkfläche und die spiegelnde Blendenfläche sind mit einem reflektierenden Film belegt, der zum Beispiel aus Aluminium besteht. Mit Blick auf die Figuren der US 7,207,705 B2 ist dies offenbar erforderlich, um eine an den Reflexionsflächen unerwünschte Auskopplung zu verhindern, die bekanntlich bei kleinen Einfallswinkeln zwischen Strahl und Lot auftritt.
Eine zweite Umlenkfläche befindet sich auf der Innenseite des Festkörpers, die der Fahrtrichtung zugewandt ist. Dabei ist die zweite Umlenkfläche der Fahrtrichtung insofern zugewandt, dass ihre im transparenten Festkörper liegenden Flächennormalen eine zur Fahrtrichtung parallele Richtungskomponente besitzen. Sowohl das an der spiegelnden Blendenfläche reflektierte Teillichtbündel als auch das Teillichtbündel, das nicht auf die spiegelnde Blendenfläche einfällt und daher an der die spiegelnde Blendenfläche begrenzenden Blendenkante vorbeigeht, beleuchten die zweite Umlenkfläche und werden erst von der zweiten Umlenkfläche zur Lichtaustrittsfläche umgelenkt. Damit wird insbesondere das an der Blendenfläche reflektierte Teillichtbündel nicht direkt, sondern erst über den Umweg einer Reflexion an der zweiten Umlenkfläche zur Lichtaustrittsfläche reflektiert.
Von diesem Stand der Technik nach der US 7,207,705 B2 unterscheidet sich die vorliegende Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Danach ist die Blendenfläche so angeordnet, dass sie den zweiten Teillichtstrom direkt auf die Lichtaustrittsfläche richtet. Außerdem weist der Festkörper eine lichtsammelnde Ausstülpung auf, welche die der Lichtquelle zugewandte Lichteintrittsfläche aufweist und welche einen sich mit zunehmendem Abstand von der Lichteintrittsfläche größer werdenden Querschnitt aufweist und welche von spiegelnden Seitenwänden begrenzt wird.
Gegenüber den oben genannten, mehreren Einzelteile wie Vorsatzoptik, Blende und Projektionslinse aufweisenden üblichen Projektionslichtmodulen weist die Erfindung den Vorteil auf, dass sich Toleranzen, die bei einem Zusammenbau mehrerer Einzelteile auftreten, vermieden werden können. Es werden weniger Einzelteile benötigt. Dadurch lässt sich das Modul günstiger herstellen.
Durch die lichtsammelnde Ausstülpung, welche die der Lichtquelle zugewandte Lichteintrittsfläche aufweist und welche einen sich mit zunehmenden Abstand von der Lichteintrittsfläche größer werdenden Querschnitt und spiegelnde Seitenwände aufweist, wird der Öffnungswinkel des in den Festkörper eingekoppelten Lichtes noch vor dem Auftreffen auf die erste Umlenkfläche verringert. Im Idealfall erfolgt eine Verringerung des Öffnungswinkels soweit, dass sich ein Bündel paralleler Strahlen ergibt.
Ein solches Bündel besitzt, auch wenn seine Strahlen nicht vollständig parallel verlaufen, immer eine gewisse Ausdehnung quer zur Propagationsrichtung des Lichtes. Dies unterscheidet ein solches Bündel zum Beispiel von einem auf einen Brennpunkt fokussierten Bündel, das im Brennpunkt bei einer idealisierten Betrachtung keine Ausdehnung quer zur Propagationsrichtung besitzt.
Die Querausdehnung des die Ausstülpung verlassenden Lichtbündels erleichtert eine Aufteilung in einen ersten und einen zweiten Teillichtstrom, weil die aufteilende Blendenfläche nicht so genau positioniert sein muss wie bei einer in einem Brennpunkt erfolgenden Aufteilung. Außerdem trifft das Licht mit zumindest einander ähnlichen Winkeln zum Lot auf die erste Umlenkfläche auf, so dass die von diesen Winkeln abhängigen Reflexionsbedingungen für diese Strahlen ähnlich sind. Einzelne oder mehrere Ausstülpungen können aber auch so ausgeformt sein, dass sich an der Blendenkante eine Fokussierung ergibt, um die für ein Abblendlicht gewünschte Lichtverteilung zu erzeugen.
Durch die einander ähnlichen Winkel können die Umlenkflächen leicht so angeordnet werden, dass das auf sie einfallende Licht dort insgesamt mit einem so großen Winkel zum Lot einfällt, dass die Reflexionen weitestgehend durch interne Totalreflexionen erfolgen. Gegenüber Reflexionen an metallisch verspiegelten Grenzschichten treten dann vorteilhafterweise nur kleinere Lichtverluste auf. Dadurch, dass die Blendenfläche den zweiten Teillichtstrom direkt auf die Lichtaustrittsfläche richtet, werden Lichtverluste, die bei sonst erforderlichen weiteren Reflexionen auftreten würden, vermieden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Lichtaustrittsfläche aus einer ersten Lichtaustrittsteilfläche und einer zweiten Lichtaustrittsteilfläche besteht, durch die jeweils ein Teillichtstrom (34, 36) austritt.
Bevorzugt ist auch, dass die erste Lichtaustrittsteilfläche disjunkt zu der zweiten Lichtaustrittsteilfläche ist.
Ferner ist bevorzugt, dass die Lichteintrittsfläche eine konkave Form aufweist.
Bevorzugt ist auch, dass die erste Umlenkfläche, die Blendenfläche und die zweite Umlenkfläche als im Vertikalschnitt ebene Flächen verwirklicht sind.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens eine der folgenden Flächen: erste Umlenkfläche, Blendenfläche, und zweite Umlenkfläche eine gekrümmte Fläche ist.
Bevorzugt ist auch, dass die erste Umlenkfläche, die Blendenfläche und die zweite Umlenkfläche jeweils so gekrümmt geformt sind, dass die beiden Lichtaustrittsteilflächen zu einer ebenen oder homogen gekrümmten Lichtaustrittsfläche zusammenfallen.
Ferner ist bevorzugt, dass wenigstens ein Teil der Lichtaustrittsfläche mit einer Mikrostruktur versehen ist, welche eine Streuwirkung erzeugt.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der transparente Festkörper ein einstückig zusammenhängender Block ist.
Bevorzugt ist auch, dass der transparente Festkörper aus mehreren Einzelteilen besteht, die bei der Herstellung mit einem transparenten Kleber miteinander verbunden werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Unteransprüchen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Dabei zeigen, jeweils in schematischer Form:

Figur 1: einen Schnitt durch einen Scheinwerfer mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls;
Figur 2: eine Lichtverteilung, die aus dem ersten Teillichtstrom generiert wird;
Figur 3: eine Lichtverteilung, die aus dem zweiten Teillichtstrom generiert wird; und
Figur 4: einen Abblendlichtspot, der aus dem ersten Teillichtstrom generiert wird.

Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach vergleichbare Elemente.
Im Einzelnen zeigt die Figur 1 einen Kraftfahrzeugscheinwerfer 10 mit einem Gehäuse 12, dessen Lichtaustrittsöffnung von einer transparenten Abdeckscheibe 14 abgedeckt wird. Im Inneren des Gehäuses ist ein Projektionslichtmodul 16 angeordnet. Die dargestellte Anordnung des Scheinwerfers ergibt sich bei seiner bestimmungsgemäßen Verwendung in einen Fahrzeug. Orts- und Richtungsangaben in dieser Anmeldung beziehen sich immer auf eine solche bestimmungsgemäße Verwendung, wenn nicht ausdrücklich auf eine Abweichung von diesem Grundsatz hingewiesen wird. Die x-Richtung gibt hier eine Fahrtrichtung an, die bei Geradeausfahrt mit der Richtung einer Längsachse des Fahrzeugs übereinstimmt. Dann gibt die y-Richtung eine quer zur Fahrzeuglängsachse und parallel zum Horizont liegende Richtung und die z-Richtung eine vertikale Richtung an.
Das Projektionslichtmodul weist eine Halbleiterlichtquelle 18 und einen transparenten, in sich starren Festkörper 20 auf. Der transparente Festkörper weist eine der Lichtquelle zugewandte Lichteintrittsfläche 22, eine Lichtaustrittsfläche 24, eine von einer Blendenkante 26 begrenzte spiegelnde Blendenfläche 28, und eine erste Umlenkfläche 30 sowie eine zweite Umlenkfläche 32 auf. Die Blendenfläche ist so angeordnet, dass sie in ein an der ersten Umlenkfläche umgelenktes Lichtbündel hineinragt, sodass die Blendenkante einen ersten Teillichtstrom 34, der an der Blendenkante vorbeigeht, von einem zweiten Teillichtstrom 36, der auf die Blendenfläche trifft, trennt.
Die Lichtaustrittsfläche 24 besteht hier aus einer ersten Lichtaustrittsteilfläche 24.1 und einer zweiten Lichtaustrittsteilfläche 24.2. Die beiden Lichtaustrittsteilflächen sind hier durch eine zwischen ihnen liegende Struktur voneinander getrennt. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Ein Vorteil der strukturellen Trennung besteht darin, dass die beiden Teilflächen 24.1 und 24.2 unterschiedlich geformt sein können, um das austretende Licht jeweils unterschiedlich zu formen. Die beiden Teilflächen 24.1 und 24.2 können insbesondere unterschiedliche Krümmungsradien aufweisen. Die beiden Lichtaustrittsteilflächen sind hier durch eine zwischen ihnen liegende Vertiefung 37 voneinander getrennt. Eine Vertiefung, Stufe oder Kante ergibt sich gewissermaßen automatisch zwischen den beiden Lichtaustrittsteilflächen, wenn diese unterschiedlich gekrümmt sind. Der transparente Festkörper besteht bevorzugt aus Glas, PC, PMMA oder einem anderen transparenten Material.
Die Blendenfläche ist ferner so angeordnet, dass sie den zweiten Teillichtstrom direkt auf die Lichtaustrittsfläche richtet. Der transparente Festkörper weist eine lichtsammelnde Ausstülpung 38 auf, welche die der Lichtquelle zugewandte Lichteintrittsfläche 22 aufweist und welche einen sich mit zunehmenden Abstand von der Lichteintrittsfläche größer werdenden Querschnitt aufweist und welche von spiegelnden Seitenwänden 40, 42 begrenzt wird. Wenn die Seitenwände eine spiegelnde Beschichtung, zum Beispiel eine Lackierung oder eine metallische Beschichtung aufweisen, erzeugt diese die erwünschte Spiegelwirkung. In einer alternativen Ausgestaltung ergibt sich die erwünschte lichtsammelnde Wirkung durch interne Totalreflexionen. Der Querschnitt liegt senkrecht zu der Hauptausbreitungsrichtung des Lichtes in der Ausstülpung und damit mit den Richtungsangaben der Figur 1 in einer y-z-Ebene. Bei einer Einzel-LED als Lichtquelle können die Flächen auch als eine rotationsymmetrische, insbesondere rotationsparaboloide Fläche dargestellt werden.
Die Halbleiterlichtquelle ist bevorzugt eine weißes Licht emittierende Leuchtdiode. Die Lichteintrittsfläche weist eine konkave Form auf. Dadurch kann ein großer Anteil des Lichtes, das von der Halbleiterlichtquelle in den vor der Halbleiterlichtquelle liegenden Halbraum emittiert wird, in die lichtsammelnde Ausstülpung eingekoppelt werden. In einer anderen Ausgestaltung ist die Lichteintrittsfläche der Ausstülpung als Vorsatzoptik geformt, so dass sie einen zentralen Sammellinsenabschnitt, lichtbrechende innere Seitenwände und äußere Seitenwände aufweist, an denen über die inneren Seitenwände eingetretenes Licht sammelnde Reflexionen erfährt. Jedes Lichtmodul weist bevorzugt mehrere Halbleiterlichtquellen auf, die in einer zur Zeichnungsebene der Figur 1 senkrechten Richtung nebeneinander liegen.
Die lichtsammelnde Ausstülpung geht in einem Übergangsbereich in den übrigen transparenten Festkörper über und erstreckt sich insofern zwischen ihrer Lichteintrittsfläche und dem Übergangsbereich getrennt von dem übrigen Festkörper. Der Übergangsbereich ist bei den Richtungsangaben der Figur 1 eine in der y-z-Ebene liegende Fläche, die in x-Richtung dort liegt, wo sich der Querschnitt des Ausstülpungsbereichs, in dem das Licht nur entgegengesetzt zur x-Richtung propagiert, zu einem größeren Querschnitt des transparenten Festkörpers erweitert, in dem Licht auch in der x-Richtung propagiert. Wenn mehrere Ausstülpungen vorhanden sind, gibt es für jede Ausstülpung eine solche Fläche. Die Flächen müssen nicht in einer gemeinsamen Ebene liegen, sondern können versetzt zueinander angeordnet sein. Dies kann sich insbesondere bei unterschiedlich langen Ausstülpungen ergeben.
Die Ausstülpung erstreckt sich längs der Hauptabstrahlrichtung des über die Lichteintrittsfläche eingekoppelten Lichtes und stellt einen aus dem übrigen transparenten Festkörper herausragenden Vorsprung dar.
Die Ausstülpung weist eine Schmalseite und zwei Längsseiten auf. Die Lichteintrittsfläche 22 liegt in der Schmalseite. Die spiegelnden Seitenwände 40, 42 sind mit den Längsseiten identisch. Die Seitenwände erstrecken entlang einer Hauptausbreitungsrichtung des über die Lichteintrittsfläche eingekoppelten Lichtes, das nach der Einkopplung noch keine Umlenkung erfahren hat.
Quer zu dieser Hauptausbreitungsrichtung ist die Ausstülpung nur so breit, dass sie die Ausdehnung des über die Lichteintrittsfläche eingekoppelten Lichtbündels durch an den Seitenwänden 40, 42 erfolgenden Reflexionen begrenzt. Eine Begrenzung erfolgt dabei insbesondere und bevorzugt über interne Totalreflexionen an den Abschnitten der Seitenwände 40, 42, in denen die Querschnittsfläche der Ausstülpung zunimmt größer wird. Aufgrund des Reflexionsgesetzes ergibt sich bei Reflexionen, die unter diesen Bedingungen stattfinden, eine Verringerung des Öffnungswinkels des Lichtbündels, was im Folgenden auch als Parallelisierung bezeichnet wird.
Im Folgenden werden funktionale Aspekte der beschriebenen Struktur dargestellt: Das Licht jeweils einer Halbleiterlichtquelle wird durch jeweils eine lichtquellenindividuelle Ausstülpung in den transparenten Festkörper eingekoppelt.
An der ersten Umlenkfläche 30 wird das von der Ausstülpung vorgeformte, parallelisierte Lichtbündel in eine Richtung umgelenkt, die quer zur Hauptausbreitungsrichtung vor der Umlenkung liegt. Die erste Umlenkfläche ist bevorzugt eine Grenzfläche, an der interne Totalreflexionen auftreten und die daher nicht mit einer spiegelnden Beschichtung versehen ist. Bevorzugt wird die Hauptausbreitungsrichtung des Lichtes dabei um 70° bis 110°, insbesondere bevorzugt um 80° bis 100° geändert.
Da das auf die erste Reflexionsfläche auftreffende Licht durch die Ausstülpungsoptik eine Parallelisierung erfahren hat, weisen die auf die erste Reflexionsfläche einfallenden Strahlen alle ähnliche Einfallswinkel von ca. 45° auf. Bei diesem Einfallswinkel wird ein hoher Anteil am einfallenden Licht reflektiert, und es wird nur ein kleiner Anteil transmittiert, so dass sich dort insgesamt nur kleine Lichtverluste ergeben. Eine Konzentration des Lichtes auf die Blendenkante erfolgt bevorzugt über die lichtbündelformende Gestaltung der Ausstülpung 38. Alternativ oder ergänzend erfolgt die Konzentration durch eine entsprechend lichtbündelnde Gestalt der Umlenkfläche 30.
Die von der Blendenkante 26 begrenzte spiegelnde Blendenfläche 28, die bevorzugt ebenfalls eine TIR-Grenzfläche ist (TIR = total internal reflection), ist so angeordnet, dass sie in das an der ersten Umlenkfläche umgelenkte Lichtbündel hineinragt. Sie ragt insbesondere so weit in das umgelenkte Lichtbündel hinein, dass die Blendenkante 26 den ersten Teillichtstrom 34, der an der Blendenkante vorbeigeht, von dem zweiten Teillichtstrom 36 trennt, der auf die Blendenfläche trifft. Dabei ist die Blendenfläche ferner relativ zu der Lichtaustrittsfläche 24 so angeordnet, dass sie den zweiten Teillichtstrom 36 direkt auf die Lichtaustrittsfläche richtet.
Dabei wird nicht die gesamte Lichtaustrittsfläche 24, sondern nur die zweite Lichtaustrittteilfläche 24.2 mit dem zweiten Teillichtstrom 36 beleuchtet. Unter einer direkten Ausrichtung wird dabei verstanden, dass der zweite Teillichtstrom 36 auf geradem Wege von der Blendenfläche 28 zur Lichtaustrittsfläche 24 propagiert, ohne dazwischen weitere Richtungsänderungen zu erfahren.
Die zweite Umlenkfläche 32, die bevorzugt ebenfalls eine TIR-Grenzfläche des transparenten Festkörpers 20 ist, ist im Lichtweg des ersten Teillichtstroms 34 so angeordnet, dass sie mit dem ersten Teillichtstrom 34 einfallendes Licht auf die erste Lichtaustrittsteilfläche 24.1 richtet. Die erste Lichtaustrittsteilfläche 24.1 ist in der dargestellten Ausgestaltung disjunkt zu der zweiten Lichtaustrittsteilfläche 24.2, so dass die beiden Teilflächen 24.1, 24.2 der Lichtaustrittsfläche 24 keine Überschneidung aufweisen.
Die zweite Umlenkfläche 32 und die erste Lichtaustrittsteilfläche 24.1 sind in einer bevorzugten Ausgestaltung so geformt, dass sie die Blendenkante 26 der Blendenfläche 28 als scharfe Hell-Dunkel-Grenze in der Lichtverteilung abbilden, die das aus dem transparenten Festkörper 20 über dessen Lichtaustrittsfläche 24 austretende Licht im Vorfeld des Lichtmoduls erzeugt.
Die zweite Lichtaustrittsteilfläche 24.2 ist bevorzugt zylinderähnlich so geformt, dass das über diese zweite Lichtaustrittsteilfläche austretende Licht eine in horizontaler Richtung aufgeweitete Lichtverteilung erzeugt. Die horizontale Richtung liegt beim Gegenstand der Figur 1 senkrecht zur Zeichnungsebene und entspricht dort der y-Richtung. Diese Lichtverteilung besitzt bevorzugt eine etwas weniger scharfe Hell-Dunkel-Grenze.
Figur 2 zeigt eine Lichtverteilung, die aus dem ersten Teillichtstrom 34 generiert wird, der aus der ersten Lichtaustrittsteilfläche 24.1 austritt. Die Blendenkante 26 wird dabei durch das Zusammenwirken der zweiten Umlenkfläche 32 und der ersten Lichtaustrittsteilfläche 24.1 in der Lichtverteilung scharf als Hell-Dunkel-Grenze 25 abgebildet. Die geschlossenen Kurvenzüge sind dabei jeweils Linien gleicher Helligkeit (Isolux-Linien). Dies gilt analog für die in den Figuren 3 und 4 abgebildeten Lichtverteilungen, die sich, wie auch die Lichtverteilung gemäß der Figur 2, im Vorfeld des Scheinwerfers auf einem senkrecht und quer zur stehenden Schirm ergeben. In den Figuren 2 bis 4 steht H für die Höhe des Horizonts und V für eine Vertikale, welche den Horizont etwa in einer Verlängerung des Hauptabstrahlrichtung des Lichtmoduls schneidet. Die scharfe Hell-Dunkel-Grenze 25 liegt jeweils etwa auf der Höhe des Horizonts.
Figur 3 zeigt eine Lichtverteilung, die aus dem zweiten Teillichtstrom 36, der über die zweite Lichtaustrittsteilfläche 24.2 aus dem transparenten Festkörper austritt, generiert wird. Es handelt sich dabei um eine in horizontaler Richtung aufgeweitete Lichtverteilung mit weniger scharfer Hell-Dunkel-Grenze. Eine solche Lichtverteilung eignet sich insbesondere als breite Grundlichtverteilung, die durch einen schmäleren Abblendlichtspot, wie er in der Figur 2 dargestellt ist, ergänzt wird. Diese Grundlichtverteilung liegt unterhalb des Horizonts.
Die Figur 4 zeigt einen Abblendlichtspot, der aus dem ersten Teillichtstrom 34 generiert wird, der aus der ersten Lichtaustrittsteilfläche 24.1 austritt. Die Blendenkante 26 wird dabei durch das Zusammenwirken der zweiten Umlenkfläche 32 und der ersten Lichtaustrittsteilfläche 24.1 in der Lichtverteilung scharf abgebildet. Im Unterschied zu der Figur 2 weist die Blendenkante hier in der zur Zeichnungsebene der Figur 1 senkrechten Richtung einen Knick auf. Auf diese Weise wird ein Abblendlichtspot mit einer asymmetrischen Lichtverteilung erzeugt. Auch dieser Abblendlichtspot wird im Betrieb des Lichtmoduls bevorzugt durch die Grundlichtverteilung aus der Figur 3 zu einer Summenlichtverteilung ergänzt.
Es ist in einer weiteren Ausgestaltung auch möglich, dass eine Lichtverteilung, wie sie in der Figur 2 dargestellt ist, aus dem zweiten Teillichtstrom 36 und der zweiten Lichtaustrittsteilfläche 24.2 im unteren Teil der Lichtaustrittsfläche (also mit Hell-Dunkel-Grenze) generiert wird.
Analog kann die in der Figur 3 dargestellte Lichtverteilung bei der weiteren Ausgestaltung auch aus dem ersten Teillichtstrom 34 und der ersten Lichtaustrittsteilfläche 24.1 generiert werden.
Dies gilt analog für die in der Figur 4 gezeigte, einen asymmetrischen Abblendlichtspot bildende Lichtverteilung. Diese Lichtverteilung kann auch aus dem zweiten Teillichtstrom 36 und der zweiten Lichtaustrittsteilfläche 24.2 erzeugt werden.
Wesentlich ist bei jeder Ausgestaltung, dass das in den Vorsprung, respektive die Ausstülpung 38 eingekoppelte Licht durch die Parallelisierung und Bündelung und die in das parallelisierte Licht hineinragende Blendenfläche 28 in zwei Teillichtströme 35, 36 aufgespalten wird. Dabei wird eine größtmögliche Fokusierung an der Blendenkante angestrebt, ohne dass die Divergenz (der Öffnungswinkel) des Lichtbündels zu groß wird, um zu verhindern, dass aufgrund nicht mehr vorhandener interner Totalreflexion zuviel Lichtstrom an der ersten Umlenkfläche verloren geht. Ganz allgemein gilt, dass sich mit Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Projektionslichtmoduls zwei voneinander verschiedene Teillichtverteilungen erzeugen lassen, wobei jede der beiden Teillichtverteilungen dann durch individuelle Teile des transparenten Festköpers gebildet werden.
Dabei ist zum Beispiel eine Aufteilung in eine breite Grundlichtverteilung, wie sie in der Figur 3 dargestellt ist, und einen Abblendlichtspot möglich, wie er sowohl durch die Figur 2 als auch durch die Figur 4 gezeigt wird.
Die Figur 1 zeigt insbesondere eine Struktur, die eine Aufteilung auf zwei Teillichtverteilungen bewirkt, die sich in vertikaler Richtung ergänzen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der transparente Festkörper alternativ oder ergänzend zu einer solchen Aufteilung in einer vertikalen Richtung eine Aufteilung in mindesten drei vertikal zueinander versetzt aus der Lichtaustrittsfläche austretende Teillichtströme auf. Die dafür verwendeten Blendenflächen und Blendekanten verlaufen im Wesentlichen (d.h. abgesehen von Knicken oder Stufen zur Erzeugung eines asymmetrischen Abblendlichtes) horizontal.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der transparente Festkörper alternativ oder ergänzend zu einer solchen Teilung durch bei bestimmungsgemäßer Verwendung horizontal verlaufende Blendenflächen und Blendenkanten eine Aufteilung in mindesten zwei horizontal nebeneinander aus der Lichtaustrittsfläche austretende Teillichtströme auf. Eine solche Aufteilung wird analog zu der unter Bezug auf die Figuren 1 bis 4 beschrieben Aufteilung durch bei bestimmungsgemäßer Verwendung vertikal verlaufende Blendenflächen und Blendenkanten erzeugt.
Ferner kann in einen transparenten Festkörper der beschriebenen Art auch Licht mehrerer Lichtquellen eingekoppelt werden, die jeweils mit Hilfe vertikal und/oder horizontaler Blendenflächen und Blendenkanten voneinander getrennt verlaufende Teillichtströme erzeugen. Durch Einschalten und Ausschalten einzelner Lichtquellen kann die resultierende Gesamtlichtverteilung verändert werden.
In der Ausgestaltung, die in der Figur 1 dargestellt ist, sind die erste Umlenkfläche, die Blendenfläche und die zweite Umlenkfläche als zumindest im dargestellten Vertikalschnitt ebene Flächen verwirklicht.
In einer Ausgestaltung ist wenigstens eine dieser Flächen eine gekrümmte Fläche, welche das von ihr ausgehende Lichtbündel nicht nur auf die Lichtaustrittsfläche richtet, sondern welche das Lichtbündel auch in geeigneter Weise formt, um zum Beispiel zusammen mit einer durch die Lichtaustrittsfläche erfolgenden weiteren Formung des Lichtbündels eine regelkonforme Lichtverteilung zu erzeugen.
Eine weitere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Umlenkfläche, die Blendenfläche und die zweite Umlenkfläche jeweils so gekrümmt geformt sind, dass die beiden Lichtaustrittsteilflächen zu einer ebenen oder homogen gekrümmten Lichtaustrittsfläche zusammenfallen. Dabei wird unter einer homogenen Krümmung eine Krümmung verstanden, die ihr Vorzeichen nicht wechselt, also entweder durchgehend konkav oder durchgehend konvex ist und die keine sprungartigen Veränderungen ihres Betrages aufweist (abgesehen von einem äußeren Rand der Lichtaustrittsfläche).
Eine weitere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens ein Teil der Lichtaustrittsfläche 24 mit einer Mikrostruktur versehen ist, welche eine gezielte zusätzliche Streuwirkung erzeugt, um zum Beispiel ein regelkonformes Overheadlicht zu erzeugen, mit dem Schilder ausreichend hell beleuchtet werden, ohne dass dabei andere Verkehrsteilnehmer geblendet werden.
Der transparente Festkörper ist in einer Ausgestaltung ein einstückig zusammenhängender Block. In einer alternativen Ausgestaltung besteht der transparente Festkörper aus mehreren Einzelteilen, die bei der Herstellung zum Beispiel mit einem transparenten Kleber miteinander verbunden werden. Dies ergibt kürzere Prozesszeiten und genauere Flächen bei der Herstellung, da die Abkühlungszeit von durch Spritzgießen hergestellten Teilen des transparenten Festkörpers kürzer ist als die lange Abkühlungszeit eines in einem Stück durch Spritzgießen hergestellten Blockes.
Außerdem ergibt sich beim Zusammenfügen der einzelnen Teile des Festkörpers eine Justagemöglichkeit, was einen weiteren Vorteil darstellen kann. In der Figur 1 ist eine Trennfläche 44 dargestellt, längs der eine obere Hälfte mit einer unteren Hälfte des transparenten Festkörpers zusammengefügt ist.
Um einer unerwünschte Beleuchtung der ersten Lichtaustrittsteilfläche durch von der ersten Umlenkfläche und/oder der Blendefläche her ungewollt einfallendes Licht zu verhindern, sieht eine weitere Ausgestaltung eine horizontalen Einschnitt vor. Der Einschnitt geht von der Vertiefung 37 in der Figur 1, die dort die beiden Lichtaustrittsteilflächen 24.1 und 24.2 voneinander trennt, aus und erstreckt sich soweit nach hinten, also zu der der Lichtaustrittsfläche 24 abgewandten Rückseite des transparenten Festkörpers, dass der von der ersten Umlenkfläche zur zweiten Umlenkfläche gerichtete Teillichtstrom noch nicht abgeschattet wird.
In der Figur 1 ist ein Punkt 46 dargestellt, der ein mögliches Ende eines solchen Einschnitts markiert. Anstelle eines Einschnittes ist auch eine intransparente Schicht denkbar, wenn der transparente Festkörper entlang dieser Fläche aus Einzelteilen zusammengefügt wird. In diesem Fall erstreckt sich die intransparente Schicht zum Beispiel vom Einschnitt 37 bis zum Punkt 46.
Die Erfindung erlaubt es im Prinzip, sämtliche Reflexionen, die in dem transparenten Festkörper auftreten, seien es Reflexionen innerhalb der Ausstülpung (respektive des Vorsprungs) und/oder Reflexionen an der ersten Umlenkfläche, und/oder Reflexionen an der Blendenfläche und/oder Reflexionen an der zweiten Umlenkfläche, als interne Totalreflexionen stattfinden zu lassen.
Trotzdem kann es durch eine unerwünschte Oberflächenrauheit und/oder eine nicht ausreichende Parallelisierung des Lichtes in der Ausstülpung dazu kommen, dass ein Teil des auf die genannten Flächen auftreffenden Lichtes dort keine internen Totalreflexionen erfährt. Um eine unerwünschte Transmission von solchem Licht durch die genannten Flächen, die Grenzflächen des transparenten Festkörpers sind, zu verhindern, sieht eine Ausgestaltung eine vollständige oder auch nur Teilbereichen erfolgende Verspiegelung dieser Grenzflächen durch Aufbringen einer reflektierenden Lackschicht oder Metallschicht vor.
Eine weitere Ausgestaltung betrifft die Erzeugung der Blendenkante. Um eine genaue Lage der Blendenkante zu erzielen, wird in einer Ausgestaltung eines Fertigungsverfahrens, mit dem der transparente Festkörper erzeugt wird, zunächst der transparente Festkörper ohne diese Kante erzeugt. Dann wird der transparente Festkörper vermessen, und es wird zusätzliches transparentes Füllmaterial dort aufgebracht, wo die Blendenkante liegen soll. Dadurch kann eine hochgenaue Lage der Blendenkante erzielt werden.

Claims

Projektionslichtmodul (16) für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer (10), welches Lichtmodul (16) eine Halbleiterlichtquelle (18) und einen transparenten, in sich starren Festkörper (20) aufweist, wobei der transparente Festkörper aufweist: eine der Lichtquelle (18) zugewandte Lichteintrittsfläche (22), eine Lichtaustrittsfläche (24), eine von einer Blendenkante (26) begrenzte spiegelnde Blendenfläche (28), und eine erste Umlenkfläche (30), wobei die Blendenfläche so angeordnet ist, dass sie in ein an der ersten Umlenkfläche umgelenktes Lichtbündel hineinragt, sodass die Blendenkante einen ersten Teillichtstrom (34), der an der Blendenfläche vorbeigeht, von einem zweiten Teillichtstrom (36), der auf die Blendenfläche (28) trifft, trennt, dadurch gekennzeichnet, dass die Blendenfläche so angeordnet ist, dass sie den zweiten Teillichtstrom direkt auf die Lichtaustrittsfläche richtet, und dass der Festkörper eine lichtsammelnde Ausstülpung (38) aufweist, welche die der Lichtquelle (18) zugewandte Lichteintrittsfläche (22) aufweist und welche einen sich mit zunehmenden Abstand von der Lichteintrittsfläche größer werdenden Querschnitt aufweist und welche von spiegelnden Seitenwänden (40, 42) begrenzt wird.
Lichtmodul (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtaustrittsfläche (24) aus einer ersten Lichtaustrittsteilfläche (24.1) und einer zweiten Lichtaustrittsteilfläche (24.2) besteht.
Lichtmodul (16) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lichtaustrittsteilfläche (24.1) disjunkt zu der zweiten Lichtaustrittsteilfläche (24.2) ist.
Lichtmodul (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteintrittsfläche (22) eine konkave Form aufweist.
Lichtmodul (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zweite Umlenkfläche (32), die im Lichtweg des ersten Teillichtstroms (34) so angeordnet ist, dass sie mit dem ersten Teillichtstrom (34) einfallendes Licht auf die erste Lichtaustrittsteilfläche (24.1) richtet.
Lichtmodul (16) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Umlenkfläche (30), die Blendenfläche (28) und die zweite Umlenkfläche (32)als im Vertikalschnitt ebene Flächen verwirklicht sind.
Lichtmodul (16) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der folgenden Flächen: erste Umlenkfläche (30), Blendenfläche (28), und zweite Umlenkfläche (32) eine gekrümmte Fläche ist.
Lichtmodul (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Lichtaustrittsfläche (24) mit einer Mikrostruktur versehen ist, welche eine Streuwirkung erzeugt.
Lichtmodul (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der transparente Festkörper (20) ein einstückig zusammenhängender Block ist.
Lichtmodul (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der transparente Festkörper (20) aus mehreren Einzelteilen besteht, die bei der Herstellung mit einem transparenten Kleber miteinander verbunden werden.