EP3403021A1 - Beleuchtungseinheit für einen kraftfahrzeugscheinwerfer zum erzeugen eines lichtbündels mit hell-dunkel-grenze - Google Patents

Beleuchtungseinheit für einen kraftfahrzeugscheinwerfer zum erzeugen eines lichtbündels mit hell-dunkel-grenze

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EP3403021A1
EP3403021A1 EP17700768.9A EP17700768A EP3403021A1 EP 3403021 A1 EP3403021 A1 EP 3403021A1 EP 17700768 A EP17700768 A EP 17700768A EP 3403021 A1 EP3403021 A1 EP 3403021A1
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EP
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light
lighting unit
reflector
focal line
unit according
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EP17700768.9A
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Bernd EICHINGER
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ZKW Group GmbH
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    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to a lighting unit for a motor vehicle headlight for generating a light beam with a cut-off line, comprising:
  • a focal line region which is arranged between the reflector and the exit lens, and furthermore with one collimator for each light source, the collimator aligning the light rays fed into the collimator by the light source assigned to it into a light beam of light rays, and the reflector directing the light rays Light rays of the emerging from the collimator
  • Reflector, exit lens and focal line area, and preferably at least one collimator, are formed from a light-transmissive body, and wherein at the reflector boundary surface of the reflector and / or the boundary surface of the
  • the invention relates to a motor vehicle headlight, which has at least one such lighting unit.
  • a similar lighting unit has become known, for example, from DE 60 2006 000 180 T2.
  • a lighting unit in the context of the present invention may be used in a motor vehicle headlight, e.g. be used for the realization of a part of a low beam distribution, in particular the apron light distribution of a low beam distribution.
  • Light exit surface with a low height which can be only up to 10mm or up to 15mm high in certain embodiments, realized, so that there is a slot-shaped, extending in the horizontal direction light exit surface.
  • the light exit surface i. the outer surface of the exit lens is smooth. It has been found that often the achievable light image or the achievable light distribution in the horizontal direction is not sufficiently wide.
  • the outer surface of the exit lens is formed by a groove-shaped structure in a smooth base surface, wherein the grooves forming the groove-shaped structure extend in a substantially vertical direction, and preferably two each in the horizontal direction adjacent grooves by one, in particular in
  • the necessary width for the desired light image in particular not for an apron light distribution of a low-beam light distribution, can often not be achieved with a smooth outer surface of the exit lens.
  • a horizontal blurring of the exiting light beams is achieved, whereby the desired width of the light distribution can be achieved.
  • exactly one light source with exactly one collimator is provided.
  • Base surface with first, non-vertical sectional planes resulting first basic sectional curves are straight, and wherein the first outer surface section curves resulting in a cutting of the outer surface with these first cutting planes have a sinusoidal course.
  • the value for the constant k is identical for all first outer surface sectional curves.
  • Outgoing lens extend resulting second base-sectional curves curved, in particular outwardly curved, are formed, wherein preferably the second base-sectional curves are continuous.
  • the second outer surface sectional curves resulting from a cutting of the outer surface with defined second cutting planes connect points of the outer surface with a maximum distance from the base surface.
  • Outer surface section curve is a function A (s) of a parameter s indicating the position on the second basic sectional curve.
  • the second cutting planes are vertical planes parallel to the optical axis of the translucent body, i. the exit lens of the optical body.
  • the optical axis of the optical body in particular the center line of the optical body is defined with respect to the apex of the exit lens.
  • the first cutting plane results as follows: the first cutting plane in the point under consideration is a plane normal to the tangent plane to the base plane, this plane, i. the first cutting plane, still normal to the second cutting plane, in which the point is located, is.
  • the second cutting plane as stated above, is a vertical one
  • Section plane through the smooth base surface which is parallel to the optical axis (or through this optical axis), and in which the considered point lies.
  • the at least one light source is lower than the focal line region, and the light emitted by the at least one light source is directed upwards to be reflected by the reflector downwards in the direction of the focal line region.
  • the at least one light source is higher than the focal line region, and the light emitted by the at least one light source is directed downwards in order to be reflected by the reflector upwards in the direction of the focal line region.
  • the reflector has a surface, for example a
  • Cylinder surface which has a parabola as a guideline, wherein the focal line of the reflector is formed for example by a straight line, which is preferably substantially parallel to the generatrix of the cylinder.
  • the parabola axis is orthogonal to the generatrix and parallel or antiparallel to the main emission direction of the at least one light source.
  • the reflector has a parabolic surface with
  • Main axis in the vertical direction for example, is cylindrically trimmed.
  • the trim does not have to be cylindrical.
  • the outer surface of the exit lens is curved in the vertical direction outwards, and preferably in the horizontal direction is rectilinear, and is formed for example by a cylindrical surface with a straight cross-section along an outwardly convex curve.
  • An example of such an outwardly convex curve is called an aspheric lens contour.
  • it is a free-form lens, which is curved in the vertical direction to the outside and not curved in the horizontal direction.
  • the cylindrical surface of the outer surface has generatrices that are substantially parallel to the generatrices of the reflector.
  • a light source is provided, but it may also be provided that a plurality of light sources adjacent to each other, for example in the direction of a generatrix of the reflector, are adjacent.
  • the distances between the light source emission points or light source emission surfaces, in particular their light emission centers, are preferably identical.
  • the at least one light source comprises a light-emitting diode or a plurality of
  • the sinus function is normal to the lens surface, ie the smooth base surface of the exit lens.
  • the period preferably remains unchanged, while preferably the groove depth (amplitude), in particular linear, for example as above described by a given initial value Ao or Ao * K (with which value the width of the light distribution can be set) at the upper edge of the light exit surface is changed to a value of zero or Ao * (K-1) at the lower edge of the lens.
  • FIG. 1 shows the essential components of a lighting unit according to the invention for a motor vehicle headlight
  • FIG. 2 shows a vertical section parallel to an optical axis of the illumination unit from FIG. 1, FIG.
  • Fig. 3 is a vertical section parallel to an optical axis of another
  • FIG. 4 is a perspective view of a lighting unit with a translucent body whose exit lens has no groove structure
  • FIG. 4a shows a light distribution generated by a lighting unit from FIG. 4,
  • FIG. 7 shows the course of the light exit surface of the exit lens of the translucent body in a section along an exemplary first sectional plane SEI from FIG. 6,
  • FIG. 8 again shows the vertical section from FIG. 6 with exemplary sectional areas AA, B-B, CC and DD,
  • FIGS. 10a-10d show the course of the light exit surface of the exit lens of FIG.
  • top In the context of this description, the terms “top”, “bottom”, “horizontal”, “vertical” are to be understood as indications of the orientation when the unit is in normal
  • Use position is arranged after being mounted in a vehicle
  • FIG. 1 shows a lighting unit 100 according to the invention for a
  • the lighting unit usually comprises one or more light sources, in the concrete example three light sources 1, 1a, 1b, a reflector 2, an exit lens 3 with an outer surface 3a, a focal line region 4 which is arranged between the reflector 2 and the exit lens 3, and furthermore each a collimator 10, 10a, 10b for each light source 1, la, lb.
  • the light sources 1, 1a, 1b preferably each comprise one light-emitting diode or a plurality of light-emitting diodes.
  • the reflector 2 deflects the light beams S2 of the light beams emerging from the collimators 10, 10a, 10b into a focal line FL lying in the focal line area 4, and the light beams S3 totally reflected by the reflector 2 are illuminated by the exit lens 3 of the body 101 at least in FIG deflected in a vertical direction V such that the emerging from the exit lens 3 light beams S4 form a light distribution with a cut-off.
  • the light-dark boundary results here as an illustration of a focal line region 4, in which the focal line FL lies, through the exit lens 3.
  • Reflector 2 exit lens 3 and focal line region 4 and the collimators 10, 10a, 10b are formed of a translucent, one-piece body 101, and the reflector boundary surface of the reflector 2 and the boundary surface of the focal line region 4 and to the collimator boundary surfaces of the collimators 10th , 10a, 10b, which are totally reflected in the light-transmissive body 101 propagating light beams Sl, S2, S3.
  • FIGS. 2 and 3 The corresponding course of the light beams is shown in FIGS. 2 and 3.
  • the translucent material of which the body 101 is formed preferably has a refractive index greater than that of air.
  • the material contains e.g. PMMA (polymethyl methacrylate) or PC (polycarbonate) and is particularly preferably formed therefrom.
  • the collimators 10, 10a, 10b align the light beams S1 fed into the collimator 10, 10a, 10b from the light source 1, 1a, 1b assigned thereto into a light bundle of substantially parallel light beams S2, which
  • Light beam S2 propagates substantially normal to an exit plane E of the collimator 10, 10a, 10b.
  • the collimators 10, 10a, 10b emit the light in one direction in parallel (eg in the direction vertical V in the light image) and in the direction normal thereto (horizontally H in the photo) fanned out accordingly.
  • outer, in particular the two outer collimators 10, 10b have an asymmetric
  • Brennlinien Scheme could also be implemented as an asymmetrical course of the cut-off line.
  • the reflector 2 is formed, for example, as a cylindrical surface having a parabola as a guideline, wherein the focal line BL of the reflector is formed by a straight line which is substantially parallel to the generatrix of the cylinder.
  • the focal line of the reflector FL lies in the focal line region 4 of the body 101 and preferably coincides substantially with the focal line of the exit lens 3.
  • the focal line region 4 is an edge in the body 101.
  • the edge 4 which is a curved line, in particular with a small curvature or particularly preferably a straight line, the HD line is formed.
  • the light possibly exiting below the edge 4 over the surface 4a is shaded by exposing the surface 4a below the edge 4, e.g. through a blind or a dark, e.g. black or brown coating on its outside, etc., is shaded to avoid false / stray light
  • the outer surface 3a of the exit lens 3 of the body 101 is curved outwards in a vertical direction, preferably in such a way that, in a central region, the exit surface in the light exit direction is further forward than its upper and lower
  • the exit lens is preferably rectilinear, and is, for example, by a cylindrical surface with a straight cross-section along one after outside convex curve is formed, or by a free-form lens which is curved in the vertical direction outwards and not curved in the horizontal direction.
  • cylindrical surface of the outer surface 3a has generatrixes which are substantially parallel to the generatrices of the reflector, or rectilinear portions of the freeform lens are preferably parallel to the generatrices of the reflector 2.
  • FIG. 2 corresponds to a vertical section through the illumination unit from FIG. 1.
  • the light sources 1 lie lower than the focal line region 4, and the light emanating from the one light sources is directed upwards in order to be described by the reflector 2 in the downward direction of the focal line area 4 to be reflected.
  • FIG. 3 shows a lighting unit of basically similar design with which
  • the at least one light source 1 is higher than the focal line area 4, and the outgoing from the at least one light source 1 light is directed down to be reflected by the reflector 2 upwards in the direction of the focal line area 4.
  • FIG. 4 shows a lighting unit from which a lighting unit 101 'according to the invention is "produced” in principle, as already indicated in the figures 1 to 3.
  • the lighting unit 101' from FIG. 4 shows a lighting unit from which a lighting unit 101 'according to the invention is "produced” in principle, as already indicated in the figures 1 to 3.
  • the lighting unit 101' from FIG. 4 shows a lighting unit from which a lighting unit 101 'according to the invention is "produced” in principle, as already indicated in the figures 1 to 3.
  • the illumination unit 101 'shown in FIG. 4 has an exit lens 3' with a smooth exit surface 3a '.
  • Fig. 4a shows a light distribution with a light-dark boundary, e.g. a
  • Such a light distribution has a certain width, as indicated in Fig. 4a.
  • the lighting unit 101 already shown in FIG. 1 is shown again in FIG. 5.
  • the outer surface 3a of the exit lens 3 consists of a smooth base surface BF (corresponding to the exit surface 3a 'of FIG. 4), which has a groove-like structure is provided, wherein the groove-shaped structure forming grooves 3b in the vertical direction, ie from top to bottom, run.
  • the outer surface 3a of the exit lens 3 consists of a smooth base surface BF (corresponding to the exit surface 3a 'of FIG. 4), which has a groove-like structure is provided, wherein the groove-shaped structure forming grooves 3b in the vertical direction, ie from top to bottom, run.
  • Exit lens 3 formed by a groove-shaped structure in a smooth base surface BF, wherein the groove-shaped structure forming grooves 3b extend in a substantially vertical direction, and preferably two in each case horizontally adjacent grooves 3b by a, in particular substantially vertically extending, survey , which preferably extends over the entire vertical extent of the grooves 3b, are separated.
  • FIGS. 6-8, 9a-9d, 10a-10d still show a preferred one below
  • Figure 6 and Figure 8 show vertical sections through the body 101, and in each case an enlarged section of the light-transmissive body between its focal line FL and the light exit surface 3a.
  • FIG. 6 shows a second vertical section which contains a considered point P on the base surface BF
  • FIG. 8 shows a second vertical section SE2 in which four points PA, PB, PC and PD considered as examples lie.
  • first, non-vertical cutting planes SEI (these cutting planes SEI are discussed in more detail below), for example at the point P (FIG. 6) or corresponding to the sections AA, BB, CC, DD (FIG. 8),
  • first base-section curves BSKl which run in a straight line, which in a cutting of the Outer surface 3a with these first cutting planes SEI resulting first outer surface sectional curves SKI (corresponding to the course of the lens outer surface in these sectional planes SEI) have a sinusoidal course.
  • the smooth base surface is an intellectual construct in relation to which the outer surface actually realized is described.
  • the first non-vertical cutting planes SEI are a multiplicity of such non-vertical cutting planes, which are still defined precisely below.
  • FIG. 7 shows such an exemplary first sectional plane SEI in which the point P lies, which is normal to the tangential plane TE in the point P (FIG. 6), for a general illustration of the relationships.
  • the lens outer surface is shown with respect to a first basic sectional curve BSK1.
  • the base intersection curve BSK1 is a line with the parameter x along this line BSK1.
  • the lens outer contour in this section is a first outer surface sectional curve SKI, which in this example is proportional to sin (k * x).
  • a (sp) the maximum amplitude
  • FIG. 8 shows a section along a second, vertical sectional plane SE2 parallel to the optical axis Z, with the four exemplary points PA, PB, PC and PD.
  • first sectional planes SEI are shown
  • the corresponding courses of the resulting second outer surface sectional curves SK2 for the four selected sectional planes SEI are shown in FIGS. 9a-9d.
  • twice the amplitude, ie the distance between maximum and minimum deflection, is shown in the sections.
  • Recognizable, in turn, in correspondence with FIG. 6, is the sinusoidal profile of the second outer surface sectional curve SK2, where k 2 * ⁇ / ⁇ , with the period length T.
  • typical values for the period length T [mm] are in a range up to 2.50 mm, preferably up to 2.00 mm.
  • preferred values are between 0.25 mm to 2.50 mm, for example between 1.25 mm to 2.00 mm.
  • Preferred values for the maximum amplitude Ao [ ⁇ ], regardless of the embodiment shown, are in a range of 50 ⁇ to 350 ⁇ , a typical value is 250 ⁇ .
  • FIG. 8 further shows (as well as FIG. 6) that the second base-section curves BSK2 resulting from cutting the smooth base surface BF with the second vertical sectional planes SE2, which run parallel to an optical axis Z of the exit lens 3, are curved, in particular curved to the outside, are formed, wherein
  • the second base-intersection curves BSK2 are continuous.
  • External surface section curves SK2 connect points of the outer surface 3a with maximum distance to the base surface BF.
  • the normal distance of the second outer surface intersection curve SK2 to the second basic intersection curve BSK2 can be considered as a function A (s) of a parameter s representing the position on the second basis -Section curve BSK2 indicates represent.
  • the second cutting plane is a vertical sectional plane through the smooth base surface BF, which runs parallel to the optical axis Z (or through this optical axis Z) and in which the considered point P lies.
  • the first sectional planes SEI enclose an angle of 90 ° with the second basic sectional curve BSK2.
  • the parameter thus represents a normalized arc length along the cutting curve BSK2.
  • a typical value for parameter K is in the range of 1.2 - 1.45, preferably about 1.33.
  • Groove optics are provided, with the sinus function normal to the lens surface, i. the smooth base surface of the exit lens is.
  • the period preferably remains unchanged, while preferably the groove depth (amplitude), in particular linear, from a certain initial value Ao (with this value, the width of the light distribution can be set) at the upper edge of the light exit surface to a value of zero at the lower edge of the lens changed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinheit für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer zum Erzeugen eines Lichtbündels mit Hell-Dunkel-Grenze, mit: - zumindest einer Lichtquelle (1, 1a, 1b), - einem Reflektor (2), - einer Austrittslinse (3) mit einer Außenfläche (3a), - einen Brennlinienbereich (4), welcher zwischen dem Reflektor (2) und der Austrittslinse (3) angeordnet ist, sowie weiters mit je einem Kollimator (10, 10a, 10b) für jede Lichtquelle (1, 1a, 1b), wobei der Kollimator (10, 10a, 10b) die von der ihm zugeordneten Lichtquelle (1, 1a, 1b) in den Kollimator (10, 10a, 10b) eingespeisten Lichtstrahlen (S1) zu einem Lichtbündel von Lichtstrahlen (S2) ausrichtet, und wobei der Reflektor die Lichtstrahlen des aus dem Kollimator austretenden Lichtbündels in eine in dem Brennlinienbereich liegende Brennlinie ablenkt, und wobei die von dem Reflektor reflektierten Lichtstrahlen von der Austrittslinse zumindest in vertikaler Richtung derart abgelenkt werden, dass die aus der Austrittslinse austretenden Lichtstrahlen eine Lichtverteilung mit einer Hell-Dunkel-Grenze bilden, und wobei die Außenfläche (3a) der Austrittslinse (3) durch eine rillenförmige Struktur in einer glatten Basisfläche (BF) gebildet ist, wobei die die rillenförmige Struktur bildenden Rillen (3b) in im Wesentlichen vertikaler Richtung verlaufen, und wobei vorzugsweise jeweils zwei in horizontaler Richtung nebeneinander liegende Rillen (3b) durch eine, insbesondere im Wesentlichen vertikal verlaufende, Erhebung, die sich vorzugsweise über die gesamte Vertikalerstreckung der Rillen (3b) erstreckt, getrennt sind.

Description

BELEUCHTUNGSEINHEIT FÜR EINEN KRAFTFAHRZEUGSCHEINWERFER ZUM ERZEUGEN EINES
LICHTBÜNDELS MIT HELL-DUNKEL-GRENZE
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinheit für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer zum Erzeugen eines Lichtbündels mit Hell-Dunkel-Grenze, mit:
- zumindest einer Lichtquelle,
- einem Reflektor,
- einer Austrittslinse mit einer Außenfläche,
- einen Brennlinienbereich, welcher zwischen dem Reflektor und der Austrittslinse angeordnet ist, sowie weiters mit je einem Kollimator für jede Lichtquelle, wobei der Kollimator die von der ihm zugeordneten Lichtquelle in den Kollimator eingespeisten Lichtstrahlen zu einem Lichtbündel von Lichtstrahlen ausrichtet, und wobei der Reflektor die Lichtstrahlen des aus dem Kollimator austretenden
Lichtbündels in eine in dem Brennlinienbereich liegende Brennlinie ablenkt, und wobei die von dem Reflektor reflektierten Lichtstrahlen von der Austrittslinse zumindest in vertikaler Richtung derart abgelenkt werden, dass die aus der Austrittslinse austretenden Lichtstrahlen eine Lichtverteilung mit einer Hell-Dunkel-Grenze bilden, wobei sich die Hell-Dunkel-Grenze als Abbildung der Brennlinie bzw. des Brennlinienbereiches durch die Austrittslinse ergibt, und wobei
Reflektor, Austrittslinse und Brennlinienbereich, sowie vorzugsweise der zumindest eine Kollimator, aus einem lichtdurchlässigen Körper gebildet sind, und wobei an der Reflektor- Begrenzungsfläche des Reflektors und/ oder der Begrenzungsfläche des
Brennlinienbereiches, und vorzugsweise an der Kollimator-Begrenzungsfläche des zumindest einen Kollimators, die sich in dem lichtdurchlässigen Körper fortpflanzenden Lichtstrahlen totalreflektiert werden. Weiters betrifft die Erfindung einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, welcher zumindest eine solche Beleuchtungseinheit aufweist.
Eine ähnliche Beleuchtungseinheit ist beispielsweise aus der DE 60 2006 000 180 T2 bekannt geworden.
Eine Beleuchtungseinheit im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung kann in einem Kraftfahrzeug-Scheinwerfer z.B. zur Realisierung eines Teiles einer Abblendlichtverteilung, insbesondere der Vorfeld-Lichtverteilung einer Abblendlichtverteilung verwendet werden.
Aktuelle Designtrends verlangen oftmals Scheinwerfer, welche in vertikaler Richtung schmale und in horizontaler Richtung ausgedehnte, schlitzförmige Lichtaustrittsöffnungen aufweisen. Eine eingangs erwähnte Beleuchtungseinheit kann im Bereich der
Lichtaustrittsfläche mit einer geringen Bauhöhe, die bei gewissen Ausführungsformen nur bis zu 10mm oder bis zu 15mm hoch sein kann, realisiert werden, sodass sich eine schlitzförmige, sich in horizontaler Richtung erstreckende Lichtaustrittsfläche ergibt.
Bei den eingangs erwähnten Beleuchtungseinheiten, wie sie auch in der oben genannten DE 60 2006 000 180 T2 beschrieben ist, ist vorgesehen, dass die Lichtaustrittsfläche, d.h. die Außenfläche der Austrittslinse, glatt ausgebildet ist. Dabei hat sich herausgestellt, dass oftmals das damit erzielbare Lichtbild bzw. die erzielbare Lichtverteilung in horizontaler Richtung nicht ausreichend breit ist.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Beleuchtungseinheit anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit einer eingangs erwähnten Beleuchtungseinheit dadurch gelöst, dass erfindungsgemäß die Außenfläche der Austrittslinse durch eine rillenförmige Struktur in einer glatten Basisfläche gebildet ist, wobei die die rillenförmige Struktur bildenden Rillen in im Wesentlichen vertikaler Richtung verlaufen, und wobei vorzugsweise jeweils zwei in horizontaler Richtung nebeneinander liegende Rillen durch eine, insbesondere im
Wesentlichen vertikal verlaufende, Erhebung, die sich vorzugsweise über die gesamte Vertikalerstreckung der Rillen erstreckt, getrennt sind. Die glatte Basisfläche ist
vorzugsweise C0-stetig und weist insbesondere keine horizontal verlaufenden Kanten auf. Wie eingangs beschrieben kann mit einer glatten Außenfläche der Austrittslinse oftmals nicht die notwendige Breite für das gewünschte Lichtbild, insbesondere nicht für eine Vorfeld-Lichtverteilung einer Abblendlichtverteilung, erzielt werden. Durch die
erfindungsgemäße Struktur auf der Außenfläche der Austrittslinse wird ein horizontales Verwischen der austretenden Lichtstrahlen erreicht, wodurch sich die gewünschte Breite der Lichtverteilung erzielen lässt.
Vorzugsweise ist genau eine Lichtquelle mit genau einem Kollimator vorgesehen.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die sich bei einem Schneiden der glatten
Basisfläche mit ersten, nicht-vertikalen Schnittebenen ergebenden ersten Basis-Schnittkurven geradlinig verlaufen, und wobei die sich bei einem Schneiden der Außenfläche mit diesen ersten Schnittebenen ergebenden ersten Außenflächen-Schnittkurven einen sinusförmigen Verlauf aufweisen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die ersten Außenflächen-Schnittkurven in den ersten Schnittebenen, in Bezug auf die Basis-Schnittkurve der jeweiligen ersten Schnittebene, proportional zu sinN(k*x) verlaufen, mit N = 1, 2, 3, ...., wobei x die Koordinate entlang der jeweiligen Basis-Schnittkurve und k eine Konstante bezeichnet.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Nulldurchgänge der sinusförmigen ersten
Außenflächen-Schnittkurven auf den ersten Basis-Schnittkurven liegen.
Es gilt somit, dass der Verlauf proportional zu sinN(k*x) + c mit c = 0 ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Wert für die Konstante k für alle ersten Außenflächen-Schnittkurven identisch ist.
Weiters kann es zweckmäßig sein, wenn die sich bei einem Schneiden der glatten Basisfläche mit zweiten, vertikalen Schnittebenen, welche parallel zu einer optischen Achse der
Austrittslinse verlaufen, ergebenden zweiten Basis-Schnittkurven gekrümmt, insbesondere nach Außen gekrümmt, ausgebildet sind, wobei vorzugsweise die zweiten Basis- Schnittkurven stetig sind. In diesem Zusammenhang zweckmäßig kann es sein, wenn die sich bei einem Schneiden der Außenfläche mit definierten zweiten Schnittebenen ergebenden zweiten Außenflächen- Schnittkurven Punkte der Außenfläche mit maximalem Abstand zu der Basisfläche miteinander verbinden.
Insbesondere ist es dabei günstig, wenn bei einem Fortschreiten entlang der zweiten Basis- Schnittkurve in den definierten Schnittebenen der Normalabstand zu der zweiten
Außenflächen-Schnittkurve eine Funktion A(s) eines Parameters s, welcher die Position auf der zweiten Basis-Schnittkurve angibt, ist.
Die zweiten Schnittebenen sind vertikale Ebenen parallel zu der optischen Achse des lichtdurchlässigen Körpers, d.h. der Austrittslinse des optischen Körpers.
Unter der optischen Achse ist die optische Achse des optischen Körpers, insbesondere die Mittenlinie des Optikkörpers definiert in Bezug auf den Apex der Austrittslinse.
In einem betrachteten Punkt auf der Basisfläche ergeben sich die ersten Schnittebene wie folgt: die erste Schnittebene in dem betrachteten Punkt ist eine Ebene, die normal steht auf die Tangentialebene an die Basisfläche, wobei diese Ebene, d.h. die erste Schnittebene, weiters noch normal auf die zweite Schnittebene, in welcher der Punkt liegt, steht. Bei der zweiten Schnittebene handelt es sich, wie oben schon ausgeführt, um eine vertikale
Schnittebene durch die glatte Basisfläche, welche parallel zu der optischen Achse (oder durch diese optische Achse) verläuft, und in welcher der betrachtete Punkt liegt.
Bei einer Basisfläche, welche lediglich in vertikaler Richtung gekrümmt ist, in horizontaler Richtung normal auf die optische Achse aber geradlinig verläuft, ändert sich zwischen benachbarten ersten Schnittebenen zwar der Winkel in Bezug auf die optische Achse, in horizontaler Richtung normal zu der optischen Achse verlaufen hingegen alle Schnittebenen geradlinig und„parallel" zueinander.
Dabei ist mit Vorteil vorgesehen, dass sich bei einem Fortschreiten entlang der zweiten Basis- Schnittkurve der Normalabstand A(s) kontinuierlich vergrößert, wobei vorzugsweise der Normalabstand an einem unteren Rand der Basisfläche geringer ist als an einem oberen Rand der Basisfläche, wobei sich der Normalabstand A(s) beispielsweise nach dem Zusammenhang A(s) = Ao * (K - s), mit s[0, 1], wobei s = 0 die Position am oberen Rand und s = 1 die Position am unteren Rand bezeichnet, und K = 1 oder K > 1, ergibt.
Für K = 1 ist somit Ao der Normalabstand an einem oberen oder unteren, vorzugsweise dem oberen Rand (s = 0) der Basisfläche (BF), am unteren Rand (s = 1) gilt dementsprechend A(l) = 0.
Für einen Wert K > 1 gilt, dass am oberen Rand (s = 0) der Normalabstand A(0) = K*Ao ist, und am unteren Rand ist der Normalabstand A(l) = Ao * (K - 1) > 0.
Im Fall mit K > 1 hat sich teilweise eine bessere optische Effizienz gezeigt als im Fall K = \.
Somit gibt es bei dieser Ausgestaltung vertikale zweite Schnittebenen, in welchen jeweils die übereinander liegenden„Nulldurchgänge", also jene Bereiche, wo die Außenfläche und die Basisfläche zusammenfallen, miteinander durch entsprechende zweite Außenflächen- Schnittkurven, die in diesem Fall mit den zweiten Basis-Schnittkurven zusammenfallen, verbunden sind.
Genauso gibt es zweite Schnittebenen, in welchen die zweiten Außenflächen-Schnittkurven die negativen Normalabstände/ Amplituden miteinander verbinden. Für eine eindeutige Beschreibung ist es aber ausreichend, die zweiten Außenflächen-Schnittkurven für die „positiven" Normalabstände/ Amplituden anzugeben, die anderen Zusammenhänge ergeben sich durch den Sinus- Verlauf in den ersten Schnittebenen
Es kann sein, dass die zumindest eine Lichtquelle tiefer liegt als der Brennlinienbereich, und das von der zumindest einen Lichtquelle ausgehende Licht nach oben geleitet wird, um durch den Reflektor nach unten in Richtung des Brennlinienbereiches reflektiert zu werden.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die zumindest eine Lichtquelle höher liegt als der Brennlinienbereich, und das von der zumindest einen Lichtquelle ausgehende Licht nach unten geleitet wird, um durch den Reflektor nach oben in Richtung des Brennlinienbereiches reflektiert zu werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Reflektor eine Fläche, beispielsweise eine
Zylinderfläche, ist, die eine Parabel als Leitlinie aufweist, wobei die Brennlinie des Reflektors beispielsweise durch eine Gerade gebildet ist, die vorzugsweise zu den Erzeugenden des Zylinders im Wesentlichen parallel ist. Vorzugsweise ist die Parabelachse ist orthogonal zu den Erzeugenden und parallel bzw. antiparallel zur Hauptabstrahlrichtung der zumindest einen Lichtquelle.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der Reflektor eine parabelförmige Fläche mit
Hauptachse in vertikaler Richtung ist, die beispielsweise zylinderförmig beschnitten wird. Der Beschnitt muss aber nicht zylinderförmig sein.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Außenfläche der Austrittslinse in vertikaler Richtung nach Außen gekrümmt ist, und in horizontaler Richtung vorzugsweise geradlinig verläuft, und beispielsweise durch eine Zylinderfläche mit geradem Querschnitt entlang einer nach außen konvexen Kurve gebildet ist. Ein Beispiel für eine solche nach Außen konvexe Kurve ist eine asphärische Linsenkontur genannt.
Beispielsweise handelt es sich um eine Freiformlinse, die in vertikaler Richtung nach Außen gekrümmt und in horizontaler Richtung nicht gekrümmt ist.
Insbesondere kann weiters vorgesehen sein, dass die Zylinderfläche der Außenfläche Erzeugende aufweist, die zu den Erzeugenden des Reflektors im Wesentlichen parallel sind.
Es kann vorgesehen sein, dass eine Lichtquelle vorgesehen ist, es kann aber auch vorgesehen sein, dass mehrere Lichtquellen nebeneinander, beispielsweise in der Richtung einer Erzeugenden des Reflektors, nebeneinander liegen. Bevorzugt sind die Abstände zwischen den Lichtquellen-Emissionspunkten bzw. Lichtquellen-Emissionsflächen, insbesondere deren Licht-Emissions-Schwerpunkten, ident.
Die zumindest eine Lichtquelle umfasst eine Leuchtdiode oder eine Mehrzahl von
Leuchtdioden.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist zusammenfassend eine sinusförmige
Rillenoptik vorgesehen, wobei die Sinus-Funktion normal zu der Linsenoberfläche, d.h. der glatten Basisfläche der Austrittslinse steht. Die Periode bleibt vorzugsweise unverändert, während vorzugsweise sich die Rillentiefe (Amplitude), insbesondere linear, z.B. wie oben beschrieben von einem bestimmten Ausgangswert Ao oder Ao*K (mit diesem Wert kann die Breite der Lichtverteilung eingestellt werden) an der Oberkante der Lichtaustrittsfläche auf einen Wert von Null oder Ao*(K - 1) an der Unterkante der Linse verändert.
Damit kann erreicht werden, dass sich die Lichtverteilung wie gewünscht verbreitert, und überraschender Weise hat sich dabei auch ergeben, dass sich die Hell-Dunkel-Grenze nach Außen, auch bei einer geradlinig verlaufenden Brennlinie des lichtdurchlässigen Körpers, nicht aufbiegt.
Im Folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erörtert. In dieser zeigt
Fig. 1 die wesentlichen Bestandteile einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer,
Fig. 2 einen vertikalen Schnitt parallel zu einer optischen Achse der Beleuchtungseinheit aus Figur 1,
Fig. 3 einen vertikalen Schnitt parallel zu einer optischen Achse einer weiteren
erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Beleuchtungseinheit mit einem lichtdurchlässigen Körper, dessen Austrittslinse keine Rillenstruktur aufweist,
Fig. 4a eine mit einer Beleuchtungseinheit aus Figur 4 erzeugte Lichtverteilung,
Fig. 5 nochmals die Beleuchtungseinheit aus Figur 1 und
Fig. 5a die mit dieser erzeugte Lichtverteilung,
Fig. 6 zeigt in einem Vertikalschnitt einen vergrößerten Ausschnitt des lichtdurchlässigen Körpers zwischen seiner Brennlinie und der Lichtaustrittsfläche,
Fig. 7 den Verlauf der Lichtaustrittsfläche der Austrittslinse des lichtdurchlässigen Körpers in einem Schnitt entlang einer beispielhaften ersten Schnittebene SEI aus Figur 6, Fig. 8 nochmals den Vertikalschnitt aus Figur 6 mit exemplarischen Schnittflächen A-A, B- B, C-C und D-D,
Fig. 9a - Fig. 9d den Verlauf der Lichtaustrittsfläche der Austrittslinse des lichtdurchlässigen Körpers in den verschiedenen Schnitten A-A, B-B, C-C und D-D gemäß Figur 8 für K = 1, und
Fig. 10a - Fig. lOd den Verlauf der Lichtaustrittsfläche der Austrittslinse des
lichtdurchlässigen Körpers in den verschiedenen Schnitten A-A, B-B, C-C und D-D gemäß Figur 8 für K > 1.
Im Rahmen dieser Beschreibung sind die Begriffe„oben",„unten",„horizontal",„vertikal" als Angaben der Ausrichtung zu verstehen, wenn die Einheit in normaler
Benutzungsstellung angeordnet ist, nachdem sie in einer im Fahrzeug montierten
Beleuchtungsvorrichtung eingebaut wurde.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit 100 für einen
Kraftfahrzeugscheinwerfer zum Erzeugen eines Lichtbündels mit Hell-Dunkel-Grenze. Die Beleuchtungseinheit umf asst üblicherweise eine oder mehrere Lichtquellen, in dem konkreten Beispiel drei Lichtquellen 1, la, lb, einen Reflektor 2, eine Austrittslinse 3 mit einer Außenfläche 3a, einen Brennlinienbereich 4, welcher zwischen dem Reflektor 2 und der Austrittslinse 3 angeordnet ist, sowie weiters je einen Kollimator 10, 10a, 10b für jede Lichtquelle 1, la, lb.
Die Lichtquellen 1, la, lb umfassen vorzugsweise jeweils eine Leuchtdiode oder eine Mehrzahl von Leuchtdioden.
Der Reflektor 2 lenkt die Lichtstrahlen S2 der aus den Kollimatoren 10, 10a, 10b austretenden Lichtbündel in eine in dem Brennlinienbereich 4 liegende Brennlinie FL ab, und die von dem Reflektor 2 total-reflektierten Lichtstrahlen S3 werden von der Austrittslinse 3 des Körpers 101 zumindest in vertikaler Richtung V derart abgelenkt, dass die aus der Austrittslinse 3 austretenden Lichtstrahlen S4 eine Lichtverteilung mit einer Hell-Dunkel-Grenze bilden. Die Hell-Dunkel-Grenze ergibt sich dabei als Abbildung eines Brennlinienbereiches 4, in welchem die Brennlinie FL liegt, durch die Austrittslinse 3. Reflektor 2, Austrittslinse 3 und Brennlinienbereich 4 sowie die Kollimatoren 10, 10a, 10b sind aus einem lichtdurchlässigen, einstückigen Körper 101 gebildet, und an der Reflektor- Begrenzungsfläche des Reflektors 2 und der Begrenzungsfläche des Brennlinienbereiches 4 sowie an den Kollimator-Begrenzungsflächen der Kollimatoren 10, 10a, 10b, die sich in dem lichtdurchlässigen Körper 101 fortpflanzenden Lichtstrahlen Sl, S2, S3 totalreflektiert werden.
Der entsprechende Verlauf der Lichtstrahlen ist in den Figuren 2 und 3 dargestellt.
Das lichtdurchlässige Material, aus dem der Körper 101 gebildet ist, weist vorzugsweise einen Brechungsindex größer als jener von Luft auf. Das Material enthält z.B. PMMA (Polymethylmethacrylat) oder PC (Polycarbonat) und ist insbesondere vorzugsweise daraus gebildet.
Es kann vorgesehen sein, dass die Kollimatoren 10, 10a, 10b die von der ihm zugeordneten Lichtquelle 1, la, lb in den Kollimator 10, 10a, 10b eingespeisten Lichtstrahlen Sl zu einem Lichtbündel von im Wesentlichen parallelen Lichtstrahlen S2 ausrichten, welches
Lichtbündel S2 sich im Wesentlichen normal zu einer Austrittsebene E des Kollimators 10, 10a, 10b ausbreitet.
Generell, und insbesondere auch bei der konkreten Ausführungsform kann es hingegen von Vorteil sein, wenn die Kollimatoren 10, 10a, 10b das Licht in einer Richtung parallel abstrahlen (z.B. in der Richtung vertikal V im Lichtbild) und in der Richtung normal darauf (horizontal H im Lichtbild) entsprechend auffächern. Vorzugsweise haben äußere, insbesondere die beiden äußeren Kollimatoren 10, 10b eine asymmetrische
Abstrahlcharakteristik, um Reflexionen an den Seitenflächen des lichtdurchlässigen Körpers 101 und dadurch hervorgerufene Inhomogenitäten zu vermeiden.
Im vorliegenden Fall ist eine Ausführungsform mit drei Lichtquellen und drei Kollimatoren dargestellt. Es ist allerdings auch die Verwendung von lediglich einer einzigen Lichtquelle, insbesondere genauer einer Leuchtdiode, und einem einzigen zugeordneten Kollimator ausreichend, um die gewünschte Lichtverteilung erzielen zu können. Es wird also bereits vor der Fokalebene der Austrittslinse das Licht horizontal gestreut. Durch diese Aufweitung des Lichts, kann im Zusammenspiel mit der weiter unten beschrieben erfindungsgemäßen Streuoptik an der Frontseite des lichtdurchlässigen Körpers 101 kann eine breite Lichtverteilung, insbesondere eine breite Vorfeld-Lichtverteilung, erreicht werden.
Es wäre auch denkbar, durch Anpassung der horizontalen Abstrahlcharakteristik eine asymmetrische Vorfeld- Lichtverteilung zu erzeugen, indem beispielsweise der zentrale Kollimator nicht symmetrisch ausgeführt ist. Durch eine horizontale Stufe im
Brennlinienbereich könnte auch ein asymmetrischer Verlauf der Hell-Dunkel-Grenze umgesetzt werden.
Der Reflektor 2 ist beispielsweise als eine Zylinderfläche ausgebildet, die eine Parabel als Leitlinie aufweist, wobei die Brennlinie BL des Reflektors durch eine Gerade gebildet ist, die zu den Erzeugenden des Zylinders im Wesentlichen parallel ist.
Die Brennlinie des Reflektors FL liegt im Brennlinienbereich 4 des Körpers 101 und fällt vorzugsweise im Wesentlichen mit der Brennlinie der Austrittslinse 3 zusammen.
Der Brennlinienbereich 4 ist eine Kante in dem Körper 101. Durch Abbildung der Kante 4, bei der es sich um eine gekrümmte Linie, insbesondere mit geringer Krümmung oder besonders vorzugsweise um eine gerade Linie handelt, wird die HD- Linie gebildet.
Das möglicherweise unterhalb der Kante 4 über die Fläche 4a austretende Licht wird abgeschattet, indem die unterhalb der Kante 4 liegende Fläche 4a z.B. durch eine Blende oder eine dunkle, z.B. schwarze oder braune Beschichtung an ihrer Außenseite, etc., abgeschattet wird, um Fehl/ Streulicht zu vermeiden
Die Außenfläche 3a der Austrittslinse 3 des Körpers 101 ist in vertikaler Richtung nach Außen gekrümmt, und zwar vorzugsweise derart, dass in einem mittleren Bereich die Austrittsfläche in Lichtaustrittsrichtung weiter vorne ist als ihr oberer und unterer
Randbereich. In horizontaler Richtung verläuft die Austrittslinse vorzugsweise geradlinig, und ist beispielsweise durch eine Zylinderfläche mit geradem Querschnitt entlang einer nach außen konvexen Kurve gebildet ist, oder durch eine Freiformlinse, die in vertikaler Richtung nach Außen gekrümmt und in horizontaler Richtung nicht gekrümmt ist.
Insbesondere kann weiters vorgesehen sein, dass die Zylinderfläche der Außenfläche 3a Erzeugende aufweist, die zu den Erzeugenden des Reflektors im Wesentlichen parallel sind, bzw. sind geradlinig verlaufende Abschnitte der Freiformlinse vorzugsweise parallel zu den Erzeugenden des Reflektors 2.
Figur 2 entspricht einem Vertikalschnitt durch die Beleuchtungseinheit aus Figur 1. Hier liegen die Lichtquellen 1 tiefer liegt als der Brennlinienbereich 4, und das von den einen Lichtquellen ausgehende Licht wird nach oben geleitet, um durch den Reflektor 2 wie bereits eingehend beschrieben nach unten in Richtung des Brennlinienbereiches 4 reflektiert zu werden.
Figur 3 zeigt eine grundsätzlich ähnlich aufgebaute Beleuchtungseinheit, mit dem
Unterschied, dass hier die zumindest eine Lichtquelle 1 höher als der Brennlinienbereich 4 liegt, und das von der zumindest einen Lichtquelle 1 ausgehende Licht wird nach unten geleitet, um durch den Reflektor 2 nach oben in Richtung des Brennlinienbereiches 4 reflektiert zu werden.
Figur 4 zeigt eine Beleuchtungseinheit, von welcher ausgehend eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit 101' wie bereits in den Figuren 1 - 3 prinzipiell angedeutet„erzeugt" wird. Die Beleuchtungseinheit 101' aus Figur 4 hat den grundsätzlich oben schon
beschriebenen Aufbau, sodass sich eine weitere Erörterung hier erübrigt. Die in Figur 4 gezeigte Beleuchtungseinheit 101' weist eine Austrittslinse 3' mit einer glatten Austrittsfläche 3a' auf.
Fig. 4a zeigt eine Lichtverteilung mit einer Hell-Dunkel-Grenze, z.B. eine
Abblendlichtverteilung oder einen Teil, z.B. das Vorfeld einer Abblendlichtverteilung. Eine solche Lichtverteilung hat eine gewisse Breite, wie in Fig. 4a angedeutet.
Ausgehend von einer solchen Beleuchtungseinheit 101' ist nun in Fig. 5 nochmals die bereits in Fig. 1 gezeigte Beleuchtungseinheit 101 dargestellt. Der Unterschied zu der Ausführung nach Fig. 4 liegt darin, dass bei der Beleuchtungseinheit 101 aus Fig. 5 die Außenfläche 3a der Austrittslinse 3 aus einer glatten Basisfläche BF (entsprechend der Austrittsfläche 3a' aus Fig. 4) besteht, welche mit einer rillenförmigen Struktur versehen ist, wobei die die rillenförmige Struktur bildenden Rillen 3b in vertikaler Richtung, also von oben nach unten, verlaufen. Konkret ist die Außenfläche 3a der
Austrittslinse 3 durch eine rillenförmige Struktur in einer glatten Basisfläche BF gebildet, wobei die die rillenförmige Struktur bildenden Rillen 3b in im Wesentlichen vertikaler Richtung verlaufen, und wobei vorzugsweise jeweils zwei in horizontaler Richtung nebeneinander liegende Rillen 3b durch eine, insbesondere im Wesentlichen vertikal verlaufende, Erhebung, die sich vorzugsweise über die gesamte Vertikalerstreckung der Rillen 3b erstreckt, getrennt sind.
Wie eingangs beschrieben kann mit einer glatten Außenfläche BF, 3a' der Austrittslinse oftmals nicht die notwendige Breite für das gewünschte Lichtbild, insbesondere nicht für eine Vorfeld-Lichtverteilung einer Abblendlichtverteilung, erzielt werden. Durch die erfindungsgemäße Struktur auf der Außenfläche der Austrittslinse wird ein horizontales Verwischen der austretenden Lichtstrahlen erreicht, wodurch sich die gewünschte Breite der Lichtverteilung erzielen lässt, wie dies schematisch in Fig. 5a gezeigt ist.
Die Figuren 6 - 8, 9a - 9d, 10a - lOd zeigen im Folgenden noch eine bevorzugte
Ausgestaltung dieser erfindungsgemäßen Rillenstruktur.
Figur 6 und Figur 8 zeigen Vertikalschnitte durch den Körper 101, und zwar jeweils einen vergrößerten Ausschnitt des lichtdurchlässigen Körpers zwischen seiner Brennlinie FL und der Lichtaustrittsfläche 3a.
Figur 6 zeigt dabei einen zweiten vertikalen Schnitt, welcher einen betrachteten Punkt P auf der Basisfläche BF enthält, die Figur 8 zeigt einen zweiten vertikalen Schnitt SE2, in welchem vier beispielhaft betrachtete Punkte PA, PB, PC und PD liegen.
Schneidet man die glatte Basisfläche BF mit ersten, nicht- vertikalen Schnittebenen SEI (diese Schnittebenen SEI sind weiter unten noch genauer erörtert), beispielsweise im Punkt P (Figur 6) oder entsprechend den Schnitten A-A, B-B, C-C, D-D (Figur 8), so ergeben sich erste Basis-Schnittkurven BSKl, die geradlinig verlaufen, wobei die sich bei einem Schneiden der Außenfläche 3a mit diesen ersten Schnittebenen SEI ergebenden ersten Außenflächen- Schnittkurven SKI (die dem Verlauf der Linsen- Außenfläche in diesen Schnittebenen SEI entsprechen) einen sinusförmigen Verlauf aufweisen.
Bei der glatten Basisfläche handelt es sich um ein gedankliches Konstrukt, in Bezug auf welche die dann tatsächlich realisierte Außenfläche beschrieben wird. Bei den ersten, nicht vertikalen Schnittebenen SEI handelt es sich um eine Vielzahl an solchen nicht-vertikalen Schnittebenen, die im Folgenden noch genau definiert werden.
In dem gezeigten, bevorzugten Beispiel verlaufen die ersten Außenflächen-Schnittkurven SKI in den ersten Schnittebenen SEI, in Bezug auf die Basis-Schnittkurve BSK1 der jeweiligen ersten Schnittebene SEI, proportional zu sinN(k*x), mit N = 1, 2, 3, .... (im gezeigten Beispiel N = 1), wobei x die Koordinate entlang der jeweiligen Basis-Schnittkurve BSK1 und k eine Konstante bezeichnet.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Nulldurchgänge der sinusförmigen ersten
Außenflächen-Schnittkurven SKI auf den ersten Basis-Schnittkurven BSK1 liegen. Es gilt somit, dass der Verlauf proportional zu sinN(k*x) + c mit c = 0 ist.
Figur 7 zeigt eine solche beispielhafte erste Schnittebene SEI, in welcher der Punkt P liegt, welche normal auf die Tangentialebene TE in dem Punkt P steht (Figur 6), zur allgemeinen Veranschaulichung der Zusammenhänge. In diesem Schnitt ist die Linsen- Außenfläche in Bezug auf eine erste Basis-Schnittkurve BSK1 dargestellt. Die Basis-Schnittkurve BSK1 ist eine Gerade mit dem Parameter x entlang dieser Geraden BSK1. Die Linsen- Außenkontur ist in diesem Schnitt eine erste Außenflächen-Schnittkurve SKI, welche in diesem Beispiel proportional zu sin(k*x) ist. Abhängig von einer Position s (zum Parameter s siehe die weiter untenstehenden Erörterungen), welche dem Punkt P entspricht, d.h. s = Sp in dem Schnitt gemäß Figur 6 ist die maximale Amplitude bestimmt durch A(sp), wie in Figur 7
eingezeichnet. Die Bestimmung der Amplitude wird weiter unten ebenfalls noch näher erörtert.
Figur 8 zeigt einen Schnitt entlang einer zweiten, vertikalen Schnittebenen SE2 parallel zur optischen Achse Z, mit den vier beispielhaft betrachteten Punkten PA, PB, PC und PD. In diesen vier Punkten sind erste Schnittebenen SEI dargestellt, die entsprechenden Verläufe der sich ergebenden zweiten Außenflächen-Schnittkurven SK2 für die vier ausgewählten Schnittebenen SEI (entsprechend den Schnitten A-A, B-B, C-C und D-D) sind in den Figuren 9a - 9d gezeigt. Der besseren Übersichtlichkeit halber ist in den Schnitten jeweils die doppelte Amplitude, also der Abstand zwischen maximaler und minimaler Auslenkung dargestellt.
Erkennbar ist wiederum, in Entsprechung zur Figur 6, der sinus-förmige Verlauf der zweiten Außenflächen-Schnittkurve SK2, für k gilt dabei k = 2*π/Τ, mit der Periodenlänge T.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Wert für die Konstante k für alle ersten
Außenflächen-Schnittkurven SEI identisch ist.
Generell, unabhängig von der gezeigten Ausführungsform, liegen typische Werte für die Periodenlänge T [mm] in einem Bereich bis 2,50 mm, bevorzugt bis 2,00 mm. Insbesondere liegen bevorzugte Werte zwischen 0,25 mm bis 2,50 mm, beispielsweise zwischen 1,25 mm bis 2,00 mm.
Bevorzugte Werte für die maximale Amplitude Ao [μιη], unabhängig von der gezeigten Ausführungsform, liegen in einem Bereich von 50 μηι bis 350 μηι, ein typischer Wert liegt bei 250 μιη.
Als günstiger Wertebereich für das Größen Verhältnis Ao zu T hat sich beispielsweise 0,1 < (T/Ao) < 0,250 ergeben.
Obige Angaben gelten für den Fall K = 1 (zum Parameter K siehe die Ausführungen weiter oben in der Beschreibungseinleitung), für den Fall K > 1 gelten die analogen Überlegungen, wobei in diesem Fall die in den beiden vorstehenden Absätzen Ao durch Ao*K zu sersetzen ist.
Figur 8 zeigt weiters (ebenso wie Figur 6), dass die sich bei einem Schneiden der glatten Basisfläche BF mit den zweiten, vertikalen Schnittebenen SE2, welche parallel zu einer optischen Achse Z der Austrittslinse 3 verlaufen, ergebenden zweiten Basis-Schnittkurven BSK2 gekrümmt, insbesondere nach Außen gekrümmt, ausgebildet sind, wobei
vorzugsweise die zweiten Basis-Schnittkurven BSK2 stetig sind. In diesem Zusammenhang ist dabei vorgesehen, dass die sich bei einem Schneiden der Außenfläche 3a mit definierten zweiten Schnittebenen SE2 ergebenden zweiten
Außenflächen-Schnittkurven SK2 Punkte der Außenfläche 3a mit maximalem Abstand zu der Basisfläche BF miteinander verbinden. Die zweiten Ebenen SE sind somit vorzugsweise vertikale Schnittebenen parallel zu der optischen Achse Z, für welche gilt, dass der Betrag von sinN(k*x) = 1 ist. Diese zweiten Ebenen sind für die Definition der Linsen- Außenfläche ausreichend, die Bereiche zwischen diesen vertikalen Ebenen werden durch die oben beschriebene Sinus-Funktion definiert.
Bei einem Fortschreiten entlang der zweiten Basis-Schnittkurven BSK2 in den definierten Schnittebenen SE2 lässt sich der Normalabstand der zweiten Außenflächen-Schnittkurve SK2 zu der zweiten Basis-Schnittkurve BSK2 als eine Funktion A(s) eines Parameters s, welcher die Position auf der zweiten Basis-Schnittkurve BSK2 angibt, darstellen.
Vorerst noch einmal auf die ersten Schnittebenen zurückkommend, ist zu sagen, dass sich in einem betrachteten Punkt P (Fig. 6), PA, PB, PC, PD (Fig. 8) auf der Basisfläche BF die ersten Schnittebene SEI wie folgt ergeben: die erste Schnittebene SEI in dem betrachteten Punkt P, PA, ... ist eine Ebene, die normal steht auf die Tangentialebene TE an die Basisfläche BF, wobei diese Ebene (= Schnittebene SEI) weiters noch normal auf die zweite Schnittebene SE2, in welcher der Punkt P liegt, steht. Bei der zweiten Schnittebene handelt es sich, wie oben schon ausgeführt, um eine vertikale Schnittebene durch die glatte Basisfläche BF, welche parallel zu der optischen Achse Z (oder durch diese optische Achse Z) verläuft, und in welcher der betrachtete Punkt P liegt. Die ersten Schnittebenen SEI schließen mit der zweiten Basis-Schnittkurve BSK2 einen Winkel von 90° ein.
Bei einer Basisfläche, welche lediglich in vertikaler Richtung gekrümmt ist, in horizontaler Richtung normal auf die optische Achse Z aber geradlinig verläuft, ändert sich zwischen benachbarten ersten Schnittebenen SEI zwar der Winkel in Bezug auf die optische Achse Z, in horizontaler Richtung normal zu der optischen Achse Z verlaufen hingegen alle
Schnittebenen geradlinig und„parallel" zueinander.
Nun wieder zurückkommend auf die zweiten, vertikalen Schnittebenen SE2 und auf den Verlauf der Außenflächen-Schnittkurve SK2, folgt die Funktion A(s) beispielsweise dem Zusammenhang A(s) = A0 * (1 - s), mit s[0, 1], wobei A0 der Normalabstand an dem oberen Rand der Basisfläche BF ist.
Dabei ist s = 0 die Position am oberen Rand der Basisfläche, wo somit A(0) = Ao gilt, am unteren Rand gilt A(l) = 0. Der Parameter stellt somit eine normierte Bogenlänge entlang der Schnittkurve BSK2 dar.
Für den Parameter s gilt in den vier Punkten gemäß Figur 8:
- PA: s = SPA = 1,
- PB: s = SPB, SPB < 1,
- PC: s = spc, spc < SPB, und
- PD: s = SPD = 0.
A(SPA) = Ao * 0 = 0, A(SPD) = A0 * 1 = A0, sowie 0 < A(sPB) < A(sPC) < A(sPD) = Ao.
Somit gibt es bei dieser Ausgestaltung vertikale zweite Schnittebenen, in welchen jeweils die übereinander liegenden„Nulldurchgänge", also jene Bereiche, wo die Außenfläche und die Basisfläche zusammenfallen, miteinander durch entsprechende zweite Außenflächen- Schnittkurven, die in diesem Fall mit den zweiten Basis-Schnittkurven zusammenfallen, verbunden sind.
Genauso gibt es zweite Schnittebenen, in welchen die zweiten Außenflächen-Schnittkurven die negativen Normalabstände/ Amplituden miteinander verbinden. Für eine eindeutige Beschreibung ist es aber ausreichend, die zweiten Außenflächen-Schnittkurven für die „positiven" Normalabstände/ Amplituden anzugeben, die anderen Zusammenhänge ergeben sich durch den Sinus- Verlauf in den ersten Schnittebenen.
Der oben beschriebene Zusammenhang A(s) = A0*(l - s) ist ein Spezialfall des allgemeineren Falles A(s) = Ao*(K - s), mit K = 1. Es hat sich herausgestellt, dass zum Teil die optische Effizienz für K > 1 besser ist als für K = 1. Ein typischer Wert für den Parameter K liegt im Bereich von 1,2 - 1,45, vorzugsweise bei ca. 1,33.
In diesem in den Figuren 10a - lOd dargestellten Fall gilt A(SPA) = Ao * (K - 1) > 0, A(SPD) = A0 * K, sowie A0 * (K - 1) < A(sPB) < A(sPC) < A(sPD) = A0 * K.
Zusammenfassend lässt sich die Kontur der Außenfläche 3a über einer„gedachten"
Basisfläche BF darstellen als z(s, x) = A(s) * sinN(k*x).
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist zusammenfassend eine sinusförmige
Rillenoptik vorgesehen, wobei die Sinus-Funktion normal zu der Linsenoberfläche, d.h. der glatten Basisfläche der Austrittslinse steht. Die Periode bleibt vorzugsweise unverändert, während vorzugsweise sich die Rillentiefe (Amplitude), insbesondere linear, von einem bestimmten Ausgangswert Ao (mit diesem Wert kann die Breite der Lichtverteilung eingestellt werden) an der Oberkante der Lichtaustrittsfläche auf einen Wert von Null an der Unterkante der Linse verändert.
Damit kann erreicht werden, dass sich die Lichtverteilung wie gewünscht verbreitert, und überraschender Weise hat sich dabei auch ergeben, dass sich die Hell-Dunkel-Grenze nach Außen, auch bei einer geradlinig verlaufenden Brennlinie des lichtdurchlässigen Körpers, nicht aufbiegt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Beleuchtungseinheit für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer zum Erzeugen eines Lichtbündels mit Hell-Dunkel-Grenze, mit:
- zumindest einer Lichtquelle (1, la, lb),
- einem Reflektor (2),
- einer Austrittslinse (3) mit einer Außenfläche (3a),
- einen Brennlinienbereich (4), welcher zwischen dem Reflektor (2) und der
Austrittslinse (3) angeordnet ist, sowie weiters mit je einem Kollimator (10, 10a, 10b) für jede Lichtquelle (1, la, lb), wobei der Kollimator (10, 10a, 10b) die von der ihm zugeordneten Lichtquelle (1, la, lb) in den
Kollimator (10, 10a, 10b) eingespeisten Lichtstrahlen (Sl) zu einem Lichtbündel von
Lichtstrahlen (S2) ausrichtet, und wobei der Reflektor (2) die Lichtstrahlen (S2) des aus dem Kollimator (10, 10a, 10b) austretenden Lichtbündels in eine in dem Brennlinienbereich (4) liegende Brennlinie (FL) ablenkt, und wobei die von dem Reflektor (2) reflektierten Lichtstrahlen (S3) von der Austrittslinse (3) zumindest in vertikaler Richtung (V) derart abgelenkt werden, dass die aus der
Austrittslinse (3) austretenden Lichtstrahlen (S4) eine Lichtverteilung mit einer Hell- Dunkel- Grenze bilden, wobei sich die Hell-Dunkel-Grenze als Abbildung der Brennlinie (FL) bzw. des Brennlinienbereiches (4) durch die Austrittslinse (3) ergibt, und wobei
Reflektor (2), Austrittslinse (3) und Brennlinienbereich (4), sowie vorzugsweise der zumindest eine Kollimator (10, 10a, 10b), aus einem lichtdurchlässigen Körper (101) gebildet sind, und wobei an der Reflektor-Begrenzungsfläche des Reflektors (2) und/ oder der Begrenzungsfläche des Brennlinienbereiches (4), und vorzugsweise an der Kollimator- Begrenzungsfläche des zumindest einen Kollimators (10, 10a, 10b), die sich in dem lichtdurchlässigen Stück (101) fortpflanzenden Lichtstrahlen (Sl, S2, S3) totalreflektiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (3a) der Austrittslinse (3) durch eine rillenförmige Struktur in einer glatten Basisfläche (BF) gebildet ist, wobei die die rillenförmige Struktur bildenden Rillen (3b) in im Wesentlichen vertikaler Richtung verlaufen, und wobei vorzugsweise jeweils zwei in horizontaler Richtung nebeneinander liegende Rillen (3b) durch eine, insbesondere im Wesentlichen vertikal verlaufende, Erhebung, die sich vorzugsweise über die gesamte Vertikalerstreckung der Rillen (3b) erstreckt, getrennt sind.
2. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sich bei einem Schneiden der Basisfläche (BF) mit ersten, nicht- vertikalen Schnittebenen (SEI) ergebenden ersten Basis-Schnittkurven (BSK1) geradlinig verlaufen, und wobei die sich bei einem Schneiden der Außenfläche (3a) mit diesen ersten Schnittebenen (SEI) ergebenden ersten Außenflächen-Schnittkurven (SKI) einen sinusförmigen Verlauf aufweisen.
3. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Außenflächen-Schnittkurven (SEI) in den ersten Schnittebenen (SEI), in Bezug auf die Basis- Schnittkurve (BSK1) der jeweiligen ersten Schnittebene (SEI), proportional zu sinN(k*x) verlaufen, mit N = 1, 2, 3, .... aufweisen, wobei x die Koordinate entlang der jeweiligen Basis- Schnittkurve (SEI) und k eine Konstante bezeichnet.
4. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Nulldurchgänge der sinusförmigen ersten Außenflächen-Schnittkurven (SEI) auf den ersten Basis-Schnittkurven (BSK1) liegen.
5. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert für die Konstante k für alle ersten Außenflächen-Schnittkurven (SEI) identisch ist.
6. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die sich bei einem Schneiden der Basisfläche mit zweiten, vertikalen Schnittebenen (SE2), welche parallel zu einer optischen Achse (Z) der Austrittslinse (3) verlaufen, ergebenden zweiten Basis-Schnittkurven (BSK2) gekrümmt, insbesondere nach Außen gekrümmt, ausgebildet sind, wobei vorzugsweise die zweiten Basis-Schnittkurven (BSK2) stetig sind.
7. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die sich bei einem Schneiden der Außenfläche (3a) mit definierten zweiten Schnittebenen (SE2) ergebenden zweiten Außenflächen-Schnittkurven (SK2) Punkte der Außenfläche (3a) mit maximalem Abstand zu der Basisfläche (BF) miteinander verbinden.
8. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fortschreiten entlang der zweiten Basis-Schnittkurve (BSK2) in den definierten
Schnittebenen (SE2) der Normalabstand zu der zweiten Außenflächen-Schnittkurve (SK2) eine Funktion A(s) eines Parameters s, welcher die Position auf der zweiten Basis- Schnittkurve (BSK2) angibt, ist.
9. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei einem Fortschreiten entlang der zweiten Basis-Schnittkurve (BSK2) der Normalabstand A(s) kontinuierlich vergrößert, wobei vorzugsweise der Normalabstand an einem unteren Rand der Basisfläche (BF) geringer ist als an einem oberen Rand der Basisfläche, wobei sich der Normalabstand A(s) beispielsweise nach dem Zusammenhang A(s) = A0 * (K - s), mit s[0, 1], wobei s = 0 den oberen Rand und s = 1 den unteren Rand bezeichnet, und K = 1 oder K > 1, ergibt.wobei Ao der Normalabstand an einem oberen oder unteren, vorzugsweise dem oberen Rand der Basisfläche (BF) ist.
10. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Lichtquelle tiefer liegt als der Brennlinienbereich (4), und das von der zumindest einen Lichtquelle ausgehende Licht nach oben geleitet wird, um durch den Reflektor (2) nach unten in Richtung des Brennlinienbereiches (4) reflektiert zu werden.
11. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Lichtquelle höher liegt als der Brennlinienbereich (4), und das von der zumindest einen Lichtquelle ausgehende Licht nach unten geleitet wird, um durch den Reflektor (2) nach oben in Richtung des Brennlinienbereiches (4) reflektiert zu werden.
12. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (2) eine Fläche, beispielsweise eine Zylinderfläche, ist, die eine Parabel als Leitlinie aufweist, wobei die Brennlinie des Reflektors beispielsweise durch eine Gerade gebildet ist, die vorzugsweise zu den Erzeugenden des Zylinders im Wesentlichen parallel ist.
13. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (3a) der Austrittslinse (3) in vertikaler Richtung nach Außen gekrümmt ist, und in horizontaler Richtung vorzugsweise geradlinig verläuft, und beispielsweise durch eine Zylinderfläche mit geradem Querschnitt entlang einer nach außen konvexen Kurve gebildet ist.
14. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die
Zylinderfläche der Außenfläche (3a) Erzeugende aufweist, die zu den Erzeugenden des Reflektors im Wesentlichen parallel sind.
15. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lichtquellen (1, la, lb) nebeneinander, beispielsweise in der Richtung einer Erzeugenden des Reflektors (2), nebeneinander liegen.
16. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Lichtquelle (1, la, lb) eine Leuchtdiode oder eine Mehrzahl von Leuchtdioden umfasst.
17. Kraftfahrzeugscheinwerfer mit zumindest einer Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 16.
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