AT518557B1

AT518557B1 - Beleuchtungseinheit für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer zum Erzeugen eines Lichtbündels mit Hell-Dunkel-Grenze

Info

Publication number: AT518557B1
Application number: ATA50394/2016A
Authority: AT
Inventors: Eichinger Bernd
Original assignee: Zkw Group Gmbh
Priority date: 2016-04-29
Filing date: 2016-04-29
Publication date: 2018-04-15
Also published as: EP3449178A1; KR102195489B1; KR20180132149A; AT518557A1; EP3449178B1; WO2017185118A1; CN109073184A; CN109073184B

Abstract

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

Description

BELEUCHTUNGSEINHEIT FÜR EINEN KRAFTFAHRZEUGSCHEINWERFER ZUM ERZEUGEN EINES LICHTBÜNDELS MIT HELL-DUNKEL-GRENZE [0001] Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinheit für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer zum Erzeugen eines Lichtbündels mit Hell-Dunkel-Grenze, wobei die Beleuchtungseinheit umfasst:

[0002] - zumindest eine Lichtquelle, [0003] - zumindest einen Kollimator, [0004] - je eine Lichtquelle für jeden Kollimator, [0005] - eine Austrittslinse mit einer Außenfläche, [0006] - einen Brennlinienbereich, welcher zwischen dem zumindest einen Kollimator und der Austrittslinse angeordnet ist, [0007] wobei der zumindest eine Kollimator die von der ihm zugeordneten Lichtquelle in den Kollimator eingespeisten Lichtstrahlen zu einem Lichtbündel von Lichtstrahlen ausrichtet, [0008] und wobei Lichtstrahlen des aus dem zumindest einen Kollimator austretenden Lichtbündels in den Brennlinienbereich oder in eine in dem Brennlinienbereich liegende Brennlinie gelangen, und wobei die aus dem zumindest einen Kollimator austretenden Lichtstrahlen von der Austrittslinse zumindest in vertikaler Richtung derart abgelenkt werden, dass die aus der Austrittslinse austretenden Lichtstrahlen eine Lichtverteilung mit einer Hell-Dunkel-Grenze bilden, wobei sich die Hell-Dunkel-Grenze als Abbildung der Brennlinie bzw. des Brennlinienbereiches durch die Austrittslinse ergibt, und wobei der zumindest eine Kollimator, die Austrittslinse und der Brennlinienbereich einstückig aus einem lichtdurchlässigen Körper gebildet sind, und wobei an zumindest einer Begrenzungsfläche des zumindest einen Kollimator die sich in dem lichtdurchlässigen Körper fortpflanzenden Lichtstrahlen total reflektiert werden, wobei der zumindest eine Kollimator derart ausgebildet und angeordnet ist, dass aus dem zumindest einen Kollimator austretende Lichtstrahlen in vertikaler Richtung auf die Brennlinie oder in den Brennlinienbereich gebündelt werden.

[0009] Weiters betrifft die Erfindung eine Beleuchtungsvorrichtung mit zumindest zwei solchen Beleuchtungseinheiten, wobei vorzugsweise die lichtdurchlässigen Körper der Beleuchtungseinheiten horizontal nebeneinander und/oder übereinander liegen, und wobei insbesondere die lichtdurchlässigen Körper der zumindest zwei Beleuchtungseinheiten miteinander verbunden sind, vorzugsweise einstückig ausgebildet sind.

[0010] Schließlich betrifft die Erfindung noch einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, welcher zumindest eine solche Beleuchtungseinheit bzw. zumindest eine solche Beleuchtungsvorrichtung aufweist.

[0011] Eine Beleuchtungseinheit im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung kann in einem Kraftfahrzeug-Scheinwerfer z.B. zur Realisierung eines Teiles einer Abblendlichtverteilung, insbesondere der Vorfeld-Lichtverteilung einer Abblendlichtverteilung oder zur Realisierung von Nebellicht verwendet werden.

[0012] Aktuelle Designtrends verlangen oftmals Scheinwerfer, welche in vertikaler Richtung schmale und in horizontaler Richtung ausgedehnte, schlitzförmige Lichtaustrittsöffnungen aufweisen. Eine eingangs erwähnte Beleuchtungseinheit kann im Bereich der Lichtaustrittsfläche mit einer geringen Bauhöhe, die bei gewissen Ausführungsformen nur bis zu 10mm oder bis zu 15mm hoch sein kann, realisiert werden, sodass sich eine schlitzförmige, sich in horizontaler Richtung erstreckende Lichtaustrittsfläche ergibt.

[0013] Bei den im Stand der Technik offengelegten typischen Beleuchtungseinheiten, wie z.B. eine davon in der DE 60 2006 000 180 T2 beschrieben ist, wird das in den lichtleitenden Körper eingespeiste Licht von einem in dem lichtleitenden Körper ausgebildeten totalreflektieren Re iz 25

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Patentamt flektor auf die Austrittslinse umgelenkt.

[0014] Eine eingangs genannte Beleuchtungseinheit mit geringer Bauhöhe lässt sich z.B. in Anlehnung an die FR 3010772 A1 realisieren. Eine ähnliche Beleuchtungseinheit ist außerdem in der EP 2993392 A1 beschrieben.

[0015] Es hat sich herausgestellt, dass bei entsprechender Ausgestaltung des Kollimators auf einen Reflektor und entsprechend auf eine Umlenkung der aus dem Kollimator austretenden Lichtstrahlen verzichtet werden kann, wodurch sich die Bauhöhe des lichtleitenden OptikKörpers und somit jene der Beleuchtungseinheit deutlich verringern lässt.

[0016] Bei dem oben genannten Stand der Technik ist vorgesehen, dass die Lichtaustrittsfläche, d.h. die Außenfläche der Austrittslinse, glatt ausgebildet ist. Dabei hat sich herausgestellt, dass oftmals das damit erzielbare Lichtbild bzw. die erzielbare Lichtverteilung in horizontaler Richtung nicht ausreichend breit ist und die Ausleuchtung der Straße störende Inhomogenitäten aufweist.

[0017] Es ist Aufgabe der Erfindung, eine aus dem Stand der Technik bekannte Beleuchtungseinheit wie oben beschrieben zu verbessern.

[0018] Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass die Außenfläche der Austrittslinse durch eine rillenförmige Struktur in einer glatten Basisfläche gebildet ist, wobei die die rillenförmige Struktur bildenden Rillen in im Wesentlichen vertikaler Richtung verlaufen, und wobei vorzugsweise jeweils zwei in horizontaler Richtung nebeneinander liegende Rillen durch eine, insbesondere im Wesentlichen vertikal verlaufende, Erhebung, die sich vorzugsweise über die gesamte Vertikalerstreckung der Rillen erstreckt, getrennt sind. Die glatte Basisfläche ist vorzugsweise CO-stetig und weist insbesondere keine horizontal verlaufenden Kanten auf.

[0019] Der Optikkörper ist vorzugsweise ein Vollkörper.

[0020] Wie eingangs beschrieben kann mit einer glatten Außenfläche der Austrittslinse oftmals nicht die notwendige Breite für das gewünschte Lichtbild, insbesondere nicht für eine VorfeldLichtverteilung einer Abblendlichtverteilung, erzielt werden. Insbesondere bei einem Verzicht auf einen umlenkenden Reflektor wie bei der vorliegenden Erfindung vorgesehen kann dies problematisch sein. Durch die vorgesehene Struktur auf der Außenfläche der Austrittslinse wird ein horizontales Verwischen der austretenden Lichtstrahlen erreicht, wodurch sich die gewünschte Breite der Lichtverteilung erzielen lässt.

[0021] Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die zumindest eine Begrenzungsfläche des zumindest einen Kollimators derart ausgebildet ist, dass das auf dieser zumindest einen Begrenzungsfläche total-reflektierte Licht der dem Kollimator zugeordneten Lichtquelle in vertikaler Richtung konvergierend abgestrahlt wird, sodass es auf die Brennlinie oder in den Brennlinienbereich gebündelt wird.

[0022] Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein zentraler Einkoppel-Bereich des zumindest einen Kollimators in Form einer Linse, insbesondere in Form einer Freiformlinse derart ausgebildet ist, dass über den zentralen Einkoppel-Bereich in den Kollimator eingekoppeltes Licht in vertikaler Richtung konvergierend abgestrahlt wird, sodass es auf die Brennlinie oder in den Brennlinienbereich gebündelt wird.

[0023] Weiters kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass alle aus dem Kollimator austretenden Lichtstrahlen in vertikaler Richtung auf die Brennlinie oder in den Brennlinienbereich gebündelt werden.

[0024] Es kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine Kollimator, insbesondere zumindest eine Begrenzungsfläche und/oder ein zentraler Einkoppel-Bereich, des zumindest einen Kollimators, derart ausgebildet ist bzw. sind, dass in horizontaler Richtung die von dem zumindest einen Kollimator austretenden Lichtstrahlen parallel zueinander verlaufen.

[0025] Auf diese Weise lässt sich eine verbesserte Homogenität der Lichtstrahlen im Bereich an der Austrittslinse erzielen.

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Patentamt [0026] Es kann auch vorgesehen sein, dass der zumindest eine Kollimator, insbesondere zumindest eine Begrenzungsfläche und/oder ein zentraler Einkoppel-Bereich, derart ausgebildet ist bzw. sind, dass in horizontaler Richtung die von dem zumindest einen Kollimator austretenden Lichtstrahlen konvergierend verlaufen, vorzugsweise derart, dass sich die Lichtstrahlen in etwa im Bereich der Austrittslinse, insbesondere in etwa im Bereich der Außenfläche der Austrittslinse, überkreuzen.

[0027] Auf diese Weise lässt sich bei gegenbener Breite des lichtleitenden (Optik-)Körpers die Breite der Lichtverteilung vergrößern.

[0028] Der Linsenbereich ist im allgemeinen eine Freiformlinse, mit zumeist positiver Brechkraft, die aber nicht rotationssymmetrisch ist. Die sogenannten Ost-/West-/Nord-/Süd-Kurven der Außenfläche des Kollimators sind vorzugsweise ebenfalls Freiformkurven. Für ein Fokussieren (konvergierende Strahlenbündel) stellen diese Kurven, vereinfacht dargestellt, eine Aneinanderreihung in etwa .elliptischer' Kurvenabschnitte dar, für ein Parallelrichten ergeben sich, vereinfacht dargestellt, in etwa .parabelartige' Kurvenzüge. Hat man diese Kurven, beispielsweise die oben angesprochenen Ost-/West-/Nord-/Süd-Kurven (oder andere Kurven, bzw. eine andere Anzahl an Kurven) bestimmt, werden diese zu einer vorzugsweise zumindest G1stetigen Fläche verbunden und zwar beispielsweise dergestalt, dass bei jedem konstanten Z (Parallelebenen, die normal zur optischen Achse sind) die beiden zugeordneten Kurvenpunkte auf einer Ellipse liegen. Durch eine ensprechende Wahl der Tangentenrichtungen an diesen Anschlußpunkten entsteht eine geschlossene Umrisskurve, die die G1-Stetigkeitsbedingung erfüllt.

[0029] Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Beleuchtungseinheit genau einen Kollimator mit einer zugeordneten Lichtquelle aufweist. Ein Kraftfahrzeugscheinwerfer besteht beispielshaft aus acht bis fünfzehn erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheiten.

[0030] Besonders bevorzugt ist es, wenn der zumindest eine Kollimator und die Austrittslinse derart zueinander angeordnet sind, dass aus dem zumindest einen Kollimator austretendes Licht direkt, insbesondere ohne vorherige Umlenkung und/oder Reflexion, zu der Austrittslinse gelangt.

[0031] Vorzugsweise liegt die Lichtquellle mit ihrem zugeordneten Kollimator an einem Ende des lichtdurchlässigen Optikkörpers, an dem anderen, gegenüberliegenden Ende liegt die Austrittslinse, dazwischen lediglich der Brennlinienbereich mit der Brennlinie; auf einen umlenkenden Reflektor wird verzichtet, sodass der Optikkörper deutlich niedriger gebaut werden kann.

[0032] Beispielsweise ist vorgesehen, dass eine Lichtaustrittsfläche des zumindest einen Kollimators im Wesentlichen normal auf eine optische Achse der Austrittslinse steht.

[0033] Jeder Kollimator weist eine Lichtaustrittsfläche auf, welche eben ausgebildet, mit dieser geht der Kollimator einstücktig in den Optikkörper aus vorzugsweise identem Material über, sodass diese Lichtaustrittsfläche keine optische Wirkung aufweist.

[0034] Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Lichtquelle [0035] - tiefer liegt als der Brennlinienbereich bzw. die Brennlinie, oder [0036] - höher liegt als der Brennlinienbereich bzw. die Brennlinie, oder [0037] - auf gleicher Höhe wie der Brennlinienbereich bzw. die Brennlinie.

[0038] Es kann vorgesehen sein, dass an der Unterseite des Optikkörpers zwei aufeinander zu laufende Optikkörper-Außenflächen eine Körperkante bilden, welche im Bereich der Brennlinie bzw. im Brennlinienbereich liegt oder den Brennlinienbereich bildet. Durch Wahl des vertikalen Normalabstands der Körperkante von der optischen Achse bzw. der Brennlinie kann die Größe der Absenkung der abgeblendeten Lichtverteilung festgelegt werden.

[0039] Dabei kann es zweckmässig sein, dass die dem zumindest einen Kollimator zugewandte Optikkörper-Außenfläche an ihrer Außenseite zumindest bereichsweise, vorzugsweise in ihrem gesamten Bereich, für sich in dem Optikkörper fortpflanzendes, auf diese Optikkörper3/25

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Außenfläche auftreffendes Licht, Licht absorbierend ausgebildet ist.

[0040] Beispielsweise kann die entsprechende Optikkörper-Außenfläche abgedeckt sein, etwa mit einem schwarzen Abdeckelement, z.B. einer Blende, oder einer entsprechenden Beschichtung etc. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass Licht unkontrolliert aus dem Optikkörper austreten kann oder wieder in den Optikkörper zurückreflektiert wird und sich dort dann unkontrolliert ausbreitet.

[0041] Wie weiter oben beschrieben, ist bei der vorliegenden Beleuchtungseinheit vorzugsweise vorgesehen, dass die Außenfläche der Austrittslinse durch eine rillenförmige Struktur in einer glatten Basisfläche gebildet ist. Vorzugsweise kann dabei in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass die sich bei einem Schneiden der glatten Basisfläche mit ersten, nichtvertikalen Schnittebenen ergebenden ersten Basis-Schnittkurven geradlinig verlaufen, und wobei die sich bei einem Schneiden der Außenfläche mit diesen ersten Schnittebenen ergebenden ersten Außenflächen-Schnittkurven einen sinusförmigen Verlauf aufweisen.

[0042] Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die ersten Außenflächen-Schnittkurven in den ersten Schnittebenen, in Bezug auf die Basis-Schnittkurve der jeweiligen ersten Schnittebene, proportional zu sin^N(k*x) verlaufen, mit N = 1, 2, 3, ...., wobei x die Koordinate entlang der jeweiligen Basis-Schnittkurve und k eine Konstante bezeichnet.

[0043] Dabei kann vorgesehen sein, dass die Nulldurchgänge der sinusförmigen ersten Außenflächen-Schnittkurven auf den ersten Basis-Schnittkurven liegen.

[0044] Es gilt somit, dass der Verlauf proportional zu sin^N(k*x) + c mit c = 0 ist.

[0045] Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Wert für die Konstante k für alle ersten Außenflächen-Schnittkurven identisch ist.

[0046] Weiters kann es zweckmäßig sein, wenn die sich bei einem Schneiden der glatten Basisfläche mit zweiten, vertikalen Schnittebenen, welche parallel zu einer optischen Achse der Austrittslinse verlaufen, ergebenden zweiten Basis-Schnittkurven gekrümmt, insbesondere nach Außen gekrümmt, ausgebildet sind, wobei vorzugsweise die zweiten Basis-Schnittkurven stetig sind.

[0047] In diesem Zusammenhang zweckmäßig kann es sein, wenn die sich bei einem Schneiden der Außenfläche mit definierten zweiten Schnittebenen ergebenden zweiten AußenflächenSchnittkurven Punkte der Außenfläche mit maximalem Abstand zu der Basisfläche miteinander verbinden.

[0048] Insbesondere ist es dabei günstig, wenn bei einem Fortschreiten entlang der zweiten Basis-Schnittkurve in den definierten Schnittebenen der Normalabstand zu der zweiten Außenflächen-Schnittkurve eine Funktion A(s) eines Parameters s, welcher die Position auf der zweiten Basis-Schnittkurve angibt, ist.

[0049] Die zweiten Schnittebenen sind vertikale Ebenen parallel zu der optischen Achse des lichtdurchlässigen Körpers, d.h. der Austrittslinse des optischen Körpers.

[0050] Unter der optischen Achse ist die optische Achse des optischen Körpers, insbesondere die Mittenlinie des Optikkörpers definiert in Bezug auf den Apex der Austrittslinse, zu verstehen.

[0051] In einem betrachteten Punkt auf der Basisfläche ergeben sich die ersten Schnittebene wie folgt: die erste Schnittebene in dem betrachteten Punkt ist eine Ebene, die normal steht auf die Tangentialebene an die Basisfläche, wobei diese Ebene, d.h. die erste Schnittebene, weiters noch normal auf die zweite Schnittebene, in welcher der Punkt liegt, steht. Bei der zweiten Schnittebene handelt es sich, wie oben schon ausgeführt, um eine vertikale Schnittebene durch die glatte Basisfläche, welche parallel zu der optischen Achse (oder durch diese optische Achse) verläuft, und in welcher der betrachtete Punkt liegt.

[0052] Bei einer Basisfläche, welche lediglich in vertikaler Richtung gekrümmt ist, in horizontaler Richtung normal auf die optische Achse aber geradlinig verläuft, ändert sich zwischen benachbarten ersten Schnittebenen zwar der Winkel in Bezug auf die optische Achse, in horizon

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Patentamt taler Richtung normal zu der optischen Achse verlaufen hingegen alle Schnittebenen geradlinig und „parallel zueinander.

[0053] Dabei ist mit Vorteil vorgesehen, dass sich bei einem Fortschreiten entlang der zweiten Basis-Schnittkurve der Normalabstand A(s) kontinuierlich vergrößert, wobei vorzugsweise der Normalabstand an einem unteren Rand der Basisfläche geringer ist als an einem oberen Rand der Basisfläche, wobei sich der Normalabstand A(s) beispielsweise nach dem Zusammenhang A(s) = A_o * (K - s), mit s[0, 1], wobei s = 0 die Position am oberen Rand und s = 1 die Position am unteren Rand bezeichnet, und K = 1 oder K > 1, ergibt.

[0054] Für K = 1 ist somit A_o der Normalabstand an einem oberen oder unteren, vorzugsweise dem oberen Rand (s = 0) der Basisfläche (BF), am unteren Rand (s = 1) gilt dementsprechend A(1) = 0.

[0055] Für einen Wert K > 1 gilt, dass am oberen Rand (s = 0) der Normalabstand A(0) = K*A₀ist, und am unteren Rand ist der Normalabstand A(1) = A_o * (K -1) > 0.

[0056] Im Fall mit K > 1 hat sich teilweise eine bessere optische Effizienz gezeigt als im Fall K = 1.

[0057] Somit gibt es bei dieser Ausgestaltung vertikale zweite Schnittebenen, in welchen jeweils die übereinander liegenden „Nulldurchgänge, also jene Bereiche, wo die Außenfläche und die Basisfläche zusammenfallen, miteinander durch entsprechende zweite AußenflächenSchnittkurven, die in diesem Fall mit den zweiten Basis-Schnittkurven zusammenfallen, verbunden sind.

[0058] Genauso gibt es zweite Schnittebenen, in welchen die zweiten AußenflächenSchnittkurven die negativen Normalabstände/Amplituden miteinander verbinden. Für eine eindeutige Beschreibung ist es aber ausreichend, die zweiten Außenflächen-Schnittkurven für die„positiven Normalabstände/Amplituden anzugeben, die anderen Zusammenhänge ergeben sich durch den Sinus-Verlauf in den ersten Schnittebenen.

[0059] Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Außenfläche der Austrittslinse in vertikaler Richtung nach Außen gekrümmt ist, und in horizontaler Richtung vorzugsweise geradlinig verläuft, und beispielsweise durch eine Zylinderfläche mit geradem Querschnitt entlang einer nach außen konvexen Kurve gebildet ist. Ein Beispiel für eine solche nach Außen konvexe Kurve ist eine asphärische Linsenkontur genannt.

[0060] Beispielsweise handelt es sich um eine Freiform linse, die in vertikaler Richtung nach Außen gekrümmt und in horizontaler Richtung nicht gekrümmt ist.

[0061] Die zumindest eine Lichtquelle umfasst vorzugsweise eine oder mehrere halbleiterbasierte lichtemittiernde Elemente, z.B. eine Leuchtdiode oder eine Mehrzahl von Leuchtdioden, und/oder z.B. zumindest eine Laserlichtquelle umfassend zumindest eine Laserdiode mit zumindest einer Konversionsschicht, umfasst.

[0062] Generell wird bevorzugt eine Lichtquelle, z.B. eine der oben beschriebenen Lichtquellen, verwendet, welche eine ebene Licht emittierende Fläche aufweist bzw. deren Licht emittierende Flächen in einer Ebene liegen. Bevorzugt ist dann weiters noch vorgesehen, dass die Normale auf diese ebene Licht emittierende Fläche bzw. diese Ebene (der Licht emittierenden Flächen) normal auf die Lichtaustrittsfläche des der Lichtquelle zugeordneten Kollimators steht und/oder parallel zu der optischen Achse der Austrittslinse verläuft. Denkbar sind auch Verkippungswinkel zwischen der Normalenrichtung und der optischen Achse, insbesondere Verkippungswinkel von max. 10°. Dies kann z.B. bei der Kombination von mehreren Beleuchtungseinheiten nebeneinander von Vorteil sein, wo die Austrittslinse zur Ausbreitungsrichtung geneigt ist (Fahrzeugstrak), sodass die LEDs noch auf einer gemeinsamen Platte montiert werden können.

[0063] Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist zusammenfassend eine sinusförmige Rillenoptik vorgesehen, wobei die Sinus-Funktion normal zu der Linsenoberfläche, d.h. der glatten Basisfläche der Austrittslinse steht. Die Periode bleibt vorzugsweise unverändert, während vorzugsweise sich die Rillentiefe (Amplitude), insbesondere linear, z.B. wie oben beschrieben

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Patentamt von einem bestimmten Ausgangswert A_o oder A₀*K (mit diesem Wert kann die Breite der Lichtverteilung eingestellt werden) an der Oberkante der Lichtaustrittsfläche auf einen Wert von Null oder A₀*(K -1) an der Unterkante der Linse verändert.

[0064] Damit kann erreicht werden, dass sich die Lichtverteilung wie gewünscht verbreitert, und überraschender Weise hat sich dabei auch ergeben, dass sich die Hell-Dunkel-Grenze nach Außen, auch bei einer geradlinig verlaufenden Brennlinie des lichtdurchlässigen Körpers, nicht aufbiegt.

[0065] Im Folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erörtert. In dieser zeigt

[0066] Fig. 1	die wesentlichen Bestandteile einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer in einer ersten perspektivischen Ansicht,
[0067] Fig. 1a	die Beleuchtungseinheit aus Figur 1 in einer anderen perspektivischen Ansicht,
[0068] Fig. 2 [0069] Fig. 2a [0070] Fig. 2b	eine Draufsicht auf eine Beleuchtungseinheit aus Figur 1, einen Vertikalschnitt durch die Beleuchtungseinheit aus Figur 1, einen Detailausschnitt des Brennlinienbereichs (Position der Körperkante zur optischen Achse mit offset)
[0071] Fig. 3	den Strahlenverlauf in dem Optikkörper der Beleuchtungseinheit in vertikaler Richtung in einer Ebene, welche die optische Achse enthält,
[0072] Fig. 3a	einen ersten Strahlenverlauf in dem Optikkörper der Beleuchtungseinheit in horizontaler Richtung in einer Ebene, welche die optische Achse enthält,
[0073] Fig. 3b	einen zweiten Strahlenverlauf in dem Optikkörper der Beleuchtungseinheit in horizontaler Richtung in einer Ebene, welche die optische Achse enthält,
[0074] Fig. 3c	einen dritten Strahlenverlauf in dem Optikkörper der Beleuchtungseinheit in horizontaler Richtung in einer Ebene, welche die optische Achse enthält,
[0075] Fig. 4	eine perspektivische Ansicht eines vorderen Teils einer Beleuchtungseinheit mit einem lichtdurchlässigen Körper, dessen Austrittslinse keine Rillenstruktur aufweist,
[0076] Fig. 4a	eine mit einer Beleuchtungseinheit aus Figur 4 erzeugte Lichtverteilung,
[0077] Fig. 5	eine perspektivische Ansicht eines vorderen Teils einer Beleuchtungseinheit mit einem lichtdurchlässigen Körper, dessen Austrittslinse eine Rillenstruktur aufweist, und
[0078] Fig. 5a [0079] Fig. 6	die mit dieser erzeugte Lichtverteilung, zeigt in einem Vertikalschnitt einen vergrößerten Ausschnitt des lichtdurchlässigen Körpers aus Figur 5 zwischen seiner Brennlinie und der Lichtaustrittsfläche,
[0080] Fig. 7	den Verlauf der Lichtaustrittsfläche der Austrittslinse des lichtdurchlässigen Körpers in einem Schnitt entlang einer beispielhaften ersten Schnittebene SE1 aus Figur 6,
[0081] Fig. 8	nochmals den Vertikalschnitt aus Figur 6 mit exemplarischen Schnittflächen A-A, B- B, C-C und D-D,

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[0082] Fig. 9a - Fig. 9d	den Verlauf der Lichtaustrittsfläche der Austrittslinse des lichtdurchlässigen Körpers in den verschiedenen Schnitten A-A, B-B, C-C und D-D gemäß Figur 8 für K = 1, und
[0083] Fig. 10a- Fig. 10d	den Verlauf der Lichtaustrittsfläche der Austrittslinse des lichtdurchlässigen Körpers in den verschiedenen Schnitten A-A, B-B, C-C und D-D gemäß Figur 8 für K > 1,
[0084] Fig. 11	eine Beleuchtungsvorrichtung umfassend vier erfindungsgemäße Beleuchtungseinheiten, und
[0085] Fig. 12	eine Vorderansicht einer Beleuchtungsvorrichtung mit sechs Beleuchtungseinheiten.

[0086] Im Rahmen dieser Beschreibung sind die Begriffe „oben, „unten, „horizontal, „vertikal als Angaben der Ausrichtung zu verstehen, wenn die Einheit in normaler Benutzungsstellung angeordnet ist, nachdem sie in einer im Fahrzeug montierten Beleuchtungsvorrichtung eingebaut wurde.

[0087] Die Figuren 1, 1a, 2 und 2a zeigen eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit 100 für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer zum Erzeugen eines Lichtbündels mit Hell-Dunkel-Grenze. Die Beleuchtungseinheit umfasst eine Lichtquelle 1, einen Kollimator 2, eine Austrittslinse 3 mit einer Außenfläche 3a sowie einen Brennlinienbereich 4, welcher zwischen dem Kollimator 2 und der Austrittslinse 3 angeordnet ist.

[0088] Kollimator 2, Austrittslinse 3 und Brennlinienbereich 4 sind aus einem lichtdurchlässigen, einstückigen Körper 101 („Optikkörper) gebildet, wobei es sich bei dem Optikkörper 101 vorzugsweise - generell, d.h. nicht auf die vorliegende Ausführungsform beschränkt - um einen Vollkörper handelt, d.h. um einen Körper, der keine Durchgangsöffnungen oder Öffnungseinschlüsse aufweist.

[0089] Das lichtdurchlässige Material, aus dem der Körper 101 gebildet ist, weist vorzugsweise einen Brechungsindex größer als jener von Luft auf. Das Material enthält z.B. PMMA (Polymethylmethacrylat) oder PC (Polycarbonat) und ist insbesondere vorzugsweise daraus gebildet. Der Körper 101 kann aber auch aus anorganischen Glasmaterial gefertigt sein.

[0090] In dem gezeigten Beispiel weist des Optikkörpers 1 zwei an seiner Unterseite aufeinander zu laufende Optikkörper-Außenflächen 1a, 1b auf, welche in eine Körperkante 4' zusammenlaufen. Diese Körperkante 4' liegt im Bereich der Brennlinie FL der Austrittslinse bzw. im Brennlinienbereich 4. Dabei kann es zweckmässig sein, dass die dem Kollimator 2 zugewandte Optikkörper-Außenfläche 1a an ihrer Außenseite zumindest bereichsweise, vorzugsweise in ihrem gesamten Bereich, für sich in dem Optikkörper 1 fortpflanzendes, auf diese OptikkörperAußenfläche 1a auftreffendes Licht, Licht absorbierend ausgebildet ist.

[0091] Beispielsweise kann die entsprechende Optikkörper-Außenfläche 1a abgedeckt sein, etwa mit einem schwarzen Abdeckelement, z.B. einer Blende, oder einer entsprechenden Beschichtung etc. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass Licht unkontrolliert aus dem Optikkörper austreten kann oder wieder in den Optikkörper zurückreflektiert wird und sich dort dann unkontrolliert ausbreitet.

[0092] Die Lichtquelle 1 umfasst eine oder mehrere halbleiterbasierte lichtemittiernde Elemente, z.B. eine Leuchtdiode oder eine Mehrzahl von Leuchtdioden, und/oder z.B. zumindest eine Laserlichtquelle umfassend zumindest eine Laserdiode mit zumindest einer Konversionsschicht. Die Lichtquelle 1 liegt in dem gezeigten Beispiel tiefer als der Brennlinienbereich 4 bzw. die Brennlinie FL.

[0093] Der Kollimator 2 ist derart ausgebildet und angeordnet, dass zumindest Teile oder alle von der Lichtquelle 1 in den Kollimator 2 eingespeisten Lichtstrahlen S1 aus dem Kollimator 2 derart austreten (Lichtstrahlen S2), dass sie in vertikaler Richtung auf die Brennlinie FL oder in den Brennlinienbereich 4 gebündelt werden, wie dies in Figur 3 dargestellt ist.

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Patentamt [0094] Dazu ist vorzugsweise vorgesehen, dass eine äußere Begrenzungsfläche 2a des Kollimators 2 derart ausgebildet ist, dass das auf dieser Begrenzungsfläche 2a total-reflektierte Licht in vertikaler Richtung konvergierend abgestrahlt wird, sodass es auf die Brennlinie FL oder in den Brennlinienbereich 4 gebündelt wird.

[0095] Der Kollimator 2 weist eine Einkoppel-Ausnehmung 2' auf, welche seitliche Einkoppelfläche 2c aufweist, über welche von der Lichtquelle 1 eingekoppeltes Licht S1 auf die Begrenzungsfläche 2a abgestrahlt wird.

[0096] Weiters weist die Einkoppel-Ausnehmung 2' einen zentralen Einkoppel-Bereich 2b auf, welcher vorzugsweise in Form einer Linse, insbesondere in Form einer Freiformlinse 2b' derart ausgebildet ist, dass über den zentralen Einkoppel-Bereich 2b in den Kollimator 2 eingekoppeltes Licht S1 in vertikaler Richtung konvergierend abgestrahlt wird (Lichtstrahlen S2), sodass es auf die Brennlinie FL oder in den Brennlinienbereich 4 gebündelt wird.

[0097] Die aus dem Kollimator 2 austretenden Lichtstrahlen S2 werden schließlich von der Austrittslinse 3 zumindest in vertikaler Richtung V derart abgelenkt werden, dass die aus der Austrittslinse 3 austretenden Lichtstrahlen S3 eine Lichtverteilung mit einer Hell-Dunkel-Grenze bilden, wobei sich die Hell-Dunkel-Grenze als Abbildung der Brennlinie FL bzw. des Brennlinienbereiches 4 durch die Austrittslinse 3 ergibt.

[0098] Wie in Figur 2a zu erkennen ist, liegt in dem dort gezeigten Beispiel die Brennlinie FL, welche in der optischen Achse Z der Austrittslinse liegt, in vertikaler Richtung ungefähr auf Höhe der Körperkante 4' oder geringfügig darunter. Figur 2b zeigt in diesem Zusammenhang eine weitere Ausführungsmöglichkeit, bei welcher die Körperkante 4' oberhalb der Brennlinie FL der Austrittslinse 3 liegt. Über eine solche Höhendifferenz in der vertikalen Richtung lässt sich das Ausmass der Absenkung der Hell-Dunkel-Grenze im Lichtbild einstellen.

[0099] Figur 3a zeigt ein Beispiel, wie die aus dem aus dem Kollimator 2 „austretenden Lichtstrahlen S2 in horizontaler Richtung verlaufen. Gemäß Figur 3a ist der Kollimator 2 derart ausgebildet, insbesondere seine Begrenzungsfläche 2a und der zentrale Einkoppel-Bereich 2b in Form einer Freiformlinse 2b', dass in horizontaler Richtung die von dem zumindest einen Kollimator 2 austretenden Lichtstrahlen konvergierend verlaufen, vorzugsweise derart, dass sich die Lichtstrahlen in etwa im Bereich der Austrittslinse 3, insbesondere in etwa im Bereich der Außenfläche 3a der Austrittslinse 3, oder vor der Austrittslinse überkreuzen. Es kann auch vorgesehen sein, dass sich ein Teil der Lichtstrahlen, insbesondere jene aus dem zentralen Bereich 2b, bereits im Bereich der Brennlinie FL oder vor der Brennlinie FL überkreuzen. Auf diese Weise lässt sich die Breite des lichtleitenden (Optik-)Körpers reduzieren und die Breite der Lichtverteilung vergrößern.

[00100] Figur 3b zeigt ein Beispiel, wie die aus dem aus dem Kollimator 2 „austretenden Lichtstrahlen S2 in horizontaler Richtung verlaufen. Gemäß Figur 3b ist der Kollimator 2 derart ausgebildet, insbesondere seine Begrenzungsfläche 2a und der zentrale Einkoppel-Bereich 2b in Form einer Freiformlinse 2b', dass die aus dem Kollimator „austretenden Lichtstrahlen S2 in horizontaler Richtung parallel zueinander, und vorzugsweise auch parallel zur optischen Achse Z, verlaufen. Auf diese Weise lässt sich eine verbesserte Homogenität der Lichtstrahlen im Bereich an der Austrittslinse und der Lichtverteilung erzielen.

[00101] Figur 3c zeigt schließlich noch eine gemischte Ausführungsform, bei welcher die durch den Einkoppelbereich 2b des Kollimator 2 durchtretenden Lichtstrahlen konvergierend verlaufen, sodass sie sich vor der Austrittslinse, insbesondere bereits vor der Brennlinie in horizontaler Richtung überkreuzen, während die nicht über den zentralen Einkoppelbereich sondern über den Bereich 2c austrenden Lichtstrahlen in horizontaler Richtung parallel zueinander, insbesondere parallel zu der optischen Achse Z verlaufen.

[00102] Wie in den Figuren 1,1a und 2, 2a sowie 3, 3a, 3b zu erkennen ist, sind der Kollimator 2 und die Austrittslinse 3 derart zueinander angeordnet, dass aus dem Kollimator 2 austretendes Licht S2 direkt, insbesondere ohne vorherige Umlenkung und/oder Reflexion durch einen Reflektor, zu der Austrittslinse 3 gelangt.

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Patentamt [00103] Konkret liegt die Lichtquelle 1 mit ihrem zugeordneten Kollimator 2 an einem Ende des lichtdurchlässigen Optikkörpers 101, an dem anderen, gegenüberliegenden Ende liegt die Austrittslinse 3, dazwischen lediglich der Brennlinienbereich 4 mit der Brennlinie FL; auf einen umlenkenden Reflektor wird verzichtet, sodass der Optikkörper 101 deutlich niedriger gebaut werden kann.

[00104] Beispielsweise ist vorgesehen, dass eine Lichtaustrittsfläche 2d des Kollimators 2 im Wesentlichen normal auf eine optische Achse Z der Austrittslinse 3 steht. Der Kollimator 2 weist eine Lichtaustrittsfläche 2d auf, welche eben ausgebildet, mit dieser geht der Kollimator 2 einstücktig in den Rest des Optikkörper aus vorzugsweise identem Material über, sodass diese Lichtaustrittsfläche 2d keine optische Wirkung aufweist.

[00105] Die Brennlinie FL liegt im Brennlinienbereich 4 des Körpers 101 und fällt vorzugsweise im Wesentlichen mit der Brennlinie der Austrittslinse 3 zusammen.

[00106] Der Brennlinienbereich 4 ist um eine Kante in dem Körper 101 angeordnet. Durch Abbildung der Kante 4, bei der es sich um eine gekrümmte Linie, insbesondere mit geringer Krümmung oder besonders vorzugsweise um eine gerade Linie handelt, wird die HD-Linie gebildet.

[00107] Das möglicherweise unterhalb der Kante 4 über die Fläche 1a austretende Licht wird abgeschattet/abgeblockt bzw. absorbiert, indem die unterhalb der Kante 4 liegende Fläche 1a z.B. durch eine Blende oder eine dunkle, z.B. schwarze oder braune Beschichtung an ihrer Außenseite, etc., abgeschattet wird, um FehI/Streulicht zu vermeiden [00108] Die Außenfläche 3a der Austrittslinse 3 des Körpers 101 ist in vertikaler Richtung nach Außen gekrümmt, und zwar vorzugsweise derart, dass in einem mittleren Bereich die Austrittsfläche in Lichtaustrittsrichtung weiter vorne ist als ihr oberer und unterer Randbereich. In horizontaler Richtung verläuft die Austrittslinse vorzugsweise geradlinig, und ist beispielsweise durch eine Zylinderfläche mit geradem Querschnitt entlang einer nach außen konvexen Kurve gebildet ist, oder durch eine Freiformlinse, die in vertikaler Richtung nach Außen gekrümmt und in horizontaler Richtung nicht gekrümmt ist.

[00109] Figur 4 zeigt den vorderen Teil einer Beleuchtungseinheit 10T, von welcher ausgehend eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit 101 wie bereits in den vorstehenden Figuren prinzipiell angedeutet abgeleitet werden kann. Die in Figur 4 teilweise gezeigte Beleuchtungseinheit 101' weist eine Austrittslinse 3' mit einer glatten Austrittsfläche 3a' auf.

[00110] Figur 4a zeigt eine Lichtverteilung mit einer Hell-Dunkel-Grenze, z.B. eine Abblendlichtverteilung oder einen Teil, z.B. das Vorfeld einer Abblendlichtverteilung. Eine solche Lichtverteilung hat eine gewisse Breite, wie in Figur 4a angedeutet.

[00111] Ausgehend von einer solchen Beleuchtungseinheit 101' ist nun in Figur 5 der vordere Teil einer bereits an Hand der Figuren 1, 1a, 2, 2a und 3, 3a, 3b beschriebenen Beleuchtungseinheit 101 dargestellt.

[00112] Der Unterschied zu der Ausführung nach Figur 4 liegt darin, dass bei der Beleuchtungseinheit 101 aus Figur 5 die Außenfläche 3a der Austrittslinse 3 aus einer glatten Basisfläche BF (entsprechend der Austrittsfläche 3a' aus Figur 4) besteht, welche mit einer rillenförmigen Struktur versehen ist, wobei die die rillenförmige Struktur bildenden Rillen 3b in vertikaler Richtung, also von oben nach unten, verlaufen. Konkret ist die Außenfläche 3a der Austrittslinse 3 durch eine rillenförmige Struktur in einer glatten Basisfläche BF gebildet, wobei die die rillenförmige Struktur bildenden Rillen 3b in im Wesentlichen vertikaler Richtung verlaufen, und wobei vorzugsweise jeweils zwei in horizontaler Richtung nebeneinander liegende Rillen 3b durch eine, insbesondere im Wesentlichen vertikal verlaufende, Erhebung, die sich vorzugsweise über die gesamte Vertikalerstreckung der Rillen 3b erstreckt, getrennt sind.

[00113] Wie eingangs beschrieben kann mit einer glatten Außenfläche BF, 3a' der Austrittslinse oftmals nicht die notwendige Breite für das gewünschte Lichtbild, insbesondere nicht für eine Vorfeld-Lichtverteilung einer Abblendlichtverteilung, erzielt werden. Durch eine Struktur auf der

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Außenfläche der Austrittslinse wird ein horizontales Verwischen der austretenden Lichtstrahlen erreicht, wodurch sich die gewünschte Breite der Lichtverteilung erzielen lässt, wie dies schematisch in Figur 5a gezeigt ist. Darüberhinaus wird die Qualität der Lichtverteilung deutlich verbessert, da der Homogenitätseindruck sich durch die Struktur auf der Außenfläche der Austrittslinse verbessert.

[00114] Die Figuren 6 - 8, 9a - 9d, 10a - 10d zeigen im Folgenden noch eine bevorzugte Ausgestaltung dieser erfindungsgemäßen Rillenstruktur.

[00115] Figur 6 und Figur 8 zeigen Vertikalschnitte durch den Körper 101, und zwar jeweils einen vergrößerten Ausschnitt des lichtdurchlässigen Körpers zwischen seiner Brennlinie FL und der Lichtaustrittsfläche 3a.

[00116] Figur 6 zeigt dabei einen zweiten vertikalen Schnitt, welcher einen betrachteten Punkt P auf der Basisfläche BF enthält, die Figur 8 zeigt einen zweiten vertikalen Schnitt SE2, in welchem vier beispielhaft betrachtete Punkte PA, PB, PC und PD liegen.

[00117] Schneidet man die glatte Basisfläche BF mit ersten, nicht-vertikalen Schnittebenen SE1 (diese Schnittebenen SE1 sind weiter unten noch genauer erörtert), beispielsweise im Punkt P (Figur 6) oder entsprechend den Schnitten A-A, B-B, C-C, D-D (Figur 8), so ergeben sich erste Basis-Schnittkurven BSK1, die geradlinig verlaufen, wobei die sich bei einem Schneiden der Außenfläche 3a mit diesen ersten Schnittebenen SE1 ergebenden ersten Außenflächen-Schnittkurven SK1 (die dem Verlauf der Linsen-Außenfläche in diesen Schnittebenen SE1 entsprechen) einen sinusförmigen Verlauf aufweisen.

[00118] Bei der glatten Basisfläche handelt es sich um ein gedankliches Konstrukt, in Bezug auf welche die dann tatsächlich realisierte Außenfläche beschrieben wird. Bei den ersten, nicht vertikalen Schnittebenen SE1 handelt es sich um eine Vielzahl an solchen nicht-vertikalen Schnittebenen, die im Folgenden noch genau definiert werden.

[00119] In dem gezeigten, bevorzugten Beispiel verlaufen die ersten AußenflächenSchnittkurven SK1 in den ersten Schnittebenen SE1, in Bezug auf die Basis-Schnittkurve BSK1 der jeweiligen ersten Schnittebene SE1, proportional zu sin^N(k*x), mit N = 1,2, 3, .... (im gezeigten Beispiel N = 1), wobei x die Koordinate entlang der jeweiligen Basis-Schnittkurve BSK1 und k eine Konstante bezeichnet.

[00120] Dabei kann vorgesehen sein, dass die Nulldurchgänge der sinusförmigen ersten Außenflächen-Schnittkurven SK1 auf den ersten Basis-Schnittkurven BSK1 liegen. Es gilt somit, dass der Verlauf proportional zu sin^N(k*x) + c mit c = 0 ist.

[00121] Figur 7 zeigt eine solche beispielhafte erste Schnittebene SE1, in welcher der Punkt P liegt, welche normal auf die Tangentialebene TE in dem Punkt P steht (Figur 6), zur allgemeinen Veranschaulichung der Zusammenhänge. In diesem Schnitt ist die Linsen-Außenfläche in Bezug auf eine erste Basis-Schnittkurve BSK1 dargestellt. Die Basis-Schnittkurve BSK1 ist eine Gerade mit dem Parameter x entlang dieser Geraden BSK1. Die Linsen-Außenkontur ist in diesem Schnitt eine erste Außenflächen-Schnittkurve SK1, welche in diesem Beispiel proportional zu sin(k*x) ist. Abhängig von einer Position s (zum Parameter s siehe die weiter untenstehenden Erörterungen), welche dem Punkt P entspricht, d.h. s = s_P in dem Schnitt gemäß Figur 6 ist die maximale Amplitude bestimmt durch A(s_P), wie in Figur 7 eingezeichnet. Die Bestimmung der Amplitude wird weiter unten ebenfalls noch näher erörtert.

[00122] Figur 8 zeigt einen Schnitt entlang einer zweiten, vertikalen Schnittebenen SE2 parallel zur optischen Achse Z, mit den vier beispielhaft betrachteten Punkten PA, PB, PC und PD.

[00123] In diesen vier Punkten sind erste Schnittebenen SE1 dargestellt, die entsprechenden Verläufe der sich ergebenden zweiten Außenflächen-Schnittkurven SK2 für die vier ausgewählten Schnittebenen SE1 (entsprechend den Schnitten A-A, B-B, C-C und D-D) sind in den Figuren 9a - 9d gezeigt. Der besseren Übersichtlichkeit halber ist in den Schnitten jeweils die doppelte Amplitude, also der Abstand zwischen maximaler und minimaler Auslenkung dargestellt.

[00124] Erkennbar ist wiederum, in Entsprechung zur Figur 6, der sinus-förmige Verlauf der

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Patentamt zweiten Außenflächen-Schnittkurve SK2, für k gilt dabei k = 2*π/Τ, mit der Periodenlänge T. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Wert für die Konstante k für alle ersten AußenflächenSchnittkurven SE1 identisch ist.

[00125] Generell, unabhängig von der gezeigten Ausführungsform, liegen typische Werte für die Periodenlänge T [mm] in einem Bereich bis 2,50 mm, bevorzugt bis 2,00 mm. Insbesondere liegen bevorzugte Werte zwischen 0,10 mm bis 2,00 mm, beispielsweise zwischen 0,25 mm und 0,75 mm.

[00126] Bevorzugte Werte für die maximale Amplitude A_o [μm], unabhängig von der gezeigten Ausführungsform, liegen in einem Bereich von 25 μm bis 350 μm, ein typischer Wert liegt bei 50 μm.

[00127] Als günstiger Wertebereich für das Größenverhältnis A_o zu T hat sich beispielsweise 0,075 < (A_o/T) < 0,250 ergeben.

[00128] Obige Angaben gelten für den Fall K = 1 (zum Parameter K siehe die Ausführungen weiter oben in der Beschreibungseinleitung), für den Fall K > 1 gelten die analogen Überlegungen, wobei in diesem Fall die in den beiden vorstehenden Absätzen A_o durch A₀*K zu ersetzen ist.

[00129] Figur 8 zeigt weiters (ebenso wie Figur 6), dass die sich bei einem Schneiden der glatten Basisfläche BF mit den zweiten, vertikalen Schnittebenen SE2, welche parallel zu einer optischen Achse Z der Austrittslinse 3 verlaufen, ergebenden zweiten Basis-Schnittkurven BSK2 gekrümmt, insbesondere nach Außen gekrümmt, ausgebildet sind, wobei vorzugsweise die zweiten Basis-Schnittkurven BSK2 stetig sind.

[00130] In diesem Zusammenhang ist dabei vorgesehen, dass die sich bei einem Schneiden der Außenfläche 3a mit definierten zweiten Schnittebenen SE2 ergebenden zweiten Außenflächen-Schnittkurven SK2 Punkte der Außenfläche 3a mit maximalem Abstand zu der Basisfläche BF miteinander verbinden. Die zweiten Ebenen SE sind somit vorzugsweise vertikale Schnittebenen parallel zu der optischen Achse Z, für welche gilt, dass der Betrag von sin^N(k*x) = 1 ist. Diese zweiten Ebenen sind für die Definition der Linsen-Außenfläche ausreichend, die Bereiche zwischen diesen vertikalen Ebenen werden durch die oben beschriebene Sinus-Funktion definiert.

[00131] Bei einem Fortschreiten entlang der zweiten Basis-Schnittkurven BSK2 in den definierten Schnittebenen SE2 lässt sich der Normalabstand der zweiten Außenflächen-Schnittkurve SK2 zu der zweiten Basis-Schnittkurve BSK2 als eine Funktion A(s) eines Parameters s, welcher die Position auf der zweiten Basis-Schnittkurve BSK2 angibt, darstellen.

[00132] Vorerst noch einmal auf die ersten Schnittebenen zurückkommend, ist zu sagen, dass sich in einem betrachteten Punkt P (Fig. 6), PA, PB, PC, PD (Fig. 8) auf der Basisfläche BF die ersten Schnittebene SE1 wie folgt ergeben: die erste Schnittebene SE1 in dem betrachteten Punkt P, PA, ... ist eine Ebene, die normal steht auf die Tangentialebene TE an die Basisfläche BF, wobei diese Ebene (= Schnittebene SE1) weiters noch normal auf die zweite Schnittebene SE2, in welcher der Punkt P liegt, steht. Bei der zweiten Schnittebene handelt es sich, wie oben schon ausgeführt, um eine vertikale Schnittebene durch die glatte Basisfläche BF, welche parallel zu der optischen Achse Z (oder durch diese optische Achse Z) verläuft, und in welcher der betrachtete Punkt P liegt. Die ersten Schnittebenen SE1 schließen mit der zweiten BasisSchnittkurve BSK2 einen Winkel von 90° ein.

[00133] Bei einer Basisfläche, welche lediglich in vertikaler Richtung gekrümmt ist, in horizontaler Richtung normal auf die optische Achse Z aber geradlinig verläuft, ändert sich zwischen benachbarten ersten Schnittebenen SE1 zwar der Winkel in Bezug auf die optische Achse Z, in horizontaler Richtung normal zu der optischen Achse Z verlaufen hingegen alle Schnittebenen geradlinig und „parallel zueinander.

[00134] Nun wieder zurückkommend auf die zweiten, vertikalen Schnittebenen SE2 und auf den Verlauf der Außenflächen-Schnittkurve SK2, folgt die Funktion A(s) beispielsweise dem /25

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Zusammenhang A(s) = A_o * (1 - s), mit s[0, 1], wobei A_o der Normalabstand an dem oberen Rand der Basisfläche BF ist.

[00135] Dabei ist s = 0 die Position am oberen Rand der Basisfläche, wo somit A(0) = A_o gilt, am unteren Rand gilt A(1) = 0. Der Parameter stellt somit eine normierte Bogenlänge entlang der Schnittkurve BSK2 dar.

[00136] Für den Parameter s gilt in den vier Punkten gemäß Figur 9:

[00137] - PA: s = s_PA= 1, [00138] - PB: s ⁼ Sp_B, Sp_B < 1, [00139] - PC: s ⁼ Spc, Spc < Spß, und [00140] - PD: s = s_PD = 0.

[00141] A(s_pa) — Αθ * 0 — 0, A(s_PD) — Αθ * 1 — Aq, sowie 0 < A(Spß) < A(Spc) < A(Spß) — Aq.

[00142] Somit gibt es bei dieser Ausgestaltung vertikale zweite Schnittebenen, in welchen jeweils die übereinander liegenden „Nulldurchgänge, also jene Bereiche, wo die Außenfläche und die Basisfläche zusammenfallen, miteinander durch entsprechende zweite AußenflächenSchnittkurven, die in diesem Fall mit den zweiten Basis-Schnittkurven zusammenfallen, verbunden sind.

[00143] Genauso gibt es zweite Schnittebenen, in welchen die zweiten AußenflächenSchnittkurven die negativen Normalabstände/Amplituden miteinander verbinden. Für eine eindeutige Beschreibung ist es aber ausreichend, die zweiten Außenflächen-Schnittkurven für die „positiven Normalabstände/Amplituden anzugeben, die anderen Zusammenhänge ergeben sich durch den Sinus-Verlauf in den ersten Schnittebenen.

[00144] Der oben beschriebene Zusammenhang A(s) = A_o*(1 - s) ist ein Spezialfall des allgemeineren Falles A(s) = A₀*(K - s), mit K = 1. Es hat sich herausgestellt, dass zum Teil die optische Effizienz für K > 1 besser ist als für K = 1. Ein typischer Wert für den Parameter K liegt im Bereich von 1,2 -1,45, vorzugsweise bei ca. 1,33.

[00145] In diesem in den Figuren 10a - 10d dargestellten Fall gilt [00146] A(s_PÄ) = A_o * (K - 1) > 0, A(s_PD) = A_o * K, sowie A_o * (K - 1) < A(s_PB) < A(s_PC) < A(s_PD) = Ao* K.

[00147] Zusammenfassend lässt sich die Kontur der Außenfläche 3a über einer „gedachten Basisfläche BF darstellen als [00148] z(s, x) = A(s) * sin^N(k*x).

[00149] Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist zusammenfassend eine sinusförmige Rillenoptik vorgesehen, wobei die Sinus-Funktion normal zu der Linsenoberfläche, d.h. der glatten Basisfläche der Austrittslinse steht. Die Periode bleibt vorzugsweise unverändert, während vorzugsweise sich die Rillentiefe (Amplitude), insbesondere linear, von einem bestimmten Ausgangswert A_o (mit diesem Wert kann die Breite der Lichtverteilung eingestellt werden) an der Oberkante der Lichtaustrittsfläche auf einen Wert von Null an der Unterkante der Linse verändert. Damit kann erreicht werden, dass sich die Lichtverteilung wie gewünscht verbreitert, und überraschender Weise hat sich dabei auch ergeben, dass sich die Hell-Dunkel-Grenze nach Außen, auch bei einer geradlinig verlaufenden Brennlinie des lichtdurchlässigen Körpers, nicht aufbiegt.

[00150] Figur 11 zeigt eine Beleuchtungsvorrichtung umfassend vier erfindungsgemäße Beleuchtungseinheiten 100, welche einen oben beschriebenen Aufbau aufweisen. Die Optikkörper der einzelnen Beleuchtungseinheiten 100 sind ebenso wie die Lichtquellen 1 horizontal nebeneinander angeordnet. Vorzugsweise bilden die Optikkörper einen gemeinsamen einstückigen Optikkörper 1101. In dem gezeigten Beispiel bilden die Austrittsflächen der Austrittslinsen 3 eine durchgehende Fläche, welche in Horizontalschnitten eine gerade Linie darstellen.

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Patentamt [00151] Figur 12 zeigt eine weitere solche Beleuchtungsvorrichtung in einer Vorderansicht, die im Prinzip einen ähnlichen Aufbau wie jene aus Figur 11 (z.B. mit einstückigem Optikkörper; die einzelnen Optikkörper können aber auch getrennt sein) aufweist, wobei die Beleuchtungsvorrichtung mit sechs Beleuchtungseinheiten und somit sechs Austrittslinsen (wiederum einstückig oder getrennt) ausgestattet ist.

[00152] Aufgrund der erfindungsgemäßen Einspeisung des Lichtes in Abstrahlrichtung(=Fahrtrichtung) können mehrere erfindungsgemäße Beleuchtungseinheiten modulartig nebeneinander und/oder in der Höhe zueinander versetzt angeordnet werden, wobei die optischen Achsen der einzelnen Beleuchtungseinheiten einer DK folgen. Dies ist dadurch möglich, da die Austrittslinsen einfacher beschnitten werden können und entsprechende Designwunsch erfüllt werden können. Außerdem kann durch einen schräger Beschnitt der Austrittslinsen (bzw. der Gesamt-Austrittslinse, das ist die Summe aller einzelnen Austritslinsen 3) die Breite der einzelnen Beleuchtungseinheit reduziert werden und/oder eine Anpassung an eine gewünschte Fahrzeugscheinwerferpfeilung erfolgern.

Claims

1. Beleuchtungseinheit für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer zum Erzeugen eines Lichtbündels mit Hell-Dunkel-Grenze, wobei die Beleuchtungseinheit (100) umfasst:

- zumindest eine Lichtquelle (1),

- zumindest einen Kollimator (2),

-je eine Lichtquelle (1) für jeden Kollimator (2),

- eine Austrittslinse (3) mit einer Außenfläche (3a),

-einen Brennlinienbereich (4), welcher zwischen dem zumindest einen Kollimator (2) und der Austrittslinse (3) angeordnet ist, wobei der zumindest eine Kollimator (2) die von der ihm zugeordneten Lichtquelle (1) in den Kollimator (2) eingespeisten Lichtstrahlen (S1) zu einem Lichtbündel von Lichtstrahlen (S2) ausrichtet, und wobei Lichtstrahlen (S2) des aus dem zumindest einen Kollimator (2) austretenden Lichtbündels in den Brennlinienbereich oder in eine in dem Brennlinienbereich (4) liegende Brennlinie (FL) gelangen, und wobei die aus dem zumindest einen Kollimator (2) austretenden Lichtstrahlen (S2) von der Austrittslinse (3) zumindest in vertikaler Richtung (V) derart abgelenkt werden, dass die aus der Austrittslinse (3) austretenden Lichtstrahlen (S3) eine Lichtverteilung mit einer HellDunkel-Grenze bilden, wobei sich die Hell-Dunkel-Grenze als Abbildung der Brennlinie (FL) bzw. des Brennlinienbereiches (4) durch die Austrittslinse (3) ergibt, und wobei der zumindest eine Kollimator (2), die Austrittslinse (3) und der Brennlinienbereich (4) einstückig aus einem lichtdurchlässigen Körper (101) gebildet sind, und wobei an zumindest einer Begrenzungsfläche (2a) des zumindest einen Kollimator (2) die sich in dem lichtdurchlässigen Körper (101) fortpflanzenden Lichtstrahlen (S1, S2) totalreflektiert werden, wobei der zumindest eine Kollimator (2) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass aus dem zumindest einen Kollimator (2) austretende Lichtstrahlen (S2) in vertikaler Richtung auf die Brennlinie (FL) oder in den Brennlinienbereich (4) gebündelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (3a) der Austrittslinse (3) durch eine rillenförmige Struktur in einer glatten Basisfläche (BF) gebildet ist, wobei die die rillenförmige Struktur bildenden Rillen (3b) in im Wesentlichen vertikaler Richtung verlaufen, und wobei vorzugsweise jeweils zwei in horizontaler Richtung nebeneinander liegende Rillen (3b) durch eine, insbesondere im Wesentlichen vertikal verlaufende, Erhebung, die sich vorzugsweise über die gesamte Vertikalerstreckung der Rillen (3b) erstreckt, getrennt sind.

2. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Begrenzungsfläche (2a) des zumindest einen Kollimators (2) derart ausgebildet ist, dass das auf dieser zumindest einen Begrenzungsfläche (2a) total-reflektierte Licht der dem Kollimator (2) zugeordneten Lichtquelle (1) in vertikaler Richtung konvergierend abgestrahlt wird, sodass es auf die Brennlinie (FL) oder in den Brennlinienbereich (4) gebündelt wird.

3. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zentraler Einkoppel-Bereich (2b) des zumindest einen Kollimators (2) in Form einer Linse, insbesondere in Form einer Freiformlinse (2b¹) derart ausgebildet ist, dass über den zentralen Einkoppel-Bereich (2b) in den Kollimator (2) eingekoppeltes Licht in vertikaler Richtung konvergierend abgestrahlt wird, sodass es auf die Brennlinie (FL) oder in den Brennlinienbereich (4) gebündelt wird.

4. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle aus dem Kollimator (2) austretenden Lichtstrahlen (S2) in vertikaler Richtung auf die Brennlinie (FL) oder in den Brennlinienbereich (4) gebündelt werden.

5. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kollimator (2), insbesondere zumindest eine Begrenzungsfläche (2a) und/oder ein zentraler Einkoppel-Bereich (2b), des zumindest einen Kollimators (2), derart

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Patentamt ausgebildet ist bzw. sind, dass in horizontaler Richtung die von dem zumindest einen Kollimator (2) austretenden Lichtstrahlen parallel zueinander verlaufen.

6. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kollimator (2), insbesondere zumindest eine Begrenzungsfläche (2a) und/oder ein zentraler Einkoppel-Bereich (2b), derart ausgebildet ist bzw. sind, dass in horizontaler Richtung die von dem zumindest einen Kollimator (2) austretenden Lichtstrahlen konvergierend verlaufen, vorzugsweise derart, dass sich die Lichtstrahlen in etwa im Bereich der Austrittslinse (3), insbesondere in etwa im Bereich der Außenfläche (3a) der Austrittslinse (3), überkreuzen.

7. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie genau einen Kollimator (2) mit einer zugeordneten Lichtquelle (1) aufweist.

8. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kollimator (2) und die Austrittslinse (3) derart zueinander angeordnet sind, dass aus dem zumindest einen Kollimator (2) austretendes Licht direkt, insbesondere ohne vorherige Umlenkung und/oder Reflexion, zu der Austrittslinse (3) gelangt.

9. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtaustrittsfläche (2d) des zumindest einen Kollimators (2) im Wesentlichen normal auf eine optische Achse der Austrittslinse (3) steht.

10. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Lichtquelle

- tiefer liegt als der Brennlinienbereich (4) bzw. die Brennlinie (FL), oder

- höher liegt als der Brennlinienbereich (4) bzw. die Brennlinie (FL), oder

- auf gleicher Höhe wie der Brennlinienbereich (4) bzw. die Brennlinie (FL).

11. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite des Optikkörpers (1) zwei aufeinander zu laufende Optikkörper- Außenflächen (1a, 1b) eine Körperkante (4') bilden, welche im Bereich der Brennlinie (FL) bzw. im Brennlinienbereich (4) liegt oder den Brennlinienbereich bildet.

12. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die dem zumindest einen Kollimator (2) zugewandte Optikkörper-Außenfläche (1a) an ihrer Außenseite zumindest bereichsweise, vorzugsweise in ihrem gesamten Bereich, für sich in dem Optikkörper (1) fortpflanzendes, auf diese Optikkörper-Außenfläche (1a) auftreffendes Licht, Licht absorbierend ausgebildet ist.

13. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die sich bei einem Schneiden der Basisfläche (BF) mit ersten, nicht-vertikalen Schnittebenen (SE1) ergebenden ersten Basis-Schnittkurven (BSK1) geradlinig verlaufen, und wobei die sich bei einem Schneiden der Außenfläche (3a) mit diesen ersten Schnittebenen (SE1) ergebenden ersten Außenflächen-Schnittkurven (SK1) einen sinusförmigen Verlauf aufweisen.

14. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Außenflächen-Schnittkurven (SE1) in den ersten Schnittebenen (SE1), in Bezug auf die Basis-Schnittkurve (BSK1) der jeweiligen ersten Schnittebene (SE1), proportional zu sin^N(k*x) verlaufen, mit N = 1, 2, 3, .... aufweisen, wobei x die Koordinate entlang der jeweiligen Basis-Schnittkurve (SE1) und k eine Konstante bezeichnet.

15. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Nulldurchgänge der sinusförmigen ersten Außenflächen-Schnittkurven (SE1) auf den ersten BasisSchnittkurven (BSK1) liegen.

16. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert für die Konstante k für alle ersten Außenflächen-Schnittkurven (SE1) identisch ist.

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17. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die sich bei einem Schneiden der Basisfläche mit zweiten, vertikalen Schnittebenen (SE2), welche parallel zu einer optischen Achse (Z) der Austrittslinse (3) verlaufen, ergebenden zweiten Basis-Schnittkurven (BSK2) gekrümmt, insbesondere nach Außen gekrümmt, ausgebildet sind, wobei vorzugsweise die zweiten Basis-Schnittkurven (BSK2) stetig sind.

18. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die sich bei einem Schneiden der Außenfläche (3a) mit definierten zweiten Schnittebenen (SE2) ergebenden zweiten Außenflächen-Schnittkurven (SK2) Punkte der Außenfläche (3a) mit maximalem Abstand zu der Basisfläche (BF) miteinander verbinden.

19. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fortschreiten entlang der zweiten Basis-Schnittkurve (BSK2) in den definierten Schnittebenen (SE2) der Normalabstand zu der zweiten Außenflächen-Schnittkurve (SK2) eine Funktion A(s) eines Parameters s, welcher die Position auf der zweiten Basis- Schnittkurve (BSK2) angibt, ist.

20. Beleuchtungseinheit nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei einem Fortschreiten entlang der zweiten Basis-Schnittkurve (BSK2) der Normalabstand A(s) kontinuierlich vergrößert, wobei vorzugsweise der Normalabstand an einem unteren Rand der Basisfläche (BF) geringer ist als an einem oberen Rand der Basisfläche, wobei sich der Normalabstand A(s) beispielsweise nach dem Zusammenhang A(s) = A_o * (K - s), mit s[0, 1], wobei s = 0 den oberen Rand und s = 1 den unteren Rand bezeichnet, und K = 1 oder K > 1, ergibt, wobei A_o der Normalabstand an einem oberen oder unteren, vorzugsweise dem oberen Rand der Basisfläche (BF) ist.

21. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (3a) der Austrittslinse (3) in vertikaler Richtung nach Außen gekrümmt ist, und in horizontaler Richtung vorzugsweise geradlinig verläuft, und beispielsweise durch eine Zylinderfläche mit geradem Querschnitt entlang einer nach außen konvexen Kurve gebildet ist.

22. Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Lichtquelle (1) eine oder mehrere halbleiterbasierte lichtemittiernde Elemente, z.B. eine Leuchtdiode oder eine Mehrzahl von Leuchtdioden, und/oder z.B. zumindest eine Laserlichtquelle umfassend zumindest eine Laserdiode mit zumindest einer Konversionsschicht, umfasst.

23. Beleuchtungsvorrichtung umfassend zumindest zwei Beleuchtungseinheiten nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei vorzugsweise die lichtdurchlässigen Körper (101) der Beleuchtungseinheiten horizontal nebeneinander und/oder übereinander liegen.

24. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 23, dass die lichtdurchlässigen Körper (101) der zumindest zwei Beleuchtungseinheiten miteinander verbunden sind, vorzugsweise einstückig ausgebildet sind.

25. Kraftfahrzeugscheinwerfer mit zumindest einer Beleuchtungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 22 oder mit zumindest einer Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 23 oder 24.