Beschreibung
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeugscheinwerfer nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
[0002] Ein solcher Kraftfahrzeugscheinwerfer weist wenigstens eine Halbleiterlichtquelle
und eine eine Ausbreitungsrichtung des Lichtes innerhalb des Scheinwerfers beeinflussende
Optik mit einer ersten Projektionslinse auf, die eine Hauptfläche aufweist. Dabei
ist die Halbleiterlichtquelle in einem Brennpunkt der ersten Projektionslinse angeordnet,
und der Scheinwerfer ist dazu eingerichtet, eine Lichtverteilung mit einem hellen
Bereich und einem durch eine horizontal verlaufende Hell-Dunkel-Grenze von dem hellen
Bereich getrennten dunklen Bereich zu erzeugen. Der Scheinwerfer weist eine optische
Achse auf, die einen zentralen Punkt der Hell-Dunkel-Grenze mit der Halbleiterlichtquelle
verbindet.
[0003] Unter einer Hauptfläche wird dabei eine gedanklich konstruierte Fläche verstanden,
an der das Licht so gebrochen wird, wie an der realen Linse. Dies wird weiter unten
unter Bezug auf die Figur 1 noch näher erläutert.
[0004] Ein solcher Kraftfahrzeugscheinwerfer ist per se bekannt. Mittlerweile finden zunehmend
Leuchteinheiten in Fahrzeugscheinwerfern Anwendung, die zumeist aus mehreren Halbleiterlichtquellen
mittels Projektions- oder Reflexionsoptiken Abblendlicht- oder Fernlichtverteilungen
erzeugen. Halbleiterlichtquellen sind insbesondere LEDs, also Leuchtdioden (LED =
Licht emittierende Diode). In dieser Anmeldung werden auch Anordnungen aus mehreren
LEDs als Halbleiterlichtquelle bezeichnet. Für Kraftfahrzeugscheinwerfer werden heute
meist LEDs mit einer rechteckigen oder quadratischen Lichtaustrittsfläche mit einer
Kantenlänge von 0,5 mm bis 2 mm, insbesondere mit einer Kantenlänge von 1 mm verwendet.
Im Gegensatz zu Gasentladungslampen weisen Halbleiterlichtquellen noch vergleichsweise
geringe Lichtströme und Leuchtdichten auf, so dass die Abblendlicht- und Fernlicht-Lichtverteilungen
bei LED-Scheinwerfern in der Regel aus mehreren Lichtmodulen gebildet werden.
[0005] Zur Darstellung einer Abblendlichtfunktion werden meist mindestens zwei Lichtverteilungen
kombiniert: Eine Grundlicht-Lichtverteilung und eine Abblendlicht-Spot-Lichtverteilung.
Dabei erzeugt ein Abblendlicht-Spot-Lichtmodul die Reichweite, also die Bereiche direkt
an der Hell-Dunkel-Grenze, während das Grundlichtmodul die Seitenausleuchtung sowie
den Bereich unmittelbar vor dem Fahrzeug (Fahrzeugvorfeld) ausleuchtet. Die Lichtverteilung
des Grundlichtmoduls besitzt eine weitgehend horizontale Hell-Dunkel-Grenze und eine
breite Seitenausleuchtung sowie einen weichen vertikalen Auslauf bis dicht vor das
Fahrzeug. Damit entspricht die Grundlicht-Lichtverteilung weitgehend der Lichtverteilung
eines Nebelscheinwerfers.
[0006] Man kennt heute verschiedene Bauformen von LED-Grundlichtmodulen. In der Regel werden
Reflexions-und Projektionssysteme verwendet, wobei die Projektionssysteme mindestens
eine Lichtquelle mit mindestens einer Primäroptik aufweisen, die ein Zwischenbild
in der Brennebene mindestens einer Projektionslinse erzeugen. Meist wird das Zwischenbild
über eine Blende in der Brennebene der Projektionslinse begrenzt, um auf diese Weise
eine besonders scharfe Hell-Dunkel-Grenze zu erhalten.
[0007] Ferner sind Reflexions-Grundlichtmodule bekannt, bei denen das Lichtbündel der LED-Lichtquelle
von einer frei geformten, meist facettierten Reflektorfläche in gewünschter Weise
geformt wird.
[0008] Nachteilig ist, dass sowohl Reflektoren wie Projektoren relativ groß bauen. Insbesondere
müssen Reflexionssysteme sehr groß ausgeführt werden, um eine gute Effizienz und akzeptable
Reichweiten und/oder Beleuchtungsstärken zu erhalten. Bei Projektionssystemen, die
aufgrund der Verwendung eines Zwischenbildes eine 2-stufige Abbildung vorsehen, ist
häufig die daraus resultierende große Baulänge problematisch.
[0009] Halbleiterlichtquellen sind typischerweise Halbraumstrahler. Aufgrund der typischen
Abstrahlcharakteristik in den Halbraum sowie begünstigt durch die scharfe Begrenzung
der Halbleiterlichtquelle (durch die gerade berandeten LED-Chips), würden sich auch
direkt abbildende (also ohne Bildung eines Zwischenbildes einstufig abbildende) Projektionssysteme
anbieten, bei denen das Licht aus der Halbleiterlichtquelle durch eine astigmatische
Linse direkt auf die Fahrbahn projiziert wird: Dabei liegt die Halbleiterlichtquelle
direkt in der Brennebene der astigmatischen Linse, wodurch Raum und Kosten für Primäroptik
und Zwischenbildebene eingespart werden können.
[0010] Neben den geringeren erzielbaren Beleuchtungsstärken ist hier nachteilig, dass nach
Wegfall der Primäroptik nun die Projektionslinse die gesamte Lichtverteilung formen
muss. Hierbei ergeben sich vielfache Restriktionen und Probleme.
[0011] Dabei sind insbesondere die folgenden Forderungen zu erfüllen: Es sollen hohe Beleuchtungsstärken
an der Hell-Dunkel-Grenze erzielt werden, wobei gleichzeitig die Beleuchtungsstärke
weich und gleichförmig in Richtung Fahrzeugvorfeld auslaufen soll. Es soll ein hoher
Wirkungsgrad und gleichzeitig eine hohe Reichweite und eine hohe Beleuchtungsstärke
erreicht werden. Die Lichtaustrittsfläche soll klein gehalten werden.
[0012] Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Kraftfahrzeugscheinwerfer
bereitzustellen, der sich durch ein effizientes, kompaktes Lichtmodul auszeichnet,
das durch Abbildung einer Halbleiterlichtquelle Abblendlicht-Lichtverteilungen erzeugen
kann, insbesondere eine Grundlicht- oder Nebellicht-Lichtverteilung. Dabei soll das
erfindungsgemäße Projektionssystem hohe Beleuchtungsstärken unmittelbar an der Hell-Dunkel-Grenze
gewährleisten und gleichzeitig weit reichende Lichtverteilungen bereitstellen, die
an seitlichen und unteren Rändern der Lichtverteilung gleichmäßig zu kleineren Beleuchtungsstärken
auslaufen, so dass eine homogene Ausleuchtung des Fahrzeugvorfeldes gewährleistet
ist. Für das Gesamtsystem ist ein möglichst hoher optischer Wirkungsgrad anzustreben.
[0013] Diese Aufgabe wird mit einem Kraftfahrzeugscheinwerfer gelöst, der die Merkmale des
Anspruchs 1 aufweist. Ein solcher Kraftfahrzeug-Scheinwerfer weist die eingangs genannten
Merkmale aus und zeichnet sich zusätzlich dadurch aus, dass die erste Projektionslinse
gegenüber der optischen Achse so geneigt angeordnet ist, dass in einem radialen Abstand
von der optischen Achse oberhalb der optischen Achse liegende Punkte der Hauptfläche
der ersten Projektionslinse in Richtung der optischen Achse einen axialen Abstand
zu der Halbleiterlichtquelle aufweisen, der sich von einem axialen Abstand unterscheidet,
den im gleichen radialen Abstand von der optischen Achse unterhalb der optischen Achse
liegende Punkte der Hauptfläche der ersten Projektionslinse aufweisen.
[0014] Die Neigung der Hauptfläche beträgt bevorzugt 8° bis 20°. Durch die starke Neigung
ergeben sich unterschiedliche Linsenzonen mit unterschiedlichen Abbildungsmaßstäben.
Die der Lichtquelle am nächsten liegenden Linsenzonen erzeugen große Bilder der Lichtquelle,
weit entfernte Linsenzonen erzeugen kleine Bilder. Die großen Bilder werden bevorzugt
für die Bereiche der Lichtverteilung verwendet, in denen große Ausdehnungen und kleine
Beleuchtungsstärken gefordert sind, beispielsweise im Fahrzeugvorfeld. Mit nahe beabstandeten
Linsenzonen lässt sich viel Lichtstrom auffangen und somit ein guter optischer Wirkungsgrad
erreichen. Kleine Lichtquellenbilder aus weit beabstandeten Linsenzonen eignen sich
gut zur Erzeugung von Reichweite direkt an der Hell-Dunkel-Grenze - bei geringerem
optischem Wirkungsgrad.
[0015] Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Projektionslinse
eine Lichteintrittsfläche aufweist und dazu eingerichtet ist, auf die Lichteintrittsfläche
einfallendes Licht der Halbleiterlichtquelle direkt in die Lichtverteilung zu richten
und dass in einem radialen Abstand von der optischen Achse oberhalb der optischen
Achse liegende Punkte der Hauptfläche der ersten Projektionslinse in Richtung der
optischen Achse einen kleineren axialen Abstand zu der Halbleiterlichtquelle aufweisen
als im gleichen radialen Abstand von der optischen Achse unterhalb der optischen Achse
liegende Punkte der Hauptfläche.
[0016] Bevorzugt ist auch, dass die Materialstärke der ersten Projektionslinse in einem
zentralen Bereich der Linse maximal ist und zu den Rändern der ersten Projektionslinse
hin abnimmt.
[0017] Ferner ist bevorzugt, dass die erste Projektionslinse als Konkav-Konvex-Linse mit
einer konkaven Lichteintrittsfläche und einer konvexen Lichtaustrittsfläche realisiert
ist.
[0018] Bevorzugt ist auch, dass ein Verlauf der Brennweite der ersten Projektionslinse in
einer zum Horizont parallelen Ebene von einem Verlauf der Brennweite der ersten Projektionslinse
in einer zum Horizont rechtwinkligen vertikalen Ebene abweicht.
[0019] Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Projektionslinse
in einer zum Horizont parallel verlaufenden Richtung einen bi-konvexen Querschnitt
und in einer zum Horizont rechtwinkligen Vertikalrichtung einen konkav-konvexen Querschnitt
aufweist.
[0020] Bevorzugt ist auch, dass der Abstand der Halbleiterlichtquelle von der ersten Projektionslinse
der Brennweite der ersten Projektionslinse in der zum Horizont rechtwinkligen Vertikalrichtung
entspricht.
[0021] Ferner ist bevorzugt, dass die Optik zusätzlich zur ersten Projektionslinse eine
Sammellinse aufweist, die zwischen der Halbleiterlichtquelle und der ersten Projektionslinse
angeordnet ist.
[0022] Bevorzugt ist auch, dass die zusätzliche Sammellinse eine Fresnel-Linse ist.
[0023] Bevorzugt ist ferner, dass die Optik zusätzlich zur ersten Projektionslinse einen
Reflektor aufweist, der zwischen der Halbleiterlichtquelle und der ersten Projektionslinse
angeordnet und dazu eingerichtet ist, von der Halbleiterlichtquelle ausgehendes Licht
durch an wenigstens einer optischen Fläche des Reflektors auftretende Reflexionen
so auf die Lichteintrittsfläche der Optik zu richten, dass dieses Licht so aus neben
der Halbleiterlichtquelle liegenden Bereichen zu kommen scheint, dass die leuchtende
Fläche der Halbleiterlichtquelle in vertikaler Richtung und/oder in horizontaler Richtung
virtuell erweitert wird, das heißt vergrößert erscheint.
[0024] Eine weitere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass eine reflektierende Fläche
des Reflektors als metallische Beschichtung einer formgebenden Struktur des Reflektors
realisiert ist.
[0025] Alternativ oder ergänzend ist bevorzugt, dass eine reflektierende Fläche des Reflektors
als weiße oder diffus reflektierende Fläche realisiert ist.
[0026] Die weiße oder diffus reflektierende Fläche des Reflektors weist bevorzugt eine Titandioxid,
Zinkoxid, Zinksulfid, Calciumcarbonat, Bleicarbonat, Bariumsulfat oder andere Weißpigmente
enthaltende Schicht auf.
[0027] Eine weitere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Reflektor ein transparenter
Festkörper ist, an dessen Reflexionsfläche Licht der Halbleiterlichtquelle interne
Totalreflexionen erfährt.
[0028] Bevorzugt ist auch, dass der Reflektor Umlenkprismen aufweist, die jeweils optisch
wirksame Flächen in Form einer brechenden Lichteintrittsfläche, einer brechenden Lichtaustrittsfläche,
sowie mindestens einer Reflexionsfläche aufweisen, an der Licht der Halbleiterlichtquelle
interne Totalreflexionen erfährt.
[0029] Dabei ist bevorzugt, dass wenigstens eine der optisch wirksamen Flächen eine konvexe
oder konkave Wölbung aufweist.
[0030] Bevorzugt ist auch, dass der Kraftfahrzeugscheinwerfer eine unmittelbar an der Halbleiterlichtquelle
angeordnete Blende mit einer Blendenkante aufweist, die ein von der Halbleiterlichtquelle
ausgehendes Lichtbündel scharf begrenzt.
[0031] Ferner ist bevorzugt, dass die Halbleiterlichtquelle mehrere Licht emittierende Halbleiterchips
aufweist.
[0032] Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die mehreren
Halbleiterchips unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
[0033] Ferner ist bevorzugt, dass der Kraftfahrzeugscheinwerfer zusätzlich zu der ersten
Projektionslinse eine im Lichtweg hinter der ersten Projektionslinse angeordnete zweite
Projektionslinse aufweist und dazu eingerichtet ist, von der Halbleiterlichtquelle
ausgehendes Licht mit der ersten Projektionslinse in einen Bereich zu bündeln, der
im Abstand einer Brennweite von der zweiten Projektionslinse entfernt zwischen der
ersten Projektionslinse und der zweiten Projektionslinse liegt und dass der Scheinwerfer
ferner dazu eingerichtet ist, die Lichtverteilung als mittels der zweiten Projektionslinse
vermittelte Abbildung eines Zwischenbildes zu erzeugen, das aus dem in den Bereich
gebündelten Licht entsteht.
[0034] Bevorzugt ist auch, dass der Kraftfahrzeugscheinwerfer dazu eingerichtet ist, das
Zwischenbild durch Begrenzen des in den Bereich gebündelten Lichtes durch wenigstens
eine Blende und/oder einen Spiegel entstehen zu lassen.
[0035] Ferner ist bevorzugt, dass die erste Projektionslinse und/oder die Sammellinse und/oder
die zweite Projektionslinse und/oder der Reflektor auf einer optisch wirksamen Fläche,
sei es eine Lichteintrittsfläche und/oder eine Lichtaustrittsfläche einer Linse oder
eine Reflexionsfläche des Reflektors, Licht in verschiedene Richtungen streuende Strukturen
aufweist.
[0036] Bevorzugt ist auch, dass die streuenden Strukturen der optisch wirksamen Fläche eine
wellige Gestalt verleihen. Ferner ist bevorzugt, dass die streuenden Strukturen eine
Form von vertikal angeordneten Zylinderabschnitten aufweisen.
Zeichnungen
[0037] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen
dabei durchgehende gleiche oder zumindest ihrer Hauptfunktion nach gleiche Elemente.
Dabei zeigen, jeweils in schematischer Form:
- Figur 1
- eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfers
zusammen mit einer Lichtverteilung;
- Figur 2
- eine perspektivische Darstellung einer Anordnung einer Projektionslinse und einer
Halbleiterlichtquelle des Scheinwerfers aus der Figur 1;
- Figur 3
- eine Vorderansicht des Gegenstands der Figur 2 mit verschiedenen Schnittebenen;
- Figur 4
- einen Vertikalschnitt des Gegenstands der Figur 2;
- Figur 5
- einen Horizontalschnitt des Gegenstands der Figur 2;
- Figur 6
- einen Vertikalschnitt einer Anordnung einer Halbleiterlichtquelle und einer Projektionslinse
eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zusammen mit einer resultierenden Lichtverteilung;
- Figur 7
- einen Vertikalschnitt einer Anordnung einer Halbleiterlichtquelle und einer Projektionslinse
eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung zusammen mit einer resultierenden
Lichtverteilung;
- Figur 8
- eine Ausgestaltung des Gegenstands der Figur 7;
- Figur 9
- einen Vertikalschnitt einer Anordnung einer Halbleiterlichtquelle, einer Projektionslinse
und eines Zusatzreflektors;
- Figur 10
- eine Halbleiterlichtquelle mit einer Zusatzblende;
- Figur 11
- einen Vertikalschnitt durch Elemente eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Kraftfahrzeugscheinwerfers; und
- Figur 12
- eine Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels aus der Figur 11.
[0038] Im Einzelnen zeigt die Figur 1a einen
Kraftfahrzeugscheinwerfer 10 mit wenigstens einer Halbleiterlichtquelle 12 und einer
eine Ausbreitung von Licht der Halbleiterlichtquelle 12 innerhalb des Scheinwerfers
10 beeinflussenden Optik 14. Die Optik 14 weist eine erste Projektionslinse 16 mit
einer Hauptfläche 18 auf. Die Halbleiterlichtquelle 12 ist in einem Brennpunkt der
ersten Projektionslinse 16 angeordnet. Der Scheinwerfer 10 ist dazu eingerichtet,
die in Figur 1b dargestellte Lichtverteilung 20 zu erzeugen.
[0039] Die Lichtverteilung 20 zeichnet sich durch einen hellen Bereich 22 und einen dunklen
Bereich 24 aus, der von dem hellen Bereich 22 durch eine Hell-Dunkel-Grenze 26 getrennt
ist. Die horizontal verlaufende Linie H repräsentiert dabei die Lage des Horizonts
bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung des Kraftfahrzeugscheinwerfers 10 in einem
Kraftfahrzeug. Die Linie V entspricht einer Vertikalen, die bei einer bestimmungsgemäßen
Verwendung rechtwinklig zur Horizontalen H angeordnet ist. Der helle Bereich 22 der
Lichtverteilung 20 liegt knapp unterhalb des Horizontes H und weist in horizontaler
Richtung eine wesentliche größere Erstreckung als in vertikaler Richtung auf. Eine
solche Lichtverteilung ist für eine Abblendlicht- und/oder Grundlicht-Lichtverteilung
typisch.
[0040] Bei dem Ausführungsbeispiel, das in der Figur 1 dargestellt ist, wird die Lichtverteilung
20 durch direkte Abbildung der Lichtaustrittsfläche der Halbleiterlichtquelle 12 erzeugt,
wobei die erste Projektionslinse 16 ein Bild der Halbleiterlichtquelle 12 direkt in
das weit vor dem Kraftfahrzeugscheinwerfer 10 liegende Vorfeld projiziert. In einer
Ausgestaltung weist der Kraftfahrzeugscheinwerfer 10 weitere Halbleiterlichtquellen
und gegebenenfalls weitere Optiken 14 auf, die der Grundlicht-Lichtverteilung 20 weitere
Teillicht-Lichtverteilungen überlagern, zum Beispiel Spot-Lichtverteilungen, um eine
den jeweiligen Verkehrsverhältnissen angepasste Gesamtlichtverteilung zu erzeugen.
Eine optische Achse 28 des Kraftfahrzeugs verläuft zwischen der Halbleiterlichtquelle
12 und einem zentralen Punkt 30 der Hell-Dunkel-Grenze 26. Der zentrale Punkt 30 liegt
daher bevorzugt im Kreuzungspunkt der Vertikalen V und der Horizontalen H oder knapp
darunter.
[0041] Der Kraftfahrzeugscheinwerfer 10 zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Projektionslinse
16 gegenüber der optischen Achse 28 so geneigt angeordnet ist, dass in einem radialen
Abstand r von der optischen Achse 28 oberhalb der optischen Achse 28 liegende Punkte
32 der Hauptfläche 18 der ersten Projektionslinse 16 in Richtung der optischen Achse
28 einen axialen Abstand d_32 zu der Halbleiterlichtquelle 12 aufweisen, der sich
von einem Abstand d_34 unterscheidet, den ein im gleichen radialen Abstand r von der
optischen Achse 28 unterhalb der optischen Achse 28 liegender Punkt 34 der Hauptfläche
18 der ersten Projektionslinse 16 aufweist.
[0042] Die Hauptfläche ist eine gedankliche Konstruktion, die auf die folgende Weise erzeugt
wird. Man betrachtet einen auf eine Lichteintrittsfläche 52 der ersten Projektionslinse
16 einfallenden Strahl 50, 52 und den jeweils zugehörigen, aus der Lichtaustrittsfläche
54 der ersten Projektionslinse 16 austretenden Strahl 56, 58. Die Richtung des austretenden
Strahls 56, 58 unterscheidet sich aufgrund der beim Eintritt und beim Austritt aus
der ersten Projektionslinse 16 durch Brechung auftretenden Richtungsänderungen von
der Richtung des austretenden Strahls 56, 58. Für die gedankliche Konstruktion der
Hauptfläche 18 wird diese zweimalige Richtungsänderung gedanklich durch eine einzige
Richtungsänderung ersetzt, die innerhalb der Linse in einem Punkt erfolgt, in dem
sich der eintretende Strahl 50, 52 und der zugehörige austretende Strahl 56, 58 schneiden
würden, wenn an der Lichteintrittsfläche 48 und an der Lichtaustrittsfläche 54 keine
Richtungsänderung erfolgen würde. Die Menge aller möglichen Schnittpunkte, die sich
für verschiedene Lichtstrahlen ergeben, bildet die Hauptebene 18 der ersten Projektionslinse
16. Erfindungsgemäß ist die Hauptfläche 18 der ersten Projektionslinse 16 gegenüber
der optischen Achse 28 so geneigt angeordnet, dass sich die axialen Abstände d_32
und d_34 von in gleichem radialen Abstand r oberhalb und unterhalb der optischen Achse
28 liegenden Punkten 32 und 34 der Hauptfläche 18 wesentlich voneinander unterscheiden.
[0043] In der Ausgestaltung, die in der Figur 1 dargestellt ist, weisen in einem radialen
Abstand r von der optischen Achse 28 oberhalb der optischen Achse 28 liegende Punkte
32 der Hauptfläche 18 einen kleineren axialen Abstand d_32 zu der Halbleiterlichtquelle
12 auf, als im gleichen radialen Abstand r von der optischen Achse 28 unterhalb der
optischen Achse 28 liegende Punkte 34 der Hauptfläche 18, die einen axialen Abstand
d_34 zur Lichtquelle 12 aufweisen. Dabei erstrecken sich axiale Abstände parallel
zur optischen Achse 28 und radiale Abstände erstrecken sich rechtwinklig zur optischen
Achse 28.
[0044] Die Halbleiterlichtquelle 12 besteht aus einem oder mehreren Halbleiterchips, die
gemeinsam oder auch getrennt voneinander ein- und ausgeschaltet werden können. In
dieser Anmeldung werden insbesondere Ausgestaltungen mit fünf Halbleiterchips vorgestellt.
Es versteht sich aber, dass die Zahl der Halbleiterchips auch kleiner oder größer
als fünf sein kann und dass die Halbleiterchips nicht nur, wie in hier erläuterten
Ausgestaltungen, in einer einzelnen Zeile angeordnet sein müssen. Die Chips können
vielmehr auch matrixartig in Zeilen und Spalten oder in einer anderen, bevorzugt regelmäßigen
Anordnung auf dem Schaltungsträger 36 montiert sein.
[0045] Der Schaltungsträger 36 ist bevorzugt eine starre oder flexible Leiterplatte, auf
der die Halbleiterchips der Halbleiterlichtquelle 12 befestigt sind und durch die
die Halbleiterchips elektrisch kontaktiert werden. Darüber hinaus ist der Schaltungsträger
36 dazu eingerichtet, die beim Betrieb der Halbleiterlichtquelle 12 entstehende elektrische
Verlustwärme aufzunehmen und an einen thermisch mit dem Schaltungsträger 36 gekoppelten
Kühlkörper 38 weiterzuleiten, der die Verlustwärme an die Umgebungsluft abgibt.
[0046] Die Montage der Halbleiterlichtquelle 12 im Scheinwerfer 10 erfolgt relativ zur ersten
Projektionslinse 16 bevorzugt so, dass die Lichtaustrittsfläche der Halbleiterlichtquelle
12 in einer Petzval-Fläche 40 der ersten Projektionslinse 16 liegt. Die Petzval-Fläche
40 ist dabei die Fläche aller Punkte, die von der Projektionslinse 16 scharf abgebildet
werden. Das bedeutet insbesondere, dass die Halbleiterlichtquelle 12 in einem Brennpunkt
der ersten Projektionslinse 16 angeordnet ist. Die bisher beschriebenen strukturellen
Elemente bilden ein Lichtmodul 42. Dieses Lichtmodul 42 befindet sich allein oder
auch zusammen mit weiteren Lichtmodulen des Scheinwerfers 10 in einem Gehäuse 44.
Das Gehäuse 44 weist eine in der Figur 1 nach rechts gerichtete Lichtaustrittsöffnung
auf, die von einer transparenten Abdeckscheibe 46 abgedeckt wird.
[0047] Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kühlkörpers 38 mit montiertem Schaltungsträger
36 und einer darauf montierten Halbleiterlichtquelle 12, die aus mehreren, horizontal
nebeneinander angeordneten Halbleiterchips besteht, zusammen mit einer ersten Projektionslinse
16. Die Figur 2 dient insbesondere zur Veranschaulichung des Gegenstands der Figuren
3 bis 5.
[0048] Die Figur 3 zeigt eine Vorderansicht des Gegenstands der Figur 2, also eine Ansicht
des Gegenstands der Figur 2, wie sie sich aus einer der Lichtabstrahlrichtung entgegengesetzten
Blickrichtung ergibt. Aus dieser Blickrichtung sieht man die Lichtaustrittsfläche
54 der ersten Projektionslinse 16 vor dem Kühlkörper 38. Die Figur 3 zeigt insbesondere
eine bevorzugte Ausgestaltung, die sich dadurch auszeichnet, dass die erste Projektionslinse
16 in Richtung einer Horizontalen eine größere Ausdehnung besitzt als in Richtung
einer Vertikalen. Dabei entspricht die Richtung der Vertikalen der Schnittebene IV-IV
und die Richtung der Horizontalen der Schnittebene V-V in der Figur 3.
[0049] Figur 4 zeigt den Gegenstand der Figur 3 im Vertikalschnitt IV-IV, und die Figur
5 zeigt den Gegenstand der Figur 3im Horizontalschnitt V-V. Der vertikale Schnitt
zeigt insbesondere ein Profil der ersten Projektionslinse 16, das um eine zum Horizont
H parallele und zur optischen Achse 28 senkrechte Achse geneigt ist. Bei einer direkt
abbildenden Projektionslinse 16 bedeutet dies, dass die Hauptfläche der ersten Projektionslinse
16 oberhalb der optischen Achse 28 deutlich näher an der Lichtquelle 12 liegt als
unterhalb der optischen Achse 28. Bei einer Linsenform, wie sie in der Figur 4 dargestellt
ist, bedeutet dies auch, dass der Linsenrand, insbesondere der Rand der der Lichtquelle
12 zugewandten Linsenfläche (Lichteintrittsfläche) 48 oberhalb der optischen Achse
28 deutlich näher an der Lichtquelle 12 liegt als unterhalb der optischen Achse 28.
Das Profil des vertikalen Querschnitts durch die erste Projektionslinse 16 entspricht
dabei dem Profil einer Sammellinse, da die Materialstärke der ersten Projektionslinse
16 im Bereich der optischen Achse 28 am größten ist und zum Linsenrand hin abfällt.
[0050] Die Figuren 4 und 5 zeigen die dort jeweils abgebildeten Komponenten im gleichen
Maßstab. Ein Vergleich der Figuren 4 und 5 zeigt daher insbesondere, dass die Linsenquerschnitte
im horizontalen Schnitt der Figur 5 und dem vertikalen Schnitt der Figur 4 unterschiedliche
Krümmungen und damit unterschiedliche Brennweiten aufweisen. Die Krümmungsradien im
Horizontalschnitt sind dabei wesentlich größer als die Krümmungsradien im Vertikalschnitt.
Als Folge erzeugt die erste Projektionslinse 16 in der horizontalen Schnittebene ein
stark divergentes Lichtbündel, was in der Figur 5 durch den breiten Öffnungswinkel
59 repräsentiert wird. Dagegen führt der kleinere Krümmungsradius im Vertikalschnitt
dazu, dass das Licht in vertikaler Richtung wesentlich stärker gebündelt wird. Insgesamt
ergibt sich damit eine astigmatische Abbildung, so dass die Lichtquelle 12 als vertikal
schmale, horizontal aber sehr breite Lichtverteilung 20 abgebildet wird, wie sie qualitativ
in der Figur 1b dargestellt ist.
[0051] Im Vertikalschnitt besitzt die erste Projektionslinse 16 bevorzugt eine konkave Lichteintrittsfläche
48 und eine konvexe Lichtaustrittsfläche 54. Im Horizontalschnitt kann die Lichteintrittsfläche
48 auch, abweichend von der Darstellung der Figur 5, konvex realisiert sein, so dass
sich ein bikonvexer Querschnitt ergibt.
[0052] Die Figur 6 zeigt einen der Figur 4 vergleichbaren Vertikalschnitt zusammen mit einzelnen
Elementen einer resultierenden Lichtverteilung 20. Die Figur 6 bezieht sich insbesondere
auf ein direkt abbildendes System mit einer fünf Chips und damit fünf Lichtaustrittsflächen
aufweisenden Halbleiterlichtquelle 12, die von einer Projektionslinse 16 in eine Lichtverteilung
20 abgebildet wird. Die Lichtverteilung 20 liegt dabei, wie es auch in Verbindung
mit der Figur 1b bereits erläutert worden ist, in einer H-V Ebene vor dem Kraftfahrzeugscheinwerfer,
wobei die horizontale Achse H mit der optischen Achse 28 und der vertikalen Achse
V ein rechtshändiges Koordinationssystem bildet.
[0053] Um die technischen Effekte der gekippten Anordnung zu erläutern, werden in der Figur
6 drei unterschiedliche Linsenzonen LZ1, LZ2 und LZ3 betrachtet. Es versteht sich,
dass dies eine rein gedankliche Konstruktion ist und dass die Linse auf beliebige
Weise in andere Linsenzonen eingeteilt werden könnte. Die Linsenzonen können jeweils
als Teilbereiche der Hauptfläche 18 aufgefasst werden. Eine erste Linsenzone LZ1 ist
oberhalb der optischen Achse 28 angeordnet, während eine zweite Linsenzone LZ2 im
Bereich der optischen Achse 28 und eine dritte Linsenzone LZ3 unterhalb der optischen
Achse 28 angeordnet ist.
[0054] Aufgrund der gekippten Anordnung der Projektionslinse 16 weist die obere Linsenzone
LZ1 einen ersten Abstand S1 von der Halbleiterlichtquelle 12 auf, der kleiner ist
als ein Abstand S2 der zweiten Linsenzone LZ2 von der Halbleiterlichtquelle 12, wobei
dieser Abstand S2 wiederum kleiner ist als ein Abstand S3 der dritten Linsenzone LZ3
von der Halbleiterlichtquelle 12. Die unterschiedlichen Abstände S1 kleiner S2 kleiner
S3 (S1<S2<S3) sind durch die beschriebene Neigung der Hauptfläche 18 der ersten Projektionslinse
16 bedingt.
[0055] Aufgrund der voneinander abweichenden Abstände S1, S2 und S3 ergeben sich für die
verschiedenen Linsenzonen LZ1, LZ2 und LZ3 verschiedene Abbildungsmaßstäbe. Die Linsenzone
LZ1, die der fünf Lichtaustrittsflächen aufweisenden Halbleiterlichtquelle 12 am nächsten
liegt, erzeugt große Bilder B_LZ1 der einzelnen Lichtaustrittsflächen der Halbleiterlichtquelle
12 in der Lichtverteilung 20. Die weiter entfernt von der Halbleiterlichtquelle 12
liegende Linsenzone LZ2 erzeugt Bilder B_LZ2 der
Lichtaustrittsflächen Halbleiterchips der
Halbleiterlichtquelle 12, die kleiner als die Bilder B_LZ1 sind. Die am weitesten
von der Halbleiterlichtquelle 12 entfernte Linsenzone LZ3 erzeugt die kleinsten Bilder
B_LZ3 der fünf Lichtaustrittsflächen der Halbleiterchips der Halbleiterlichtquelle
12.
[0056] Die großen Bilder B_LZ1 werden bevorzugt für die Bereiche der Lichtverteilung verwendet,
in denen große Ausdehnungen und kleine Beleuchtungsstärken gefordert sind, beispielsweise
im nahe vor dem Kraftfahrzeug liegenden Kraftfahrzeugvorfeld. Mit den zugehörigen
vergleichsweise nahe an der Halbleiterlichtquelle 12 liegenden Linsenzone LZ1 lässt
sich viel Lichtstrom auffangen und somit ein guter optischer Wirkungsgrad erreichen.
[0057] Kleinere Lichtquellenbilder, zum Beispiel die Lichtquellenbilder B_LZ3 aus weiter
entfernt vor der Halbleiterlichtquelle 12 liegenden Linsenzonen LZ3, eignen sich dagegen
gut zur Ausleuchtung weiter entfernt vor dem Fahrzeug liegenden Bereiche, die in der
Lichtverteilung 20 knapp unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze 26 liegen. Mit diesen Bereichen
wird die größte Reichweite direkt an der Hell-Dunkel-Grenze 26 erreicht, wobei die
größere Reichweite mit einem vergleichsweise schlechten Wirkungsgrad erkauft wird.
[0058] In der Realität gehen die verschiedenen Linsenzonen kontinuierlich ineinander über,
so dass sich ihre Bilder in der Lichtverteilung 20 auch kontinuierlich von außen nach
innen oder von innen nach außen ineinander übergehend überlagern. Dabei gilt, dass
aus der Linsenzone, die der Halbleiterlichtquelle 12 am nächsten liegt, die größten
Chipbilder mit der geringsten Beleuchtungsstärke kommen, während aus der Linsenzone
mit dem größten Abstand zur Halbleiterlichtquelle 12 die kleinsten Chipbilder mit
der größten Beleuchtungsstärke kommen.
[0059] Die Projektionslinse 16 ist relativ zur
Halbleiterlichtquelle 12 bevorzugt so positioniert, dass die Halbleiterlichtquelle
12 in der Petzval-Fläche des vertikalen Querschnitts der Projektionslinse 16 liegt,
in dem auch die optische Achse 28 verläuft. Das bedeutet, dass die Hell-Dunkel-Grenze
26 durch die scharfe Abbildung der Unterkante der Halbleiterlichtquelle 12 erzeugt
wird. Dabei tragen allerdings nur einzelne Bereiche aus den Vertikalschnitten der
Projektionslinse 16 zur scharfen Abbildung der Lichtquellenunterkante bei. Die übrigen
Ränder der Lichtverteilung 20 erscheinen unscharf, da die verschiedenen Linsenzonen
jeweils Bilder stark unterschiedlicher Größe liefern. Da der Horizontalschnitt aufgrund
seines gegenüber dem Vertikalschnitt anderen Krümmungsradiuses keine scharfe Abbildung
liefert, wird ein horizontal breit verwischtes Lichtband mit geringer vertikaler Ausdehnung
erzeugt, die wesentlich geringer als die horizontale Ausdehnung ist. Damit ergibt
sich qualitativ die in der Figur 1b dargestellte Form der Lichtverteilung 20.
[0060] Die Projektionslinse 16 weist in einer Ausgestaltung auf mindestens einer Linsenfläche,
sei es die
Lichteintrittsfläche 48 und/oder die Lichtaustrittsfläche 54, zumindest bereichsweise
streuende Strukturen auf, die zum Beispiel durch eine wellige Form der Oberfläche
realisiert sind. Durch solche streuenden Mikrostrukturen kann gezielt eine leichte
Unschärfe der Hell-Dunkel-Grenze erzielt werden, die zur Homogenisierung der Lichtverteilung
beiträgt, und die darüber hinaus dazu beiträgt, Farbfehler zu beseitigen. Vertikal
angeordnete zylindrische Mikrolinsen streuen horizontal und haben damit keinen entscheidenden
Einfluss auf den Beleuchtungsstärkegradienten, das heißt auf die maximale Reichweite
des Scheinwerfers 10.
[0061] Die Figur 7 zeigt eine Ausgestaltung, bei der die Optik 14 zusätzlich zur ersten
Projektionslinse 16 eine Sammellinse 60 aufweist, die zwischen der Halbleiterlichtquelle
12 und der ersten Projektionslinse 16 angeordnet ist. Ein Teil des von der Halbleiterlichtquelle
12 in den Halbraum abgestrahlten Lichtes durchläuft die Sammellinse 60. Dieses Licht
wird in der Figur 7 durch den Öffnungswinkel 64 repräsentiert. Der Teil 66 des von
der Halbleiterlichtquelle 12 ausgehenden Lichtes, der nur die erste Projektionslinse
16 durchläuft und der die Sammellinse 60 nicht durchläuft, erzeugt kleine Lichtquellenbilder
B_66 mit hoher Beleuchtungsstärke, die für die Bildung der Hell-Dunkel-Grenze 26 genutzt
werden.
[0062] Die zusätzliche Sammellinse 60 lenkt zusätzliche Strahlen aus dem Öffnungswinkel
64 auf die erste Projektionslinse 16 und erhöht so den Wirkungsgrad des optischen
Systems. Dabei wird hier unter einer Effizienz, beziehungsweise einem Wirkungsgrad
des optischen Systems der Quotient des von der Lichtquelle 12 ausgehenden Lichtes
im Nenner und des in der Lichtverteilung 20 auftreffenden Lichtes im Zähler verstanden.
Das Licht 68, das sowohl die zusätzliche Sammellinse 60 als auch die erste Projektionslinse
16 durchlaufen hat, scheint von oberhalb der Halbleiterlichtquelle 12 zu kommen. Das
bedeutet, dass die zusätzliche Sammellinse 60 virtuelle, vergrößerte Bilder der Halbleiterlichtquelle
12 erzeugt, wie sie als Bilder B_68 in der Lichtverteilung 20 gemäß der Darstellung
der Figur 7 abgebildet sind. In der Figur 7 wird diese virtuelle Erweiterung durch
ein oberhalb der Halbleiterlichtquelle 12 liegendes virtuelles Bild 62 der Halbleiterlichtquelle
12 repräsentiert.
[0063] In der Ausgestaltung, die in der Figur 7 dargestellt ist, ist die zusätzliche Sammellinse
60 oben zur Halbleiterlichtquelle 12 hin geneigt, während die erste Projektionslinse
16 oben von der ersten Halbleiterlichtquelle 12 weg geneigt ist. Wesentlich ist in
jedem Fall, dass wenigstens eine der beiden Linsen 16, 60 eine gemäß den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 definierte Neigung aufweist. Es ist diese Neigung, die für
die unterschiedlichen Abbildungsmaßstäbe verantwortlich ist. Ob ein größerer Abbildungsmaßstab
oberhalb der optischen Achse und ein kleinerer Abbildungsmaßstab unterhalb der optischen
Achse erzeugt wird oder ob ein kleinerer Abbildungsmaßstab oberhalb der optischen
Achse und ein größerer Abbildungsmaßstab unterhalb der optischen Achse erzeugt wird,
ist dagegen von untergeordneter Bedeutung.
[0064] Figur 8 zeigt eine weitere Ausgestaltung, bei der die zusätzliche Sammellinse als
Fresnel-Linse mit Fresnel-Zonen 66 realisiert ist. Bei einer solchen Fresnel-Linse
60 werden die Lichtstrahlen von mehreren diskreten Fresnel-Linsenzonen 66 abgelenkt.
Die einzelnen Fresnel-Linsenzonen 66 können dabei zu Prismenkeilen degeneriert sein.
[0065] Die Figur 9 zeigt eine Ausgestaltung, bei der die Optik 14 zusätzlich zur ersten
Projektionslinse 16 einen Zusatzreflektor 68 aufweist, der zwischen der Halbleiterlichtquelle
12 und der ersten Projektionslinse 16 angeordnet ist. Der Zusatzreflektor 68 ist durch
seine Anordnung und seine Form dazu eingerichtet, von der Halbleiterlichtquelle 12
ausgehendes Licht durch an wenigstens einer optischen Fläche des Zusatzreflektors
68 auftretende Reflexionen so auf die Lichteintrittsfläche 48 der ersten Projektionslinse
16 zu richten, dass dieses Licht so aus neben der Halbleiterlichtquelle 12 liegenden
Bereichen zu kommen scheint, dass die leuchtende Fläche der Halbleiterlichtquelle
12 in vertikaler Richtung und/oder in horizontaler Richtung virtuell erweitert wird.
In der Figur 9 wird diese virtuelle Erweiterung durch ein oberhalb der Halbleiterlichtquelle
12 liegendes virtuelles Bild 62 der Halbleiterlichtquelle 12 repräsentiert. Der Zusatzreflektor
68 weist insbesondere eine zur optischen Achse 28 schräg liegende Reflexionsfläche
auf, so dass darauf fallendes Licht der Halbleiterlichtquelle 12 auf die Lichteintrittsfläche
48 der ersten Projektionslinse 16 gelenkt wird. Die Reflexionsfläche kann wahlweise
gewölbt, insbesondere konkav gewölbt sein.
[0066] Der Zusatzreflektor 68 wird bevorzugt an mindestens einer Seitenkante der Halbleiterlichtquelle
12 so angeordnet, dass ein Teil des von der Halbleiterlichtquelle 12 ausgehenden Lichtes
auf den Zusatzreflektor 68 fällt.
Dieser erzeugt daraus virtuelle Bilder der
Halbleiterlichtquelle 12 in der Petzval-Ebene der Projektionslinse 16. Dadurch wird
die Lichtaustrittsfläche der Halbleiterlichtquelle 12 virtuell vergrößert. Die von
der Reflexionsfläche des Zusatzreflektors 68 reflektierten Strahlen scheinen aus Bereichen
neben den Lichtaustrittsflächen der Chips der Halbleiterlichtquelle 12 zu kommen und
erweitern so die Bilder der Lichtaustrittsflächen der Chips der Halbleiterlichtquelle
12 in der auf der Fahrbahn resultierenden Lichtverteilung 20 vor dem Fahrzeug zur
Seite oder nach unten. Dadurch wird ein weicher Auslauf der Lichtverteilung erzielt.
Unter einem weichen Auslauf wird hier ein flacher Intensitätsgradient verstanden.
Dadurch, dass der Zusatzreflektor 68 Licht auffängt, das von der Halbleiterlichtquelle
12 in einen Öffnungswinkel 64 abgestrahlt wird, der neben der Lichteintrittsfläche
48 der ersten Projektionslinse 16 liegt, fängt der Zusatzreflektor 68 einen Lichtstrom
auf, der sonst nicht auf die erste Projektionslinse 16 treffen würde. Der Zusatzreflektor
68 vergrößert damit die insgesamt auf die Lichteintrittsfläche 48 der ersten Projektionslinse
16 auftretende Menge an Licht und erhöht somit den optischen Wirkungsgrad.
[0067] Wenn der Zusatzreflektor 68 an der Oberkante der Halbleiterlichtquelle 12 platziert
wird, ergibt sich eine Erweiterung der Lichtverteilung 20 nach unten in Richtung des
näher vor dem Fahrzeug liegenden Fahrzeugvorfeldes. Werden an den Seitenkanten der
Halbleiterlichtquelle 12 Zusatzreflektoren 68 platziert, lässt sich mit Hilfe des
dann zusätzlich reflektierten Lichtes die Lichtverteilung zu den Seiten hin erweitern
und so die Seitenausleuchtung verbessern. Wie bereits im Zusammenhang mit der zusätzlichen
Sammellinse 60 erläutert worden ist, erzeugt auch hier der Teil des Lichtes, der nur
die erste Projektionslinse 16 durchläuft, kleine Lichtquellenbilder mit hoher Beleuchtungsstärke,
die für die Bildung der Hell-Dunkel-Grenze genutzt werden können. Der Teil des Lichtes,
der durch den Zusatzreflektor 68 auf die Projektionslinse 16 gelenkt wird, trägt zur
verbesserten Ausleuchtung der großen Lichtquellenbilder bei, wie sie in der Figur
7 mit dem Bezugszeichen B_68 bezeichnet sind.
[0068] Die Reflexionsfläche des Zusatzreflektors 68 ist in einer bevorzugten Ausgestaltung
als metallische Beschichtung einer formgebenden und gegebenenfalls mit einer zur Glättung
von Rauhigkeiten lackierten Struktur des Zusatzreflektors 68 realisiert. Alternativ
ist eine reflektierende Fläche des Zusatzreflektors 16 als weiße oder diffus reflektierende
Fläche realisiert. Eine weiße und/oder diffus reflektierende Fläche lässt sich zum
Beispiel dadurch erzielen, dass die reflektierende Fläche des Zusatzreflektors 68
eine Titandioxid, Zinkoxid, Zinksulfid, Kalziumcarbonat, Bleicarbonat, Bariumsulfat
oder andere Weißpigmente enthaltende Schicht aufweist.
[0069] Der Zusatzreflektor 68 kann auch als den Effekt einer internen Totalreflexion an
einer Grenzfläche eines transparenten Festkörpers nutzender Reflektor ausgeführt sein
und zum Beispiel aus Glas, PMMA (Polymethylmetacrylat) oder PC (Polycarbonat) bestehen.
Dabei wird die Reflexionsfläche durch Grenzflächen eines oder mehrerer Umlenkprismen
gebildet, wobei ein solches Umlenkprisma jeweils eine optisch wirksame Fläche in Form
einer brechenden Lichteintrittsfläche, einer brechenden Lichtaustrittsfläche sowie
mindestens einer totalreflektierenden Fläche aufweist. Alle optisch wirksamen, das
heißt die Lichtrichtung ändernden Flächen können in diesem Fall konvex oder konkav
gewölbt sein. Der Zusatzreflektor kann, zumindest teilweise, streuende, zum Beispiel
wellige, Strukturen aufweisen. Dies gilt sowohl für einen Reflektor, bei dem eine
intransparente Struktur mit einer Reflexionsschicht beschichtet ist, als auch für
Ausgestaltungen, die den Effekt der internen Totalreflexion nutzen. Im Fall eines
interne Totalreflexionen nutzenden transparenten Festkörpers können sich die streuenden
Strukturen auch auf brechenden Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen befinden.
[0070] Figur 9b zeigt einen Zusatzreflektor 68, der aus einer reflektierend beschichteten
und intransparenten Struktur besteht. Die Figur 9c zeigt die Alternative eines TIR
Zusatzreflektors 68 (TIR = Total Internal Reflection). Sowohl die Figur 9b als auch
die Figur 9c veranschaulichen durch die dargestellten Strahlengänge darüber hinaus
das Zustandekommen der virtuellen Bilder 62 der Halbleiterlichtquelle 12, die die
Lichtaustrittsfläche der Halbleiterlichtquelle 12 scheinbar vergrößern.
[0071] Die Figur 10 zeigt einen Kühlkörper 38 mit einem darauf montierten Schaltungsträger
36, auf dem fünf LED
Halbleiterchips angeordnet sind, die eine
Halbleiterlichtquelle 12 darstellen. Anstelle von fünf Halbleiterchips kann die Halbleiterlichtquelle
12 auch eine größere oder kleinere Zahl n von Halbleiterchips aufweisen. Bevorzugt
sind die n Halbleiterchips unabhängig voneinander einschaltbar und ausschaltbar. Der
Gegenstand der Figur 10 zeichnet sich durch eine unmittelbar an der Halbleiterlichtquelle
12 angeordnete Blende 70 aus, die ein von LED-Chips 72 der Halbleiterlichtquelle 12
ausgehendes Lichtbündel scharf begrenzt. Die Projektionslinse 16 bildet die Halbleiterlichtquelle
12 mit der die Lichtaustrittsfläche der Halbleiterlichtquelle 12 begrenzenden Blendenkante
so ab, dass sich die Hell-Dunkel-Grenze 26 als Bild der Blendenkante ergibt. Die Abbildung
dieser Blendenkante erzeugt eine scharfe Hell-Dunkel-Grenze 26 in der Lichtverteilung
20 eines Lichtmoduls, das mit dem Gegenstand der Figur 10 ausgestattet ist. Durch
den besonders hohen Beleuchtungsstärke- beziehungsweise Leuchtdichte-Gradienten, der
mit einer solchen Blende 70 erzielbar ist, lässt sich eine höhere Reichweite des Kraftfahrzeugscheinwerfers
10 erzielen.
[0072] Figur 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das ein Lichtmodul 42, eine Blende 74 und
eine zweite Projektionslinse 76 aufweist. Das Lichtmodul 42 entspricht dabei einer
der bis hier beschriebenen und erläuterten Ausgestaltungen. Ein solches Lichtmodul
42 weist insbesondere eine Halbleiterlichtquelle 12 und eine die Ausbreitungsrichtung
von Licht der Halbleiterlichtquelle 12 beeinflussende Optik 14 auf, die eine erste
Projektionslinse 16 mit einer Hauptfläche aufweist. Die Halbleiterlichtquelle 12 ist
in einem Brennpunkt der ersten Projektionslinse 16 angeordnet. Das Lichtmodul 42 ist
dazu eingerichtet, eine Lichtverteilung 20 mit einem hellen Bereich 22 und einem durch
eine horizontal verlaufende Hell-Dunkel-Grenze 26 von dem hellen Bereich 22 getrennten
dunklen Bereich 24 zu erzeugen und weist eine optische Achse 28 auf, die einen zentralen
Punkt 30 der Hell-Dunkel-Grenze 26 mit der Halbleiterlichtquelle 12 verbindet. Das
Lichtmodul 42 zeichnet sich dadurch aus, dass die erste Projektionslinse 16 gegenüber
der optischen Achse 28 so geneigt angeordnet ist, dass in einem radialen Abstand r
von der optischen Achse 28 oberhalb der optischen Achse 28 liegende Punkte 32 der
Hauptfläche 18 der ersten Projektionslinse 16 in Richtung der optischen Achse 28 einen
axialen Abstand d_32 zu der Halbleiterlichtquelle 12 aufweisen, der sich von einem
axialen Abstand unterscheidet, den ein im gleichen radialen Abstand r von der optischen
Achse 28 unterhalb der optischen Achse 28 liegender Punkt 34 der Hauptfläche 18 der
ersten Projektionslinse 16 aufweist.
[0073] Eine Ausgestaltung eines solchen Lichtmoduls 42 ist unter Bezug auf die Figur 1 weiter
oben ausführlich beschrieben worden. Das in der Figur 11 dargestellte Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von einem solchen Lichtmodul 42 durch eine zusätzlich zu der ersten
Projektionslinse 16 im Lichtweg hinter der ersten Projektionslinse 16 angeordnete
zweite Projektionslinse 76. Dabei ist das Ausführungsbeispiel, das in der Figur 11
dargestellt ist, dazu eingerichtet, von der Halbleiterlichtquelle 12 ausgehendes Licht
mit der ersten Projektionslinse 16 in einem Bereich zu bündeln, der im Abstand einer
Brennweite f der zweiten Projektionslinse 76 von der zweiten Projektionslinse 76 entfernt
zwischen der ersten Projektionslinse 16 und der zweiten Projektionslinse 76 liegt.
[0074] Das Ausführungsbeispiel, das in der Figur 11 dargestellt ist, ist ferner dazu eingerichtet,
die auf die Straße projizierte Lichtverteilung als mittels der zweiten Projektionslinse
76 vermittelte Abbildung eines Zwischenbildes zu erzeugen, das aus dem in dem genannten
Bereich gebündelten Licht entsteht. Das Zwischenbild wird dabei mit einem der unter
Bezug auf die Figuren 1 bis 10 erläuterten Ausgestaltungen eines Lichtmoduls 42 erzeugt.
Das Zwischenbild wird zusätzlich durch eine in die Zwischenbildebene, das heißt in
die Petzval-Fläche der zweiten Projektionslinse 76 eingebrachte Blende 74 begrenzt,
um eine besonders scharfe Hell-Dunkel-Grenze 26 zu erzielen. Die scharfe Hell-Dunkel-Grenze
26 wird in diesem Fall durch die Abbildung der das Zwischenbild begrenzenden Blendenkante
erzielt.
[0075] Da die zweite Projektionslinse 76 eine Bildumkehr bewirkt, bei der unterhalb der
optischen Achse 28 liegende Bereiche der Zwischenbildebene in oberhalb der optischen
Achse 28 liegende Bereiche der Lichtverteilung 20 abgebildet werden, muss das unter
Bezug auf die Figuren 1 bis 10 erläuterte Projektionssystem um 180° um die optische
Achse 28 herum gedreht werden, um die Bildumkehr zu kompensieren. Mit anderen Worten:
Das unter Bezug auf die Figuren 1 bis 10 erläuterte Lichtmodul 42 muss um 180° um
die optische Achse gedreht werden, damit sich die in der Figur 1b dargestellte Lichtverteilung
20 mit einem unterhalb des Horizonts H liegenden hellen Bereich 22 ergibt. Die mit
den Gegenständen der Figuren 1 bis 10 erzeugte Lichtverteilung wird also anders als
bei den direkt abbildenden Systemen der Figuren 1 bis 10 nicht in der Ferne auf der
Straße, sondern in einer nahe gelegenen Zwischenbildebene erzeugt. Die zweite Projektionslinse
76 fokussiert auf die Lichtverteilung in der Zwischenbildebene 78 und bildet diese
mit Bildumkehr auf die Straße ab. Mit der in die Lichtverteilung in der Zwischenbildebene
hinein ragenden Kante der Blende 74 wird die Lichtverteilung in der Zwischenbildebene
78 begrenzt, um eine schärfere Hell-Dunkel-Grenze zu erzielen.
[0076] In der Figur 12 ist diese Blende 74 als Spiegelblende realisiert, die eine reflektierende
Fläche 80 aufweist. Die Blende 74 mit der reflektierenden Fläche 80 ist dabei so angeordnet,
dass beim Gegenstand der Figur 11 auf die der ersten Projektionslinse 16 zugewandte
Seite der Blende 74 fallendes Licht beim Gegenstand der Figur 12 auf die spiegelnde
Fläche 80 einfällt und von dieser zusätzlich auf die Lichteintrittsfläche der zweiten
Projektionslinse 76 gelenkt wird. Die eine der spiegelnde Fläche 80 aufweisende Blende
74 aus der Fig. 12 kann daher auch als Spiegel oder Spiegelblende bezeichnet werden.
Die der zweiten Projektionslinse 76 zugewandte Vorderkante der Blende 74 liegt in
der Petzval-Fläche der zweiten Projektionslinse oder folgt dem Verlauf der Petzval-Fläche
der zweiten Projektionslinse 76. Daher wird diese Spiegelvorderkante von der zweiten
Projektionslinse 76 scharf abgebildet. Strahlen, die auf die spiegelnd reflektierende
Fläche 80 fallen, werden im Gegensatz zu der einfachen Blende 74 aus der Figur 11
nicht absorbiert, sondern zur Projektionslinse 76 hin umgelenkt. Auf diese Weise wird
der Wirkungsgrad weiter verbessert. Die reflektierten Strahlen werden von der zweiten
Projektionslinse 76 in einen Bereich unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze 26 gelenkt und
verstärken dort die Lichtintensität. Die Vorderkante der Spiegelblende 74 kann konturiert
sein, um eine konturierte Hell-Dunkel-Grenze zu erzeugen. Dabei begrenzt die vordere
Spiegelkontur die Lichtverteilung in der Zwischenbildebene 78 so, dass eine scharfe
Hell-Dunkel-Grenze 26 entsteht.
[0077] Für sämtliche in dieser Anmeldung dargestellten Ausgestaltungen gilt, dass die erste
Projektionslinse 16 und/oder die Sammellinse 60 und/oder die zweite Projektionslinse
76 und/oder der Reflektor 68 auf einer optisch wirksamen Fläche, sei es eine Lichteintrittsfläche
und/oder eine Lichtaustrittsfläche einer Linse oder eine Reflexionsfläche des Reflektors,
Licht in verschiedene Richtungen streuende Strukturen aufweisen kann. Dabei ist bevorzugt,
dass die streuenden Strukturen der optisch wirksamen Fläche eine wellige Gestalt verleihen.
Besonders bevorzugt ist, dass die streuenden Strukturen eine Form von vertikal angeordneten
Zylinderabschnitten aufweisen.
1. Kraftfahrzeugscheinwerfer (10) mit wenigstens einer Halbleiterlichtquelle (12) und
einer eine Ausbreitungsrichtung des Lichtes innerhalb des Scheinwerfers (10) beeinflussenden
Optik (14), die eine erste Projektionslinse (16) aufweist, die eine Hauptfläche (18)
aufweist, wobei die Halbleiterlichtquelle (12) in einem Brennpunkt der ersten Projektionslinse
(16) angeordnet ist und wobei der Scheinwerfer (10) dazu eingerichtet ist, eine Lichtverteilung
(20) mit einem hellen Bereich (22) und einem durch eine wenigstens zum Teil horizontal
verlaufende Hell-Dunkel-Grenze (26) von dem hellen Bereich (22) getrennten dunklen
Bereich (24) zu erzeugen, und mit einer optischen Achse (28), die einen zentralen
Punkt (30) der Hell-Dunkel-Grenze (26) mit der Halbleiterlichtquelle (12) verbindet,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Projektionslinse (16) gegenüber der optischen Achse (28) so geneigt angeordnet
ist, dass in einem radialen Abstand (r) von der optischen Achse (28) oberhalb der
optischen Achse (28) liegende Punkte (32) der Hauptfläche (18) der ersten Projektionslinse
(16) in Richtung der optischen Achse (28) einen axialen Abstand (d_32) zu der Halbleiterlichtquelle
(12) aufweisen, der sich von einem axialen Abstand (d_34) unterscheidet, den im gleichen
radialen Abstand (y) von der optischen Achse (28) unterhalb der optischen Achse (28)
liegende Punkte (34) der Hauptfläche (18) der ersten Projektionslinse (16) aufweisen.
2. Kraftfahrzeugscheinwerfer (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Projektionslinse (16) eine Lichteintrittsfläche (48) aufweist und dazu
eingerichtet ist, auf die Lichteintrittsfläche (48) einfallendes Licht der Halbleiterlichtquelle
(12) direkt in die Lichtverteilung (20) zu richten und dass in einem radialen Abstand
(r) von der optischen Achse (28) oberhalb der optischen Achse (28) liegende Punkte
(32) der Hauptfläche (18) der ersten Projektionslinse (16) in Richtung der optischen
Achse (28) einen kleineren axialen Abstand (d_32) zu der Halbleiterlichtquelle (12)
aufweisen als im gleichen radialen Abstand (r) von der optischen Achse (28) unterhalb
der optischen Achse (28) liegende Punkte (34) der Hauptfläche (18).
3. Kraftfahrzeugscheinwerfer (10) nach einem der vorhergehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialstärke der ersten Projektionslinse (16) in einem zentralen Bereich der
ersten Projektionslinse (16) maximal ist und zu den Rändern der ersten Projektionslinse
(16) hin abnimmt.
4. Kraftfahrzeugscheinwerfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Projektionslinse (16) als Konkav-Konvex-Linse mit einer konkaven Lichteintrittsfläche
(48) und einer konvexen Lichtaustrittsfläche (54) realisiert ist.
5. Kraftfahrzeugscheinwerfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verlauf der Brennweite der ersten Projektionslinse (16) in einer zum Horizont
parallelen Ebene von einem Verlauf der Brennweite der ersten Projektionslinse in einer
zum Horizont rechtwinkligen vertikalen Ebene abweicht.
6. Kraftfahrzeugscheinwerfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Projektionslinse (16) in einer zum Horizont parallel verlaufenden Richtung
einen bi-konvexen Querschnitt und in einer zum Horizont rechtwinkligen Vertikalrichtung
einen konkav-konvexen Querschnitt aufweist.
7. Kraftfahrzeugscheinwerfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Halbleiterlichtquelle (12) von der ersten Projektionslinse (16) der
Brennweite der ersten Projektionslinse (16) in der zum Horizont rechtwinkligen Vertikalrichtung
entspricht.
8. Kraftfahrzeugscheinwerfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (14) zusätzlich zur ersten Projektionslinse (16) eine Sammellinse (60)
aufweist, die zwischen der Halbleiterlichtquelle (12) und der ersten Projektionslinse
(16) angeordnet ist.
9. Kraftfahrzeugscheinwerfer (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Sammellinse (60) eine Fresnel-Linse ist.
10. Kraftfahrzeugscheinwerfer (10) nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (14) zusätzlich zur ersten Projektionslinse (16) einen Zusatzreflektor
(68) aufweist, der zwischen der Halbleiterlichtquelle (12) und der ersten Projektionslinse
(16) angeordnet und dazu eingerichtet ist, von der Halbleiterlichtquelle (12) ausgehendes
Licht durch an wenigstens einer optischen Fläche des Zusatzreflektors (68) auftretende
Reflexionen so auf die Lichteintrittsfläche (48) der ersten Projektionslinse (16)
zu richten, dass dieses Licht so aus neben der Halbleiterlichtquelle (12) liegenden
Bereichen zu kommen scheint, dass die leuchtende Fläche der Halbleiterlichtquelle
(12) in vertikaler Richtung und/oder in horizontaler Richtung virtuell erweitert wird.
11. Kraftfahrzeugscheinwerfer (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzreflektor (16) ein transparenter Festkörper ist, an dessen Reflexionsfläche
Licht der Halbleiterlichtquelle (12) interne Totalreflexionen erfährt.
12. Kraftfahrzeugscheinwerfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftfahrzeugscheinwerfer (10) eine unmittelbar an der Halbleiterlichtquelle
(12) angeordnete Blende (70) mit einer Blendenkante aufweist, die ein von der Halbleiterlichtquelle
(12) ausgehendes Lichtbündel scharf begrenzt.
13. Kraftfahrzeugscheinwerfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterlichtquelle (12) mehrere Licht emittierende Halbleiterchips aufweist.
14. Kraftfahrzeugscheinwerfer (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Halbleiterchips unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
15. Kraftfahrzeugscheinwerfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er zusätzlich zu der der ersten Projektionslinse (16) eine im Lichtweg hinter der
ersten Projektionslinse (16) angeordnete zweite Projektionslinse (76) aufweist und
dazu eingerichtet ist, von der Halbleiterlichtquelle (12) ausgehendes Licht mit der
ersten Projektionslinse (12) in einen Bereich zu bündeln, der im Abstand einer Brennweite
(f) von der zweiten Projektionslinse (76) entfernt zwischen der ersten Projektionslinse
(16) und der zweiten Projektionslinse (76) liegt und dass der Scheinwerfer (10) ferner
dazu eingerichtet ist, die Lichtverteilung (20) als mittels der zweiten Projektionslinse
(76) vermittelte Abbildung eines Zwischenbildes zu erzeugen, das aus dem in den Bereich
gebündelten Licht entsteht.