EP4464934A1 - Vorsatzoptikbaugruppe für ein lichtmodul eines kraftfahrzeugscheinwerfers und kraftfahrzeugscheinwerfer mit einer solchen vorsatzoptikbaugruppe - Google Patents

Vorsatzoptikbaugruppe für ein lichtmodul eines kraftfahrzeugscheinwerfers und kraftfahrzeugscheinwerfer mit einer solchen vorsatzoptikbaugruppe Download PDF

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EP4464934A1
EP4464934A1 EP24164729.6A EP24164729A EP4464934A1 EP 4464934 A1 EP4464934 A1 EP 4464934A1 EP 24164729 A EP24164729 A EP 24164729A EP 4464934 A1 EP4464934 A1 EP 4464934A1
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EP
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light
optics assembly
motor vehicle
optical
elements
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Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
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    • F21W2102/20—Illuminance distribution within the emitted light

Definitions

  • the present invention relates to an optical attachment assembly for a light module of a motor vehicle headlight.
  • the optical attachment assembly comprises a plurality of light-guiding elements arranged in a row, each of which has a light entry surface and a light exit surface and is designed to guide light entering the light entry surface to the light exit surface, where the light exits.
  • the totality of the light exiting from the light exit surfaces of the optical attachment elements is intended to produce a dimmed light distribution with a light-dark boundary. Edge geometries in an area of the light exit surfaces of the optical attachment elements define a course of the light-dark boundary.
  • the invention relates to a motor vehicle headlight with such an optical attachment assembly.
  • Light modules for motor vehicle headlights for the realization of a segmented high beam (or partial high beam) together with a low beam are known from the state of the art. These light modules are also referred to as bi-function ADB (Adaptive Driving Beam) modules. Such light modules are known, for example, from the US 2020/ 318 804 A1 and the DE 10 2020 115 242 A1 These known technical solutions use two different LED levels for the high beam and the low beam. This requires different circuit boards on which in which the LEDs for the high beam and the low beam are arranged, as well as the positioning, fastening and contacting of the various circuit boards in the light module. In the DE 10 2020 115 242 A1 A separate mirror cover made of metal sheet is also used.
  • the reduction in the installation space required by the light module or the attachment optics assembly is becoming increasingly important, especially in the vertical direction, i.e. in relation to the installation height.
  • a possible technical solution is, for example, WO 2021/ 244 735 A1 and WO 2021/ 244 736 A1 presented.
  • the homogenization of the low beam distribution required for the low beam can be achieved by appropriate structuring of the primary and secondary optics.
  • LSR transparent liquid silicone rubber
  • the present invention is based on the object of designing and developing an auxiliary optics assembly of the type mentioned at the outset in such a way that components and materials of the auxiliary optics assembly are selected such that thermomechanical tolerances (i.e. mechanical changes in the components due to temperature fluctuations), in particular due to the principle and design, are minimized.
  • Thermal stability refers to the ability of a material to maintain its physical properties, in particular its dimensions at room temperature, over a long period of time as temperatures increase without changing, in particular without excessive deformation.
  • Thermal stability depends on various factors, such as the chemical composition of the material, its crystalline structure and its specific heat treatment. A material with high thermal stability can be used at high temperatures without losing its shape or changing it excessively.
  • silicone As a material for thermal reasons in order to be able to arrange the coupling surfaces of the light guides as close as possible to the corresponding light sources without the light guide material deforming.
  • Silicone can withstand relatively high temperatures of around 250°C, and even up to 300°C for short periods. High-temperature silicones can withstand even much higher temperatures.
  • the entire volume of the light guide consists of the silicone material.
  • silicone has a relatively high linear thermal expansion coefficient (also thermal expansion coefficient) according to ISO 11359-1, -2 (ie determined by thermomechanical analysis (TMA)) of greater than 150 ⁇ 10 -6 1/K, in particular from about 250 ⁇ 10 -6 1/K to 350 ⁇ 10 -6 1/K. This results in a relatively strong expansion of the silicone material due to temperature increase during operation of the associated light sources of the light module.
  • TMA thermomechanical analysis
  • the present invention proposes that the edge geometries and/or edges are formed in optical elements that consist of a thermally more stable material than silicone in order to ensure the thermal stability of the light-dark boundary required by law.
  • the entire volume of the optical elements consists of the thermally more stable material.
  • better thermal stability also has advantages in terms of mechanical tolerances over a wide temperature range and can be used to further reduce costs.
  • edge areas of the optical element can be used to define the light-dark boundary, so that a light module can be realized that is easier to assemble, since with an appropriate mechanical structure, active color fringe adjustment is not necessary. This also enables faster and simpler assembly of the optical attachment assembly or the light module, which can also reduce costs.
  • the additional optical surfaces e.g. light output surfaces of the light guides and light entry surfaces of the optical elements
  • the additional optical surfaces can be provided with a structure to enable better homogenization of the dimmed light distribution.
  • Any tilting of the plane of a circuit board on which the light sources for low beam and high beam are attached and contacted in order to position the high beam LEDs also makes it possible to maintain an optimal distance for the high beam optics from the aperture plane, found for performance reasons, and to increase the distance for the low beam LEDs from the aperture plane in order to further improve the homogenization of the low beam distribution.
  • the edge geometries and/or edges of the optical elements are preferably arranged in the area of the aperture plane.
  • the light coupling surfaces of the light guides form the light entry surfaces of the light guide elements.
  • the optical elements or light exit surfaces of the optical elements can form the light exit surfaces of the light guide elements.
  • optical elements assigned to the various light guide elements or silicone light guides are combined to form a one-piece optical component.
  • all optical elements of the auxiliary optical assembly are combined to form a single, one-piece optical component. This facilitates and accelerates the adjustment and/or assembly of the auxiliary optical assembly and its integration into the light module or the motor vehicle headlight.
  • the thermally more stable material from which the optical elements are formed can be any transparent material that is thermally more stable than silicone, i.e. expands less under the influence of heat than silicone.
  • the optical elements are made of a polycarbonate (PC).
  • PC has a linear thermal expansion coefficient according to ISO 11359-1, -2 of approximately 65 ⁇ 10 -6 1/K. This means that that a 1 m long PC rod becomes about 1.3 mm longer when the temperature increases by 20°C.
  • the thermal expansion coefficient of PC is therefore four to five times lower than that of silicone.
  • PC is particularly suitable for the manufacture of optical elements.
  • the optical elements could also be made from other materials, e.g.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • thermal stabilization of the component edges or edge geometries forming the light-dark boundary is achieved by using a material that is more thermally stable than silicone (e.g. PC, PMMA or others) for the optical elements in which the edges or edge geometries are formed or arranged.
  • silicone e.g. PC, PMMA or others
  • the optical elements are arranged at a distance from the light output surfaces of the optical fibers.
  • a distance between a light output surface of a light guide and an input surface of an optical element is at least 2.5% of the length of the light guide.
  • the length of the light guide is preferably considered to be the distance between the input surface of the light guide and its output surface along the optical axis.
  • the optical axis is preferably specified by a surface normal of a light output surface of a semiconductor light source (e.g. LED) assigned to the light guide through the center of the light output surface.
  • the distance between the light guide and the optical element can prevent the light guides with their light coupling surfaces from hitting the light exit surfaces of the associated semiconductor light sources during operation, even if the silicone light guides experience significant thermal expansion. Instead, the thermal expansion leads to a reduction in the dimensions of the gap between the light output surfaces of the light guides and the light entry surfaces of the optical elements.
  • the targeted thermal expansion of the light guides in the direction of the gap instead of in the direction of the light exit surfaces of the semiconductor light sources can be achieved by appropriately holding or mounting the light guides and the optical elements relative to one another and/or in relation to a fixed part of the motor vehicle headlight, e.g. a headlight housing.
  • the edge geometries each comprise a side wall of the optical elements, which has an extension running essentially parallel to the main direction of the light coupled out of the optical fibers.
  • essentially parallel means that the light rays coupled out of the optical fibers impinge on the side wall at most very flatly after entering the optical element.
  • Very flat means light rays whose angle of incidence on the side wall is ⁇ 45°, preferably ⁇ 35° and particularly preferably ⁇ 22.5°.
  • the side wall is preferably the lower side wall of the optical elements.
  • the side wall preferably has a substantially horizontal surface extension in order to form a substantially horizontal light-dark boundary of a dimmed light distribution, for example a dipped beam, a fog light, a low beam basic light.
  • the side wall can have a flat surface extension or an extension with a bend or a step. The bend or the step preferably runs parallel to an optical axis of the light-guiding elements.
  • a flat extension of the side wall can be used to produce a dimmed light distribution with a flat, symmetrical light-dark boundary, for example a low beam basic light or a dynamic Curve light.
  • An extension of the side wall with a bend or a step can be used to create a dimmed light distribution with an asymmetrical light-dark boundary, e.g. a dipped beam.
  • the surface extension of the side walls of the optical elements can differ from one another.
  • the side walls of the optical elements are particularly preferably designed to reflect at least part of the light coupled out of the light guides, entering the optical elements and striking the side walls.
  • the side walls of the optical elements therefore preferably form integrated mirror covers of the light-guiding elements.
  • the mirror covers can reflect the incident light by means of total reflection and/or they are provided with a reflective coating so that incident light is mirrored.
  • the proposed two-part design of the light-guiding elements (silicone light guide and downstream optical elements made of thermally more stable material) makes it possible to use the advantages of silicone on the one hand and to implement an integrated mirror cover on the other hand in order to be able to dispense with the arrangement, adjustment and fastening of a separate mirror cover in the light module.
  • each of the side walls of the optical elements is designed to form or define a section of the light-dark boundary. All sections together then result in the light-dark boundary of the dimmed light distribution.
  • optical elements of the light-guiding elements are combined to form a common, one-piece optical component, this has a single side wall that extends over all of the light-guiding elements.
  • Sections of the side wall in the area of the outer light-guiding elements preferably have a flat surface extension, whereas sections of the side wall in an area of the central light-guiding elements preferably have a surface extension with a kink or a step.
  • Edge geometries or edges of the side walls preferably front edges on the sides of the side walls facing forward in the direction of light emission, which are Light exit surfaces of the optical elements define the location and course of the light-dark boundary of the shielded light distribution. If the optical elements are combined to form a single optical component, an edge geometry or edge of a single side wall of the optical component, preferably a front edge on the side of the side wall facing forward in the light exit direction, which borders the light exit surface of the optical component, defines the location and course of the light-dark boundary of the shielded light distribution.
  • the side walls of the optical elements have a length of at least 0.5 mm in the main direction of the light coupled out of the light guides. This has both optical and manufacturing advantages.
  • the length of the side walls corresponds approximately to the thickness of the optical elements.
  • the entirety of the light emerging from the light exit surfaces of the light guide elements is intended to generate a low beam distribution or a low beam spot.
  • the low beam spot generated by means of the optical attachment assembly can, together with a low beam basic light distribution generated by another optical assembly of the light module or by another light module of the motor vehicle headlight, generate a low beam that meets the legal requirements (according to ECE R48 ⁇ 6.2, R98 and R112).
  • the low beam distribution generated by means of the optical attachment assembly can, together with a high beam distribution that illuminates a long range area above the light-dark limit of the low beam distribution, generate a high beam that meets the legal requirements (according to ECE R48 ⁇ 6.1, R98 and R112).
  • the high beam distribution can be generated by another optical assembly of the light module or by another light module of the motor vehicle headlight.
  • the object underlying the present invention is also achieved by a motor vehicle headlight with the features of claim 12.
  • the headlight comprises an optical attachment assembly according to the invention.
  • the motor vehicle headlight comprises a further has an optical assembly designed to generate a further light distribution, wherein the further optical assembly is designed to illuminate at least part of an area above the light-dark boundary of the dimmed light distribution generated by the additional optical assembly.
  • the front optics assembly can be designed, for example, to generate a dipped beam or a dipped beam spot.
  • the additional optics assembly can be designed, for example, to illuminate a long-distance area above the light-dark limit of the dipped beam in order to generate a high beam together with the dipped beam that meets the legal requirements for a high beam.
  • the additional optics assembly can be designed, for example, to generate a low beam basic light distribution, which together with the dipped beam spot generates a low beam that meets the legal requirements for a low beam.
  • the motor vehicle headlight has a projection optics that is designed to project the light emerging from the auxiliary optics assembly and from the further optics assembly onto a screen arranged at a distance from the motor vehicle headlight in order to generate an overall light distribution of the motor vehicle headlight.
  • the projection optics is therefore arranged downstream of the optics assemblies in the beam path and is designed to project the light emitted by both optics assemblies onto the road in front of the motor vehicle as an overall light distribution.
  • the overall light distribution can be, for example, a low beam or a high beam.
  • the projection optics can comprise a reflector and/or a lens.
  • the light emerging from the entirety of the light exit surfaces of the light guide elements of the optical attachment assembly is intended to generate a low beam and the further optical assembly is designed to generate a high beam, in particular an ADB (Adaptive Driving Beam) high beam, above the light-dark boundary of the low beam generated by the optical attachment assembly.
  • the ADB high beam illuminates the long-distance area above the light-dark boundary with several individually controllable light segments or blocks.
  • the long-distance area can be illuminated with different combinations of light segments. In this way, for example, places in the long-distance area where other road users (e.g.
  • the headlight is assigned at least one sensor that detects other road users in advance and generates corresponding sensor signals, and a computing unit that receives and processes the sensor signals and generates corresponding control signals for the ADB optics assembly or the light sources assigned to it.
  • the sensor comprises, for example, a camera arranged on the front of the motor vehicle, in particular on an upper edge of a windshield.
  • the light emerging from the entirety of the light exit surfaces of the light guide elements of the optical attachment assembly is intended to generate a low beam spot and the motor vehicle headlight has a deflection optics that is designed to generate a low beam basic light distribution, wherein a part of the deflection optics is arranged in the main direction of the light coupled out from the light guides after the light coupling surfaces of the light guides and forms the optical element. Consequently, the light emerging from the light guides first passes through the gap and then enters the part of the deflection optics that forms the optical element.
  • a preferably horizontal side wall particularly preferably a lower horizontal side wall, can be designed as an integrated mirror cover.
  • Edge geometries or edges of the side wall define the course of the light-dark boundary of the low beam spot.
  • the light emitted by the deflection optics is preferably projected onto the road in front of the motor vehicle by a projection optics.
  • the low beam basic light preferably has a symmetrical, flat, horizontal light-dark boundary without kinks or steps.
  • the low beam basic light can be pivoted in a horizontal direction, for example in order to be able to implement a dynamic cornering light function.
  • the pivoting of the low beam basic light can be carried out by mechanically pivoting at least one component of the headlight around a vertical pivot axis or purely electronically via appropriate control of the light sources.
  • the low beam spot preferably has an asymmetrical horizontal light-dark boundary with a kink and/or a step.
  • the asymmetrical light-dark boundary is preferably higher on the side of the vehicle facing traffic than on the side of the oncoming traffic.
  • the low beam spot illuminates a central area of the light distribution below the light-dark boundary of the low beam and near a vertical center plane of the light distribution (around the optical axis) particularly brightly.
  • the motor vehicle headlight or the light module can have a further optical assembly that is designed to generate a high beam, in particular an ADB (Adaptive Driving Beam) high beam, above the light-dark limit of the low beam generated by the optical assembly.
  • ADB Adaptive Driving Beam
  • the low beam and the illumination of the long range together form a high beam that meets the legal requirements.
  • a headlight 101 of a motor vehicle is designated in its entirety by the reference number 101.
  • the headlight 101 comprises a housing 102, which is preferably made of plastic.
  • the headlight housing 102 In a light exit direction 103, the headlight housing 102 has a light exit opening, which is closed by a transparent cover plate 104.
  • the cover plate 104 is made of colorless plastic or glass.
  • the plate 104 can be designed as a so-called clear plate without optically effective profiles.
  • the pane 104 can be provided, at least in some areas, with optically effective profiles (e.g. cylindrical lenses or prisms) which cause a scattering of the light passing through, preferably in a horizontal direction.
  • two light modules 105, 106 are arranged inside the headlight housing 102.
  • the light modules 105, 106 are arranged fixedly or so that they can move relative to the housing 102.
  • a dynamic cornering light function can be implemented by moving the light modules 105, 106 relative to the housing 102 in the horizontal direction.
  • a headlight range control can be implemented.
  • a variable or dynamic light distribution of at least one of the light modules 105, 106 can be implemented by controlling one or more subcomponents of the light module 105; 106, for example individual light sources of a matrix light source of the light module 105; 106.
  • At least one of the light modules 105, 106 is designed as a light module according to the invention and comprises an attachment optics assembly according to the invention, as will be explained further below.
  • a control unit 107 can be arranged in a control unit housing 108 on the outside of the headlight housing 102.
  • the control unit 107 can of course also be arranged at any other location on the lighting device 101.
  • a separate control unit can be provided for each of the light modules 105, 106, whereby the control units can be an integral part of the light modules 105, 106.
  • the control unit 107 can of course also be arranged away from the lighting device 101, for example in the engine compartment of the motor vehicle.
  • the control unit 107 is used to control and/or regulate the light modules 105, 106 or subcomponents of the light modules 105, 106, such as light sources of the light modules 105, 106 or actuators for horizontal and/or vertical adjustment of the light modules 105, 106 or of the cover elements of the light modules.
  • the control of the light modules 105, 106 or the subcomponents by the control unit 107 takes place via connecting lines 110, which are Fig. 10 are only symbolically represented by a dashed line.
  • the light modules 105, 106 can also be supplied with electrical energy via the lines 110.
  • the lines 110 are led from the interior of the lighting device 101 through an opening in the headlight housing 102 into the control unit housing 108 and are connected there to the circuit of the control unit 107. If control units are provided as an integral part of the light modules 105, 106, the lines 110 and the opening in the headlight housing 102 can be omitted.
  • the control unit 107 can comprise a plug element 109 for connecting a connecting cable to a higher-level control unit (e.g. in the form of a so-called body controller unit) and/or an energy source (e.g. in the form of the vehicle battery).
  • An x-axis corresponds to the light exit direction 103 of the light from the light module 10. If the light module 10 is aligned horizontally, this can correspond to the direction of travel of the motor vehicle in which the headlight 101 is installed.
  • a y-axis runs horizontally and perpendicular to the x-axis.
  • a z-axis runs vertically and perpendicular to the x-axis and the y-axis.
  • the light module according to the invention is discussed in more detail below.
  • Current bi-function ADB (Adaptive Driving Beam) modules known from the state of the art must meet not only customer requirements with regard to optical performance but also increasingly stringent requirements with regard to installation space and cost reduction. This cost pressure and the desire to reduce installation space make it necessary to reduce the number of components and simplify the assembly and adjustment processes. Complex adjustment and thus long Cycle times can be dispensed with if the components and materials are selected in such a way that thermomechanical tolerances are minimized due to the principle and design.
  • ADB Adaptive Driving Beam
  • the Figs. 1 to 5 show a first embodiment of a light module 10 according to the invention, which can be used, for example, as a light module 105 and/or 106 in the headlight 101, in various views.
  • the light module 10 comprises an auxiliary optics assembly 12 (or primary optics assembly) with a plurality of light-guiding elements 14 arranged in a row, each of which has a light entry surface 16 and a light exit surface 18 and is designed to guide light entering the light entry surface 16 to the light exit surface 18, where the light exits.
  • the entirety of the light exiting from the light exit surfaces 18 of the light-guiding elements 14 is intended to produce a dimmed light distribution with a light-dark boundary.
  • Edge geometries 28 (cf. Fig. 5 ) in an area of the light exit surfaces 18 of the light-guiding elements 14 define a course of the light-dark boundary.
  • the light-dark boundary preferably has a substantially horizontal course. It can be flat or designed with bends and/or steps.
  • Light sources 17 are assigned to the light guide elements 14 or their light entry surfaces 16 (cf. Figs. 3 to 5 ), which emit light that enters the light guide elements 14 via the light entry surfaces 16.
  • each light entry surface 16 is assigned at least one separate, separately controllable light source.
  • the light sources 17 preferably comprise semiconductor light sources, in particular LEDs, OLEDs or laser diodes.
  • all semiconductor light sources 17 assigned to the light guide elements 14 are arranged on a common circuit board (not shown) and contacted via this.
  • ten light-guiding elements 14 are arranged next to one another in a row.
  • a different number of light-guiding elements 14 and/or a different arrangement can also be provided.
  • each of the light-guiding elements 14 comprises a light guide 20 which has a light coupling surface 22 and a light coupling surface 24 and is designed to guide light coupled into the light coupling surface 22 to the light coupling surface 24, where the light is coupled out. Furthermore, each of the light-guiding elements 14 comprises an optical element 26 arranged downstream in a main direction of light coupled out of the light guide 20, through which light coupled out of the light guide 20 passes.
  • the light guides 20 are made from a transparent silicone material.
  • the optical elements 26 are made from a transparent material that is more thermally stable than silicone.
  • the edge geometries 28 of the light-guiding elements 14 defining the light-dark boundary are formed in the optical elements 26.
  • the optical elements 26 each have a light entry surface 30 and a light exit surface 32.
  • the light entry surfaces 16 of the light guide elements 14 preferably correspond to the light coupling surfaces 22 of the light guides 20.
  • the light exit surfaces 18 of the light guide elements 14 also preferably correspond to the light exit surfaces 32 of the optical elements 26.
  • Several adjacent optical elements 26 can be combined to form a one-piece optical component which has a common, continuous light exit surface 32 and preferably also a common, continuous light entry surface 30.
  • the continuous light entry surface 30 and/or light exit surface 32 can be flat or curved or can be formed with bends and/or steps.
  • all optical elements 26 of the optical attachment assembly 12 are combined to form a one-piece optical component 26' which has a common, flat light exit surface 32.
  • the light emerging from the light guides 20 arranged next to one another in a row or their light output surfaces 24 preferably passes through various sections of the optical component 26' arranged next to one another in a row, whereby crosstalk of light from one section of the optical component 26' into an adjacent section is not excluded.
  • the light coupling surfaces 22 of the attachment optics assembly 12 can be positioned particularly close to the associated light sources 17. This allows the light emitted by the light sources 17 to be coupled into the light guides 20 particularly efficiently.
  • Thermal stabilization of the edge geometries 28 or component edges forming the light-dark boundary of the shielded light distribution can be achieved by using a thermally more stable material than silicone for this part of the light-guiding element 14, preferably polycarbonate (PC), for example. In this way, a thermally stable light-dark boundary of the shielded light distribution can be created.
  • a thermally more stable material than silicone for this part of the light-guiding element 14, preferably polycarbonate (PC), for example.
  • the air gap 34 also provides an optical advantage. Since the additional optical elements 26 are only placed in front of the auxiliary optical assembly 12 responsible for forming the low beam distribution, an area of a side wall 36 or an entire side wall 36 of the optical elements 26 can be used as an optical interface (see. Fig. 5 ). By total reflection of parts of the incoming light rays at this interface 36, the intensity at the light-dark boundary edge can be increased, which is advantageous for the optical performance (in particular for the range close to the light-dark boundary) of the dimmed light distribution. In this way, the efficiency of the overall system can be increased.
  • the side wall 36 thus serves as an integrated mirror aperture of the optical attachment assembly 12.
  • the reflection of the light rays entering the optical elements 26 and striking the side wall 36 could also reflective.
  • the side wall 36 can be at least partially provided with a reflective coating.
  • the course of the side wall 36 or an edge geometry 28, in particular a front edge of the side wall 36 defines the course of the light-dark boundary of the resulting dimmed light distribution of the attachment optics assembly 12.
  • Fig. 2 a course of the interface 36 for producing an asymmetrical light-dark boundary with a kink and step in the horizontal direction approximately in the middle of the interface 36 is shown.
  • the front optics assembly 12 can be combined with another optics assembly to create a light module 10 in the form of an ADB-Bi functional module.
  • a light module 10 in the form of an ADB-Bi functional module.
  • Different optical arrangements are conceivable for the implementation. Examples are shown in the Figs. 1 to 5 and Figs. 6 to 9 Two possible arrangements are shown in different views. These do not use a separate mirror aperture to create the light-dark boundary of the dimmed light distribution.
  • the light module 10 comprises an optical attachment assembly 12 with light guides 20 and optical elements 26 for the corresponding light sources 17 (e.g. LEDs) for the low beam and a further optical assembly 38 with a light guide arrangement with several light guides 40 arranged next to one another in a row for corresponding light sources 42 (e.g. LEDs) for the high beam, in particular for the ADB high beam. Silicone is used as the material for the light guides 20 and/or 40.
  • an optical element 26, for example made of PC (polycarbonate) is placed, which is illuminated by light emerging from the low beam light guides 20. The resulting light distribution is projected onto the road in front of the motor vehicle using a secondary optics 44.
  • the resulting light distribution is, for example, low beam when only the optical attachment assembly 12 or its LEDs 17 are active, or high beam when the optical attachment assembly 12 or its LEDs 17 are active together with the further optical assembly 38 or its LEDs 42.
  • the ADB high beam emerging from the further optical assembly 38 or the light guides 40 does not pass through the additional optical element 26.
  • the further optical assembly 38 comprises a total of 16 high beam light guides 40 arranged next to one another in a row.
  • Each of the light guides 40 is preferably assigned at least one of its own light sources 42 (e.g. LEDs).
  • the light sources 42 can be controlled separately from one another in order to be able to implement a partial high beam or segmented high beam.
  • the control of the light sources 42 can take place depending on other road users (driving ahead and/or oncoming) detected in front of the motor vehicle, so that the high beam distribution can be darkened or shaded in the areas in which other road users are located.
  • Fig. 5 is the side wall 36 of the first example (cf. Fig. 3 ) illuminated.
  • a thickness or length 46 of the side wall 36 in the direction of the beam path through the optical element 26 is at least 0.5 mm. This has photometric and manufacturing advantages.
  • a distance 48 between the exit surface 24 of the silicone light guide optics or the individual silicone light guides 20 and the entry surface 30 in the additional component 26 is preferably at least 2.5% of the length of the silicone light guide 20, whereby the length of the silicone light guide 20 is the distance between the coupling surface 22 of the light guide 20 and its coupling surface 24 along the optical axis.
  • the optical axis is specified by a surface normal of an exit surface of a semiconductor light source 17 (e.g. LED) through the center of the corresponding light source 17.
  • the Fig. 4 shows the beam components 50 transmitted in the vicinity of the side wall 36 and the beam components 52 reflected from the side wall 36, which are imaged by the secondary optics 44.
  • the resulting low beam is constructed as a total light distribution from the interaction of an optical attachment assembly 12 according to the invention that generates a low beam spot and a deflection optic 54 made of polycarbonate (PC) or another suitable material that generates a low beam basic light distribution.
  • a lower part of the deflection optic 54 is arranged in front of the light output surfaces 24 of the silicone light guide 20 of the The auxiliary optics assembly 12 which generates the low beam spot is arranged therein and is illuminated by the light coupled out of the light guides 20 (cf. Fig. 9 ).
  • the lower part of the deflection optics 54 thus forms the additional optical element 26 according to the invention.
  • Light coupled into the deflection optics 54 from basic light sources eg LEDs
  • a secondary optic 44 which shows a view of the light module 10 from behind
  • Fig. 7 which shows a view from the front
  • this combination of a deflection optic 54 made of polycarbonate and the light guide optic with the light guides 20 made of silicone is shown.
  • a further light guide arrangement 38 with several light guides 40 arranged in a row next to one another can also be provided in this example, which is designed, for example, to generate an ADB high beam.
  • the ADB high beam emerging from the further optical assembly 38 or the light guides 40 does not pass through the additional optical element 26.
  • the high beam can, however, very well pass through the secondary optics 44 and be projected by them in front of the vehicle.
  • the further optical assembly 38 comprises a total of 16 high beam light guides 40 arranged next to one another in a row. Of course, a different number and arrangement of the light guides 40 is also conceivable.
  • a behavior comparable to the first example is in Fig. 9 for the in Fig. 8 shown example with the illuminated PC deflection optics 54 or the lower part of the deflection optics 54 forming the additional optical element 26, 26'.
  • beam components 52 are reflected by the side wall 36 and other beam components 50 are transmitted in the vicinity thereof, which are imaged by the corresponding secondary optics 44.
  • the width 48 of the air gap 34 also applies here that it should have at least 2.5% of the length of the corresponding light guide 20, whereby the length refers to the distance between the coupling surface 22 of the light guide 20 and its output surface 24.
  • this side wall 36 should also have a length 46 of at least 0.5 mm.
  • the invention describes a compact low beam light module 10 which, in combination with another optical module 38 which illuminates a high beam area above the light-dark limit of the dimmed light distribution, can be supplemented to form an ADB bi-function light module.
  • the light module 10 has an optical attachment assembly 12 comprising silicone light guides 20 and downstream additional optical elements 26 made of polycarbonate or another suitable material.
  • the mirror cover is integrated into the optical attachment assembly 12, so that an additional separate mirror cover is not necessary.
  • the invention proposes extending the light guides 20 made of silicone with one or more additional optical elements 26, 26', the lower side wall 36 of which acts as a mirror aperture, for example by means of total reflection.
  • the course of the light-dark boundary of the shielded light distribution formed by the additional optics assembly 12 is defined by an edge geometry 28 of the side walls 36.
  • An air gap 34 is formed between the silicone light conductors 20 and the optical elements 26, 26' so that thermal expansion of the silicone does not affect the mirror aperture integrated into the optical element 26, 26' (on the side walls 36) and its edge geometry 28 or the position and course of the light-dark boundary.
  • the proposed arrangement is particularly advantageous for compact light modules 10 and improves the thermal stability of the light-dark boundary.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorsatzoptikbaugruppe (12) für ein Lichtmodul (10) eines Kraftfahrzeugscheinwerfers (101), mit einer Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Lichtleitelementen (14), von denen jedes eine Lichteintrittsfläche (16) und eine Lichtaustrittsfläche (18) aufweist und ausgebildet ist, in die Lichteintrittsfläche (16) eintretendes Licht zu der Lichtaustrittsfläche (18) zu leiten, wo das Licht austritt, wobei die Gesamtheit des aus den Lichtaustrittsflächen (18) der Lichtleitelemente (14) austretenden Lichts zur Erzeugung einer abgeblendeten Lichtverteilung mit einer Helldunkelgrenze vorgesehen ist und Randgeometrien (28) in einem Bereich der Lichtaustrittsflächen (18) der Lichtleitelemente (14) einen Verlauf der Helldunkelgrenze definieren. Es wird vorgeschlagen, dass jedes der Lichtleitelemente (14) einen Lichtleiter (22), der eine Lichteinkoppelfläche (22) und eine Lichtauskoppelfläche (24) aufweist und ausgebildet ist, in die Lichteinkoppelfläche (22) eingekoppeltes Licht zu der Lichtauskoppelfläche (24) zu leiten, wo das Licht auskoppelt, und ein in einer Hauptrichtung von aus dem Lichtleiter (22) ausgekoppeltem Licht nachgeordnetes Optikelement (26) aufweist, durch das aus dem Lichtleiter (22) ausgekoppeltes Licht hindurchtritt, wobei die Lichtleiter (22) aus einem transparenten Silikonmaterial und die Optikelemente (26) aus einem transparenten, thermisch stabileren Material als Silikon gefertigt sind, und die die Helldunkelgrenze definierenden Randgeometrien (28) der Lichtleitelemente (14) in den Optikelementen (14) ausgebildet sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorsatzoptikbaugruppe für ein Lichtmodul eines Kraftfahrzeugscheinwerfers. Die Vorsatzoptikbaugruppe umfasst eine Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Lichtleitelementen, von denen jedes eine Lichteintrittsfläche und eine Lichtaustrittsfläche aufweist und ausgebildet ist, in die Lichteintrittsfläche eintretendes Licht zu der Lichtaustrittsfläche zu leiten, wo das Licht austritt. Die Gesamtheit des aus den Lichtaustrittsflächen der Lichtleitelemente austretenden Lichts ist zur Erzeugung einer abgeblendeten Lichtverteilung mit einer Helldunkelgrenze vorgesehen. Randgeometrien in einem Bereich der Lichtaustrittsflächen der Lichtleitelemente definieren einen Verlauf der Helldunkelgrenze.
  • Außerdem betrifft die Erfindung einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einer solchen Vorsatzoptikbaugruppe.
  • Aus dem Stand der Technik sind Lichtmodule für Kraftfahrzeugscheinwerfer zur Realisierung eines segmentierten Fernlichts (oder auch Teilfernlichts) zusammen mit einem Abblendlicht bekannt. Diese Lichtmodule werden auch als Bi-Funktions-ADB (Adaptive Driving Beam)-Module bezeichnet. Solche Lichtmodule sind bspw. aus der US 2020/ 318 804 A1 sowie der DE 10 2020 115 242 A1 bekannt. Bei diesen bekannten technischen Lösungen kommen zwei unterschiedliche LED-Ebenen für das Fernlicht und das Abblendlicht zum Einsatz. Das erfordert verschiedene Platinen, auf denen die LEDs für das Fernlicht bzw. das Abblendlicht angeordnet sind, sowie die Positionierung, Befestigung und Kontaktierung der verschiedenen Platinen in dem Lichtmodul. In der DE 10 2020 115 242 A1 wird zudem eine separate Spiegelblende aus einem Metallblech verwendet.
  • Zur Verringerung der Kosten und des Montageaufwands ist eine Reduktion der Bauteile erstrebenswert. Dies kann bspw. durch nur eine LED-Ebene bzw. nur eine zusammenhängende Platine für die LEDs für Fernlicht und für Abblendlicht erzielt werden. Eine entsprechende technische Lösung ist bspw. aus der EP 3 872 394 A1 bekannt.
  • Zur Realisierung eines segmentierten Fernlichts ist es bekannt, fokussierende Lichtleiter vor den entsprechenden LEDs anzuordnen. Dadurch wird die LED-Ebene weitgehend vorgegeben. Eine mögliche technische Lösung für die Abblendlichtverteilung ist durch den hybriden Ansatz in DE 10 2018 125 157 A1 beschrieben. Hierbei handelt es sich um eine Kombination aus fokussierenden Lichtleiteroptiken für die Fernlichtsegmente und einer totalreflektierenden Umlenkoptik, um mit möglichst wenig LEDs eine Abblendlichtverteilung zu erzeugen.
  • Es ist ferner bekannt, bspw. aus der US 2019/ 234 571 A1 , eine weitere Teilereduktion durch einen monolithischen Aufbau einer Vorsatzoptikbaugruppe zu erreichen. Dort wird vorgeschlagen, fokussierende Lichtleiteroptiken und eine Umlenkoptik für das Abblendlicht mittels eines monolithisch zusammenhängenden optischen Elements zu realisieren.
  • Neben einer Reduzierung der Teileanzahl und der damit einhergehenden Kostenreduktion wird in zunehmendem Maße auch die Reduktion des durch das Lichtmodul bzw. die Vorsatzoptikbaugruppe benötigten Bauraums immer wichtiger, insbesondere in vertikaler Richtung, also in Bezug auf die Bauhöhe.
  • Dies kann bspw. dadurch erreicht werden, dass die Umlenkoptik für das Abblendlicht durch eine Lichtleiteroptik ersetzt wird, ähnlich wie sie auch für das segmentierte Fernlicht zum Einsatz kommt. Eine mögliche technische Lösung wird bspw. in WO 2021/ 244 735 A1 und WO 2021/ 244 736 A1 vorgestellt. Die für das Abblendlicht notwendige Homogenisierung der Abblendlichtverteilung kann durch eine entsprechende Strukturierung der Primär- und Sekundäroptik erreicht werden.
  • Aus dem Artikel "Silikon im Scheinwerfer", S. 86-89, Kunststoffe 3/2016, Carl Hanser Verlag, München ist es bspw. bekannt, Optiken aus transparenten Flüssigsilikonkautschuken (LSR; Liquid Silicone Rubber) in Kraftfahrzeugscheinwerfern zu verwenden. Dies hat insbesondere im Hinblick auf die guten thermischen Eigenschaften und die hohe UV- und Alterungsbeständigkeit von Silikonen Vorteile. Die guten thermischen Eigenschaften beziehen sich auf die Fähigkeit von Kautschuk relativ hohen Temperaturen standzuhalten, ohne dass sich die chemischen Eigenschaften verändern.
  • Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorsatzoptikbaugruppe der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, dass Bauteile und Materialien der Vorsatzoptikbaugruppe so gewählt sind, dass thermomechanische Toleranzen (d.h. mechanische Veränderungen der Bauteile aufgrund von Temperaturschwankungen), insbesondere prinzip- und designbedingt, minimiert sind.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorsatzoptikbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Insbesondere wird ausgehend von der Vorsatzoptikbaugruppe der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass
    • jedes der Lichtleitelemente einen Lichtleiter, der eine Lichteinkoppelfläche und eine Lichtauskoppelfläche aufweist und ausgebildet ist, in die Lichteinkoppelfläche eingekoppeltes Licht zu der Lichtauskoppelfläche zu leiten, wo das Licht auskoppelt, und ein in einer Hauptrichtung von aus dem Lichtleiter ausgekoppeltem Licht nachgeordnetes Optikelement aufweist, durch das aus dem Lichtleiter ausgekoppeltes Licht hindurchtritt, wobei
    • die Lichtleiter aus einem transparenten Silikonmaterial gefertigt sind,
    • die Optikelemente aus einem transparenten, thermisch stabileren Material als Silikon gefertigt sind, und
    • die die Helldunkelgrenze definierenden Randgeometrien der Lichtleitelemente in den Optikelementen ausgebildet sind.
  • Thermische Stabilität bezieht sich dabei auf die Fähigkeit eines Materials, seine physikalischen Eigenschaften, insbesondere seine Abmessungen bei Zimmertemperatur, bei steigenden Temperaturen über einen längeren Zeitraum hinweg beizubehalten, ohne sich zu verändern, insbesondere ohne sich übermäßig zu verformen.
  • Die thermische Stabilität hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie der chemischen Zusammensetzung des Materials, seiner kristallinen Struktur und seiner spezifischen Wärmebehandlung. Ein Material mit hoher thermischer Stabilität kann bei hohen Temperaturen eingesetzt werden, ohne dass es seine Form verliert oder übermäßig verändert.
  • Für eine optisch effiziente Nutzung von Lichtleiteroptiken ist es aus thermischen Gründen sinnvoll, Silikon als Material zu nutzen, um die Einkoppelflächen der Lichtleiter möglichst nahe an den entsprechenden Lichtquellen anordnen zu können, ohne dass sich das Lichtleitermaterial verformt. Silikon kann relativ hohen Temperaturen von etwa 250°C, kurzfristig sogar bis zu 300°C, widerstehen. Hochtemperatur-Silikone können noch wesentlich höheren Temperaturen standhalten. Bevorzugt besteht das gesamte Volumen der Lichtleiter aus dem Silikonmaterial.
  • Allerdings hat Silikon einen relativ hohen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (auch Wärmeausdehnungskoeffizient) gemäß ISO 11359-1, -2 (d.h. durch thermomechanische Analyse (TMA) bestimmt) von größer 150·10-6 1/K, insbesondere von etwa 250·10-6 1/K bis 350·10-6 1/K. Dies hat eine relativ starke Ausdehnung des Silikonmaterials aufgrund von Temperaturerhöhung während des Betriebs der zugeordneten Lichtquellen des Lichtmoduls zur Folge.
  • Eine Definition des Verlaufs einer Helldunkelgrenze einer abgeblendeten Lichtverteilung durch Randgeometrien im Bereich der Auskoppelseiten/-flächen von Lichtleitern bzw. durch Kanten der Auskoppelseiten/-flächen von Lichtleitern aus Silikonmaterial hätte die unerwünschte Folge, dass sich während des Betriebs des Scheinwerfers die Silikonlichtleiter relativ stark verformen und sich der Ort und/oder der Verlauf der Randgeometrien und damit auch einer Helldunkelgrenze der abgeblendeten Lichtverteilung relativ stark verändern würde. Dies ist insbesondere bei Bi-Funktions-Lichtmodulen zur Realisierung von ADB-Fernlicht problematisch, da dort Lichtsegmente der Fernlichtverteilung häufig sehr dicht an andere Verkehrsteilnehmer (Lenker von vorausfahrenden oder entgegenkommenden Fahrzeugen) herangeführt werden. Eine unkontrollierte Veränderung des Orts und/oder des Verlaufs der Helldunkelgrenze würde zu einer schlechteren Ausleuchtung des Vorfelds vor dem Kraftfahrzeug und/oder zu einer Blendung anderer Verkehrsteilnehmer führen.
  • Aus diesem Grund schlägt die vorliegende Erfindung vor, dass die Randgeometrien und/oder Kanten in Optikelementen ausgebildet sind, die aus einem thermisch stabileren Material als Silikon bestehen, um eine von Gesetzeswegen geforderte thermische Stabilität der Helldunkelgrenze zu gewährleisten. Bevorzugt besteht das gesamte Volumen der Optikelemente aus dem thermisch stabileren Material.
  • Ferner hat eine bessere thermische Stabilität auch Vorteile hinsichtlich mechanischer Toleranzen über einen breiten Temperaturbereich hinweg und kann für eine weitere Kostenreduktion genutzt werden. Indem das zusätzliche Optikelement eines Lichtleitelements aus einem thermisch stabileren Material gefertigt ist und von aus dem Lichtleiter ausgekoppeltem Licht durchleuchtet wird, können Randbereiche des Optikelements zur Definition der Helldunkelgrenze herangezogen werden, sodass ein im Zusammenbau vereinfachtes Lichtmodul realisiert werden kann, da bei einem entsprechenden mechanischen Aufbau, auf eine aktive Farbsaumjustage verzichtet werden kann. Damit einhergehend ist ein schnellerer und einfacherer Zusammenbau der Vorsatzoptikbaugruppe bzw. des Lichtmoduls möglich, wodurch zusätzlich Kosten reduziert werden können.
  • Des Weiteren können die aufgrund des zweiteiligen Aufbaus der Lichtleitelemente vorhandenen zusätzlichen optischen Flächen (z.B. Lichtauskoppelflächen der Lichtleiter und Lichteintrittsflächen der Optikelemente) mit einer Struktur versehen werden, um eine bessere Homogenisierung der abgeblendeten Lichtverteilung zu ermöglichen. Auch eine etwaige Verkippung der Ebene einer Platine, auf der die Lichtquellen für Abblendlicht und Fernlicht befestigt und kontaktiert sind, um die Position der Fernlicht-LEDs ermöglicht einen aus Performancegründen gefundenen optimalen Abstand für die Fernlichtoptiken zur Blendenebene zu halten, und den Abstand für die Abblendlicht-LEDs zur Blendenebene zu erhöhen, um damit zusätzlich die Homogenisierung der Abblendlichtverteilung zu verbessern. Im Bereich der Blendenebene sind bevorzugt die Randgeometrien und/oder Kanten der Optikelemente angeordnet.
  • Vorteilhafterweise bilden die Lichteinkoppelflächen der Lichtleiter die Lichteintrittsflächen der Lichtleitelemente. In entsprechender Weise können die Optikelemente bzw. Lichtaustrittsflächen der Optikelemente die Lichtaustrittsflächen der Lichtleitelemente bilden.
  • Bevorzugt sind mehrere den verschiedenen Lichtleitelementen bzw. Silikon-Lichtleitern zugeordnete Optikelemente, bevorzugt mehrere zueinander benachbarte und aneinander angrenzende Optikelemente, zu einem einstückigen Optikbauteil zusammengefasst. Besonders bevorzugt sind alle Optikelemente der Vorsatzoptikbaugruppe zu einem einzigen einstückig ausgebildeten Optikbauteil zusammengefasst. Dies erleichtert und beschleunigt die Justage und/oder Montage der Vorsatzoptikbaugruppe sowie deren Integration in das Lichtmodul bzw. den Kraftfahrzeugscheinwerfer.
  • Das thermisch stabilere Material, aus dem die Optikelemente gebildet sind, kann jedes transparente Material sein, das thermisch stabiler als Silikon ist, d.h. sich unter Wärmeeinwirkung weniger stark ausdehnt als Silikon. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Optikelemente aus einem Polycarbonat (PC) gefertigt sind. PC hat einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten gemäß ISO 11359-1, -2 von etwa 65·10-6 1/K. Das bedeutet, dass eine PC-Stange von 1 m Länge um ca. 1,3 mm länger wird, wenn die Temperatur um 20°C ansteigt. Der thermische Ausdehnungskoeffizient von PC ist also vier bis fünf Mal geringer als der von Silikon. Aus diesem Grund eignet sich PC besonders gut zur Fertigung der Optikelemente. Selbstverständlich könnten die Optikelemente auch aus anderen Materialien hergestellt sein, bspw. Polymethylmethacrylat (PMMA), dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient bei etwa 75·10-6 1/K liegt. Das bedeutet, dass eine PMMA-Stange von 1 m Länge um ca. 1,5 mm länger wird, wenn die Temperatur um 20°C ansteigt. Dies ist zwar eine etwas größere Wärmeausdehnung als bei PC, aber immer noch deutlich weniger als bei Silikon.
  • Mithin wird eine thermische Stabilisierung der Helldunkelgrenze-bildenden Bauteilkanten oder Randgeometrien dadurch erreicht, dass für die Optikelemente, in denen die Kanten oder Randgeometrien ausgebildet oder angeordnet sind, ein entsprechend thermisch stabileres Material als Silikon (bspw. PC, PMMA o.a.) verwendet wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Optikelemente in einem Abstand zu den Lichtauskoppelflächen der Lichtleiter angeordnet sind. Indem zusätzlich noch ein Luftspalt zwischen den Lichtleitern aus Silikon und den Eintrittsflächen der Optikelemente eingeführt wird, kann verhindert werden, dass sich die Silikon-Lichtleiter während des Betriebs des Scheinwerfers aufgrund von Wärmeausdehnung so weit in Richtung LEDs ausdehnen, dass sie mit diesen kollidieren, was Farbortverschiebungen in der Lichtverteilung zur Folge hätte.
  • Vorteilhafterweise beträgt ein Abstand zwischen einer Lichtauskoppelfläche eines Lichtleiters und einer Eintrittsfläche eines Optikelements mindestens 2,5% der Länge des Lichtleiters. Dabei wird als Länge des Lichtleiters bevorzugt der Abstand zwischen der Einkoppelfläche des Lichtleiters und dessen Auskoppelfläche entlang der optischen Achse betrachtet. Die optische Achse wird bevorzugt vorgegeben durch eine Flächennormale einer Lichtaustrittsfläche einer dem Lichtleiter zugeordneten Halbleiterlichtquelle (z.B. LED) durch das Zentrum der Lichtaustrittsfläche.
  • Durch den Abstand zwischen Lichtleiter und Optikelement kann selbst bei großer Wärmeausdehnung der Lichtleiter aus Silikon während des Betriebs des Scheinwerfers verhindert werden, dass die Lichtleiter mit ihren Lichteinkoppelflächen gegen die Lichtaustrittsflächen der zugeordneten Halbleiterlichtquellen stoßen. Stattdessen führt die Wärmeausdehnung zu einer Verringerung der Abmessungen des Spalts zwischen den Lichtauskoppelflächen der Lichtleiter und den Lichteintrittsflächen der Optikelemente. Die gezielte Wärmeausdehnung der Lichtleiter in Richtung Spalt anstatt in Richtung Lichtaustrittsflächen der Halbleiterlichtquellen kann durch eine entsprechende Halterung oder Lagerung der Lichtleiter und der Optikelemente relativ zueinander und/oder in Bezug auf einen feststehenden Teil des Kraftfahrzeugscheinwerfers, bspw. ein Scheinwerfergehäuse, erzielt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Randgeometrien jeweils eine Seitenwand der Optikelemente, die eine im Wesentlichen parallel zu der Hauptrichtung des aus den Lichtleitern ausgekoppelten Lichts verlaufende Erstreckung aufweist. Unter "im Wesentlichen parallel" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden, dass die aus dem Lichtleiter ausgekoppelten Lichtstrahlen nach dem Eintritt in das Optikelement allenfalls sehr flach auf die Seitenwand auftreffen. Unter "sehr flach" werden Lichtstrahlen verstanden, deren Auftreffwinkel auf die Seitenwand <45°, vorzugsweise <35° und besonders bevorzugt <22,5° beträgt. Bei der Seitenwand handelt es sich vorzugsweise um untere Seitenwände der Optikelemente.
  • Die Seitenwand hat vorzugsweise eine im Wesentlichen horizontale Flächenerstreckung, um eine im Wesentlichen horizontale Helldunkelgrenze einer abgeblendeten Lichtverteilung, bspw. eines Abblendlichts, eines Nebellichts, eines Abblendlichtgrundlichts, zu bilden. Die Seitenwand kann eine ebene Flächenerstreckung oder eine Erstreckung mit einem Knick oder einer Stufe aufweisen. Der Knick oder die Stufe verläuft vorzugsweise parallel zu einer optischen Achse der Lichtleitelemente. Eine ebene Erstreckung der Seitenwand kann zur Erzeugung einer abgeblendeten Lichtverteilung mit einer ebenen, symmetrischen Helldunkelgrenze genutzt werden, bspw. eines Abblendlichtgrundlichts oder eines dynamischen Kurvenlichts. Eine Erstreckung der Seitenwand mit einem Knick oder einer Stufe kann zur Erzeugung einer abgeblendeten Lichtverteilung mit einer asymmetrischen Helldunkelgrenze, bspw. eines Abblendlichts, genutzt werden. Die Flächenerstreckung der Seitenwände der Optikelemente können sich voneinander unterscheiden.
  • Besonders bevorzugt sind die Seitenwände der Optikelemente ausgebildet, zumindest einen Teil des aus den Lichtleitern ausgekoppelten, in die Optikelemente eingetretenen und auf die Seitenwände auftreffenden Lichts zu reflektieren. Mithin bilden die Seitenwände der Optikelemente bevorzugt integrierte Spiegelblenden der Lichtleitelemente. Die Spiegelblenden können das auftreffende Licht mittels Totalreflexion reflektieren und/oder sie sind mit einer spiegelnden Beschichtung versehen, sodass auftreffendes Licht gespiegelt wird. Die vorgeschlagene zweiteilige Ausgestaltung der Lichtleitelemente (Silikon-Lichtleiter und nachgeordnete Optikelemente aus thermisch stabilerem Material) macht es möglich, einerseits die Vorteile von Silikon zu nutzen und andererseits eine integrierte Spiegelblende zu realisieren, um auf Anordnung, Justage und Befestigung einer separaten Spiegelblende in dem Lichtmodul verzichten zu können.
  • Bevorzugt ist jede der Seitenwände der Optikelemente ausgebildet, einen Abschnitt der Helldunkelgrenze zu bilden oder zu definieren. Alle Abschnitte zusammen ergeben dann die Helldunkelgrenze der abgeblendeten Lichtverteilung.
  • Falls die Optikelemente der Lichtleitelemente zu einem gemeinsamen einstückig ausgebildeten Optikbauteil zusammengefasst sind, weist dieses eine einzige Seitenwand auf, die sich über alle Lichtleitelemente erstreckt. Abschnitte der Seitenwand im Bereich der äußeren Lichtleitelemente haben bevorzugt eine ebene Flächenerstreckung, wohingegen Abschnitte der Seitenwand in einem Bereich der zentralen Lichtleitelemente bevorzugt eine Flächenerstreckung mit einem Knick oder einer Stufe haben.
  • Randgeometrien oder Kanten der Seitenwände, vorzugweise Vorderkanten auf in Lichtaustrittsrichtung nach vorne gerichteten Seiten der Seitenwände, die an die Lichtaustrittsflächen der Optikelemente angrenzen, definieren den Ort und den Verlauf der Helldunkelgrenze der abgeblendeten Lichtverteilung. Wenn die Optikelemente zu einem einzigen Optikbauteil zusammengefasst sind, definiert eine Randgeometrie oder Kante einer einzigen Seitenwand des Optikbauteils, vorzugsweise eine Vorderkante auf der in Lichtaustrittsrichtung nach vorne gerichteten Seite der Seitenwand, die an die Lichtaustrittsfläche des Optikbauteils angrenzt, den Ort und den Verlauf der Helldunkelgrenze der abgeblendeten Lichtverteilung.
  • Es wird vorgeschlagen, dass die Seitenwände der Optikelemente in der Hauptrichtung des aus den Lichtleitern ausgekoppelten Lichts eine Länge von mindestens 0,5 mm aufweisen. Dies hat sowohl optische als auch fertigungstechnische Vorteile. Die Länge der Seitenwände entspricht in etwa einer Dicke der Optikelemente.
  • Schließlich wird vorgeschlagen, dass die Gesamtheit des aus den Lichtaustrittsflächen der Lichtleitelemente austretenden Lichts zur Erzeugung einer Abblendlichtverteilung oder eines Abblendlicht-Spots vorgesehen ist. Der mittels der Vorsatzoptikbaugruppe erzeugte Abblendlicht-Spot kann zusammen mit einer Abblendlicht-Grundlichtverteilung, die von einer anderen Optikbaugruppe des Lichtmoduls oder von einem anderen Lichtmodul des Kraftfahrzeugscheinwerfers erzeugt wird, ein Abblendlicht erzeugen, welches die gesetzlichen Anforderungen erfüllt (gemäß ECE R48 §6.2, R98 und R112). Die mittels der Vorsatzoptikbaugruppe erzeugte Abblendlichtverteilung kann zusammen mit einer Fernlichtverteilung, welche einen Fernbereichs oberhalb der Helldunkelgrenze der Abblendlichtverteilung ausleuchtet, ein Fernlicht erzeugen, welches die gesetzlichen Anforderungen erfüllt (gemäß ECE R48 §6.1, R98 und R112). Die Fernlichtverteilung kann von einer anderen Optikbaugruppe des Lichtmoduls oder von einem anderen Lichtmodul des Kraftfahrzeugscheinwerfers erzeugt werden.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch durch einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Insbesondere wird ausgehend von dem Kraftfahrzeugscheinwerfer der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass der Scheinwerfer eine erfindungsgemäße Vorsatzoptikbaugruppe umfasst. Ferner wird vorgeschlagen, dass der Kraftfahrzeugscheinwerfer eine weitere zur Erzeugung einer weiteren Lichtverteilung ausgebildete Optikbaugruppe aufweist, wobei die weitere Optikbaugruppe ausgebildet ist, zumindest einen Teil eines Bereichs oberhalb der Helldunkelgrenze der durch die Vorsatzoptikbaugruppe erzeugten abgeblendeten Lichtverteilung auszuleuchten.
  • Die Vorsatzoptikbaugruppe kann bspw. zur Erzeugung eines Abblendlichts oder eines Abblendlicht-Spots ausgebildet sein. Die weitere Optikbaugruppe kann bspw. zur Ausleuchtung eines Fernbereichs oberhalb der Helldunkelgrenze des Abblendlichts ausgebildet sein, um zusammen mit dem Abblendlicht ein Fernlicht zu erzeugen, welches die gesetzlichen Anforderungen an ein Fernlicht erfüllt. Alternativ kann die weitere Optikbaugruppe bspw. zur Erzeugung einer Abblendlicht-Grundlichtverteilung ausgebildet sein, welche zusammen mit dem Abblendlicht-Spot ein Abblendlicht erzeugt, welches die gesetzlichen Anforderungen an ein Abblendlicht erfüllt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Kraftfahrzeugscheinwerfer eine Projektionsoptik aufweist, die ausgebildet ist, das von der Vorsatzoptikbaugruppe und von der weiteren Optikbaugruppe austretende Licht zur Erzeugung einer Gesamtlichtverteilung des Kraftfahrzeugscheinwerfers auf einem in einem Abstand zu dem Kraftfahrzeugscheinwerfer angeordneten Schirm abzubilden. Die Projektionsoptik ist also den Optikbaugruppen nachgeordnet im Strahlengang angeordnet und ausgebildet, das von beiden Optikbaugruppen ausgesandte Licht auf die Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug als Gesamtlichtverteilung zu projizieren. Die Gesamtlichtverteilung kann bspw. ein Abblendlicht oder ein Fernlicht sein. Die Projektionsoptik kann einen Reflektor und/oder eine Linse umfassen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das aus der Gesamtheit der Lichtaustrittsflächen der Lichtleitelemente der Vorsatzoptikbaugruppe austretende Licht zur Erzeugung eines Abblendlichts vorgesehen und ist die weitere Optikbaugruppe ausgebildet, ein Fernlicht, insbesondere ein ADB (Adaptive Driving Beam)-Fernlicht, oberhalb der Helldunkelgrenze des durch die Vorsatzoptikbaugruppe erzeugten Abblendlichts zu erzeugen. Das ADB-Fernlicht leuchtet den Fernbereich oberhalb der Helldunkelgrenze mit mehreren einzeln ansteuerbaren Lichtsegmenten oder -blöcken aus. Durch gezieltes Ansteuern der Lichtsegmente oder -blöcke bzw. der entsprechenden Fernlicht-Lichtquellen kann der Fernbereich mit unterschiedlichen Kombinationen von Lichtsegmenten ausgeleuchtet werden. Auf diese Weise können bspw. Stellen im Fernbereich aus der Lichtverteilung abgedunkelt oder abgeschattet werden, wo andere Verkehrsteilnehmer (z.B. vorausfahrende oder entgegenkommende Verkehrsteilnehmer) angeordnet sind. Dabei ist es denkbar, dass dem Scheinwerfer mindestens ein Sensor, der andere Verkehrsteilnehmer im Vorfeld detektiert und entsprechende Sensorsignale generiert, und eine Recheneinheit zugeordnet sind, welche die Sensorsignale empfängt und verarbeitet und entsprechende Steuersignale für die ADB-Optikbaugruppe bzw. der dieser zugeordneten Lichtquellen generiert. Der Sensor umfasst bspw. eine an der Vorderseite des Kraftfahrzeugs, insbesondere an einem oberen Rand einer Windschutzscheibe, angeordnete Kamera.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist das aus der Gesamtheit der Lichtaustrittsflächen der Lichtleitelemente der Vorsatzoptikbaugruppe austretende Licht zur Erzeugung eines Abblendlicht-Spots vorgesehen ist und der Kraftfahrzeugscheinwerfer eine Umlenkoptik aufweist, die zur Erzeugung einer Abblendlicht-Grundlichtverteilung ausgebildet ist, wobei ein Teil der Umlenkoptik in der Hauptrichtung des aus den Lichtleitern ausgekoppelten Lichts nach den Lichtauskoppelflächen der Lichtleiter angeordnet ist und das Optikelement bildet. Folglich durchläuft das aus den Lichtleitern austretende Licht zunächst den Spalt, um dann in den das Optikelement bildenden Teil der Umlenkoptik einzutreten. In diesem Teil der Umlenkoptik kann eine vorzugsweise horizontale Seitenwand, besonders bevorzugt eine untere horizontale Seitenwand, als integrierte Spiegelblende ausgebildet sein. Randgeometrien oder Kanten der Seitenwand, vorzugsweise eine Vorderkante der Seitenwand, definieren den Verlauf der Helldunkelgrenze des Abblendlicht-Spots. Die durch die Umlenkoptik erzeugte Abblendlicht-Grundlichtverteilung bildet zusammen mit dem Abblendlicht-Spot ein Abblendlicht, das die gesetzlichen Anforderungen erfüllt. Dazu wird das von der Umlenkoptik ausgesandte Licht vorzugsweise durch eine Projektionsoptik auf die Fahrbahn vor das Kraftfahrzeug projiziert.
  • Das Abblendlicht-Grundlicht hat vorzugsweise eine symmetrische, ebene, horizontale Helldunkelgrenze ohne Knicke oder Stufen. Das Abblendlicht-Grundlicht kann in horizontaler Richtung verschwenkbar sein, bspw. um eine dynamische Kurvenlichtfunktion realisieren zu können. Das Verschwenken des AbblendlichtGrundlichts kann durch mechanisches Verschwenken von mindestens einem Bauteil des Scheinwerfers um eine vertikale Schwenkachse oder aber rein elektronisch über eine entsprechende Ansteuerung der Lichtquellen erfolgen. Der Abblendlicht-Spot hat vorzugsweise eine asymmetrische horizontale Helldunkelgrenze mit einem Knick und/oder einer Stufe. Die asymmetrische Helldunkelgrenze ist vorzugsweise auf der eigenen Verkehrsseite höher als auf der Gegenverkehrsseite. Der Abblendlichtspot leuchtet einen zentralen Bereich der Lichtverteilung unterhalb der Helldunkelgrenze des Abblendlichts und in der Nähe einer vertikalen Mittelebene der Lichtverteilung (um die optische Achse herum) besonders hell aus.
  • Zusätzlich kann in dem beschriebenen Beispiel der Kraftfahrzeugscheinwerfer bzw. das Lichtmodul eine weitere Optikbaugruppe aufweisen, die ausgebildet ist, ein Fernlicht, insbesondere ein ADB (Adaptive Driving Beam)-Fernlicht, oberhalb der Helldunkelgrenze des durch die Vorsatzoptikbaugruppe erzeugten Abblendlichts zu erzeugen. Das Abblendlicht und die Ausleuchtung des Fernbereichs bilden zusammen ein die gesetzlichen Anforderungen erfüllendes Fernlicht.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es wird betont, dass die in den Figuren gezeigten Merkmale jeweils auch einzeln jedes für sich erfindungswesentlich sein können, selbst wenn dies in der Beschreibung nicht ausdrücklich erwähnt ist. Ferner ist es denkbar, dass die in den verschiedenen Figuren gezeigten Merkmale im Rahmen der vorliegenden Erfindung in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden können, selbst wenn dies in den Figuren nicht gezeigt und in der Beschreibung nicht ausdrücklich erwähnt ist. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine erfindungsgemäße Vorsatzoptikbaugruppe gemäß einer ersten Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht von schräg hinten;
    Fig. 2
    die Vorsatzoptikbaugruppe aus Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht von schräg vorne;
    Fig. 3
    die Vorsatzoptikbaugruppe aus Fig. 1 in einer Seitenansicht;
    Fig. 4
    die Vorsatzoptikbaugruppe aus Fig. 1 in einer Seitenansicht mit beispielhaft eingezeichneten Strahlverläufen;
    Fig. 5
    einen Ausschnitt der Vorsatzoptikbaugruppe aus Fig. 4;
    Fig. 6
    eine erfindungsgemäße Vorsatzoptikbaugruppe gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht von schräg hinten;
    Fig. 7
    die Vorsatzoptikbaugruppe aus Fig. 6 in einer Draufsicht von vorne;
    Fig. 8
    die Vorsatzoptikbaugruppe aus Fig. 6 in einer Seitenansicht;
    Fig. 9
    die Vorsatzoptikbaugruppe aus Fig. 6 in einer Seitenansicht mit beispielhaft eingezeichneten Strahlverläufen; und
    Fig. 10
    einen erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfer gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
  • In Fig. 10 ist ein erfindungsgemäßer Scheinwerfer 101 eines Kraftfahrzeugs in in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 101 bezeichnet. Der Scheinwerfer 101 umfasst ein Gehäuse 102, das vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt ist. In einer Lichtaustrittsrichtung 103 weist das Scheinwerfergehäuse 102 eine Lichtaustrittsöffnung auf, die durch eine transparente Abdeckscheibe 104 verschlossen ist. Die Abdeckscheibe 104 ist aus farblosem Kunststoff oder Glas gefertigt. Die Scheibe 104 kann ohne optisch wirksame Profile als sogenannte klare Scheibe ausgebildet sein. Alternativ kann die Scheibe 104 zumindest bereichsweise mit optisch wirksamen Profilen (z.B. Zylinderlinsen oder Prismen) versehen sein, die eine Streuung des hindurchtretenden Lichts, vorzugsweise in horizontaler Richtung, bewirken.
  • Im Inneren des Scheinwerfergehäuses 102 sind in dem dargestellten Beispiel zwei Lichtmodule 105, 106 angeordnet. Die Lichtmodule 105, 106 sind fest oder relativ zu dem Gehäuse 102 bewegbar angeordnet. Durch eine Relativbewegung der Lichtmodule 105, 106 zum Gehäuse 102 in horizontaler Richtung kann eine dynamische Kurvenlichtfunktion realisiert werden. Bei einer Bewegung der Lichtmodule 105, 106 um die horizontale Drehachse 18, also in vertikaler Richtung, kann eine Leuchtweitenregelung realisiert werden. Bei fest in dem Gehäuse 102 angeordneten Lichtmodulen 105, 106 kann eine variable oder dynamische Lichtverteilung von mindestens einem der Lichtmodule 105, 106 durch Ansteuerung von einer oder mehreren Teilkomponenten des Lichtmoduls 105; 106, bspw. von einzelnen Lichtquellen einer Matrixlichtquelle des Lichtmoduls 105; 106, realisiert werden.
  • Selbstverständlich können in dem Scheinwerfergehäuse 102 auch mehr oder weniger als die dargestellten zwei Lichtmodule 105, 106 vorgesehen sein. Mindestens eines der Lichtmodule 105, 106 ist als ein erfindungsgemäßes Lichtmodul ausgebildet und umfasst eine erfindungsgemäße Vorsatzoptikbaugruppe, wie weiter unten noch erläutert wird.
  • An der Außenseite des Scheinwerfergehäuses 102 kann ein Steuergerät 107 in einem Steuergerätegehäuse 108 angeordnet sein. Selbstverständlich kann das Steuergerät 107 auch an einer beliebig anderen Stelle der Beleuchtungseinrichtung 101 angeordnet sein. Insbesondere kann für jedes der Lichtmodule 105, 106 ein eigenes Steuergerät vorgesehen sein, wobei die Steuergeräte integraler Bestandteil der Lichtmodule 105, 106 sein können. Selbstverständlich kann das Steuergerät 107 auch entfernt von der Beleuchtungseinrichtung 101, bspw. im Motorraum des Kraftfahrzeugs, angeordnet sein. Das Steuergerät 107 dient zur Steuerung und/oder Regelung der Lichtmodule 105, 106 bzw. von Teilkomponenten der Lichtmodule 105, 106, wie beispielsweise von Lichtquellen der Lichtmodule 105, 106 oder von Aktoren zur horizontalen und/oder vertikalen Verstellung der Lichtmodule 105, 106 oder von Blendenelementen der Lichtmodule.
  • Die Ansteuerung der Lichtmodule 105, 106 bzw. der Teilkomponenten durch das Steuergerät 107 erfolgt über Verbindungsleitungen 110, die in Fig. 10 durch eine gestrichelte Linie lediglich symbolisch dargestellt sind. Über die Leitungen 110 kann auch eine Versorgung der Lichtmodule 105, 106 mit elektrischer Energie erfolgen. Die Leitungen 110 sind aus dem Inneren der Beleuchtungseinrichtung 101 durch eine Öffnung im Scheinwerfergehäuse 102 in das Steuergerätegehäuse 108 geführt und dort an die Schaltung des Steuergerätes 107 angeschlossen. Falls Steuergeräte als integraler Bestandteil der Lichtmodule 105, 106 vorgesehen sind, können die Leitungen 110 und die Öffnung in dem Scheinwerfergehäuse 102 entfallen. Schließlich kann das Steuergerät 107 ein Steckerelement 109 zum Anschluss eines Verbindungskabels zu einer übergeordneten Steuereinheit (z.B. in Form einer sog. Body Controller Unit) und/oder einer Energiequelle (z.B. in Form der Fahrzeugbatterie) umfassen.
  • Ein kartesisches Koordinatensystem ist in den Figuren eingezeichnet, auf das in den nachfolgenden Erläuterungen Bezug genommen wird. Eine x-Achse entspricht der Lichtaustrittsrichtung 103 des Lichts aus dem Lichtmodul 10. Dies kann bei in horizontaler Richtung gerade ausgerichtetem Lichtmodul 10 der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs entsprechen, in das der Scheinwerfer 101 eingebaut ist. Eine y-Achse verläuft horizontal und senkrecht zu der x-Achse. Eine z-Achse verläuft vertikal und senkrecht zu der x-Achse und der y-Achse.
  • Nachfolgend wird näher auf das erfindungsgemäße Lichtmodul eingegangen. Aktuelle aus dem Stand der Technik bekannte Bi-Funktions-ADB (Adaptive Driving Beam)-Module müssen sich neben den Kundenanforderungen hinsichtlich optischer Leistungsfähigkeit auch immer strengeren Anforderungen hinsichtlich Bauraum- und Kostenreduktion stellen. Dieser Kostendruck und der Wunsch nach Bauraumreduktion machen es erforderlich, die Anzahl der Komponenten zu reduzieren und die Montageund Justage-Prozesse zu vereinfachen. Auf eine aufwendige Justage und damit lange Zykluszeiten kann verzichtet werden, wenn die Bauteile und Materialen so gewählt sind, das thermomechanische Toleranzen prinzip- und designbedingt minimiert sind.
  • Die Fign. 1 bis 5 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lichtmoduls 10, das bspw. als Lichtmodul 105 und/oder 106 in dem Scheinwerfer 101 eingesetzt werden kann, in verschiedenen Ansichten. Das Lichtmodul 10 umfasst eine Vorsatzoptikbaugruppe 12 (oder auch Primäroptikbaugruppe) mit einer Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Lichtleitelementen 14, von denen jedes eine Lichteintrittsfläche 16 und eine Lichtaustrittsfläche 18 aufweist und ausgebildet ist, in die Lichteintrittsfläche 16 eintretendes Licht zu der Lichtaustrittsfläche 18 zu leiten, wo das Licht austritt. Die Gesamtheit des aus den Lichtaustrittsflächen 18 der Lichtleitelemente 14 austretenden Lichts ist zur Erzeugung einer abgeblendeten Lichtverteilung mit einer Helldunkelgrenze vorgesehen. Randgeometrien 28 (vgl. Fig. 5) in einem Bereich der Lichtaustrittsflächen 18 der Lichtleitelemente 14 definieren einen Verlauf der Helldunkelgrenze. Die Helldunkelgrenze hat vorzugsweise einen im Wesentlichen horizontalen Verlauf. Sie kann eben oder mit Knicken und/oder Stufen ausgestaltet sein.
  • Den Lichtleitelementen 14 bzw. deren Lichteintrittsflächen 16 sind Lichtquellen 17 zugeordnet (vgl. Fign. 3 bis 5), die Licht aussenden, das über die Lichteintrittsflächen 16 in die Lichtleitelemente 14 eintritt. Vorzugsweise ist jeder Lichteintrittsfläche 16 mindestens eine eigene, separat ansteuerbare Lichtquelle zugeordnet. Die Lichtquellen 17 umfassen vorzugsweise Halbleiterlichtquellen, insbesondere LEDs, OLEDs oder Laserdioden. Bevorzugt sind alle den Lichtleitelementen 14 zugeordneten Halbleiterlichtquellen 17 auf einer gemeinsamen Platine (nicht gezeigt) angeordnet und über diese kontaktiert.
  • In dem ersten Ausführungsbeispiel sind zehn Lichtleitelemente 14 in einer Reihe nebeneinander angeordnet. Selbstverständlich kann auch eine andere Anzahl an Lichtleitelementen 14 und/oder in anderer Anordnung vorgesehen sein.
  • Wie anhand der Fig. 5 zu erkennen ist, umfasst jedes der Lichtleitelemente 14 einen Lichtleiter 20, der eine Lichteinkoppelfläche 22 und eine Lichtauskoppelfläche 24 aufweist und ausgebildet ist, in die Lichteinkoppelfläche 22 eingekoppeltes Licht zu der Lichtauskoppelfläche 24 zu leiten, wo das Licht auskoppelt. Ferner umfasst jedes der Lichtleitelemente 14 ein in einer Hauptrichtung von aus dem Lichtleiter 20 ausgekoppeltem Licht nachgeordnetes Optikelement 26, durch das aus dem Lichtleiter 20 ausgekoppeltes Licht hindurchtritt. Die Lichtleiter 20 sind aus einem transparenten Silikonmaterial gefertigt. Die Optikelemente 26 sind aus einem transparenten, thermisch stabileren Material als Silikon gefertigt. Die die Helldunkelgrenze definierenden Randgeometrien 28 der Lichtleitelemente 14 sind in den Optikelementen 26 ausgebildet.
  • Die Optikelemente 26 weisen jeweils eine Lichteintrittsfläche 30 und eine Lichtaustrittsfläche 32 auf. Bevorzugt entsprechen die Lichteintrittsflächen 16 der Lichtleitelemente 14 den Lichteinkoppelflächen 22 der Lichtleiter 20. Ebenfalls bevorzugt entsprechen die Lichtaustrittsflächen 18 der Lichtleitelemente 14 den Lichtaustrittsflächen 32 der Optikelemente 26. Mehrere aneinandergrenzende Optikelemente 26 können zu einem einstückig ausgebildeten Optikbauteil zusammenfasst sein, das eine gemeinsame, zusammenhängende Lichtaustrittsfläche 32 und bevorzugt auch eine gemeinsame, zusammenhängende Lichteintrittsfläche 30 aufweist. Die zusammenhängende Lichteintrittsfläche 30 und/oder Lichtaustrittsfläche 32 kann eben oder gewölbt oder mit Knicken und/oder Stufen ausgebildet sein.
  • Besonders bevorzugt sind alle Optikelemente 26 der Vorsatzoptikbaugruppe 12 zu einem einstückig ausgebildeten Optikbauteil 26` zusammenfasst, das eine gemeinsame, ebene Lichtaustrittsfläche 32 aufweist. Das aus den in Reihe nebeneinander angeordneten Lichtleitern 20 bzw. deren Lichtauskoppelflächen 24 austretende Licht tritt bevorzugt durch verschiedene in Reihe nebeneinander angeordnete Abschnitte des Optikbauteils 26' hindurch, wobei ein Übersprechen von Licht aus einem Abschnitt des Optikbauteils 26' in einen benachbarten Abschnitt nicht ausgeschlossen ist.
  • Durch die Verwendung von Silikon als Material für die Lichtleiter 20, können die Lichteinkoppelflächen 22 der Vorsatzoptikbaugruppe 12 besonders dicht an den zugeordneten Lichtquellen 17 positioniert werden. Damit kann das von den Lichtquellen 17 ausgesandte Licht besonders effizient in die Lichtleiter 20 eingekoppelt werden.
  • Eine thermische Stabilisierung der die Helldunkelgrenze der abgeblendeten Lichtverteilung bildenden Randgeometrien 28 oder Bauteilkanten kann dadurch erreicht werden, dass für diesen Teil des Lichtleitelements 14 ein thermisch stabileres Material als Silikon verwendet wird, vorzugsweise bspw. Polycarbonat (PC). Auf diese Weise kann eine thermisch stabile Helldunkelgrenze der abgeblendeten Lichtverteilung erzeugt werden.
  • Indem zusätzlich noch ein Luftspalt 34 zwischen den Lichtauskoppelflächen 24 der Lichtleiter 20 und den Lichteintrittsflächen 30 der Optikelemente 26 vorgesehen wird, kann verhindert werden, dass sich die Silikon-Lichtleiter 20 unter Wärmeeinwirkung in Richtung der Lichtquellen 17 ausdehnen und mit diesen kollidieren, was Farbortverschiebungen in der Gesamtlichtverteilung zur Folge hätte.
  • Zusätzlich zu den thermischen Toleranzvorteilen ergibt sich durch den Luftspalt 34 noch ein optischer Vorteil. Indem die zusätzlichen Optikelemente 26 nur vor der für die Bildung der Abblendlichtverteilung zuständigen Vorsatzoptikbaugruppe 12 platziert sind, kann ein Bereich einer Seitenwand 36 oder eine gesamte Seitenwand 36 der Optikelemente 26 als optische Grenzfläche genutzt werden (vgl. Fig. 5). Durch Totalreflexion von Teilen der eingetretenen Lichtstrahlen an dieser Grenzfläche 36 kann die Intensität an der Helldunkelgrenzen-Kante gesteigert werden, was für die optische Leistungsfähigkeit (insbesondere für den Helldunkelgrenze-nahen Reichweitenbereich) der abgeblendeten Lichtverteilung von Vorteil ist. Auf diese Weise kann also die Effizienz des Gesamtsystems erhöht werden.
  • Die Seitenwand 36 dient somit als eine integrierte Spiegelblende der Vorsatzoptikbaugruppe 12. Außer durch Totalreflexion könnte die Reflexion der in die Optikelemente 26 eintretenden und auf die Seitenwand 36 treffenden Lichtstrahlen auch spiegelnd erfolgen. Dafür kann die Seitenwand 36 zumindest teilweise mit einer spiegelnden Beschichtung versehen sein. Der Verlauf der Seitenwand 36 bzw. eine Randgeometrie 28, insbesondere eine Vorderkante der Seitenwand 36, definiert den Verlauf der Helldunkelgrenze der resultierenden abgeblendeten Lichtverteilung der Vorsatzoptikbaugruppe 12. In Fig. 2 ist ein Verlauf der Grenzfläche 36 zur Erzeugung einer asymmetrischen Helldunkelgrenze mit Knick und Stufe in horizontaler Richtung etwa in der Mitte der Grenzfläche 36 gezeigt.
  • Die Vorsatzoptikbaugruppe 12 kann mit einer weiteren Optikbaugruppe kombiniert werden, um ein Lichtmodul 10 in der Form eines ADB-Bi-Funktionsmoduls zu realisieren. Für die Realisierung sind unterschiedliche optische Anordnungen denkbar. Exemplarisch sind in den Fign. 1 bis 5 und Fign. 6 bis 9 zwei mögliche Anordnungen in verschiedenen Ansichten gezeigt. Diese verzichten auf die Verwendung einer separaten Spiegelblende zur Erzeugung der Helldunkelgrenze der abgeblendeten Lichtverteilung.
  • In dem Beispiel der Fig. 3 umfasst das Lichtmodul 10 eine Vorsatzoptikbaugruppe 12 mit Lichtleitern 20 und Optikelementen 26 für die entsprechenden Lichtquellen 17 (z.B. LEDs) für das Abblendlicht und eine weitere optische Baugruppe 38 mit Lichtleiteranordnung mit mehreren in Reihe nebeneinander angeordneten Lichtleitern 40 für entsprechende Lichtquellen 42 (z.B. LEDs) für das Fernlicht, insbesondere für das ADB-Fernlicht. Es wird Silikon als Material für die Lichtleiter 20 und/ oder 40 verwendet. Im Bereich der für das Abblendlicht zuständigen Lichtleiter 20 ist ein Optikelement 26 bspw. aus PC (Polycarbonat) platziert, das von aus den Abblendlicht-Lichtleitern 20 ausgetretenem Licht durchleuchtet wird. Die resultierende Lichtverteilung wird mit einer Sekundäroptik 44 auf der Fahrbahn vor dem Kraftfahrzeug abgebildet. Die resultierende Lichtverteilung ist z.B. Abblendlicht, wenn nur die Vorsatzoptikbaugruppe 12 bzw. deren LEDs 17 aktiv sind, oder Fernlicht, wenn die Vorsatzoptikbaugruppe 12 bzw. deren LEDs 17 zusammen mit der weiteren Optikbaugruppe 38 bzw. deren LEDs 42 aktiv ist. Das aus der weiteren optischen Baugruppe 38 bzw. den Lichtleitern 40 austretende ADB-Fernlicht durchläuft nicht das zusätzliche Optikelement 26.
  • In dem Beispiel der Fign. 1 bis 5 umfasst die weitere Optikbaugruppe 38 insgesamt 16 in einer Reihe nebeneinander angeordnete Fernlicht-Lichtleiter 40. Selbstverständlich ist eine andere Anzahl und Anordnung der Lichtleiter 40 ebenfalls denkbar. Jedem der Lichtleiter 40 ist bevorzugt mindestens eine eigene Lichtquelle 42 (z.B. LEDs) zugeordnet. Die Lichtquellen 42 können getrennt voneinander angesteuert werden, um ein Teilfernlicht oder segmentiertes Fernlicht realisieren zu können. Die Ansteuerung der Lichtquellen 42 kann in Abhängigkeit von vor dem Kraftfahrzeug detektierten anderen (vorausfahrenden und/oder entgegenkommenden) Verkehrsteilnehmern erfolgen, sodass die Fernlichtverteilung in den Bereichen abgedunkelt oder abgeschattet werden kann, in denen sich andere Verkehrsteilnehmer befinden.
  • In Fig. 5 ist die Seitenwand 36 des ersten Beispiels (vgl. Fig. 3) angeleuchtet dargestellt. Eine Dicke bzw. Länge 46 der Seitenwand 36 in Richtung des Strahlengangs durch das Optikelement 26 beträgt mindestens 0,5 mm. Dies hat photometrische und fertigungstechnische Vorteile. Ein Abstand 48 zwischen Austrittsfläche 24 der Silikonlichtleiteroptik bzw. der einzelnen Silikonlichteiter 20 und der Eintrittsfläche 30 in das Zusatzbauteil 26 beträgt bevorzugt mindestens 2,5% der Länge des Silikonlichtleiters 20, wobei als Länge des Silikonlichtleiters 20 der Abstand zwischen der Einkoppelfläche 22 des Lichtleiters 20 und dessen Auskoppelfläche 24 entlang der optischen Achse gemeint ist. Die optische Achse wird vorgegeben durch eine Flächennormale einer Austrittsfläche einer Halbleiterlichtquelle 17 (z.B. LED) durch das Zentrum der entsprechenden Lichtquelle 17. Die Fig. 4 zeigt die in der Umgebung der Seitenwand 36 transmittierten Strahlanteile 50 und von der Seitenwand 36 reflektierte Strahlanteile 52, welche durch die Sekundäroptik 44 abgebildet werden.
  • Bei dem in Fig. 8 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel wird das resultierende Abblendlicht als Gesamtlichtverteilung aus dem Zusammenspiel einer einen Abblendlicht-Spot erzeugenden erfindungsgemäßen Vorsatzoptikbaugruppe 12 und einer eine Abblendlicht-Grundlichtverteilung erzeugenden Umlenkoptik 54 aus Polycarbonat (PC) oder einem anderen geeigneten Material aufgebaut. Ein unterer Teil der Umlenkoptik 54 ist vor den Lichtauskoppelflächen 24 der Silikon-Lichtleiter 20 der den Abblendlicht-Spot erzeugenden Vorsatzoptikbaugruppe 12 angeordnet und wird durch das aus den Lichtleitern 20 ausgekoppelte Licht durchleuchtet (vgl. Fig. 9). Der untere Teil der Umlenkoptik 54 bildet also das zusätzliche Optikelement 26 gemäß der Erfindung. In die Umlenkoptik 54 von Grundlicht-Lichtquellen (z.B. LEDs) eingekoppeltes Licht tritt durch einen oberen Teil der Umlenkoptik 54 hindurch und verlässt diese durch eine Lichtaustrittsfläche 55 des oberen Teils der Umlenkoptik 54.
  • Die Gesamtlichtverteilung wird dann wiederum mit einer Sekundäroptik 44 auf der Fahrbahn abgebildet. In Fig. 6, die eine Ansicht auf das Lichtmodul 10 von hinten zeigt, und Fig. 7, die eine Ansicht von vorne zeigt, ist diese Kombination aus einer Umlenkoptik 54 aus Polycarbonat und der Lichtleiteroptik mit den Lichtleitern 20 aus Silikon dargestellt.
  • Zusätzlich zu den Lichtleitern 20 kann auch in diesem Beispiel eine weitere Lichtleiteranordnung 38 mit mehreren in Reihe nebeneinander angeordneten Lichtleitern 40 vorgesehen sein, die bspw. zur Erzeugung eines ADB-Fernlichts ausgebildet ist. Das aus der weiteren optischen Baugruppe 38 bzw. den Lichtleitern 40 austretende ADB-Fernlicht durchläuft nicht das zusätzliche Optikelement 26. Das Fernlicht kann aber sehr wohl die Sekundäroptik 44 durchlaufen und durch diese vor dem Fahrzeug abgebildet werden. In dem Beispiel der Fign. 6 bis 9 umfasst die weitere Optikbaugruppe 38 insgesamt 16 in einer Reihe nebeneinander angeordnete Fernlicht-Lichtleiter 40. Selbstverständlich ist eine andere Anzahl und Anordnung der Lichtleiter 40 ebenfalls denkbar.
  • Ein mit dem ersten Beispiel vergleichbares Verhalten ist in Fig. 9 für das in Fig. 8 gezeigte Beispiel mit der durchleuchteten PC-Umlenkoptik 54 bzw. dem das zusätzliche Optikelement 26, 26' bildenden unteren Teil der Umlenkoptik 54 dargestellt. Auch hier werden Strahlanteile 52 von der Seitenwand 36 reflektiert und andere Strahlanteile 50 in der Umgebung davon transmittiert, welche von der entsprechenden Sekundäroptik 44 abgebildet werden. Für die Breite 48 des Luftspaltes 34 gilt auch hier, dass dieser mindestens 2,5% der Länge des entsprechenden Lichtleiters 20 haben sollte, wobei sich die Länge auf den Abstand zwischen der Einkoppelfläche 22 des Lichtleiters 20 und dessen Auskoppelfläche 24 bezieht. Ferner sollte auch diese Seitenwand 36 eine Länge 46 von mindestens 0.5 mm haben.
  • Zusammenfassend beschreibt die Erfindung also ein kompaktes Abblendlicht-Lichtmodul 10, das in Kombination mit einem weiteren Optikmodul 38, das einen Fernlichtbereich oberhalb der Helldunkelgrenze der abgeblendeten Lichtverteilung ausleuchtet, zu einem ADB-Bi-Funktions-Lichtmodul ergänzt werden kann. Das Lichtmodul 10 hat eine Vorsatzoptikbaugruppe 12 umfassend Silikon-Lichtleiter 20 und nachgeordnete zusätzliche Optikelemente 26 aus Polycarbonat oder einem anderen geeigneten Material. Aus Kosten- und Platzgründen wird die Spiegelblende in die Vorsatzoptikbaugruppe 12 integriert, so dass auf eine zusätzliche separate Spiegelblende verzichtet werden kann.
  • Da Silikon, aus dem die Lichtleiter 20 bestehen, jedoch einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt und sehr weich ist, kann die Spiegelblende nicht direkt in die Silikonoptik mit den Lichtleitern 20 integriert werden. Deshalb schlägt die Erfindung vor, die Lichtleiter 20 aus Silikon mit einem oder mehreren zusätzlichen Optikelementen 26, 26' zu erweitern, deren untere Seitenwand 36 als Spiegelblende wirkt, bspw. mittels Totalreflexion. Der Verlauf der Helldunkelgrenze der von der Vorsatzoptikbaugruppe 12 gebildeten abgeblendeten Lichtverteilung wird durch eine Randgeometrie 28 der Seitenwände 36 definiert. Zwischen Silikon-Lichteitern 20 und Optikelementen 26, 26' ist ein Luftspalt 34 ausgebildet, damit sich eine thermische Ausdehnung des Silikons nicht auf die in das Optikelement 26, 26' integrierte Spiegelblende (an den Seitenwänden 36) und deren Randgeometrie 28 bzw. die Position und den Verlauf der Helldunkelgrenze auswirkt. Die vorgeschlagene Anordnung ist besonders vorteilhaft für kompakte Lichtmodule 10 und verbessert die thermische Stabilität der Helldunkelgrenze.

Claims (15)

  1. Vorsatzoptikbaugruppe (12) für ein Lichtmodul (10) eines Kraftfahrzeugscheinwerfers (101), mit einer Vielzahl von in einer Reihe angeordneten Lichtleitelementen (14), von denen jedes eine Lichteintrittsfläche (16) und eine Lichtaustrittsfläche (18) aufweist und ausgebildet ist, in die Lichteintrittsfläche (16) eintretendes Licht zu der Lichtaustrittsfläche (18) zu leiten, wo das Licht austritt, wobei die Gesamtheit des aus den Lichtaustrittsflächen (18) der Lichtleitelemente (14) austretenden Lichts zur Erzeugung einer abgeblendeten Lichtverteilung mit einer Helldunkelgrenze vorgesehen ist und Randgeometrien (28) in einem Bereich der Lichtaustrittsflächen (18) der Lichtleitelemente (14) einen Verlauf der Helldunkelgrenze definieren,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    jedes der Lichtleitelemente (14) einen Lichtleiter (20), der eine Lichteinkoppelfläche (22) und eine Lichtauskoppelfläche (24) aufweist und ausgebildet ist, in die Lichteinkoppelfläche (22) eingekoppeltes Licht zu der Lichtauskoppelfläche (24) zu leiten, wo das Licht auskoppelt, und ein in einer Hauptrichtung von aus dem Lichtleiter (20) ausgekoppeltem Licht nachgeordnetes Optikelement (26) aufweist, durch das aus dem Lichtleiter (20) ausgekoppeltes Licht hindurchtritt, wobei
    die Lichtleiter (20) aus einem transparenten Silikonmaterial gefertigt sind,
    die Optikelemente (26) aus einem transparenten, thermisch stabileren Material als Silikon gefertigt sind, und
    die die Helldunkelgrenze definierenden Randgeometrien (28) der Lichtleitelemente (14) in den Optikelementen (26) ausgebildet sind.
  2. Vorsatzoptikbaugruppe (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteinkoppelflächen (22) der Lichtleiter (20) die Lichteintrittsflächen (16) der Lichtleitelemente (14) bilden.
  3. Vorsatzoptikbaugruppe (12) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Lichtaustrittsflächen (32) der Optikelemente (26) die Lichtaustrittsflächen (18) der Lichtleitelemente (14) bilden.
  4. Vorsatzoptikbaugruppe (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikelemente (26) aus einem Polycarbonat gefertigt sind.
  5. Vorsatzoptikbaugruppe (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Randgeometrien (28) jeweils eine Seitenwand (36) der Optikelemente (26) umfassen, die eine im Wesentlichen parallel zu der Hauptrichtung des aus den Lichtleitern (20) ausgekoppelten Lichts verlaufende Erstreckung umfassen.
  6. Vorsatzoptikbaugruppe (12) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (36) der Optikelemente (26) ausgebildet sind, zumindest einen Teil des aus den Lichtleitern (20) ausgekoppelten und auf die Seitenwände (36) auftreffenden Lichts zu reflektieren.
  7. Vorsatzoptikbaugruppe (12) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass Kanten der Seitenwände (36) der Optikelemente (26) Teil der Randgeometrien (28) sind und die Helldunkelgrenze definieren.
  8. Vorsatzoptikbaugruppe (12) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (36) der Optikelemente (26, 26`) in der Hauptrichtung des aus den Lichtleitern (20) ausgekoppelten Lichts eine Länge von mindestens 0,5 mm aufweisen.
  9. Vorsatzoptikbaugruppe (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikelemente (26) in einem Abstand (48) zu den Lichtauskoppelflächen (24) der Lichtleiter (20) angeordnet sind.
  10. Vorsatzoptikbaugruppe (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikelemente (26) in einem Abstand (48) zu den Lichtauskoppelflächen (24) der Lichtleiter (20) angeordnet sind, wobei der Abstand (48) mindestens 2,5 % einer Länge der Lichtleiter (20) zwischen der Lichteinkoppelfläche (22) und der Lichtauskoppelfläche (24) beträgt.
  11. Vorsatzoptikbaugruppe (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtheit des aus den Lichtaustrittsflächen (18; 32) der Lichtleitelemente (14) austretenden Lichts zur Erzeugung eines Abblendlichts oder eines Abblendlicht-Spots vorgesehen ist.
  12. Kraftfahrzeugscheinwerfer (101) umfassend eine Vorsatzoptikbaugruppe (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftfahrzeugscheinwerfer (101) eine weitere zur Erzeugung einer weiteren Lichtverteilung ausgebildete Optikbaugruppe (38) aufweist, wobei die weitere Optikbaugruppe (38) ausgebildet ist, zumindest einen Teil eines Bereichs oberhalb der Helldunkelgrenze der durch die Vorsatzoptikbaugruppe (12) erzeugten abgeblendeten Lichtverteilung auszuleuchten.
  13. Kraftfahrzeugscheinwerfer (101) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftfahrzeugscheinwerfer (101) eine Projektionsoptik (44) aufweist, die ausgebildet ist, das von der Vorsatzoptikbaugruppe (12) und von der weiteren Optikbaugruppe (38) ausgesandte Licht zur Erzeugung einer Gesamtlichtverteilung des Kraftfahrzeugscheinwerfers (101) auf einem in einem Abstand zu dem Kraftfahrzeugscheinwerfer (101) angeordneten Schirm abzubilden.
  14. Kraftfahrzeugscheinwerfer (101) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Gesamtheit der Lichtaustrittsflächen (18; 32) der Lichtleitelemente (14) der Vorsatzoptikbaugruppe (12) austretende Licht zur Erzeugung eines Abblendlichts vorgesehen ist und die weitere Optikbaugruppe (38) ausgebildet ist, ein Fernlicht, insbesondere ein ADB (Adaptive Driving Beam)-Fernlicht, oberhalb der Helldunkelgrenze des durch die Vorsatzoptikbaugruppe (12) erzeugten Abblendlichts zu erzeugen.
  15. Kraftfahrzeugscheinwerfer (101) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Gesamtheit der Lichtaustrittsflächen (18; 32) der Lichtleitelemente (14) der Vorsatzoptikbaugruppe (12) austretende Licht zur Erzeugung eines Abblendlicht-Spots vorgesehen ist und der Kraftfahrzeugscheinwerfer (101) eine Umlenkoptik (54) aufweist, die zur Erzeugung einer Abblendlicht-Grundlichtverteilung ausgebildet ist, wobei ein Teil der Umlenkoptik (54) in der Hauptrichtung des aus den Lichtleitern (20) ausgekoppelten Lichts nach den Lichtauskoppelflächen (24) der Lichtleiter (20) angeordnet ist und das Optikelement (26) bildet.
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