EP3550203A1

EP3550203A1 - Lichtmodul für eine gepfeilte kfz-beleuchtungsvorrichtung

Info

Publication number: EP3550203A1
Application number: EP18165574.7A
Authority: EP
Inventors: Siegmar Hackl; Andreas Moser; Bettina REISINGER
Original assignee: ZKW Group GmbH
Current assignee: ZKW Group GmbH
Priority date: 2018-04-04
Filing date: 2018-04-04
Publication date: 2019-10-09
Anticipated expiration: 2038-04-04
Also published as: EP3550203B1

Abstract

Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung umfassend flächenhafte Lichtquellen und Strahlformungssysteme, wobei jedes Strahlformungssystem zumindest eine Lichteintrittsfläche (5) und eine Lichtaustrittsfläche (6) aufweist, wobei jedem Strahlformungssystem zumindest eine flächenhafte Lichtquelle derart zugeordnet ist, dass im Wesentlichen das gesamte Licht der zumindest einen flächenhaften Lichtquelle durch die Lichteintrittsfläche (5) in dieses Strahlformungssystem eindringt, wobei jeder flächenhaften Lichtquelle eine Symmetrieachse (7) zugeordnet ist, die senkrecht zu der flächenhaften Lichtquelle steht und durch eine Mitte (8) der flächenhaften Lichtquelle verläuft, wobei jede flächenhafte Lichtquelle Licht in Form einer bezüglich der zugehörigen Symmetrieachse (7) symmetrischen Lichtverteilung abstrahlt, und alle Lichtquellen derart angeordnet sind, dass alle den Lichtquellen zugeordneten Symmetrieachsen parallel zueinander ausgerichtet sind, wobei der Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung eine Hauptachse (Z) zugeordnet ist, die parallel zu den zueinander parallel ausgerichteten Symmetrieachsen (7) ausgerichtet ist und, wenn die Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung in ein Kraftfahrzeug eingebaut ist, mit einer Kraftfahrzeuglängsachse (X) einen Winkel (α) einschließt, wobei die Strahlformungssysteme (4) derart ausgebildet und hinsichtlich der Lichtquellen derart angeordnet sind, dass aus den Lichtaustrittsflächen (6) austretendes Licht hinsichtlich der Symmetrieachsen asymmetrische Lichtverteilungen bildet, die hinsichtlich der symmetrischen Lichtverteilungen um den Winkel (α) verschoben sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Teil-Lichtmodul für eine Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung umfassend ein flächenhaftes, beispielsweise nur sehr leicht gewölbtes oder planes, Leuchtmittel, welches beispielsweise mehrere Lichtquellen umfasst, und eine Freiformlinse, welche Freiformlinse zumindest zwei optisch wirksamen Flächen - eine Lichteintrittsfläche und eine plane Lichtaustrittsfläche - aufweist, an welchen optisch wirksamen Flächen vorzugsweise das im Wesentlichen gesamte von dem flächenhaften Leuchtmittel erzeugtes Licht (ca. 85 bis 100% der gesamten Lichtmenge) gebrochen und transmittiert wird. Dies ist derart vom Fachmann zu verstehen, dass sich das flächenhafte Leuchtmittel und die Lichteintrittsfläche der Freiformlinse in einer relativen Position und in einem relativen Abstand zueinander befinden, sodass der im Wesentlichen gesamte von dem flächenhaften Leuchtmittel abgestrahlte Lichtstrom durch die Freiformlinse fließt. Die oben genannten Bedingungen an den Lichtstrom reichen dem Fachmann aus, um bei einer vorgegebenen (beispielsweise durch eine Leuchtdichte charakterisierten) das flächenhafte Leuchtmittel und Geometrie der Lichteintrittsfläche ihre relative Position und relativen Abstand zueinander zu bestimmen. Dabei kann der Fachmann zum Beispiel das fotometrische Grundgesetz oder auch andere allgemein bekannte Methoden verwenden, um dadurch beispielsweise auf eine geeignete Auswahl der Schnittweite der Freiformlinse und des Abstands des flächenhaftes Leuchtmittels zu der Freiformlinse zu schließen.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung umfassend zumindest zwei Teil-Lichtmodule der oben genannten Art.
Ferner betrifft die Erfindung einen Kraftfahrzeugscheinwerfer umfassend zumindest eine solche Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtungen werden Linsen der Teil-Lichtmodule dergestalt ausgelegt, dass einerseits eine von dem jeweiligen Teil-Lichtmodul erzeugte Teil-Lichtverteilung zumindest eine Symmetrie bezüglich der optischen Achse des Teil-Lichtmoduls aufweist, und andererseits eine Lichtaustrittsfläche eines jeden Teil-Lichtmoduls normal zu der optischen Achse des entsprechenden Teil-Lichtmoduls steht. Oft ist jede Teil-Lichtverteilung hinsichtlich einer vertikalen durch eine optische Achse des Lichtmoduls verlaufende Ebene symmetrisch (siehe z.B. DE 102006057731 A1 ). Da eine Bezugsachse der Lichtquelle mit der optischen Achse der Linse beispielsweise in einem typischen, vorzugsweise direktabbildenden Lichtmodul zusammenfällt, kann die optische Achse der Linse als die optische Achse des Teil-Lichtmoduls definiert werden. Entlang dieser Achse ist die Intensität des von dem Teil-Lichtmodul abgegebenen Lichts am höchsten. Unter einer Bezugsachse einer Lichtquelle kann beispielsweise eine Hauptabstrahlrichtung dieser Lichtquelle verstanden werden. Diese Definition der Bezugsachse kann bei flachen Lichtquellen, wie beispielsweise LED-Lichtquellen, die beispielsweise auf einer Platine angeordnet sind, besonders günstig sein, weil eine von der LED-Lichtquelle erzeugte Lichtstärkeverteilung beziehungsweise Lichtintensitätsverteilung symmetrisch hinsichtlich der Hauptabstrahlrichtung ausgebildet ist und die Hauptabstrahlrichtung orthogonal zu der lichtemittierenden Fläche der LED-Lichtquelle steht (Lambertsches Gesetz).
Im modernen KFZ-Bau werden Frontscheinwerfer (Kraftfahrzeugscheinwerfer) an das Design der Kraftfahrzeuge angepasst. Dabei werden Karosseriedesignflächen, Designlinienzüge und dadurch auch das Aussehen und die Lage der Kraftfahrzeugscheinwerfer in einem Kraftfahrzeug vorgegeben. Die Lage der Kraftfahrzeugscheinwerfer spielt für Position einer mit den Kraftfahrzeugscheinwerfern erzeugten Gesamtlichtverteilung (beispielsweise einer Abblendlicht- oder einer Fernlichtverteilung) eine große Rolle. Dementsprechend sollte die Anordnung der optischen Bauteile in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer derart sein, dass sowohl Designvorgaben als auch gesetzliche Anforderungen und nicht zuletzt hohe kundenspezifische Qualitätsvorgaben an die erzeugte Gesamtlichtverteilung erfüllt werden können. Der Begriff Pfeilung ist im KFZ-Bau, insbesondere in Bezug auf den Einbau von Lichtleitern in Kraftfahrzeugscheinwerfer, bekannt. Darunter versteht man den Verlauf einer vorderen Kontur eines Kraftfahrzeugscheinwerfers, beispielsweise einer Designkontur/Pfeilungsachse D (siehe Figuren 1 und 2), beziehungsweise den Verlauf seiner Abdeckscheibe, in Bezug auf die Kraftfahrzeuglängsachse (X in Figuren 1 und 2). Dieser Verlauf wird meistens und auch im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung durch einen Winkel (beispielsweise als ein Neigungswinkel der Designkontur/Pfeilungsachse zu der Kraftfahrzeuglängsachse) ausgedrückt. Der Verlauf der Designkontur hängt mit Lage, Form und Abmessungen einer Einbauöffnung für den Kraftfahrzeugscheinwerfer in der Karosserie beziehungsweise mit dem Design der Kraftfahrzeugkarosserie, insbesondere in einem Bereich um den Kraftfahrzeugscheinwerfer herum, zusammen. In modernen stromlinienförmigen Kraftfahrzeugen fallen die Kraftfahrzeugscheinwerfer häufig zur Außenseite des Kraftfahrzeugs und nach oben zur Motorhaube hin zurück. Dadurch ergibt sich eine zum Teil stark ausgeprägte Pfeilung, die Werte von bis zu 30° erreichen und diese sogar übersteigen kann. Dies kann zu oben genannten Schwierigkeiten bei der Auslegung/ dem Einbauen der optisch relevanten Bauteile (beispielsweise Lichtmodule oder Teil-Lichtmodule) in solchen "stark gepfeilten" Kraftfahrzeugscheinwerfern führen, denn, um beispielsweise eine Hauptlichtfunktion (Abblendlicht- beziehungsweise Fernlichtfunktion) zu realisieren, strahlt ein Kraftfahrzeugscheinwerfer das Licht hauptsächlich in die Fahrtrichtung (entlang der Kraftfahrzeuglängsachse) ab, um vor allem einen Bereich vor dem Kraftfahrzeug zu beleuchten. Würde man nämlich die optisch relevanten Bauteile in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer auslegen, ohne auf die Pfeilung Rücksicht zu nehmen, kann es passieren, dass die von diesem Kraftfahrzeugscheinwerfer abgestrahlte Lichtverteilung bezüglich des HV-Punktes verschoben beziehungsweise horizontal verdreht ist, wenn der Kraftfahrzeugscheinwerfer in ein Kraftfahrzeug eingebaut ist und beispielsweise hinsichtlich der abgestrahlten Lichtverteilung in einem Lichttechniklabor getestet wird. Eine solche verschobene beziehungsweise verdrehte Lichtverteilung würde den gesetzlichen Anforderungen nicht entsprechen können. Der Begriff "HV-Punkt" bezieht sich auf den für den Fachmann auf dem Gebiet der Lichttechnik geläufigen Begriff, der zur Bezeichnung eines Punktes in dem die HH-Linie (h-h-Linie oder Horizont) die VV-Linie (v-v-Linie oder Vertikale) auf einem Messschirm kreuzt, welcher Messschirm zum Vermessen einer von einem beliebigen Lichtmodul erzeugten Lichtverteilung (üblicherweise in einem KFZ-Lichttechniklabor) eingerichtet ist. Eine solche Verschiebung der Lichtverteilung auf dem Messschirm kann proportional zu der Pfeilung sein. Ein dem Stand der Technik bekannter Ansatz, dem Problem zu begegnen, besteht darin, dass die optisch relevanten Bauteile - zum Beispiel aus einer Lichtquelle und einer dieser Lichtquelle vorgelagerte Linse bestehende Teil-Lichtmodule - in einem Frontscheinwerfer derart ausgelegt werden, dass diese Teil-Lichtmodule Licht entlang der \ parallel zur Kraftfahrzeuglängsachse abstrahlen (siehe Fig. 1). Nachteilhaft bei dieser Lösung ist, wie der Figur 1 zu entnehmen ist, die eine Mehrzahl (gezeigt sind fünf, vorzugsweise sind es aber ca. 6 bis 15) versetzt nebeneinander angeordneten Teil-Lichtmodulen zeigt, dass es zu einem Übersprechen zwischen den einzelnen Teil-Lichtmodulen und infolgedessen zur Entstehung von Fehllicht kommen kann, wodurch letztlich die Qualität der erzeugten Lichtverteilung verringert wird. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Lichtquellen, beispielsweise LED-Lichtquellen, nicht in einer Ebene, beispielsweise auf einer Platine befestigt werden können, wodurch beispielsweise mehr Bauraum erforderlich sein kann. Außerdem kann eine solche versetzte Anordnung aus Designgründen unerwünscht.
In einigen, aus dem Stand der Technik bekannten Projektionssystemen und/oder Freiflächen-Reflexionssystemen ist die optische Achse des jeweiligen Projektionssystems und/oder Freiflächen-Reflexionssystems entlang der Kraftfahrzeuglängsachse ausgerichtet. Als Ausgangspunkt für die Kraftfahrzeuglängsachse wird im Allgemeinen das Vorderachszentrum/ der Mittelpunkt der Vorderachse des Kraftfahrzeugs genommen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Teil-Lichtmodul für eine Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung zu schaffen, welches Teil-Lichtmodul einer beliebig starken Pfeilung Rechnung trägt. Das heißt, dass wenn Teil-Lichtmodul in einer Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung eingesetzt werden, die Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung eine gesetzeskonforme Gesamtlichtverteilung abstrahlen kann, ohne dass die physische Position der Teil-Lichtmodule in der Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung verändert werden muss. Dabei soll insbesondere auch der Bauraumbedarf gering gehalten werden. Unter "beliebig starken Pfeilung" ist eine Pfeilung zu verstehen, die im Rahmen des KFZ-Baubereichs aus fachmännischer Sicht vertretbar ist (so würde zum Beispiel eine Pfeilung von mehr als 90° keinen Sinn ergeben). Diese Aufgabe wird mit einem eingangs erwähnten Teil-Lichtmodul dadurch gelöst, dass die Freiformlinse hinsichtlich einer zu der optischen Achse der Freiformlinse im Wesentlichen parallel verlaufenden Bezugsachse dezentriert ist, wobei die Bezugsachse dem flächenhaften Leuchtmittel zugeordnet ist und zu einer lichtabstrahlenden Fläche, vorzugsweise Ebene, des flächenhaften Leuchtmittels im Wesentlichen senkrecht, vorzugsweise durch seine geometrische Mitte, verläuft, und die plane Lichtaustrittsfläche im Wesentlichen parallel, wobei Abweichungen von bis zu 20° vorstellbar sind, zum flächenhaften Leuchtmittel angeordnet ist.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass jede Lichtverteilung in Form eines Kegels - eines symmetrischen Abstrahlkegels - beschrieben werden kann. Die Achse eines solchen symmetrischen Abstrahlkegels fällt üblicherweise mit seiner Höhe und mit der optischen des die Lichtverteilung bildenden Lichtsystems.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff "dezentrierte Freiformlinse" jene Freiformlinse verstanden, die zum Erzeugen einer Lichtverteilung in Form eines Abstrahlkegels eingerichtet ist, wobei die Achse des Abstrahlkegels zu einer vorgegebenen Richtung nicht parallel verläuft. Das bedeutet, dass die erfindungsgemäße Freiformlinse derart ausgebildet, dass ein mithilfe der Freiformlinse erzeugter Abstrahlkegel eine zu der Bezugsachse und zu der optischen Achse nicht parallel verlaufende Abstrahlkegelachse aufweist.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung wird oft der Ausdruck "Teil-Lichtmodul erzeugt eine Teil-Lichtverteilung" verwendet. Es versteht sich, dass ein Teil-Lichtmodul nur dann eine Teil-Lichtverteilung erzeugt, wenn es in Betrieb genommen ist. Ein nicht in Betrieb genommenes Teil-Lichtmodul gemäß der vorliegenden Erfindung ist dazu eingerichtet eine Teil-Lichtverteilung zu erzeugen.
Das flächenhafte Leuchtmittel kann mehrere Lichtquellen umfassen. Vorzugsweise bewegt sich die Anzahl der Lichtquellen in einem Bereich von ca. 6 bis 15 Stück. Dabei wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff flächenhaftes Leuchtmittel eine vorzugsweise im Wesentlichen plane oder nur sehr leicht gewölbte leuchtende Fläche verstanden. Diese leuchtende Fläche kann beispielsweise als eine Licht emittierende Schicht einer LED oder einer OLED oder als ein Lichtkonversionsmittel, das beispielsweise mit Laserlicht beleuchtet wird und aufgrund von Lichtkonversion leuchtet, ausgebildet sein. In diesem Fall erzeugt diese Fläche das abgestrahlte Licht - das Leuchtbild, welches mithilfe der Freiformlinse direkt vor das Teil-Lichtmodul abgebildet wird. Die leuchtende Fläche kann aber auch Licht einer anderen Lichtquelle weiterleiten und beispielsweise als ein Spiegel, z.B. als ein Mikrospiegel in einem MEMS-Spiegel ausgebildet sein.
Die Bezugsachse des flächenhaften Leuchtmittels kann zum Beispiel mit der Richtung zusammenfallen, entlang der die von dem flächenhaften Leuchtmittel erzeugte Strahlstärke am größten beziehungsweise maximal ist. Dies ist insbesondere bei den als LED-Lichtquellen ausgebildeten Leuchtmitteln nützlich, weil diese in einer guten Näherung einen Lambert'schen Strahler darstellen. In diesem Fall kann es zweckmäßig sein, die Bezugsachse als jene Richtung zu definieren, in die die LED-Lichtquelle die maximale Strahlstärke abstrahlt, wobei die so definierte Bezugsachse mit einer Symmetrieachse der von der LED-Lichtquelle erzeugten Lichtverteilung zusammenfällt.
Vorgreifend darf an dieser Stelle angemerkt sein, dass die optische Achse der Freiformlinse und die Bezugsachse des flächenhaften Leuchtmittels - auch während des unten beschriebenen Berechnungsvorganges der Lichteintrittsfläche der Freiformlinse - zusammenfallen. Ein - ebenfalls unten beschriebenes - seitliches Verschieben des flächenhaften Leuchtmittels, vorzugsweise der LED-Lichtquelle(n) bezüglich der Freiformlinse kann am Ende des Berechnungsvorgangs ,ausprobiert' werden. Dabei entsteht ein leicht schräges Strahlenbündel, wobei die Bezugsachse und die optische Achse ihre parallele Ausrichtung im Wesentlichen beibehalten.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Tatsache zum Nutzen gemacht, dass die von dem flächenhaften Leuchtmittel in Richtung der Freiformlinse abgestrahlte, beispielsweise bezüglich der Bezugsachse symmetrische Lichtverteilung durch Gestalten der optisch wirksamen Flächen der Freiformlinse - der Lichteintritts- und der Lichtaustrittsfläche - modifiziert werden können.
Dabei kann die Form einer durch die Freiformlinse modifizierten Lichtverteilung beinah beliebig sein. So kann man zum Beispiel durch Vorgabe einer symmetrischen und einer modifizierten Lichtverteilung darauf schließen, wie die eine oder die mehreren Linsenoberflächen der Freiformlinsen - also derer optisch wirksamen Flächen - verlaufen sollten, damit man aus der ursprünglichen, beispielsweise symmetrischen Lichtverteilung die gewünschte modifizierte Lichtverteilung erzeugen kann. Dazu wurden im Stand der Technik spezielle Verfahren entwickelt. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens ist in einer an dem Karlsruher Institut für Technologie eingereichte Dissertationsarbeit " Analytisches Design von Freiformoptiken für Punktlichtquellen" von Andre Domhardt (ISBN 978-3-7315-0054-4) beschrieben.
Die erfindungsgemäße Dezentrierung der Freiformlinse trägt beispielsweise dazu bei, dass eine mit dem Teil-Lichtmodul erzeugte Lichtverteilung (Teil-Lichtverteilung) im Lichtbild hinsichtlich einer mittels eines Teil-Lichtmoduls mit einer zentrierten Freiformlinse erzeugten Lichtverteilung "verschoben" aussieht. Dadurch kann der Pfeilung Rechnung getragen und ein Ausgleich der Pfeilung eines Kraftfahrzeugs ermöglicht werden.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Richtung der Verschiebung bzw. Verdrehung der Lichtverteilung unterschiedlich sein kann, je nach dem in welchem Kraftfahrzeugscheinwerfer das Teil-Lichtmodul eingesetzt wird. So ist diese Richtung bei linken und rechten Kraftfahrzeugscheinwerfern um eine vertikale durch die Fahrzeuglängsachse verlaufende Ebene gespiegelt.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist somit, dass eine der Pfeilung proportionale Verschiebung des Lichtbildes bei einer beispielsweise direktabbildenden Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung durch Dezentrierung der Freiformlinsen der Teil-Lichtmodule der Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung erreicht werden kann.
Es kann also zweckmäßig sein, wenn das flächenhafte Leuchtmittel dazu eingerichtet ist, Licht zu erzeugen und die Freiformlinse dazu eingerichtet ist, das im Wesentlichen gesamte Licht in Form einer Teil-Lichtverteilung vor das Teil-Lichtmodul abzubilden, wobei die Lichteintrittsfläche zum Eintreten des Lichts in die Freiformlinse vorgesehen ist und vorzugsweise einer zum Abstrahlen des Lichts vorgesehenen Fläche des flächenhaften Leuchtmittels zugewandt ist, und die plane Lichtaustrittsfläche zum Austreten des Lichts aus der Freiformlinse vorgesehen sind und die Teil-Lichtverteilung als ein Abstrahlkegel ausgebildet ist, wobei zumindest Achse und/oder Höhe des Abstrahlkegels mit der Bezugsachse (und mit der mit der Bezugsachse gleich ausgerichteten optischen Achse der Freiformlinse) nicht zusammenfällt.
Wie bereits ausgeführt, können Lichtverteilungen im Allgemeinen als Abstrahlkegel dargestellt werden. Erfindungsgemäße Freiformlinsen führen dazu beziehungsweise sind derart ausgebildet und/oder hinsichtlich des flächenhaften Leuchtmittels derart angeordnet, dass die erfindungsgemäßen Teil-Lichtmodule Teil-Lichtverteilungen erzeugen, die als Abstrahlkegel ausgebildet sind, deren Höhen und/oder Achsen mit den Bezugsachsen der entsprechenden Leuchtmittel (und den optischen Achsen der entsprechenden Freiformlinsen) nicht zusammenfallen. Wie unten gezeigt, können die Teil-Lichtverteilungen ihren Lichtschwerpunkt (höchsten Werte der Lichtstärke, der Lichtintensität o.Ä.) entweder entlang der Höhe oder entlang der Achse des Abstrahlkegels haben bzw. entlang der Höhe oder der Achse am hellsten sein. Wenn der Abstrahlkegel symmetrisch ist, fällt seine Achse mit seiner Höhe zusammen und der entsprechende Lichtschwerpunkt liegt entlang der Achse und der Höhe des Abstrahlkegels.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird sowohl von einer dreidimensionalen Lichtverteilung - Abstrahlkegel - als auch von einer zweidimensionalen Projektion der Lichtverteilung auf eine vertikale Ebene - die Grundfläche des Abstrahlkegels - gesprochen. Dabei wird immer der gleiche Begriff Lichtverteilung beziehungsweise Teil-Lichtverteilung verwendet. Welche Darstellung der Lichtverteilung beziehungsweise der Teil-Lichtverteilung (3D oder 2D) dabei gemeint ist, wird sich dem Fachmann aus dem Kontext erschließen.
Dabei kann es zweckdienlich sein, wenn der Abstrahlkegel einen horizontalen Öffnungswinkel von etwa 70° bis etwa 80°, insbesondere von etwa 75° und einen vertikalen Öffnungswinkel von etwa 5° bis etwa 10° aufweist.
Bei einer praxisbewahrten Ausführungsform, kann es vorgesehen sein, dass die Lichteintrittsfläche der Freiformlinse derart ausgebildet ist, dass die Freiformlinse eine mit der Bezugsachse einen (von Null abweichenden) Dezentrierungswinkel Φ einschließende Abstrahlkegelachse aufweist. Es versteht sich, dass jeder Freiformlinse ein Abstrahlkegel zugeordnet werden kann. Aus diesem Grund kann jeder Freiformlinse auch eine Abstrahlkegelachse zugeordnet sein. In anderen Worten kann jede Freiformlinse eine Abstrahlkegelachse aufweisen.
Es kann von Vorteil sein, wenn die Freiformlinse einen planen vertikalen Seitenbeschnitt aufweist, welcher plane vertikale Seitenbeschnitt sich von der Lichteintrittsfläche bis zu Lichtaustrittsfläche entlang der Bezugsachse (oder entlang der optischen Achse der Freiformlinse), vorzugsweise in einer parallel zu der Bezugsachse verlaufende Richtung, erstreckt.
Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn die Freiformlinse eine optische Achse und eine von der optischen Achse abweichende geometrische, durch die geometrische Mitte der Freiformlinse verlaufende Achse aufweist, wobei die Richtung ihrer optischen Achse mit der Richtung der Bezugsachse übereinstimmt. Darüber hinaus kann die optische Achse mit der Bezugsachse zusammenfallen. Vorzugsweise verläuft die geometrische Achse zu der optischen Achse parallel. Die geometrische Achse kann beispielsweise von der optischen Achse horizontal beabstandet sein. Durch Positionieren des Seitenbeschnitts kann die geometrische Achse (d.h. zur Bezugsachse parallel durch die geometrische Mitte der Freiformlinse verlaufende Achse) von/zu der optischen Achse weg/hin verschoben und dadurch der Pfeilung Rechnung getragen werden. Außerdem kann die Abstrahlkegelhöhe von der Abstrahlkegelachse abweichen - schiefer Abstrahlkegel. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Abstrahlkegelhöhe eines beispielsweise schiefen Abstrahlkegels mit der Bezugsachse und/oder mit der optischen Achse und/oder mit der geometrischen Achse zusammenfällt.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Freiformlinse eine, vorzugsweise von der Dezentrierung abhängige, Mindestbreite aufweist, welche Mindestbreite vorzugsweise zwischen 25 mm und 45 mm, insbesondere 35 mm beträgt und/oder eine Brennweite von etwa 15 mm bis 22 mm und/oder Höhe von etwa 12 mm bis 18 mm aufweist.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Lichteintrittsfläche dazu eingerichtet ist, das Licht in vertikaler Richtung zu sammeln und in horizontaler Richtung zu streuen.
Hinsichtlich der Gestaltung der Teil-Lichtverteilung kann es zweckdienlich sein, wenn die Lichteintrittsfläche in horizontaler Richtung flach, konkav oder konvex verlaufend ist und in vertikaler Richtung gekrümmt, insbesondere konvex verlaufend ist.
Außerdem kann die Lichteintrittsfläche sattelflächenförmig ausgebildet ist.
Um beispielsweise eine horizontale Verschiebung der Teil-Lichtverteilung im Lichtbild noch weiter zu erhöhen, kann es zweckmäßig sein, wenn an der planen Lichtaustrittsfläche eine optische Struktur angeordnet ist, welche optische Struktur vorzugsweise prismaförmige, sägezahnförmige Erhebungen, insbesondere Prismen umfasst. Die prismaförmigen, sägezahnförmigen Erhebungen, insbesondere Prismen an der Lichtaustrittsseite dienen dazu, die Abstrahlkegelachse der Freiformlinse zu ihrer optischen Achse noch mehr (vorzugsweise in horizontaler Ebene) zu neigen. Wenn die Abstrahlkegelachse mit der optischen Achse der Freiformlinse zusammenfällt, so führen die prismaförmigen, sägezahnförmigen Erhebungen dazu, dass die Abstrahlkegelachse mit der optischen Achse der Freiformlinse nicht mehr zusammenfällt.
Bei einer praxisbewahrten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Leuchtmittel als eine LED-Lichtquelle ausgebildet ist, die beispielsweise mehrere LED-Chips umfassen kann. Die einzelnen LED-Chips der LED-Lichtquelle können als eine mit einer oder mehreren LEDs bestückte Platine ausgebildet sein. Dabei können die LEDs auf der Platine beispielsweise rechteckförmig ausgebildet sein und vorzugsweise eine vertikale Kantenlänge (die Kantenlänge der lichtemittierenden Fläche der einzelnen LED) von etwa 0,5 mm bis 2 mm, insbesondere von 0,7 mm bis 1 mm aufweisen.
Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, dass zwischen dem flächenhaften Leuchtmittel und der Freiformlinse eine zusätzliche Vorsatzoptik, beispielsweise eine Kollimatorbeziehungsweise Fokussieroptik, angeordnet ist. Beispielsweise kann je einer LED genau eine solche zusätzliche Vorsatzoptik vorgelagert sein. Eine solche Vorsatzoptik kann am LED-Chip befestigt sein und erzeugt beispielsweise einen kollimierten, beziehungsweise fokussierten Lichtstrahl. Die dadurch veränderte numerische Apertur kann dabei als einer der unten erläuterten Grundparameter im Verfahren zum Aufbauen des Teil-Lichtmoduls dienen.
Es kann darüber hinaus sachdienlich sein, wenn die Lichteintrittsfläche der Freiformlinse von der Lichtaustrittsfläche der Freiformlinse beabstandet ist. Vorzugsweise ist zwischen jeder Lichteintrittsfläche und dieser Lichteintrittsfläche entsprechenden Lichtaustrittsfläche ein Medium durchgehend angeordnet, welches einen anderen Brechungsindex als Luft aufweist. Durch verschiedene Medien zwischen den Lichteintrittsflächen und den Lichtaustrittsfläche können lichtbrechende Eigenschaften der Freiformlinse und die Verschiebung der erzeugten Teil-Lichtverteilung (im Lichtbild) beeinflusst werden. Die Freiformlinsen können beispielsweise als Gradientenlinsen ausgebildet sein.
Es kann, beispielsweise hinsichtlich der Erzeugung einer HD-Grenze, vorteilhaft sein, wenn jeder vertikale Schnitt jeder Lichteintrittsfläche konvex ausgebildet ist.
Es kann vorteilhaft sein, wenn jeder horizontale Schnitt jeder Lichteintrittsfläche geradlinig oder konvex ausgebildet ist. Dabei wird eine stärkere Konzentration des Lichts im Zentrum des Beleuchtungsstärke-Maximums, welches üblicherweise im HV-Punkt liegt, erzielt.
Um eine breite Lichtverteilung zu erzeugen, kann es von Vorteil sein, wenn jeder horizontale Schnitt jeder Lichteintrittsfläche geradlinig oder konkav ausgebildet ist. Dabei wird das eben erwähnte Beleuchtungsstärke-Maximum stärker verteilt/ stärker verschmiert.
Die Aufgabe der Erfindung wird außerdem mit einer Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sie zumindest zwei Teil-Lichtmodule umfasst.
Dabei kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass die Freiformlinsen verschiedener Teil-Lichtmodule unterschiedlich dezentriert sind.
Es kann zweckdienlich sein, wenn jedes Teil-Lichtmodul dazu eingerichtet ist, eine Teil-Lichtverteilung zu erzeugen, wobei jede Teil-Lichtverteilung als ein Abstrahlkegel ausgebildet ist, wobei zumindest Achse und/oder Höhe des Abstrahlkegels mit der Bezugsachse (und mit der mit der Bezugsachse gleich ausgerichteten optischen Achse der Freiformlinse) nicht zusammenfällt, und Abstrahlkegelachsen beziehungsweise Abstrahlkegelhöhen um vorgegebene Abstände h1,..., hn, vorzugsweise in horizontaler Richtung, voneinander beabstandet sind. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Abstrahlkegel-Achsen in einer horizontalen Ebene liegen. Die Abstände h1,..., hn können beispielsweise in einem Lichttechniklabor an einem dem Fachmann wohl bekannten Messschirm abgemessen werden. Beispielsweise können diese Abstände an der HH-Linie - die horizontale, dem Horizont entsprechende Linie an dem Messschirm - gemessen werden.
Es kann zweckmäßig sein, wenn sich die Teil-Lichtverteilungen zumindest paarweise einander überlagern und deren Überlagerung vorzugsweise eine, vorzugsweise einschlägigen gesetzlichen Normen erfüllende, Gesamtlichtverteilung, beispielsweise eine Vorfeld-Lichtverteilung, insbesondere eine homogene Vorfeld-Lichtverteilung bilden.
Ein besonders ansprechendes Design kann sich aus jener Anordnung ergeben, wenn die Lichtaustrittsflächen in einer gemeinsamen Ebene, beispielsweise bündig, angeordnet sind, vorzugsweise aneinandergereiht oder in Form einer Matrix angeordnet sind.
Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, dass die flächenhaften Leuchtmittel der Teil-Lichtmodule in der Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung in einer Reihe oder in einer Matrix nebeneinander oder einander angrenzend angeordnet sind, wobei sich die Reihe beziehungsweise die durch eine Matrixanordnung gebildete Ebene entlang einer Pfeilungsachse beziehungsweise einer Designkontur erstreckt, die, wenn die Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung in ein Kraftfahrzeug eingebaut ist, den Winkel, vorzugsweise die Pfeilung, mit der Kraftfahrzeuglängsachse einschließt.
Um den gesetzlichen Normen Rechnung tragen zu können, kann es zweckmäßig sein, wenn die Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung Licht in einem ersten Abstrahlwinkelbereich von 0° bis ca. 50° einerseits (entspricht der kraftfahrzeugaußenseitigen Ausdehnung der Lichtverteilung, wenn die Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer normgerecht verbaut ist) bezüglich der Kraftfahrzeuglängsachse und in einem zweiten Abstrahlwinkelbereich von 0° bis ca. 25° andererseits (entspricht der kraftfahrzeuginnenseitigen Ausdehnung der Lichtverteilung, wenn die Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer normgerecht verbaut ist) bezüglich der Kraftfahrzeuglängsachse abstrahlt.
Weiters wird die Aufgabe der Erfindung mit einem Kraftfahrzeugscheinwerfer der oben genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kraftfahrzeugscheinwerfer zumindest eine oben genannte Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung und eine Abdeckscheibe umfasst, wobei die Lichtaustrittsflächen in einer gemeinsamen, dem Verlauf der Abdeckscheibe folgenden Ebene angeordnet sind.
Geoffenbart ist auch ein Verfahren zum Aufbauen eines Teil-Lichtmoduls für eine Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung gemäß einer vorgegebenen Pfeilung, wobei das Teil-Lichtmodul ein flächenhaftes Leuchtmittel und eine optische Achse aufweisende Freiformlinse umfasst, welche Freiformlinse eine Lichteintrittsfläche und eine plane Lichtaustrittsfläche aufweist. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:

Schritt 1: Festlegen einer durch Mitte einer der Lichteintrittsfläche zugewandten Seite des flächenhaften Leuchtmittels verlaufenden und zu dieser Seite im Wesentlichen orthogonal stehenden Bezugsachse;
Schritt 2: Ausgehend davon, dass die Bezugsachse mit der optischen Achse zusammenfällt, Festlegen der Grund-Parameter der Freiformlinse gemäß gesetzlichen Normen, Pfeilung und zumindest eines Größenparameters des flächenhaften Leuchtmittels;
Schritt 3: Anhand der Grund-Parameter aus Schritt 2 und unter der, als eine Anfangsbedingung bei einer nachfolgenden Berechnung dienenden Annahme, dass das flächenhafte Leuchtmittel in einer Brennfläche der Freiformlinse angeordnet ist und die optische Achse mit der Bezugsachse zusammenfällt, Berechnen der Dezentrierung der Freiformlinse derart, dass das von dem flächenhaften Leuchtmittel erzeugte Licht mittels der Freiformlinse gemäß den gesetzlichen Normen und der Pfeilung in Form einer Teil-Lichtverteilung vor das Teil-Lichtmodul projiziert wird; (Als Ergebnis der Dezentrierung ergibt sich, dass die Abstrahlkegelachse und/oder die Abstrahlkegelhöhe zu der optischen Achse und zu der Bezugsachse nicht parallel verläuft).
Schritt 4: Herstellen, beispielsweise durch Spritzgießen, einer Freiformlinse, die eine gemäß Schritt 3 berechnete Dezentrierung aufweist;
Schritt 5: Anordnen der in Schritt 4 hergestellten Freiformlinse hinsichtlich des flächenhaften Leuchtmittels gemäß der gemäß Schritt 3 berechneten Dezentrierung.

Es kann vorteilhaft sein, wenn das Festlegen der Grund-Parameter der Freiformlinse gemäß gesetzlichen Normen, Pfeilung und zumindest eines Größenparameters des flächenhaften Leuchtmittels ferner folgende Schritte aufweist:

Schritt 2a: Festlegen eines Linsenmaterials, beispielsweise eines Brechungsindex.
Schritt 2b: Festlegen eines Brennweite-Wertes (der Mindestschnittweite) der Freiformlinse mittels der Formel: $f_{Linse} = \frac{L_{V}}{\tan (β)},$
wobei L_V eine vertikale Kantenlänge des flächenhaften Leuchtmittels (3) ist, und β eine in Grad ausgedrückte Position/Lage einer Obergrenze einer Lichtverteilung, vorzugsweise der Teil-Lichtverteilung, ist. Die Lage dieser Obergrenze ist gesetzlich vorgeschrieben und kann den einschlägigen gesetzlichen Normen entnommen werden. Beispielsweise ist β = 4° laut ECE-Regelung beziehungsweise FMVSS-Vorgabe. "FMVSS" steht für Federal Motor Vehicle Safety Standards und ist in USA geltender Standard.
Schritt 2c: Festlegen eines Mindestbreite-Wertes l_Linse der Freiformlinse in horizontaler Richtung gemäß der Formel: l_Linse = f_Linse * tan(Δ+α), wobei Δ - gesetzlich vorgegebener Streuungswinkel und α eine vorgegebene Pfeilung ist.

Bei einer praxisbewahrten Ausführungsform des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Berechnen der Dezentrierung der Freiformlinse in Schritt 3 wie folgt ausgeführt wird:
Schritt 3a: Berechnen eines asymmetrischen Oberflächenverlaufs der Lichteintrittsfläche derart, dass die optische Achse der Freiformlinse als Bezugsachse hinsichtlich der Abstrahlkegelachse einen vorgegebenen Dezentrierungswinkel Φ aufweist, wobei der Dezentrierungswinkel Φ der Pfeilung korrespondiert, vorzugsweise der Pfeilung gleich ist.
Darüber hinaus kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass das Berechnen der Dezentrierung der Freiformlinse in Schritt 3 wie folgt ausgeführt wird:
Schritt 3b: Berechnen eines, beispielsweise bezüglich einer durch die optische Achse verlaufenden Vertikalebene, symmetrischen Oberflächenverlaufs der Lichteintrittsfläche und eines planen vertikalen Seitenbeschnitts der Freiformlinse, welcher plane vertikale Seitenbeschnitt sich von der Lichteintrittsfläche bis hin zu der Lichtaustrittsfläche entlang einer zu der optischen Achse parallelen Richtung erstreckt, um eine beschnittene Freiformlinse, dass die Freiformlinse eine optische Achse und eine geometrische, durch geometrische Mitte der Freiformlinse verlaufende Achse aufweist, wobei die geometrische Achse hinsichtlich der optischen Achse um einen der Pfeilung korrespondierenden Abstand, vorzugsweise horizontal, verschoben ist.
Außerdem kann es vorteilhaft sein, wenn in Schritt 4 zusätzlich eine optische Struktur auf die plane Lichtaustrittsfläche der Freiformlinse, beispielsweise mittels Fräsens, angebracht wird.
Es kann zweckdienlich sein, wenn bei dem Verfahren ein einem zusätzlichen Schritt - Schritt 6 - das flächenhafte Leuchtmittel hinsichtlich der Freiformlinse verschoben wird.
Es können werden also Teil-Lichtmodule erzeugt werden, deren optischer Aufbau eine intrinsische Asymmetrie aufweist. Diese Asymmetrie wird durch eine asymmetrische Gestaltung einer im Teil-Lichtmodul vorgesehenen Freiformlinse erzeugt. Eine solche Asymmetrie kann, wie bereits erwähnt, durch Dezentrieren der Freiformlinse erzielt werden.
Darüber hinaus ist anzumerken, dass man im KFZ-Bau oft nicht die Lichtaustrittsfläche der Freiformlinse verwenden kann, um die Freiformlinse zu dezentrieren. Dies liegt daran, dass die in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer angeordneten Teil-Lichtmodule beispielsweise einer Anzahl von Designanforderungen unterliegen. Diese schreiben nicht selten vor, dass die Lichtaustrittsfläche, also nach außen gerichtete, wenn das Teil-Lichtmodul in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer eingebaut ist, lichtbrechende Fläche der Freiformlinse, plan ausgebildet sein soll oder maximal eine optische Struktur aufweisen darf, deren Strukturelemente im Mikro- bis einige Millimeter (beispielsweise 10 Mikrometer bis 1 Millimeter) groß sein dürfen. Dies schließt eine Gestaltung der Lichtaustrittsfläche als eine Freiform erheblich ein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand beispielhafter nichteinschränkender bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert, die in einer Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigt:

Fig. 1 fünf herkömmliche Teil-Lichtmodule in Draufsicht, die stufenartig, horizontal zueinander versetzt in einen Kraftfahrzeugscheinwerfer eingebaut sind;
Fig. 2 Teil-Lichtmodule gemäß der vorliegenden Erfindung in Draufsicht, die verdreht und aneinandergereiht in einen Kraftfahrzeugscheinwerfer eingebaut sind;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Teil-Lichtmoduls mit einer eine konkav-konvexe Lichteintrittsfläche aufweisenden Freiformlinse;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Teil-Lichtmoduls mit einer eine konvex-konvexe Lichteintrittsfläche aufweisenden Freiformlinse;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des Teil-Lichtmoduls der Figur 3, wobei die Lichtaustrittsfläche der Freiformlinse zusätzlich eine optische Struktur in Form von Erhebungen aufweist;
Fig. 6 und Fig. 7 durch ein Teil-Lichtmodul gemäß erzeugte Teil-Lichtverteilungen in Form von Abstrahlkegeln;
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines Teil-Lichtmoduls;
Fig. 9 eine durch ein Teil-Lichtmodul erzeugte Teil-Lichtverteilung in Form eines Abstrahlkegels;
Fig. 10 Schnitt AA der Figur 8;
Fig. 11 Schnitt BB der Figur 8;
Fig. 12 einen Strahlengang in einem erfindungsgemäßen Teil-Lichtmodul;
Fig. 13 ein Teil-Lichtmodul mit einer auf ihrer Lichtaustrittsfläche eine optische Struktur aufweisenden Freiformlinse;
Fig. 14 ein Teil-Lichtmodul mit einer verschobenen LED-Lichtquelle;
Fig. 15 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 16 ein Modell, insbesondere ein Computer-Modell, eines Teil-Lichtmoduls, und
Fig. 17 und Fig. 18 in einem Kraftfahrzeug angeordnete, mehrere erfindungsgemäße Teil-Lichtmodul aufweisende Kraftfahrzeugscheinwerfer.

Zunächst wird auf Figur 1 Bezug genommen, die schematisch einen linken Kraftfahrzeugscheinwerfer 1' mit einer Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung 2' nach dem Stand der Technik in Draufsicht zeigt. Die gezeigte standardmäßige Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung 2' umfasst fünf herkömmliche Teil-Lichtmodule 3' (eines sogenannten direktabbildenden Projektionstyps), die stufenartig, horizontal zueinander versetzt, in den Kraftfahrzeugscheinwerfer 1' eingebaut sind. Jedes Teil-Lichtmodul 3' umfasst eine LED-Lichtquelle 4' und eine dieser LED-Lichtquelle 4' vorgelagerte Linse 5', beispielsweise eine Freiformlinse. Die Linse 5' ist dabei zentriert und weist eine optische Achse 6', die mit einer durch eine, beispielsweise geometrische Mitte der LED-Lichtquelle 4' verlaufende, zu einer lichtemittierenden/lichtabstrahlenden Ebene der LED-Lichtquelle 4' im Wesentlichen senkrecht stehenden und der LED-Lichtquelle 4' zugeordnete Bezugsachse 7' zusammenfällt. Bei der hier dargestellten Anordnung strahlt jedes Teil-Lichtmodul 3' eine hinsichtlich der optischen Achse 6' und der Bezugsachse 7' zentrierte Teil-Lichtverteilung, i.e. eine Lichtverteilung, die Form eines geraden Abstrahlkegels aufweist. Die Abstrahlkegelachse (oder Hauptabstrahlrichtung) 301' ist die optische Achse 6' der Linse 5'.
Bei einem Teil-Lichtmodul des direktabbildenden Projektionstyps wird ein Lichtbild mithilfe eines optischen Projektionssystems, beispielsweise einer Linse oder einer Freiformlinse dadurch erzeugt, dass das Projektionssystem ein leuchtendes, in seiner objektseitigen Brennfläche, vorzugsweise Brennebene, befindliches Objekt (ein Leuchtbild, z.B. leuchtende Fläche einer LED) direkt - d.h. ohne ein Zwischenbild beispielsweise mittels Reflektoren zu erzeugen - abbildet.
Der Kraftfahrzeugscheinwerfer 1' weist dabei eine Außenkontur auf, deren Verlauf D bei sehr vielen modernen Kraftfahrzeugen, und vor allem bei den PKWs, bezüglich einer Kraftfahrzeuglängsachse X geneigt ist, wenn der Kraftfahrzeugscheinwerfer 1' in ein (hier nicht gezeigtes) Kraftfahrzeug eingebaut ist. Diese Neigung korrespondiert der sogenannten Pfeilung, die als Winkel a zwischen dem Verlauf D der Außenkontur des Kraftfahrzeugscheinwerfers und einer horizontalen, senkrecht zu der Kraftfahrzeuglängsachse X verlaufenden Richtung ausgedrückt werden kann (siehe Figur 1). Dementsprechend werden die herkömmlichen Teil-Lichtmodule 3' im Kraftfahrzeugscheinwerfer 1' derart angeordnet, dass ihre optischen Achsen 6' und ihren Freiformlinsen zugeordnete Abstrahlkegelachsen und -höhen parallel zu der Kraftfahrzeuglängsachse X ausgerichtet sind. Darüber hinaus, um einerseits der Pfeilung Rechnung zu tragen und andererseits eine gesetzeskonforme Lichtverteilung abzustrahlen, werden die herkömmlichen Teil-Lichtmodule 3' in dem Kraftfahrzeugscheinwerfer 1' stufenartig, in Richtung der Kraftfahrzeuglängsachse X versetzt angeordnet. Eine solche Anordnung ist allerdings in vielen Fällen nachteilhaft, da es z.B. zu einem Übersprechen (Gelangen des Lichts eines Teil-Lichtmoduls in ein oder mehrere benachbarte Teil-Lichtmodule) zwischen den einzelnen Teil-Lichtmodulen 3', was zu unerwünschtem Streulicht und/oder zusätzlichen "Abbildungsfehlern" führen und beispielsweise das äußere Erscheinen des Kraftfahrzeugscheinwerfers (insbesondere wenn dieser eingeschaltet ist) beeinträchtigen kann. Der Begriff Abbildungsfehler ist absichtlich mit Anführungsstrichen versehen, da es sich hierbei nicht um klassische Abbildungsfehler von Linsen, wie beispielsweise Aberration, sondern um unerwünschte zusätzliche Abbildungen einer Leuchtfläche des flächenhaften Leuchtmittels mit weiteren brechenden Flächen der Freiformlinse handelt.
Es versteht sich, dass sowohl bei den in Figur 1 gezeigten Teil-Lichtmodulen 3' beziehungsweise bei dem Kraftfahrzeugscheinwerfer 1' nach dem Stand der Technik, als auch bei weiter unten dargelegten erfindungsgemäßen Teil-Lichtmodulen beziehungsweise Kraftfahrzeugscheinwerfern auch weitere (nicht gezeigte) optisch relevante Elemente, wie beispielsweise Reflektoren, Blenden, Lichtleiter usw., die ordnungsgemäßes Funktionieren der Teil-Lichtmodule und/oder Kraftfahrzeugscheinwerfer ermöglichen, vorgesehen sind.
Figur 2 zeigt schematisch einen (linken) Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 mit einem Lichtmodul 2, welches einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung entspricht. Das Lichtmodul 2 kann, wie Fig. 2 zeigt, in den Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 eingebaut sein. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht nur für linke Kraftfahrzeugscheinwerfer ausgelegt ist sondern auch ohne weiteres beispielsweise in rechten Kraftfahrzeugscheinwerfern eingesetzt werden kann. Das Lichtmodul 2 umfasst mehrere (hier sieben) Teil-Lichtmodule 3, 30 (des Projektionstyps) gemäß der vorliegenden Erfindung, die verdreht und aneinandergereiht angeordnet sind. Jedes Teil-Lichtmodul umfasst eine (flache) LED-Lichtquelle 4, die beispielsweise aus einer oder mehreren (flachen LEDs) ausgebildet sein kann, die dem flächenhaften Leuchtmittel entsprechen, und eine der (flachen) LED-Lichtquelle in Lichtabstrahlrichtung nachgeordnete Freiformlinse 5, 50, wobei die LED-Lichtquelle 4 in einer (objektseitigen) Brennfläche (vorzugsweise Brennebene) der Freiformlinse 5, 50 angeordnet ist und durch die Freiformlinse 5, 50 direkt vor das Teil-Lichtmodul 3, 30 abgebildet wird. Der Begriff "Projektionstyp" deutet darauf hin, dass das vom Teil-Lichtmodul 3, 30 erzeugte Lichtbild mithilfe einer Projektionslinse beziehungsweise - in dem Fall der vorliegenden Erfindung - einer Freiformlinse 5, 50 erzeugt wird. Die LEDs der LED-Lichtquelle 4 können beispielsweise auf einer gemeinsamen Platine 400 beispielsweise in einer Reihe oder matrixartig (nicht gezeigt) angeordnet sein.
Die Freiformlinsen 5, 50 weisen plane Lichtaustrittsflächen 52, 502 auf. Vorzugsweise sind die Teil-Lichtmodule 3, 30 in dem Lichtmodul 2 derart angeordnet, dass die planen Lichtaustrittsflächen 52, 502 der Freiformlinsen 5, 50 im Wesentlichen in einer Ebene beziehungsweise in einer leicht (d.h. vom Verlauf einer Ebene unwesentlich unterscheidend) gekrümmten Fläche liegen. Dabei verläuft diese Ebene beziehungsweise leicht gekrümmte Fläche im Wesentlichen parallel zu einer vorgegebenen Außenkontur D einer Abdeckscheibe des Kraftfahrzeugscheinwerfers 1. Dabei können die Freiformlinsen 5, 50 dicht aneinandergereiht sein. Alternativ kann ein dünner (im Vergleich zu der Breite, d.h. die Ausdehnung in horizontaler Richtung (siehe Figur 2), der Freiformlinse 5, 50) Luftspalt zwischen den Freiformlinsen 5, 50 vorgesehen sein, der zum Beispiel für rahmenförmige Halterungen genutzt werden könnte.
Die Freiformlinsen 5, 50 können unterschiedlich ausgebildet sein, worauf später genauer eingegangen wird. Unabhängig von der konkreten Ausführungsform gilt für die erfindungsgemäßen Freiformlinsen 5, 50, dass sie dezentriert sind.
Je nach konkrete Gestaltung der Freiformlinse 5 kann diese beispielsweise eine solche optische Achse 6 aufweisen, die zu einer durch eine, beispielsweise geometrische, Mitte der LED-Lichtquelle 4 verlaufende, zu einer lichtemittierenden/lichtabstrahlenden Fläche, vorzugsweise Ebene, der LED-Lichtquelle 4 im Wesentlichen senkrecht steht und zum Erzeugen jenen Abstrahlkegels 300 eingerichtet sein, dessen Achse 301 um einen Dezentrierungswinkel Φ hinsichtlich der optischen Achse 6 geneigt ist. D.h. die der Freiformlinse 5 zugeordnete Abstrahlkegelachse 301 schließt (vorzugsweise in der horizontalen Ebene) mit ihrer optischen Achse 6 einen Dezentrierungswinkel Φ ein.
Dabei liegt der Lichtschwerpunkt der Teil-Lichtverteilung an der Abstrahlkegelachse. Darunter ist zu verstehen, dass die Freiformlinse 5 derart ausgebildet ist, dass die durch das entsprechende Teil-Lichtmodul 3 erzeugte Teil-Lichtverteilung 300 ihre höchsten Werte der Lichtintensität bzw. der Lichtstärke bzw. des Lichtstroms entlang der Achse des Abstrahlkegels, also der Abstrahlkegelachse 301 aufweist. Das heißt unter anderem, dass die Teil-Lichtverteilung entlang der Abstrahlkegelachse 301 am hellsten ist. Vorzugsweise verlaufen die optischen Achse 6, 60 jeder Freiformlinse 5, 50 (unabhängig von der Gestaltung der Freiformlinse) und die Bezugsachse 7 sowie die Kraftfahrzeuglängsachse X horizontal. Der Dezentrierungswinkel Φ kann dabei vorgegeben sein und der Pfeilung (Winkel α) entsprechen, beziehungsweise dem Winkel α gleich sein. Die optischen Achsen 6, 60 der Teil-Lichtmodule 3, 30 sind von einem Kraftfahrzeug (nicht gezeigt) nach außen gerichtet, wenn das Lichtmodul 2 (in Figur 2 ist ein linker Kraftfahrzeugscheinwerfer gezeigt) in dem Kraftfahrzeug ordnungsgemäß verbaut ist. Es ist zweckmäßig, wenn der Dezentrierungswinkel Φ hinsichtlich der Abstrahlkegelachse 301 positiv ist, sodass die optische Achse 6 hinsichtlich der Kraftfahrzeuglängsachse X nach außen, zu einer (in diesem Fall linken) Seite/Außenseite des Kraftfahrzeugs hin geneigt ist, wenn das Lichtmodul 2 ordnungsgemäß in das Kraftfahrzeug eingebaut ist (siehe Figur 2).
Alternativ kann die Freiformlinse 50 derart dezentriert sein, dass sie zusätzlich eine geometrische, durch geometrische Mitte der Freiformlinse 50 verlaufende Achse 61 aufweist, die mit der optischen Achse 60 nicht zusammenfällt und von dieser, beispielsweise horizontal, beabstandet ist. Oft verläuft die geometrische Achse 61 zu der optischen Achse 60 parallel. Unter der geometrischen Mitte ist der Schwerpunkt der Freiformlinse zu verstehen. Ein solcher Abstand 62 kann bei eine 35 mm breiten Freiformlinse 50 von 1 mm bis 10 - 20 mm, beispielsweise 5 mm, variieren. Ein Teil-Lichtmodul 30 mit der Freiformlinse 50 erzeugt eine als schiefer Abstrahlkegel ausgebildete Teil-Lichtverteilung, wobei der Lichtschwerpunkt dieser Teil-Lichtverteilung vorzugsweise der Höhe des Abstrahlkegels - der Abstrahlkegelhöhe 302 - zugeordnet ist. Das heißt, die höchsten Werte der Lichtintensität bzw. der Lichtstärke bzw. des Lichtstroms der Teil-Lichtverteilung entlang der Höhe des Abstrahlkegels, also der Abstrahlkegelhöhe 302 liegen. Das heißt unter anderem, dass diese Teil-Lichtverteilung entlang der Abstrahlkegelhöhe 302 am hellsten ist.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff "Breite der Freiformlinse" ihre Ausdehnung B in horizontaler Richtung verstanden. Eine solche Freiformlinse 50 kann bezüglich der entsprechenden LED-Lichtquelle 4 derart angeordnet sein, dass ihre optische Achse 60 mit der der LED-Lichtquelle 4 zugeordneten Bezugsachse 7 zusammenfällt, ihre geometrische Achse 61 aber nicht, wobei die geometrische Achse 61 von der optischen Achse 60 um den Abstand 62 vorzugsweise in eine zu der Bezugsachse 7 orthogonal stehende, horizontale Richtung beabstandet ist. Darüber hinaus ist es durchaus denkbar, dass keine zwei dieser drei Achsen 60, 61, 7 zusammenfallen und beispielsweise parallel zueinander verlaufen. Es kann zweckmäßig sein, die Freiformlinse 50 derart auszubilden, dass die geometrische Achse 61 hinsichtlich der Bezugsachse 7 näher zum Inneren des Kraftfahrzeugs (nicht gezeigt) verschoben ist, wenn das Lichtmodul 2 ordnungsgemäß in das Kraftfahrzeug eingebaut ist. In Figur 2 (Draufsicht eines linken Kraftfahrzeugscheinwerfers) verläuft die geometrische Achse 61 rechtsverschoben zu der Bezugsachse 7. Bei einem rechten Kraftfahrzeugscheinwerfer würde die geometrische Achse linksverschoben zu der Bezugsachse verlaufen (nicht gezeigt).
Das Lichtmodul 2 kann verschiedene Teil-Lichtmodule 3, 30 aufweisen. Das in der Figur 2 gezeigte Lichtmodul 2 umfasst beispielsweise zwei Teil-Lichtmodule 3, deren Freiformlinsen 5 optische Achse 6 aufweisen, die jeweils den Dezentrierungswinkel Φ oder Φ = α mit der Abstrahlkegelachse 301 bildet, ein Teil-Lichtmodul 30, dessen Freiformlinse 50 derart ausgebildet ist, dass ihre optische Achse 60 von ihren geometrischen Achse 61 abweicht, aber die Freiformlinse 50 derart angeordnet ist, dass ihre optische Achse 60 mit der Bezugsachse 7 zusammenfällt, ein Teil-Lichtmodul 30, dessen Freiformlinse 50 derart ausgebildet ist, dass ihre optische Achse 60 von ihren geometrischen Achse 61 abweicht, und die Freiformlinse 50 derart angeordnet ist, dass ihre optische Achse 60 mit der Bezugsachse 7 nicht zusammenfällt, und drei Teil-Lichtmodule 3, 30, bei denen jedes Teil-Lichtmodul 3, 30 eines der oben genannten drei verschiedenen Teil-Lichtmodule 3, 30 sein kann.
Durch Dezentrierung der Freiformlinse 5, 50 strahlt jedes erfindungsgemäße Teil-Lichtmodul 3, 30 eine Teil-Lichtverteilung 300 ab, die hinsichtlich der Bezugsachse 7 asymmetrisch ausgebildet ist. Die Teil-Lichtverteilungen 300 können beispielsweise als schiefe Abstrahlkegel ausgebildet. Je nach Gestaltung der Freiformlinse 5, 50 kann die optische Achse 6, 60 der Freiformlinse 5, 50 beispielsweise zu der Abstrahlkegelachse 301 und/oder zu der Abstrahlkegelhöhe 302 um einen Dezentrierungswinkel Φ, Φ' geneigt sein (siehe Figuren 6, 7 und Figur 9).
Im Allgemeinen sei an dieser Stelle angemerkt, dass photometrische Charakteristika der Lichtverteilungen (beispielsweise die Beleuchtungsstärke) stets auf eine Messung bezogen sind. Im KFZ-Bau werden Lichtverteilungen üblicherweise in einem Lichttechniklabor vermessen. Das Vermessen einer Lichtverteilung in einem Lichttechniklabor erfolgt üblicherweise auf einem Messschirm, der in einem bestimmten Abstand (typischerweise 25 Meter) vor einem zu untersuchenden Lichtmodul senkrecht zu dessen optischen Achse aufgestellt ist. Nach dem Einschalten des Lichtmoduls entsteht eine zweidimensionale Projektion des dreidimensionalen Abstrahlkegels auf dem Messschirm. Anhand dieser Projektion können beispielsweise Lichtstärke- oder Beleuchtungsstärkewerte in Form einer zweidimensionalen Verteilung aufgenommen und beispielsweise als ein Isoluxlinien-Diagramm dargestellt (Isoluxlinien) werden.
Figur 3 zeigt eine perspektivische vergrößerte Ansicht des Teil-Lichtmoduls 3 der Figur 2. Die Freiformlinse 5 des Teil-Lichtmoduls 3 weist eine optische Achse 6 auf, die mit der durch die, beispielsweise geometrische Mitte der LED-Lichtquelle 4 verlaufenden und zu der lichtemittierenden/lichtabstrahlenden Fläche 40 (beispielsweise Ebene 40) der LED-Lichtquelle 4 im Wesentlichen senkrecht stehenden Bezugsachse 7 zusammenfällt. Das Teil-Lichtmodul 3 erzeugt eine Teil-Lichtverteilung in Form eines Abstrahlkegels 300. Dabei ist die der Freiformlinse 5 zugeordnete Abstrahlkegelachse 301 um einen Dezentrierungswinkel Φ zu der optischen Achse 6 (und zu der Bezugsachse) geneigt.
Die Freiformlinse 5 weist eine (durchgehende) Lichteintrittsfläche 501, die der lichtemittierenden Fläche 40 beziehungsweise Ebene der LED-Lichtquelle 4 zugewandt ist. Durch die Lichteintrittsfläche 501 dringt von der LED-Lichtquelle 4 erzeugtes Licht in die Freiformlinse 5 ein. Darüber hinaus weist die Freiformlinse 5 die plane Lichtaustrittsfläche 502 auf, durch die das in die Freiformlinse 5 eingedrungene und sich im Wesentlich ohne Verluste in der Freiformlinse 5 fortpflanzende Licht austritt. Die in diesem Absatz genannten Eigenschaften des Lichts und der Freiformlinse gelten für alle erfindungsgemäßen Freiformlinsen.
Die LED-Lichtquelle 4 strahlt gemäß dem Lambert'schen Gesetz ab, wobei vorzugsweise die maximale Strahlstärke entlang der Bezugsachse 7 abgestrahlt wird. Durch Formgebung der Lichteintrittsfläche 501 kann das entstehende Lichtbild und folglich die Hauptabstrahlrichtung des Teil-Lichtmoduls (beispielsweise Ausrichten der Abstrahlkegelachse oder -höhe der Freiformlinse) vorgegeben werden. Da die Lichteintrittsfläche 501 eine zweidimensionale Fläche darstellt, kann die Form der Lichteintrittsfläche 501 beispielsweise durch Angabe zwei Krümmungswerten in jedem Punkt der Lichteintrittsfläche 501 angegeben werden. Als Richtungen, entlang denen die Krümmungen angegeben werden, dienen in Lichttechnik für gewöhnlich eine horizontale Richtung H und eine vertikale Richtung V. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn Lichteintrittsflächen nur horizontale und vertikale Krümmungslinien aufweisen, d.h. Krümmungslinien, welche entweder in vertikalen oder in horizontalen Ebenen verlaufen.
Die in Figur 3 gezeigte Lichteintrittsfläche 501 ist hinsichtlich der Bezugsachse 7 asymmetrisch ausgebildet und zwar derart, dass die optische Achse 6 der Freiformlinse 5 in der horizontalen Ebene verläuft und mit der Abstrahlkegelachse 301 den Dezentrierungswinkel Φ einschließt. Dabei ist die Lichteintrittsfläche 501 sattelförmig ausgebildet. Der Figur 3 ist eindeutig zu entnehmen, dass die horizontalen Krümmungslinien 503 der Lichteintrittsfläche 501 konkav oder plan sind und die vertikalen Krümmungslinien 504 konvex sind - konkav-konvexe Lichteintrittsfläche. Die Lichteintrittsfläche 501 ist in horizontaler Richtung H weniger gekrümmt als in vertikaler Richtung V, da die abgestrahlte Teil-Lichtverteilung 300 normalerweise in horizontaler Richtung eine größere Ausdehnung aufweist als in vertikaler Richtung.
Figur 4 zeigt das Teil-Lichtmodul 3 mit einer eine sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung konvexe Lichteintrittsfläche 5010 - konvex-konvexe Lichteintrittsfläche - aufweisenden Freiformlinse. Die horizontalen Krümmungslinien 5030 der Lichteintrittsfläche 5010 sind, genauso wie ihre vertikalen Krümmungslinien 504, konvex. Der restliche Aufbau des Teil-Lichtmoduls 3 der Figur 4 ist dem Aufbau des Teil-Lichtmoduls der Figur 3 im Wesentlichen gleich. Obwohl der Dezentrierungswinkel Φ in Figur 4 gleich dem Dezentrierungswinkel in der Figur 3 gleich ist, können diese Winkel natürlich unterschiedlich sein.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Freiformlinsen mit einer konkav-konvexen Lichteintrittsfläche 501, wie in Figur 3, gegenüber den Freiformlinsen mit einer konvexkonvexen Lichteintrittsfläche 5010, wie in Figur 4, einen Vorteil haben, nämlich jenen, dass sie eine geringere Dicke, beispielsweise Mittendicke 8, bei sonst in etwa gleichen Maßen aufweisen (vergleiche Figuren 3 und 4). Dabei wird unter dem Begriff "Dicke" eine Ausdehnung der Freiformlinse entlang einer horizontalen parallel zu der optischen Achse 6 verlaufenden Richtung verstanden. So bedeutet "Mittendicke" die Ausdehnung der Freiformlinse entlang der optischen Achse 6 selbst. Die Reduktion der Mittendicke 8 ermöglicht Nutzung schlanker Linsengeometrien und zusätzlich eine Reduktion der Zykluszeiten bei der Herstellung der Freiformlinsen im Spritzgießverfahrung aus transparenten Kunststoffmaterialien.
Figur 5 zeigt das Teil-Lichtmodul 3 (beispielsweise gemäß der Figur 3). Die Freiformlinse 5 des Teil-Lichtmoduls 3 weist an ihrer planen Lichtaustrittsfläche 502 zusätzlich eine optische Struktur auf. An dieser Stelle sei angemerkt, dass nicht nur die hier gezeigte konkrete Ausführungsform der Freiformlinse 5 eine optische Struktur an ihrer planen Lichtaustrittsfläche aufweisen kann, sondern alle erfindungsgemäßen Freiformlinsen über diese Eigenschaft verfügen können. Die optische Struktur kann generell in Form über die Lichtaustrittsfläche der Freiformlinse verteilter Strukturelemente. Die Strukturelemente können als Vertiefungen oder Erhebungen ausgebildet sein, deren Tiefe beziehungsweise Höhe einige Mikrometer bis Millimeter betragen kann. Durch Anbringen einer erfindungsgemäßen optischen Struktur kann beispielsweise die Schiefe des durch das Teil-Lichtmodul erzeugten Abstrahlkegels oder der Dezentrierungswinkel zwischen der optischen Achse und der Abstrahlkegelachse erhöht werden. Wenn das Teil-Lichtmodul in einem Kraftfahrzeug verbaut ist, kann dies bedeuten, dass der Abstrahlkegel noch mehr Richtung Kraftfahrzeuginnenseite verschoben ist, beziehungsweise das Teil-Lichtmodul noch mehr zur Kraftfahrzeuginnenseite strahlt. Konkret zeigt die Figur 4 eine optische Struktur, die aus mehreren sägezahnförmigen Erhebungen 80 gebildet ist. Die sägezahnförmige Erhebungen 80, die beispielsweise als längliche Prismen, die in ihrer Form Auskoppelprismen in einem Lichtleiter ähneln können, beziehungsweise Rippen ausgebildet sein können, erstrecken sich vorzugsweise entlang der vertikalen Richtung V quer zu einer horizontalen Ebene, wobei die Erhebungsspitzen 81 als vertikal verlaufende Geraden ausgebildet sind. Der Figur 5 ist zu entnehmen, dass die sägezahnförmigen Erhebungen 80 unterschiedliche Keilwinkel 82 aufweisen können, was eine sehr genaue Einstellung der abgestrahlten Teil-Lichtverteilung, beispielsweise ihrer Homogenität, ermöglicht.
Figur 6 zeigt eine von dem Teil-Lichtmodul 3 der Figur 3 oder 4 abgestrahlte Teil-Lichtverteilung 300 in Form eines schiefen Abstrahlkegels, wobei die Bezugsachse 7 mit der optischen Achse 6 des Teil-Lichtmoduls 3 übereinstimmt und mit der Abstrahlkegelachse 301 den Dezentrierungswinkel Φ einschließt. Eine Projektion des Abstrahlkegels 300 auf einen schematisch dargestellten Messschirm 10 mit einer eingezeichneten HH-Linie hh ist ebenfalls gezeigt. Die Lichtaustrittsfläche der Freiformlinse 5 in Figur 6 weist keine optische Struktur in Form sägezahnförmiger Erhebungen auf. Figur 7 zeigt einen mit dem Teil-Lichtmodul 3 der Figur 5 erzeugten Abstrahlkegel 300. Die Abstrahlkegelachse 301 dieses Abstrahlkegels 300 schließt mit der optischen Achse 6 des Teil-Lichtmoduls 3 den Dezentrierungswinkel Φ'>Φ ein, wobei die optische Achse 6 mit der Bezugsachse 7 zusammenfällt. Eine Projektion des Abstrahlkegels 300 auf einen schematisch dargestellten Messschirm 10 mit einer eingezeichneten HH-Linie hh ist ebenfalls gezeigt. Der Abstrahlkegel der Figur 7 ist allerdings "verschobener" als der Abstrahlkegel der Figur 6, weil die Lichtaustrittsfläche der Freiformlinse 5 in Figur 7 eine optische Struktur in Form sägezahnförmiger Erhebungen aufweist. Der zwischen der Bezugsachse 7 und der Abstrahlkegelachse 301 eingeschlossene Dezentrierungswinkel Φ' größer als Dezentrierungswinkel Φ in der Figur 6 ist. Beispielsweise kann einer der beiden Dezentrierungswinkel gleich der Pfeilung α sein. Es versteht sich dass die Freiformlinse 5 in den Figuren 6 und 7 eine konkav-konvexe Lichteintrittsfläche 501 oder eine konvex-konvexe Lichteintrittsfläche 5010 aufweisen kann.
Unabhängig von der konkreten Ausführungsform können die erfindungsgemäßen Abstrahlkegel 300 einen horizontalen Öffnungswinkel von etwa 70° bis etwa 80°, insbesondere von etwa 75° und einen vertikalen Öffnungswinkel von etwa 5° bis etwa 10° aufweisen. Dementsprechend strahlen die erfindungsgemäßen Teil-Lichtmodule 3, 30, wenn sie ordnungsgemäß in einem Kraftfahrzeug verbaut sind, Licht in einen Bereich von etwa 50° kraftfahrzeugaußenseitig bis etwa 25° kraftfahrzeuginnenseitig horizontal und von etwa 0° (beziehungsweise von einem gesetzlich vorgeschriebenen Wert der Absenkung für abgeblendete Lichtverteilungen (ECE: -0,57° vertikal)) bis etwa -10° vertikal ab.
Figur 8 zeigt eine perspektivische vergrößerte Ansicht des Teil-Lichtmoduls 30 der Figur 2. Die dezentrierte Freiformlinse 50 des Teil-Lichtmoduls 30 weist, wie oben erwähnt, die optische Achse 60 und die mit der optischen Achse 60 nicht zusammenfallende geometrische Achse 61 auf. Die geometrische Achse 61 verläuft vorzugsweise zu der optischen Achse 60 in einer horizontalen Ebene um den Abstand 62 parallelverschoben. Die optische Achse 60 kann dabei, wie gezeigt, mit der der LED-Lichtquelle 4 zugeordneten Bezugsachse 7 zusammenfallen oder zu ihr parallel verlaufen. Die dezentrierte Freiformlinse 50 weist eine konkav-konvexe Lichteintrittsfläche 51 und eine plane Lichtaustrittsfläche 52 auf. Die Krümmungslinien der konkav-konvexen Lichteintrittsfläche 51 verlaufen entweder horizontal 53 oder vertikal 54. Es ist auch denkbar, dass die Freiformlinse des Teil-Lichtmoduls eine konvex-konvexe Lichteintrittsfläche aufweist (nicht gezeigt). Darüber hinaus weist die Freiformlinse 50 einen Seitenbeschnitt 9 (in Figur 8 leicht grau gefärbt). Der hier gezeigte Seitenbeschnitt 9 ist vorzugsweise plan ausgebildet, vertikal ausgerichteten und liegt in einer parallel zu der Bezugsachse 7 verlaufende Ebene. Es ist durchaus denkbar, dass der Seitenbeschnitt nicht ganz plan ist und/oder nicht vertikal ausgerichtet ist und/der in einer parallel zu der Bezugsachse 7 verlaufenden Ebene liegt. Durch das Vorhandensein eines Seitenbeschnitts ist die Freiformlinse 50 dezentriert. Eine räumliche Ausrichtung des Seitenbeschnitts kann die Ausrichtung der geometrischen Achse 61 der beschnittenen (den Seitenbeschnitt 9 aufweisenden) Freiformlinse 50 vorgeben. Die dezentrierte Freiformlinse 50 ist derart ausgebildet, dass ihr ein Seitenstück 55 fehlt, welches Seitenstück 55 gleich an den Seitenbeschnitt 9 anschließt und die dezentrierte Freiformlinse 50 wieder zentriert. Das heißt unter anderem, dass wenn das Seitenstück 55 der Freiformlinse 50 nicht fehlen würde, wäre die Freiformlinse bezüglich einer vertikale, die Bezugsachse 7 enthaltende Ebene beispielsweise symmetrisch ausgebildet.
Die Begriffe "Seitenbeschnitt" und "fehlendes Seitenstück" sollen allerdings kein Hinweis darauf sein, dass zentrierte Freiformlinsen tatsächlich beschnitten werden, wodurch ein Linsenmaterialverlust entsteht. Vielmehr wird bei der Herstellung der dezentrierten "beschnittenen" Freiformlinsen 50 wie folgt vorgegangen. In einem Simulationsprogramm auf einem Computer wird ein Modell eines Teil-Lichtmoduls - also ein diesem Teil-Lichtmodul entsprechender optischer Aufbau - erstellt. Dabei (siehe unten) werden andere optisch relevante Parameter, wie beispielsweise Schnittweite und/oder Brennweite der Freiformlinse, Position und Art der Lichtquelle, Brechungsindex des Freiformlinsenmaterials usw. wie bei dem erfindungsgemäßen Teil-Lichtmodul gewählt (es werden tatsächliche Werte verwendet, die sich aus Bauvorgaben für erfindungsgemäße Teil-Lichtmodul ergeben). Das Modell des Teil-Lichtmoduls und insbesondere das Freiformlinse-Modell wird ausgehend von einer gewünschten Lichtverteilung, beispielsweise der Teil-Lichtverteilung, berechnet. Anhand der oben genannten Parametern und Vorgaben wird bestimmt, wie das im Simulationsprogramm erstellte Freiformlinse-Modell (Freiformlinsensimulation) dezentriert, beispielsweise beschnitten werden kann, damit das Modell des Teil-Lichtmoduls die erwünschte Teil-Lichtverteilung 300 erzeugt. Nachdem die Freiformlinsensimulation derart ist, dass die berechnete Teil-Lichtverteilung-Simulation der erwünschen Teil-Lichtverteilung gleich ist, wird die Form der Freiformlinsensimulation zur Herstellung freigegeben. Da man in dem Simulationsprogramm die Freiformlinsensimulation "beschneiden" beziehungsweise gleich eine beschnittene Form der Freiformlinse erzeugen kann und auch weitere Transformationen an der Freiformlinse-Modell vornehmen kann, wird bei den tatsächlichen hergestellten dezentrierten Freiformlinsen 50 die oben genannten Begriffe "Seitenbeschnitt" und "fehlendes Seitenstück" verwendet, da diese natürlich aus dem Simulationsprozess ergeben.
Die Figur 9 zeigt das Teil-Lichtmodul 30 der Figur 8, welches eine Teil-Lichtverteilung erzeugt, welche als ein schiefer Abstrahlkegel 300 ausgebildet ist. Durch den oben beschriebenen Seitenbeschnitt 9 fällt die Abstrahlkegelachse 301 des durch die beschnittene Freiformlinse 50 erzeugten Abstrahlkegels 300 mit der Abstrahlkegelhöhe 302 nicht mehr zusammen. Anzumerken dabei ist, dass die Lichtintensität der mit der beschnittenen Freiformlinse 50 erzeugten Teil-Lichtverteilung 300 entlang der optischen Achse 6 (und der Bezugsachse 7) am größten ist. Die Schiefe des Abstrahlkegels 300 wird durch eine Asymmetrie der Lichteintrittsfläche 51 der Freiformlinse 50 erzeugt. Die in der Figur 8 gezeigte Asymmetrie rührt aus dem oben beschriebenen Seitenbeschnitt 9 der Freiformlinse 50, die ohne diesen Seitenbeschnitt 9 eine symmetrische Lichteintrittsfläche aufweisen würde und zum Erzeugen eines symmetrischen (beispielsweise geraden) Abstrahlkegels eingerichtet wäre.
Wie schief der in Figur 9 gezeigte Abstrahlkegel ist hängt von dem Abstand 62 ab, welcher Abstand 62 wiederum von der Position des Seitenbeschnittes 9 bezüglich der Bezugsachse 7 abhängt.
Figur 10 zeigt Schnitt AA der Figur 8. Daraus wird ersichtlich, dass die vertikal verlaufenden Krümmungslinien 54 der konkav-konvexen Lichteintrittsfläche 51 der beschnittenen Freiformlinse 50 der Lichteintrittsfläche 51 der Freiformlinse 50 bezüglich einer horizontalen, durch die Bezugsachse 7 verlaufenden Ebene nicht spiegelsymmetrisch sind. Unterhalb der Bezugsachse 7 sind die vertikalen Krümmungslinien 54 vorzugsweise flacher ausgebildet als oberhalb der Bezugsachse 7. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn die Teil-Lichtmodule 3, 30 zum Bilden eines Lichtmoduls zum Erzeugen einer Vorfeld-Lichtverteilung verwendet werden. In diesem Fall rührt der eben beschriebene unsymmetrische Verlauf der Krümmungslinien aus lichttechnischen Anforderungen auf die Vorfeld-Lichtverteilung her. Ein Teil der Lichteintrittsfläche 51, bei welchem die vertikal verlaufenden Krümmungslinien 54 stärker gekrümmt sind - oberhalb der Bezugsachse 7 in Figur 10, kann zur Bildung der knapp unterhalb der HH-Linie verlaufenden horizontalen Hell-Dunkel-Grenze der Vorfeld-Lichtverteilung vorgesehen sein, wobei ein weiterer Teil der Lichteintrittsfläche 51, bei welchem die vertikal verlaufenden Krümmungslinien 54 schwächer gekrümmt sind - unterhalb der Bezugsachse 7 in Figur 10, kann zur Bildung des sogenannten "Auslaufs" der Vorfeld-Lichtverteilung vorgesehen sein. Die HH-Linie wird oft in Lichttechnik "der Horizont" genannt und entspricht der x-Achse eines fachmannsüblichen Koordinatensystems (auch (u,v)-Winkelangaben hinsichtlich des HV-Punktes sind denkbar), welches beim Vermessen der von Kraftfahrzeugscheinwerfern erzeugten Lichtverteilung in einem lichttechnischen Labor verwendet wird. In der Kfz-Lichttechnik ist die "Linie H-H" / "HH-Linie" also eine Horizontallinie parallel zur Straße durch den Schnittpunkt HV der photometrischen Strahlachse aus der Mitte des Moduls/Lichtquelle mit dem Messschirm: Der Punkt HV ist der Ursprung der Messkoordinaten. Man könnte die HH-Linie auch als den Horizont ansehen, wenn der Verkehrsraum (die Normstraße) in Zentralprojektion aus dem Blickpunkt der Kraftfahrzeugscheinwerfermitte dargestellt wird.
Unter einer Vorfeld-Lichtverteilung beziehungsweise einem Vorfeld wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine Beleuchtung der Straße unterhalb des Horizonts (der HH-Linie) beziehungsweise unterhalb der gesetzlich vorgeschriebenen Absenkung (ECE - 0,57°) bis kurz (2-5 Meter) vor das Fahrzeug verstanden. Es ist eine abgeblendete Lichtverteilung mit meist geradeverlaufender horizontaler Hell-Dunkel-Grenze. Es kann aber auch eine klassische Abblendlichtverteilung mit einem Asymmetrieanstieg sein. Ein Vorteil dabei ist, dass jede asymmetrische Lichtverteilung ein relativ kleiner Lichtspot ist, weshalb die optischen Bauteile und folglich auch der Bauraumbedarf klein gehalten werden können.
Die in Bezug auf Figur 10 beschriebenen Gestaltungen der Krümmungslinien der beschnittenen Freiformlinsen 50 sind auch bei den nicht beschnittenen erfindungsgemäßen Freiformlinsen 5, insbesondere mit einer konkav-konvexen Lichteintrittsfläche 501, denkbar. Diese Gestaltungen sind also nicht auf eine konkrete Ausführungsform beschränkt.
Figur 11 zeigt Schnitt BB der Figur 8, welcher horizontal durch die Mitte der beschnittenen Freiformlinse 50 verläuft beziehungsweise die Bezugsachse 7 enthält. Wie der Figur 11 zu entnehmen ist, weist in diesem Schnitt die beschnittene Freiformlinse 50 eine rechteckige Form auf. D.h. ein Schnitt der konkav-konvexen Lichteintrittsfläche 51 der beschnittenen Freiformlinse 50 (oder auch der nicht beschnittenen Freiformlinse 5) mit einer horizontalen, die Bezugsachse enthaltenen Ebene ist eine gerade Linie. Diese Form ist besonders gut für jene flächenhaften Leuchtmittel geeignet, die Licht gemäß Lambert'schem Gesetz, wie die hier verwendeten flache LED-Lichtquellen 4, abstrahlen. Die Figur 11 zeigt auch das der beschnittenen Freiformlinse 50 fehlende Seitenstück 55, welches, wie oben erwähnt, als eine bezüglich einer vertikalen durch die Bezugsachse 7 verlaufende Ebene symmetrische Erweiterung der dezentrierten, beschnittenen Freiformlinse 50 ausgebildet ist.
Im Allgemeinen weisen alle erfindungsgemäßen Freiformlinsen 5, 50 variierende vertikale und/oder horizontale Krümmungen auf, die an zu erzeugende Lichtverteilung angepasst werden können. Dadurch kann beispielsweise erreicht werden, dass die von dem Teil-Lichtmodul 3, 30 abgestrahlte Lichtverteilung 300 in ihrem Zentrum (im HV-Punkt) eine größere Beleuchtungsstärke als an ihren Rändern aufweist, wodurch beispielsweise ein vorgeschriebener Lichtwert im HV-Punkt der von dem Kraftfahrzeugscheinwerfer 1 abgestrahlten Gesamtlichtverteilung, beispielsweise eine Vorfeld-Lichtverteilung oder eine Abblendlichtverteilung, erzielt werden kann. Sowohl die Vorfeld-Lichtverteilung als auch die Abblendlichtverteilung weisen eine Hell-Dunkel-Grenze auf, deren Verlauf durch gesetzliche Normen vorgegeben ist. Darüber hinaus können weitere Forderungen an diese und andere zu erzeugende Gesamtlichtverteilungen auferlegt werden, wie kundenspezifizierte Vorgaben bezüglich Homogenität und Leuchteindruck, die vorzugsweise zu erfüllen sind. Die gesetzlichen Normen betreffen meistens Werte der Beleuchtungsstärke in von dem Gesetzgeber vorgegebenen Bereichen der Lichtverteilung und können sich je nach Land beziehungsweise Region (EU, USA, Canada, Mexiko, China, Japan, Südkorea usw.) voneinander (meist unwesentlich) unterscheiden. Die oben beschriebenen Krümmungen sind deshalb vorzugsweise derart ausgewählt, dass die abgestrahlten Lichtverteilung einen durch die entsprechenden Normen/Vorschriften vorgegebenen Beleuchtungsstärkenverlauf aufweisen. Es versteht sich, dass die erfindungsgemäße Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung auch zum Erzeugen anderer Gesamtlichtverteilungen, wie beispielsweise einer Fernlichtverteilung oder Tageslicht-Lichtverteilung verwendet werden kann.
Im Allgemeinen lässt sich durch Gestalten der horizontalen Krümmung der Lichteintrittsfläche 51 ein besonders gut ein gleichmäßiger Abfall der Vorfeld- bzw. Grund-Lichtverteilungen realisieren. Dabei stellt die Lambert'sche Abstrahlcharakteristik der LED-Lichtquellen 4 für diese Anwendung zumindest in horizontaler Richtung einen vorteilhaften Verlauf dar. Das heißt zum Beispiel, dass die beschnittenen Freiformlinsen 50 in horizontaler Richtung eine plane Form aufweisen können (horizontale Krümmung ist gleich null) und jeder horizontale Schnitt der Lichteintrittsfläche 51 eine gerade ist (dies kann aber auch für nicht beschnittene Freiformlinsen 5 gelten). Dies ermöglicht eine Optimierung der Linsendicke hinsichtlich absoluter Mittendicke der Linse aber vor allem auch einer gleichmäßigen Dicke über die gesamte Linsenbreite. Dadurch kann die Nutzung schlanker Linsengeometrien mit geringer Mittendicke ermöglicht werden und/oder der Gewichtsnachteil reduziert werden und/oder die langen Zykluszeiten bei der Herstellung solcher Freiformlinsen im Spritzgießverfahrung als transparenten Kunststoffmaterialien reduziert werden.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass, wie oben erwähnt, die plane Lichtaustrittsfläche 52 der beschnittenen Freiformlinse 50 auch eine optische Struktur, beispielsweise in Form oben beschriebener vorspringender sägezahnförmiger Erhebungen 80, wie beispielsweise Prismen oder Rippen, aufweisen kann.
Figur 12 zeigt schematisch einen Strahlengang in einem erfindungsgemäßen Teil-Lichtmodul 3, 30. Das Teil-Lichtmodul 3, 30 kann beispielsweise eines der bereits in den vorangegangenen Figuren dargestellten Teil-Lichtmodule 3, 30 sein. Dargestellt ist ein vergrößerter Ausschnitt eines horizontalen Schnittes des Teil-Lichtmoduls 3, 30, wobei die Schnittebene die horizontal verlaufende Bezugsachse 7 enthält. Die Freiformlinse 5, 50 des Teil-Lichtmoduls 3, 30 ist dezentriert. Darüber hinaus weist die plane Lichtaustrittsfläche 502, 52 zumindest eine, vorzugsweise mehrere, sägezahnförmige Erhebungen 80, beispielsweise Prismen, die vorzugsweise gerade sind und eine parallel zu der Ebene des dargestellten Schnittes liegende Grundfläche aufweisen. Jede sägezahnförmige Erhebung weist zumindest zwei optisch wirksame Grenzflächen auf. Die hier vergrößert gezeigte und dem tatsächlichen Maßstab nicht entsprechende sägezahnförmige Erhebung 80 weist genau zwei optisch wirksame Grenzflächen 83, 84 auf, wobei eine erste optisch wirksame Grenzfläche 83 einen vorgebbaren Spitzwinkel β mit der planen Lichtaustrittsfläche 52, 502 einschließt und eine zweite optisch wirksame Grenzfläche 84 im Wesentlichen orthogonal zu der planen Lichtaustrittsfläche 52, 502 steht. Die erste optisch wirksame Grenzfläche 83 der sägezahnförmigen Erhebung ist vorgesehen, um die Ablenkung von Lichtstrahlen zu beeinflussen, die durch die Freiformlinse 5, 50 durchtreten. Der Grad dieser Ablenkung hängt von dem vorgebbaren Spitzwinkel β ab.
Die von der LED-Lichtquelle 4 erzeugten Lichtstrahlen 41 fallen auf die Freiformlinse 5, 50 ein und nach zweimaligem Brechen treten aus der Freiformlinse 5, 50 beispielsweise durch eine der ersten optisch wirksamen Grenzflächen aus. Ist der Einfallswinkel eines Lichtstrahls 41 auf die Lichteintrittsfläche der Freiformlinse 5, 50 gleich θ, so ergibt sich der Austrittswinkel θ_f des beispielsweise durch eine der ersten optisch wirksamen Grenzflächen 83 austretenden Lichtstrahls 42 gemäß dem Snellius'schen Gesetz wie folgt: $\begin{matrix} n_{1} * \sin (θ) = n_{2} * \sin (θ_{C} - β), & n_{2} \end{matrix} * \sin (θ_{C}) = n_{1} * \sin (θ_{f} + β)$
wobei n ₁≈1 bei Luft ist. θ_f ist dabei durch den Totalreflexionswinkel des verwendeten transparenten Materials der Linse beschränkt.
Der Spitzwinkel β kann für unterschiedliche Erhebungen 80 unterschiedliche groß sein. Manchmal ist es aber vorteilhaft, wenn der Spitzwinkel β für alle sägezahnförmigen Erhebungen 80 gleich bleibt. Dadurch kann beispielsweise die Produktion der Freiformlinsen 5, 50 erleichtert werden. Die oben beschriebene Brechung und Ablenkung der von der LED-Lichtquelle 4 erzeugten Lichtstrahlen führt, wie oben erwähnt, im Wesentlichen zu einer Verschiebung der Teil-Lichtverteilung 300. Wenn aber der Spitzwinkel β variiert wird, ergibt sich ein weiterer Freiheitsgrad für Gestaltung und somit für Feineinstellung der Teil-Lichtverteilung 300.
Figuren 13 und 14 zeigen jeweils die Teil-Lichtmodule 30 mit den beschnittenen dezentrierten Freiformlinsen 50. Figur 13 zeigt das Teil-Lichtmodul 30, wessen dezentrierte Freiformlinse 50 an ihrer Lichtaustrittsfläche 52 die sägezahnförmigen, in Form von Prismen vorspringenden Erhebungen 80 aufweist. Die Freiformlinse 50 ist bezüglich der entsprechenden LED-Lichtquelle 4 derart angeordnet, dass ihre optische Achse 60 mit der Bezugsachse 7 zusammenfällt und ihre geometrische Achse 61 von der optischen Achse 60 um den Abstand 62 in eine zu der Bezugsachse 7 orthogonal stehende, horizontale Richtung beabstandet ist.
Insbesondere zeigt die Figur 13 schematisch, dass die Lichtstrahlen 42 durch die sägezahnförmigen Erhebungen 80 der Freiformlinse 50 stärker als Lichtstrahlen 42' (gestrichelt gezeigt) der Freiformlinse ohne die sägezahnförmigen Erhebungen 80 abgelenkt werden. Durch die sägezahnförmigen Erhebungen 80 wird der Brechungswinkel der austretenden Lichtstrahlen um einen, beispielsweise vom Spitzwinkel β abhängigen Winkelbetrag Δρ geändert.
Figur 14 zeigt das Teil-Lichtmodul 30, wessen LED-Lichtquelle 4 hinsichtlich der dezentrierten Freiformlinse 50 verschoben ist, dass die der LED-Lichtquelle 4 zugeordnete Bezugsachse 7 mit der optischen Achse 60 der dezentrierten Freiformlinse 50 nicht zusammenfällt und von dieser um einen Abstand ΔH beabstandet ist. Dabei ist die geometrische Achse 61 der Freiformlinse 50 von der optischen Achse 60 um den Abstand 62 beabstandet. Die in diesem Ausführungsbeispiel gezeigten Achsen: die Bezugsachse 7, die optische Achse 60 und die geometrische Achse 61 liegen alle in der horizontalen Ebene und verlaufen parallel zueinander. Die Figur 14 soll verdeutlichen, dass durch eine Verschiebung der LED-Lichtquelle 4 auch eine Verschiebung des Lichtbildes durch eine (in diesem Fall größere) Ablenkung der aus der Freiformlinse 50 austretenden Lichtstrahlen 42 denkbar ist. Die ursprüngliche Position 4" der LED-Lichtquelle, sowie von der LED-Lichtquelle in ihrer ursprünglichen Position abgestrahlten und durch die Freiformlinse 50 gebrochenen Lichtstrahlen 42" sind mit gestrichelten Linien versehen. Eine durch die Verschiebung um den Abstand ΔH entstehende Änderung des Brechungswinkels ist durch einen Winkelbetrag Δφ bezeichnet, welcher beispielsweise mithilfe des Snellius' schen Gesetzes berechnet werden kann.
Anhand der Figuren 13 und 14 ist klar, dass die dort dargestellten Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können. Man kann nämlich die LED-Lichtquelle in der Figur 13 aus ihrer ursprünglichen Position verschieben, sodass die Bezugsachse mit der optischen Achse nicht mehr zusammen fällt. Denkbar ist es auch die LED-Lichtquelle in dem Teil-Lichtmodul 3 mit der nicht-beschnittenen Freiformlinse 5 aus ihrer ursprünglichen Position zu verschieben und dadurch die Ablenkung der durch die Freiformlinse 5 gebrochenen Lichtstrahlen und die Asymmetrie der Teil-Lichtverteilung 300 zu erhöhen. Dabei würde man klarerweise im Rahmen der Erfindung bleiben.
Unter dem Brechungswinkel eines austretenden Lichtstrahls versteht ein Fachmann einen Winkel zwischen der Ausbreitungsrichtung des gebrochenen Lichtstrahls und der Normale zu der brechenden Fläche (hier - zu der Lichtaustrittsfläche der Freiformlinse).
Aus dem oben Gesagten folgt, dass das Erzeugen asymmetrischer Teil-Lichtverteilungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung zumindest auf drei Arten möglich ist: Gestaltung der Lichteintrittsflächen und/oder Lichtaustrittsflächen der Freiformlinsen (beschnittenen oder nicht-beschnittenen); Anbringen optischer Strukturen, insbesondere sägezahnförmiger Erhebungen, beispielsweise Prismen, auf Lichtaustrittsflächen; Verschieben, beispielsweise horizontales Verschieben der Leuchtmittels, beispielsweise der Lichtquellen bezüglich optischer Achsen der entsprechenden Freiformlinsen (oder umgekehrt). Dabei ist anzumerken, dass durch das oben beschriebene Beschneiden der Freiformlinsen die Lichteintrittsfläche auch gestaltet wird.
Darüber hinaus geht aus den beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen hervor, dass die oben angeführten drei Arten nach Belieben miteinander kombinierbar sind. In manchen Situationen kann ausreichend sein, nur die Lichteintrittsfläche der Freiformlinse zu gestalten.
Bei einem sehr kleinen Bauraum und bei starken Pfeilungen ist es aber durchaus vorstellbar, dass am besten man zu allen drei oben beschriebenen Arten greift, um besonders starken Pfeilungen Rechnung zu tragen.
Figur 15 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Aufbauen eines erfindungsgemäßen Teil-Lichtmoduls, beispielsweise eines der oben beschriebenen Teil-Lichtmodule 3, 30, für eine Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung 1. Dabei ist, dass die Pfeilung - ausgedrückt als Winkel α - vorgegebenen. Das Teil-Lichtmodul weist eine dem flächenhaften Leuchtmittel entsprechende LED-Lichtquelle 4 und eine dezentrierte Freiformlinse auf. Der Freiformlinse ist eine optische Achse zugeordnet. Darüber hinaus umfasst die Freiformlinse zwei optisch wirksamen Flächen - eine Lichteintrittsfläche und eine plane Lichtaustrittsfläche. Eine genaue Form der Freiformlinse ist im ersten Moment nicht vorgegeben. Eine Position der LED-Lichtquelle bezüglich der Freiformlinse ist ebenfalls nicht festgelegt. Die Position, die Form und andere vorteilhafte Parameter der Freiformlinse und/oder des optischen Aufbaus werden erst im Laufe des Verfahrens bestimmt und fixiert. Zunächst werden Grundparameter des optischen Aufbaus des Teil-Lichtmodul, wie beispielsweise Position und Orientierung der LED-Lichtquelle bezüglich der Freiformlinse, Charakteristika der Freiformlinse selbst etc., festgelegt.
In Schritt 1 S1 wird eine durch Mitte einer der Lichteintrittsfläche zugewandten Seite der LED-Lichtquelle verlaufenden und zu dieser Seite im Wesentlichen orthogonal stehenden Bezugsachse festgelegt.
In Schritt 2 S2 werden Grundparameter der Freiformlinse gemäß gesetzlichen Normen und der Pfeilung und zumindest einem Größenparameter der LED-Lichtquelle festgelegt. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Bezugsachse mit der optischen Achse der Freiformlinse zusammenfällt. Die Grundparameter können beispielsweise umfassen: das Material der Freiformlinse oder zumindest der Brechungsindex des Materials und/oder ihre geometrische Abmessungen, wie Breite, Höhe, zentrale Mittendicke der Freiformlinse. Die Brennweite der Freiformlinse, wobei beispielsweise die LED-Lichtquelle in einem der Brennweite gleichen Abstand von der Freiformlinse positioniert werden kann. Die Brennweite der Freiformlinse kann von Abmessungen der LED-Lichtquelle abhängen und beispielsweise mittels der Formel: f_Linse = L_V /tan ε berechnet werden, wobei L_V eine vertikale Kantenlänge der LED-Lichtquelle ist, und ε eine in Grad ausgedrückte Position/Lage einer (photometrischen) Obergrenze (innerhalb) einer Lichtverteilung ist. Die Lage dieser Obergrenze ist gesetzlich vorgeschrieben und kann den einschlägigen gesetzlichen Normen entnommen werden. Beispielsweise ist ε = -4° laut ECE-Regelung (siehe R123 die vertikale Lage des Segments 10) beziehungsweise FMVSS-Vorgabe. "FMVSS" steht für Federal Motor Vehicle Safety Standards und ist in USA geltender Standard). Ein weiterer Grundparameter kann beispielsweise eine Mindestbreite der Freiformlinse in horizontaler Richtung sein. Diese Mindestbreite ergibt sich aus den Forderungen auf die Breite der zu erzeugenden Teil-Lichtverteilung. Da man bei diesem bevorzugten Verfahren auf die Pfeilung α abstellt, ist es zweckmäßig die Pfeilung bereits bei der Berechnung/Festlegung der Mindestbreite zu berücksichtigen. Dabei kann die Mindestbreite mit der Brennweite der Freiformlinse in folgender Relation stehen: $l_{Linse} = f_{Linse} * \tan (Δ + α),$
wobei Δ - gesetzlich vorgegebener Streuungswinkel, beispielsweise 25°, und α die vorgegebene Pfeilung ist.
In Schritt 3 S3 wird anhand der Grund-Parameter aus Schritt 2 S2 eine Dezentrierung der Freiformlinse derart berechnet, dass das von der LED-Lichtquelle erzeugte Licht mittels der Freiformlinse gemäß den gesetzlichen Normen und der Pfeilung in Form einer Teil-Lichtverteilung vor das Teil-Lichtmodul projiziert wird. Am Anfang der Berechnung wird angenommen, dass die LED-Lichtquelle in einer Brennfläche der Freiformlinse angeordnet ist und die optische Achse mit der Bezugsachse zusammenfällt. An dieser Stelle sei angemerkt, dass am Ende der Berechnung die optische Achse nicht mehr mit der Bezugsachse zusammenfallen muss (diese Achsen können beispielsweise parallel zueinander verschoben verlaufen). Durch eine horizontale Verschiebung der LED-Lichtquelle verläuft die optische Achse der dezentrierten Freiformlinse, die gemäß den Ergebnissen der Berechnung hergestellt ist, zu der Bezugsachse in vielen Fällen parallel, wie anhand der oben gezeigten beispielhaften Teil-Lichtmodulen 3, 30 erörtert wurde. Eine solche Berechnung kann beispielsweise mittels eines Software-Programms erfolgen, welches anhand einer (am Anfang der Berechnung) vorgegebenen Lichtverteilung, welche beispielsweise in Beleuchtungsstärkewerten in bestimmten (meist durch nationale beziehungsweise regionale Vorschriften vorgegebenen) Berechnungspunkten in Relation zur Bezugsachse ausgedrückt wird, und Grundparameter eines optischen Aufbaus die Form(en) einer oder mehreren optisch wirksamen (licht brechenden) Flächen berechnet. Dabei kann bei der Berechnung angenommen werden, dass die Freiformlinse zwei optisch wirksame (licht brechende) Flächen - Lichteintrittsfläche und Lichtaustrittsfläche - aufweist und dass die Lichteintrittsfläche plan ausgebildet ist.
Beispielsweise kann eine Dezentrierung der Freiformlinse durch einen asymmetrischen Oberflächenverlauf der Lichteintrittsfläche erzeugt werden. Dabei kann der asymmetrische Oberflächenverlauf derart berechnet werden, dass eine der Freiformlinse zugeordnete Abstrahlkegelachse hinsichtlich der Bezugsachse einen vorgegebenen Dezentrierungswinkel Φ aufweist, wobei der Dezentrierungswinkel Φ der Pfeilung korrespondieren kann, vorzugsweise der Pfeilung gleich sein kann.
Nun sollte auf Figur 16 kurz Bezug genommen werden. Diese zeigt schematisch, welche Parameter und Größen zur Berechnung einer - in dem gezeigten Fall vertikalen - Kurve der Lichteintrittsfläche der Freiformlinse herangezogen werden können. Die Figur 16 bezieht sich auf eine Simulation, i.e. Modellierung eines optischen Aufbaus. Das durch diese Simulation erzeugte Computer-Modell ist ein Modell einer bevorzugten Form eines erfindungsgemäßen Teil-Lichtmoduls 3. Bei der Simulation können beispielsweise folgende Anfangsbedingungen gewählt werden: die Freiformlinse 5 weist eine plane Lichtaustrittsfläche 502 und eine Brennweite f_Linse auf; eine plane beziehungsweise flache LED-Lichtquelle 4, die eine vertikale Kante der Länge L_V aufweist, ist in einem Brennpunkt der Freiformlinse 5 angeordnet. Darüber hinaus zeigt einen Messschirm 10, der ebenfalls mithilfe des die Modellierung des optischen Aufbaus ausführenden Software-Programms simuliert werden kann. Bei solchen Software-Programmen ist ein Messschirm zum Vorgeben der gewünschten Lichtverteilung vorgesehen. Wie bereits erwähnt, wird es mithilfe solche Software-Programme unter Vorgabe der zu erzeugenden Lichtverteilung auf die Form von optisch wirksamen Flächen geschlossen. Eine Entfernung des Messschirms 10 von dem Teil-Lichtmodul kann vorzugsweise in dem Software-Programm eingestellt werden. Zweckmäßigerweise kann diese Entfernung auf 25 Meter gesetzt werden, was der Entfernung eines zu testenden Lichtmoduls in einem Lichttechniklabor entspricht. Die Tatsache, dass die für die in dieser Figur dargestellten Simulation verwendeten Bezugszeichen den Bezugszeichen gleich sind, die für die Teil-Lichtmodule der oben beschriebenen Ausführungsformen verwendet wurden, soll nicht irritieren sondern nur verdeutlichen, dass anhand des mithilfe des Software-Programms erstellten Modells echte Teil-Lichtmodule geschaffen werden können.
Die zu erzeugende Lichtverteilung ist beispielsweise die (beispielsweise unter der HH-Linie liegende) Teil-Lichtverteilung 300. Da das Charakterisieren einer Lichtverteilung in jedem einzelnen Punkt eine zeitaufwändige Aufgabe ist, wird die Teil-Lichtverteilung 300 auf dem Messschirm 10 nur in einer endlichen Zahl von Berechnungspunkten (L₀, L₁,...) vorgegeben. Dabei kann jedem Berechnungspunkt L_j beispielsweise ein Koordinatenpaar (x_j, y_j ) (Koordinaten werden oft in Grad angegeben) und einen Beleuchtungsstärkewert E_j zugeordnet werden. Diese Berechnungspunkte (L₀, L₁,...) können beispielsweise auf dem Messschirm ein rechteckiges Gitter - eine sogenannte matrixartige Verteilung - bilden. Beispielsweise kann ein solches Gitter 12 bis 16 Eckpunkte in horizontaler Richtung und 8 Eckpunkte in vertikaler Richtung wählen. Die Gitterabstände können jeweils ident sein. Alternativ ist es denkbar die Eckpunkte, die für die Simulation beispielsweise einer Hell-Dunkel-Grenze vorgesehen sind, in geringeren Abständen zueinander platzieren.
Im Allgemeinen gibt es zumindest zwei Auslegungsstrategien:

Auslegungsstrategie A:
Diese Ziel-Beleuchtungsstärkewerte werden asymmetrisch zur Bezugsachse, im Wesentlichen symmetrisch zur Abstrahlkegelachse vorgegeben. Es wird eine Freiformlinse mit großer Mittendicke geschaffen. Die Freiformlinse der Figur 4 ist ein Beispiel einer solchen Freiformlinse.
Auslegungsstrategie B:
Die Ziel-Beleuchtungsstärkewerte werden symmetrisch zur Bezugsachse gewählt. Durch einen einseitigen (asymmetrischen) Beschnitt - wie z.B. in Figur8 gezeigt - wird auch die Lichtverteilung beschnitten. Dadurch kann beispielsweise die Mittendicke der Freiformlinse reduziert werden.

Anhand dieser Berechnungspunkte, beispielsweise deren Koordinaten und Beleuchtungsstärkewerte, kann nun der Oberflächenverlauf der Lichteintrittsfläche begonnen werden. Dies kann beispielsweise wie folgt erfolgen. Zunächst werden aus den Berechnungspunkten (Lo, L₁,..., L_i,..., L_j,...) entsprechende, vorzugsweise der Pfeilung α Rechnung tragende Zielwinkel (ω₀ , ω₁ ,...) (relativ zur Bezugsachse 7) bestimmt. Diese Zielwinkel erstellen eine Korrespondenz zwischen den Berechnungspunkten und Lichtaustrittsfläche-Punkten (z₀, z ₁ ,..., z_i, ..., z _j ,...) der planen Lichtaustrittsfläche 502. Danach wird jedem Zielwinkel ω_j eine Abstrahlrichtung γ_j zugeordnet, d.h. ein Winkel zwischen einer Ausbreitungsrichtung eines von der LED-Lichtquelle 4 erzeugten Lichtstrahls Aj und der Bezugsachse 7. Anschließend wird jedem Paar (γ_j , ω_j ) ein infinitesimales Flächenelement P_j derart zugeordnet und derart angeordnet, dass der von der LED-Lichtquelle 4 in die Abstrahlrichtung γ_j ausgehender Lichtstrahl Aj am infinitesimalen Flächenelement P_j derart gebrochen wird, dass dieser die Freiformlinse 5, 50 unter dem Zielwinkel ω_j verlässt. Zuordnen und Anordnen des infinitesimalen Flächenelements P_j schließt beispielsweise seine Position im Raum und seine Orientierung, d.h. die Richtung seines Normalvektors n_j mit ein. Die Winkel η_j und ζ_j sind jeweils Einfalls- und Brechungswinkel des durch das infinitesimale Flächenelement gebrochenen Lichtstrahls Aj. Dabei ist es zweckmäßig darauf zu achten, dass die Grenz-Lichtstrahlen A_g derart gebrochen werden, dass die Maße (die Breite und die Höhe) der erzeugten Teil-Lichtverteilung bestimmte Werte nicht überschreiten. So, z.B. sollte eine gesetzeskonforme KFZ-Lichtverteilung +/-30° breit (in horizontaler Richtung) sein oder eine Vorfeld-Lichtverteilung von der Hell-Dunkel-Grenze (< -0,57°) bis -12° (in vertikaler Richtung) reichen, damit der Kraftfahrzeugscheinwerfer (bei seiner üblichen Einbauhöhe 75cm) bis 3,50 Meter an das Kraftfahrzeug heranleuchtet.
Nachdem die infinitesimalen Flächenelemente (P₀, P₁,..., P_i,..., P_j,...) (und somit ihre räumlichen Orientierungen - Normalvektoren (n₀, n₁,..., n_i,..., n_j,...)) festgelegt wurden, kann der Oberflächenverlauf der Lichteintrittsfläche durch Zusammenfassen der infinitesimalen Flächenelemente (P₀, P₁,..., P_i,..., P_j,...) berechnet werden. Vorzugsweise wird dies dadurch erzielt, dass die infinitesimalen Flächenelemente (P₀, P₁,..., P_i,..., P_j,...) zum Aufbau einer Non-Uniform Rational B-Spline Fläche, kurz NURBS-Fläche, genutzt werden. Die daraus resultierende NURBS-Fläche ist die Form der Lichteintrittsfläche. Dabei können beim Aufbau der NURBS-Fläche Glattheit- und Stetigkeitsbedingungen auferlegt werden, sodass die Lichteintrittsfläche diese Bedingungen auch erfüllt und leichter hergestellt werden kann.
Als Ergebnis dieser Modellierung ergibt sich ein Modell des Teil-Lichtmoduls 3 mit einer dezentrierten Freiformlinse 5, deren optische Achse 6 als Bezugsachse 7 mit der Abstrahlkegelachse 301 einen vorgegebenen, vorzugsweise der Pfeilung α Rechnung tragenden, Dezentrierungswinkel Φ einschließt.
Es kann darüber hinaus von Vorteil sein, wenn, nachdem die Berechnung der Form der Lichteintrittsfläche und folglich die Modellierung des optischen Aufbaus des Teil-Lichtmoduls abgeschlossen ist, eine dem Fachmann unter dem Begriff "RayTrace" - Simulation bekannte Simulation durchgeführt wird, um sich zu vergewissern, ob die mit dem berechneten Modell erzeugte Probe-Teil-Lichtverteilung der gewünschten Teil-Lichtverteilung 300 im Wesentlichen gleich ist. Ist das Ergebnis der "RayTrace" - Simulation unzufrieden stellend, weil beispielsweise bestimmte gesetzliche Normen nicht erfüllt sind, sollte der oben beschriebene Vorgang so oft wiederholt werden, bis die Probe-Teil-Lichtverteilung der Teil-Lichtverteilung 300 im Wesentlichen gleich ist, wobei bei jeder Wiederholung die Anfangsbedingungen, beispielsweise die Zielwinkel (ω₀ , ω ₁,...), zu ändern sind. Die optische Achse der derart berechneten Freiformlinse 5 kann mit ihrer geometrischen Achse zusammenfallen.
Die Berechnung kann beispielsweise mittels des bereits erwähnten Simulationsprogramms (Software-Programms) erfolgen, in dem ein Modell eines optischen Aufbaus eines Teil-Lichtmoduls 30 mit einer dezentrierten Freiformlinse 50 mit einem Seitenbeschnitt 9 erzeugt wird. Das Erzeugen des Freiformlinse-Modells kann auf die Weise erfolgen, die beispielsweise der in Bezug auf Figur 16 beschriebenen Weise ähnlich ist. Anhand einer zu erzeugenden Lichtverteilung, beispielsweise der Teil-Lichtverteilung 300, werden (der Pfeilung α Rechnung tragende) Zielwinkel bestimmt und anschließend ein Oberflächenverlauf der Freiformlinse berechnet. Dabei erfolgt die Simulation (die Modellierung) beispielsweise unter folgenden Randbedingungen: die optische Achse des Freiformlinse-Modells verläuft parallel zu der Bezugsachse und zu ihrer geometrischen Achse. Alle drei Achsen können beispielsweise in einer horizontalen Ebene liegen, wobei die optische Achse von der geometrischen Achse um einen der Pfeilung entsprechenden Abstand, vorzugsweise horizontal, beabstandet ist. Das erzeugte Freiformlinse-Modell ist ein Modell der bereits beschriebenen beschnittenen Freiformlinse 50 und weist einen planen vertikalen Seitenbeschnitt auf, der sich von der Lichteintrittsfläche bis hin zu der Lichtaustrittsfläche erstreckt und in einer vertikalen, zu der die Bezugsachse, die geometrische Achse und die optische Achse enthaltenden Ebene im Wesentlichen orthogonalen angeordnet ist.
Besonders vorteilhaft ist, wenn das Modell der beschnittenen Freiformlinse derart ist, dass die gemäß diesem Modell erzeugten Freiformlinsen 50 eine scharfe HD-Grenze abbilden können. Der Verlauf der Teil-Lichtverteilung 300 nach unten kann durch Optimieren der Lichteintrittsfläche im oberen und unteren Bereich erreicht werden.
Nachdem der Oberflächenverlauf der Lichteintrittsfläche 51, 501, 5010 der (nicht beschnittenen oder beschnittenen) Freiformlinse 5, 50 bestimmt wurde und das Modell der Freiformlinse 5, 50 in einer Simulation, beispielsweise "RayTrace"-Simulation, ausreichend gute Ergebnisse liefert, d.h. die Probe-Teil-Lichtverteilung Qualitäts- und vor allem gesetzlichen Anforderungen erfüllt, wird(werden) in Schritt 4 S4 die Freiformlinse(n) 5, 50, beispielsweise mittels Spritzgießens, hergestellt, sodass diese eine gemäß Schritt 3 S3 berechnete Dezentrierung aufweist(aufweisen).
Ein weiteres "Verschieben" beziehungsweise Erhöhen der Schiefe des Abstrahlkegels der Teil-Lichtverteilung 300 kann, wie oben beschrieben, durch Anbringen einer optischen Struktur an die Lichtaustrittsfläche der Freiformlinse erzielt werden. Dieses Anbringen kann in Schritt 4 S4 beispielsweise mittels Fräsens erfolgen. Eine solche optische Struktur kann beispielsweise als Negativ-Form in das Spritzgießwerkzeug eingebracht und beim Spritzgießen der Freiformlinse direkt abgeformt werden.
In Schritt 5 S5 wird die Freiformlinse 5, 50 hinsichtlich der LED-Lichtquelle 4 gemäß der gemäß Schritt 3 S3 berechneten Dezentrierung angeordnet, wobei noch optional in Schritt 6 S6 die LED-Lichtquelle 4 hinsichtlich der Freiformlinse 5, 50 verschoben werden kann.
Figuren 17 und 18 zeigen Kraftfahrzeuge 100,110 mit jeweils zwei Kraftfahrzeugscheinwerfern - einem rechten und einem linken, wobei jeder Kraftfahrzeugscheinwerfer eine Anzahl der erfindungsgemäßen Teil-Lichtmodule 3, 30 umfasst.
Figur 17 zeigt Kraftfahrzeugscheinwerfer 101R und 101L, welche jeweils fünf nebeneinander in einer Reihe, in einem dafür vorgesehenen Gehäuse angeordnete Teil-Lichtmodule 3, 30 umfasst, wobei bei einem Teil-Lichtmodul die Freiformlinse ausgeblendet ist, um die hinter ihr befindliche Lichtquelle, beispielsweise die LED-Lichtquelle 4, zu zeigen. Die Teil-Lichtmodule 3, 30 sind bündig aneinander angeordnet, sodass die Lichtaustrittsflächen ihrer Freiformlinsen 5, 50 in einer Ebene liegen, die entlang der Designkontur des jeweiligen Kraftfahrzeugscheinwerfers 101R, 101L verläuft und im Wesentlichen orthogonal zu entsprechender Bezugsachse 7R, 7L steht. Die Lichtaustrittsflächen weisen optische Struktur, beispielsweise in Form sägezahnförmiger Erhebungen 80, 80' auf. Die Bezugsachsen des rechten beziehungsweise des linken Kraftfahrzeugscheinwerfers verlaufen parallel zu den Bezugsachsen der in den einzelnen Teil-Lichtmodulen angeordneten LED-Lichtquellen. Jede Bezugsachse schließt einen Winkel mit der Kraftfahrzeuglängsachse X ein, der der Pfeilung α gleich ist.
Figur 18 zeigt Kraftfahrzeugscheinwerfer 101R und 101L, wobei jeder Kraftfahrzeugscheinwerfer sechs, in einer 2x3 Matrix angeordnete Teil-Lichtmodule 3, 30 umfasst. Die Teil-Lichtmodule 3, 30 sind, wie in Figur 17, bündig aneinander angeordnet, sodass die Lichtaustrittsflächen ihrer Freiformlinsen in einer zu der jeweiligen Bezugsachse 7R, 7L im Wesentlichen orthogonalen Ebene liegen. Die Lichtaustrittsflächen weisen optische Struktur, beispielsweise in Form sägezahnförmiger Erhebungen 80, 80', 80", 80"' auf. Die Bezugsachsen 70R, 70L des rechten beziehungsweise des linken Kraftfahrzeugscheinwerfers verlaufen parallel zu den Bezugsachsen der in den einzelnen Teil-Lichtmodulen angeordneten LED-Lichtquellen. Jede Bezugsachse schließt einen Winkel mit der Kraftfahrzeuglängsachse X ein, der der Pfeilung α gleich ist.
Darüber hinaus ist in den Figuren 12 und 13 zu sehen, dass die Lichtaustrittsflächen der Freiformlinsen der einzelnen Teil-Lichtmodule 3, 30 unterschiedliche optische Strukturen aufweisen können. Beispielsweise können die sägezahnförmigen Erhebungen unterschiedlich hoch sein, unterschiedlich große Keilwinkel (Spitzwinkel β), unterschiedlich lange Zahnrücken (zweite optische Grenzfläche) aufweisen usw. Dabei können bei den in den Figuren 17 und 18 gezeigten Kraftfahrzeugscheinwerfern unterschiedliche Teil-Lichtmodule 3, 30 dazu eingerichtet sein, unterschiedliche Lichtfunktionen beziehungsweise Teil-Lichtfunktionen zu verwirklichen. Beispielsweise kann ein Teil der Teil-Lichtmodule 3, 30 dazu eingerichtet sein, ein(e) breite(s) Vorfeld-Lichtverteilung/Vorfeld (z.B. 40° nach links und rechts) zu erzeugen, wobei ein anderer Teil der Teil-Lichtmodule 3, 30 dazu eingerichtet sein kann, einen Beitrag für Vorfeld im Zentralbereich unterhalb des HV-Punktes der Gesamtlichtverteilung, beispielsweise der Abblendlichtverteilung zu erzeugen. Darüber hinaus kann ein weiterer Teil der Teil-Lichtmodule 3, 30 dazu eingerichtet sein, ein statisches Abbiegelicht zu erzeugen.
Je nach Performance Anforderung (zu erzeugende Teil-Lichtverteilung) und Design können die Teil-Lichtmodule 3, 30 entsprechend dimensioniert und in beliebiger Anzahl angeordnet werden.
Die Teil-Lichtmodule 3, 30 in den Kraftfahrzeugscheinwerfern 1, 1R, 1L, 101R, 101L können beispielsweise separat voneinander angesteuert werden, wenn eine dem jeweiligen Teil-Lichtmodul 3, 30 hier nicht gezeigte Steuereinheit zugeordnet ist. Dabei kann beispielsweise eine von jedem Teil-Lichtmodul 3, 30 abgestrahlte Lichtintensität angesteuert und verändert werden. Wie bereits erwähnt, können anstelle der flachen LED-Lichtquellen 4 andere Lichtquellen verwendet werden. Dabei ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff "Lichtquelle" ein Objekt zu verstehen, das sich in einer Objektebene des der Lichtquelle vorgelagerten Strahlformungssystems angeordnet ist und Licht erzeugt, beispielsweise aufgrund eines p-n-Übergangs (z.B. bei den LEDs) oder aufgrund einer Lichtemission (bei einem mit Laserlicht beleuchteten Lichtkonversionsmittel) oder reflektiert (wie z.B. bei beleuchteten MEMS-Spiegeln oder Auskoppelprismen in einem Lichtleiter). Das Licht dieser Lichtquellen wird im Wesentlichen zur Gänze (beinah ohne Verluste) in das entsprechende Strahlformungssystem (bei der gezeigten Ausführungsform - Freiformlinse) eingespeist.
Solange es sich nicht aus der Beschreibung einer der oben genannten Ausführungsformen zwangsläufig ergibt, wird davon ausgegangen, dass die beschriebenen Ausführungsformen beliebig miteinander kombiniert werden können. Unter anderem bedeutet dies, dass auch die technischen Merkmale einer Ausführungsform mit den technischen Merkmalen einer anderen Ausführungsform einzeln und unabhängig voneinander nach Belieben kombiniert werden können, um auf diese Weise zu einer weiteren Ausführungsform derselben Erfindung zu gelangen.
Die Bezugsziffern in den Ansprüchen und in der Beschreibung dienen lediglich zu einem besseren Verständnis der vorliegenden Anmeldung und sollen auf gar keinen Fall als eine Beschränkung des Gegenstands der vorliegenden Erfindung angesehen werden.
In den Figuren wurden ausschließlich Teile des Kraftfahrzeugscheinwerfers schematisch gezeigt, welche bei der vorliegenden Erfindung oder bei einer ihrer Ausführungsformen eine Rolle spielen können. Dem Fachmann ist allerdings klar, dass ein einsatzfähiger Kraftfahrzeugscheinwerfer andere Teile, wie beispielsweise Kühlkörper, Tragrahmen, mechanische und/oder elektrische Stellvorrichtungen, Abdeckungen und so weiter und sofort aufweisen kann. Der Einfachheit der Darstellung halber wird hier auf eine eingehende Beschreibung dieser standardmäßigen Bauteile eines standartmäßigen Kraftfahrzeugscheinwerfers aber verzichtet.
Die Begriffe "oben", "unten", "oberhalb", "unterhalb", "vertikal" und "horizontal" beziehen sich auf eine betriebsübliche, ordnungsgemäße Einbaulage des Teil-Lichtmoduls und/oder der Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung in einem in einem Kraftfahrzeug eingebauten Kraftfahrzeugscheinwerfer.

Claims

Teil-Lichtmodul für eine Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung umfassend ein flächenhaftes Leuchtmittel (4) und eine Freiformlinse (5, 50), welche Freiformlinse (5, 50) zumindest zwei optisch wirksamen Flächen - eine Lichteintrittsfläche (51, 501, 5010) und eine plane Lichtaustrittsfläche (52, 502) - aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Freiformlinse (5, 50) hinsichtlich einer zu der optischen Achse (6, 60) der Freiformlinse (5, 50) im Wesentlichen parallel verlaufenden Bezugsachse (7) dezentriert ist, wobei die Bezugsachse (7) dem flächenhaften Leuchtmittel (4) zugeordnet ist und zu einer lichtabstrahlenden Fläche des flächenhaften Leuchtmittels (4) im Wesentlichen senkrecht verläuft, und die plane Lichtaustrittsfläche (52, 502) im Wesentlichen parallel zum flächenhaften Leuchtmittel (4) angeordnet ist.
Teil-Lichtmodul nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das flächenhafte Leuchtmittel (4) dazu eingerichtet ist, Licht zu erzeugen, die Freiformlinse (5, 50) dazu eingerichtet ist, das im Wesentlichen gesamte Licht in Form einer Teil-Lichtverteilung (300) vor das Teil-Lichtmodul (3, 30) abzubilden, wobei die Lichteintrittsfläche (51, 501, 5010) zum Eintreten des Lichts in die Freiformlinse (5, 50) und die plane Lichtaustrittsfläche (52, 502) zum Austreten des Lichts aus der Freiformlinse (5, 50) vorgesehen sind und die Teil-Lichtverteilung (300) als ein Abstrahlkegel ausgebildet ist, wobei der Abstrahlkegel einen horizontalen Öffnungswinkel von etwa 70° bis etwa 80°, insbesondere von etwa 75° und einen vertikalen Öffnungswinkel von etwa 5° bis etwa 10° aufweist.
Teil-Lichtmodul nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteintrittsfläche (501, 5010) derart ausgebildet ist, dass die Freiformlinse (5) eine mit der Bezugsachse (7) einen Dezentrierungswinkel (Φ) einschließende Abstrahlkegelachse (301) aufweist.
Teil-Lichtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Freiformlinse (50) einen planen vertikalen Seitenbeschnitt (9) aufweist, welcher plane vertikale Seitenbeschnitt (9) sich von der Lichteintrittsfläche (51) bis zu Lichtaustrittsfläche (52) entlang der Bezugsachse (7) erstreckt.
Teil-Lichtmodul nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Freiformlinse (50) eine optische Achse (60) und eine von der optischen Achse (60) abweichende, durch geometrische Mitte der Freiformlinse (50) verlaufende, geometrische Achse (61) aufweist, wobei die optische Achse (60) vorzugsweise mit der Bezugsachse (7) zusammenfällt.
Teil-Lichtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Freiformlinse (5, 50) eine Mindestbreite aufweist, welche Mindestbreite vorzugsweise zwischen 25 mm und 45 mm, insbesondere 35 mm beträgt und/ oder eine Brennweite (f_Linse ) von etwa 15 mm bis 22 mm und/oder Höhe von etwa 12 mm bis 18 mm aufweist.
Teil-Lichtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteintrittsfläche (51, 501, 5010) dazu eingerichtet ist, das Licht in vertikaler Richtung zu sammeln und in horizontaler Richtung zu streuen/ aufzuweiten.
Teil-Lichtmodul nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteintrittsfläche (51, 501, 5010) sattelflächenförmig ausgebildet ist, insbesondere in horizontaler Richtung flach oder konkav verlaufend ist und in vertikaler Richtung konvex verlaufend ist.
Teil-Lichtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass an der planen Lichtaustrittsfläche (52, 502) eine optische Struktur (80) angeordnet ist, welche optische Struktur (80) vorzugsweise prismaförmige, sägezahnförmige Erhebungen, insbesondere Prismen umfasst.
Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung umfassend zumindest zwei Teil-Lichtmodule nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Freiformlinsen (5, 50) verschiedener Teil-Lichtmodule (3, 30) unterschiedlich dezentriert sind.
Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Teil-Lichtmodul (3, 30) dazu eingerichtet ist, eine Teil-Lichtverteilung (300) zu erzeugen, wobei jede Teil-Lichtverteilung als ein Abstrahlkegel ausgebildet ist, wobei die Richtung zumindest der Abstrahlkegelachse (301) und/oder -höhe (302) von der Richtung der Bezugsachse (7) abweicht, und Abstrahlkegelachsen (301) beziehungsweise Abstrahlkegelhöhen (302) um vorgegebene, beispielsweise horizontale, Abstände (h1,...hn) voneinander beabstandet sind, wobei die Abstrahlkegelachsen und/oder -höhen (301, 302) der Teil-Lichtmodule (3, 30) vorzugsweise in einer horizontalen Ebene liegen.
Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Teil-Lichtverteilungen (300) zumindest paarweise einander überlagern und deren Überlagerung vorzugsweise eine Gesamtlichtverteilung, beispielsweise eine Vorfeld-Lichtverteilung, insbesondere eine homogene Vorfeld-Lichtverteilung bilden.
Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtaustrittsflächen (52, 502) in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.
Kraftfahrzeugscheinwerfer (1, 1R, 1L, 101R, 101L) umfassend zumindest eine Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14.