(19)
(11)EP 3 974 710 A1

(12)EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43)Veröffentlichungstag:
30.03.2022  Patentblatt  2022/13

(21)Anmeldenummer: 20198393.9

(22)Anmeldetag:  25.09.2020
(51)Internationale Patentklassifikation (IPC): 
F21S 41/147(2018.01)
F21S 41/265(2018.01)
F21S 41/40(2018.01)
F21S 41/32(2018.01)
F21S 41/255(2018.01)
F21S 41/25(2018.01)
F21S 41/275(2018.01)
F21S 41/43(2018.01)
F21S 41/20(2018.01)
(52)Gemeinsame Patentklassifikation (CPC) :
F21S 41/147; F21S 41/265; F21S 41/40; F21S 41/255; F21W 2102/16
(84)Benannte Vertragsstaaten:
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR
Benannte Erstreckungsstaaten:
BA ME
Benannte Validierungsstaaten:
KH MA MD TN

(71)Anmelder: ZKW Group GmbH
3250 Wieselburg (AT)

(72)Erfinder:
  • Mandl, Bernhard
    3200 Ober-Grafendorf (AT)
  • Hölzl, Andreas
    3250 Wieselburg (AT)

(74)Vertreter: Patentanwaltskanzlei Matschnig & Forsthuber OG 
Biberstraße 22 Postfach 36
1010 Wien
1010 Wien (AT)

  


(54)BELEUCHTUNGSVORRICHTUNG FÜR EINEN KRAFTFAHRZEUGSCHEINWERFER


(57) Beleuchtungsvorrichtung (10) für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, welche Folgendes umfasst:
- ein erstes Lichtmodul (100) zur Erzeugung einer Lichtverteilung,
- eine Strahlenblende (300) mit einer Strahlenblende (300), welche eine optisch relevante Blendenkante (310) zur Erzeugung einer Hell-Dunkel-Grenze umfasst,
- eine Projektionslinse (400) mit einer optischen Achse (A), welche eingerichtet ist, das von dem ersten Lichtmodul (100) erzeugbare Licht vor der Beleuchtungsvorrichtung (10) abzubilden, wobei die Projektionslinse (400) als Fresnellinse ausgebildet ist, welche Fresnellinse einen Basiskörper (410) und mehrere an dem Basiskörper (410) angeordnete, ringförmige Stufen (420) umfasst, wobei jede Stufe (420) eine Hauptfläche (420a) zur Projektion der Lichtstrahlen des zumindest einen Lichtmoduls (100) vor die Beleuchtungsvorrichtung (10) und eine sich von dem Basiskörper (410) bis zur Hauptfläche (420a) erstreckende Steigungsfläche (420b) aufweist, wobei die Hauptfläche jeder Stufe gekrümmt ausgebildet ist und einen Brennpunkt aufweist, welcher Brennpunkt von der optischen Achse der Fresnellinse horizontal und/oder vertikal verschoben angeordnet ist, und wobei benachbarte Stufen voneinander unterschiedliche Brennpunkte aufweisen.




Beschreibung


[0001] Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, welche Beleuchtungsvorrichtung Folgendes umfasst:
  • zumindest ein erstes Lichtmodul mit zumindest einer Lichtquelle zur Erzeugung einer Lichtverteilung in Richtung einer Hauptabstrahlrichtung, wobei das Lichtmodul eingerichtet ist, Lichtstrahlen in eine Hauptabstrahlrichtung zu emittieren,
  • eine Projektionslinse mit einer optischen Achse, welche eingerichtet ist, das von dem ersten Lichtmodul erzeugbare Licht vor der Beleuchtungsvorrichtung abzubilden, wobei die Projektionslinse als Fresnellinse ausgebildet ist, welche Fresnellinse einen Basiskörper und mehrere an dem Basiskörper angeordnete, ringförmige Stufen umfasst, welche Stufen im Wesentlichen konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei jede Stufe eine Hauptfläche zur Projektion der Lichtstrahlen des zumindest einen Lichtmoduls vor die Beleuchtungsvorrichtung und eine sich von dem Basiskörper bis zur Hauptfläche erstreckende Steigungsfläche aufweist,
  • eine Strahlenblende, wobei die Strahlenblende eine optisch relevante Blendenkante zur Erzeugung einer Hell-Dunkel-Grenze umfasst, wobei die Blendenkante die optische Achse der Fresnellinse schneidet, und wobei das erste Lichtmodul an einer Oberseite der Strahlenblende angeordnet ist und in Kombination mit der optisch relevanten Blendenkante der Strahlenblende zur Erzeugung einer Lichtverteilung mitwirkt.


[0002] Weiters betrifft die Erfindung einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit zumindest einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung.

[0003] Eine Fresnellinse (genauer: Fresnel'sche Stufenlinse) ist eine optische Linse, die die Konstruktion großer und dicker Linsen mit kurzer Brennweite ohne das Gewicht und das Volumen herkömmlicher Linsen ermöglicht.

[0004] Die Verringerung des Volumens geschieht bei der Fresnellinse durch eine Aufteilung in ringförmige Bereiche. In jedem dieser Bereiche wird die Dicke verringert, so dass die Linse eine Reihe ringförmiger Stufen erhält. Da Licht nur an der Hauptfläche der Linse gebrochen wird, ist der Brechungswinkel nicht von der Dicke, sondern nur vom Winkel zwischen den beiden Oberflächen einer Linse abhängig. Deshalb behält die Linse ihre optischen Eigenschaften bei, obwohl die Bildqualität durch die Stufenstruktur beeinträchtigt wird, was aber in vielen Anwendungsfällen keine Rolle spielt. Beispiele hierfür sind Beleuchtungs-Strahlengänge bei Scheinwerfern aller Art.

[0005] Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Beleuchtungsvorrichtung bereitzustellen.

[0006] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Hauptfläche jeder Stufe gekrümmt ausgebildet ist und zumindest einen Brennpunkt aufweist, welcher Brennpunkt von der optischen Achse der Fresnellinse horizontal und/oder vertikal verschoben angeordnet ist, und wobei benachbarte Stufen voneinander unterschiedliche Brennpunkte aufweisen.

[0007] Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass je eine Stufe bzw. die Hauptfläche der Stufe mehrere Abschnitte aufweist, welche jeweils unterschiedliche Brennpunkte aufweisen können. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass - gesehen in einer Einbaulage der Beleuchtungsvorrichtung in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer - die obere Hälfte einer Stufe einen unterschiedlichen Brennpunkt zu einer unteren Hälfte der Stufe aufweist.

[0008] Bei einer Verteilung beispielsweise zweier Brennpunkte, einer oberhalb und einer unterhalb der optischen Achse in vertikaler Richtung bzw. der Blendenkante, werden zwei Lichtbilder erzeugt, welche zueinander in vertikaler Richtung versetzt zueinander angeordnet sind. Dasselbe gilt für Brennpunkte welche in horizontaler Richtung versetzt zueinander sind, dabei sind die Lichtbilder in horizontaler Richtung zueinander versetzt. Bei einer Überlappung der versetzten Lichtbilder übereinander entsteht eine Unschärfe, welche beim Kompensieren von Farbeffekten in der Hell-Dunkel-Grenze als auch bei Aufweichen der Hell-Dunkel-Grenze von Vorteil ist.

[0009] Dabei kann eine Verschiebung der Lichtverteilungen von ca. 1/10° bis mehreren Zehntel Grad in horizontaler und/oder vertikaler Richtung - gemessen an einem den gesetzlichen Rahmenbedingungen entsprechenden Messschirm (beispielsweise Messschirm im Sinne der ECE-Richtlinien) - vorgesehen sein.

[0010] Mit dem Begriff "optischer Achse" ist diejenige optische Achse gemeint, welche einerseits auch eine Symmetrieachse der Fresnellinse darstellt, also die Fresnellinse im Wesentlichen im Zentrum bzw. im Mittelpunkt schneidet.

[0011] Generell beziehen sich im Weiteren die Begriffe hinsichtlich eines Ortes oder einer Orientierung, wie beispielsweise "horizontal", "vertikal", "in horizontaler Richtung", "in vertikaler Richtung", "oben", "unten", "vorne", "hinten", "darunter", "darüber" etc. auf eine ordnungsgemäße Einbaulage des gegenständlichen Projektionsmoduls in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer.

[0012] Ferner sei darauf hingewiesen, dass die Formulierung "horizontal und/oder vertikal verschoben angeordnet" eine Verschiebung in einer Horizontalebene bzw. einer Vertikalebene einschließt, d.h. die Brennpunkte können auch entlang bzw. in Richtung der optischen Achse verschoben angeordnet sein.

[0013] Es kann vorgesehen sein, dass die Strahlenblende eine Längsachse aufweist, wobei die Längsachse der Strahlenblende in einem eingebauten Zustand der Beleuchtungsvorrichtung in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer in einer Horizontalebene angeordnet ist, und wobei die optisch relevante Blendenkante eingerichtet ist eine asymmetrische Hell-Dunkel-Grenze zu erzeugen, und wobei das erste Lichtmodul in Kombination mit der optisch relevanten Blendenkante der Strahlenblende zur Erzeugung einer Abblendlichtverteilung mitwirkt.

[0014] Es kann vorgesehen sein, dass die Beleuchtungsvorrichtung zumindest ein zweites Lichtmodul mit zumindest einer Lichtquelle zur Erzeugung einer Fernlichtverteilung umfasst.

[0015] Die Abblendlichtverteilung und die beispielsweise zugeschaltete Fernlichtverteilung bilden eine Gesamtlichtverteilung, wobei ein möglich auftretender Spaltabstand zwischen diesen Lichtverteilungen aufgrund der verschobenen Brennpunkte ebenfalls unscharf projiziert wird, wodurch der entstehende Spalt zwischen Abblendlichtverteilung und Fernlichtverteilung geschlossen wird.

[0016] Es kann vorgesehen sein, dass das zweite Lichtmodul an einer Unterseite der Strahlenblende angeordnet ist.

[0017] Es kann vorgesehen sein, dass die Hauptfläche der Stufen konvex oder konkav ausgebildet ist.

[0018] Es kann vorgesehen sein, dass die Hauptfläche und die Steigungsfläche einer Stufe in einer gemeinsamen Flächenschnittlinie eine Stufenkante ausbilden, wobei die Stufenkanten von benachbarten Stufenkanten einen Abstand kleiner als 20 µm, vorzugsweise kleiner als 10 µm, vorzugsweise kleiner als 5 µm, aufweisen.

[0019] Die Aufgabe wird ebenso durch einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit zumindest einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung gelöst.

[0020] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von beispielhaften Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer beispielhaften Beleuchtungsvorrichtung mit einer als Fresnellinse ausgebildeten Projektionslinse, wobei die Fresnellinse mehrere im Wesentlichen zueinander konzentrische Stufen umfasst, und

Fig. 2 eine Querschnittansicht einer Stufe der Fresnellinse aus Fig. 1.



[0021] Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Beleuchtungsvorrichtung 10 für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, welche Beleuchtungsvorrichtung ein erstes Lichtmodul 100 mit zumindest einer Lichtquelle zur Erzeugung einer Abblendlichtverteilung in Richtung einer Hauptabstrahlrichtung umfasst, wobei das erste Lichtmodul 100 eingerichtet ist, Lichtstrahlen in eine Hauptabstrahlrichtung zu emittieren.

[0022] Ferner umfasst die Beleuchtungsvorrichtung 10 eine Projektionslinse 300 mit einer optischen Achse A, welche Projektionslinse 300 eingerichtet ist, das von dem ersten Lichtmodul 100 erzeugbare Licht vor der Beleuchtungsvorrichtung 10 abzubilden, wobei die Projektionslinse 300 als Fresnellinse ausgebildet ist.

[0023] Die Fresnellinse umfasst einen Basiskörper 310 und mehrere an dem Basiskörper 310 angeordnete, ringförmige Stufen 320, welche Stufen 320 im Wesentlichen konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei jede Stufe 320 eine Hauptfläche 320a zur Projektion der Lichtstrahlen des zumindest einen Lichtmoduls 100 vor die Beleuchtungsvorrichtung 10 und eine sich von dem Basiskörper 310 bis zur Hauptfläche 320a erstreckende Steigungsfläche 320b aufweist, wie in Fig. 2 deutlicher zu sehen ist.

[0024] Überdies bilden die Hauptfläche 320a und die Steigungsfläche 320b einer Stufe 320 in einer gemeinsamen Flächenschnittlinie eine Stufenkante 320c aus, wobei die Stufenkanten 320c von benachbarten Stufenkanten 320c einen Abstand kleiner als 20 µm, vorzugsweise kleiner als 10 µm, vorzugsweise kleiner als 5 µm, aufweisen.

[0025] Weiter umfasst die Beleuchtungsvorrichtung 10 eine Strahlenblende 400 mit einer Längsachse, wobei die Längsachse der Strahlenblende 400 in einem eingebauten Zustand der Beleuchtungsvorrichtung 100 in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer in einer Horizontalebene angeordnet ist, wobei die Strahlenblende 400 eine optisch relevante Blendenkante 410 zur Erzeugung einer asymmetrischen Hell-Dunkel-Grenze umfasst, wobei die Blendenkante 410 die optische Achse A der Fresnellinse schneidet.

[0026] Das erste Lichtmodul 100 ist dabei an einer Oberseite der Strahlenblende angeordnet ist und in Kombination mit der optisch relevanten Blendenkante 410 der Strahlenblende 400 zur Erzeugung einer Abblendlichtverteilung mitwirkt.

[0027] Generell beziehen sich im Weiteren die Begriffe hinsichtlich eines Ortes oder einer Orientierung, wie beispielsweise "horizontal", "vertikal", "in horizontaler Richtung", "in vertikaler Richtung", "oben", "unten", "vorne", "hinten", "darunter", "darüber" etc. auf eine ordnungsgemäße Einbaulage der gegenständlichen Beleuchtungsvorrichtung in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer.

[0028] Die Hauptfläche 320a jeder Stufe 320 ist gekrümmt ausgebildet und weist jeweils einen Brennpunkt F1, F2, F3, F4 auf, welcher Brennpunkt F1, F2, F3, F4 von der optischen Achse A der Fresnellinse horizontal und/oder vertikal verschoben angeordnet ist, und wobei benachbarte Stufen 320 voneinander unterschiedliche Brennpunkte F1, F2, F3, F4 aufweisen.

[0029] Wie in Fig. 1 zu sehen ist, ist der äußersten Stufe der Fresnellinse ein Brennpunkt F1, der nächst innenliegenden Stufe ein Brennpunkt F2 usw. zugeordnet.

[0030] Die gekrümmten Hauptflächen 320a der Stufen können konvex oder konkav ausgebildet sein; in Fig. 2 ist die beispielhafte Stufe mit einer konvexen Hauptfläche 320a ausgebildet.

[0031] Ferner umfasst die beispielhafte Beleuchtungsvorrichtung aus Fig. 1 ein zweites Lichtmodul 200 mit zumindest einer Lichtquelle zur Erzeugung einer Fernlichtverteilung, wobei das zweite Lichtmodul 200 an einer Unterseite der Strahlenblende 400 angeordnet ist.
LISTE DER BEZUGSZEICHEN
Beleuchtungsvorrichtung... 10
Erstes Lichtmodul... 100
Zweites Lichtmodul... 200
Projektionslinse ... 300
Basiskörper ... 310
Stufe... 320
Hauptfläche... 320a
Steigungsfläche ... 320b
Stufenkante .... 320c
Strahlenblende... 400
Blendenkante... 410
Brennpunkt... F1, F2, F3, F4



Ansprüche

1. Beleuchtungsvorrichtung (10) für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, welche Beleuchtungsvorrichtung (10) Folgendes umfasst:

- zumindest ein erstes Lichtmodul (100) mit zumindest einer Lichtquelle zur Erzeugung einer Lichtverteilung in Richtung einer Hauptabstrahlrichtung, wobei das erste Lichtmodul (100) eingerichtet ist, Lichtstrahlen in eine Hauptabstrahlrichtung zu emittieren,

- eine Projektionslinse (300) mit einer optischen Achse (A), welche Projektionslinse (300) eingerichtet ist, das von dem ersten Lichtmodul (100) erzeugbare Licht vor der Beleuchtungsvorrichtung (10) abzubilden, wobei die Projektionslinse (300) als Fresnellinse ausgebildet ist, welche Fresnellinse einen Basiskörper (310) und mehrere an dem Basiskörper (310) angeordnete, ringförmige Stufen (320) umfasst, welche Stufen (320) im Wesentlichen konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei jede Stufe (320) eine Hauptfläche (320a) zur Projektion der Lichtstrahlen des zumindest einen Lichtmoduls (100) vor die Beleuchtungsvorrichtung (10) und eine sich von dem Basiskörper (310) bis zur Hauptfläche (320a) erstreckende Steigungsfläche (320b) aufweist,

- eine Strahlenblende (400), wobei die Strahlenblende (400) eine optisch relevante Blendenkante (410) zur Erzeugung einer Hell-Dunkel-Grenze umfasst, wobei die Blendenkante (410) die optische Achse (A) der Fresnellinse schneidet, und wobei das erste Lichtmodul (100) an einer Oberseite der Strahlenblende angeordnet ist und in Kombination mit der optisch relevanten Blendenkante (410) der Strahlenblende (400) zur Erzeugung einer Lichtverteilung mitwirkt,

dadurch gekennzeichnet, dass
die Hauptfläche (320a) jeder Stufe (320) gekrümmt ausgebildet ist und zumindest einen Brennpunkt (F1, F2, F3, F4) aufweist, welcher Brennpunkt (F1, F2, F3, F4) von der optischen Achse (A) der Fresnellinse horizontal und/oder vertikal verschoben angeordnet ist, und wobei benachbarte Stufen (320) voneinander unterschiedliche Brennpunkte (F1, F2, F3, F4) aufweisen.
 
2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlenblende eine Längsachse aufweist, wobei die Längsachse der Strahlenblende (400) in einem eingebauten Zustand der Beleuchtungsvorrichtung (100) in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer in einer Horizontalebene angeordnet ist, und wobei die optisch relevante Blendenkante eingerichtet ist eine asymmetrische Hell-Dunkel-Grenze zu erzeugen, und wobei das erste Lichtmodul (100) in Kombination mit der optisch relevanten Blendenkante (410) der Strahlenblende (400) zur Erzeugung einer Abblendlichtverteilung mitwirkt.
 
3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungsvorrichtung (10) zumindest ein zweites Lichtmodul (200) mit zumindest einer Lichtquelle zur Erzeugung einer Fernlichtverteilung umfasst.
 
4. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lichtmodul (200) an einer Unterseite der Strahlenblende (400) angeordnet ist.
 
5. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptfläche (320a) der Stufen (320a) konvex oder konkav ausgebildet ist.
 
6. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptfläche (320a) und die Steigungsfläche (320b) einer Stufe (320) in einer gemeinsamen Flächenschnittlinie eine Stufenkante (320c) ausbilden, wobei die Stufenkanten (320c) von benachbarten Stufenkanten (320c) einen Abstand kleiner als 20 µm aufweisen, vorzugsweise kleiner als 10 µm, vorzugsweise kleiner als 5 µm.
 
7. Kraftfahrzeugscheinwerfer mit zumindest einer Beleuchtungsvorrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.
 




Zeichnung







Recherchenbericht









Recherchenbericht