EP3765780B1

EP3765780B1 - Beleuchtungseinrichtung für einen kraftfahrzeugscheinwerfer

Info

Publication number: EP3765780B1
Application number: EP19709947.6A
Authority: EP
Inventors: Lukas Taudt; Nina Brauner; Mathias SCHRAGL; Josef Hechenberger; Matthias Kern; Christoph Längauer
Original assignee: ZKW Group GmbH
Current assignee: ZKW Group GmbH
Priority date: 2018-03-15
Filing date: 2019-03-12
Publication date: 2022-06-15
Anticipated expiration: 2039-03-12
Also published as: KR102464206B1; KR20200120700A; EP3540296A1; CN111886445A; EP3765780A1; WO2019175137A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Beleuchtungseinrichtung für einen KFZ-Scheinwerfer gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine Beleuchtungseinrichtung dieser Art ist beispielsweise aus dem Dokument WO 2013/166535 A2 bekannt. Wesentlich für ein praxistaugliches Lichtbild ist bei einer solchen Beleuchtungseinrichtung für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer die Ausbildung der Vorsatzoptik mit entsprechenden Lichtleitelementen, in welchen das Licht durch Totalreflexion an den Begrenzungswänden geführt wird.
Weiters ist aus dem Dokument DE 10 2015 224 745 A1 eine Beleuchtungseinrichtung für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer bekannt geworden, bei der die Lichtaustrittsfläche zumindest abschnittsweise eine Lichtauskoppeloptik mit konvexer Wölbung aufweist sowie mit Auskoppelrillen an den Rändern der Lichtauskoppeloptik aufweist, wobei jeweils mehrere Lichtleitelemente mit ihren Lichtauskoppelflächen einer Lichtauskoppeloptik zugeordnet sind.
Aus dem Dokument EP 2 306 074 A2 ist ein Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einem Lichtmodul, welches eine matrixartige Anordnung von Halbleiterlichtquellen, eine Primäroptik und eine Sekundäroptik aufweist, bekannt. Die Sekundäroptik weist dort eine achromatisch wirkende Anordnung auf, die wahlweise mindestens zwei Linsen mit einer unterschiedlichen Brechzahl oder die einen Verbund aus einer Sammellinse und einer diffraktiven Optik aufweist.
Nachteilig bei derartigen aus dem Stand der Technik bisher bekannten Beleuchtungseinrichtungen ist meist, dass sich insbesondere bei Ausführungen der Primäroptik als Matrix-System unerwünschtes Streulicht um die einzelnen Matrix-Segmente bildet. Durch diese Streulichtbildung wird die Abbildungsqualität der einzelnen Matrix-Segmente nachteilig verringert. Außerdem kann es durch die Streulichtbildung - abhängig von der jeweiligen gesetzlichen Regelung - zu Problemen bei der Homologisierung von Kraftfahrzeugscheinwerfern aufgrund der einzuhaltenden Normen und Grenzwerte kommen.
Eine der Aufgaben der Erfindung besteht darin, bei einer Beleuchtungseinrichtung der gegenständlichen Art die Formgebung der Vorsatzoptik vor allem hinsichtlich einer noch besseren Homogenität und maximalen Helligkeit des erzeugten Lichtbildes zu optimieren. Überdies soll eine gattungsgemäße Beleuchtungseinrichtung angegeben werden, die die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
Diese Aufgaben werden mit einer Beleuchtungseinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Dank der Erfindung ergibt sich für jede erfindungsgemäß ausgebildete Beleuchtungseinrichtung eine Lichtverteilung mit weniger störenden Bereichen, geringerem Streulichtanteil, sowie einer höheren maximale Lichtstärke an der Lichtaustrittsfläche der Vorsatzoptik bzw. im erzeugten Lichtbild. Durch den Einsatz von einer oder mehreren Lichtauskoppeloptiken, die in Lichtaustrittsrichtung an der Lichtaustrittsfläche der Vorsatzoptik angeordnet sind, kann das von den Lichtleitelementen erzeugte Lichtbild verbessert werden, die Abbildungsqualität einzelner Lichtquellen bzw. einzelner Lichtleitelemente erhöht werden sowie die Ausbildung von unerwünschtem Streulicht verringert werden.
Mit dieser erfindungsgemäßen Ausführung einer Beleuchtungseinrichtung lassen sich überdies noch weitere Vorteile erzielen: So kann die Homologation neu entwickelter Kraftfahrzeugscheinwerfer einfacher werden, da der Fachmann hiermit ein geeignetes Mittel zur Hand hat, um unerwünschte Streulichtbildung zu vermindern bzw. zu vermeiden. Außerdem können mit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung vorteilhafte Lichteffekte erzielt werden. So kann durch den Einsatz von geeigneten Lichtauskoppeloptiken beispielsweise ein Kurvenlicht weiter nach außen gezogen werden.
Vorteilhaft können dabei mehrere Lichtleitelemente in ihrem vorderen Bereich, also jenem Bereich, der in Lichtaustrittsrichtung die Lichtauskoppelflächen der Lichtleitelemente umfasst, einstückig miteinander verbunden sein, da dies die Herstellung erleichtert und zu einer kompakten und stabilen Vorsatzoptik führt.
Erfindungsgemäß sind mehrere Lichtleitelemente in einer Matrixanordnung in zumindest einer Matrixzeile sowie in mehreren Matrixspalten angeordnet. Beispielsweise können die Lichtleitelemente in einer Matrixanordnung zwei- oder dreizeilig sowie in zahlreichen Matrixspalten nebeneinander angeordnet sein. Im Weiteren wird zur leichteren Darstellung die Matrixanordnung auch anhand von Richtungsangaben beschrieben. Matrixzeilen sind demnach im Wesentlichen in horizontaler Richtung angeordnet, während Matrixspalten im Wesentlichen in vertikaler Richtung verlaufen. Diese Zuordnung der Begriffe hinsichtlich eines Ortes oder einer Orientierung, wie beispielsweise "horizontal", "vertikal", "in horizontaler Richtung", "in vertikaler Richtung", "oben", "unten", "vorne", "darunter", "darüber" etc. werden in der Beschreibung lediglich zur Vereinfachung gewählt und beziehen sich möglicherweise auf die Darstellung in den Zeichnungen, nicht jedoch notwendigerweise auf eine Gebrauchs- oder Einbaulage der Beleuchtungseinrichtung oder des Kraftfahrzeugscheinwerfers.
Der Begriff Matrixanordnung soll im Rahmen der gegenständlichen Anmeldung auch für den Extremfall gelten bei welchem die Matrix einzeilig ist, somit nur eine Reihe von Lichtleitelementen vorhanden ist, was in der Kraftfahrzeug-Beleuchtungstechnik durchaus Sinn macht.
Erfahrungsgemäß ist der Aufbau einer Beleuchtungseinrichtung für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer bzw. ein Lichtmodul mit matrixartiger Anordnung dann besonders effizient, wenn die Lichtleitelemente in genau drei übereinander angeordneten Matrixzeilen bzw. Reihen angeordnet sind, die gemeinsam eine Fernlichtverteilung bilden. Bei einer solchen Anordnung kann die obere Matrixzeile als Vorfeldreihe, die mittlere Matrixzeile als Asymmetriereihe und die untere Matrixzeile als Fernlichtreihe ausgebildet sein, wobei die Fernlichtreihe aus Fernlicht-Lichtleitelementen mit entsprechenden Einschnürungen ausgestaltet sein kann.
Vorzugsweise ist jedem Lichtleitelement eine Lichtquelle zugeordnet, insbesondere eine LED oder mehrere LEDs. Im Rahmen der Erfindung können jedoch auch mehrere Lichtquellen einem Lichtleitelement zugeordnet sein oder umgekehrt kann je nach Ausführung eine einzelne Lichtquelle auch mehreren Lichtleitelementen zugeordnet sein. Ebenso können auch andere Lichtquellen als LEDs zur Anwendung kommen. Die Lichtleitelemente können beispielsweise aus hochtransparenten, lichtleitenden und formbaren Kunststoffen, welche für die Herstellung von komplexen Geometrien gut geeignet sind, hergestellt sein. Besonders bevorzugt sind dabei Silikonmaterialien. Es ist jedoch auch die Verwendung von Gläsern möglich. Im Falle von einstückig miteinander verbundenen Lichtleitelementen oder einer einstückigen Leuchteinheit ist die Verwendung von Kunststoffen zur Herstellung der Leuchteinheit und/oder der Lichtleitelemente bevorzugt.
Erfindungsgemäß sind mehrere Lichtleitelemente, die zeilenweise in einer Matrixzeile nebeneinander angeordnet sind, einer Lichtauskoppeloptik zugeordnet. Erfindungsgemäß werden in dieser Ausführung mehrere Lichtleitelemente zeilenweise einer gemeinsamen Lichtauskoppeloptik zugeordnet. Somit kann sehr effizient die Abbildungsqualität mehrerer Lichtleitelemente zeilenweise verbessert werden. Optional können sämtliche Lichtleitelemente, die nebeneinander in einer Matrixzeile angeordnet sind, einer einzigen Lichtauskoppeloptik zugeordnet sein.
In anderen Fällen kann es empfehlenswert sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung die in zumindest zwei voneinander beabstandeten Matrixzeilen angeordneten Lichtleitelemente zeilenweise jeweils unterschiedlichen Zeilen ebenfalls voneinander beabstandeter Lichtauskoppeloptiken zugeordnet sind. Somit kann die Abbildungsqualität der matrixartig angeordneten Lichtleitelemente Zeile für Zeile durch den Einsatz von zeilenweise zugeordneten Lichtauskoppeloptiken verbessert werden.
Erfindungsgemäß können sich die oder die mehreren Auskoppelrillen auf der Lichtaustrittsfläche der Vorsatzoptik in Längsrichtung bzw. in Zeilenrichtung der Lichtauskoppeloptik entlang mehrerer Lichtleitelemente erstrecken.
Ebenso können sich eine oder mehrere Auskoppelrillen in Längsrichtung bzw. in Zeilenrichtung entlang der gesamten Länge der Lichtaustrittsfläche erstrecken.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann bei einer Beleuchtungseinrichtung jeder Matrixzeile von Lichtleitelementen jeweils eine Zeile der Lichtauskoppeloptik zugeordnet sein.
Gemäß einer weiteren vorzugsweisen Ausführung der Erfindung kann bei einer Beleuchtungseinrichtung eine Konturform der konvexen Wölbung einer Lichtauskoppeloptik ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassend: Kreissegment, Ellipsensegment, Freiformkurvensegment. Vorteilhaft können in dieser Ausführungsform unterschiedlich konturierte Lichtauskoppeloptiken eingesetzt werden. Beispielsweise kann eine Beleuchtungseinrichtung eingesetzt werden, bei der eine dreizeilige Matrixanordnung von Lichtleitelementen mit einer Vorsatzoptik, die zeilenweise mit jeweils unterschiedlich geformten Lichtauskoppeloptiken auf der Lichtaustrittsfläche ausgerüstet ist, in ihrem Lichtbild verbessert wird. Beispielsweise kann der oberen von drei Matrixzeilen an Lichtleitelementen eine erste Lichtauskoppeloptik zugeordnet sein, die eine konvexe Wölbung mit der Kontur eines Kreissegments mit einem Radius von 10 mm aufweist. Beispielsweise kann der mittleren von drei Matrixzeilen an Lichtleitelementen eine zweite Lichtauskoppeloptik zugeordnet sein, die eine konvexe Wölbung mit der Kontur eines Kreissegments mit einem Radius von 5 mm aufweist. Beispielsweise kann der unteren von drei Matrixzeilen an Lichtleitelementen eine dritte Lichtauskoppeloptik zugeordnet sein, die eine konvexe Wölbung mit der Kontur einer Freiformfläche aufweist.
Ebenso kann die Lichtaustrittsfläche der Vorsatzoptik derart strukturiert sein, dass angrenzend an einen Abschnitt oder eine Zeile einer Lichtauskoppeloptik mit einer konturierten konvexen Wölbung ein planarer Abschnitt oder eine planare Zeile der Lichtaustrittsfläche vorgesehen ist. Derartige planare Abschnitte der Lichtaustrittsfläche können auch zwischen zwei Vorsatzoptiken vorgesehen sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann bei einer Beleuchtungseinrichtung die Konturform der Wölbung mehrerer Zeilen der Lichtauskoppeloptiken jeweils gleich gestaltet sein. In dieser zweckmäßigen Ausführungsform, die kostengünstig herstellbar ist, wird die Lichtaustrittsfläche der Vorsatzoptik mit jeweils gleich konturierten Zeilen von Lichtauskoppeloptiken überzogen. Zweckmäßig sind dabei in einer bevorzugten Variante gleich viele Zeilen an Lichtauskoppeloptiken wie Matrixzeilen an Lichtleitelementen vorgesehen.
In einer alternativen Weiterbildung der Erfindung können bei einer Beleuchtungseinrichtung die Konturformen der Wölbung von zumindest zwei Zeilen der Lichtauskoppeloptiken unterschiedlich sein. In dieser Ausführungsvariante lässt sich besonders flexibel die Abbildungsqualität einzelner Lichtquellen bzw. einzelner Lichtleitelemente erhöhen.
Besonders vorteilhaft kann bei einer Beleuchtungseinrichtung jede Zeile der Lichtauskoppeloptiken jeweils in Zeilenrichtung eine konstante Breite sowie eine einheitliche Konturform der Wölbung aufweisen. In dieser Ausführung sind die Lichtauskoppeloptiken zeilenweise bzw. in Zeilenrichtung jeweils homogen beschaffen, was für die kostengünstige Fertigung von Vorteil ist.
In einer alternativen Ausführung der Erfindung kann bei einer Beleuchtungseinrichtung zumindest eine Zeile der Lichtauskoppeloptiken in Zeilenrichtung zumindest abschnittsweise unterschiedliche Breiten und/oder unterschiedliche Höhen und/oder unterschiedliche Konturformen der Wölbung aufweisen. In dieser Ausführungsvariante können einzelne oder auch mehrere Lichtauskoppeloptiken in Längsrichtung bzw. in Zeilenrichtung entlang der Länge der Lichtaustrittsfläche der Vorsatzoptik abschnittsweise unterschiedliche Abmessungen aufweisen. Beispielsweise kann es zweckmäßig sein, wenn eine zeilenweise angeordnete Lichtauskoppeloptik in ihrem mittleren Abschnitt eine größere Breite und/oder eine größere Höhe sowie eine konvexe Wölbung mit einem größeren Krümmungsradius - und somit eine größere Materialhöhe - aufweist als an ihren seitlichen Randabschnitten jeweils zu den Schmalseiten der Vorsatzoptik hin.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung kann bei einer Beleuchtungseinrichtung zumindest eine Lichtauskoppeloptik einen Flächenabschnitt mit Mikrostrukturen einer aufgerauten Oberfläche aufweisen. Solche Mikrostrukturen im Bereich der Lichtauskoppeloptik können beispielsweise den Vorteil bieten, dass ein besonders homogenes Lichtbild von der Beleuchtungseinrichtung erzeugt wird. Beispielsweise können derartige Mikrostrukturen als Narben-artige Rauheit auf der Oberfläche der Lichtauskoppeloptik ausgeführt sein, wobei deren charakteristische Längen eine Größenordnung beispielsweise von 5µm (Mikrometer) aufweisen können. Vorteilhafterweise kann diese Narbung zumindest abschnittsweise auf der der Vorfeldreihe zugeordneten Lichtauskoppeloptik aufgebracht werden.
Von Vorteil kann es sein, wenn bei einer Beleuchtungseinrichtung die Lichtaustrittsfläche der Vorsatzoptik eine in Längsrichtung bzw. in Zeilenrichtung knickfrei gekrümmte Fläche, vorzugsweise eine knickfrei gekrümmte Petzval-Fläche, ist. Vorteilhaft weist die Lichtaustrittsfläche insbesondere bei einer Matrixanordnung der Lichtleitelemente somit keine Knickkanten in Richtung der Matrixspalten, also im Wesentlichen in vertikaler Richtung, auf. Somit weisen auch die Lichtauskoppeloptiken in Zeilenrichtung bzw. in Längsrichtung keine störenden Knicke oder Unterbrechungen auf. Die Lichtauskoppeloptiken werden einzig durch die Auskoppelrillen, welche in Richtung der Matrixzeilen, also im Wesentlichen in horizontaler Richtung, verlaufen, begrenzt.
Die gemeinsame Lichtaustrittsfläche ist typischerweise eine gekrümmte Fläche, die üblicherweise der Petzval-Fläche der Abbildungsoptik - beispielsweise einer Abbildungslinse - folgt. Für bestimmte Anwendungen können aber auch bewusste Abweichungen in der Krümmung eingesetzt werden, um im Randbereich Abbildungsfehler zur Lichthomogenisierung zu nutzen.
Im Rahmen der Erfindung kann ebenso ein Lichtmodul mit zumindest einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung angegeben werden. Wenn im Zusammenhang mit der Erfindung der Begriff "Scheinwerfer" verwendet wird, so soll dieser Begriff auch einzelne Lichtmodule oder Projektionsmodule beinhalten, die auch in Kombination in einem übergeordneten Scheinwerfer enthalten sein können.
Im Rahmen der Erfindung ist es aber auch möglich, einen Fahrzeugscheinwerfer mit zumindest einer Beleuchtungseinrichtung und/oder mit zumindest einem Lichtmodul mit zumindest einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung einzusetzen. Beispielsweise kann ein solcher Fahrzeugscheinwerfer weiterhin eine der Leuchteinheit in Lichtaustrittsrichtung nachgeordnete Projektionsoptik umfassen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 schematisch und in schaubildlicher Darstellung Komponenten eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfers, nämlich eine Leuchteinheit samt einer vorgesetzten Projektionslinse;
Fig. 2 in schaubildlicher Darstellung eine erfindungsgemäße Leuchteinheit mit einer Vorsatzoptik, schräg von hinten in Richtung der Lichteinkoppelflächen der Lichtleitelemente gesehen;
Fig. 3 eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorsatzoptik von der Seite gesehen;
Fig. 4 eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorsatzoptik von oben gesehen;
Fig. 5 die in Fig. 4 gezeigte zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorsatzoptik in einer isometrischen Ansicht schräg von vorne gesehen;
Fig. 6 eine dritte Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorsatzoptik von oben gesehen;
Fig. 7 die in Fig. 6 gezeigte dritte Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorsatzoptik in einer isometrischen Ansicht schräg von vorne gesehen;
Fig. 8 eine beispielsweise Lichtverteilung eines Scheinwerfers nach der Erfindung;
Fig. 9 den Verlauf der Lichtstärke längs einer mittigen Linie der Fig. 8;
Fig. 10 eine beispielsweise Lichtverteilung eines Scheinwerfers nach dem Stand der Technik;
Fig. 11 den Verlauf der Lichtstärke längs einer mittigen Linie der Fig. 10.

In der Darstellung nach Fig. 1 erkennt man in schematischer Ansicht eine Beleuchtungseinrichtung 1 für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer 100 nach der Erfindung mit seinen für die Erläuterung der Erfindung wesentlichen Bestandteilen. Wobei es für den Fachmann klar ist, dass ein Kraftfahrzeugscheinwerfer eine Vielzahl weiterer, hier nicht gezeigter Bestandteile besitzen kann, wie Ein- und Verstelleinrichtungen, elektrische Versorgungsmittel, Blenden, Gehäusebauteile und vieles mehr. Wenn im Zusammenhang mit der Erfindung der Begriff "Scheinwerfer" verwendet wird, so soll dieser Begriff auch einzelne Licht- bzw. Projektionsmodule beinhalten, die auch in Kombination in einem übergeordneten Scheinwerfer enthalten sein können.
In dieser und den folgenden Figuren werden für gleiche oder vergleichbare Elemente zum Zwecke der einfacheren Erläuterung und Darstellung gleiche Bezugszeichen verwendet. Die in den Ansprüchen verwendeten Bezugszeichen sollen lediglich die Lesbarkeit der Ansprüche und das Verständnis der Erfindung erleichtern und haben keinesfalls einen den Schutzumfang der Erfindung beeinträchtigenden Charakter.
Dargestellt in Fig. 1 ist also eine Beleuchtungseinrichtung 1, welche eine Leuchteinheit 2 mit mehreren Lichtquellen 3 umfasst. Die Lichtquellen 3 sind hier beispielsweise als LEDs ausgeführt. Eine Vorsatzoptik 4 bzw. Primäroptik mit einer Lichtaustrittsfläche 5 der Vorsatzoptik 4 weist hier mehrere Lichtleitelemente 6 auf, die in einer Matrixanordnung 7 angeordnet sind. Die Lichtaustrittsrichtung 8 von den Lichtquellen 3 durch die Lichtleitelemente 6 sowie die Vorsatzoptik 4 hindurch ist durch einen Pfeil 8 symbolisiert. Weiters ist in Lichtaustrittsrichtung 8 der Vorsatzoptik 4 nachgeordnet eine Projektionsoptik 10 vorgesehen, welche beispielsweise eine Projektionslinse umfasst.
Die Lichtaustrittsfläche 5 ist mit zeilenweise angeordneten Lichtauskoppeloptiken 50 ausgestaltet, welche hier in drei im Wesentlichen horizontalen Zeilen 51 der Lichtauskoppeloptik 50 angeordnet sind. Die Lichtauskoppeloptiken 50 weisen jeweils konvexe Wölbungen 56 auf.
Fig. 2 zeigt eine Leuchteinheit 2 mit einer Vorsatzoptik 4 schräg von hinten in Richtung von Lichteinkoppelflächen 61 der Lichtleitelemente 6 gesehen. Jeder Lichteinkoppelfläche 61 der Lichtleitelemente 6 ist hier eine LED als Lichtquelle 3 zugeordnet. Die Lichtleitelemente 6 münden mit ihren Lichtauskoppelflächen 62 jeweils in der gemeinsamen Lichtaustrittsfläche 5 der Vorsatzoptik 4. Die Lichtleitelemente 6 sind in Matrixanordnung 7 hier in drei Matrixzeilen 71 sowie in einer Vielzahl von Matrixspalten 72 angeordnet. Die Matrixzeilen 71 sind gemäß Fig. 2 im Wesentlichen in horizontaler Richtung orientiert, während die Matrixspalten 72 im Wesentlichen in vertikaler Richtung ausgerichtet sind.
Fig. 3 zeigt eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorsatzoptik 4 von der Seite gesehen. Auch hier sind die Lichtleitelemente 6 in Matrixanordnung 7 in drei Matrixzeilen 71 angeordnet. Wie hier in der Seitenansicht zu erkennen ist, ist die Vorsatzoptik 4 ohne Krümmung in deren Längsrichtung und somit plan geformt. An der Lichtaustrittsfläche 5 der Vorsatzoptik 4 sind hier zeilenweise drei Lichtauskoppeloptiken 50 angeordnet, wobei jede Matrixzeile 71 an Lichtleitelementen 6 einer Lichtauskoppeloptik 50 zugeordnet ist.
Die untere Zeile 51 der Lichtauskoppeloptik 50 weist hier beispielsweise eine konvexe Wölbung 56 auf mit einer Konturform 57 der Wölbung, die einem Kreissegment entspricht. Die mittlere Zeile 51 der Lichtauskoppeloptik 50 weist hier beispielsweise eine konvexe Wölbung 56' auf mit einer Konturform 58 der Wölbung, die einem Ellipsensegment entspricht. Die obere Zeile 51 der Lichtauskoppeloptik 50 weist hier beispielsweise eine konvexe Wölbung 56" auf mit einer Konturform 59 der Wölbung, die als Freiformkurvensegment ausgebildet ist. Zwischen den einzelnen Zeilen 51 der Lichtauskoppeloptiken 50 sind an deren Rändern Auskoppelrillen 55 zur Begrenzung der Lichtauskoppeloptiken 50 in deren Längsrichtung vorgesehen.
Entsprechende Lichtquellen 3, die den Lichtleitelementen 6 zugeordnet und die an deren Lichteinkoppelflächen 61 angeordnet sind, sind hier sowie in den folgenden Figuren der Einfachheit halber nicht dargestellt.
Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorsatzoptik 4 von oben gesehen. Die Vorsatzoptik 4 ist hier als knickfrei gekrümmte Petzval-Fläche 41 ausgeführt. Gemäß dieser Ausführung ist zu erkennen, dass an der Lichtaustrittsfläche der Vorsatzoptik 4 Lichtauskoppeloptiken 50 angeordnet sind, welche in Längsrichtung 52 bzw. Zeilenrichtung der Lichtauskoppeloptik 50 eine einheitliche Höhe 54 aufweisen.
Fig. 5 zeigt die in Fig. 4 dargestellte zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorsatzoptik 4 in einer isometrischen Ansicht schräg von vorne gesehen. Die untere Zeile 51 der Lichtauskoppeloptik 50 weist hier beispielsweise eine konvexe Wölbung 56 auf mit einer Konturform 57 der Wölbung, die einem Kreissegment entspricht. Die mittlere Zeile 51 der Lichtauskoppeloptik 50 weist hier beispielsweise eine konvexe Wölbung 56' auf mit einer Konturform 58 der Wölbung, die einem Ellipsensegment entspricht. Die obere Zeile 51 der Lichtauskoppeloptik 50 weist hier beispielsweise eine konvexe Wölbung 56" auf mit einer Konturform 59 der Wölbung, die als Freiformkurvensegment ausgebildet ist. Zwischen den einzelnen Zeilen 51 der Lichtauskoppeloptiken 50 sind an deren Rändern Auskoppelrillen 55 zur Begrenzung der Lichtauskoppeloptiken 50 in deren Längsrichtung vorgesehen. In Längsrichtung 52 bzw. in Zeilenrichtung der Lichtauskoppeloptiken 50 weisen diese jeweils konstante Breiten 53 sowie konstante Höhen 54 auf. Die konvexen Wölbungen 56, 56', 56" bzw. die jeweiligen Konturformen 57, 58, 59 der Lichtauskoppeloptiken 50 sind daher in Längsrichtung 52 bzw. in Zeilenrichtung jeweils einheitlich gestaltet.
Fig. 6 zeigt eine dritte Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorsatzoptik 4 von oben gesehen. Die Vorsatzoptik 4 ist hier als knickfrei gekrümmte Petzval-Fläche 41 ausgeführt. Im Unterschied zur Ausführung gemäß Fig. 4 ist bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführung zu erkennen, dass an der Lichtaustrittsfläche 5 der Vorsatzoptik 4 eine Lichtauskoppeloptik 50 angeordnet ist, welche in Längsrichtung 52 bzw. Zeilenrichtung der Lichtauskoppeloptik 50 unterschiedliche Höhen 54, 54' aufweisen. Hier weist die obere Lichtauskoppeloptik 50 etwa mittig ihrer Längsrichtung 52 eine Höhe 54' auf, welche größer ist als die Materialstärke mit einer Höhe 54 an den beiden seitlichen Randabschnitten der oberen Lichtauskoppeloptik 50.
Fig. 7 zeigt die in Fig. 6 dargestellte dritte Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorsatzoptik 4 in einer isometrischen Ansicht schräg von vorne gesehen. Die untere Zeile 51 der Lichtauskoppeloptik 50 weist hier beispielsweise eine konvexe Wölbung 56 auf mit einer Konturform 57 der Wölbung, die einem Kreissegment entspricht. Die mittlere Zeile 51 der Lichtauskoppeloptik 50 weist hier beispielsweise eine konvexe Wölbung 56' auf mit einer Konturform 58 der Wölbung, die einem Ellipsensegment entspricht. Die obere Zeile 51 der Lichtauskoppeloptik 50 weist hier beispielsweise eine konvexe Wölbung 56" auf mit einer Konturform 59 der Wölbung, die als Freiformkurvensegment ausgebildet ist. Zwischen den einzelnen Zeilen 51 der Lichtauskoppeloptiken 50 sind an deren Rändern wiederum Auskoppelrillen 55 zur Begrenzung der Lichtauskoppeloptiken 50 in deren Längsrichtung vorgesehen. Die unteren beiden Lichtauskoppeloptiken 50 weisen in Längsrichtung 52 bzw. in Zeilenrichtung der Lichtauskoppeloptiken 50 jeweils konstante Breiten 53 sowie konstante Höhen 54 auf. Die obere Lichtauskoppeloptik 50, welche hier beispielhaft eine Konturform 59 der Wölbung aufweist, die als Freiformkurvensegment ausgebildet ist, hat in Längsrichtung 52 bzw. in Zeilenrichtung der Lichtauskoppeloptik 50 unterschiedliche Breiten 53, 53' sowie unterschiedliche Höhen 54,54'. Hier weist die obere Lichtauskoppeloptik 50 etwa mittig ihrer Längsrichtung 52 eine Breite 53' auf, welche kleiner ist als deren Breite 53 jeweils an den beiden seitlichen Randabschnitten der oberen Lichtauskoppeloptik 50. Die obere Lichtauskoppeloptik 50 ist weiters mit einer aufgerauten Oberfläche 9 ausgerüstet, welche Mikrostrukturen 90 mit charakteristischen Längen in einer Größenordnung hier von etwa 5µm (Mikrometer) aufweisen.
Die nun folgende Erläuterung zur Gegenüberstellung der Figuren 8 bis 11 macht die Vorteile der Erfindung noch deutlicher.
Fig. 8 zeigt eine beispielsweise Lichtverteilung eines einzelnen Lichtleitelements einer Leuchteinheit, die gemäß der Erfindung mit einer Lichtauskoppeloptik an der Lichtaustrittsfläche der Vorsatzoptik ausgebildet ist, mit eingezeichneten Linien gleicher Lichtstärke.
Fig. 9 zeigt in Diagrammdarstellung den Verlauf der Lichtstärke Iv längs der eingezeichneten mittigen Linie z von Fig. 8, wobei die linke Seite des Diagramms dem unteren Bereich der Fig. 8 entspricht.
Fig. 10 entspricht an sich der Darstellung der Fig. 8, jedoch wurde hier ein Lichtleitelement einer Leuchteinheit nach dem Stand der Technik vermessen, welche eine planare Lichtaustrittsfläche der Vorsatzoptik ohne eine Lichtauskoppeloptik aufweist. Man erkennt unerwünschte Streulichtbereiche beidseitig des gewünschten Lichtbilds, die sich bei dem Lichtleitelement nach der Erfindung weniger stark ausgeprägt finden, wie die gegenübergestellte Fig. 8 zeigt. Außerdem ist ein weniger steil abfallender Intensitätsverlauf im unteren sowie im oberen Bereich des Lichtstärkeverlaufs im Vergleich zu einem Lichtleitelement mit erfindungsgemäßen Auskoppeloptiken erkennbar, was durch die in vertikaler Richtung weiter beabstandeten Linien gleicher Lichtstärke dargestellt ist.
In Fig. 11 , welche an sich dem Diagramm der Fig. 9 entspricht, jedoch für ein Lichtleitelement nach dem Stand der Technik ohne eine Lichtauskoppeloptik an der Lichtaustrittsfläche der Vorsatzoptik ermittelt wurde, erkennt man, dass der Lichtstärkeverlauf Iv eine geringere maximale Lichtstärke aufweist, als jener eines Lichtleitelements nach der Erfindung, wie der Vergleich mit der gegenübergestellten Fig. 9 zeigt. Auch ist der nachteilig weniger steile Abfall im linken und im rechten Bereich des Lichtintensitätsverlaufs erkennbar.
Mit einem Kraftfahrzeugscheinwerfer der gezeigten Art kann beispielsweise ein Abblendlicht oder ein Fernlicht erzeugt werden, wozu beispielsweise der linke Scheinwerfer und der rechte Scheinwerfer je als erfindungsgemäßer Scheinwerfer ausgebildet sind, mit welchem jeweils der linke bzw. rechte Teil der Lichtverteilung eines dementsprechend ausgerüsteten Kraftfahrzeuges erzeugt werden. Andererseits oder alternativ dazu können der linke und der rechte Scheinwerfer eines mit erfindungsgemäßen Scheinwerfern ausgerüsteten Kraftfahrzeuges auch jeweils identische Lichtbilder erzeugen, die sich im Vorfeld auf der Straße überlagern.

LISTE DER BEZUGSZEICHEN

1: Beleuchtungseinrichtung
2: Leuchteinheit
3: Lichtquelle, beispielsweise LED
4: Vorsatzoptik, Primäroptik
5: Lichtaustrittsfläche der Vorsatzoptik
6: Lichtleitelement
7: Matrixanordnung der Lichtleitelemente
8: Lichtaustrittsrichtung (Pfeil)
9: aufgeraute Oberfläche
10: Projektionsoptik
41: Petzval-Fläche
50: Lichtauskoppeloptik
51: Zeile der Lichtauskoppeloptik
52: Längsrichtung bzw. Zeilenrichtung der Lichtauskoppeloptik (Pfeil)
53: Breite der Lichtauskoppeloptik (bzw. 53')
54: Höhe der Lichtauskoppeloptik (bzw. 54')
55: Auskoppelrille
56: Wölbung der Lichtauskoppeloptik (bzw. 56', 56")
57: Konturform der Wölbung, beispielsweise als Kreissegment
58: Konturform der Wölbung, beispielsweise als Ellipsensegment
59: Konturform der Wölbung, beispielsweise als Freiformkurvensegment
61: Lichteinkoppelfläche des Lichtleitelements
62: Lichtauskoppelfläche des Lichtleitelements
71: Matrixzeile der Lichtleitelemente
72: Matrixspalte der Lichtleitelemente
90: Mikrostruktur
100: Kraftfahrzeugscheinwerfer

Claims

Beleuchtungseinrichtung (1) für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer (100), umfassend eine Leuchteinheit (2) mit zumindest einer Lichtquelle (3), mit zumindest einer Vorsatzoptik (4) sowie einer in Lichtaustrittsrichtung (8) der Vorsatzoptik (4) nachgeordneten Projektionsoptik (10), wobei die zumindest eine Vorsatzoptik (4) mehrere Lichtleitelemente (6) sowie eine Lichtaustrittsfläche (5) aufweist, wobei jedes Lichtleitelement (6) eine Lichteinkoppelfläche (61) zum Einspeisen von Licht zumindest einer Lichtquelle (3) sowie eine Lichtauskoppelfläche (62) aufweist, und wobei die Lichtauskoppelflächen (62) der mehreren Lichtleitelemente (6) in der gemeinsamen Lichtaustrittsfläche (5) der Vorsatzoptik (4) münden,
dadurch gekennzeichnet, dass

die Lichtaustrittsfläche (5) zumindest abschnittsweise zumindest in zwei Zeilen (51) direkt aneinander grenzend angeordnete Lichtauskoppeloptiken (50) mit konvexer Wölbung (56) aufweist, wobei zwischen den einzelnen Zeilen (51) der aneinander grenzenden Lichtauskoppeloptiken (50) Auskoppelrillen (55) zur Begrenzung der Ränder der Lichtauskoppeloptiken (50) in deren Zeilenrichtung vorgesehen sind,

wobei jeweils mehrere Lichtleitelemente (6), die in einer Matrixanordnung (7) zeilenweise in einer Matrixzeile (71) nebeneinander angeordnet sind, mit ihren Lichtauskoppelflächen (62) einer gemeinsamen Lichtauskoppeloptik (50) zugeordnet sind.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lichtleitelemente (6) in einer Matrixanordnung (7) in zumindest zwei Matrixzeilen (71) sowie in mehreren Matrixspalten (72) angeordnet sind.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Matrixzeile (71) von Lichtleitelementen (6) jeweils eine Zeile (51) der Lichtauskoppeloptiken (50) zugeordnet ist.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Konturform (57, 58, 59) der konvexen Wölbung (56) einer Lichtauskoppeloptik (50) ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend: Kreissegment, Ellipsensegment, Freiformkurvensegment.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturform der Wölbung (56) mehrerer Zeilen (51) der Lichtauskoppeloptiken (50) jeweils gleich gestaltet ist.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturformen der Wölbung (56) von zumindest zwei Zeilen (51) der Lichtauskoppeloptiken (50) unterschiedlich sind.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Zeile (51) der Lichtauskoppeloptiken (50) jeweils in Zeilenrichtung (52) eine konstante Breite (53) sowie eine einheitliche Konturform der Wölbung (56) aufweist.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Zeile (51) der Lichtauskoppeloptiken (50) in Zeilenrichtung (52) zumindest abschnittsweise unterschiedliche Breiten (53, 53') und/oder unterschiedliche Höhen (54, 54') und/oder unterschiedliche Konturformen der Wölbung (56, 56', 56")aufweist.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Lichtauskoppeloptik (50) einen Flächenabschnitt mit Mikrostrukturen (90) einer aufgerauten Oberfläche (9) aufweist.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtaustrittsfläche (5) der Vorsatzoptik (4) eine in Zeilenrichtung (52) knickfrei gekrümmte Fläche, vorzugsweise eine knickfrei gekrümmte Petzval-Fläche (41), ist.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitelemente (6) in Matrixanordnung (7) in genau drei übereinander angeordneten Matrixzeilen (71) angeordnet sind, wobei die Lichtleitelemente (6) gemeinsam eine Fernlichtverteilung bilden, wobei jede Matrixzeile (71) an Lichtleitelementen (6) einer Lichtauskoppeloptik (50) zugeordnet ist, und wobei vorzugsweise die obere Matrixzeile als Vorfeldreihe, die mittlere Matrixzeile als Asymmetriereihe und die untere Matrixzeile als Fernlichtreihe ausgebildet ist.
Lichtmodul mit zumindest einer Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Fahrzeugscheinwerfer (100) mit zumindest einer Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und/oder mit zumindest einem Lichtmodul nach Anspruch 12.