WO2017185118A1 - Beleuchtungseinheit für einen kraftfahrzeugscheinwerfer zum erzeugen eines lichtbündels mit hell-dunkel-grenze - Google Patents

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

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Bernd EICHINGER
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Zkw Group Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a lighting unit for a motor vehicle headlight for generating a light beam with a cut-off line, the lighting unit comprising:
  • the at least one collimator aligns the light rays fed into the collimator by the light source associated therewith into a light beam of light rays, and light rays of the light emerging from the at least one collimator
  • Light beam pass into the focal line area or into a focal line lying in the focal line area, and wherein the light emerging from the at least one collimator light rays are deflected by the exit lens at least in the vertical direction such that the light rays emerging from the exit lens a light distribution with a light-dark Forming a border, wherein the light-dark boundary as an image of the focal line or the focal line area results through the exit lens, and wherein the at least one collimator, the exit lens and the focal line area are integrally formed of a translucent body, and wherein at least one
  • Boundary surface of the at least one collimator are totally reflected in the light-transmitting body propagating light rays.
  • the invention relates to a lighting device with at least two such lighting units, preferably the light-transmitting body of the
  • Lighting units horizontally adjacent to each other and / or one above the other, and wherein the light-transmitting body of the at least two lighting units are connected to each other, preferably formed in one piece.
  • the invention also relates to a motor vehicle headlight which has at least one such lighting unit or at least one such lighting device.
  • a lighting unit in the context of the present invention may be used in a motor vehicle headlight, e.g. for realizing a part of a low beam distribution, in particular the apron light distribution of a low beam distribution or the
  • Light exit surface with a low height which can be only up to 10mm or up to 15mm high in certain embodiments, realized, so that there is a slot-shaped, extending in the horizontal direction light exit surface.
  • the light fed into the light-conducting body is deflected by a totally reflecting reflector formed in the light-guiding body onto the exit lens.
  • the at least one collimator is designed and arranged such that light beams emerging from the at least one collimator are focused in the vertical direction onto the focal line or into the focal line area.
  • the light exit surface i. the outer surface of the exit lens is smooth. It has been found that often the achievable light image or the achievable light distribution in
  • the optic body is preferably a solid body.
  • the present lighting unit is preferably provided that the
  • Outside surface of the exit lens is formed by a groove-shaped structure in a smooth base surface, wherein the grooves forming the groove-shaped structure extending in a substantially vertical direction, and preferably two each in horizontal
  • the smooth base surface is preferably C0-continuous and in particular has no horizontally extending edges.
  • the necessary width for the desired light image in particular not for an apron light distribution of a low-beam light distribution, can often not be achieved with a smooth outer surface of the exit lens.
  • this can be problematic. Due to the proposed structure on the
  • the at least one boundary surface of the at least one collimator is designed such that the at least one of these
  • Boundary total-reflected light of the collimator associated with the light source is radiated converging in the vertical direction, so that it is focused on the focal line or in the focal line area.
  • a central coupling-in area of the at least one collimator in the form of a lens in particular in the form of a free-form lens, is designed in such a way that light coupled into the collimator via the central coupling area is radiated convergently in the vertical direction, so that it is focused on the focal line or in the focal line area.
  • the at least one collimator in particular at least one boundary surface and / or a central coupling region, of the at least one
  • Collimator is formed or are such that in the horizontal direction, the light rays exiting from the at least one collimator parallel to each other.
  • the at least one collimator in particular at least one boundary surface and / or a central coupling region, is or are designed such that in the horizontal direction the light beams emerging from the at least one collimator converge, preferably in such a way that that the light beams cross approximately in the area of the exit lens, in particular approximately in the area of the outer surface of the exit lens.
  • the width of the light distribution can be increased when the width of the light-conducting (optical) body is opposite.
  • the lens region is generally a free-form lens, with mostly positive refractive power, but which is not rotationally symmetrical.
  • the so-called east / west / north / south curves of the outer surface of the collimator are preferably also free-form curves.
  • these curves shown in simplified form, a sequence in approximately / elliptical 'curve sections, for a Parallelzin arise, in simplified terms, approximately' parabolic 'curves.
  • the illumination unit has exactly one collimator with an associated light source.
  • a motor vehicle headlamp consists for example of eight to fifteen lighting units according to the invention.
  • the at least one collimator and the exit lens are arranged relative to one another in such a way that light emerging from the at least one collimator directly, in particular without prior deflection and / or reflection, to the
  • the light source lies with its associated collimator at one end of the translucent optic body, at the other, opposite end is the exit lens, between them only the focal line area with the focal line; a deflecting reflector is omitted, so that the optical body can be built much lower.
  • a light exit surface of the at least one collimator is substantially normal to an optical axis of the exit lens.
  • Each collimator has a light exit surface which is planar, with which the collimator merges into the optical body of preferably identical material in one piece, so that this light exit surface has no optical effect.
  • two optical body outer surfaces running towards each other form a body edge which lies in the region of the focal line or in the focal line region or forms the focal line region.
  • Focal line can be set the size of the reduction of the dimmed light distribution.
  • the optic body outer surface facing the at least one collimator may be propagated on its outer side, at least in some areas, preferably in its entire area, for propagating in the optic body
  • Optical body outer surface incident light, light absorbing is formed.
  • the corresponding optic body outer surface may be covered, such as with a black cover member, e.g. an aperture, or a corresponding one
  • the outer surface of the exit lens is formed by a groove-shaped structure in a smooth base surface.
  • the first base-section curves resulting from cutting the smooth base surface with first, non-vertical sectional planes are rectilinear, and the first outer-surface sectional curves resulting from cutting the outer surface with these first section planes sinusoidal course.
  • the value for the constant k is identical for all first outer surface sectional curves.
  • Outgoing lens extend resulting second base-sectional curves curved, in particular outwardly curved, are formed, wherein preferably the second base-sectional curves are continuous.
  • the second outer surface sectional curves resulting from a cutting of the outer surface with defined second cutting planes connect points of the outer surface with a maximum distance from the base surface.
  • Outer surface section curve is a function A (s) of a parameter s indicating the position on the second basic sectional curve.
  • the second cutting planes are vertical planes parallel to the optical axis of the translucent body, i. the exit lens of the optical body.
  • the optical axis means the optical axis of the optical body, in particular the center line of the optical body defined with respect to the apex of the exit lens.
  • the first cutting plane results as follows: the first cutting plane in the considered point is a plane normal to the tangent plane to the base surface, this plane, ie the first cutting plane, still normal to the plane second cutting plane, in which the point lies, stands.
  • the second cutting plane is a vertical one Section plane through the smooth base surface, which is parallel to the optical axis (or through this optical axis), and in which the considered point lies.
  • the normal distance A (s) continuously increases with a progression along the second basic sectional curve, wherein preferably the normal distance at a lower edge of the base surface is less than at an upper edge of the base surface, whereby the normal distance A (s) for example after the
  • the outer surface of the exit lens is curved in the vertical direction outwards, and preferably in the horizontal direction is rectilinear, and is formed for example by a cylindrical surface with a straight cross-section along an outwardly convex curve.
  • An example of such an outwardly convex curve is called an aspheric lens contour.
  • it is a free-form lens, which is curved in the vertical direction to the outside and not curved in the horizontal direction.
  • the at least one light source preferably comprises one or more semiconductor-based light-emitting elements, e.g. a light emitting diode or a plurality of light emitting diodes, and / or e.g. at least one laser light source comprising at least one laser diode having at least one conversion layer.
  • semiconductor-based light-emitting elements e.g. a light emitting diode or a plurality of light emitting diodes
  • at least one laser light source comprising at least one laser diode having at least one conversion layer.
  • a light source e.g. one of the light sources described above, used, which has a flat light-emitting surface or whose light-emitting surfaces lie in a plane.
  • the normal to this plane light-emitting surface or this plane is normal to the light exit surface of the collimator associated with the light source and / or runs parallel to the optical axis of the exit lens.
  • tilt angle between the normal direction and the optical axis in particular tilt angle of max. 10 °. This can e.g. be advantageous in the combination of several lighting units next to each other, where the exit lens is inclined to the direction of propagation (Fahrzeugstrak), so that the LEDs can still be mounted on a common plate.
  • the sinus function is normal to the lens surface, ie the smooth base surface of the exit lens.
  • the period preferably remains unchanged, while preferably the groove depth (amplitude), in particular linear, for example as described above, of a specific initial value Ao or Ao * K (with this value, the Width of the light distribution can be adjusted) at the upper edge of the light exit surface to a value of zero or Ao * (K - 1) at the lower edge of the lens changed.
  • FIG. 1 shows the essential components of a lighting unit according to the invention for a motor vehicle headlight in a first perspective view
  • FIG. 1a shows the illumination unit from FIG. 1 in another perspective view, FIG.
  • FIG. 2 is a plan view of a lighting unit of Figure 1
  • 3a shows a first beam path in the optical body of the illumination unit in the horizontal direction in a plane containing the optical axis
  • 3b shows a second beam path in the optical body of the illumination unit in the horizontal direction in a plane which contains the optical axis
  • FIG. 3c shows a third ray path in the optical body of the illumination unit in the horizontal direction in a plane which contains the optical axis
  • FIG. 4 shows a perspective view of a front part of a lighting unit with a light-transmissive body whose exit lens has no groove structure
  • FIG. 4a shows a light distribution generated by a lighting unit from FIG. 4,
  • FIG. 5 shows a perspective view of a front part of a lighting unit with a light-transmissive body, whose exit lens has a groove structure
  • FIG. 6 shows in a vertical section an enlarged section of the light-transmissive body of FIG. 5 between its focal line and the light exit surface;
  • FIG. 7 shows the course of the light exit surface of the exit lens of the translucent body in a section along an exemplary first sectional plane SEI from FIG. 6, FIG.
  • FIG. 8 again shows the vertical section from FIG. 6 with exemplary sectional areas A-A, B-B, C-C and D-D, FIG.
  • FIGS. 10a-10d show the course of the light exit surface of the exit lens of FIG.
  • FIG 11 shows an illumination device comprising four inventive devices
  • FIG. 12 is a front view of a lighting device with six lighting units.
  • top, bottom, horizontal, vertical are to be understood as indications of the orientation when the unit is in normal Use position is arranged after being mounted in a vehicle
  • Figures 1, la, 2 and 2a show a lighting unit 100 according to the invention for a motor vehicle headlight for generating a light beam with cut-off.
  • the illumination unit comprises a light source 1, a collimator 2, an exit lens 3 with an outer surface 3a and a focal line region 4, which is arranged between the collimator 2 and the exit lens 3.
  • Collimator 2 exit lens 3 and focal line region 4 are formed from a translucent, one-piece body 101 ("optical body"), wherein the optical body 101 is preferably - in general, ie not limited to the present embodiment - is a solid body, ie a Body having no through holes or opening inclusions.
  • optical body 101 is preferably - in general, ie not limited to the present embodiment - is a solid body, ie a Body having no through holes or opening inclusions.
  • the translucent material of which the body 101 is formed preferably has a refractive index greater than that of air.
  • the material contains e.g. PMMA (polymethyl methacrylate) or PC (polycarbonate) and is particularly preferably formed therefrom.
  • the body 101 may also be made of inorganic glass material.
  • the optic body 1 has two on its underside converging to optic body outer surfaces la, lb, which in a body edge 4 '.
  • This body edge 4 ' is located in the region of the focal line FL of the exit lens or focal line region 4. It may be appropriate that the collimator 2 facing optic body outer surface la on its outside at least partially, preferably in their entire area, for themselves in the Optic body 1 is propagating, on this optic body outer surface la to incident light, light absorbing is formed.
  • the corresponding optic body outer surface 1a may be covered, such as with a black cover member, e.g. an aperture, or a corresponding one
  • the light source 1 comprises one or more semiconductor-based light-emitting elements, for example a light-emitting diode or a plurality of light-emitting diodes, and / or, for example, at least one laser light source comprising at least one laser diode having at least one
  • the light source 1 is deeper than the in the example shown
  • the collimator 2 is designed and arranged in such a way that at least parts or all light beams S 1 fed into the collimator 2 from the light source 1 exit the collimator 2 (light beams S 2) in such a way that they are directed onto the focal line FL or into the focal line area 4 in the vertical direction be bundled, as shown in Figure 3.
  • an outer boundary surface 2a of the collimator 2 is formed in such a way that the total-reflected light on this boundary surface 2a is radiated convergently in the vertical direction so that it is focused onto the focal line FL or into the focal line region 4.
  • the collimator 2 has a coupling-in recess 2 ', which has lateral coupling-in surface 2c, via which light S1 coupled in from the light source 1 onto the light source 1
  • Limiting surface 2a is emitted.
  • the coupling-in recess 2 ' has a central coupling-in area 2b, which is preferably designed in the form of a lens, in particular in the form of a free-form lens 2b', such that light Sl in which is coupled into the collimator 2 via the central coupling region 2b is radiated convergent (light rays S2) so that it is focused on the focal line FL or in the focal line area 4.
  • Exit lens 3 are deflected at least in the vertical direction V such that the emerging from the exit lens 3 light beams S3 form a light distribution with a light-dark boundary, with the light-dark boundary as a mapping of the focal line FL and the focal line area 4 by the exit lens 3 gives.
  • the focal line FL which lies in the optical axis Z of the exit lens, is approximately in the vertical direction Height of the body edge 4 'or slightly below.
  • FIG. 2 b shows a further possible embodiment in which the body edge 4 'lies above the focal line FL of the exit lens 3. About such a height difference in the vertical direction, the extent of the reduction of the cut-off in the light image can be adjusted.
  • FIG. 3 a shows an example of how the light emerging from the collimator 2 "emerges".
  • the collimator 2 is designed in such a way, in particular its boundary surface 2 a and the central coupling region 2 b in the form of a free-form lens 2 b ', that in the horizontal direction the light beams exiting from the at least one collimator 2 converge, preferably in such a way that the Light rays approximately in the region of the exit lens 3, in particular approximately in the region of the outer surface 3a of the exit lens 3, or in front of the exit lens cross over. It can also be provided that part of the
  • Light beams especially those from the central region 2b, already cross over in the region of the focal line FL or in front of the focal line FL. In this way, the width of the light-conducting (optical) body can be reduced and the width of the light distribution can be increased.
  • FIG. 3b shows an example of how the signals "emerging" from the collimator 2
  • Light beams S2 extend in the horizontal direction.
  • the collimator 2 is designed in such a way, in particular its boundary surface 2a and the central coupling region 2b in the form of a free-form lens 2b ', that the light rays S2 "emerging" from the collimator are parallel to each other in the horizontal direction, and preferably also parallel to the optical Axis Z. In this way, an improved homogeneity of the light rays in the area at the exit lens and the light distribution can be achieved.
  • FIG. 3c also shows a mixed embodiment in which the light beams passing through the coupling-in region 2b of the collimator 2 converge, so that they cross over in front of the exit lens, in particular already in front of the focal line in the horizontal direction, while those beyond the central coupling region the area 2c emerging light beams in the horizontal direction parallel to each other, in particular parallel to the optical axis Z extend.
  • the collimator 2 and the exit lens 3 are arranged relative to each other such that light S2 exiting from the collimator 2 directly, in particular without prior deflection and / or Reflection by a reflector, comes to the exit lens 3.
  • the light source 1 is located with its associated collimator 2 at one end of the translucent optical body 101, at the other, opposite end of the exit lens 3, therebetween only the focal line region 4 with the focal line FL; on a deflecting reflector is omitted, so that the optical body 101 can be built much lower.
  • the collimator 2 has a light exit surface 2 d, which is planar, with this goes
  • Collimator 2 in one piece in the rest of the optical body of preferably identical material, so that this light exit surface 2d has no optical effect.
  • the focal line FL lies in the focal line region 4 of the body 101 and preferably coincides substantially with the focal line of the exit lens 3.
  • the focal line region 4 is arranged around an edge in the body 101.
  • the edge 4 which is a curved line, in particular with a small curvature or particularly preferably a straight line, the HD line is formed.
  • the light possibly exiting below the edge 4 over the surface 1a is shaded / absorbed by absorbing the surface 1a underlying the edge 4, e.g. through a blind or a dark, e.g. black or brown coating on its outside, etc., is shaded to avoid false / stray light
  • the outer surface 3a of the exit lens 3 of the body 101 is curved outwards in a vertical direction, preferably in such a way that, in a central region, the exit surface in the light exit direction is further forward than its upper and lower
  • the exit lens is preferably rectilinear, and is, for example, by a cylindrical surface with a straight cross-section along one after outside convex curve is formed, or by a free-form lens which is curved in the vertical direction outwards and not curved in the horizontal direction.
  • FIG. 4 shows the front part of a lighting unit 101 ', from which a lighting unit 101 according to the invention can be derived, as already indicated in principle in the preceding figures. The partially shown in Figure 4
  • Lighting unit 101 ' has an exit lens 3' with a smooth exit surface 3a '.
  • Figure 4a shows a light distribution with a cut-off, e.g. a
  • Such a light distribution has a certain width, as indicated in FIG. 4a.
  • Lighting unit 101 shown.
  • Lighting unit 101 of Figure 5 the outer surface 3a of the exit lens 3 of a smooth base surface BF (corresponding to the exit surface 3a 'of Figure 4), which is provided with a groove-shaped structure, wherein the groove-shaped structure forming grooves 3b in the vertical direction, ie from top down, run.
  • the outer surface 3a of the exit lens 3 is formed by a groove-shaped structure in a smooth base surface BF, wherein the grooves 3b forming the groove-shaped structure extend in a substantially vertical direction, and preferably two in each case horizontally adjacent grooves 3b by one, in particular substantially vertically extending elevation, which preferably extends over the entire vertical extent of the grooves 3b, are separated.
  • FIGS. 6-8, 9a-9d, 10a-10d still show a preferred one below
  • Figure 6 and Figure 8 show vertical sections through the body 101, and in each case an enlarged section of the light-transmissive body between its focal line FL and the light exit surface 3a.
  • FIG. 6 shows a second vertical section which contains a considered point P on the base surface BF
  • FIG. 8 shows a second vertical section SE2 in which four points PA, PB, PC and PD considered as examples lie.
  • first, non-vertical cutting planes SEI (these cutting planes SEI are discussed in more detail below), for example at the point P (FIG. 6) or corresponding to the sections AA, BB, CC, DD (FIG. 8),
  • first basic sectional curves BSK1 which run in a straight line
  • first outer surface sectional curves SKI which correspond to the course of the outer lens surface in these sectional planes SEI
  • a cutting of the outer surface 3a with these first sectional planes SEI having a sinusoidal profile exhibit.
  • the smooth base surface is an intellectual construct in relation to which the outer surface actually realized is described.
  • the first non-vertical cutting planes SEI are a multiplicity of such non-vertical cutting planes, which are still defined precisely below.
  • FIG. 7 shows such an exemplary first sectional plane SEI in which the point P lies, which is normal to the tangential plane TE in the point P (FIG. 6), for a general illustration of the relationships.
  • the lens outer surface is shown with respect to a first basic sectional curve BSK1.
  • the base intersection curve BSK1 is a line with the parameter x along this line BSK1.
  • the lens outer contour in this section is a first outer surface sectional curve SKI, which in this example is proportional to sin (k * x).
  • a (sp) the maximum amplitude
  • FIG. 8 shows a section along a second, vertical sectional plane SE2 parallel to the optical axis Z, with the four exemplary points PA, PB, PC and PD.
  • the first sectional planes SEI are shown in these four points, and the corresponding curves of the resulting second outer surface sectional curves SK2 for the four selected sectional planes SEI (corresponding to sections A-A, B-B, C-C and D-D) are shown in FIGS. 9a-9d.
  • Recognizable, in turn, in correspondence with FIG. 6, is the sinusoidal profile of the second outer surface sectional curve SK2, where k 2 * ⁇ / ⁇ , with the period length T.
  • typical values for the period length T [mm] are in a range up to 2.50 mm, preferably up to 2.00 mm. Especially preferred values are between 0.10 mm to 2.00 mm, for example between 0.25 mm and 0.75 mm.
  • Preferred values for the maximum amplitude Ao [ ⁇ ], regardless of the embodiment shown, are in a range of 25 ⁇ to 350 ⁇ , a typical value is 50 ⁇ .
  • FIG. 8 further shows (as well as FIG. 6) that the second base-section curves BSK2 resulting from cutting the smooth base surface BF with the second vertical sectional planes SE2, which run parallel to an optical axis Z of the exit lens 3, are curved, in particular curved to the outside, are formed, wherein
  • the second base-intersection curves BSK2 are continuous.
  • External surface section curves SK2 connect points of the outer surface 3a with maximum distance to the base surface BF.
  • the normal distance of the second outer surface intersection curve SK2 to the second basic intersection curve BSK2 can be considered as a function A (s) of a parameter s representing the position on the second basis -Section curve BSK2 indicates represent.
  • a considered point P PA, PB, PC, PD (FIG. 8) on the base surface BF the first cutting plane SEI results as follows: the first sectional plane SEI in the considered point P, PA,...
  • the second cutting plane is a vertical sectional plane through the smooth base surface BF, which runs parallel to the optical axis Z (or through this optical axis Z) and in which the considered point P lies.
  • the first sectional planes SEI enclose an angle of 90 ° with the second basic sectional curve BSK2.
  • the parameter thus represents a normalized arc length along the cutting curve BSK2.
  • a typical value for parameter K is in the range of 1.2 to 1.45, preferably about 1.33.
  • the sinus function is normal to the lens surface, ie the smooth base surface of the exit lens.
  • the period preferably remains unchanged, while preferably the groove depth (amplitude), in particular linear, from a certain initial value Ao (with this value, the width of the light distribution can be set) at the upper edge of the light exit surface to a value of zero at the lower edge of the lens changed.
  • Ao initial value
  • FIG. 11 shows an illumination device comprising four inventive devices
  • Lighting units 100 which have a structure described above.
  • the optic bodies of the individual illumination units 100 like the light sources 1, are arranged horizontally next to one another.
  • the optical body form a common one-piece optical body 1101.
  • the example shown form the
  • Exit surfaces of the exit lenses 3 a continuous surface, which in
  • Figure 12 shows another such lighting apparatus in a front view, which in principle has a similar construction to that of Figure 11 (e.g., with a one-piece optical body, but the individual optic bodies may be separate)
  • Lighting device with six lighting units and thus six exit lenses (again in one piece or separately) is equipped.
  • Lighting units are arranged in a modular manner side by side and / or offset in height to each other, wherein the optical axes of the individual

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinheit für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer zum Erzeugen eines Lichtbündels mit Hell-Dunkel-Grenze, wobei die Beleuchtungseinheit (100) eine Lichtquelle (1), einen Kollimator (2), eine Lichtquelle (1) und eine Austrittslinse (3) mit einer Außenfläche (3a) sowie einen Brennlinienbereich (4), welcher zwischen dem zumindest einen Kollimator (2) und der Austrittslinse (3) angeordnet ist, umfasst, und wobei der Kollimator (2) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass aus dem zumindest einen Kollimator (2) austretende Lichtstrahlen (S2) in vertikaler Richtung direkt auf die Brennlinie (FL) oder in den Brennlinienbereich (4) gebündelt werden.

Description

BELEUCHTUNGSEINHEIT FÜR EINEN KRAFTFAHRZEUGSCHEINWERFER ZUM ERZEUGEN EINES
LICHTBÜNDELS MIT HELL-DUNKEL-GRENZE
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinheit für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer zum Erzeugen eines Lichtbündels mit Hell-Dunkel-Grenze, wobei die Beleuchtungseinheit umfasst:
- zumindest eine Lichtquelle,
- zumindest einen Kollimator,
- je eine Lichtquelle für jeden Kollimator,
- eine Austrittslinse mit einer Außenfläche,
- einen Brennlinienbereich, welcher zwischen dem zumindest einen Kollimator und der Austrittslinse angeordnet ist, wobei der zumindest eine Kollimator die von der ihm zugeordneten Lichtquelle in den Kollimator eingespeisten Lichtstrahlen zu einem Lichtbündel von Lichtstrahlen ausrichtet, und wobei Lichtstrahlen des aus dem zumindest einen Kollimator austretenden
Lichtbündels in den Brennlinienbereich oder in eine in dem Brennlinienbereich liegende Brennlinie gelangen, und wobei die aus dem zumindest einen Kollimator austretenden Lichtstrahlen von der Austrittslinse zumindest in vertikaler Richtung derart abgelenkt werden, dass die aus der Austrittslinse austretenden Lichtstrahlen eine Lichtverteilung mit einer Hell-Dunkel-Grenze bilden, wobei sich die Hell-Dunkel-Grenze als Abbildung der Brennlinie bzw. des Brennlinienbereiches durch die Austrittslinse ergibt, und wobei der zumindest eine Kollimator, die Austrittslinse und der Brennlinienbereich einstückig aus einem lichtdurchlässigen Körper gebildet sind, und wobei an zumindest einer
Begrenzungsfläche des zumindest einen Kollimator die sich in dem lichtdurchlässigen Körper fortpflanzenden Lichtstrahlen totalreflektiert werden.
Weiters betrifft die Erfindung eine Beleuchtungsvorrichtung mit zumindest zwei solchen Beleuchtungseinheiten, wobei vorzugsweise die lichtdurchlässigen Körper der
Beleuchtungseinheiten horizontal nebeneinander und/ oder übereinander liegen, und wobei insbesondere die lichtdurchlässigen Körper der zumindest zwei Beleuchtungseinheiten miteinander verbunden sind, vorzugsweise einstückig ausgebildet sind.
Schließlich betrifft die Erfindung noch einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, welcher zumindest eine solche Beleuchtungseinheit bzw. zumindest eine solche Beleuchtungsvorrichtung aufweist.
Eine Beleuchtungseinheit im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung kann in einem Kraftfahrzeug-Scheinwerfer z.B. zur Realisierung eines Teiles einer Abblendlichtverteilung, insbesondere der Vorfeld-Lichtverteilung einer Abblendlichtverteilung oder zur
Realisierung von Nebellicht verwendet werden.
Aktuelle Designtrends verlangen oftmals Scheinwerfer, welche in vertikaler Richtung schmale und in horizontaler Richtung ausgedehnte, schlitzförmige Lichtaustrittsöffnungen aufweisen. Eine eingangs erwähnte Beleuchtungseinheit kann im Bereich der
Lichtaustrittsfläche mit einer geringen Bauhöhe, die bei gewissen Ausführungsformen nur bis zu 10mm oder bis zu 15mm hoch sein kann, realisiert werden, sodass sich eine schlitzförmige, sich in horizontaler Richtung erstreckende Lichtaustrittsfläche ergibt.
Bei den im Stand der Technik offengelegten typischen Beleuchtungseinheiten, wie z.B. eine davon in der DE 60 2006 000 180 T2 beschrieben ist, wird das in den lichtleitenden Körper eingespeiste Licht von einem in dem lichtleitenden Körper ausgebildeten totalreflektieren Reflektor auf die Austrittslinse umgelenkt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Beleuchtungseinheit mit noch geringer Bauhöhe realisieren zu können.
Diese Aufgabe wird mit einer eingangs erwähnten Beleuchtungseinheit dadurch gelöst, dass erfindungsgemäß der zumindest eine Kollimator derart ausgebildet und angeordnet ist, dass aus dem zumindest einen Kollimator austretende Lichtstrahlen in vertikaler Richtung auf die Brennlinie oder in den Brennlinienbereich gebündelt werden.
Es hat sich herausgestellt, dass bei entsprechender Ausgestaltung des Kollimators auf einen Reflektor und entsprechend auf eine Umlenkung der aus dem Kollimator austretenden Lichtstrahlen verzichtet werden kann, wodurch sich die Bauhöhe des lichtleitenden Optik- Körpers und somit jene der Beleuchtungseinheit deutlich verringern lässt.
Bei der oben genannten DE 60 2006 000 180 T2 ist vorgesehen, dass die Lichtaustrittsfläche, d.h. die Außenfläche der Austrittslinse, glatt ausgebildet ist. Dabei hat sich herausgestellt, dass oftmals das damit erzielbare Lichtbild bzw. die erzielbare Lichtverteilung in
horizontaler Richtung nicht ausreichend breit ist und die Ausleuchtung der Straße störende Inhomogenitäten aufweist.
Der Optikkörper ist vorzugsweise ein Vollkörper.
Bei der vorliegenden Beleuchtungseinheit ist vorzugsweise vorgesehen, dass die
Außenfläche der Austrittslinse durch eine rillenförmige Struktur in einer glatten Basisfläche gebildet ist, wobei die die rillenförmige Struktur bildenden Rillen in im Wesentlichen vertikaler Richtung verlaufen, und wobei vorzugsweise jeweils zwei in horizontaler
Richtung nebeneinander liegende Rillen durch eine, insbesondere im Wesentlichen vertikal verlaufende, Erhebung, die sich vorzugsweise über die gesamte Vertikalerstreckung der Rillen erstreckt, getrennt sind. Die glatte Basisfläche ist vorzugsweise C0-stetig und weist insbesondere keine horizontal verlaufenden Kanten auf.
Wie eingangs beschrieben kann mit einer glatten Außenfläche der Austrittslinse oftmals nicht die notwendige Breite für das gewünschte Lichtbild, insbesondere nicht für eine Vorfeld-Lichtverteilung einer Abblendlichtverteilung, erzielt werden. Insbesondere bei einem Verzicht auf einen umlenkenden Reflektor wie bei der vorliegenden Erfindung vorgesehen kann dies problematisch sein. Durch die vorgesehene Struktur auf der
Außenfläche der Austrittslinse wird ein horizontales Verwischen der austretenden
Lichtstrahlen erreicht, wodurch sich die gewünschte Breite der Lichtverteilung erzielen lässt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die zumindest eine Begrenzungsfläche des zumindest einen Kollimators derart ausgebildet ist, dass das auf dieser zumindest einen
Begrenzungsfläche total-reflektierte Licht der dem Kollimator zugeordneten Lichtquelle in vertikaler Richtung konvergierend abgestrahlt wird, sodass es auf die Brennlinie oder in den Brennlinienbereich gebündelt wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein zentraler Einkoppel-Bereich des zumindest einen Kollimators in Form einer Linse, insbesondere in Form einer Freiformlinse derart ausgebildet ist, dass über den zentralen Einkoppel-Bereich in den Kollimator eingekoppeltes Licht in vertikaler Richtung konvergierend abgestrahlt wird, sodass es auf die Brennlinie oder in den Brennlinienbereich gebündelt wird.
Weiters kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass alle aus dem Kollimator austretenden Lichtstrahlen in vertikaler Richtung auf die Brennlinie oder in den Brennlinienbereich gebündelt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine Kollimator, insbesondere zumindest eine Begrenzungsfläche und/ oder ein zentraler Einkoppel-Bereich, des zumindest einen
Kollimators, derart ausgebildet ist bzw. sind, dass in horizontaler Richtung die von dem zumindest einen Kollimator austretenden Lichtstrahlen parallel zueinander verlaufen.
Auf diese Weise lässt sich eine verbesserte Homogenität der Lichtstrahlen im Bereich an der Austrittslinse erzielen.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der zumindest eine Kollimator, insbesondere zumindest eine Begrenzungsfläche und/ oder ein zentraler Einkoppel-Bereich, derart ausgebildet ist bzw. sind, dass in horizontaler Richtung die von dem zumindest einen Kollimator austretenden Lichtstrahlen konvergierend verlaufen, vorzugsweise derart, dass sich die Lichtstrahlen in etwa im Bereich der Austrittslinse, insbesondere in etwa im Bereich der Außenfläche der Austrittslinse, überkreuzen.
Auf diese Weise lässt sich bei gegenbener Breite des lichtleitenden (Optik-) Körpers die Breite der Lichtverteilung vergrößern.
Der Linsenbereich ist im allgemeinen eine Freiformlinse, mit zumeist positiver Brechkraft, die aber nicht rotationssymmetrisch ist. Die sogenannten Ost-/ West-/ Nord-/ Süd-Kurven der Außenfläche des Kollimators sind vorzugsweise ebenfalls Freiformkurven. Für ein Fokussieren (konvergierende Strahlenbündel) stellen diese Kurven, vereinfacht dargestellt, eine Aneinanderreihung in etwa /elliptischer' Kurvenabschnitte dar, für ein Parallelrichten ergeben sich, vereinfacht dargestellt, in etwa ,parabelartige' Kurvenzüge. Hat man diese Kurven, beispielsweise die oben angesprochenen Ost-/West-/Nord-/Süd-Kurven (oder andere Kurven, bzw. eine andere Anzahl an Kurven) bestimmt, werden diese zu einer vorzugsweise zumindest Gl-stetigen Fläche verbunden und zwar beispielsweise dergestalt, dass bei jedem konstanten Z (Parallelebenen, die normal zur optischen Achse sind) die beiden zugeordneten Kurvenpunkte auf einer Ellipse liegen. Durch eine ensprechende Wahl der Tangentenrichtungen an diesen Anschlußpunkten entsteht eine geschlossene
Umrisskurve, die die Gl-Stetigkeitsbedingung erfüllt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Beleuchtungseinheit genau einen Kollimator mit einer zugeordneten Lichtquelle aufweist. Ein Kraftfahrzeugscheinwerfer besteht beispielshaft aus acht bis fünfzehn erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheiten.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der zumindest eine Kollimator und die Austrittslinse derart zueinander angeordnet sind, dass aus dem zumindest einen Kollimator austretendes Licht direkt, insbesondere ohne vorherige Umlenkung und/ oder Reflexion, zu der
Austrittslinse gelangt.
Vorzugsweise liegt die Lichtquellle mit ihrem zugeordneten Kollimator an einem Ende des lichtdurchlässigen Optikkörpers, an dem anderen, gegenüberliegenden Ende liegt die Austrittslinse, dazwischen lediglich der Brennlinienbereich mit der Brennlinie; auf einen umlenkenden Reflektor wird verzichtet, sodass der Optikkörper deutlich niedriger gebaut werden kann.
Beispielsweise ist vorgesehen, dass eine Lichtaustrittsfläche des zumindest einen Kollimators im Wesentlichen normal auf eine optische Achse der Austrittslinse steht.
Jeder Kollimator weist eine Lichtaustrittsfläche auf, welche eben ausgebildet, mit dieser geht der Kollimator einstücktig in den Optikkörper aus vorzugsweise identem Material über, sodass diese Lichtaustrittsfläche keine optische Wirkung aufweist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Lichtquelle
tiefer liegt als der Brennlinienbereich bzw. die Brennlinie, oder
höher liegt als der Brennlinienbereich bzw. die Brennlinie, oder
auf gleicher Höhe wie der Brennlinienbereich bzw. die Brennlinie. Es kann vorgesehen sein, dass an der Unterseite des Optikkörpers zwei aufeinander zu laufende Optikkörper- Außenflächen eine Körperkante bilden, welche im Bereich der Brennlinie bzw. im Brennlinienbereich liegt oder den Brennlinienbereich bildet. Durch Wahl des vertikalen Normalabstands der Körperkante von der optischen Achse bzw. der
Brennlinie kann die Größe der Absenkung der abgeblendeten Lichtverteilung festgelegt werden.
Dabei kann es zweckmässig sein, dass die dem zumindest einen Kollimator zugewandte Optikkörper- Außenfläche an ihrer Außenseite zumindest bereichsweise, vorzugsweise in ihrem gesamten Bereich, für sich in dem Optikkörper fortpflanzendes, auf diese
Optikkörper- Außenfläche auftreffendes Licht, Licht absorbierend ausgebildet ist.
Beispielsweise kann die entsprechende Optikkörper- Außenfläche abgedeckt sein, etwa mit einem schwarzen Abdeckelement, z.B. einer Blende, oder einer entsprechenden
Beschichtung etc. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass Licht unkontrolliert aus dem Optikkörper austreten kann oder wieder in den Optikkörper zurückreflektiert wird und sich dort dann unkontrolliert ausbreitet.
Wie weiter oben beschrieben, ist bei der vorliegenden Beleuchtungseinheit vorzugsweise vorgesehen, dass die Außenfläche der Austrittslinse durch eine rillenförmige Struktur in einer glatten Basisfläche gebildet ist. Vorzugsweise kann dabei in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass die sich bei einem Schneiden der glatten Basisfläche mit ersten, nichtvertikalen Schnittebenen ergebenden ersten Basis-Schnittkurven geradlinig verlaufen, und wobei die sich bei einem Schneiden der Außenfläche mit diesen ersten Schnittebenen ergebenden ersten Außenflächen-Schnittkurven einen sinusförmigen Verlauf aufweisen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die ersten Außenflächen-Schnittkurven in den ersten Schnittebenen, in Bezug auf die Basis-Schnittkurve der jeweiligen ersten Schnittebene, proportional zu sinN(k*x) verlaufen, mit N = 1, 2, 3, ...., wobei x die Koordinate entlang der jeweiligen Basis-Schnittkurve und k eine Konstante bezeichnet.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Nulldurchgänge der sinusförmigen ersten
Außenflächen-Schnittkurven auf den ersten Basis-Schnittkurven liegen. Es gilt somit, dass der Verlauf proportional zu sinN(k*x) + c mit c = 0 ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Wert für die Konstante k für alle ersten Außenflächen-Schnittkurven identisch ist.
Weiters kann es zweckmäßig sein, wenn die sich bei einem Schneiden der glatten Basisfläche mit zweiten, vertikalen Schnittebenen, welche parallel zu einer optischen Achse der
Austrittslinse verlaufen, ergebenden zweiten Basis-Schnittkurven gekrümmt, insbesondere nach Außen gekrümmt, ausgebildet sind, wobei vorzugsweise die zweiten Basis- Schnittkurven stetig sind.
In diesem Zusammenhang zweckmäßig kann es sein, wenn die sich bei einem Schneiden der Außenfläche mit definierten zweiten Schnittebenen ergebenden zweiten Außenflächen- Schnittkurven Punkte der Außenfläche mit maximalem Abstand zu der Basisfläche miteinander verbinden.
Insbesondere ist es dabei günstig, wenn bei einem Fortschreiten entlang der zweiten Basis- Schnittkurve in den definierten Schnittebenen der Normalabstand zu der zweiten
Außenflächen-Schnittkurve eine Funktion A(s) eines Parameters s, welcher die Position auf der zweiten Basis-Schnittkurve angibt, ist.
Die zweiten Schnittebenen sind vertikale Ebenen parallel zu der optischen Achse des lichtdurchlässigen Körpers, d.h. der Austrittslinse des optischen Körpers.
Unter der optischen Achse ist die optische Achse des optischen Körpers, insbesondere die Mittenlinie des Optikkörpers definiert in Bezug auf den Apex der Austrittslinse, zu verstehen.
In einem betrachteten Punkt auf der Basisfläche ergeben sich die ersten Schnittebene wie folgt: die erste Schnittebene in dem betrachteten Punkt ist eine Ebene, die normal steht auf die Tangentialebene an die Basisfläche, wobei diese Ebene, d.h. die erste Schnittebene, weiters noch normal auf die zweite Schnittebene, in welcher der Punkt liegt, steht. Bei der zweiten Schnittebene handelt es sich, wie oben schon ausgeführt, um eine vertikale Schnittebene durch die glatte Basisfläche, welche parallel zu der optischen Achse (oder durch diese optische Achse) verläuft, und in welcher der betrachtete Punkt liegt.
Bei einer Basisfläche, welche lediglich in vertikaler Richtung gekrümmt ist, in horizontaler Richtung normal auf die optische Achse aber geradlinig verläuft, ändert sich zwischen benachbarten ersten Schnittebenen zwar der Winkel in Bezug auf die optische Achse, in horizontaler Richtung normal zu der optischen Achse verlaufen hingegen alle Schnittebenen geradlinig und„parallel" zueinander.
Dabei ist mit Vorteil vorgesehen, dass sich bei einem Fortschreiten entlang der zweiten Basis- Schnittkurve der Normalabstand A(s) kontinuierlich vergrößert, wobei vorzugsweise der Normalabstand an einem unteren Rand der Basisfläche geringer ist als an einem oberen Rand der Basisfläche, wobei sich der Normalabstand A(s) beispielsweise nach dem
Zusammenhang A(s) = Ao * (K - s), mit s[0, 1], wobei s = 0 die Position am oberen Rand und s = 1 die Position am unteren Rand bezeichnet, und K = 1 oder K > 1, ergibt.
Für K = 1 ist somit Ao der Normalabstand an einem oberen oder unteren, vorzugsweise dem oberen Rand (s = 0) der Basisfläche (BF), am unteren Rand (s = 1) gilt dementsprechend A(l) = 0.
Für einen Wert K > 1 gilt, dass am oberen Rand (s = 0) der Normalabstand A(0) = K*Ao ist, und am unteren Rand ist der Normalabstand A(l) = Ao * (K - 1) > 0.
Im Fall mit K > 1 hat sich teilweise eine bessere optische Effizienz gezeigt als im Fall K = \.
Somit gibt es bei dieser Ausgestaltung vertikale zweite Schnittebenen, in welchen jeweils die übereinander liegenden„Nulldurchgänge", also jene Bereiche, wo die Außenfläche und die Basisfläche zusammenfallen, miteinander durch entsprechende zweite Außenflächen- Schnittkurven, die in diesem Fall mit den zweiten Basis-Schnittkurven zusammenfallen, verbunden sind.
Genauso gibt es zweite Schnittebenen, in welchen die zweiten Außenflächen-Schnittkurven die negativen Normalabstände/ Amplituden miteinander verbinden. Für eine eindeutige Beschreibung ist es aber ausreichend, die zweiten Außenflächen-Schnittkurven für die „positiven" Normalabstände/ Amplituden anzugeben, die anderen Zusammenhänge ergeben sich durch den Sinus- Verlauf in den ersten Schnittebenen.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Außenfläche der Austrittslinse in vertikaler Richtung nach Außen gekrümmt ist, und in horizontaler Richtung vorzugsweise geradlinig verläuft, und beispielsweise durch eine Zylinderfläche mit geradem Querschnitt entlang einer nach außen konvexen Kurve gebildet ist. Ein Beispiel für eine solche nach Außen konvexe Kurve ist eine asphärische Linsenkontur genannt.
Beispielsweise handelt es sich um eine Freiformlinse, die in vertikaler Richtung nach Außen gekrümmt und in horizontaler Richtung nicht gekrümmt ist.
Die zumindest eine Lichtquelle umfasst vorzugsweise eine oder mehrere halbleiterbasierte lichtemittiernde Elemente, z.B. eine Leuchtdiode oder eine Mehrzahl von Leuchtdioden, und/ oder z.B. zumindest eine Laserlichtquelle umfassend zumindest eine Laserdiode mit zumindest einer Konversionsschicht, umfasst.
Generell wird bevorzugt eine Lichtquelle, z.B. eine der oben beschriebenen Lichtquellen, verwendet, welche eine ebene Licht emittierende Fläche aufweist bzw. deren Licht emittierende Flächen in einer Ebene liegen. Bevorzugt ist dann weiters noch vorgesehen, dass die Normale auf diese ebene Licht emittierende Fläche bzw. diese Ebene (der Licht emittierenden Flächen) normal auf die Lichtaustrittsfläche des der Lichtquelle zugeordneten Kollimators steht und/ oder parallel zu der optischen Achse der Austrittslinse verläuft. Denkbar sind auch Verkippungswinkel zwischen der Normalenrichtung und der optischen Achse, insbesondere Verkippungswinkel von max. 10°. Dies kann z.B. bei der Kombination von mehreren Beleuchtungseinheiten nebeneinander von Vorteil sein, wo die Austrittslinse zur Ausbreitungsrichtung geneigt ist (Fahrzeugstrak), sodass die LEDs noch auf einer gemeinsamen Platte montiert werden können.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist zusammenfassend eine sinusförmige
Rillenoptik vorgesehen, wobei die Sinus-Funktion normal zu der Linsenoberfläche, d.h. der glatten Basisfläche der Austrittslinse steht. Die Periode bleibt vorzugsweise unverändert, während vorzugsweise sich die Rillentiefe (Amplitude), insbesondere linear, z.B. wie oben beschrieben von einem bestimmten Ausgangswert Ao oder Ao*K (mit diesem Wert kann die Breite der Lichtverteilung eingestellt werden) an der Oberkante der Lichtaustrittsfläche auf einen Wert von Null oder Ao*(K - 1) an der Unterkante der Linse verändert.
Damit kann erreicht werden, dass sich die Lichtverteilung wie gewünscht verbreitert, und überraschender Weise hat sich dabei auch ergeben, dass sich die Hell-Dunkel-Grenze nach Außen, auch bei einer geradlinig verlaufenden Brennlinie des lichtdurchlässigen Körpers, nicht aufbiegt.
Im Folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erörtert. In dieser zeigt
Fig. 1 die wesentlichen Bestandteile einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer in einer ersten perspektivischen Ansicht,
Fig. la die Beleuchtungseinheit aus Figur 1 in einer anderen perspektivischen Ansicht,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Beleuchtungseinheit aus Figur 1,
Fig. 2a einen Vertikalschnitt durch die Beleuchtungseinheit aus Figur 1,
Fig. 2b einen Detailausschnitt des Brennlinienbereichs (Position der Körperkante zur optischen Achse mit offset)
Fig. 3 den Strahlenverlauf in dem Optikkörper der Beleuchtungseinheit in vertikaler Richtung in einer Ebene, welche die optische Achse enthält,
Fig. 3a einen ersten Strahlenverlauf in dem Optikkörper der Beleuchtungseinheit in horizontaler Richtung in einer Ebene, welche die optische Achse enthält,
Fig. 3b einen zweiten Strahlenverlauf in dem Optikkörper der Beleuchtungseinheit in horizontaler Richtung in einer Ebene, welche die optische Achse enthält,
Fig. 3c einen dritten Strahlenverlauf in dem Optikkörper der Beleuchtungseinheit in horizontaler Richtung in einer Ebene, welche die optische Achse enthält, Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines vorderen Teils einer Beleuchtungseinheit mit einem lichtdurchlässigen Körper, dessen Austrittslinse keine Rillenstruktur aufweist,
Fig. 4a eine mit einer Beleuchtungseinheit aus Figur 4 erzeugte Lichtverteilung,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines vorderen Teils einer Beleuchtungseinheit mit einem lichtdurchlässigen Körper, dessen Austrittslinse eine Rillenstruktur aufweist,und
Fig. 5a die mit dieser erzeugte Lichtverteilung,
Fig. 6 zeigt in einem Vertikalschnitt einen vergrößerten Ausschnitt des lichtdurchlässigen Körpers aus Figur 5 zwischen seiner Brennlinie und der Lichtaustrittsfläche,
Fig. 7 den Verlauf der Lichtaustrittsfläche der Austrittslinse des lichtdurchlässigen Körpers in einem Schnitt entlang einer beispielhaften ersten Schnittebene SEI aus Figur 6,
Fig. 8 nochmals den Vertikalschnitt aus Figur 6 mit exemplarischen Schnittflächen A-A, B- B, C-C und D-D,
Fig. 9a - Fig. 9d den Verlauf der Lichtaustrittsfläche der Austrittslinse des lichtdurchlässigen Körpers in den verschiedenen Schnitten A-A, B-B, C-C und D-D gemäß Figur 8 für K = 1, und
Fig. 10a - Fig. lOd den Verlauf der Lichtaustrittsfläche der Austrittslinse des
lichtdurchlässigen Körpers in den verschiedenen Schnitten A-A, B-B, C-C und D-D gemäß Figur 8 für K > 1,
Fig. 11 eine Beleuchtungs Vorrichtung umfassend vier erfindungsgemäße
Beleuchtungseinheiten, und
Fig. 12 eine Vorderansicht einer Beleuchtungsvorrichtung mit sechs Beleuchtungseinheiten.
Im Rahmen dieser Beschreibung sind die Begriffe„oben",„unten",„horizontal",„vertikal" als Angaben der Ausrichtung zu verstehen, wenn die Einheit in normaler Benutzungsstellung angeordnet ist, nachdem sie in einer im Fahrzeug montierten
Beleuchtungsvorrichtung eingebaut wurde.
Die Figuren 1, la, 2 und 2a zeigen eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit 100 für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer zum Erzeugen eines Lichtbündels mit Hell-Dunkel-Grenze. Die Beleuchtungseinheit umf asst eine Lichtquelle 1, einen Kollimator 2, eine Austrittslinse 3 mit einer Außenfläche 3a sowie einen Brennlinienbereich 4, welcher zwischen dem Kollimator 2 und der Austrittslinse 3 angeordnet ist.
Kollimator 2, Austrittslinse 3 und Brennlinienbereich 4 sind aus einem lichtdurchlässigen, einstückigen Körper 101 („Optikkörper") gebildet, wobei es sich bei dem Optikkörper 101 vorzugsweise - generell, d.h. nicht auf die vorliegende Ausführungsform beschränkt - um einen Vollkörper handelt, d.h. um einen Körper, der keine Durchgangsöffnungen oder Öffnungseinschlüsse aufweist.
Das lichtdurchlässige Material, aus dem der Körper 101 gebildet ist, weist vorzugsweise einen Brechungsindex größer als jener von Luft auf. Das Material enthält z.B. PMMA (Polymethylmethacrylat) oder PC (Polycarbonat) und ist insbesondere vorzugsweise daraus gebildet. Der Körper 101 kann aber auch aus anorganischen Glasmaterial gefertigt sein.
In dem gezeigten Beispiel weist des Optikkörpers 1 zwei an seiner Unterseite aufeinander zu laufende Optikkörper- Außenflächen la, lb auf, welche in eine Körper kante 4'
zusammenlaufen. Diese Körperkante 4' liegt im Bereich der Brennlinie FL der Austrittslinse bzw. im Brennlinienbereich 4. Dabei kann es zweckmässig sein, dass die dem Kollimator 2 zugewandte Optikkörper- Außenfläche la an ihrer Außenseite zumindest bereichsweise, vorzugsweise in ihrem gesamten Bereich, für sich in dem Optikkörper 1 fortpflanzendes, auf diese Optikkörper- Außenfläche la auf treffendes Licht, Licht absorbierend ausgebildet ist.
Beispielsweise kann die entsprechende Optikkörper- Außenfläche la abgedeckt sein, etwa mit einem schwarzen Abdeckelement, z.B. einer Blende, oder einer entsprechenden
Beschichtung etc. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass Licht unkontrolliert aus dem Optikkörper austreten kann oder wieder in den Optikkörper zurückreflektiert wird und sich dort dann unkontrolliert ausbreitet. Die Lichtquelle 1 umfasst eine oder mehrere halbleiterbasierte lichtemittiernde Elemente, z.B. eine Leuchtdiode oder eine Mehrzahl von Leuchtdioden, und/ oder z.B. zumindest eine Laserlichtquelle umfassend zumindest eine Laserdiode mit zumindest einer
Konversionsschicht. Die Lichtquelle 1 liegt in dem gezeigten Beispiel tiefer als der
Brennlinienbereich 4 bzw. die Brennlinie FL.
Der Kollimator 2 ist derart ausgebildet und angeordnet, dass zumindest Teile oder alle von der Lichtquelle 1 in den Kollimator 2 eingespeisten Lichtstrahlen Sl aus dem Kollimator 2 derart austreten (Lichtstrahlen S2), dass sie in vertikaler Richtung auf die Brennlinie FL oder in den Brennlinienbereich 4 gebündelt werden, wie dies in Figur 3 dargestellt ist.
Dazu ist vorzugsweise vorgesehen, dass eine äußere Begrenzungsfläche 2a des Kollimators 2 derart ausgebildet ist, dass das auf dieser Begrenzungsfläche 2a total-reflektierte Licht in vertikaler Richtung konvergierend abgestrahlt wird, sodass es auf die Brennlinie FL oder in den Brennlinienbereich 4 gebündelt wird.
Der Kollimator 2 weist eine Einkoppel- Ausnehmung 2' auf, welche seitliche Einkoppelfläche 2c aufweist, über welche von der Lichtquelle 1 eingekoppeltes Licht Sl auf die
Begrenzungsfläche 2a abgestrahlt wird.
Weiters weist die Einkoppel- Ausnehmung 2' einen zentralen Einkoppel-Bereich 2b auf, welcher vorzugsweise in Form einer Linse, insbesondere in Form einer Freiformlinse 2b' derart ausgebildet ist, dass über den zentralen Einkoppel-Bereich 2b in den Kollimator 2 eingekoppeltes Licht Sl in vertikaler Richtung konvergierend abgestrahlt wird (Lichtstrahlen S2), sodass es auf die Brennlinie FL oder in den Brennlinienbereich 4 gebündelt wird.
Die aus dem Kollimator 2 austretenden Lichtstrahlen S2 werden schließlich von der
Austrittslinse 3 zumindest in vertikaler Richtung V derart abgelenkt werden, dass die aus der Austrittslinse 3 austretenden Lichtstrahlen S3 eine Lichtverteilung mit einer Hell- Dunkel-Grenze bilden, wobei sich die Hell- Dunkel-Grenze als Abbildung der Brennlinie FL bzw. des Brennlinienbereiches 4 durch die Austrittslinse 3 ergibt.
Wie in Figur 2a zu erkennen ist, liegt in dem dort gezeigten Beispiel die Brennlinie FL, welche in der optischen Achse Z der Austrittslinse liegt, in vertikaler Richtung ungefähr auf Höhe der Körperkante 4' oder geringfügig darunter. Figur 2b zeigt in diesem Zusammenhang eine weitere Ausführungsmöglichkeit, bei welcher die Körperkante 4' oberhalb der Brennlinie FL der Austrittslinse 3 liegt. Über eine solche Höhendifferenz in der vertikalen Richtung lässt sich das Ausmass der Absenkung der Hell-Dunkel-Grenze im Lichtbild einstellen.
Figur 3a zeigt ein Beispiel, wie die aus dem aus dem Kollimator 2„austretenden"
Lichtstrahlen S2 in horizontaler Richtung verlaufen. Gemäß Figur 3a ist der Kollimator 2 derart ausgebildet, insbesondere seine Begrenzungsfläche 2a und der zentrale Einkoppel- Bereich 2b in Form einer Freiformlinse 2b', dass in horizontaler Richtung die von dem zumindest einen Kollimator 2 austretenden Lichtstrahlen konvergierend verlaufen, vorzugsweise derart, dass sich die Lichtstrahlen in etwa im Bereich der Austrittslinse 3, insbesondere in etwa im Bereich der Außenfläche 3a der Austrittslinse 3, oder vor der Austrittslinse überkreuzen. Es kann auch vorgesehen sein, dass sich ein Teil der
Lichtstrahlen, insbesondere jene aus dem zentralen Bereich 2b, bereits im Bereich der Brennlinie FL oder vor der Brennlinie FL überkreuzen. Auf diese Weise lässt sich die Breite des lichtleitenden (Optik-) Körpers reduzieren und die Breite der Lichtverteilung vergrößern.
Figur 3b zeigt ein Beispiel, wie die aus dem aus dem Kollimator 2„austretenden"
Lichtstrahlen S2 in horizontaler Richtung verlaufen. Gemäß Figur 3b ist der Kollimator 2 derart ausgebildet, insbesondere seine Begrenzungsfläche 2a und der zentrale Einkoppel- Bereich 2b in Form einer Freiformlinse 2b', dass die aus dem Kollimator„austretenden" Lichtstrahlen S2 in horizontaler Richtung parallel zueinander, und vorzugsweise auch parallel zur optischen Achse Z, verlaufen. Auf diese Weise lässt sich eine verbesserte Homogenität der Lichtstrahlen im Bereich an der Austrittslinse und der Lichtverteilung erzielen.
Figur 3c zeigt schließlich noch eine gemischte Ausführungsform, bei welcher die durch den Einkoppelbereich 2b des Kollimator 2 durchtretenden Lichtstrahlen konvergierend verlaufen, sodass sie sich vor der Austrittslinse, insbesondere bereits vor der Brennlinie in horizontaler Richtung überkreuzen, während die nicht über den zentralen Einkoppelbereich sondern über den Bereich 2c austrenden Lichtstrahlen in horizontaler Richtung parallel zueinander, insbesondere parallel zu der optischen Achse Z verlaufen. Wie in den Figuren 1, la und 2, 2a sowie 3, 3a, 3b zu erkennen ist, sind der Kollimator 2 und die Austrittslinse 3 derart zueinander angeordnet, dass aus dem Kollimator 2 austretendes Licht S2 direkt, insbesondere ohne vorherige Umlenkung und/ oder Reflexion durch einen Reflektor, zu der Austrittslinse 3 gelangt.
Konkret liegt die Lichtquelle 1 mit ihrem zugeordneten Kollimator 2 an einem Ende des lichtdurchlässigen Optikkörpers 101, an dem anderen, gegenüberliegenden Ende liegt die Austrittslinse 3, dazwischen lediglich der Brennlinienbereich 4 mit der Brennlinie FL; auf einen umlenkenden Reflektor wird verzichtet, sodass der Optikkörper 101 deutlich niedriger gebaut werden kann.
Beispielsweise ist vorgesehen, dass eine Lichtaustrittsfläche 2d des Kollimators 2 im
Wesentlichen normal auf eine optische Achse Z der Austrittslinse 3 steht. Der Kollimator 2 weist eine Lichtaustrittsfläche 2d auf, welche eben ausgebildet, mit dieser geht der
Kollimator 2 einstücktig in den Rest des Optikkörper aus vorzugsweise identem Material über, sodass diese Lichtaustrittsfläche 2d keine optische Wirkung aufweist.
Die Brennlinie FL liegt im Brennlinienbereich 4 des Körpers 101 und fällt vorzugsweise im Wesentlichen mit der Brennlinie der Austrittslinse 3 zusammen.
Der Brennlinienbereich 4 ist um eine Kante in dem Körper 101 angeordnet. Durch Abbildung der Kante 4, bei der es sich um eine gekrümmte Linie, insbesondere mit geringer Krümmung oder besonders vorzugsweise um eine gerade Linie handelt, wird die HD-Linie gebildet.
Das möglicherweise unterhalb der Kante 4 über die Fläche la austretende Licht wird abgeschattet/ abgeblockt bzw. absorbiert, indem die unterhalb der Kante 4 liegende Fläche la z.B. durch eine Blende oder eine dunkle, z.B. schwarze oder braune Beschichtung an ihrer Außenseite, etc., abgeschattet wird, um Fehl/ Streulicht zu vermeiden
Die Außenfläche 3a der Austrittslinse 3 des Körpers 101 ist in vertikaler Richtung nach Außen gekrümmt, und zwar vorzugsweise derart, dass in einem mittleren Bereich die Austrittsfläche in Lichtaustrittsrichtung weiter vorne ist als ihr oberer und unterer
Randbereich. In horizontaler Richtung verläuft die Austrittslinse vorzugsweise geradlinig, und ist beispielsweise durch eine Zylinderfläche mit geradem Querschnitt entlang einer nach außen konvexen Kurve gebildet ist, oder durch eine Freiformlinse, die in vertikaler Richtung nach Außen gekrümmt und in horizontaler Richtung nicht gekrümmt ist.
Figur 4 zeigt den vorderen Teil einer Beleuchtungseinheit 101', von welcher ausgehend eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit 101 wie bereits in den vorstehenden Figuren prinzipiell angedeutet abgeleitet werden kann. Die in Figur 4 teilweise gezeigte
Beleuchtungseinheit 101' weist eine Austrittslinse 3' mit einer glatten Austrittsfläche 3a' auf.
Figur 4a zeigt eine Lichtverteilung mit einer Hell-Dunkel-Grenze, z.B. eine
Abblendlichtverteilung oder einen Teil, z.B. das Vorfeld einer Abblendlichtverteilung. Eine solche Lichtverteilung hat eine gewisse Breite, wie in Figur 4a angedeutet.
Ausgehend von einer solchen Beleuchtungseinheit 101' ist nun in Figur 5 der vordere Teil einer bereits an Hand der Figuren 1, la, 2, 2a und 3, 3a, 3b beschriebenen
Beleuchtungseinheit 101 dargestellt.
Der Unterschied zu der Ausführung nach Figur 4 liegt darin, dass bei der
Beleuchtungseinheit 101 aus Figur 5 die Außenfläche 3a der Austrittslinse 3 aus einer glatten Basisfläche BF (entsprechend der Austrittsfläche 3a' aus Figur 4) besteht, welche mit einer rillenförmigen Struktur versehen ist, wobei die die rillenförmige Struktur bildenden Rillen 3b in vertikaler Richtung, also von oben nach unten, verlaufen. Konkret ist die Außenfläche 3a der Austrittslinse 3 durch eine rillenförmige Struktur in einer glatten Basisfläche BF gebildet, wobei die die rillenförmige Struktur bildenden Rillen 3b in im Wesentlichen vertikaler Richtung verlaufen, und wobei vorzugsweise jeweils zwei in horizontaler Richtung nebeneinander liegende Rillen 3b durch eine, insbesondere im Wesentlichen vertikal verlaufende, Erhebung, die sich vorzugsweise über die gesamte Vertikalerstreckung der Rillen 3b erstreckt, getrennt sind.
Wie eingangs beschrieben kann mit einer glatten Außenfläche BF, 3a' der Austrittslinse oftmals nicht die notwendige Breite für das gewünschte Lichtbild, insbesondere nicht für eine Vorfeld-Lichtverteilung einer Abblendlichtverteilung, erzielt werden. Durch eine Struktur auf der Außenfläche der Austrittslinse wird ein horizontales Verwischen der austretenden Lichtstrahlen erreicht, wodurch sich die gewünschte Breite der Lichtverteilung erzielen lässt, wie dies schematisch in Figur 5a gezeigt ist. Darüberhinaus wird die Qualität der Lichtverteilung deutlich verbessert, da der Homogenitätseindruck sich durch die Struktur auf der Außenfläche der Austrittslinse verbessert.
Die Figuren 6 - 8, 9a - 9d, 10a - lOd zeigen im Folgenden noch eine bevorzugte
Ausgestaltung dieser erfindungsgemäßen Rillenstruktur.
Figur 6 und Figur 8 zeigen Vertikalschnitte durch den Körper 101, und zwar jeweils einen vergrößerten Ausschnitt des lichtdurchlässigen Körpers zwischen seiner Brennlinie FL und der Lichtaustrittsfläche 3a.
Figur 6 zeigt dabei einen zweiten vertikalen Schnitt, welcher einen betrachteten Punkt P auf der Basisfläche BF enthält, die Figur 8 zeigt einen zweiten vertikalen Schnitt SE2, in welchem vier beispielhaft betrachtete Punkte PA, PB, PC und PD liegen.
Schneidet man die glatte Basisfläche BF mit ersten, nicht- vertikalen Schnittebenen SEI (diese Schnittebenen SEI sind weiter unten noch genauer erörtert), beispielsweise im Punkt P (Figur 6) oder entsprechend den Schnitten A-A, B-B, C-C, D-D (Figur 8), so ergeben sich erste Basis-Schnittkurven BSK1, die geradlinig verlaufen, wobei die sich bei einem Schneiden der Außenfläche 3a mit diesen ersten Schnittebenen SEI ergebenden ersten Außenflächen- Schnittkurven SKI (die dem Verlauf der Linsen- Außenfläche in diesen Schnittebenen SEI entsprechen) einen sinusförmigen Verlauf aufweisen.
Bei der glatten Basisfläche handelt es sich um ein gedankliches Konstrukt, in Bezug auf welche die dann tatsächlich realisierte Außenfläche beschrieben wird. Bei den ersten, nicht vertikalen Schnittebenen SEI handelt es sich um eine Vielzahl an solchen nicht-vertikalen Schnittebenen, die im Folgenden noch genau definiert werden.
In dem gezeigten, bevorzugten Beispiel verlaufen die ersten Außenflächen-Schnittkurven SKI in den ersten Schnittebenen SEI, in Bezug auf die Basis-Schnittkurve BSK1 der jeweiligen ersten Schnittebene SEI, proportional zu sinN(k*x), mit N = 1, 2, 3, .... (im gezeigten Beispiel N = 1), wobei x die Koordinate entlang der jeweiligen Basis-Schnittkurve BSK1 und k eine Konstante bezeichnet. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Nulldurchgänge der sinusförmigen ersten Außenflächen-Schnittkurven SKI auf den ersten Basis-Schnittkurven BSK1 liegen. Es gilt somit, dass der Verlauf proportional zu sinN(k*x) + c mit c = 0 ist.
Figur 7 zeigt eine solche beispielhafte erste Schnittebene SEI, in welcher der Punkt P liegt, welche normal auf die Tangentialebene TE in dem Punkt P steht (Figur 6), zur allgemeinen Veranschaulichung der Zusammenhänge. In diesem Schnitt ist die Linsen- Außenfläche in Bezug auf eine erste Basis-Schnittkurve BSK1 dargestellt. Die Basis-Schnittkurve BSK1 ist eine Gerade mit dem Parameter x entlang dieser Geraden BSK1. Die Linsen- Außenkontur ist in diesem Schnitt eine erste Außenflächen-Schnittkurve SKI, welche in diesem Beispiel proportional zu sin(k*x) ist. Abhängig von einer Position s (zum Parameter s siehe die weiter untenstehenden Erörterungen), welche dem Punkt P entspricht, d.h. s = Sp in dem Schnitt gemäß Figur 6 ist die maximale Amplitude bestimmt durch A(sp), wie in Figur 7
eingezeichnet. Die Bestimmung der Amplitude wird weiter unten ebenfalls noch näher erörtert.
Figur 8 zeigt einen Schnitt entlang einer zweiten, vertikalen Schnittebenen SE2 parallel zur optischen Achse Z, mit den vier beispielhaft betrachteten Punkten PA, PB, PC und PD.
In diesen vier Punkten sind erste Schnittebenen SEI dargestellt, die entsprechenden Verläufe der sich ergebenden zweiten Außenflächen-Schnittkurven SK2 für die vier ausgewählten Schnittebenen SEI (entsprechend den Schnitten A-A, B-B, C-C und D-D) sind in den Figuren 9a - 9d gezeigt. Der besseren Übersichtlichkeit halber ist in den Schnitten jeweils die doppelte Amplitude, also der Abstand zwischen maximaler und minimaler Auslenkung dargestellt.
Erkennbar ist wiederum, in Entsprechung zur Figur 6, der sinus-förmige Verlauf der zweiten Außenflächen-Schnittkurve SK2, für k gilt dabei k = 2*π/Τ, mit der Periodenlänge T.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Wert für die Konstante k für alle ersten
Außenflächen-Schnittkurven SEI identisch ist.
Generell, unabhängig von der gezeigten Ausführungsform, liegen typische Werte für die Periodenlänge T [mm] in einem Bereich bis 2,50 mm, bevorzugt bis 2,00 mm. Insbesondere liegen bevorzugte Werte zwischen 0,10 mm bis 2,00 mm, beispielsweise zwischen 0,25 mm und 0,75 mm.
Bevorzugte Werte für die maximale Amplitude Ao [μιη], unabhängig von der gezeigten Ausführungsform, liegen in einem Bereich von 25 μιη bis 350 μιη, ein typischer Wert liegt bei 50 μηι.
Als günstiger Wertebereich für das Größenverhältnis Ao zu T hat sich beispielsweise 0,075 < (Ao/T) < 0,250 ergeben.
Obige Angaben gelten für den Fall K = 1 (zum Parameter K siehe die Ausführungen weiter oben in der Beschreibungseinleitung), für den Fall K > 1 gelten die analogen Überlegungen, wobei in diesem Fall die in den beiden vorstehenden Absätzen Ao durch Ao*K zu ersetzen ist.
Figur 8 zeigt weiters (ebenso wie Figur 6), dass die sich bei einem Schneiden der glatten Basisfläche BF mit den zweiten, vertikalen Schnittebenen SE2, welche parallel zu einer optischen Achse Z der Austrittslinse 3 verlaufen, ergebenden zweiten Basis-Schnittkurven BSK2 gekrümmt, insbesondere nach Außen gekrümmt, ausgebildet sind, wobei
vorzugsweise die zweiten Basis-Schnittkurven BSK2 stetig sind.
In diesem Zusammenhang ist dabei vorgesehen, dass die sich bei einem Schneiden der Außenfläche 3a mit definierten zweiten Schnittebenen SE2 ergebenden zweiten
Außenflächen-Schnittkurven SK2 Punkte der Außenfläche 3a mit maximalem Abstand zu der Basisfläche BF miteinander verbinden. Die zweiten Ebenen SE sind somit vorzugsweise vertikale Schnittebenen parallel zu der optischen Achse Z, für welche gilt, dass der Betrag von sinN(k*x) = 1 ist. Diese zweiten Ebenen sind für die Definition der Linsen- Außenfläche ausreichend, die Bereiche zwischen diesen vertikalen Ebenen werden durch die oben beschriebene Sinus-Funktion definiert.
Bei einem Fortschreiten entlang der zweiten Basis-Schnittkurven BSK2 in den definierten Schnittebenen SE2 lässt sich der Normalabstand der zweiten Außenflächen-Schnittkurve SK2 zu der zweiten Basis-Schnittkurve BSK2 als eine Funktion A(s) eines Parameters s, welcher die Position auf der zweiten Basis-Schnittkurve BSK2 angibt, darstellen. Vorerst noch einmal auf die ersten Schnittebenen zurückkommend, ist zu sagen, dass sich in einem betrachteten Punkt P (Fig. 6), PA, PB, PC, PD (Fig. 8) auf der Basisfläche BF die ersten Schnittebene SEI wie folgt ergeben: die erste Schnittebene SEI in dem betrachteten Punkt P, PA, ... ist eine Ebene, die normal steht auf die Tangentialebene TE an die Basisfläche BF, wobei diese Ebene (= Schnittebene SEI) weiters noch normal auf die zweite Schnittebene SE2, in welcher der Punkt P liegt, steht. Bei der zweiten Schnittebene handelt es sich, wie oben schon ausgeführt, um eine vertikale Schnittebene durch die glatte Basisfläche BF, welche parallel zu der optischen Achse Z (oder durch diese optische Achse Z) verläuft, und in welcher der betrachtete Punkt P liegt. Die ersten Schnittebenen SEI schließen mit der zweiten Basis-Schnittkurve BSK2 einen Winkel von 90° ein.
Bei einer Basisfläche, welche lediglich in vertikaler Richtung gekrümmt ist, in horizontaler Richtung normal auf die optische Achse Z aber geradlinig verläuft, ändert sich zwischen benachbarten ersten Schnittebenen SEI zwar der Winkel in Bezug auf die optische Achse Z, in horizontaler Richtung normal zu der optischen Achse Z verlaufen hingegen alle
Schnittebenen geradlinig und„parallel" zueinander.
Nun wieder zurückkommend auf die zweiten, vertikalen Schnittebenen SE2 und auf den Verlauf der Außenflächen-Schnittkurve SK2, folgt die Funktion A(s) beispielsweise dem Zusammenhang A(s) = A0 * (1 - s), mit s[0, 1], wobei Ao der Normalabstand an dem oberen Rand der Basisfläche BF ist.
Dabei ist s = 0 die Position am oberen Rand der Basisfläche, wo somit A(0) = Ao gilt, am unteren Rand gilt A(l) = 0. Der Parameter stellt somit eine normierte Bogenlänge entlang der Schnittkurve BSK2 dar.
Für den Parameter s gilt in den vier Punkten gemäß Figur 9:
- PA: s = SPA = 1,
- PB: s = SPB, SPB < 1,
- PC: s = spc, spc < SPB, und
- PD: s = SPD = 0.
A(SPA) = Ao * 0 = 0, A(SPD) = A0 * 1 = A0, sowie 0 < A(sPB) < A(sPC) < A(sPD) = A0. Somit gibt es bei dieser Ausgestaltung vertikale zweite Schnittebenen, in welchen jeweils die übereinander liegenden„Nulldurchgänge", also jene Bereiche, wo die Außenfläche und die Basisfläche zusammenfallen, miteinander durch entsprechende zweite Außenflächen- Schnittkurven, die in diesem Fall mit den zweiten Basis-Schnittkurven zusammenfallen, verbunden sind.
Genauso gibt es zweite Schnittebenen, in welchen die zweiten Außenflächen-Schnittkurven die negativen Normalabstände/ Amplituden miteinander verbinden. Für eine eindeutige Beschreibung ist es aber ausreichend, die zweiten Außenflächen-Schnittkurven für die „positiven" Normalabstände/ Amplituden anzugeben, die anderen Zusammenhänge ergeben sich durch den Sinus- Verlauf in den ersten Schnittebenen.
Der oben beschriebene Zusammenhang A(s) = Ao*(l - s) ist ein Spezialfall des allgemeineren Falles A(s) = Ao*(K - s), mit K = 1. Es hat sich herausgestellt, dass zum Teil die optische Effizienz für K > 1 besser ist als für K = 1. Ein typischer Wert für den Parameter K liegt im Bereich von 1,2 - 1,45, vorzugsweise bei ca. 1,33.
In diesem in den Figuren 10a - lOd dargestellten Fall gilt
A(SPA) = Ao * (K - 1) > 0, A(SPD) = AO * K, sowie A0 * (K - 1) < A(sPB) < A(sPC) < A(sPD) = A0 * K.
Zusammenfassend lässt sich die Kontur der Außenfläche 3a über einer„gedachten"
Basisfläche BF darstellen als z(s, x) = A(s) * sinN(k*x).
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist zusammenfassend eine sinusförmige
Rillenoptik vorgesehen, wobei die Sinus-Funktion normal zu der Linsenoberfläche, d.h. der glatten Basisfläche der Austrittslinse steht. Die Periode bleibt vorzugsweise unverändert, während vorzugsweise sich die Rillentiefe (Amplitude), insbesondere linear, von einem bestimmten Ausgangswert Ao (mit diesem Wert kann die Breite der Lichtverteilung eingestellt werden) an der Oberkante der Lichtaustrittsfläche auf einen Wert von Null an der Unterkante der Linse verändert. Damit kann erreicht werden, dass sich die Lichtverteilung wie gewünscht verbreitert, und überraschender Weise hat sich dabei auch ergeben, dass sich die Hell- Dunkel-Grenze nach Außen, auch bei einer geradlinig verlaufenden Brennlinie des lichtdurchlässigen Körpers, nicht aufbiegt.
Figur 11 zeigt eine Beleuchtungs Vorrichtung umfassend vier erfindungsgemäße
Beleuchtungseinheiten 100, welche einen oben beschriebenen Aufbau aufweisen. Die Optikkörper der einzelnen Beleuchtungseinheiten 100 sind ebenso wie die Lichtquellen 1 horizontal nebeneinander angeordnet. Vorzugsweise bilden die Optikkörper einen gemeinsamen einstückigen Optikkörper 1101. In dem gezeigten Beispiel bilden die
Austrittsflächen der Austrittslinsen 3 eine durchgehende Fläche, welche in
Horizontalschnitten eine gerade Linie darstellen.
Figur 12 zeigt eine weitere solche Beleuchtungsvorrichtung in einer Vorderansicht, die im Prinzip einen ähnlichen Aufbau wie jene aus Figur 11 (z.B. mit einstückigem Optikkörper; die einzelnen Optikkörper können aber auch getrennt sein) aufweist, wobei die
Beleuchtungsvorrichtung mit sechs Beleuchtungseinheiten und somit sechs Austrittslinsen (wiederum einstückig oder getrennt) ausgestattet ist.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Einspeisung des Lichtes in
Abstrahlrichtung(=Fahrtrichtung) können mehrere erfindungsgemäße
Beleuchtungseinheiten modulartig nebeneinander und/ oder in der Höhe zueinander versetzt angeordnet werden, wobei die optischen Achsen der einzelnen
Beleuchtungseinheiten einer DK folgen. Dies ist dadurch möglich, da die Austrittslinsen einfacher beschnitten werden können und entsprechende Designwunsch erfüllt werden können. Außerdem kann durch einen schräger Beschnitt der Austrittslinsen (bzw. der Gesamt- Austrittslinse, das ist die Summe aller einzelnen Austritslinsen 3) die Breite der einzelnen Beleuchtungseinheit reduziert werden und/ oder eine Anpassung an eine gewünschte Fahrzeugscheinwerferpfeilung erfolgern.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Beleuchtungseinheit für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer zum Erzeugen eines
Lichtbündels mit Hell-Dunkel-Grenze, wobei die Beleuchtungseinheit (100) umfasst:
- zumindest eine Lichtquelle (1),
- zumindest einen Kollimator (2),
- je eine Lichtquelle (1) für jeden Kollimator (2),
- eine Austrittslinse (3) mit einer Außenfläche (3a),
- einen Brennlinienbereich (4), welcher zwischen dem zumindest einen Kollimator (2) und der Austrittslinse (3) angeordnet ist, wobei der zumindest eine Kollimator (2) die von der ihm zugeordneten Lichtquelle (1) in den Kollimator (2) eingespeisten Lichtstrahlen (Sl) zu einem Lichtbündel von Lichtstrahlen (S2) ausrichtet, und wobei Lichtstrahlen (S2) des aus dem zumindest einen Kollimator (2) austretenden Lichtbündels in den Brennlinienbereich oder in eine in dem Brennlinienbereich (4) liegende Brennlinie (FL) gelangen, und wobei die aus dem zumindest einen Kollimator (2) austretenden Lichtstrahlen (S2) von der Austrittslinse (3) zumindest in vertikaler Richtung (V) derart abgelenkt werden, dass die aus der Austrittslinse (3) austretenden Lichtstrahlen (S3) eine Lichtverteilung mit einer Hell- Dunkel-Grenze bilden, wobei sich die Hell-Dunkel-Grenze als Abbildung der Brennlinie (FL) bzw. des Brennlinienbereiches (4) durch die Austrittslinse (3) ergibt, und wobei der zumindest eine Kollimator (2), die Austrittslinse (3) und der Brennlinienbereich (4) einstückig aus einem lichtdurchlässigen Körper (101) gebildet sind, und wobei an zumindest einer Begrenzungsfläche (2a) des zumindest einen Kollimator (2) die sich in dem
lichtdurchlässigen Körper (101) fortpflanzenden Lichtstrahlen (Sl, S2) totalreflektiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kollimator (2) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass aus dem zumindest einen Kollimator (2) austretende Lichtstrahlen (S2) in vertikaler Richtung auf die Brennlinie (FL) oder in den Brennlinienbereich (4) gebündelt werden.
2. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (3a) der Austrittslinse (3) durch eine rillenförmige Struktur in einer glatten Basisfläche (BF) gebildet ist, wobei die die rillenförmige Struktur bildenden Rillen (3b) in im Wesentlichen vertikaler Richtung verlaufen, und wobei vorzugsweise jeweils zwei in horizontaler
Richtung nebeneinander liegende Rillen (3b) durch eine, insbesondere im Wesentlichen vertikal verlaufende, Erhebung, die sich vorzugsweise über die gesamte Vertikalerstreckung der Rillen (3b) erstreckt, getrennt sind.
3. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Begrenzungsfläche (2a) des zumindest einen Kollimators (2) derart ausgebildet ist, dass das auf dieser zumindest einen Begrenzungsfläche (2a) total-reflektierte Licht der dem Kollimator (2) zugeordneten Lichtquelle (1) in vertikaler Richtung
konvergierend abgestrahlt wird, sodass es auf die Brennlinie (FL) oder in den
Brennlinienbereich (4) gebündelt wird.
4. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein zentraler Einkoppel-Bereich (2b) des zumindest einen Kollimators (2) in Form einer Linse, insbesondere in Form einer Freiformlinse (2b') derart ausgebildet ist, dass über den zentralen Einkoppel-Bereich (2b) in den Kollimator (2) eingekoppeltes Licht in vertikaler Richtung konvergierend abgestrahlt wird, sodass es auf die Brennlinie (FL) oder in den Brennlinienbereich (4) gebündelt wird.
5. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle aus dem Kollimator (2) austretenden Lichtstrahlen (S2) in vertikaler Richtung auf die Brennlinie (FL) oder in den Brennlinienbereich (4) gebündelt werden.
6. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kollimator (2), insbesondere zumindest eine Begrenzungsfläche (2a) und/ oder ein zentraler Einkoppel-Bereich (2b), des zumindest einen Kollimators (2), derart ausgebildet ist bzw. sind, dass in horizontaler Richtung die von dem zumindest einen Kollimator (2) austretenden Lichtstrahlen parallel zueinander verlaufen.
7. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kollimator (2), insbesondere zumindest eine Begrenzungsfläche (2a) und/ oder ein zentraler Einkoppel-Bereich (2b), derart ausgebildet ist bzw. sind, dass in horizontaler Richtung die von dem zumindest einen Kollimator (2) austretenden
Lichtstrahlen konvergierend verlaufen, vorzugsweise derart, dass sich die Lichtstrahlen in etwa im Bereich der Austrittslinse (3), insbesondere in etwa im Bereich der Außenfläche (3a) der Austrittslinse (3), überkreuzen.
8. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie genau einen Kollimator (2) mit einer zugeordneten Lichtquelle (1) aufweist.
9. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kollimator (2) und die Austrittslinse (3) derart zueinander angeordnet sind, dass aus dem zumindest einen Kollimator (2) austretendes Licht direkt, insbesondere ohne vorherige Umlenkung und/ oder Reflexion, zu der Austrittslinse (3) gelangt.
10. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtaustrittsfläche (2d) des zumindest einen Kollimators (2) im Wesentlichen normal auf eine optische Achse der Austrittslinse (3) steht.
11. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Lichtquelle
tiefer liegt als der Brennlinienbereich (4) bzw. die Brennlinie (FL), oder
höher liegt als der Brennlinienbereich (4) bzw. die Brennlinie (FL), oder
auf gleicher Höhe wie der Brennlinienbereich (4) bzw. die Brennlinie (FL).
12. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite des Optikkörpers (1) zwei aufeinander zu laufende Optikkörper- Außenflächen (la, lb) eine Körperkante (4') bilden, welche im Bereich der Brennlinie (FL) bzw. im Brennlinienbereich (4) liegt oder den Brennlinienbereich bildet.
13. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die dem zumindest einen Kollimator (2) zugewandte Optikkör per- Außenfläche (la) an ihrer
Außenseite zumindest bereichsweise, vorzugsweise in ihrem gesamten Bereich, für sich in dem Optikkörper (1) fortpflanzendes, auf diese Optikkörper- Außenfläche (la) auftreffendes Licht, Licht absorbierend ausgebildet ist.
14. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die sich bei einem Schneiden der Basisfläche (BF) mit ersten, nicht-vertikalen
Schnittebenen (SEI) ergebenden ersten Basis-Schnittkurven (BSKl) geradlinig verlaufen, und wobei die sich bei einem Schneiden der Außenfläche (3a) mit diesen ersten Schnittebenen (SEI) ergebenden ersten Außenflächen-Schnittkurven (SKI) einen sinusförmigen Verlauf aufweisen.
15. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Außenflächen-Schnittkurven (SEI) in den ersten Schnittebenen (SEI), in Bezug auf die Basis- Schnittkurve (BSKl) der jeweiligen ersten Schnittebene (SEI), proportional zu sinN(k*x) verlaufen, mit N = 1, 2, 3, .... aufweisen, wobei x die Koordinate entlang der jeweiligen Basis- Schnittkurve (SEI) und k eine Konstante bezeichnet.
16. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die
Nulldurchgänge der sinusförmigen ersten Außenflächen-Schnittkurven (SEI) auf den ersten Basis-Schnittkurven (BSKl) liegen.
17. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert für die Konstante k für alle ersten Außenflächen-Schnittkurven (SEI) identisch ist.
18. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die sich bei einem Schneiden der Basisfläche mit zweiten, vertikalen Schnittebenen (SE2), welche parallel zu einer optischen Achse (Z) der Austrittslinse (3) verlaufen, ergebenden zweiten Basis-Schnittkurven (BSK2) gekrümmt, insbesondere nach Außen gekrümmt, ausgebildet sind, wobei vorzugsweise die zweiten Basis-Schnittkurven (BSK2) stetig sind.
19. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die sich bei einem Schneiden der Außenfläche (3a) mit definierten zweiten Schnittebenen (SE2) ergebenden zweiten Außenflächen-Schnittkurven (SK2) Punkte der Außenfläche (3a) mit maximalem Abstand zu der Basisfläche (BF) miteinander verbinden.
20. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fortschreiten entlang der zweiten Basis-Schnittkurve (BSK2) in den definierten
Schnittebenen (SE2) der Normalabstand zu der zweiten Außenflächen-Schnittkurve (SK2) eine Funktion A(s) eines Parameters s, welcher die Position auf der zweiten Basis- Schnittkurve (BSK2) angibt, ist.
21. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei einem Fortschreiten entlang der zweiten Basis-Schnittkurve (BSK2) der Normalabstand A(s) kontinuierlich vergrößert, wobei vorzugsweise der Normalabstand an einem unteren Rand der Basisfläche (BF) geringer ist als an einem oberen Rand der Basisfläche, wobei sich der Normalabstand A(s) beispielsweise nach dem Zusammenhang A(s) = A0 * (K - s), mit s[0, 1], wobei s = 0 den oberen Rand und s = 1 den unteren Rand bezeichnet, und K = 1 oder K > 1, ergibt, wobei Ao der Normalabstand an einem oberen oder unteren, vorzugsweise dem oberen Rand der Basisfläche (BF) ist.
22. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (3a) der Austrittslinse (3) in vertikaler Richtung nach Außen gekrümmt ist, und in horizontaler Richtung vorzugsweise geradlinig verläuft, und beispielsweise durch eine Zylinderfläche mit geradem Querschnitt entlang einer nach außen konvexen Kurve gebildet ist.
23. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Lichtquelle (1) eine oder mehrere halbleiterbasierte lichtemittiernde Elemente, z.B. eine Leuchtdiode oder eine Mehrzahl von Leuchtdioden, und/ oder z.B. zumindest eine Laserlichtquelle umfassend zumindest eine Laserdiode mit zumindest einer Konversionsschicht, umfasst.
24. Beleuchtungsvorrichtung umfassend zumindest zwei Beleuchtungseinheiten nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei vorzugsweise die lichtdurchlässigen Körper (101) der Beleuchtungseinheiten horizontal nebeneinander und/ oder übereinander liegen.
25. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 24, dass die lichtdurchlässigen Körper (101) der zumindest zwei Beleuchtungseinheiten miteinander verbunden sind, vorzugsweise einstückig ausgebildet sind.
26. Kraftfahrzeugscheinwerfer mit zumindest einer Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 23 oder mit zumindest einer Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 24 oder 25.
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