EP3350505B1 - Lichtquellen-anordnung in einem pixellicht-lichtmodul - Google Patents

Lichtquellen-anordnung in einem pixellicht-lichtmodul Download PDF

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EP3350505B1
EP3350505B1 EP16766219.6A EP16766219A EP3350505B1 EP 3350505 B1 EP3350505 B1 EP 3350505B1 EP 16766219 A EP16766219 A EP 16766219A EP 3350505 B1 EP3350505 B1 EP 3350505B1
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light
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light sources
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lighting
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    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to a lighting device for a headlamp, in particular a motor vehicle headlamp, comprising a plurality of juxtaposed in rows light sources forming a light field, and a light guide device with a plurality of light guide elements, each light guide element is associated with a light source, each light guide element depending a light input surface for coupling the light emitted by the respective light source and a respective light exit surface, wherein the light guide elements are arranged in at least two superimposed rectilinear rows, and wherein the light guide elements of the bottom row are formed as high-beam light guide elements and form a high beam row.
  • Such lighting units which are also referred to as pixel light modules are common in vehicle construction (see WO 2014/032071 A1 ) and are used, for example, the imaging of glare-free high beam by the light is usually emitted from a plurality of artificial light sources and is bundled by a corresponding plurality of juxtaposed light guides (intent optics / primary optics) in the direction of radiation.
  • the light guides have a relatively small cross-section and therefore emit the light of the individual light sources each associated with very concentrated in the emission direction.
  • Pixel light lamps are very flexible in terms of light distribution, since for each pixel, ie for each light guide, the illuminance can be controlled individually and arbitrary light distributions can be realized.
  • the concentrated radiation of the light guides is desired, for example, to comply with legal requirements regarding the light-dark line of a motor vehicle headlight or implement adaptive flexible Ausblendszenarien, on the other hand, this creates disturbing inhomogeneities in areas of the light image in which a uniform, concentrated and directed illumination desired is.
  • the DE 10 2008 044 968 A1 discloses a lighting device having a plurality of light sources arranged on a luminous area, which form a light-emitting diode array which consists of a plurality of light sources Lines linearly arranged side by side LEDs, wherein a center distance of adjacent light sources in at least one edge region of the luminous area is greater than in a central region of the luminous surface.
  • the DE 10 2008 044 968 A1 The object of the invention is to reduce the total number of light sources required and thus also the production costs.
  • the DE 10 2009 020 619 A1 discloses a lighting device having a plurality of light-emitting diodes, which form a light-emitting diode array, which is formed from at least two rows of linearly arranged side by side light-emitting diodes, wherein a first line has light-emitting LEDs than at least one second row.
  • the DE 10 2012 108 309 A1 describes a headlight for vehicles with multiple groups of LED light sources and with multiple optical units of different imaging characteristics.
  • a two-dimensional row-shaped arrangement of the light sources for example light-emitting diodes (LEDs)
  • LEDs light-emitting diodes
  • the regulation of the illuminance is effected, for example, in the case of LEDs by default by pulse width modulation of the operating current, with which a temporally average different energization of the light source can be achieved.
  • the LEDs are energized more strongly in the central area than at the edge, which is why the maximum of the light distribution is in the middle.
  • the lower current applied to the edge region can lead to inhomogeneities, typically in the form of dark stripes in the edge regions, occurring between the rows of the light distribution.
  • the inhomogeneities between the high beam and the asymmetric series are usually particularly pronounced.
  • the invention which is based on a targeted positioning of the light sources in the edge regions of the luminous field, the described inhomogeneities in the edge regions can be reduced.
  • the invention therefore represents a technically simple and cost-effective measure to locally influence the light distribution in pixel light illumination devices and thus to realize a more homogeneous light distribution in the edge regions of the light field.
  • the light sources of the high beam row which image the outer regions (edge regions) of the light distribution, are displaced slightly in the direction of the row adjacent to the top.
  • the light sources in the center of the light distribution keep a greater distance from each other, as a result, a greater height of the high beam distribution can be achieved.
  • This shift can be designed differently from the central region (no displacement) outwards into the respective edge regions (largest displacement).
  • up and “down” and “above” and “below” as used herein in relation to the arrangement of the rows of light guide elements and light sources refers to the arrangement of the rows in the mounted state of the pixel light module in FIG a headlight.
  • the high beam row is always the lowest row when mounted; in the photo, i. with downstream imaging optics, the high beam row then forms the uppermost light distribution.
  • the distance between the light sources of the high beam row and the overlying row becomes smaller towards the edge area.
  • the vertical distance between the light sources of the high beam row and the light sources of the upwardly adjacent row is smaller only in a lateral edge region of the luminous field than in a central region of the luminous field.
  • the vertical distance between the light sources of the high beam row and the light sources of the upwardly adjacent row in both lateral edge regions of the luminous field is smaller than in the central region of the luminous field.
  • the vertical distance between the light sources of the high beam row and the light sources of the row adjacent to the top gradually decreases from at least one of the edge areas, starting from the central area.
  • the light input surfaces of the light guide elements are generally larger than the areas of the respective light sources (e.g., chip area of the LEDs).
  • the light sources are basically positioned so that they couple the light in the center of the light coupling surface of the respective light guide element.
  • the light sources of the high beam row which are arranged in the central region of the light field, are positioned so that they couple the light in the center of the light coupling surface of the respective light guide element. All the light sources of the remaining rows advantageously couple the light into the center of the light coupling surface of the respective light guide element.
  • the horizontal spacing of adjacent light sources in at least one of the edge regions of the light field increases towards the row edge.
  • the horizontal distance between adjacent light sources in only one edge region increases toward the row edge.
  • the horizontal distance between adjacent light sources in both edge regions increases toward the row edge.
  • the light sources can be arranged either symmetrically or asymmetrically with respect to an optical axis.
  • the construction of a lighting device for pixel light is particularly efficient when the light guide elements are arranged in exactly three rows arranged one above the other, which together form a high beam distribution.
  • the top row may be formed as a front row row, the middle row as an asymmetrical row and the bottom row as a high beam row.
  • the light guide elements of the rows are preferably arranged as close as possible to each other, whereby inhomogeneities in the photograph can be further reduced.
  • the light exit surfaces of the individual light guide elements can therefore be part of a common light exit surface, wherein the individual light exit surfaces adjoin one another.
  • the common light exit surface is typically a curved surface, usually following the Petzval surface of the imaging optics (e.g., an imaging lens).
  • the imaging optics e.g., an imaging lens
  • the light sources are expediently light-emitting diodes (LEDs), which are preferably individually controllable.
  • LEDs are expediently light-emitting diodes (LEDs), which are preferably individually controllable.
  • these are Oslon Compact LEDs with light-emitting areas of 0.5 x 0.5 mm 2 .
  • the light guide elements are designed as light-guiding elements.
  • the basic structure of light-guiding elements and attachment optics for pixel light lighting devices for headlights is known per se.
  • the light-guiding elements are made, for example, of plastic, glass or any other suitable materials for light transmission.
  • the light guide elements are made of a silicone material.
  • the light-guiding elements are typically embodied as a solid body, and preferably consist of a single continuous optical medium, wherein the light conduit takes place within this medium (optimized for the use of total reflection at the light guide surfaces).
  • the light-guiding elements have typically a substantially square or rectangular cross-section and usually widen in a conventional manner in the light emission direction.
  • the light guide elements may be formed as a hollow body with inner boundary surfaces, wherein the boundary surfaces are parallel to the direction of light propagation and reflective or mirrored executed.
  • the lighting device has an imaging optical unit downstream of the light-guiding device in the emission direction (for example a projection lens or a system of several lenses).
  • the imaging optics may comprise one or more optical lenses in a manner known per se.
  • Another object of the invention relates to a headlamp, in particular a motor vehicle headlamp, which comprises a lighting device according to the invention as disclosed herein. Headlights of this type are also referred to as pixel light.
  • Fig. 1a shows an arrangement of light sources 100 (LEDs 100) in a pixel light-emitting device 10 according to the prior art.
  • the lighting device 10 is in Fig. 4 Which is a perspective view of the edge region is shown.
  • the optical attachment 104 comprises light-guiding elements 101a, 102a, 103a, which are arranged in three rectilinear rows 111, 112, 113 and extend on the radiating side to a common end plate 105.
  • the end plate 105 is limited on the emission side by a light exit surface 106, wherein the non-illustrated light exit surfaces of the individual light guide elements are each part of the common light exit surface 106, wherein individual light exit surfaces of the light guide 101a, 102a, 103a adjacent to each other in a conventional manner.
  • the common light exit surface 106 is typically a curved surface, which usually follows the Petzval surface of a downstream imaging optics (eg, an imaging lens) (not shown). For certain applications, deliberate deviations in the curvature of the common light exit surface 106 can also be used in order to additionally use aberrations for light homogenization in the edge region.
  • Each light-guiding element 101a, 102a, 103a is each assigned an LED light source 100.
  • the light input surfaces 101b, 102b, 103b of the light guide elements 101a, 102a, 103a are larger than the areas of the respective light sources 100 (eg, chip area of the LEDs).
  • the light sources 100 are positioned in the lighting device 10 so that they couple the light in the center of the light coupling surface 101b, 102b, 103b of the respective light guide.
  • the upper row is formed as a front row row 111 consisting of a plurality of apron light-guiding elements 101a.
  • the middle row is formed as an asymmetry row 112 consisting of a plurality of asymmetry light guide elements 102a
  • the lower row is formed as a high beam row 113 consisting of a plurality of high-beam light guide elements 103a.
  • the light guide elements 101a, 102a, 103a are funnel-shaped, wherein those of the high-beam light guide elements 103a, a larger cross-section in the direction of the light exit surface than those of the asymmetry 112th to have. For this reason, the pixels of the asymmetry row 112 have a higher luminance than those of the high-beam row 113.
  • the light sources 100 of the lighting arrangement 10 are arranged in a 3 * 28 pixel arrangement in a total of three linear LED rows 101, 102, 103 of 28 LEDs / row and form a light field 109.
  • the LEDs 100 are mounted in a conventional manner on a circuit board, not shown. Shown are the light-emitting surfaces in a regular arrangement.
  • the respective vertical distance between the LEDs 100 of the individual rows 101, 102, 103 is always constant, ie that the LEDs of one row of the LEDs of an adjacent row always have the same vertical spacing.
  • the illuminance can be controlled individually, which is why arbitrary light distributions can be realized. Referring to Fig. 1a and Fig.
  • the uppermost LED row 101 couples the light into the light guide elements 101a of the apron row 111.
  • the middle LED row 102 couples the light into the light guide elements 102a of the asymmetry row 112.
  • the lowermost LED row 103 couples the light into the light guide elements 103a of the high-beam row 113.
  • the apron row 111, the asymmetric row 112 and the high-beam row 113 together form a high-beam distribution in the activated state.
  • the LEDs 100 are energized to a greater extent in a central region 107 than in the peripheral regions 108 to the left and right of the central region 107, which is why the maximum of the light distribution lies in the central region 107.
  • the lower energization in the edge regions 108 may result in inhomogeneities, typically in the form of dark stripes in the edge regions 108, occurring between the rows of light distribution.
  • the inhomogeneities between the high-beam row 113 and the asymmetrical row 112 are usually particularly pronounced.
  • Fig. 1b shows an arrangement of LED light sources 200 in a pixel light-emitting device 20 according to the invention (see also Fig. 2 ).
  • the lighting device 20 is in the Fig. 2 showing a perspective view of a lighting device 20 according to the invention.
  • the optical attachment 204 is constructed identically to the optical attachment 104.
  • the optical attachment 204 consequently comprises optical fibers 201a, 202a, 203 a, which are arranged in three rectilinear rows 211, 212, 213 and the radiation side to a common end plate 205.
  • the front plate 205 is limited on the emission side by a light exit surface 206, wherein the non-illustrated light exit surfaces of the individual light guide 201a, 202a, 203a are each part of the common light exit surface 206, wherein individual light exit surfaces of the light guide 201a, 202a, 203a adjacent to each other in a conventional manner ,
  • the common light exit surface 206 is typically a curved surface, which usually follows the Petzval surface of a downstream imaging optics (eg, an imaging lens) (not shown). For certain applications, it is also possible to use deliberate deviations in the curvature of the common light exit surface 206 in order additionally to use aberrations for light homogenization in the edge region.
  • Each light-guiding element 201a, 202a, 203a of the optical attachment 204 is assigned an LED light source 200 each.
  • the light input surfaces 201b, 202b, 203b of the light guide elements 201a, 202a, 203a are larger than the areas of the respective LED light sources 200 (eg, chip area of the LEDs).
  • the upper row is formed as a front row row 211 consisting of a plurality of apron light-guiding elements 201a.
  • the middle row is formed as an asymmetry row 212 consisting of a plurality of asymmetry light guide elements 202a and the lower row is configured as a high beam row 213 consisting of a plurality of high-beam light guide elements 203a.
  • the light guide elements 201a, 202a, 203a are funnel-shaped, wherein those of the high-beam light guide elements 203a have a larger cross-section in the direction of the light exit surface than those of the asymmetry row 212. For this reason, the pixels of the asymmetry row 212 have a higher luminance than those of the high beam row 213.
  • the LED light sources 200 of the lighting arrangement 20 are arranged in a 3 * 28 pixel arrangement in a total of three LED rows 201, 202, 203 of 28 LEDs / row and form a light field 209.
  • the LEDs 200 are mounted in a conventional manner on a circuit board, not shown. For each LED 200, the illuminance can be controlled individually, which is why any light distribution can be realized.
  • the topmost LED row 201 couples the light into the light guide elements 201a of the front row row 211.
  • the middle LED row 202 couples the light into the light guide elements 202a of the asymmetry row 212.
  • the lowest LED row 203 couples the light into the light guide elements 203a of the high beam row 213.
  • the apron row 211, the asymmetrical row 212 and the high beam row 213 together form a high beam distribution in the activated state.
  • the LEDs 200 are energized to a greater extent in a central region 207 than in the edge regions 208 to the left and to the right of the central region 207, which is why the maximum of the light distribution lies in the central region 207.
  • the respective vertical distance between the LEDs 200 of the rows 201 and 202 (assigned to the front row row 211 or the asymmetrical row 212) is always the same, ie the LEDs of the front row row 211 always have the same vertical spacing from the LEDs of the asymmetrical row 212.
  • the inventive arrangement of the LED light sources 200 differs from the arrangement according to the prior art ( Fig. 1a ) in that the vertical distance between the LED light sources 200 of the high-beam row 213 and the LED light sources 200 of the upwardly adjacent row (ie, the asymmetry row 212) in the lateral edge regions 208 of the luminous field is smaller than in a central region 207 of FIG light field.
  • the LED light sources 200 are arranged symmetrically with respect to an optical axis.
  • the LED light sources 200 of the LED rows 201 and 202 and the LED light sources 200 in the central area 207 of the LED row 203 are positioned so that they receive the light in the center of the light coupling surface 201b, 202b, 203b of the respective light guide element 201a, 202a, Insert 203a.
  • the LED light sources 200 in the edge regions 208 of the LED row 203 are shifted upward from the center of the light coupling surface 203b of the respective light-guiding element 203a in the direction of the LED row 202 (ie assigned to the asymmetrical row 212) (see also Fig. 2 in which this shift is clearly visible).
  • the inventive arrangement of the LED light sources 200 in the edge regions 208 of the light field 209, the imhomogeneities in the light image, as they are known from the prior art can be reduced.
  • the arrangement according to the invention therefore represents a technically simple and cost-effective measure to locally influence the light distribution in pixel light illumination devices and thus to realize a more homogeneous light distribution in the edge regions 208 of the light field 209.
  • Fig. 1c shows a further variant of an arrangement of light sources (LEDs) 300 in a pixel light-emitting device 30 according to the invention.
  • the lighting device 30 is in Fig. 3 Which is a perspective view of the edge region is shown.
  • the attachment optics 304 comprises light-guiding elements 301a, 302a, 303a, which are arranged in three rectilinear rows 311, 312, 313 and extend on the radiating side to a common end plate 305.
  • the end plate 305 is limited on the emission side by a light exit surface 306, wherein the non-illustrated light exit surfaces of the individual light guide elements 301a, 302a, 303a are each part of the common light exit surface 306, wherein individual light exit surfaces of the light guide elements 301a, 302a, 303a adjoin one another in a conventional manner ,
  • the common light exit surface 306 is typically a curved surface, usually following the Petzval surface of a downstream imaging optic (not shown) such as an imaging lens.
  • a downstream imaging optic such as an imaging lens.
  • Each light-guiding element 301a, 302a, 303a of the optical attachment 304 is assigned an LED light source 300 each.
  • the light incident surfaces 301b, 302b, 303b of the light guiding elements 301a, 302a, 303a are larger than the areas of the respective LED light sources 300 (e.g., chip area of the LEDs).
  • the upper row is formed as a front row row 311 consisting of a plurality of apron light-guiding elements 301a.
  • the middle row is formed as an asymmetry row 312 consisting of a plurality of asymmetry light guide elements 302a, and the lower row is configured as a high beam row 313 consisting of a plurality of high beam light guide elements 303a.
  • the light guide elements 301a, 302a, 303a are funnel-shaped, and those of the high-beam light guide elements 303a have a larger cross section in the direction of the light exit surface than those of the asymmetry row 312. For this reason, the pixels of the asymmetry row 312 have higher luminance than those of the high-beam row 313.
  • the LED light sources 300 are arranged in a pixel arrangement in a total of three LED rows 301, 302, 303 of 25, 30, 28 LEDs and form a light field 309 (see. Fig. 1c ).
  • the LEDs 300 are mounted in a conventional manner on a circuit board, not shown. For each LED 300, the illuminance can be regulated individually, which is why arbitrary light distributions can be realized.
  • the uppermost LED row 301 couples the light into the light guide elements 301a of the front row row 311 of the optical attachment 304.
  • the middle LED row 302 couples the light into the light guide elements 302a of the asymmetry row 312 of the attachment optics 304.
  • the lowermost LED row 303 couples the light into the light guide elements 303a of the high-beam row 313 of the optical attachment 304.
  • the apron row 311, the asymmetry row 312 and the high beam row 313 together form a high beam distribution in the activated state.
  • the LEDs 300 are energized more strongly in a central area 307 than in the edge areas 308 to the left and to the right of the central area 307, which is why the maximum of the light distribution lies in the central area 307.
  • the vertical distance between the LEDs 300 of the rows 301 and 302 is always the same ( Fig. 1c ), ie the LEDs 300 of the front row row of the LEDs of the row of asymmetry always have the same vertical distance.
  • the inventive arrangement of the LED light sources 300 off Fig. 1c differs from the arrangement according to the prior art ( Fig.
  • the vertical distance between the LED light sources 300 of the row 303 (associated with the high beam row 313) and the LED light sources 300 of the upwardly adjacent LED row 302 (associated with the balancing row 312) in the lateral edge regions 308 of FIG In other words, the vertical distance between the light sources 300 of the high beam row and the light sources 300 of the asymmetry row, starting from the central region 307 to the edge regions 308 of the luminous field 309 successively decreases.
  • the horizontal distance between adjacent LED light sources 300 in the edge regions 308 of all three LED rows 301, 302, 303 in this embodiment increases towards the row edge.
  • the individual rows 301, 302 and 303 are also different in length.
  • the LED light sources 300 are arranged asymmetrically with respect to an optical axis 310.
  • the board on which the LED light sources 300 are mounted usually a common part.
  • the board is installed the same way in the left and right headlights for a motor vehicle.
  • the attachment optics 30 are available in mirror-symmetrical variants.
  • An imaging optics provided in the light emission direction is again an equal part but is arranged with mirror symmetry, for example with the aid of a lens holder.
  • the difference in the construction of the attachment optics 30 to the attachment optics 10 or 20 described above is that the light guide elements 301a, 302a, 303a are likewise displaced horizontally in accordance with the additional horizontal displacement of the LEDs 300 in the edge regions 308 (see FIG Fig. 3 ).
  • the LED light sources 300 of the LED rows 301 and 302 and the LED light sources 300 in the central area 307 of the LED row 303 are thus positioned so that they receive the light in the center of the light coupling surface 301b, 302b, 303b of the respective light guide element 301a, 302a , 303a.
  • the LED light sources 300 in the edge regions 308 of the LED row 303 are displaced upward from the center of the light coupling surface 303b of the respective light-conducting element 303a in the direction of the adjacent LEDs 300 of the asymmetry row 312.
  • the in the Fig. 2 and 3 illustrated light guide elements 201a, 202a, 203a and 301a, 302a, 303a may be made for example of silicone, plastic, glass or any other suitable for the light pipe materials.
  • the light-guiding elements 201a, 202a, 203a and 301a, 302a, 303a are designed as solid bodies and consist of a single continuous optical medium, wherein the light conduit takes place within this medium.
  • LEDs 200 and 300 can be eg Oslon Compact LEDs with light-emitting areas of 0.5 x 0.5 mm 2 .
  • the entire arrangement is about 10 cm wide.
  • the invention may be modified in any manner known to those skilled in the art and is not limited to the embodiment shown. Also, individual aspects of the invention can be taken up and largely combined with each other. Essential are the ideas underlying the invention, which in view of this doctrine can be performed by a person skilled in many ways and still remain maintained as such.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Leuchteinrichtung für einen Scheinwerfer, insbesondere einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, umfassend eine Mehrzahl von in Reihen nebeneinander angeordneten Lichtquellen, die ein Leuchtfeld ausbilden, und eine Lichtführungseinrichtung mit einer Mehrzahl von Lichtführungselementen, wobei jedem Lichtführungselement je eine Lichtquelle zugeordnet ist, wobei jedes Lichtführungselement je eine Lichteinkoppelfläche zum Einkoppeln des von der jeweiligen Lichtquelle ausgestrahlten Lichts und je eine Lichtaustrittsfläche aufweist, wobei die Lichtführungselemente in zumindest zwei übereinander angeordneten geradlinigen Reihen angeordnet sind, und wobei die Lichtführungselemente der untersten Reihe als Fernlicht-Lichtführungselemente ausgebildet sind und eine Fernlichtreihe bilden.
  • Derartige Leuchteinheiten, die auch als Pixellicht-Module bezeichnet werden, sind im Fahrzeugbau gebräuchlich (siehe WO 2014/032071 A1 ) und dienen beispielsweise der Abbildung von blendfreiem Fernlicht, indem das Licht in der Regel von einer Mehrzahl von künstlichen Lichtquellen ausgestrahlt wird und von einer entsprechenden Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Lichtführungen (Vorsatzoptik/Primäroptik) in Abstrahlrichtung gebündelt wird. Die Lichtführungen weisen einen relativ geringen Querschnitt auf und senden das Licht der ihnen je zugeordneten einzelnen Lichtquellen daher sehr konzentriert in die Abstrahlrichtung aus. Pixellichtscheinwerfer sind hinsichtlich der Lichtverteilung sehr flexibel, da für jedes Pixel, d.h. für jede Lichtführung, die Beleuchtungsstärke individuell geregelt werden kann und beliebige Lichtverteilungen realisiert werden können.
  • Einerseits ist die konzentrierte Abstrahlung der Lichtführungen erwünscht, um beispielsweise gesetzliche Vorgaben bezüglich der Hell-Dunkel-Linie eines Kraftfahrzeugscheinwerfers zu erfüllen oder adaptive flexible Ausblendszenarien umzusetzen, andererseits entstehen dadurch störende Inhomogenitäten in Bereichen des Lichtbildes, in welchen eine gleichmäßige, konzentrierte und gerichtete Ausleuchtung erwünscht ist.
  • Die DE 10 2008 044 968 A1 offenbart eine Beleuchtungsvorrichtung mit mehreren auf einer Leuchtfläche angeordneten Lichtquellen, die ein Leuchtdiodenfeld bilden, das aus mehreren Zeilen linear nebeneinander angeordneten Leuchtdioden besteht, wobei ein Mitten-Abstand benachbarter Lichtquellen in wenigstens einem Randbereich der Leuchtfläche größer als in einem Zentralbereich der Leuchtfläche ist. Der DE 10 2008 044 968 A1 liegt die Aufgabe zugrunde, die Gesamtzahl der benötigten Lichtquellen und somit auch die Herstellungskosten zu senken.
  • Die DE 10 2009 020 619 A1 offenbart eine Beleuchtungsvorrichtung mit mehreren Leuchtdioden, die ein Leuchtdiodenfeld bilden, das aus wenigstens zwei Zeilen linear nebeneinander angeordneter Leuchtdioden gebildet ist, wobei eine erste Zeile lichtstärkere Leuchtdioden aufweist als wenigstens eine zweite Zeile.
  • Die DE 10 2012 108 309 A1 beschreibt einen Scheinwerfer für Fahrzeuge mit mehreren Gruppen von LED-Lichtquellen und mit mehreren Optikeinheiten unterschiedlicher Abbildungscharakteristik.
  • In derzeit bekannten Pixellicht-Modulen kommt eine 2-dimensionale reihenförmige Anordnung der Lichtquellen, beispielsweise Leuchtdioden (LEDs), zur Anwendung, um eine segmentierte Abblend- und Fernlichtverteilung zu erzeugen. Die Regelung der Beleuchtungsstärke erfolgt beispielsweise im Fall von LEDs standardmäßig durch Pulsweitenmodulation des Betriebsstroms, mit der eine im zeitlichen Mittel unterschiedliche Bestromung der Lichtquelle erreicht werden kann. Üblicherweise werden dabei die LEDs im zentralen Bereich stärker bestromt als am Rand, weshalb das Maximum der Lichtverteilung in der Mitte liegt. Die geringere Bestromung im Randbereich kann jedoch dazu führen, dass zwischen den Reihen der Lichtverteilung Inhomogenitäten, typischerweise in Form von dunklen Streifen in den Randbereichen, auftreten. Die Inhomogenitäten zwischen der Fernlicht- und der Asymmetriereihe sind üblicherweise besonders ausgeprägt.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Auftreten der zuvor beschriebenen Inhomogenitäten in den Randbereichen des Lichtbilds von Pixellicht-Modulen zu verringern.
  • Diese Aufgabe wird mit einer Leuchteneinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass erfindungsgemäß der vertikale Abstand zwischen den Lichtquellen der Fernlichtreihe und den Lichtquellen der nach oben hin benachbarten Reihe in wenigstens einem seitlichen Randbereich des Leuchtfelds kleiner ist als in einem Zentralbereich des Leuchtfelds.
  • Dank der Erfindung, die auf einer gezielten Positionierung der Lichtquellen in den Randbereichen des Leuchtfelds basiert, können die beschriebenen Imhomogenitäten in den Randbereichen verringert werden. Die Erfindung stellt daher eine technisch einfache und kostengünstige Maßnahme dar, die Lichtverteilung in Pixellicht-Leuchteinrichtungen lokal zu beeinflussen und damit eine homogenere Lichtverteilung in den Randbereichen des Leuchtfelds zu realisieren.
  • Erfindungsgemäß werden also die Lichtquellen der Fernlichtreihe, die die äußeren Bereiche (Randbereiche) der Lichtverteilung abbilden, etwas in Richtung der nach oben hin benachbarten Reihe verschoben. Die Lichtquellen im Zentrum der Lichtverteilung behalten einen größeren Abstand zueinander, da dadurch eine größere Höhe der Fernlichtverteilung erreicht werden kann. Diese Verschiebung kann verlaufend vom Zentralbereich (keine Verschiebung) nach außen in die jeweiligen Randbereiche (größte Verschiebung) unterschiedlich gestaltet sein.
  • Die Begriffe "oben" und "unten" bzw. "oberhalb" und "unterhalb" wie sie hierin in Bezug auf die Anordnung der Reihen an Lichtführungselementen und Lichtquellen verwendet wird, bezieht sich auf die Anordnung der Reihen im montierten Zustand des Pixellicht-Moduls in einem Scheinwerfer. Die Fernlichtreihe ist dabei im montierten Zustand immer die unterste Reihe; im Lichtbild, d.h. mit nachgeschalteter Abbildungsoptik bildet die Fernlichtreihe dann die oberste Lichtverteilung.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der vertikale Abstand zwischen den Lichtquellen der Fernlichtreihe und den Lichtquellen der nach oben hin benachbarten Reihe ausgehend vom Zentralbereich zu wenigstem einem der Randbereiche hin sukzessiv, also schrittweise, abnimmt, wobei in jedem Schritt ein oder mehrere Lichtquellen der Fernlichtreihe mehr in Richtung der darüber liegenden banachbarten Reihe verschoben sind. Der Abstand zwischen den Lichtquellen der Fernlichtreihe und der darüberliegenden Reihe wird zum Randbereich hin verlaufend kleiner.
  • Bei einer Variante ist der vertikale Abstand zwischen den Lichtquellen der Fernlichtreihe und den Lichtquellen der nach oben hin benachbarten Reihe nur in einem seitlichen Randbereich des Leuchtfelds kleiner als in einem Zentralbereich des Leuchtfelds.
  • Bei einer anderen Variante ist der vertikale Abstand zwischen den Lichtquellen der Fernlichtreihe und den Lichtquellen der nach oben hin benachbarten Reihe in beiden seitlichen Randbereichen des Leuchtfelds kleiner als im Zentralbereich des Leuchtfelds. Bei einer Weiterbildung dieser Variante nimmt der vertikale Abstand zwischen den Lichtquellen der Fernlichtreihe und den Lichtquellen der nach oben hin benachbarten Reihe ausgehend vom Zentralbereich zu wenigstem einem der Randbereiche hin sukzessiv ab.
  • Die Lichteinkoppelflächen der Lichtführungselemente sind grundsätzlich größer als die Flächen der jeweiligen Lichtquellen (z.B. Chipfläche der LEDs). Gemäß dem Stand der Technik sind die Lichtquellen grundsätzlich so positioniert, dass sie das Licht im Zentrum der Lichteinkoppelfläche des jeweiligen Lichtführungselements einkoppeln. In Bezug auf die Erfindung ist es daher von Vorteil, wenn die Lichtquellen der Fernlichtreihe, die im Zentralbereich des Leuchtfelds angeordnet sind, so positioniert sind, dass sie das Licht im Zentrum der Lichteinkoppelfläche des jeweiligen Lichtführungselements einkoppeln. Alle Lichtquellen der übrigen Reihen koppeln das Licht mit Vorteil im Zentrum der Lichteinkoppelfläche des jeweiligen Lichtführungselements ein.
  • Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der horizontale Abstand benachbarter Lichtquellen in wenigstens einem der Randbereiche des Leuchtfelds zum Reihenrand hin zunimmt. Bei einer Variante ist es vorgesehen, dass der horizontale Abstand zwischen benachbarten Lichtquellen in nur einem Randbereich zum Reihenrand hin zunimmt. Bei einer anderen Variante ist es vorgesehen, dass der horizontale Abstand zwischen benachbarten Lichtquellen in beiden Randbereichen zum Reihenrand hin zunimmt.
  • Unter Berücksichtigung der Abbildungsoptik, die der Lichtführungseinrichtung normalerweise in Lichtausbreitrichtung nachgeschaltet ist, können die Lichtquellen entweder symmetrisch oder unsymmetrisch in Bezug auf eine optische Achse angeordnet sein.
  • Bei Weiterbildungen kann es aus lichttechnischen Gründen vorgesehen sein, dass die einzelnen Reihen an Lichtquellen unterschiedlich lang sind. Es kann damit die Auflösung in jedem Bereich auf die Anforderungen eines bestimmten Ausblendszenarios abgestimmt werden.
  • Erfahrungsgemäß ist der Aufbau einer Leuchteinrichtung für Pixellichtscheinwerfer besonders effizient, wenn die Lichtführungselemente in genau drei übereinander angeordneten Reihen angeordnet sind, die gemeinsam eine Fernlichtverteilung bilden. Bei einer solchen Anordnung kann die obere Reihe als Vorfeldreihe, die mittlere Reihe als Asymmetriereihe und die unterste Reihe als Fernlichtreihe ausgebildet sein.
  • Die Lichtführungselemente der Reihen sind vorzugsweise möglichst nahe aneinander angeordnet, womit Inhomogenitäten im Lichtbild nochmals reduziert werden können. In einer Weiterbildung der Erfindung können die Lichtaustrittsflächen der einzelnen Lichtführungselemente daher Teil einer gemeinsamen Lichtaustrittsfläche sein, wobei die einzelnen Lichtaustrittsflächen aneinander angrenzen. Die gemeinsame Lichtaustrittsfläche ist typischerweise eine gekrümmte Fläche, die üblicherweise der Petzval-Fläche der Abbildungsoptik (z.B. eine Abbildungslinse) folgt. Für bestimmte Anwendungen können aber auch bewusste Abweichungen in der Krümmung eingesetzt werden, um im Randbereich Abbildungsfehler zur Lichthomogenisierung zu nutzen.
  • Die Lichtquellen sind zweckmäßigerweise lichtemittierende Dioden (LEDs), die vorzugsweise einzeln ansteuerbar sind. Beispielsweise handelt es sich dabei um Oslon Compact LEDs mit Licht-emittierenden Flächen von 0,5 x 0,5 mm2.
  • Es hat sich herausgestellt, dass es am praxistauglichsten ist, wenn die Lichtführungselemente als Lichtleitelemente ausgeführt sind. Der prinzipielle Aufbau von Lichtleitelementen und Vorsatzoptiken für Pixellicht-Leuchteinrichtungen für Scheinwerfer ist an sich bekannt. Die Lichtleitelemente sind beispielsweise aus Kunststoff, Glas oder beliebigen anderen zur Lichtleitung geeigneten Materialien gefertigt. Vorzugsweise sind die Lichtleitelemente aus einem Silikonmaterial gefertigt. Die Lichtleitelemente sind typischerweise als Vollkörper ausgeführt, und bestehen vorzugsweise aus einem einzigen durchgehenden optischen Medium, wobei die Lichtleitung innerhalb dieses Mediums erfolgt (auf die Nutzung der Totalreflexion an den Lichtleitflächen optimiert). Die Lichtleitelemente besitzen typischerweise einen im Wesentlichen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt und weiten sich üblicherweise nach an sich bekannter Art in Lichtabstrahlrichtung auf.
  • In einer alternativen Ausführungsform können die Lichtführungselemente als Hohlkörper mit inneren Begrenzungsflächen ausgebildet sein, wobei die Begrenzungsflächen parallel zur Lichtausbreitungsrichtung verlaufen und reflektierend oder verspiegelt ausgeführt sind.
  • Bei einer Weiterbildung weist die Leuchteinrichtung eine der Lichtführungseinrichtung in Abstrahlrichtung nachgeschaltete Abbildungsoptik (z.B. eine Projektionslinse oder ein System aus mehreren Linsen). Demgemäß kann die Abbildungsoptik eine oder mehrere optische Linsen nach an sich bekannter Art umfassen.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft einen Scheinwerfer, insbesondere einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, der eine erfindungsgemäße Leuchteinrichtung wie hierin geoffenbart umfasst. Scheinwerfer dieser Art werden auch als Pixellichtscheinwerfer bezeichnet.
  • Die Erfindung und deren Vorteile werden im Folgenden anhand von nicht einschränkenden Beispielen näher beschrieben, die in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht sind. Die Zeichnungen zeigen in:
    • Fig. 1a eine Anordnung von Lichtquellen (LEDs) in einer Pixellicht-Leuchteinrichtung gemäß dem Stand der Technik,
    • Fig. 1b eine Anordnung von Lichtquellen (LEDs) in einer Pixellicht-Leuchteinrichtung gemäß der Erfindung,
    • Fig. 1c eine weitere Anordnung von Lichtquellen (LEDs) in einer Pixellicht-Leuchteinrichtung gemäß der Erfindung,
    • Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Leuchteinrichtung gemäß der Erfindung mit einer Anordnung von Lichtquellen gemäß Fig. 1b,
    • Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Randbereichs einer Leuchteinrichtung gemäß der Erfindung mit einer Anordnung von Lichtquellen gemäß Fig. 1c,
    • Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Randbereichs einer Leuchteinrichtung gemäß dem Stand der Technik mit einer Anordnung von Lichtquellen gemäß Fig. 1a.
  • Fig. 1a zeigt eine Anordnung von Lichtquellen 100 (LEDs 100) in einer Pixellicht-Leuchteinrichtung 10 gemäß dem Stand der Technik. Die Leuchteinrichtung 10 ist in Fig. 4 , die eine perspektivische Ansicht deren Randbereichs darstellt, gezeigt. Die Leuchteinrichtung 10 umfasst eine Mehrzahl an LED-Lichtquellen 100 und eine in Lichtabstrahlrichtung positionierte Vorsatzoptik 104 (= Primäroptik). Die Vorsatzoptik 104 umfasst Lichtleitelemente 101a, 102a, 103a, die in drei geradlinigen Reihen 111, 112, 113 angeordnet sind und die abstrahlseitig zu einer gemeinsamen Stirnplatte 105 verlaufen. Die Stirnplatte 105 ist abstrahlseitig durch eine Lichtaustrittsfläche 106 begrenzt, wobei die nicht näher dargestellten Lichtaustrittsflächen der einzelnen Lichtleitelemente jeweils Teil der gemeinsamen Lichtaustrittsfläche 106 sind, wobei einzelne Lichtaustrittsflächen der Lichtleitelemente 101a, 102a, 103a nach an sich bekannter Art aneinander angrenzen. Die gemeinsame Lichtaustrittsfläche 106 ist typischerweise eine gekrümmte Fläche, die üblicherweise der Petzval-Fläche einer nicht näher dargestellten nachgeschalteten Abbildungsoptik (z.B. einer Abbildungslinse) folgt. Für bestimmte Anwendungen können auch bewusste Abweichungen in der Krümmung der gemeinsamen Lichtaustrittsfläche 106 eingesetzt werden, um zusätzlich im Randbereich Abbildungsfehler zur Lichthomogenisierung zu nutzen. Jedem Lichtleitelement 101a, 102a, 103a ist je eine LED-Lichtquelle 100 zugeordnet. Die Lichteinkoppelflächen 101b, 102b, 103b der Lichtleitelemente 101a, 102a, 103a sind größer als die Flächen der jeweiligen Lichtquellen 100 (z.B. Chipfläche der LEDs). Die Lichtquellen 100 sind in der Leuchteinrichtung 10 so positioniert, dass sie das Licht im Zentrum der Lichteinkoppelfläche 101b, 102b, 103b des jeweiligen Lichtleitelements einkoppeln.
  • In der Leuchteinrichtung 10 ist die obere Reihe als Vorfeldreihe 111 bestehend aus einer Mehrzahl an Vorfeld-Lichtleitelementen 101a ausgebildet. Die mittlere Reihe ist als Asymmetriereihe 112 bestehend aus einer Mehrzahl an Asymmetrie-Lichtleitelementen 102a und die untere Reihe ist als Fernlichtreihe 113 bestehend aus einer Mehrzahl an Fernlicht-Lichtleitelementen 103a ausgebildet. Die Lichtleitelemente 101a, 102a, 103a sind trichterförmig, wobei diejenigen der Fernlicht-Lichtleitelemente 103a, einen größeren Querschnitt in Richtung der Lichtaustrittsfläche als diejenigen der Asymmetriereihe 112 haben. Aus diesem Grund haben die Pixel der Asymmetriereihe 112 eine höhere Leuchtdichte als jene der Fernlichtreihe 113.
  • Aus der Fig. 1a ist nun erkennbar, dass die Lichtquellen 100 der Leuchtanordnung 10 in einer 3*28 Pixel-Anordnung in insgesamt drei geradlinigen LED-Reihen 101, 102, 103 von 28 LEDs/Reihe angeordnet sind und ein Leuchtfeld 109 ausbilden. Die LEDs 100 sind nach an sich bekannter Art auf einer nicht dargestellten Platine befestigt. Gezeigt sind die lichtemittierenden Flächen in regelmäßiger Anordnung. Der jeweilige vertikale Abstand zwischen den LEDs 100 der einzelnen Reihen 101, 102, 103 ist immer gleichbleibend, d.h. dass die LEDs einer Reihe von den LEDs einer benachbarten Reihe immer den gleichen vertikalen Abstand haben. Für jede LED 100 kann die Beleuchtungsstärke individuell geregelt werden, weshalb beliebige Lichtverteilungen realisiert werden können. Bezug nehmend auf Fig. 1a und Fig. 4 koppelt die oberste LED-Reihe 101 das Licht in die Lichtleitelemente 101a der Vorfeldreihe 111 ein. Die mittlere LED-Reihe 102 koppelt das Licht in die Lichtleitelemente 102a der Asymmetriereihe 112 ein. Die unterste LED-Reihe 103 koppelt das Licht in die Lichtleitelemente 103a der Fernlichtreihe 113 ein. Die Vorfeldreihe 111, die Asymmetriereihe 112 und die Fernlichtreihe 113 bilden im aktivierten Zustand gemeinsam eine Fernlichtverteilung aus. Üblicherweise werden dabei die LEDs 100 in einem Zentralbereich 107 stärker bestromt als in den Randbereichen 108 links und rechts vom Zentralbereich 107, weshalb das Maximum der Lichtverteilung im Zentralbereich 107 liegt. Die geringere Bestromung in den Randbereichen 108 kann jedoch dazu führen, dass zwischen den Reihen der Lichtverteilung Inhomogenitäten, typischerweise in Form von dunklen Streifen in den Randbereichen 108, auftreten. Die Inhomogenitäten zwischen der Fernlichtreihe 113 und der Asymmetriereihe 112 sind üblicherweise besonders ausgeprägt.
  • Fig. 1b zeigt eine Anordnung von LED-Lichtquellen 200 in einer Pixellicht-Leuchteinrichtung 20 gemäß der Erfindung (vgl. hierzu auch Fig. 2 ). Die Leuchteinrichtung 20 ist in der Fig. 2 näher dargestellt, die eine perspektivische Ansicht einer Leuchteinrichtung 20 gemäß der Erfindung zeigt.
  • Die Leuchteinrichtung 20 umfasst eine Mehrzahl an LED-Lichtquellen 200 und eine in Lichtabstrahlrichtung positionierte Lichtführungseinrichtung 204, im Folgenden als Vorsatzoptik 204 (= Primäroptik) bezeichnet. Die Vorsatzoptik 204 ist identisch aufgebaut wie die Vorsatzoptik 104. Die Vorsatzoptik 204 umfasst folglich Lichtleitelemente 201a, 202a, 203a, die in drei geradlinigen Reihen 211, 212, 213 angeordnet sind und die abstrahlseitig zu einer gemeinsamen Stirnplatte 205 verlaufen. Die Stirnplatte 205 ist abstrahlseitig durch eine Lichtaustrittsfläche 206 begrenzt, wobei die nicht näher dargestellten Lichtaustrittsflächen der einzelnen Lichtleitelemente 201a, 202a, 203a jeweils Teil der gemeinsamen Lichtaustrittsfläche 206 sind, wobei einzelne Lichtaustrittsflächen der Lichtleitelemente 201a, 202a, 203a nach an sich bekannter Art aneinander angrenzen. Die gemeinsame Lichtaustrittsfläche 206 ist typischerweise eine gekrümmte Fläche, die üblicherweise der Petzval-Fläche einer nicht näher dargestellten nachgeschalteten Abbildungsoptik (z.B. einer Abbildungslinse) folgt. Für bestimmte Anwendungen können auch bewusste Abweichungen in der Krümmung der gemeinsamen Lichtaustrittsfläche 206 eingesetzt werden, um zusätzlich im Randbereich Abbildungsfehler zur Lichthomogenisierung zu nutzen. Jedem Lichtleitelement 201a, 202a, 203a der Vorsatzoptik 204 ist je eine LED-Lichtquelle 200 zugeordnet. Die Lichteinkoppelflächen 201b, 202b, 203b der Lichtleitelemente 201a, 202a, 203a sind größer als die Flächen der jeweiligen LED-Lichtquellen 200 (z.B. Chipfläche der LEDs).
  • In der Leuchteinrichtung 20 ist die obere Reihe als Vorfeldreihe 211 bestehend aus einer Mehrzahl an Vorfeld-Lichtleitelementen 201a ausgebildet. Die mittlere Reihe ist als Asymmetriereihe 212 bestehend aus einer Mehrzahl an Asymmetrie-Lichtleitelementen 202a und die untere Reihe ist als Fernlichtreihe 213 bestehend aus einer Mehrzahl an Fernlicht-Lichtleitelementen 203a ausgebildet. Die Lichtleitelemente 201a, 202a, 203a sind trichterförmig, wobei diejenigen der Fernlicht-Lichtleitelemente 203a, einen größeren Querschnitt in Richtung der Lichtaustrittsfläche als diejenigen der Asymmetriereihe 212 haben. Aus diesem Grund haben die Pixel der Asymmetriereihe 212 eine höhere Leuchtdichte als jene der Fernlichtreihe 213.
  • Aus der Fig. 1b ist erkennbar, dass die LED-Lichtquellen 200 der Leuchtanordnung 20 in einer 3*28 Pixel-Anordnung in insgesamt drei LED-Reihen 201, 202, 203 von 28 LEDs/Reihe angeordnet sind und ein Leuchtfeld 209 ausbilden. Die LEDs 200 sind nach an sich bekannter Art auf einer nicht dargestellten Platine befestigt. Für jede LED 200 kann die Beleuchtungsstärke individuell geregelt werden, weshalb beliebige Lichtverteilungen realisiert werden können. Bezug nehmend auf Fig. 1b und Fig. 2 koppelt die oberste LED-Reihe 201 das Licht in die Lichtleitelemente 201a der Vorfeldreihe 211 ein. Die mittlere LED-Reihe 202 koppelt das Licht in die Lichtleitelemente 202a der Asymmetriereihe 212 ein. Die unterste LED-Reihe 203 koppelt das Licht in die Lichtleitelemente 203a der Fernlichtreihe 213 ein. Die Vorfeldreihe 211, die Asymmetriereihe 212 und die Fernlichtreihe 213 bilden im aktivierten Zustand gemeinsam eine Fernlichtverteilung aus. Üblicherweise werden dabei die LEDs 200 in einem Zentralbereich 207 stärker bestromt als in den Randbereichen 208 links und rechts vom Zentralbereich 207, weshalb das Maximum der Lichtverteilung im Zentralbereich 207 liegt.
  • Der jeweilige vertikale Abstand zwischen den LEDs 200 der Reihen 201 und 202 (der Vorfeldreihe 211 bzw. Asymmetriereihe 212 zugeordnet) ist immer gleichbleibend, d.h. dass die LEDs der Vorfeldreihe 211 von den LEDs der Asymmetriereihe 212 immer den gleichen vertikalen Abstand haben. Die erfindungsgemäße Anordnung der LED-Lichtquellen 200 unterscheidet sich von der Anordnung gemäß dem Stand der Technik (Fig. 1a) nun dadurch, dass der vertikale Abstand zwischen den LED-Lichtquellen 200 der Fernlichtreihe 213 und den LED-Lichtquellen 200 der nach oben hin benachbarten Reihe (d.h. der Asymmetriereihe 212) in den seitlichen Randbereichen 208 des Leuchtfelds kleiner ist als in einem Zentralbereich 207 des Leuchtfelds. In anderen Worten nimmt der vertikale Abstand zwischen den Lichtquellen 200 der Fernlichtreihe 213 und den Lichtquellen 200 der Asymmetriereihe 212 ausgehend vom Zentralbereich 207 zu den Randbereichen 208 des Leuchtfelds 209 hin sukzessiv, d.h. schrittweise von LED zu LED, ab. Die LED-Lichtquellen 200 sind symmetrisch in Bezug auf eine optische Achse angeordnet. Die LED-Lichtquellen 200 der LED-Reihen 201 und 202 sowie die LED-Lichtquellen 200 im Zentralbereich 207 der LED-Reihe 203 sind so positioniert, dass sie das Licht im Zentrum der Lichteinkoppelfläche 201b, 202b, 203b des jeweiligen Lichtleitelements 201a, 202a, 203a einkoppeln. Die LED-Lichtquellen 200 in den Randbereichen 208 der LED-Reihe 203 (d.h. der Fernlichtreihe 213 zugeordnet) sind aus dem Zentrum der Lichteinkoppelfläche 203b des jeweiligen Lichtleitelements 203a nach oben hin in Richtung der LED-Reihe 202 (d.h. der Asymmetriereihe 212 zugeordnet) verschoben (siehe auch Fig. 2 in der diese Verschiebung gut ersichtlich ist). Durch die erfindungsgemäße gezielte Anordnung der LED-Lichtquellen 200 in den Randbereichen 208 des Leuchtfelds 209 können die Imhomogenitäten im Lichtbild, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, verringert werden. Die erfindungsgemäße Anordnung stellt daher eine technisch einfache und kostengünstige Maßnahme dar, die Lichtverteilung in Pixellicht-Leuchteinrichtungen lokal zu beeinflussen und damit eine homogenere Lichtverteilung in den Randbereichen 208 des Leuchtfelds 209 zu realisieren.
  • Fig. 1c zeigt eine weitere Variante einer Anordnung von Lichtquellen (LEDs) 300 in einer Pixellicht-Leuchteinrichtung 30 gemäß der Erfindung. Die Leuchteinrichtung 30 ist in Fig. 3 , die eine perspektivische Ansicht deren Randbereichs darstellt, gezeigt.
  • Die Leuchteinrichtung 30 umfasst eine Mehrzahl an LED-Lichtquellen 300 und eine in Lichtabstrahlrichtung positionierte Lichtführungseinrichtung 304, im Folgenden als Vorsatzoptik 304 (= Primäroptik) bezeichnet. Die Vorsatzoptik 304 umfasst Lichtleitelemente 301a, 302a, 303a, die in drei geradlinigen Reihen 311, 312, 313 angeordnet sind und die abstrahlseitig zu einer gemeinsamen Stirnplatte 305 verlaufen. Die Stirnplatte 305 ist abstrahlseitig durch eine Lichtaustrittsfläche 306 begrenzt, wobei die nicht näher dargestellten Lichtaustrittsflächen der einzelnen Lichtleitelemente 301a, 302a, 303a jeweils Teil der gemeinsamen Lichtaustrittsfläche 306 sind, wobei einzelne Lichtaustrittsflächen der Lichtleitelemente 301a, 302a, 303a nach an sich bekannter Art aneinander angrenzen. Die gemeinsame Lichtaustrittsfläche 306 ist typischerweise eine gekrümmte Fläche, die üblicherweise der Petzval-Fläche einer nicht näher dargestellten nachgeschalteten Abbildungsoptik (z.B. einer Abbildungslinse) folgt. Für bestimmte Anwendungen können auch bewusste Abweichungen in der Krümmung der gemeinsamen Lichtaustrittsfläche 306 eingesetzt werden, um zusätzlich im Randbereich Abbildungsfehler zur Lichthomogenisierung zu nutzen. Jedem Lichtleitelement 301a, 302a, 303a der Vorsatzoptik 304 ist je eine LED-Lichtquelle 300 zugeordnet. Die Lichteinkoppelflächen 301b, 302b, 303b der Lichtleitelemente 301a, 302a, 303a sind größer als die Flächen der jeweiligen LED-Lichtquellen 300 (z.B. Chipfläche der LEDs).
  • In der Leuchteinrichtung 30 ist die obere Reihe als Vorfeldreihe 311 bestehend aus einer Mehrzahl an Vorfeld-Lichtleitelementen 301a ausgebildet. Die mittlere Reihe ist als Asymmetriereihe 312 bestehend aus einer Mehrzahl an Asymmetrie-Lichtleitelementen 302a und die untere Reihe ist als Fernlichtreihe 313 bestehend aus einer Mehrzahl an Fernlicht-Lichtleitelementen 303a ausgebildet. Die Lichtleitelemente 301a, 302a, 303a sind trichterförmig, wobei diejenigen der Fernlicht-Lichtleitelemente 303a, einen größeren Querschnitt in Richtung der Lichtaustrittsfläche als diejenigen der Asymmetriereihe 312 haben. Aus diesem Grund haben die Pixel der Asymmetriereihe 312 eine höhere Leuchtdichte als jene der Fernlichtreihe 313.
  • Die LED-Lichtquellen 300 sind in einer Pixel-Anordnung in insgesamt drei LED-Reihen 301, 302, 303 von 25, 30, 28 LEDs angeordnet und bilden ein Leuchtfeld 309 aus (vgl. Fig. 1c ). Die LEDs 300 sind nach an sich bekannter Art auf einer nicht dargestellten Platine befestigt. Für jede LED 300 kann die Beleuchtungsstärke individuell geregelt werden, weshalb beliebige Lichtverteilungen realisiert werden können.
  • In Analogie zu der in Fig. 1b und Fig. 2 gezeigten erfindungsgemäßen Variante koppelt die oberste LED-Reihe 301 das Licht in die Lichtleitelemente 301a der Vorfeldreihe 311 der Vorsatzoptik 304 ein. Die mittlere LED-Reihe 302 koppelt das Licht in die Lichtleitelemente 302a der Asymmetriereihe 312 der Vorsatzoptik 304 ein. Die unterste LED-Reihe 303 koppelt das Licht in die Lichtleitelemente 303a der Fernlichtreihe 313 der Vorsatzoptik 304 ein. Die Vorfeldreihe 311, die Asymmetriereihe 312 und die Fernlichtreihe 313 bilden im aktivierten Zustand gemeinsam eine Fernlichtverteilung aus. Dabei werden die LEDs 300 in einem Zentralbereich 307 stärker bestromt als in den Randbereichen 308 links und rechts vom Zentralbereich 307, weshalb das Maximum der Lichtverteilung im Zentralbereich 307 liegt.
  • Der vertikale Abstand zwischen den LEDs 300 der Reihen 301 und 302 (Vorfeldreihe und Asymmetriereihe) ist immer gleichbleibend ( Fig. 1c ), d.h. dass die LEDs 300 der Vorfeldreihe von den LEDs der Asymmetriereihe immer den gleichen vertikalen Abstand haben. Die erfindungsgemäße Anordnung der LED-Lichtquellen 300 aus Fig. 1c unterscheidet sich von der Anordnung gemäß dem Stand der Technik ( Fig. 1a ) somit dadurch, dass der vertikale Abstand zwischen den LED-Lichtquellen 300 der Reihe 303 (der Fernlichtreihe 313 zugeordnet) und den LED-Lichtquellen 300 der nach oben hin benachbarten LED-Reihe 302 (der Asymmetriereihe 312 zugeordnet) in den seitlichen Randbereichen 308 des Leuchtfelds 309 kleiner ist als in einem Zentralbereich 307 des Leuchtfelds 309. In anderen Worten nimmt der vertikale Abstand zwischen den Lichtquellen 300 der Fernlichtreihe und den Lichtquellen 300 der Asymmetriereihe ausgehend vom Zentralbereich 307 zu den Randbereichen 308 des Leuchtfelds 309 hin sukzessiv ab. In einer Weiterbildung zu der in Fig. 1b gezeigten erfindungsgemäßen Anordnung nimmt der horizontale Abstand zwischen benachbarten LED-Lichtquellen 300 in den Randbereichen 308 aller drei LED-Reihen 301, 302, 303 bei dieser Ausführungsform zum Reihenrand hin zu. Die einzelnen Reihen 301, 302 und 303 sind außerdem unterschiedlich lang. Die LED-Lichtquellen 300 sind unsymmetrisch in Bezug auf eine optische Achse 310 angeordnet. Im eingebauten Zustand in einem Scheinwerfermodul, ist die Platine, auf der die LED-Lichtquellen 300 befestigt sind, normalerweise ein Gleichteil. Die Platine wird im linken und rechten Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug gleich verbaut. Die Vorsatzoptik 30 gibt es in spiegelsymmetrischen Varianten. Eine in Lichtabstrahlrichtung vorgesehene Abbildungsoptik ist dann wieder ein Gleichteil, wird jedoch, z.B. mit Hilfe eines Linsenhalters, spiegelsymmetrisch verschoben angeordnet.
  • Der Unterschied im Aufbau der Vorsatzoptik 30 zu den oben beschriebenen Vorsatzoptiken 10 bzw. 20 liegt darin, dass die Lichtleitelemente 301a, 302a, 303a aufgrund der zusätzlichen horizontalen Verschiebung der LEDs 300 in den Randbereichen 308 ebenfalls entsprechend horizontal verschoben sind (siehe Fig. 3 ). Die LED-Lichtquellen 300 der LED-Reihen 301 und 302 sowie die LED-Lichtquellen 300 im Zentralbereich 307 der LED-Reihe 303 sind folglich so positioniert, dass sie das Licht im Zentrum der Lichteinkoppelfläche 301b, 302b, 303b des jeweiligen Lichtleitelements 301a, 302a, 303a einkoppeln. Die LED-Lichtquellen 300 in den Randbereichen 308 der LED-Reihe 303 (d.h. der Fernlichtreihe 313 zugeordnet) sind erfindungsgemäß aus dem Zentrum der Lichteinkoppelfläche 303b des jeweiligen Lichtleitelements 303a nach oben hin in Richtung der benachbarten LEDs 300 der Asymmetriereihe 312 verschoben.
  • Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Lichtleitelemente 201a, 202a, 203a bzw. 301a, 302a, 303a können beispielsweise aus Silikon, Kunststoff, Glas oder beliebigen anderen zur Lichtleitung geeigneten Materialien gefertigt sein. Die Lichtleitelemente 201a, 202a, 203a bzw. 301a, 302a, 303a sind als Vollkörper ausgeführt und bestehen aus einem einzigen durchgehenden optischen Medium, wobei die Lichtleitung innerhalb dieses Mediums erfolgt.
  • Die LEDs 200 und 300 ( Fig. 1b, Fig. 1c ) können z.B. Oslon Compact LEDs mit Licht-emittierenden Flächen von 0,5 x 0,5 mm2 sein. Die gesamte Anordnung ist ca. 10 cm breit.
  • Die Erfindung kann in beliebiger dem Fachmann bekannter Weise abgeändert werden und ist nicht auf die gezeigte Ausführungsform beschränkt. Auch können einzelne Aspekte der Erfindung aufgegriffen und weitgehend miteinander kombiniert werden. Wesentlich sind die der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken, welche in Anbetracht dieser Lehre durch einen Fachmann in mannigfaltiger Weise ausgeführt werden können und trotzdem als solche aufrechterhalten bleiben.

Claims (17)

  1. Leuchteinrichtung (20, 30) für einen Scheinwerfer, insbesondere einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, umfassend eine Mehrzahl von in Reihen (201, 202, 203, 301, 302, 303) nebeneinander angeordneten Lichtquellen (200, 300), die ein Leuchtfeld (209, 309) ausbilden, und eine Lichtführungseinrichtung (204, 304) mit einer Mehrzahl von Lichtführungselementen (201a, 202a, 203a, 301a, 302a, 303a), wobei jedem Lichtführungselement (201a, 202a, 203a, 301a, 302a, 303a) je eine Lichtquelle (200, 300) zugeordnet ist, wobei jedes Lichtführungselement (201a, 202a, 203a, 301a, 302a, 303a) je eine Lichteinkoppelfläche (201b, 202b, 203b, 301b, 302b, 303b) zum Einkoppeln des von der jeweiligen Lichtquelle ausgestrahlten Lichts und je eine Lichtaustrittsfläche aufweist, wobei die Lichtführungselemente (201a, 202a, 203a, 301a, 302a, 303a) in zumindest zwei übereinander angeordneten geradlinigen Reihen (211, 212, 213, 311, 312, 313) angeordnet sind, und wobei die Lichtführungselemente (203a, 303a) der untersten Reihe (213, 313) als Fernlicht-Lichtführungselemente (201a, 301a) ausgebildet sind und eine Fernlichtreihe (213, 313) bilden,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der vertikale Abstand zwischen den Lichtquellen (200, 300) der Fernlichtreihe (213, 313) und den Lichtquellen (200, 300) der nach oben hin benachbarten Reihe (212, 312) in wenigstens einem seitlichen Randbereich (208, 308) des Leuchtfelds (209, 309) kleiner ist als in einem Zentralbereich (207, 307) des Leuchtfelds (209, 309).
  2. Leuchteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vertikale Abstand zwischen den Lichtquellen (200, 300) der Fernlichtreihe (213, 313) und den Lichtquellen (200, 300) der nach oben hin benachbarten Reihe (212, 312) ausgehend vom Zentralbereich (207, 307) zu wenigstem einem der Randbereiche (208, 308) hin sukzessiv abnimmt.
  3. Leuchteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vertikale Abstand zwischen den Lichtquellen (200, 300) der Fernlichtreihe (213, 313) und den Lichtquellen (200, 300) der nach oben hin benachbarten Reihe (212, 312) in beiden seitlichen Randbereichen (208, 308) des Leuchtfelds (209, 309) kleiner ist als im Zentralbereich (207, 307) des Leuchtfelds (209, 309).
  4. Leuchteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vertikale Abstand zwischen den Lichtquellen (200, 300) der Fernlichtreihe (213, 313) und den Lichtquellen der nach oben hin benachbarten Reihe (212, 312) ausgehend vom Zentralbereich (207, 307) zu beiden Randbereichen (208, 308) hin sukzessiv abnimmt.
  5. Leuchteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch kennzeichnet, dass die Lichtquellen (200, 300) der Fernlichtreihe (213, 313), die im Zentralbereich (207, 307) des Leuchtfelds (209, 309) angeordnet sind, so positioniert sind, dass sie das Licht im Zentrum der Lichteinkoppelfläche (201b, 301b) des jeweiligen Lichtführungselements (201a, 301a) einkoppeln.
  6. Leuchteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der horizontale Abstand benachbarter Lichtquellen (300) in wenigstens einem der Randbereiche (308) des Leuchtfelds (309) zum Reihenrand hin zunimmt.
  7. Leuchteinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der horizontale Abstand zwischen benachbarten Lichtquellen (300) in beiden Randbereichen (308) zum Reihenrand hin zunimmt.
  8. Leuchteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (200) symmetrisch in Bezug auf eine optische Achse (210) angeordnet sind.
  9. Leuchteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (300) unsymmetrisch in Bezug auf eine optische Achse (310) angeordnet sind.
  10. Leuchteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Reihen (301, 302, 303) an Lichtquellen (300) unterschiedlich lang sind.
  11. Leuchteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtführungselemente (201a, 202a, 203a, 301a, 302a, 303a) in genau drei übereinander angeordneten Reihen (211, 212, 213, 311, 312, 313) angeordnet sind, die gemeinsam eine Fernlichtverteilung bilden, wobei die unterste Reihe die Fernlichtreihe (213, 313) ist.
  12. Leuchteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtaustrittsflächen der Lichtführungselemente (201a, 202a, 203a, 301a, 302a, 303a) Teil einer gemeinsamen Lichtaustrittsfläche (206, 306) sind, wobei einzelne Lichtaustrittsflächen aneinander angrenzen.
  13. Leuchteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (200, 300) lichtemittierende Dioden (LEDs) sind, die vorzugsweise einzeln ansteuerbar sind.
  14. Leuchteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtführungselemente (201a, 202a, 203a, 301a, 302a, 303a) als Lichtleitelemente ausgeführt sind.
  15. Leuchteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch eine der Lichtführungseinrichtung (204, 304) nachgeschaltete Abbildungsoptik.
  16. Leuchteinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsoptik eine oder mehrere optische Linsen umfasst.
  17. Kraftfahrzeugscheinwerfer umfassend eine Leuchteinrichtung (20, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
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