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Dokumentenidentifikation DE602004002043T2 12.04.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001500869
Titel Elliptische Beleuchtungseinheit ohne Lichtblende zur Erzeugung eines Abblendlichtbündels und Scheinwerfer mit einer derartigen Belleuchtungseinheit
Anmelder VALEO VISION, Bobigny, FR
Erfinder Albou, Pierre, 75013 Paris, FR
Vertreter WUESTHOFF & WUESTHOFF Patent- und Rechtsanwälte, 81541 München
DE-Aktenzeichen 602004002043
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 13.07.2004
EP-Aktenzeichen 042917922
EP-Offenlegungsdatum 26.01.2005
EP date of grant 23.08.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse F21S 8/10(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC additional class F21W 101/10  (2006.01)  A,  L,  N,  20051017,  B,  H,  EP

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinheit und einen Kraftfahrzeugscheinwerfer.

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Beleuchtungseinheit für einen ein Lichtbündel mit Hell-Dunkel-Grenze erzeugenden Kraftfahrzeugscheinwerfer, mit, angeordnet allgemein entlang einer horizontalen optischen Längsachse von hinten nach vorne, einem Ellipsoid-Reflektor, der einen Reflexionsraum für Lichtstrahlen umgrenzt und eine im Wesentlichen elliptische Reflexionsfläche aufweist, wenigstens einer Lichtquelle, die in der Nähe eines ersten Brennpunkts des Reflektors angeordnet ist, und einer Sammellinse, deren Brennebene in der Nähe des zweiten Brennpunkts des Reflektors angeordnet ist.

Ellipsoid-Scheinwerfer oder Scheinwerfer mit Bildwiedergabeoptik sind wohlbekannt, insbesondere zur Erzeugung eines Lichtbündels mit Hell-Dunkel-Grenze.

Unter Lichtbündel mit Hell-Dunkel-Grenze versteht man ein Lichtbündel, das eine Höhenbegrenzung oder Hell-Dunkel-Grenze aufweist, oberhalb der die emittierte Lichtstärke gering ist.

Fahrtlicht, Nebellicht und Abblendlicht sind Beispiele für Lichtbündel mit Hell-Dunkel-Grenze entsprechend den geltenden europäischen Vorschriften.

Allgemein wird die Hell-Dunkel-Grenze bei einem Ellipsoid-Scheinwerfer mittels einer Blende erzeugt, die aus einer vertikalen Platte mit geeignetem Profil gebildet und axial zwischen den Ellipsoid-Reflektor und die Sammellinse eingefügt und in der Nähe des zweiten Brennpunkts des Reflektors angeordnet ist.

Die Blende erlaubt es, die von der Lichtquelle kommenden und vom Reflektor zum unteren Teil der Brennebene der Sammellinse reflektierten Lichtstrahlen abzuschatten, die ansonsten bei nicht vorhandener Blende vom Scheinwerfer oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze emittiert würden.

Ein Nachteil dieses Scheinwerfertyps besteht darin, dass ein großer Teil der von der Lichtquelle emittierten Lichtmenge an der Rückseite der Blende verloren geht. Diese Art von Beleuchtungseinheit erlaubt überdies keine Doppelfunktion, das heißt Fernlicht und Abblendlicht.

Eine Lösung dieses Problems wird in dem Patent US 4 914 747 vorgeschlagen.

In diesem Dokument ist eine Beleuchtungseinheit für einen ein Lichtbündel mit Hell-Dunkel-Grenze erzeugenden Kraftfahrzeugscheinwerfer beschrieben, mit, angeordnet allgemein entlang einer horizontalen optischen Längsachse von hinten nach vorne, zwei Ellipsoid-Reflektoren, die jeweils einen Reflexionsraum für Lichtstrahlen umgrenzen und jeweils eine im Wesentlichen elliptische Reflexionsfläche aufweisen, zwei Lichtquellen, die jeweils in der Nähe eines ersten Brennpunktes eines jeden Reflektors angeordnet sind, und einer Sammellinse, deren Brennebene in der Nähe des zweiten Brennpunktes des ersten Reflektors angeordnet ist, wobei der erste Reflektor eine ebene horizontale Reflexionsfläche aufweist, deren Oberseite reflektierend ist und die den Reflexionsraum des von der ersten Lichtquelle ausgesandten Lichtbündels vertikal nach unten begrenzt und einen als Begrenzungsrand bezeichneten vorderen äußeren Rand aufweist, der in der Nähe des zweiten Brennpunktes des Reflektors derart angeordnet ist, dass die Hell-Dunkel-Grenze in dem Lichtbündel gebildet wird.

Gemäß diesem Stand der Technik ist die erste, von einer Glühwendel gebildete Lichtquelle mit einer unteren Kappe versehen, die ein von dieser Lichtquelle emittiertes einziges Lichtbündel nach oben gewährleistet. Der erste Ellipsoid-Reflektor, der ihr zugeordnet ist, kann somit in Abhängigkeit von dieser ersten Lichtquelle zum Erfüllen der Abblendlichtfunktion in optimierter Weise ausgelegt sein.

Die zweite Lichtquelle, ebenfalls eine Glühwendel, kann dagegen Licht sowohl nach oben als auch nach unten ausstrahlen. Wenn der zweite Ellipsoid-Reflektor, der ihr zugeordnet ist, in Abhängigkeit von dieser zweiten Lichtquelle zum Erfüllen der Fernlichtfunktion in optimierter Weise ausgelegt sein kann, so existiert ein durch die Wahl dieser zweiten Lichtquelle definiertes oberes Lichtbündel, das an dem ersten Reflektor reflektiert wird, der seinerseits durch die Wahl der ersten Lichtquelle definiert ist. Wirkt dieses Lichtbündel nach seiner Reflexion an der Fernlichtfunktion mit, kann diese Lichtfunktion nicht optimiert werden, da sie hinsichtlich des ersten Reflektors von die Abblendlichtfunktion betreffenden Kriterien abhängt.

Hieraus ergibt sich eine unkontrollierte Anordnung mit zufallsbedingter Wirksamkeit, oder die zumindest zahlreicher Versuche bedarf, um die gewünschten Lichtfunktionen zu erhalten.

Dieses technische Problem wird durch die Erfindung gelöst, die hierzu eine Beleuchtungseinheit für einen ein Lichtbündel mit Hell-Dunkel-Grenze erzeugenden Kraftfahrzeugscheinwerfer vorschlägt, mit, angeordnet allgemein entlang einer horizontalen optischen Längsachse von hinten nach vorne, zwei Ellipsoid-Reflektoren, die jeweils einen Reflexionsraum für Lichtstrahlen umgrenzen und jeweils eine im Wesentlichen elliptische Reflexionsfläche aufweisen, zwei Lichtquellen, die jeweils in der Nähe eines ersten Brennpunktes eines jeden Reflektors angeordnet sind, und einer Sammellinse, deren Brennebene in der Nähe des zweiten Brennpunktes des ersten Reflektors angeordnet ist, wobei der erste Reflektor eine ebene horizontale Reflexionsfläche aufweist, deren Oberseite reflektierend ist und die den Reflexionsraum des von der ersten Lichtquelle ausgesandten Lichtbündels senkrecht nach unten begrenzt und einen als Begrenzungsrand bezeichneten vorderen äußeren Rand aufweist, der in der Nähe des zweiten Brennpunktes des Reflektors angeordnet ist, wobei die ebene Fläche des ersten Reflektors in einer horizontalen Ebene angeordnet ist, die allgemein durch die Brennpunkte des ersten Reflektors verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lichtquelle derart angeordnet ist, dass nur zu dem zweiten Reflektor ein Lichtbündel ausgesandt wird, wobei wenigstens eine der Lichtquellen aus einer Leuchtdiode gebildet ist.

Auf diese Weise emittiert jede Lichtquelle eigenständig in die Hälfte eines von dem Ellipsoid-Reflektor umgrenzten Reflexionsraums. Hierdurch lässt sich ihre Funktion und ihre Strahlung in einfacher und genauer Weise kontrollieren.

Durch die erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit wird der größte Teil des von jeder Lichtquelle emittierten Lichtstroms in dem durch die Beleuchtungseinheit erzeugten Lichtbündel zum Ausführen der zugehörigen vorschriftsmäßigen doppelten Beleuchtungsfunktion, vorzugsweise die Funktion "Fernlicht" und die Funktion "Abblendlicht", verwendet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht diese Anordnung darin, dass die zwei Lichtquellen durch eine lichtundurchlässige Kappe getrennt sind.

Vorzugsweise fallen die zweiten Brennpunkte des ersten und des zweiten Ellipsoid-Reflektors im Wesentlichen zusammen.

Vorteilhafterweise ist die ebene horizontale Reflexionsfläche, deren Oberseite reflektierend ist, aus einem mit einer reflektierenden Beschichtung versehenen, lichtdurchlässigen Teil gebildet.

Dieses Merkmal erlaubt es, das Schattenloch bzw. den Schattenbereich, das bzw. der der Abbildung der Dicke dieser Reflexionsfläche in dem von dem ersten Reflektor reflektierten Lichtbündel entspricht, auf die Dicke der reflektierenden Beschichtung zu begrenzen, die zum Beispiel durch einen Vakuumaluminiumüberzug gebildet sein kann, dessen Dicke zwischen etwa 500 nm und ungefähr einigen Mikrometern in der Größenordnung von einigen sichtbaren Wellenlängen liegt.

Dieses lichtdurchlässige Teil hat zudem bezüglich des von dem zweiten Reflektor reflektierten Lichtbündels auch eine optische Funktion. Es wird nämlich von diesem Lichtbündel durchquert.

Um die Lichtverluste bei der Durchquerung zu begrenzen, weist das lichtdurchlässige Teil vorzugsweise eine kugelförmige Unterseite auf, die auf den zweiten Brennpunkt des zweiten Ellipsoid-Reflektors zentriert ist.

Die durch Reflexion an dem zweiten Reflektor emittierten Lichtstrahlen sind somit normal zu dieser Unterseite.

Vorzugsweise ist die im Wesentlichen elliptische Fläche des ersten Reflektors durch einen Winkelsektor eines im Wesentlichen rotationsförmigen Teils um die optische Längsachse gebildet, und dieser Winkelsektor verläuft vertikal über der ebenen Fläche des Reflektors.

Vorzugsweise ist die im Wesentlichen elliptische Fläche des zweiten Reflektors durch einen Winkelsektor eines im Wesentlichen rotationsförmigen Teils um eine als Drehachse bezeichnete Achse gebildet.

Und vorteilhafterweise schneiden sich die optische Achse und die Drehachse des zweiten Reflektors.

Gemäß weiterer Merkmale der Erfindung:

  • – kann sich die ebene Fläche des Reflektors von ihrem Begrenzungsrand wenigstens bis in die Nähe des ersten Brennpunkts des Reflektors längs nach hinten erstrecken;
  • – ist die dem ersten Reflektor zugeordnete Lichtquelle in der Beleuchtungseinheit derart angeordnet, dass ihre Lichtstreuungsachse im Wesentlichen lotrecht zu der ebenen Fläche des Reflektors ist;
  • – hat der Begrenzungsrand der ebenen Fläche des ersten Reflektors in der horizontalen Ebene ein solchermaßen gekrümmtes Profil, dass er allgemein der Krümmung der Brennebene der Linse folgt.

Die Erfindung betrifft auch einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit wenigstens einer Beleuchtungseinheit wie vorstehend beschrieben, die für eine doppelte Beleuchtungsfunktion bestimmt ist.

Vorzugsweise umfasst die Doppelfunktion die Beleuchtungsfunktion "Abblendlichtmodus" und die Beleuchtungsfunktion "Fernlichtmodus".

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, zu deren Verständnis auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:

1 eine vertikale Schnittansicht ist, die schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit darstellt;

2 eine perspektivische Ansicht ist, die diese bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit teilweise darstellt;

3 eine Draufsicht ist, welche die Beleuchtungseinheit aus 1 schematisch wiedergibt;

4 eine Seitenansicht ist, die den Weg der Lichtstrahlen in der Beleuchtungseinheit aus 1 schematisch darstellt;

5 eine Ansicht ähnlich der der 2 ist, die eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit darstellt;

6 eine Ansicht ähnlich der der 2 ist, die eine Ausführungsvariante der Beleuchtungseinheit aus 1 mit mehreren Leuchtdioden darstellt;

7 eine Vorderansicht ist, die einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheiten schematisch darstellt, der ein vorschriftsmäßiges Abblendlicht erzeugt;

8 eine schematische Perspektivansicht der in 1 dargestellten Beleuchtungseinheit ist;

9 eine schematische Darstellung eines Projektionsbildes des von der Einheit emittierten Lichtbündels gemäß einem ersten Funktionsmodus der erfindungsgemäßen Einheit ist;

10 eine schematische Darstellung eines Projektionsbildes des von der Einheit emittierten Lichtbündels gemäß einem zweiten Funktionsmodus der erfindungsgemäßen Einheit ist.

In 1 ist schematisch eine Beleuchtungseinheit 10 dargestellt, die gemäß den Lehren der Erfindung ausgeführt ist.

In herkömmlicher Weise umfasst eine Beleuchtungseinheit 10 entlang einer horizontalen optischen Längsachse A-A von hinten nach vorne angeordnet einen ersten Ellipsoid-Reflektor 12, eine erste Lichtquelle 14, die in der Nähe eines ersten Brennpunktes F1 des ersten Reflektors 12 angeordnet ist, und eine Sammellinse 16, deren Brennebene in der Nähe des zweiten Brennpunktes F2 des ersten Reflektors 12 angeordnet ist.

Der erste Reflektor 12 und die Linse 16 bilden einen Teil des optischen Systems der Beleuchtungseinheit 10.

Die optische Achse A-A verläuft hier in nicht einschränkender Weise in einer horizontalen Längsrichtung und ist von hinten nach vorne ausgerichtet, was in den Figuren einer Ausrichtung von links nach rechts entspricht. Die optische Achse A-A ist zum Beispiel im Wesentlichen parallel zur Längsachse eines mit der Beleuchtungseinheit 10 ausgestatteten (nicht dargestellten) Fahrzeugs.

In der weiteren Beschreibung wird in nicht einschränkender Weise eine vertikale Ausrichtung verwendet, die in 1 einer Ausrichtung von oben nach unten entspricht.

Die Sammellinse 16 ist hier ein um die optische Längsachse A-A rotationsförmiges Teil. Die Linse 16 weist dem ersten Reflektor 12 gegenüberliegend eine quer verlaufende Eintrittsfläche 17 für die Lichtstrahlen auf.

Gemäß der hier dargestellten Ausführungsform weist der erste Reflektor 12 eine elliptische Fläche 18 auf, die in Form eines Winkelsektors eines im Wesentlichen rotationsförmigen Teils ausgeführt ist und sich in der Raumhälfte erstreckt, die über einer horizontalen Axialebene angeordnet ist, die durch die optische Längsachse A-A verläuft.

Die Innenseite 20 der elliptischen Fläche 18 ist reflektierend.

Es ist anzumerken, dass die elliptische Fläche 18 nicht unbedingt genau elliptisch sein muss, und sie mehrere spezifische Profile haben kann, die zum Optimieren der Lichtverteilung in dem von der Einheit 10 erzeugten Lichtbündel gemäß der von der Einheit 10 realisierten Beleuchtungsfunktion "Abblendlicht" vorgesehen sind. Dies impliziert, dass der Reflektor nicht genau rotationsförmig ist.

Gemäß den Lehren der Erfindung weist der erste Reflektor 12 eine ebene horizontale Fläche 22 auf, deren Oberseite 24 reflektierend ist.

Der erste Reflektor 12 umgrenzt einen Reflexionsraum für die von der ersten Lichtquelle 14 emittierten Lichtstrahlen, das heißt einen Raum, in den die Lichtstrahlen emittiert und in dem die Lichtstrahlen reflektiert werden. Dieser Reflexionsraum ist in seinem oberen Teil durch die reflektierende Innenseite 20 der elliptischen Fläche 18 und vertikal nach unten durch die reflektierende Seite 24 der ebenen Fläche 22 begrenzt.

Die ebene Fläche 22 verläuft hier in einer horizontalen Axialebene.

Die 2 bis 7 zeigen nur diesen ersten Reflektor 12, die Linse 16 und die ebene Fläche 22.

Die ebene Fläche 22 ist hinten an ihrem Schnittpunkt mit der elliptischen Fläche 18 durch einen elliptischen Rand 26 und vorne durch einen vorderen äußeren Längsrand 28 begrenzt. Alternativ kann vorgesehen werden, dass die ebene Fläche 22 hinten durch einen Geradenabschnitt quer zur Achse A-A begrenzt wird, der vor der Lichtquelle 14 in deren unmittelbarer Nähe verläuft.

Der vordere äußere Rand 28 der ebenen Fläche 22 ist in der Nähe des zweiten Brennpunktes F2 des Reflektors 12 derart angeordnet, das in dem von der Beleuchtungseinheit 10 erzeugten Lichtbündel eine ausreichend scharfe Hell-Dunkel-Grenze gebildet wird.

In der weiteren Beschreibung wird daher der vordere äußere Rand 28 als "Begrenzungsrand" 28 bezeichnet.

Die Brennebene der Linse 16 bildet in einer durch den Brennpunkt F2 der Linse 16 verlaufenden horizontalen Ebene ein gekrümmtes, nach vorne konkaves Profil. Die gekrümmte Form dieses Profils ist gemäß der Ausführungsform mehr oder weniger komplex und kann in erster Näherung einem Kreisbogen gleichkommen. Der Begrenzungsrand 28 hat daher vorzugsweise in der horizontalen Ebene ein solchermaßen gekrümmtes Profil, dass er allgemein dem Profil der Brennebene der Linse 16 folgt.

Gemäß der hier dargestellten Ausführungsform weist die ebene Reflexionsfläche 22 einen hinteren Abschnitt 30 in Form einer Ellipsoidhälfte auf, der durch den elliptischen Rand 26 und den Durchmesser 32 des vorderen halbkreisförmigen Rands 34 der elliptischen Fläche 18 begrenzt ist.

Die ebene Reflexionsflächen 22 weist einen allgemein trapezförmigen, gleichschenkligen vorderen Abschnitt 36 auf, der durch den Durchmesser 32 der elliptischen Fläche 18, zwei Seitenränder 38, 40 und den Begrenzungsrand 28 begrenzt ist.

Gemäß der hier dargestellten Ausführungsform nimmt die Querschnittsbreite des vorderen Abschnitts 36 allmählich nach vorne zu, so dass die Querschnittsbreite des Begrenzungsrands 28 im Wesentlichen dem Durchmesser der Eintrittsfläche der Linse 16 entspricht.

Gemäß einer Ausführungsvariante, wie sie in 3 dargestellt ist, kann die ebene Fläche 22 nur einen vorderen Abschnitt 36 aufweisen, der sich vom Begrenzungsrand 28 bis zu einem bestimmten, zwischen dem ersten Brennpunkt F1 und dem zweiten Brennpunkt F2 des Reflektors 12 gelegenen Punkt der optischen Achse A-A axial nach hinten erstreckt.

Vorteilhafterweise ist die Lichtquelle 14 dazu vorgesehen, ihre Lichtmenge in weniger als eine über der ebenen Fläche 22 gelegene "Raumhälfte" auszusenden sowie ihre Lichtmenge zur Innenseite 20 der elliptischen Fläche 18 zu emittieren.

Vorteilhafterweise ist die Lichtquelle 14 eine gekapselte Leuchtdiode 44.

Als Leuchtdiode 44 wird hier der Übergang, der die Lichtmenge erzeugt, sowie die Lichtstreuungsglocke oder -kapsel, die den oberen Teil des Übergangs umgibt, bezeichnet.

Herkömmlicherweise ist die Leuchtdiode 44 auf einer elektronischen Trägerplatte 42 montiert, die in 4 dargestellt ist und hier parallel zu der ebenen Fläche 22 angeordnet ist.

Die Leuchtdiode 44 weist eine Lichtstreuungsachse B-B auf, die hier im Wesentlichen lotrecht zu der ebenen Fläche 22 ist.

Die Leuchtdiode 44 emittiert ihre Lichtmenge in einem allgemein um ihre Lichtstreuungsachse B-B herum zentrierten Raumwinkel von weniger als 180 Grad.

Diese Anordnung erlaubt es der Diode 44, den größten Teil ihrer Lichtmenge zu der Innenseite 20 der elliptische Fläche 18 zu emittieren.

Das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit 10 ist wie folgt: Es sei angenommen, die Lichtquelle 14 habe um einen Punkt, der mit dem ersten Brennpunkt F1 des Ellipsoid-Reflektors 18 deckungsgleich ist, eine geringe Ausdehnung.

Zunächst werden die von der Lichtquelle 14 emittierten Lichtstrahlen betrachtet, die oberhalb des Begrenzungsrands 28 verlaufen und als Primärstrahlen R1 bezeichnet werden.

Da die Lichtquelle 14 in dem ersten Brennpunkt F1 des Ellipsoid-Reflektors 18 angeordnet ist, wird der größte Teil der von der Lichtquelle 14 emittierten Primärstrahlen R1 nach Reflexion an der Innenseite 20 der elliptischen Fläche 18 zu dem zweiten Brennpunkt F2 des Reflektors 18 oder in dessen Nähe reflektiert.

Diese Primärlichtstrahlen R1 bilden im Brennpunkt F2 der Linse 16 ein konzentriertes Lichtbild, das durch die Linse 16 in einer zur Längsachse A-A im Wesentlichen parallelen Richtung vor die Beleuchtungseinheit 10, aber nach unten projiziert wird.

Anschließend seien die von der Lichtquelle 14 emittierten Lichtstrahlen R2 betrachtet, die unterhalb des Begrenzungsrands 28 verlaufen, als gäbe es keine ebene Fläche 22, und die als Sekundärstrahlen R2 bezeichnet werden.

Diese Sekundärlichtstrahlen R2 werden von der Innenseite 20 der elliptischen Fläche 18 solchermaßen zu der ebenen Reflexionsfläche 22 reflektiert, dass sie ein zweites Mal nach vorne reflektiert werden.

Bei dieser zweiten Reflexion werden die Sekundärlichtstrahlen R2 zum oberen Teil der Eintrittsfläche 17 der Linse 16 geleitet. Aufgrund ihrer Konvergenzeigenschaften lenkt die Linse 16 folglich die Sekundärlichtstrahlen R2 nach unten ab. Die Sekundärlichtstrahlen R2 werden somit in dem Lichtbündel unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze in denselben Bereich emittiert, in den die Lichtstrahlen R1 emittiert werden.

Je näher der Ort der Reflexion eines Sekundärlichtstrahls R2 an der ebenen Fläche 22 bei dem Begrenzungsrand 28 liegt, also nahe der Brennebene der Linse 16, umso näher ist die Richtung dieses Sekundärlichtstrahls R2 beim Austritt aus der Linse 16 einer zur Längsachse A-A parallelen Richtung.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit 10 liegt darin, dass ihr optisches System 11 keinen großen Teil der von der Lichtquelle 14 emittierten Lichtstrahlen abschattet, wie dies bei einer herkömmlichen Beleuchtungseinheit mit einer Blende der Fall ist.

Die ebene Reflexionsfläche 22 erlaubt es, die Abbildungen der Lichtquelle 14, die von der elliptischen Fläche 18 des Reflektors 12 zum zweiten Brennpunkt F2 des Reflektors 12 reflektiert werden, "abzulenken".

Wäre die ebene Fläche 22 nicht vorhanden, müssten nämlich einiger dieser Abbildungen in einer durch den Begrenzungsgrand 28 erzeugten senkrechten Ebene die durch den Begrenzungsrand 28 gebildete Grenze überlagern. Jede Abbildung würde somit einen über dem Begrenzungsrand 28 gelegenen oberen Teil und einen unter dem Begrenzungsrand 28 gelegenen unteren Teil aufweisen. Durch die ebene Reflexionsfläche 22 wird der untere Teil jeder Abbildung nach oben reflektiert, als ob der untere Teil auf den oberen Teil umgelegt würde, so dass diese Abbildungsteile über dem Begrenzungsrand 28 in der durch den Begrenzungsrand 28 erzeugten senkrechten Ebene übereinander liegen.

Der durch dieses "Ablenken" der Abbildungen erzeugte "Knick" trägt dazu bei, eine scharfe Hell-Dunkel-Grenze in dem durch die Linse 16 projizierten Lichtbündel zu bilden.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit 10 weist darüber hinaus bei Verwendung einer Leuchtdiode 44 als Lichtquelle 14 in einer Beleuchtungseinheit besondere Vorteile auf.

Die Abbildung der einer Diode entsprechenden virtuellen Lichtquelle ist allgemein rund und diffus.

Zum Ausführen einer Hell-Dunkel-Grenze in einem Lichtbündel ausgehend von einer Beleuchtungseinheit, die eine Lichtquelle und eine Fresnel-Optik oder eine Lichtquelle und einen Komplexflächen-Reflektor verwendet, ist es erforderlich, die Ränder der Abbildungen der Lichtquelle auf dem zum Validieren des vorschriftsmäßigen Lichtbündels dienenden Messschirm fluchtend anzuordnen.

Ist die Lichtquelle eine Glühwendel, hat ihre virtuelle Abbildung allgemein die Form eines Rechtecks, so dass es relativ einfach ist, eine scharfe Hell-Dunkel-Grenze durch fluchtende Anordnung der Ränder des Rechtecks zu realisieren.

Ist die Lichtquelle eine Diode, ist es wesentlich schwieriger, eine scharfe Hell-Dunkel-Grenze durch fluchtende Anordnung der entsprechenden Abbildungen mit runder Form auszuführen.

Diese Schwierigkeit kann durch Verwendung einer Blende zusammen mit der Diode überwunden werden, allerdings würde hierbei ein großer Teil der durch die Diode erzeugten Lichtmenge verloren gehen.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit 10 erlaubt die Ausführung einer scharfen Hell-Dunkel-Grenze mit einer Diode 44, da durch sie die Abbildung einer Kante des optischen Systems 11 nach vorne projiziert wird, das heißt die Abbildung des Begrenzungsrands 28.

Die Form der Hell-Dunkel-Grenze in dem Lichtbündel wird somit durch das Profil des Begrenzungsrands 28 in einer Projektion auf eine senkrechte, quer verlaufende Ebene bestimmt.

Eine weitere Schwierigkeit bei der Ausführung einer Beleuchtungseinheit ausgehend von einer Diode rührt daher, dass die Verteilung der Lichtmenge in dem von der Diode emittierten Lichtbündel nicht gleichmäßig ist. Es ist daher äußerst schwierig, ein homogenes Lichtbündel anhand direkter Abbildungen der Diode zu erzeugen.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit 10 überwindet diese Schwierigkeit, indem sie sich eine Eigenschaft von Ellipsoid-Beleuchtungseinheiten zu eigen macht, die darin besteht, die Abbildungen der Lichtquelle im zweiten Brennpunkt F2 des Reflektors 12 zu "mischen", wodurch die Homogenität des erzeugten Lichtbündels verbessert wird.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit 10 besteht darin, dass sie sich die Eigenschaft der gekapselten Dioden 44 zunutze macht, allgemein in eine Raumhälfte auszustrahlen, wodurch über achtzig Prozent des von der Diode 44 emittierten Lichtstroms erfasst werden können, während bei einem herkömmlichen Abblendlicht-Ellipsoidscheinwerfer weniger als fünfzig Prozent des Lichtstroms erfasst werden.

Gemäß einer ersten Ausführungsform, die schematisch in 2 bis 4 dargestellt ist, ist die Beleuchtungseinheit 10 durch eine Zusammenstellung diskreter Elemente gebildet.

Die Beleuchtungseinheit 10 umfasst zum Beispiel ein Element 18, das den Ellipsoid-Teil des Reflektors 12 bildet, ein Element 22, das die ebene Fläche des Reflektors 12 bildet, und ein Element 16, das die Sammellinse bildet.

Die Innenseite des Ellipsoid-Teils 18 und die Oberseite der ebenen Fläche 22 sind zum Beispiel mit einem reflektierenden Material beschichtet.

Handelt es sich bei der Lichtquelle 14 um eine Leuchtdiode 44, ist es angesichts der geringen Wärmeabstrahlung dieser Art von Lichtquelle im Vergleich zu Lampen möglich, die diskreten Elemente in Form von Polymerbauteilen auszuführen, die zum Beispiel durch Einstecken zusammengebaut werden.

Die Linse 16 kann eine Fresnel-Linse sein.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die in 5 schematisch dargestellt ist, ist das optische System 11 der Beleuchtungseinheit 10 aus einem einzigen massiven optischen Bauteil aus lichtdurchlässigem Material, zum Beispiel PMMA (Polymethylmethacrylat), ausgeführt.

Das massive optische Bauteil ist zum Beispiel durch Formguss oder spanende Bearbeitung ausgeführt.

Um die Reflexion der Lichtstrahlen zu ermöglichen, die von der Lichtquelle 14 in den vom Reflektor 12 umgrenzten Reflexionsraum emittiert werden, sind die Außenseite des Ellipsoid-Teils 18 des Reflektors 12 und die in diesem Fall untere Außenseite der ebenen Fläche 22 des Reflektors 12 mit einem reflektierenden Material beschichtet.

Bei einigen Abschnitten des Reflektors 12 können die Eigenschaften der Totalreflexion in einer Umgebung mit einem Brechungsindex größer als Luft genutzt werden, um die Reflexion der Lichtstrahlen in dem vom Reflektor 12 umgrenzten Reflexionsraum ohne Verwendung von reflektierendem Material zu bewirken. Diese Abschnitte des Reflektors 12 hätten daher eine Form, die geringfügig von der eines reinen Ellipsoids abweicht.

Gemäß dieser zweiten Ausführungsform breiten sich die Lichtstrahlen, die von der Lichtquelle 14 emittiert werden, innerhalb des Materials aus, welches das optische System 11 der Beleuchtungseinheit 10 bildet, um dann durch die Vorderseite der Sammellinse 16 aus dem optischen System 11 auszutreten.

Die Tatsache, dass sich die Lichtstrahlen bei der zweiten Ausführungsform innerhalb eines Materials ausbreiten, während sich die Lichtstrahlen bei der ersten Ausführungsform in der Luft ausbreiten, hat keinen merklichen Einfluss auf das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit 10.

Vorteilhafterweise weist die ebene Reflexionsfläche 22 eine Höhlung auf, deren Form zu der der Kapsel der Leuchtdiode 44 komplementär ist.

Hat die Kapsel der Diode 44 zum Beispiel eine halbkugelige Form, ist die Höhlung im Wesentlich halbkugelförmig.

Gemäß einer Variante dieser zweiten Ausführungsform ist der Reflektor 12 in einem einzigen Stück aus lichtdurchlässigem Material ausgeführt, das von dem die Sammellinse 16 bildenden Bauteil getrennt ist.

Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung, die in 6 dargestellt ist, kann die Lichtquelle 14 durch mehrere Leuchtdioden 44 gebildet sein.

Es ist anzumerken, dass die Leuchtdioden 44 sehr nahe beieinander liegen müssen, so dass sie allgemein im ersten Brennpunkt F1 des Reflektors 12 angeordnet sind.

Gemäß 6 sind zum Beispiel zwei Dioden 44 vorteilhafterweise lotrecht zur optischen Längsachse A-A fluchtend angeordnet.

Die daraus resultierende Lichtquelle 14 entspricht somit einer in der Breite ausgedehnten Lichtquelle, da sich die von jeder Leuchtdiode 44 erzeugten Lichtbündel überlappen.

Diese Anordnung der Dioden 44 erlaubt es demnach, das von der Beleuchtungseinheit 10 erzeugte Lichtbündel zu verbreitern.

Um eine vorschriftsmäßige Beleuchtungsfunktion mit Hell-Dunkel-Grenze zu erzeugen, zum Beispiel ein Abblendlicht, wird vorteilhafterweise ein Kraftfahrzeugscheinwerfer mittels mehrerer identischer, gleichzeitig funktionierender Beleuchtungseinheiten 10 ausgeführt.

Die Beleuchtungseinheiten 10 sind parallel zueinander angeordnet, das heißt, ihre optischen Achsen A-A sind im Wesentlichen parallel zueinander.

Die von jeder Beleuchtungseinheit 10 erzeugten Lichtbündel überlagern sich somit vor dem Fahrzeug derart, dass das vorschriftsmäßige Abblendlicht gebildet wird.

In 7 ist als Beispiel ein Kraftfahrzeugscheinwerfer 46 dargestellt, der ein Abblendlicht erzeugt und vier identische Beleuchtungseinheiten 10 verwendet.

Da das Abblendlichtbündel eine Hell-Dunkel-Grenze aufweisen muss, die einen in einem bestimmten Winkel, zum Beispiel fünfzehn Grad, ansteigenden Teil besitzt, werden zwei Beleuchtungseinheiten 48 des Scheinwerfers 46 um fünfzehn Grad um ihre optische Längsachse A-A gedreht, so dass ein Lichtbündel mit einer bezüglich einer horizontalen Ebene um fünfzehn Grad ansteigenden Hell-Dunkel-Grenze erzeugt wird.

Die beiden anderen Beleuchtungseinheiten 50 bilden ein Lichtbündel mit einer waagerechten Hell-Dunkel-Grenze.

Die Überlagerung der durch die vier Beleuchtungseinheiten 10 erzeugten Lichtbündel bildet somit ein vorschriftsmäßiges Lichtbündel mit einem waagerechten Teil und einem um fünfzehn Grad ansteigenden Teil.

Gemäß einer (nicht dargestellten) Ausführungsvariante der Erfindung kann die Lichtquelle 14 durch das freie Ende eines Lichtwellenleiterbündels gebildet sein.

Ein Nachteil der Lichtwellenleiter besteht darin, dass sie eine Lichtquelle mit einem Lichtkern und einem dunklen Ring bilden, der durch den Mantel bedingt ist, der den Faserkern umgibt.

Dieser Lichtquellentyp bildet somit bei Verwendung in einem Fahrzeugscheinwerfer, der zum Beispiel einen Komplexflächen-Reflektor nutzt, in dem Lichtbündel Abbildungen in Form von Bildpunkten, die von einem durch den Mantel bedingten dunklen Raum umgeben sind.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit 10 besteht darin, dass sie es erlaubt, alle Abbildungen der Lichtquelle 14 in dem zweiten Brennpunkt F2 des Reflektors 12 zu mischen, so dass in dem Lichtbündel die Bildpunkte des Lichtvvellenleiters nicht zu erkennen sind.

Betrachten wir nochmals 1 zusammen mit 8. Um eine Doppelfunktion zu erfüllen, das heißt die Funktion "Abblendlicht" und auch die Funktion "Fernlicht", umfasst die erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit, mit der ein Kraftfahrzeugscheinwerfer ausgestattet werden soll, neben dem oben bereits Ausgeführten allgemein entlang der horizontalen optischen Längsachse A-A von hinten nach vorne angeordnet auch einen zweiten Ellipsoid-Reflektor 12', der einen Reflexionsraum für Lichtstrahlen umgrenzt und eine im Wesentlichen elliptische Reflexionsfläche 18', 20' aufweist, eine zweite Lichtquelle 14', die in der Nähe eines ersten Brennpunkts F1' des zweiten Reflektors 12' angeordnet ist. Diese zweite Lichtquelle 14' ist derart angeordnet, dass sie ein einziges Lichtbündel nach unten emittiert.

Der zweite Reflektor 12' und die zweite Lichtquelle 14' können ähnlich dem ersten Reflektor 12 und der ersten Lichtquelle 14 sein. Sie können somit alle entsprechenden Eigenschaften aufweisen, die bereits weiter oben angeführt wurden, ohne dass diese hier nochmals ausdrücklich erwähnt werden.

Hierzu sind die beiden selektiv bedienbaren Lichtquellen 14, 14', bei denen es sich vorzugsweise um zwei Leuchtdioden oder zwei Leuchtdiodensätze handelt, durch eine lichtundurchlässige Kappe 60 voneinander getrennt, die gegebenenfalls einen Kühlkörper und Steuerkreise enthalten kann.

Wie bereits vorstehend erwähnt, ist die im Wesentlichen elliptische Fläche des ersten Reflektors 12 durch einen Winkelsektor eines im Wesentlichen rotationsförmigen Teils um die optische Längsachse A-A gebildet und dieser Winkelsektor verläuft vertikal über der ebenen Fläche 22 des Reflektors.

Die im Wesentlichen elliptische Fläche des zweiten Reflektors ist ihrerseits durch einen Winkelsektor eines im Wesentlichen rotationsförmigen Teils um seine als Drehachse A'-A' bezeichnete Achse gebildet, und vorteilhafterweise schneiden sich die optische Achse A-A des ersten Reflektors und die Drehachse A'-A' des zweiten Reflektors.

Der zweite Ellipsoid-Reflektor 12' ist so angeordnet, dass sein zweiter Brennpunkt im Wesentlichen mit dem zweiten Berennpunkt F2 des ersten Reflektors 12 zusammenfällt. Die optische Achse A-A des ersten Reflektors und die Drehachse A'-A' des zweiten Reflektors schneiden sich somit im Wesentlichen in diesem zweiten Brennpunkt F2.

Die ebene horizontale Reflexionsfläche 22, deren Oberseite 24 reflektierend ist, ist durch ein lichtdurchlässiges Teil 22' gebildet, das mit einer reflektierenden Beschichtung auf seiner Oberseite versehen ist und die reflektierende Oberseite 24 bildet. Dieses lichtdurchlässige Teil 22' weist vorteilhafterweise eine kugelförmige Unterseite 22A auf, die im Wesentlichen auf den zweiten Brennpunkt F2 zentriert ist. Seine zur Linse 16 gewandte Seitenfläche 22B ist vorteilhafterweise durch eine Regelfläche gebildet, die in vertikaler Ebene durch Geraden definiert ist, die den oberen Rand 34 des ersten Reflektors 12 mit dem zweiten Brennpunkt F2 verbinden.

Vorzugsweise ist dieses lichtdurchlässige Teil 22' aus PMMA (Polymethylmethacrylat) und die reflektierende Beschichtung aus einem Vakuumaluminiumüberzug gebildet.

Die optische Funktionsweise der Einheit wurde bereits weiter oben hinsichtlich des ersten Ellipsoid-Reflektors 12 mit der ihm zugeordneten Reflexionsfläche 22 insbesondere unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.

Zusammenfassend ist hier mit Bezug auf 1 zu sagen, dass beim Betrieb der ersten Lichtquelle 14 der größte Teil der von der Lichtquelle 14 emittierten Primärstrahlen nach Reflexion an der Innenseite 20 der elliptischen Fläche 18 zum zweiten Brennpunkt F2 des Reflektors 12 oder in dessen Nähe reflektiert wird. Die Sekundärlichtstrahlen werden von der Innenseite 20 der elliptischen Fläche 18 zur ebenen Reflexionsfläche 22 reflektiert, so dass sie ein zweites Mal nach vorne reflektiert werden, wodurch diese Reflexionsfläche 22 eine "Ablenk"-Funktion ausübt.

Eine Abbildung I1 der Projektion des durch die Einheit emittierten Lichtbündels beim Verlassen der Linse 16 ist in 9 schematisch dargestellt. Diese erste Funktion der Einheit entspricht insbesondere dem "Abblendlichtmodus" eines Kraftfahrzeugscheinwerfers.

Bei gleichzeitigem Einschalten der zweiten Lichtquelle 14' wird der größte Teil der von der Lichtquelle 14' emittierten Primärstrahlen R1' nach Reflexion an der Innenseite 20' der elliptischen Fläche 18' zu dem zweiten Brennpunkt F2 oder in dessen Nähe reflektiert. Diese an der Unterseite 22A des lichtdurchlässigen Teils 22' normalen Lichtstrahlen durchqueren dieses, von Verlusten durch die Glasreflexion an der Fläche 22A abgesehen, ohne Lichtverlust, und werden anschließend durch die Linse 16 über der Achse A-A reflektiert.

Eine Abbildung der Projektion des durch die Einheit emittierten Lichtbündels bei Verlassen der Linse 16 ist in 10 schematisch dargestellt. Zu der vorstehend genannten Abbildung I1 kommt eine Abbildung I2 hinzu. Diese zweite Funktion der Einheit entspricht insbesondere dem "Fernlichtmodus" eines Kraftfahrzeugscheinwerfers.

Angesichts der Lichtdurchlässigkeit des Teils 22' und der geringen, nicht sichtbaren Stärke seiner reflektierenden Beschichtung 24 werden die beiden betreffenden Abbildungen I1 und I2 nebeneinander liegend wahrgenommen und bilden ein einziges Lichtbündel.


Anspruch[de]
Beleuchtungseinheit (10) für einen ein Lichtbündel mit Hell-Dunkel-Grenze erzeugenden Kraftfahrzeugscheinwerfer, mit, allgemein entlang einer horizontalen optischen Längsachse (A-A) von hinten nach vorne angeordnet, zwei Ellipsoid-Reflektoren (12, 12'), die jeweils einen Reflexionsraum für Lichtstrahlen umgrenzen und jeweils eine im Wesentlichen elliptische Reflexionsfläche (20, 20') aufweisen, zwei Lichtquellen (14, 14'), die jeweils in der Nähe eines ersten Brennpunktes (F1, F1') eines jeden Reflektors (12, 12') angeordnet sind, und einer Sammellinse (16), deren Brennebene in der Nähe des zweiten Brennpunktes (F2) des ersten Reflektors (12) angeordnet ist, wobei der erste Reflektor auch eine ebene horizontale Reflexionsfläche (22) aufweist, deren Oberseite (24) reflektierend ist und die den Reflexionsraum des von der ersten Lichtquelle ausgesandten Lichtbündels senkrecht nach unten begrenzt und einen als Begrenzungsrand bezeichneten vorderen äußeren Rand (28) aufweist, der in der Nähe des zweiten Brennpunktes (F2) des Reflektors (12) angeordnet ist, wobei die ebene Fläche (22) des ersten Reflektors in einer horizontalen Ebene angeordnet ist, die allgemein durch die Brennpunkte (F1, F2) des ersten Reflektors (12) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lichtquelle derart angeordnet ist, dass nur zu dem zweiten Reflektor (12') ein Lichtbündel ausgesandt wird, wobei wenigstens eine der Lichtquellen (14, 14') aus einer Leuchtdiode gebildet ist Beleuchtungseinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Lichtquellen durch eine lichtundurchlässige Kappe (60) getrennt sind. Beleuchtungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Brennpunkte (F2, F2') des ersten und des zweiten Ellipsoid-Reflektors im Wesentlichen zusammenfallen. Beleuchtungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ebene horizontale Reflexionsfläche (22), deren Oberseite (24) reflektierend ist, aus einem mit einer reflektierenden Beschichtung versehenen, lichtdurchlässigen Teil (22') gebildet ist. Beleuchtungseinheit (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtdurchlässige Teil (22') eine kugelförmige Unterseite (22A) aufweist, die auf den zweiten Brennpunkt (F2') des zweiten Ellipsoid-Reflektors (18') zentriert ist. Beleuchtungseinheit (10) nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Wesentlichen elliptische Fläche (18, 20) des ersten Reflektors (12) durch einen Winkelsektor eines im Wesentlichen rotationsförmigen Teils um die optische Längsachse (A-A) gebildet ist, und dass dieser Winkelsektor senkrecht über der ebenen Fläche (22) des Reflektors (12) verläuft. Beleuchtungseinheit (10) nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Wesentlichen elliptische Fläche (18') des zweiten Reflektors (12') durch einen Winkelsektor eines im Wesentlichen rotationsförmigen Teils um eine als Drehachse (A'-A') bezeichnete Achse gebildet ist. Beleuchtungseinheit (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die optische Achse (A-A) und die Drehachse (A'-A') des zweiten Reflektors (12') schneiden. Beleuchtungseinheit (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die ebene Fläche des Reflektors sich von ihrem Begrenzungsrand wenigstens bis in die Nähe des ersten Brennpunkts (F1) des Reflektors (12) längs nach hinten erstreckt. Beleuchtungseinheit (10) nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem ersten Reflektor (12) zugeordnete Lichtquelle (14) in der Beleuchtungseinheit (10) derart angeordnet ist, dass ihre Lichtstreuungsachse (B-B) im Wesentlichen lotrecht zu der ebenen Fläche (22) des Reflektors (12) ist. Beleuchtungseinheit (10) nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Begrenzungsrand (28) der ebenen Fläche (22) des ersten Reflektors (12) in der horizontalen Ebene ein solchermaßen gekrümmtes Profil hat, dass er allgemein der Krümmung der Brennebene der Linse (16) folgt. Fahrzeugscheinwerfer (46), dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens eine Beleuchtungseinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst, die für eine doppelte Beleuchtungsfunktion bestimmt ist. Scheinwerfer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelfunktion die Beleuchtungsfunktion "Abblendlichtmodus" und die Beleuchtungsfunktion "Fernlichtmodus" umfasst.






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