EP4055320A1 - Illumination apparatus for a motor vehicle headlight - Google Patents

Illumination apparatus for a motor vehicle headlight

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Publication number
EP4055320A1
EP4055320A1 EP20824080.4A EP20824080A EP4055320A1 EP 4055320 A1 EP4055320 A1 EP 4055320A1 EP 20824080 A EP20824080 A EP 20824080A EP 4055320 A1 EP4055320 A1 EP 4055320A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
light source
lighting device
deflection
emission direction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20824080.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Bettina REISINGER
Markus Danner
Josef Plank
Christian Knobloch
Jakob Pühringer
Josef Pürstinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZKW Group GmbH
Original Assignee
ZKW Group GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by ZKW Group GmbH filed Critical ZKW Group GmbH
Publication of EP4055320A1 publication Critical patent/EP4055320A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/20—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
    • F21S41/285—Refractors, transparent cover plates, light guides or filters not provided in groups F21S41/24-F21S41/28
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/141—Light emitting diodes [LED]
    • F21S41/147—Light emitting diodes [LED] the main emission direction of the LED being angled to the optical axis of the illuminating device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/30—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by reflectors
    • F21S41/32—Optical layout thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21S41/30—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by reflectors
    • F21S41/32—Optical layout thereof
    • F21S41/36—Combinations of two or more separate reflectors
    • F21S41/365—Combinations of two or more separate reflectors successively reflecting the light
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/60—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution
    • F21S41/63—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on refractors, filters or transparent cover plates
    • F21S41/64—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on refractors, filters or transparent cover plates by changing their light transmissivity, e.g. by liquid crystal or electrochromic devices
    • F21S41/645—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on refractors, filters or transparent cover plates by changing their light transmissivity, e.g. by liquid crystal or electrochromic devices by electro-optic means, e.g. liquid crystal or electrochromic devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
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    • F21S41/60—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution
    • F21S41/67—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on reflectors
    • F21S41/675—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution by acting on reflectors by moving reflectors

Definitions

  • the invention relates to a lighting device for a motor vehicle headlight, which lighting device comprises the following:
  • At least one light source for emitting a light beam in a first emission direction
  • a first deflection device with a deflection surface which is set up to deflect at least part of the light bundle of the at least one light source in a second emission direction
  • a second deflection device with a plurality of independently controllable and movable deflection elements for deflecting at least part of the light beam of the light beam deflected by the first deflection device in a third emission direction and for generating a light distribution in front of the lighting device.
  • the invention also relates to a motor vehicle headlight, comprising at least one lighting device according to the invention.
  • roadway is used here for the sake of simplicity, because of course it depends on the local conditions whether a photograph is actually located on the roadway or extends beyond it, for example onto the edge of the roadway.
  • the light image is described using a project on a vertical surface in accordance with the relevant standards that relate to vehicle lighting technology, wherein a variably controllable reflector surface is formed from a plurality of micromirrors and reflects light beams emitting from a first illuminant in an emission direction of the headlight.
  • Any light functions with different light distributions can be implemented, such as low beam light distribution, cornering light distribution, city light light distribution, motorway light distribution, cornering light distribution, high beam light distribution or the mapping of glare-free high beam.
  • symbol projections can also take place, such as hazard symbols, navigation arrows, manufacturer logos or the like.
  • DLP digital light processing
  • This technology is preferably based on an optoelectronic component that contains the rectangular arrangement in the form of a matrix of micromirrors and their control technology, for example a "digital micromirror device" - or DMD for short.
  • a DMD microsystem is a surface light modulator (Spatial Light Modulator, SLM), which consists of micromirror actuators arranged in a matrix, i.e. tiltable or pivotable reflective surfaces, for example with an edge length of about 7 pm.
  • SLM Surface Light Modulator
  • the mirror surfaces are designed in such a way that they can be moved by the action of electrostatic fields.
  • Each micromirror is individually adjustable in angle and usually has two stable end states, between which, for example, up to 5000 times can be changed within a second.
  • the number of micromirrors corresponds to the resolution of the projected image, whereby a micromirror can represent one or more pixels. DMD chips with high resolutions in the megapixel range are now available.
  • the generated light distribution for example for a glare-free high beam
  • the generated light distribution can be dynamically controlled in such a way that oncoming vehicles are detected and the light distribution generated, for example, by a matrix of LED light sources, is darkened in the direction of the oncoming vehicle.
  • the illumination V orcardi comprises at least one expansion optics having a focal point, which expansion optics which is assigned at least one light source and is adapted to expand the light beam emitted from the light source toward the first irradiation direction, wherein the at least one light source in Direction of the first emission direction is arranged between the at least one expansion optics and the focal point of the expansion optics.
  • the at least one light source is arranged between the expansion optics and the focal point of the expansion optics, the light source or the luminous surface of the light source is virtually imaged behind the light source counter to the first emission direction or the main emission direction of the light source.
  • the emitted light bundle is enlarged at the first deflection device. This has the effect that a larger area of the first deflecting device can be irradiated while at the same time minimizing the optical path between the light source and the first deflecting device, i.e. overall the installation space of the lighting device can be reduced.
  • Main direction of emission is to be understood as the direction in which the at least one light source emits the strongest or most light as a result of its directivity.
  • the second deflection device is designed as a digital micromirror array with a multiplicity of micromirrors that are arranged next to one another in an array-like manner and can be controlled individually or in groups.
  • the second deflection device can advantageously be designed as a DMD.
  • Each micromirror can be individually adjusted in its angle and usually has two stable end states between which it can be tilted.
  • the shape of the emitted light distribution of the lighting device can be varied by targeted movement of individual or a group of selected deflecting elements.
  • the emitted light distribution can thus be dynamically changed both in terms of its shape (extent and / or extension) and in terms of its brightness distribution.
  • the control of the deflection elements, and thus the variation of the light beam distribution can take place as a function of the operating parameters of the motor vehicle (e.g. vehicle speed, load, steering angle, lateral acceleration, etc.).
  • environmental parameters of the vehicle e.g. outside temperature, precipitation, detected other road users in the vicinity of the vehicle, etc.
  • the at least one light source is designed as at least one light-emitting diode or as at least one laser diode.
  • the lighting device comprises at least two light sources, preferably exactly two light sources.
  • the respectively expanded light bundles can be arranged partially overlapping.
  • the desired overlap can be set and thus the center of the second deflecting device can be irradiated with greater brightness.
  • the lighting device comprises at least two expansion optics, preferably exactly two expansion optics, with exactly one expansion optics being assigned to each light source. It can be provided that the first emission direction is parallel to the third emission direction.
  • the deflection surface of the first deflection device is designed as a hyperbolic, parabolic or ellipsoidal reflector.
  • the first deflection device bundles the light bundle of the at least one light source onto a point which is located behind the second deflection device in the direction of the second emission direction.
  • the object is also achieved by a motor vehicle headlight with at least one lighting device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary lighting device.
  • lighting device 10 for a motor vehicle headlight, which lighting device 10 includes a light source 50 for emitting a light beam in a first emission direction XI, the light source 50 being designed as a light-emitting diode or LED, and a first deflection device 100 with a deflection surface 110, which is set up to deflect at least part of the light bundle of the light source 50 in a second emission direction X2.
  • the lighting device 10 comprises a second deflection device 200 with a plurality of independently controllable and movable deflection elements for deflecting at least part of the light beam of the light beam deflected by the first deflection device 100 in a third emission direction X3 and for generating a light distribution in front of the lighting device 10.
  • the second deflecting device 200 is designed as a digital micromirror array (also called DMD) with a plurality of micromirrors that are arranged next to one another in an array-like manner and can be controlled individually or in groups.
  • the lighting device 10 has expansion optics 300 with a focal point F1, which expansion optics 300 are assigned to the light source 50 and are set up to expand the light bundle emitted by the light source 50 in the direction of the first emission direction XI, the light source 50 in the direction of the first emission direction XI is arranged between the expansion optics 300 and the focal point F1 of the expansion optics 300.
  • widening or “widening” is understood to mean an enlargement of an optical beam diameter to a certain size.
  • An expansion can be achieved, for example, by means of various optical lens systems. In the example shown, however, there is a single expansion optics 300 or lens and not an optical system which consists of several lenses.
  • the beam of rays emitted by the light source 50, which strikes the expansion optics 300 has a certain beam diameter on the light entry side of the expansion optics 300, the beam diameter of the light bundle due to the expansion optics 300 having a larger beam diameter after leaving the light exit side of the expansion optics 300 .
  • the light source 50 is arranged between the expansion optics 300 and the focal point F1 of the expansion optics 300, the light source 50 or the luminous surface of the light source 50 is virtually imaged behind the light source 50 counter to the first emission direction XI or the main emission direction of the light source 50.
  • the emitted light bundle at the first deflection device 100 is enlarged. This has the effect that a larger area of the first deflecting device 100 can be irradiated while at the same time minimizing the alphabeth distance between the light source 50 and the first deflecting device 100, i.e. overall the installation space of the lighting device 100 can be reduced.
  • Haluptabstrahlrichtimg is to be understood as the direction in which the one light source 50 emits the strongest or most light as a result of its directional effect.
  • the deflection surface 110 of the first deflection device 100 is designed as a hyperbolic, parabolic or ellipsoidal reflector. Furthermore, the First deflecting device 100 bundle the light bundle from light source 50 onto a point, which point is located behind second deflecting device 200 in the direction of second emission direction X2.
  • each light source is associated with exactly one expansion optics.

Abstract

The invention relates to an illumination apparatus (10) for a motor vehicle headlight, which illumination apparatus comprises the following: - a light source (50) for emitting a light beam in a first direction of radiation (X1), - a first deflection device (100), which is designed to deflect the light beam in a second direction of radiation (X2), and - a second deflection device (200) for deflecting the light beam deflected by the first deflection device (100) in a third direction of radiation (X3) and for generating a light distribution in front of the illumination apparatus (10), the illumination apparatus comprising at least one expanding optical system (300) with a focal point (F1), which expanding optical system (300) is associated with the at least one light source (50) and is designed to expand the light beam emitted by the light source (50) in the direction of the first direction of radiation (X1), the at least one light source (50) being arranged between the at least one expanding optical system (300) and the focal point (F1) of the expanding optical system (300) in the direction of the first direction of radiation (X1).

Description

BELEUCHTUNGSVORRICHTUNG FÜR EINEN KRAFTFAHRZEUGSCHEINWERFER LIGHTING DEVICE FOR A MOTOR VEHICLE HEADLIGHT
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, welche Beleuchtungsvorrichtung Folgendes umfasst: The invention relates to a lighting device for a motor vehicle headlight, which lighting device comprises the following:
- zumindest eine Lichtquelle zur Ausstrahlung eines Lichtbündels in eine erste Abstrahlrichtung, - At least one light source for emitting a light beam in a first emission direction,
- eine erste Umlenkeinrichtung mit einer Umlenkfläche, welche dazu eingerichtet ist, zumindest einen Teil des Lichtbündels der zumindest einen Lichtquelle in eine zweite Abstrahlrichtung umzulenken, und a first deflection device with a deflection surface which is set up to deflect at least part of the light bundle of the at least one light source in a second emission direction, and
- eine zweite Umlenkeinrichtung mit einer Vielzahl von imabhängig voneinander ansteuerbaren und bewegbaren Umlenkelementen zum Umlenken zumindest eines Teils des Lichtbündels des von der ersten Umlenkeinrichtung umgelenkten Lichtbündels in eine dritte Abstrahlrichtung und zur Erzeugung einer Lichtverteilung vor die Beleuchtungsvorrichtung. - A second deflection device with a plurality of independently controllable and movable deflection elements for deflecting at least part of the light beam of the light beam deflected by the first deflection device in a third emission direction and for generating a light distribution in front of the lighting device.
Ferner betrifft die Erfindung einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, umfassend zumindest eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung. The invention also relates to a motor vehicle headlight, comprising at least one lighting device according to the invention.
Bei der Entwicklung der gegenwärtigen Scheinwerfersysteme steht immer mehr der Wunsch im Vordergrund, ein möglichst hochaufgelöstes Lichtbild auf die Fahrbahn projizieren zu können, welches schnell geändert und den jeweiligen Verkehrs-, Straßen- und Lichtbedingungen angepasst werden kann, wobei auch eine möglichst kompakte Bauform bzw. Baugröße gewünscht ist. In the development of current headlight systems, the focus is increasingly on the desire to be able to project the highest possible resolution light image onto the roadway, which can be quickly changed and adapted to the respective traffic, road and lighting conditions, whereby the most compact design or shape possible. Size is desired.
Der Begriff „Fahrbahn" wird hier zur vereinfachten Darstellung verwendet, denn selbstverständlich hängt es von den örtlichen Gegebenheiten ab, ob sich ein Lichtbild tatsächlich auf der Fahrbahn befindet oder sich darüber hinaus erstreckt, beispielsweise auf den Fahrbahnrand. The term “roadway” is used here for the sake of simplicity, because of course it depends on the local conditions whether a photograph is actually located on the roadway or extends beyond it, for example onto the edge of the roadway.
Prinzipiell wird das Lichtbild anhand einer Projeküon auf eine vertikale Fläche entsprechend der einschlägigen Normen, die sich auf die KFZ-Beleuchtungstechnik beziehen, beschrieben, wobei eine variabel ansteuerbare Reflektorfläche aus einer Mehrzahl von Mikrospiegeln gebildet ist und von einem ersten Leuchtmittel emittierende Lichtstrahlen, in eine Abstrahlrichtung des Scheinwerfers reflektiert. In principle, the light image is described using a project on a vertical surface in accordance with the relevant standards that relate to vehicle lighting technology, wherein a variably controllable reflector surface is formed from a plurality of micromirrors and reflects light beams emitting from a first illuminant in an emission direction of the headlight.
Dabei sind beliebige Lichtfunktionen mit unterschiedlichen Lichtverteilungen realisierbar, wie beispielsweise eine Abblendlicht- Lichtverteilung, eine Abbiegelicht- Lichtverteilung, eine Stadtlicht-Lichtverteilung, eine Autobahnlicht-Lichtverteilung, eine Kurvenlicht- Lichtverteilung, eine Fernlicht- Lichtverteilung oder die Abbildung von blendfreiem Fernlicht. Weiters können auch Symbolprojektionen erfolgen, wie zum Beispiel Gefahrensymbole, Navigationspfeile, Herstellerlogos oder Ähnliches. Any light functions with different light distributions can be implemented, such as low beam light distribution, cornering light distribution, city light light distribution, motorway light distribution, cornering light distribution, high beam light distribution or the mapping of glare-free high beam. Furthermore, symbol projections can also take place, such as hazard symbols, navigation arrows, manufacturer logos or the like.
Für die Mikrospiegelanordnung kommt vorzugsweise die sogenannte „Digital Light Processing"- Projektionstechnik - kurz DLP genannt - zum Einsatz, bei der Bilder dadurch erzeugt werden, dass ein digitales Bild auf einen Lichtstrahl aufmoduliert wird. Dabei wird durch eine rechteckige Anordnung von beweglichen Mikrospiegeln, auch als Pixel bezeichnet, der Lichtstrahl in Teilbereiche zerlegt und anschließend pixelweise entweder in den Projektionsweg hinein oder aus dem Projektionsweg hinaus reflektiert bzw. umgelenkt. The so-called "digital light processing" - called DLP for short - is preferably used for the micromirror arrangement, in which images are generated by modulating a digital image onto a light beam referred to as pixels, the light beam is broken down into partial areas and then reflected or deflected pixel by pixel either into the projection path or out of the projection path.
Basis für diese Technik bildet vorzugsweise ein optoelektronisches Bauteil, das die rechteckige Anordnung in Form einer Matrix von Mikrospiegeln und deren Ansteuerungstechnik enthält, beispielsweise ein „Digital Micromirror Device" - kurz DMD genannt. This technology is preferably based on an optoelectronic component that contains the rectangular arrangement in the form of a matrix of micromirrors and their control technology, for example a "digital micromirror device" - or DMD for short.
Bei einem DMD-Mikrosystem handelt es sich um einen Flächenlichtmodulator (Spatial Light Modulator, SLM), der aus matrixförmig angeordneten Mikrospiegelaktoren, d.h. verkippbaren bzw. verschwenkbaren spiegelnden Flächen besteht, beispielsweise mit einer Kantenlänge von etwa 7 pm. Die Spiegelflächen sind derart konstruiert, dass sie durch die Einwirkung elektrostatischer Felder beweglich sind. A DMD microsystem is a surface light modulator (Spatial Light Modulator, SLM), which consists of micromirror actuators arranged in a matrix, i.e. tiltable or pivotable reflective surfaces, for example with an edge length of about 7 pm. The mirror surfaces are designed in such a way that they can be moved by the action of electrostatic fields.
Jeder Mikrospiegel ist im Winkel einzeln verstellbar und weist in der Regel zwei stabile Endzustände auf, zwischen denen beispielsweise innerhalb einer Sekunde bis zu 5000 Mal gewechselt werden kann. Die Anzahl der Mikrospiegel entspricht der Auflösung des projizierten Bildes, wobei ein Mikrospiegel ein oder mehrere Pixel darstellen kann. Mittlerweile sind DMD-Chips mit hohen Auflösungen im Megapixel-Bereich erhältlich. Each micromirror is individually adjustable in angle and usually has two stable end states, between which, for example, up to 5000 times can be changed within a second. The number of micromirrors corresponds to the resolution of the projected image, whereby a micromirror can represent one or more pixels. DMD chips with high resolutions in the megapixel range are now available.
Bei derzeit eingesetzten Kraftfahrzeugscheinwerfern kann die erzeugte Lichtverteilung, beispielsweise für ein blendfreies Fernlicht, derart dynamisch gesteuert werden, dass entgegenkommende Fahrzeuge detektiert werden und die beispielsweise durch eine Matrix aus LED-Lichtquellen erzeugte Lichtverteilung in Richtung des entgegenkommenden Fahrzeuges abgedunkelt wird. With currently used motor vehicle headlights, the generated light distribution, for example for a glare-free high beam, can be dynamically controlled in such a way that oncoming vehicles are detected and the light distribution generated, for example, by a matrix of LED light sources, is darkened in the direction of the oncoming vehicle.
Bei DMD-Beleuchtungen müssen immer plane Flächen ausgeleuchtet werden, wobei anders als bei Kino- oder Businessmeeting-Projektoren, bei welchen nach einer gleichmäßig bzw. homogenen Beleuchtung der gesamten DMD-Fläche gestrebt wird, versucht man bei Anwendungen im Automotive-Bereich die Beleuchtung der typischen Lichtverteilungen, beispielsweise eines Fernlichtes, anzupassen. In der Regel bedeutet dies ein Maximum an Helligkeit in der Mitte des DMD bzw. der beleuchteten DMD-Fläche mit einem Abfall der Beleuchtungsstärke zu den Rändern hin. With DMD lighting, flat surfaces must always be illuminated, and unlike cinema or business meeting projectors, which strive for uniform or homogeneous lighting of the entire DMD area, in applications in the automotive sector one tries to illuminate the to adapt typical light distributions, for example a high beam. As a rule, this means a maximum of brightness in the center of the DMD or the illuminated DMD area with a decrease in illuminance towards the edges.
Generell besteht im Bereich hochauflösender Lichtsysteme, insbesondere im Bereich der DMD-Technologie, das Problem, dass aufgrund von Beschränkungen durch die Lichtquelle, die für die Beleuchtung des DMD verwendet werden kann, keine vollfunktionale Lichtfunktion zu erwarten ist. Insbesondere ein vollfunktionales Fernlicht mit einem hohen Maximum (größer als 100 lx) und einer Breite von +/- 20° (gemessen nach einem ECE- Messschirm) kann nicht erzielt werden. Die durch ein DMD bzw. DLP-Modul erzeugbare Fernlichtverteilung ist relativ schmal mit maximal zu erwartenden Breiten von +/- 10°. In general, in the area of high-resolution lighting systems, in particular in the area of DMD technology, there is the problem that no fully functional light function can be expected due to restrictions imposed by the light source that can be used to illuminate the DMD. In particular, a fully functional high beam with a high maximum (greater than 100 lx) and a width of +/- 20 ° (measured according to an ECE measuring screen) cannot be achieved. The high beam distribution that can be generated by a DMD or DLP module is relatively narrow with a maximum expected width of +/- 10 °.
Aus diesem Grund müssen weitere Zusatzmodule hinzugefügt werden, welche die volle Breite des Fernlichts bzw. der Fernlichtverteilung erzeugen, wobei diese Zusatzmodule typischerweise irgendwo im Scheinwerfer platziert werden müssen und bezüglich des Designs und des weggenommenen Bauraums im Kraftfahrzeugscheinwerfer unerwünscht sind. For this reason, additional modules have to be added which generate the full width of the high beam or the high beam distribution, these additional modules typically having to be placed somewhere in the headlight and being undesirable with regard to the design and the space taken up in the motor vehicle headlight.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Beleuchtungsvorrichtung bereitzustellen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Beleuchtungs Vorrichtung zumindest eine Aufweitungsoptik mit einem Brennpunkt umfasst, welche Aufweitungsoptik der zumindest einen Lichtquelle zugeordnet ist und eingerichtet ist, das von der Lichtquelle emittierte Lichtbündel in Richtung der ersten Abstrahlrichtung aufzuweiten, wobei die zumindest eine Lichtquelle in Richtung der ersten Abstrahlrichtung zwischen der zumindest einen Aufweitungsoptik und dem Brennpunkt der Aufweitungsoptik angeordnet ist. It is an object of the invention to provide an improved lighting device. This object is achieved in that the illumination V orrichtung comprises at least one expansion optics having a focal point, which expansion optics which is assigned at least one light source and is adapted to expand the light beam emitted from the light source toward the first irradiation direction, wherein the at least one light source in Direction of the first emission direction is arranged between the at least one expansion optics and the focal point of the expansion optics.
Unter dem Begriff „Aufweitung" bzw. „aufweiten" wird eine Vergrößerung eines optischen Strahldurchmessers auf eine bestimmte Größe verstanden. Eine Aufweitung kann durch verschiedene optische Linsensysteme erreicht werden. Dies ist jedoch einem Fachmann bekannt und ist hier nur der Vollständigkeit halber nochmals festgehalten. The term “widening” or “widening” is understood to mean an enlargement of an optical beam diameter to a certain size. An expansion can be achieved using various optical lens systems. However, this is known to a person skilled in the art and is only recorded here again for the sake of completeness.
Dadurch dass die zumindest eine Lichtquelle zwischen der Aufweitungsoptik und dem Brennpunkt der Aufweitungsoptik angeordnet ist, wird die Lichtquelle bzw. die Leuchtfläche der Lichtquelle entgegen der ersten Abstrahlrichtung bzw. der Hauptabstrahlrichtung der Lichtquelle hinter die Lichtquelle virtuell abgebildet. Durch das virtuelle Abbilden der Lichtquelle wird das abgestrahlte Lichtbündel an der ersten Umlenkeinrichtung vergrößert. Dies hat den Effekt, dass eine größere Fläche der ersten Umlenkeinrichtung bestrahlt werden kann, bei gleichzeitiger Minimierung der optischen Wegstrecke zwischen Lichtquelle und erster Umlenkeinrichtung, d.h. insgesamt kann der Bauraum der Beleuchtungsvorrichtung verringert werden. Because the at least one light source is arranged between the expansion optics and the focal point of the expansion optics, the light source or the luminous surface of the light source is virtually imaged behind the light source counter to the first emission direction or the main emission direction of the light source. By virtue of the virtual imaging of the light source, the emitted light bundle is enlarged at the first deflection device. This has the effect that a larger area of the first deflecting device can be irradiated while at the same time minimizing the optical path between the light source and the first deflecting device, i.e. overall the installation space of the lighting device can be reduced.
Unter „Hauptabstrahlrichtung" ist die Richtung zu verstehen, in der die zumindest eine Lichtquelle infolge ihrer Richtwirkung am stärksten bzw. am meisten Licht abstrahlt. “Main direction of emission” is to be understood as the direction in which the at least one light source emits the strongest or most light as a result of its directivity.
Es kann vorgesehen sein, dass die zweite Umlenkeinrichtung als digitales Mikrospiegelarray mit einer Vielzahl von arrayartig nebeneinander angeordneten, einzeln oder gruppenweise ansteuerbaren Mikrospiegeln ausgebildet ist. It can be provided that the second deflection device is designed as a digital micromirror array with a multiplicity of micromirrors that are arranged next to one another in an array-like manner and can be controlled individually or in groups.
Vorteilhafterweise kann die zweite Umlenkeinrichtung als DMD aus gebildet sein. The second deflection device can advantageously be designed as a DMD.
Bei Verwendung eines DMD sollte darauf geachtet werden mit sehr kleinen Lichteintrittswinkelbereichen zu arbeiten, d.h. treffen Lichtstrahlen zu steil oder zu flach auf die Mikrospiegel des DMD kann dies zu einem Hinterleuchten der Mikrospiegel führen, was wiederum zu Streulicht im projizierenden Lichtbild und somit zu einem schlechten Hell- Dunkel Kontrast führt, welcher bei Verwendung für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer äußert wichüg ist. When using a DMD, care should be taken to work with very small light entry angle ranges, ie if light rays hit the micromirrors of the DMD too steeply or too flat, this can lead to backlighting of the micromirrors, which in turn leads to scattered light in the projecting light image and thus to a poor light-dark contrast, which is extremely important when used for a motor vehicle headlight.
Jeder Mikrospiegel lässt sich in seinem Winkel einzeln verstellen und besitzt in der Regel zwei stabile Endzustände, zwischen denen er verkippt werden kann. Each micromirror can be individually adjusted in its angle and usually has two stable end states between which it can be tilted.
Durch gezieltes Bewegen von einzelnen oder einer Gruppe von ausgewählten Umlenkelementen kann die Form der Abstrahllichtverteilung der Beleuchtungsvorrichtung aber auch die Lichtstärkeverteilung innerhalb der Abstrahllichtverteilung variiert werden. Die Abstrahllichtverteilung ist somit sowohl hinsichtlich ihrer Form (Ausdehnung und/ oder Erstreckung) als auch hinsichtlich ihrer Helligkeitsverteilung dynamisch veränderbar. Die Ansteuerung der Umlenkelemente, und damit die Variation der Abstrahllichtverteilung, kann in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs (z.B. Fahrzeug- Geschwindigkeit, Beladung, Lenkwinkel, Querbeschleunigung, etc.) erfolgen. Bei der Ansteuerung der Umlenkelemente können auch Umgebungsparameter des Fahrzeugs (z.B. Außentemperatur, Niederschlag, detektierte andere Verkehrsteilnehmer im Umfeld des Fahrzeugs, etc.) berücksichtigt werden. The shape of the emitted light distribution of the lighting device, but also the light intensity distribution within the emitted light distribution, can be varied by targeted movement of individual or a group of selected deflecting elements. The emitted light distribution can thus be dynamically changed both in terms of its shape (extent and / or extension) and in terms of its brightness distribution. The control of the deflection elements, and thus the variation of the light beam distribution, can take place as a function of the operating parameters of the motor vehicle (e.g. vehicle speed, load, steering angle, lateral acceleration, etc.). When activating the deflection elements, environmental parameters of the vehicle (e.g. outside temperature, precipitation, detected other road users in the vicinity of the vehicle, etc.) can also be taken into account.
Es kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Lichtquelle als zumindest eine Leuchtdiode oder als zumindest eine Laserdiode ausgebildet ist. It can be provided that the at least one light source is designed as at least one light-emitting diode or as at least one laser diode.
Es kann vorgesehen sein, dass die Beleuchtungsvorrichtung zumindest zwei Lichtquellen, vorzugsweise genau zwei Lichtquellen, umfasst. It can be provided that the lighting device comprises at least two light sources, preferably exactly two light sources.
Bei Verwendung von zwei Lichtquellen mit je einer Aufweitungsoptik können die jeweils aufgeweiteten Lichtbündel teilweise überlappt angeordnet werden. Mit der Vergrößerung der Lichtbündel kann man die gewünschte Überschneidung einstellen und somit die Mitte der zweiten Umlenkeinrichtung mit einer stärkeren Helligkeit bestrahlen. When using two light sources, each with an expansion optic, the respectively expanded light bundles can be arranged partially overlapping. With the enlargement of the light bundle, the desired overlap can be set and thus the center of the second deflecting device can be irradiated with greater brightness.
Es kann vorgesehen sein, dass die Beleuchtungsvorrichtung zumindest zwei Aufweitungsoptiken, vorzugsweise genau zwei Aufweitungsoptiken, umfasst, wobei jeder Lichtquelle genau eine Aufweitungsoptik zugeordnet ist. Es kann vorgesehen sein, dass die erste Abstrahlrichtung parallel zur dritten Abstrahlrichtung ist. It can be provided that the lighting device comprises at least two expansion optics, preferably exactly two expansion optics, with exactly one expansion optics being assigned to each light source. It can be provided that the first emission direction is parallel to the third emission direction.
Es kann vorgesehen sein, dass die Umlenkfläche der ersten Umlenkeinrichtung als hyperbolischer, parabolischer oder als ellipsoider Reflektor ausgebildet ist. It can be provided that the deflection surface of the first deflection device is designed as a hyperbolic, parabolic or ellipsoidal reflector.
Es kann vorgesehen sein, dass die erste Umlenkeinrichtung das Lichtbündel der zumindest einen Lichtquelle auf einen Punkt bündelt, welcher sich in Richtung der zweiten Abstrahlrichtung hinter der zweiten Umlenkeinrichtung befindet. It can be provided that the first deflection device bundles the light bundle of the at least one light source onto a point which is located behind the second deflection device in the direction of the second emission direction.
Die Aufgabe wird ebenso gelöst durch einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit zumindest einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung. The object is also achieved by a motor vehicle headlight with at least one lighting device according to the invention.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von beispielhaften Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt The invention is explained in more detail below with the aid of exemplary drawings. Here shows
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Beleuchtungsvorrichtung. 1 shows a schematic representation of an exemplary lighting device.
Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Beleuchtungsvorrichtung 10 für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, welche Beleuchtungsvorrichtung 10 eine Lichtquelle 50 zur Ausstrahlung eines Lichtbündels in eine erste Abstrahlrichtung XI, wobei die Lichtquelle 50 als Leuchtdiode bzw. LED ausgebildet ist, und eine erste Umlenkeinrichtung 100 mit einer Umlenkfläche 110, welche dazu eingerichtet ist, zumindest einen Teil des Lichtbündels der Lichtquelle 50 in eine zweite Abstrahlrichtung X2 umzulenken umfasst. 1 shows an exemplary lighting device 10 for a motor vehicle headlight, which lighting device 10 includes a light source 50 for emitting a light beam in a first emission direction XI, the light source 50 being designed as a light-emitting diode or LED, and a first deflection device 100 with a deflection surface 110, which is set up to deflect at least part of the light bundle of the light source 50 in a second emission direction X2.
Ferner umfasst die Beleuchtungsvorrichtung 10 eine zweite Umlenkeinrichtung 200 mit einer Vielzahl von unabhängig voneinander ansteuerbaren und bewegbaren Umlenkelementen zum Umlenken zumindest eines Teils des Lichtbündels des von der ersten Umlenkeinrichtung 100 umgelenkten Lichtbündels in eine dritte Abstrahlrichtung X3 und zur Erzeugung einer Lichtverteilung vor die Beleuchtungsvorrichtung 10. Furthermore, the lighting device 10 comprises a second deflection device 200 with a plurality of independently controllable and movable deflection elements for deflecting at least part of the light beam of the light beam deflected by the first deflection device 100 in a third emission direction X3 and for generating a light distribution in front of the lighting device 10.
Die zweite Umlenkeinrichtung 200 ist in dem gezeigten Beispiel als digitales Mikrospiegelarray (auch DMD genannt) mit einer Vielzahl von arrayartig nebeneinander angeordneten, einzeln oder gruppenweise ansteuerbaren Mikrospiegeln ausgebildet. Ferner weist die Beleuchtimgsvorrichtung 10 eine Aufweitungsoptik 300 mit einem Brennpunkt Fl auf, welche Aufweitungsoptik 300 der Lichtquelle 50 zugeordnet ist und eingerichtet ist, das von der Lichtquelle 50 emittierte Lichtbündel in Richtung der ersten Abstrahlrichtung XI aufzuweiten, wobei die Lichtquelle 50 in Richtung der ersten Abstrahlrichtung XI zwischen der Aufweitungsoptik 300 und dem Brennpunkt Fl der Aufweitungsoptik 300 angeordnet ist. In the example shown, the second deflecting device 200 is designed as a digital micromirror array (also called DMD) with a plurality of micromirrors that are arranged next to one another in an array-like manner and can be controlled individually or in groups. Furthermore, the lighting device 10 has expansion optics 300 with a focal point F1, which expansion optics 300 are assigned to the light source 50 and are set up to expand the light bundle emitted by the light source 50 in the direction of the first emission direction XI, the light source 50 in the direction of the first emission direction XI is arranged between the expansion optics 300 and the focal point F1 of the expansion optics 300.
Unter dem Begriff „Aufweitung" bzw. „aufweiten" wird eine Vergrößerung eines optischen Strahldurchmessers auf eine bestimmte Größe verstanden. Eine Aufweitung kann beispielsweise durch verschiedene optische Linsensysteme erreicht werden. In dem gezeigten Beispiel handelt es sich jedoch um eine einzige Aufweitungsoptik 300 bzw. Linse und nicht um ein optisches System, welches aus mehreren Linsen besteht. The term “widening” or “widening” is understood to mean an enlargement of an optical beam diameter to a certain size. An expansion can be achieved, for example, by means of various optical lens systems. In the example shown, however, there is a single expansion optics 300 or lens and not an optical system which consists of several lenses.
Das heißt, dass das von der Lichtquelle 50 abgestrahlte Strahlenbündel, welches auf die Aufweitungsoptik 300 trifft, auf der Lichteintrittsseite der Aufweitungsoptik 300 einen bestimmten Strahldurchmesser aufweist, wobei der Strahldurchmesser des Lichtbündels aufgrund der Aufweitungsoptik 300 nach Verlassen der Lichtaustrittsseite der Aufweitungsoptik 300 einen größeren Strahldurchmesser besitzt. This means that the beam of rays emitted by the light source 50, which strikes the expansion optics 300, has a certain beam diameter on the light entry side of the expansion optics 300, the beam diameter of the light bundle due to the expansion optics 300 having a larger beam diameter after leaving the light exit side of the expansion optics 300 .
Dadurch dass die Lichtquelle 50 zwischen der Aufweitungsoptik 300 und dem Brennpunkt Fl der Aufweitungsoptik 300 angeordnet ist, wird die Lichtquelle 50 bzw. die Leuchtfläche der Lichtquelle 50 entgegen der ersten Abstrahlrichtung XI bzw. der Hauptabstrahlrichtung der Lichtquelle 50 hinter die Lichtquelle 50 virtuell abgebildet. Durch das virtuelle Abbilden der Lichtquelle 50 wird das abgestrahlte Lichtbündel an der ersten Umlenkeinrichtung 100 vergrößert. Dies hat den Effekt, dass eine größere Fläche der ersten Umlenkeinrichtung 100 bestrahlt werden kann, bei gleichzeitiger Minimierung der opüschen Wegstrecke zwischen Lichtquelle 50 und erster Umlenkeinrichtung 100 , d.h. insgesamt kann der Bauraum der Beleuchtimgsvorrichtung 100 verringert werden. Because the light source 50 is arranged between the expansion optics 300 and the focal point F1 of the expansion optics 300, the light source 50 or the luminous surface of the light source 50 is virtually imaged behind the light source 50 counter to the first emission direction XI or the main emission direction of the light source 50. By virtue of the virtual imaging of the light source 50, the emitted light bundle at the first deflection device 100 is enlarged. This has the effect that a larger area of the first deflecting device 100 can be irradiated while at the same time minimizing the opush distance between the light source 50 and the first deflecting device 100, i.e. overall the installation space of the lighting device 100 can be reduced.
Unter „Hauptabstrahlrichtimg" ist die Richtung zu verstehen, in der die eine Lichtquelle 50 infolge ihrer Richtwirkung am stärksten bzw. am meisten Licht abstrahlt. "Hauptabstrahlrichtimg" is to be understood as the direction in which the one light source 50 emits the strongest or most light as a result of its directional effect.
Es kann vorgesehen sein, dass die Umlenkfläche 110 der ersten Umlenkeinrichtung 100 als hyperbolischer, parabolischer oder als ellipsoider Reflektor ausgebildet ist. Ferner kann die erste Umlenkeinrichtung 100 das Lichtbündel der Lichtquelle 50 auf einen Punkt bündeln, welcher Punkt sich in Richtung der zweiten Abstrahlrichtung X2 hinter der zweiten Umlenkeinrichtung 200 befindet. It can be provided that the deflection surface 110 of the first deflection device 100 is designed as a hyperbolic, parabolic or ellipsoidal reflector. Furthermore, the First deflecting device 100 bundle the light bundle from light source 50 onto a point, which point is located behind second deflecting device 200 in the direction of second emission direction X2.
Als Weiter bildimg der beispielhaften Beleuchtungs Vorrichtung in Fig. 1 können auch genau zwei Lichtquellen vorgesehen sein, wobei jeder Lichtquelle genau eine Aufweitungsoptik zugeordnet ist. As a continuation of the exemplary lighting V orrichtung bildimg in Fig. 1 also exactly two light sources may be provided, each light source is associated with exactly one expansion optics.
LISTE DER BEZUGSZEICHEN LIST OF REFERENCES
Beleuchtungsvorrichtung... 10Lighting device ... 10
Lichtquelle... 50 Light source ... 50
Erste Umlenkeinrichtung... 100First deflection device ... 100
Umlenkfläche ... 110 Deflection surface ... 110
Zweite Umlenkeinrichtung... 200Second deflection device ... 200
Aufweitungsoptik... 300Expansion optics ... 300
Brennpunkt... Fl Focus ... fl
Erste Abstrahlrichtung... XI First direction of radiation ... XI
Zweite Abstrahlrichtung... X2 Second direction of radiation ... X2
Dritte Abstrahlrichtung... X3 Third direction of radiation ... X3

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Beleuchtimgs Vorrichtung (10) für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, welche Beleuchtungsvorrichtung Folgendes umfasst: 1. Beleuchtimgs V orrichtung (10) for a motor vehicle headlight, which includes lighting apparatus comprising:
- zumindest eine Lichtquelle (50) zur Ausstrahlung eines Lichtbündels in eine erste Abstrahlrichtung (XI), - At least one light source (50) for emitting a light beam in a first emission direction (XI),
- eine erste Umlenkeinrichtung (100) mit einer Umlenkfläche (110), welche dazu eingerichtet ist, zumindest einen Teil des Lichtbündels der zumindest einen Lichtquelle (50) in eine zweite Abstrahlrichtung (X2) umzulenken, und - a first deflection device (100) with a deflection surface (110) which is set up to deflect at least part of the light beam of the at least one light source (50) in a second emission direction (X2), and
- eine zweite Umlenkeinrichtung (200) mit einer Vielzahl von imabhängig voneinander ansteuerbaren und bewegbaren Umlenkelementen zum Umlenken zumindest eines Teils des Lichtbündels des von der ersten Umlenkeinrichtung (100) umgelenkten Lichtbündels in eine dritte Abstrahlrichtung (X3) und zur Erzeugung einer Lichtverteilung vor die Beleuchtungsvorrichtung (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung zumindest eine Aufweitungsoptik (300) mit einem Brennpunkt (Fl) umfasst, welche Aufweitungsoptik (300) der zumindest einen Lichtquelle (50) zugeordnet ist und eingerichtet ist, das von der Lichtquelle (50) emittierte Lichtbündel in Richtung der ersten Abstrahlrichtung (XI) aufzuweiten, wobei die zumindest eine Lichtquelle (50) in Richtung der ersten Abstrahlrichtung (XI) zwischen der zumindest einen Aufweitungsoptik (300) und dem Brennpunkt (Fl) der Aufweitungsoptik (300) angeordnet ist. - A second deflection device (200) with a plurality of independently controllable and movable deflection elements for deflecting at least part of the light beam of the light beam deflected by the first deflection device (100) in a third emission direction (X3) and for generating a light distribution in front of the lighting device ( 10), characterized in that the lighting device comprises at least one expansion optics (300) with a focal point (F1), which expansion optics (300) is assigned to the at least one light source (50) and is set up for the light bundle emitted by the light source (50) in the direction of the first emission direction (XI), the at least one light source (50) being arranged in the direction of the first emission direction (XI) between the at least one expansion optics (300) and the focal point (F1) of the expansion optics (300).
2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Umlenkeinrichtung (200) als digitales Mikrospiegelarray mit einer Vielzahl von arrayartig nebeneinander angeordneten, einzeln oder gruppenweise ansteuerbaren Mikrospiegeln ausgebildet ist. 2. Lighting device according to claim 1, characterized in that the second deflection device (200) is designed as a digital micromirror array with a plurality of micromirrors arranged next to one another like an array and controllable individually or in groups.
3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Lichtquelle (50) als zumindest eine Leuchtdiode oder als zumindest eine Laserdiode ausgebildet ist. 3. Lighting device according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one light source (50) is designed as at least one light-emitting diode or as at least one laser diode.
4. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (10) zumindest zwei Lichtquellen (50), vorzugsweise genau zwei Lichtquellen (50), umfasst. 4. Lighting device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the lighting device (10) comprises at least two light sources (50), preferably exactly two light sources (50).
5. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung zumindest zwei Aufweitungsoptiken (300), vorzugsweise genau zwei Aufweitungsoptiken (300), umfasst, wobei jeder Lichtquelle genau eine Aufweitungsoptik (300) zugeordnet ist. 5. Lighting device according to claim 4, characterized in that the lighting device comprises at least two expansion optics (300), preferably exactly two expansion optics (300), each light source being assigned exactly one expansion optics (300).
6. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abstrahlrichtung (XI) parallel zur dritten Abstrahlrichtung (X3) ist. 6. Lighting device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the first emission direction (XI) is parallel to the third emission direction (X3).
7. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkfläche (110) der ersten Umlenkeinrichtung (100) als hyperbolischer, parabolischer oder als ellipsoider Reflektor ausgebildet ist. 7. Lighting device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the deflection surface (110) of the first deflection device (100) is designed as a hyperbolic, parabolic or ellipsoidal reflector.
8. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Umlenkeinrichtung (100) das Lichtbündel der zumindest einen Lichtquelle (50) auf einen Punkt bündelt, welcher sich in Richtung der zweiten Abstrahlrichtung (X2) hinter der zweiten Umlenkeinrichtung (200) befindet. 8. Lighting device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the first deflection device (100) bundles the light bundle of the at least one light source (50) onto a point which is in the direction of the second emission direction (X2) behind the second deflection device ( 200) is located.
9. Kraftfahrzeugscheinwerfer mit zumindest einer Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8. 9. Motor vehicle headlight with at least one lighting device according to one of claims 1 to 8.
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