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DE102008027320B4 - Headlights for vehicles - Google Patents

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DE102008027320B4
DE102008027320B4 DE102008027320.1A DE102008027320A DE102008027320B4 DE 102008027320 B4 DE102008027320 B4 DE 102008027320B4 DE 102008027320 A DE102008027320 A DE 102008027320A DE 102008027320 B4 DE102008027320 B4 DE 102008027320B4
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light
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led
coupling surface
light coupling
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Dr. Kloos Gerhard
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Original Assignee
Hella GmbH and Co KGaA
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Abstract

Scheinwerfer für Fahrzeuge mit einer Mehrzahl von LED-Lichtquellen, die in einem LED-Feld auf einem Substrat gruppiert angeordnet sind und die jeweils ein Teillichtbündel eines Lichtbündels emittieren, das mittels einer vorgelagerten Optikeinheit abgebildet wird zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, wobei die Optikeinheit (3) ein erstes Optikelement (5) mit einer dem LED-Feld (2) zugewandten Lichteinkoppelfläche (7) und einer dem LED-Feld (2) abgewandten Lichtauskoppelfläche (9) einerseits und ein zweites Optikelement (6) mit einer dem ersten Optikelement (5) zugewandten Lichteinkoppelfläche (8) und einer dem ersten Optikelement (5) abgewandten Lichtauskoppelfläche (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteinkoppelflächen (7, 8) und die Lichtauskoppelflächen (9, 10) der beiden Optikelemente (5, 6) derart ausgebildet sind, dass die LED-Lichtquellen (1) zu Lichtflecken (17) nach Unendlich abgebildet sind, so dass bei Projektion der Lichtverteilung (L) auf einem Messschirm ein vertikaler und horizontaler Randbereich benachbarter Lichtflecken (17) unmittelbar aneinander liegen, und dass die Lichteinkoppelfläche (7) und die Lichtauskoppelfläche (9) des ersten Optikelementes (5) und die Lichteinkoppelfläche (8) und die Lichtauskoppelfläche (10) des zweiten Optikelementes (6) derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Lichtflecken (17) der abgebildeten LED-Lichtquellen (1) die gleiche Dimension aufweisen.Headlights for vehicles with a plurality of LED light sources which are arranged in a group in an LED field on a substrate and which each emit a partial light beam of a light beam which is imaged by means of an upstream optical unit to produce a predetermined light distribution, wherein the optical unit (3) has a first optical element (5) with a light coupling surface (7) facing the LED field (2) and a light coupling surface (9) facing away from the LED field (2), on the one hand, and a second optical element (6) with a light coupling surface (8) facing the first optical element (5) and a light coupling surface (10) facing away from the first optical element (5), characterized in that the light coupling surfaces (7, 8) and the light coupling surfaces (9, 10) of the two optical elements (5, 6) are designed in such a way that the LED light sources (1) are imaged to form light spots (17) towards infinity, so that when the light distribution (L) is projected onto a measuring screen, a vertical and horizontal edge region of adjacent light spots (17) lie directly next to one another, and that the light coupling surface (7) and the light coupling surface (9) of the first optical element (5) and the light coupling surface (8) and the light coupling surface (10) of the second optical element (6) are coordinated with one another in such a way that the light spots (17) of the LED light sources (1) shown have the same dimension.

Description

Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer für Fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 10 2005 041 234 A1 ist ein Scheinwerfer für Fahrzeuge bekannt, der zur Bildung eines LED-Feldes eine Mehrzahl von auf einem gemeinsamen Substrat angeordnete LED-Lichtquellen einerseits und eine dem LED-Feld in Lichtabstrahlrichtung vorgelagerte Optikeinheit andererseits aufweist. Die LED-Lichtquellen emittieren jeweils ein Teillichtbündel, das mittels der Optikeinheit zu einem Lichtfleck abgebildet wird. Dadurch, dass bei dem bekannten Scheinwerfer mindestens zwei Optikeinheiten mit jeweils einer unterschiedlichen Abbildungscharakteristik vorgesehen sind, können unterschiedlich große Lichtflecken zur Bildung der vorgegebenen Lichtverteilung überlagert werden. Beispielsweise können die kleinen Lichtflecken dazu genutzt werden, einen 15°-Anstieg einer Hell-Dunkel-Grenze der Abblendlichtverteilung abzubilden. Bei Verwendung lediglich einer einzigen Optikeinheit hat sich jedoch gezeigt, dass zwischen den auf einem Messschirm abgebildeten Lichtflecken vertikale Lichtlücken entstehen, die als störend empfunden werden. Abhängig von der verwendeten Optikeinheit kann auch ein unerwünschter Farbsaum im Bereich der Hell-Dunkel-Grenze der Lichtverteilung entstehen. Wird versucht, durch Aufrauen einer oder mehrer Oberflächen der Optikeinheit eine Vermeidung der vertikalen Lichtlücken herbeizuführen, stellen sich eine Aufweichung der Hell-Dunkel-Grenze der Lichtverteilung sowie relativ hohe Absorptionsverluste aufgrund der stochastischen Streuwirkung ein. Eine gezielte Aussparung der Lichtverteilung zur Entblendung beispielsweise des Gegenverkehrs ist mit dem bekannten Scheinwerfer somit nicht möglich. Hierzu müsste eine Adressierbarkeit der einzelnen Lichtflecken gegeben sein, die zur Bildung der Aussparungsbereiches bzw. Entblendungsbereiches eindeutig voneinander abzugrenzen wären. Denn der Aussparungsbereich der Lichtverteilung würde sich in Abhängigkeit von der Zeit bezüglich der Größe und des Ortes ändern.
The invention relates to a headlight for vehicles according to the preamble of patent claim 1.
From the EN 10 2005 041 234 A1 A headlight for vehicles is known which, to form an LED field, has a plurality of LED light sources arranged on a common substrate on the one hand and an optical unit arranged in front of the LED field in the direction of light emission on the other. The LED light sources each emit a partial light beam which is imaged into a light spot by means of the optical unit. Because the known headlight has at least two optical units, each with a different imaging characteristic, light spots of different sizes can be superimposed to form the specified light distribution. For example, the small light spots can be used to image a 15° rise in a light-dark boundary of the low beam distribution. When only a single optical unit is used, however, it has been shown that vertical light gaps arise between the light spots imaged on a measuring screen, which are perceived as disturbing. Depending on the optical unit used, an undesirable color fringe can also arise in the area of the light-dark boundary of the light distribution. If an attempt is made to avoid vertical light gaps by roughening one or more surfaces of the optical unit, the light-dark boundary of the light distribution will be softened and relatively high absorption losses will occur due to the stochastic scattering effect. A targeted cutout of the light distribution to reduce glare for oncoming traffic, for example, is therefore not possible with the known headlight. To do this, the individual light spots would have to be addressable, and they would have to be clearly separated from one another to form the cutout area or glare-free area. This is because the cutout area of the light distribution would change in size and location depending on time.

Aus der DE 101 29 743 C2 ist ein Scheinwerfer für Fahrzeuge mit einer Mehrzahl von LED-Lichtquellen bekannt, der ein erstes Optikelement und ein in Hauptabstrahlrichtung vor demselben angeordnetes zweites Optikelement aufweist. Das erste Optikelement kollimiert das von den LED-Lichtquellen abgestrahlte Licht, wobei aufgrund der Größe der LED-Lichtquellen eine Divergenz eintritt. Das zweite Optikelement ist als Diffusorelement ausgebildet, das die Divergenz in horizontaler Richtung und vertikaler Richtung weiter erhöht.From the DE 101 29 743 C2 A headlight for vehicles with a plurality of LED light sources is known, which has a first optical element and a second optical element arranged in front of the first optical element in the main radiation direction. The first optical element collimates the light emitted by the LED light sources, whereby a divergence occurs due to the size of the LED light sources. The second optical element is designed as a diffuser element, which further increases the divergence in the horizontal direction and vertical direction.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Scheinwerfer für Fahrzeuge derart weiterzubilden, dass eine vorgegebene Lichtverteilung mit scharf voneinander abgrenzbaren abgebildeten LED-Lichtquellen geschaffen wird, so dass durch Abschalten einer oder mehrerer LED-Lichtquellen ein definierter Aussparungsbereich bzw. Entblendungsbereich der Lichtverteilung zur Entblendung eines weiteren Verkehrsteilnehmers ermöglicht wird.The object of the present invention is therefore to further develop a headlight for vehicles in such a way that a predetermined light distribution is created with sharply demarcated LED light sources, so that by switching off one or more LED light sources, a defined recess area or glare-free area of the light distribution is made possible to glare another road user.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.To solve this problem, the invention has the features of patent claim 1.

Die Erfindung sieht eine Optikeinheit mit zwei linsenförmigen Optikelementen vor, die in Lichtabstrahlrichtung hintereinander angeordnet sind. Ein erstes Optikelement und ein zweites Optikelement weisen jeweils eine Lichteinkoppelfläche und eine Lichtauskoppelfläche auf, die derart geformt sind, dass die LED-Lichtquellen zu jeweils Lichtflecken abgebildet werden, die einen relativ hohen optischen Korrektionszustand aufweisen. Um eine hohe optische Güte bzw. eine geringe Dispersionswirkung zu erzielen, ist die Aberrationswirkung auf die vier brechenden Flächen (Lichteinkoppelfläche, Lichtauskoppelflächen) der beiden Optikelemente verteilt. Vorteilhaft können scharf voneinander abgegrenzte Lichtverteilungen der LED-Lichtquellen im Winkelraum realisiert werden, wobei von der optischen Achse entfernt liegende LED-Lichtquellen nur eine geringe Verwaschung bzw. Verzerrung erzeugen. Somit kommt erfindungsgemäß dem ersten Optikelement keine Primäroptikfunktion und dem zweiten Optikelement keine Sekundäroptikfunktion zu. Stattdessen sind die Lichteinkoppelflächen bzw. Lichtauskoppelflächen des ersten Optikelementes und des zweiten Optikelementes so aufeinander abgestimmt, dass eine Lichtverteilung bestehend aus vorzugsweise gleich großen Lichtflecken gebildet werden kann, wobei vertikale und horizontale Ränder benachbarter Lichtflecken unmittelbar aneinander liegen. Vorteilhaft können hierdurch definierte Aussparungsbereiche in der Lichtverteilung erzeugt werden. Nach der Erfindung sind die optisch wirksamen Flächen des ersten Optikelementes und des zweiten Optikelementes derart aufeinander abgestimmt, dass Lichtflecken mit gleicher Dimension erzeugt werden, die zur Bildung der Fernlichtverteilung im Wesentlichen unmittelbar nebeneinander angeordnet sind. Dadurch, dass die Abbildungsfehler der Linsen auf die vier brechenden Flächen aufgeteilt bzw. „ausbalanciert“ sind, können auch relativ weit von einer optischen Achse des Scheinwerfers angeordnete LED-Lichtquellen relativ korrekt abgebildet werden.The invention provides an optical unit with two lens-shaped optical elements that are arranged one behind the other in the light emission direction. A first optical element and a second optical element each have a light coupling surface and a light coupling surface that are shaped in such a way that the LED light sources are each imaged into light spots that have a relatively high optical correction state. In order to achieve a high optical quality or a low dispersion effect, the aberration effect is distributed over the four refractive surfaces (light coupling surface, light coupling surfaces) of the two optical elements. Sharply delimited light distributions of the LED light sources in the angular space can advantageously be realized, with LED light sources located further away from the optical axis producing only a slight blurring or distortion. Thus, according to the invention, the first optical element has no primary optical function and the second optical element has no secondary optical function. Instead, the light coupling surfaces or light coupling surfaces of the first optical element and the second optical element are coordinated with one another in such a way that a light distribution consisting of preferably equally sized light spots can be formed, with vertical and horizontal edges of adjacent light spots lying directly next to one another. This advantageously allows defined recess areas to be created in the light distribution. According to the invention, the optically effective surfaces of the first optical element and the second optical element are coordinated with one another in such a way that light spots of the same dimension are created, which are arranged essentially directly next to one another to form the high beam distribution. Because the imaging errors of the lenses are distributed or "balanced" across the four refractive surfaces, even LED light sources arranged relatively far from an optical axis of the headlight can be imaged relatively correctly.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die LED-Lichtquellen als LED-Chips in einem horizontal verlaufenden lang gestreckten LED-Feld zusammengefasst, so dass bei eingeschaltetem Zustand aller LED-Chips eine Fernlichtverteilung erzeugbar ist. Vorteilhaft lässt sich hierdurch ein adressierbares Fernlicht generieren, bei dem ein Teilbereich der Fernlichtverteilung ausgespart werden kann zur Entblendung eines weiteren Verkehrsteilnehmers.According to a preferred embodiment of the invention, the LED light sources are combined as LED chips in a horizontally extending, elongated LED field, so that a high beam distribution can be generated when all LED chips are switched on. This generates an addressable high beam, in which a portion of the high beam distribution can be excluded to reduce glare for other road users.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die LED-Lichtquellen des LED-Feldes durch eine Ansteuereinheit ansteuerbar, so dass in einer Fernlichtstellung alle LED-Lichtquellen eingeschaltet sind zur Erzeugung einer Fernlichtverteilung und so dass in einer Entblendstellung nur ein Teil der LED-Lichtquellen eingeschaltet ist, und zwar der Teil, der nicht für die Blendung des weiteren Verkehrsteilnehmers verantwortlich ist. In der Entblendstellung erfolgt eine dynamische Änderung der Fernlichtverteilung, wobei in Abhängigkeit von den weiteren Verkehrsteilnehmern detektierenden Detektierungsmitteln solche LED-Lichtquellen abgeschaltet oder heruntergedimmt werden, die zur Beleuchtung des Verkehrsteilnehmers beitragen würden. Dadurch, dass benachbarte Lichtflecken in vertikaler und horizontaler Richtung eindeutig nebeneinander bzw. aneinander liegen, ist eine optimale Adressierbarkeit der Lichtflecken gewährleistet, so dass ein Übergang zwischen dem Entblendungsbereich und dem beleuchteten Bereich der Lichtverteilung mit einem relativ hohen Leuchtstärkegradienten verwirklicht wird.According to a development of the invention, the LED light sources of the LED field can be controlled by a control unit, so that in a high beam position all LED light sources are switched on to generate a high beam distribution and so that in a glare-free position only some of the LED light sources are switched on, namely the part that is not responsible for glaring other road users. In the glare-free position, the high beam distribution changes dynamically, whereby, depending on the detection means detecting other road users, those LED light sources that would contribute to illuminating the road user are switched off or dimmed down. The fact that neighboring light spots are clearly next to or on one another in the vertical and horizontal directions ensures optimal addressability of the light spots, so that a transition between the glare-free area and the illuminated area of the light distribution is realized with a relatively high luminous intensity gradient.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind das erste Optikelement und das zweite Optikelement jeweils rotationssymmetrisch und beabstandet zueinander angeordnet. According to a development of the invention, the first optical element and the second optical element are each arranged rotationally symmetrically and at a distance from one another.

Zumindest drei dieser optischen Flächen weisen Asphärisierungen auf, so dass eine korrekte Abbildung über die horizontale Breite des LED-Feldes gewährleistet ist.At least three of these optical surfaces have aspherizations, so that correct imaging across the horizontal width of the LED field is guaranteed.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.Further advantages of the invention emerge from the further subclaims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.An embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawings.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Seitendarstellung eines Scheinwerfers,
  • 2 eine perspektivische Rückansicht des Scheinwerfers,
  • 3 eine Vorderansicht eines LED-Feldes des Scheinwerfers,
  • 4 eine exemplarische Darstellung von auf einem Messschirm projizierten Lichtflecken (Lichtbildern) von vier in horizontaler Richtung benachbarten LED-Lichtquellen und
  • 5 eine schematische Darstellung einer Fernlichtverteilung, wobei alle in einer 4x20-Matrix angeordneten LED-Lichtquellen eingeschaltet sind.
Show it:
  • 1 a schematic side view of a headlight,
  • 2 a perspective rear view of the headlight,
  • 3 a front view of an LED field of the headlight,
  • 4 an exemplary representation of light spots (light images) projected on a measuring screen from four horizontally adjacent LED light sources and
  • 5 a schematic representation of a high beam distribution with all LED light sources arranged in a 4x20 matrix switched on.

Ein erfindungsgemäßer Scheinwerfer für Fahrzeuge besteht im Wesentlichen aus einer Mehrzahl von LED-Lichtquellen 1, die in einem LED-Feld 2 auf einem gemeinsamen Träger (Substrat) gruppiert zusammengefasst angeordnet sind, und aus einer Optikeinheit 3, die in Lichtabstrahlrichtung 4 vor dem LED-Feld 2 angeordnet ist.A headlight for vehicles according to the invention essentially consists of a plurality of LED light sources 1, which are arranged in a group in an LED field 2 on a common carrier (substrate), and of an optical unit 3, which is arranged in front of the LED field 2 in the light emission direction 4.

Die Optikeinheit 3 besteht aus einem in einem Abstand zu dem LED-Feld 2 angeordneten ersten Optikelement 5 und einem in einem Abstand zu dem ersten Optikelement 5 angeordneten zweiten Optikelement 6. Das erste Optikelement 5 und das zweite Optikelement 6 sind jeweils annähernd plankonvexförmig ausgebildet, wobei eine dem LED-Feld 2 zugewandte quasi-plane Lichteinkoppelfläche 7 des ersten Optikelementes 5 nach innen gewölbt und eine dem LED-Feld 2 zugewandte quasi-plane Lichteinkoppelfläche 8 des zweiten Optikelementes 6 nach außen gewölbt ausgebildet sind. Das zwischen dem LED-Feld 2 und dem zweiten Optikelement 6 in einem Abstand zu denselben angeordnete erste Optikelement 5 weist eine konvexförmige Lichtauskoppelfläche 9 auf, deren Krümmung bzw. Wölbungsgrad geringer ist als eine dem LED-Feld 2 abgewandte Lichtauskoppelfläche 10 des zweiten Optikelementes 6. Die Lichteinkoppelflächen 7, 8 und die Lichtauskoppelflächen 9, 10 bilden optisch wirksame Flächen der Optikelemente 5, 6.The optical unit 3 consists of a first optical element 5 arranged at a distance from the LED field 2 and a second optical element 6 arranged at a distance from the first optical element 5. The first optical element 5 and the second optical element 6 are each approximately plano-convex in shape, with a quasi-planar light coupling surface 7 of the first optical element 5 facing the LED field 2 being curved inwards and a quasi-planar light coupling surface 8 of the second optical element 6 facing the LED field 2 being curved outwards. The first optical element 5, which is arranged between the LED field 2 and the second optical element 6 at a distance from the latter, has a convex-shaped light output surface 9, the curvature or degree of curvature of which is less than a light output surface 10 of the second optical element 6 facing away from the LED field 2. The light input surfaces 7, 8 and the light output surfaces 9, 10 form optically effective surfaces of the optical elements 5, 6.

Wie aus 1 ersichtlich ist, weist das erste Optikelement 5 eine geringere Quererstreckung bzw. einen geringeren Durchmesser auf als das zweite Optikelement 6. Die Quererstreckung des zweiten Optikelementes 6 bemisst sich danach, dass ein Hauptstrahlbündel H sowie ein Randstrahlbündel R, das von dem ersten Optikelement 5 gebrochen wird, noch erfasst wird. Das erste Optikelement 5 und das zweite Optikelement 6 sind jeweils rotationssymmetrisch ausgebildet.As from 1 As can be seen, the first optical element 5 has a smaller transverse extension or a smaller diameter than the second optical element 6. The transverse extension of the second optical element 6 is measured in such a way that a main beam H and an edge beam R, which is refracted by the first optical element 5, are still captured. The first optical element 5 and the second optical element 6 are each rotationally symmetrical.

Wie aus 3 ersichtlich ist, ist das LED-Feld 2 lang gestreckt in horizontaler Richtung verlaufend ausgebildet. Die LED-Lichtquellen 1 sind jeweils als LED-Chips ausgebildet, die über mindestens einen LED-Baustein verfügen. Die LED-Chips 1 sind matrixartig in einem Feld mit zwanzig vertikalen Spalten S1, ... S20 und vier horizontalen Zeilen Z1, Z2, Z3 Z4 angeordnet. Insgesamt besteht das LED-Feld 2 aus achtzig LED-Chips 1, die in einer Fernlichtstellung des Scheinwerfers mittels einer Ansteuereinheit 14 derart angesteuert werden, dass alle achtzig LED-Chips 1 eingeschaltet sind. In der Fernlichtstellung des Scheinwerfers wird somit eine Fernlichtverteilung L gemäß 5 erzeugt, wobei die Fernlichtverteilung L sich aus Aneinanderreihung der beispielhaft mittels der Optikeinheit 3 gebildeten, in 4 dargestellten Lichtflecken (Lichtbildern) 17 der LED-Chips 1 zusammensetzt.As from 3 As can be seen, the LED field 2 is elongated and extends in a horizontal direction. The LED light sources 1 are each designed as LED chips that have at least one LED module. The LED chips 1 are arranged in a matrix-like manner in a field with twenty vertical columns S 1 , ... S 20 and four horizontal rows Z 1 , Z 2 , Z 3 Z 4 . In total, the LED field 2 consists of eighty LED chips 1, which are controlled in a high beam position of the headlight by means of a control unit 14 such that all eighty LED chips 1 are switched on. In the high beam position of the headlight, a high beam distribution L is thus created according to 5 generated, whereby the high beam division L is formed by arranging the example formed by means of the optical unit 3, in 4 illustrated light spots (light images) 17 of the LED chips 1.

Aufgrund der weiter unten beschriebenen Ausgestaltung der Lichteinkoppelflächen 7, 8 bzw. Lichtauskoppelflächen 9, 10 liegen die nach unendlich abgebildeten LED-Chips 1 unmittelbar nebeneinander, wobei vertikale Ränder 15 und horizontale Ränder 16 benachbarter Lichtflecken 17 unmittelbar aneinander liegen. Die Lichtbilder 17 entstehen durch Abbildung der jeweils durch die LED-Chips 1 emittierten Teillichtbündel, die durch Überlagerung ein Lichtbündel bilden, mittels dessen die Fernlichtverteilung L erzeugt wird.Due to the design of the light coupling surfaces 7, 8 and light coupling surfaces 9, 10 described below, the LED chips 1 imaged to infinity lie directly next to one another, with vertical edges 15 and horizontal edges 16 of adjacent light spots 17 lying directly next to one another. The light images 17 are created by imaging the partial light beams emitted by the LED chips 1, which form a light beam by superimposing them, by means of which the high beam distribution L is generated.

Die Fernlichtverteilung L gemäß 5 ist in horizontaler Richtung relativ lang und in vertikaler Richtung relativ kurz ausgebildet. Die Fernlichtverteilung L setzt sich aus vorzugsweise gleich großen Lichtbildern (Lichtflecken 17) der matrixartig angeordneten LED-Chips 1 gemäß 3 zusammen, die vorzugsweise in rechteckförmiger bzw. quadratischer Kontur auf einem Messschirm darstellbar sind, siehe 4. Vorzugsweise weisen die LED-Chips 1 eine quadratische oder rechteckförmige Kontur auf. Der Einfachheit halber sind in 3 kreisförmige LED-Chips 1 dargestellt.The high beam distribution L according to 5 is relatively long in the horizontal direction and relatively short in the vertical direction. The high beam distribution L is made up of preferably equally sized light images (light spots 17) of the matrix-like arranged LED chips 1 according to 3 which can preferably be displayed in rectangular or square contours on a measuring screen, see 4 . Preferably, the LED chips 1 have a square or rectangular contour. For the sake of simplicity, 3 circular LED chips 1 are shown.

Sind die LED-Chips 1 kreisförmig oder ovalförmig konturiert, können die Lichtflecken nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform auch kreisförmig bzw. ovalförmig ausgebildet sein.If the LED chips 1 are circular or oval-shaped, the light spots can also be circular or oval-shaped according to an alternative embodiment not shown.

Wesentlich ist, dass die Lichtflecken 17 eine hohe optische Güte aufweisen, das heißt vorzugsweise eine geringe Aberrationswirkung aufweisen. Hierdurch wird ermöglicht, dass ausgewählte und gut definierte Bereiche der Lichtverteilung L in einer Entblendstellung des Scheinwerfers vorzugsweise in Abhängigkeit der durch Detektiermittel 18 erkannten Änderung der Verkehrssituation durch Abschalten der entsprechenden LED-Chips 1 ausgespart werden können, so dass eine unerwünschte Blendung anderer Verkehrsteilnehmer verhindert wird. Als Detektiermittel 18 kann beispielsweise eine Kamera dienen, die einen entgegenkommenden Verkehrsteilnehmer erfasst, so dass in Abhängigkeit von den ermittelten Sensordaten der Detektiermittel die Ansteuereinheit 14 adaptiv eine Anzahl von LED-Chips 1 ab- bzw. wieder zuschaltet, so dass eine Blendung des anderen Verkehrsteilnehmers durch den Scheinwerfer vermieden wird. Die Lichtverteilung L setzt sich somit aus einem Beleuchtungsbereich 19 und einem Entblendungsbereich 20 zusammen, wobei die dem Entblendungsbereich 20 zugeordneten LED-Chips 1 ausgeschaltet sind, so dass das in diesem Bereich befindliche entgegenkommende Verkehrsobjekt nicht geblendet wird. Der Beleuchtungsbereich 19 und der Entblendungsbereich 20 verändern sich dynamisch in Abhängigkeit von der Relativlage des entgegenkommenden Verkehrsobjektes zu dem Scheinwerfer. Mit Verringerung des Relativabstandes zwischen dem entgegenkommenden Verkehrsobjekt und dem Scheinwerfer wird der Entblendungsbereich 20 nach und nach größer, bis das entgegenkommende Verkehrsobjekt das mit dem Scheinwerfer versehene Fahrzeug passiert hat, so dass nunmehr bei nicht weiter entgegenkommenden Verkehrsobjekten der Beleuchtungsbereich 19 mit der Femlichtverteilung L übereinstimmt.It is essential that the light spots 17 have a high optical quality, i.e. preferably have a low aberration effect. This makes it possible for selected and well-defined areas of the light distribution L to be left out in a glare-reduction position of the headlight, preferably depending on the change in the traffic situation detected by the detection means 18, by switching off the corresponding LED chips 1, so that unwanted glare of other road users is prevented. A camera can serve as the detection means 18, for example, which detects an oncoming road user, so that depending on the sensor data determined by the detection means, the control unit 14 adaptively switches a number of LED chips 1 off or on again, so that the other road user is prevented from being glared by the headlight. The light distribution L is thus made up of an illumination area 19 and an anti-glare area 20, with the LED chips 1 assigned to the anti-glare area 20 being switched off, so that the oncoming road object located in this area is not blinded. The illumination area 19 and the anti-glare area 20 change dynamically depending on the relative position of the oncoming traffic object to the headlight. As the relative distance between the oncoming traffic object and the headlight decreases, the anti-glare area 20 gradually becomes larger until the oncoming traffic object has passed the vehicle equipped with the headlight, so that the illumination area 19 now corresponds to the long-distance light distribution L when no more oncoming traffic objects are approaching.

Das erste Optikelement 5 weist eine Dicke d1 von etwa 20 mm und das zweite Optikelement 6 eine Dicke d2 von etwa 34 mm auf. Der lichte Abstand zwischen dem ersten Optikelement 5 und dem zweiten Optikelement 6 beträgt etwa 24 mm.The first optical element 5 has a thickness d1 of approximately 20 mm and the second optical element 6 has a thickness d2 of approximately 34 mm. The clear distance between the first optical element 5 and the second optical element 6 is approximately 24 mm.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Lichteinkoppelfläche 7 des ersten Optikelementes 5 einen Scheitelkrümmungsradius von -100,0 mm, die Lichtauskoppelfläche 9 des ersten Optikelementes 5 einen Scheitelkrümmungsradius von -49,99876 mm, die Lichteinkoppelfläche 8 des zweiten Optikelementes 6 einen Scheitelkrümmungsradius von 7.179,91267 mm, die Lichtauskoppelfläche 10 des zweiten Optikelementes 6 einen Scheitelkrümmungsradius von -76,374567 mm auf. Die Lichteinkoppelfläche 7, die Lichtauskoppelfläche 9 des ersten Optikelementes 5 sowie die Lichtauskoppelfläche 10 des zweiten Optikelementes 6 sind als asphärische Flächen und die Lichteinkoppelfläche 8 des zweiten Optikelementes 6 als sphärische Fläche ausgebildet. Die Lichteinkoppelfläche 7 und die Lichtauskoppelfläche 9 des ersten Optikelementes 5 sowie die Lichtauskoppelfläche 10 des zweiten Optikelementes 6 werden nach folgender Linsenflächengleichung ermittelt: z = c   r 2 1 + 1 ( 1 + k ) c 2 r 2 + k = 1 5 α 2 k r 2 k ,

Figure DE102008027320B4_0001
wobei
z = z-Koordinate auf der entsprechenden Fläche,
r = Lateralabstand eines Punktes auf der optischen Fläche von der z-Achse,
c = Scheitelkrümmung der optisch wirksamen Fläche,
k = konische Konstante (hier zu 0 gewählt),
α = Asphärenkoeffizient.In the present exemplary embodiment, the light coupling surface 7 of the first optical element 5 has a vertex curvature radius of -100.0 mm, the light coupling surface 9 of the first optical element 5 has a vertex curvature radius of -49.99876 mm, the light coupling surface 8 of the second optical element 6 has a vertex curvature radius of 7,179.91267 mm, the light coupling surface 10 of the second optical element 6 has a vertex curvature radius of -76.374567 mm. The light coupling surface 7, the light coupling surface 9 of the first optical element 5 and the light coupling surface 10 of the second optical element 6 are designed as aspherical surfaces and the light coupling surface 8 of the second optical element 6 is designed as a spherical surface. The light coupling surface 7 and the light output surface 9 of the first optical element 5 as well as the light output surface 10 of the second optical element 6 are determined according to the following lens surface equation: z = c r 2 1 + 1 ( 1 + k ) c 2 r 2 + k = 1 5 α 2 k r 2 k ,
Figure DE102008027320B4_0001
where
z = z-coordinate on the corresponding surface,
r = lateral distance of a point on the optical surface from the z-axis,
c = vertex curvature of the optically effective surface,
k = conical constant (here chosen to be 0),
α = aspheric coefficient.

Die Lichteinkoppelfläche 7 des ersten Optikelementes 5 weist folgende Asphärenkoeffizienten auf: α 2 = 5,13198 * 10 3

Figure DE102008027320B4_0002
α 4 = 3,529144 * 10 6
Figure DE102008027320B4_0003
α 6 = 1,239178 * 10 9
Figure DE102008027320B4_0004
α 8 = 6,718262 * 10 13
Figure DE102008027320B4_0005
α 10 = 5,51439 * 10 16 .
Figure DE102008027320B4_0006
The light coupling surface 7 of the first optical element 5 has the following asphere coefficients: α 2 = 5,13198 * 10 3
Figure DE102008027320B4_0002
α 4 = 3,529144 * 10 6
Figure DE102008027320B4_0003
α 6 = 1,239178 * 10 9
Figure DE102008027320B4_0004
α 8th = 6,718262 * 10 13
Figure DE102008027320B4_0005
α 10 = 5,51439 * 10 16 .
Figure DE102008027320B4_0006

Die Lichtauskoppelfläche 9 des ersten Optikelementes 5 weist folgende Asphärenkoeeffizienten auf: α 2 = 4,1585506 * 10 3

Figure DE102008027320B4_0007
α 4 = 1,33673 * 10 7
Figure DE102008027320B4_0008
α 6 = 3,341364 * 10 10 .
Figure DE102008027320B4_0009
The light output surface 9 of the first optical element 5 has the following asphere coefficients: α 2 = 4,1585506 * 10 3
Figure DE102008027320B4_0007
α 4 = 1.33673 * 10 7
Figure DE102008027320B4_0008
α 6 = 3.341364 * 10 10 .
Figure DE102008027320B4_0009

Die Lichtauskoppelfläche 10 des zweiten Optikelementes 6 weist folgende Asphärenkoeeffizienten auf: α 2 = 4,57459 * 10 3

Figure DE102008027320B4_0010
α 4 = 2,391277 * 10 7
Figure DE102008027320B4_0011
α 6 = 2,207928 * 10 11 .
Figure DE102008027320B4_0012
The light output surface 10 of the second optical element 6 has the following asphere coefficients: α 2 = 4.57459 * 10 3
Figure DE102008027320B4_0010
α 4 = 2.391277 * 10 7
Figure DE102008027320B4_0011
α 6 = 2,207928 * 10 11 .
Figure DE102008027320B4_0012

Durch die Ausgestaltung der optisch wirksamen Flächen 7, 8, 9, 10 des ersten Optikelementes 5 bzw. des zweiten Optikelementes 6 werden Lichtbilder bzw. Lichtflecken 17 mit einem relativ genauen und definierten Bereich erzeugt, so dass die LED-Chips 1 präzise nach Unendlich abgebildet werden. Sofern zwischen den Lichtflecken 17 Lücken in der Lichtverteilung L wahrnehmbar sind, können diese durch isotropes Aufweiten der Lichtverteilung L geschlossen werden. Zum isotropen Aufweiten sind die Parameter der entsprechenden oben beschriebenen optisch wirksamen Flächen entsprechend modifiziert.By designing the optically effective surfaces 7, 8, 9, 10 of the first optical element 5 or the second optical element 6, light images or light spots 17 are generated with a relatively precise and defined area, so that the LED chips 1 are imaged precisely to infinity. If gaps in the light distribution L are perceptible between the light spots 17, these can be closed by isotropic expansion of the light distribution L. For isotropic expansion, the parameters of the corresponding optically effective surfaces described above are modified accordingly.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
LED-LichtquellenLED light sources
22
LED-FeldLED field
33
OptikeinheitOptical unit
44
LichtabstrahlrichtungLight emission direction
55
erstes Optikelementfirst optical element
66
zweite Optikelementsecond optical element
77
LichteinkoppelflächeLight coupling surface
88th
LichteinkoppelflächeLight coupling surface
99
LichtauskoppelflächeLight output surface
1010
LichtauskoppelflächeLight output surface
1111
Kreisausschnittsegmente / KreisringausschnittsegmenteCircular cutout segments / circular ring cutout segments
1212
Kreisausschnittsegmente / KreisringausschnittsegmenteCircular cutout segments / circular ring cutout segments
1313
optische Achseoptical axis
1414
AnsteuereinheitControl unit
1515
vertikale Rändervertical margins
1616
horizontale Ränderhorizontal margins
1717
LichtfleckenLight spots
1818
DetektiermittelDetection agents
1919
BeleuchtungsbereichLighting area
2020
EntblendungsbereichGlare control range
HH
HauptstrahlbündelMain beam
RR
RandstrahlbündelEdge beam bundle
SS
SpalteSplit
ZZ
ZeileLine
LL
FernlichtverteilungHigh beam distribution
d1d1
Dicke des ersten OptikelementesThickness of the first optical element
d2d2
Dicke des zweiten OptikelementesThickness of the second optical element

Claims (8)

Scheinwerfer für Fahrzeuge mit einer Mehrzahl von LED-Lichtquellen, die in einem LED-Feld auf einem Substrat gruppiert angeordnet sind und die jeweils ein Teillichtbündel eines Lichtbündels emittieren, das mittels einer vorgelagerten Optikeinheit abgebildet wird zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, wobei die Optikeinheit (3) ein erstes Optikelement (5) mit einer dem LED-Feld (2) zugewandten Lichteinkoppelfläche (7) und einer dem LED-Feld (2) abgewandten Lichtauskoppelfläche (9) einerseits und ein zweites Optikelement (6) mit einer dem ersten Optikelement (5) zugewandten Lichteinkoppelfläche (8) und einer dem ersten Optikelement (5) abgewandten Lichtauskoppelfläche (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteinkoppelflächen (7, 8) und die Lichtauskoppelflächen (9, 10) der beiden Optikelemente (5, 6) derart ausgebildet sind, dass die LED-Lichtquellen (1) zu Lichtflecken (17) nach Unendlich abgebildet sind, so dass bei Projektion der Lichtverteilung (L) auf einem Messschirm ein vertikaler und horizontaler Randbereich benachbarter Lichtflecken (17) unmittelbar aneinander liegen, und dass die Lichteinkoppelfläche (7) und die Lichtauskoppelfläche (9) des ersten Optikelementes (5) und die Lichteinkoppelfläche (8) und die Lichtauskoppelfläche (10) des zweiten Optikelementes (6) derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Lichtflecken (17) der abgebildeten LED-Lichtquellen (1) die gleiche Dimension aufweisen.Headlights for vehicles with a plurality of LED light sources which are arranged in a group in an LED field on a substrate and which each emit a partial light beam of a light beam which is imaged by means of an upstream optical unit to produce a predetermined light distribution, wherein the optical unit (3) has a first optical element (5) with a light coupling surface (7) facing the LED field (2) and a light coupling surface (9) facing away from the LED field (2), on the one hand, and a second optical element (6) with a light coupling surface (8) facing the first optical element (5) and a light coupling surface (10) facing away from the first optical element (5), characterized in that the light coupling surfaces (7, 8) and the light coupling surfaces (9, 10) of the two optical elements (5, 6) are designed in such a way that the LED light sources (1) are imaged to form light spots (17) towards infinity, so that when the light distribution (L) is projected onto a measuring screen, a vertical and horizontal edge region of adjacent light spots (17) lie directly next to one another, and that the light coupling surface (7) and the light coupling surface (9) of the first optical element (5) and the light coupling surface (8) and the light coupling surface (10) of the second optical element (6) are coordinated with one another in such a way that the light spots (17) of the imaged LED light sources (1) have the same dimension. Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Lichtquellen (1) jeweils als LED-Chips ausgebildet sind, die mindestens einen LED-Baustein enthalten, dass die LED-Chips (1) matrixartig mit vertikalen Spalten (S) und horizontalen Zeilen (Z) in dem LED-Feld (2) angeordnet sind und dass das LED-Feld (2) in horizontaler Richtung lang gestreckt ausgebildet ist, wobei die Anzahl der vertikalen Spalten (S) mindestens drei Mal so groß ist wie die Anzahl der horizontalen Zeilen (Z).Headlights after Claim 1 , characterized in that the LED light sources (1) are each designed as LED chips which contain at least one LED component, that the LED chips (1) are arranged in the LED field (2) in a matrix-like manner with vertical columns (S) and horizontal rows (Z), and that the LED field (2) is designed to be elongated in the horizontal direction, the number of vertical columns (S) being at least three times as large as the number of horizontal rows (Z). Scheinwerfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuereinheit (14) vorgesehen ist zur Ansteuerung der LED-Lichtquellen (1), derart, dass in einer Fernlichtstellung alle LED-Lichtquellen (1) eingeschaltet sind zur Erzeugung einer Fernlichtverteilung (L) und dass in einer Entblendstellung ein Teil der LED-Lichtquellen (1) in Abhängigkeit von der durch Detektiermittel (18) erkannten Änderung der Verkehrssituation ausgeschaltet oder heruntergedimmt sind zur Erzeugung eines eindeutig abgegrenzten Entblendbereiches (20) in der Lichtverteilung (L), in dem sich ein anderes Verkehrsobjekt befindet.Headlights after Claim 1 or 2 , characterized in that a control unit (14) is provided for controlling the LED light sources (1) in such a way that in a high beam position all LED light sources (1) are switched on to generate a high beam distribution (L) and that in a glare-free position some of the LED light sources (1) are switched off or dimmed down depending on the change in the traffic situation detected by detection means (18) to generate a clearly delimited glare-free area (20) in the light distribution (L) in which another traffic object is located. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Optikelement (5) und das zweite Optikelement (6) jeweils annähernd plankonvexförmig ausgebildet sind, wobei die konvexförmigen Lichtauskoppelflächen (9, 10) des ersten Optikelementes (5) und des zweiten Optikelementes (6) dem LED-Feld (2) abgewandt angeordnet sind, und dass das vorzugsweise in einem mittleren Bereich zwischen dem LED-Feld (2) und dem zweiten Optikelement (6) angeordnete erste Optikelement (5) eine kleinere Quererstreckung aufweist als das zweite Optikelement (6).Headlights after one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the first optical element (5) and the second optical element (6) are each approximately plano-convex in shape, wherein the convex-shaped light output surfaces (9, 10) of the first optical element (5) and of the second optical element (6) are arranged facing away from the LED field (2), and that the first optical element (5), which is preferably arranged in a central region between the LED field (2) and the second optical element (6), has a smaller transverse extension than the second optical element (6). Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Optikelement (5) und das zweite Optikelement (6) jeweils rotationssymmetrisch ausgebildet sind.Headlights after one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the first optical element (5) and the second optical element (6) are each rotationally symmetrical. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteinkoppelfläche (7) des ersten Optikelementes (5) nach innen gewölbt und die Lichteinkoppelfläche (8) des zweiten Optikelementes (6) nach außen gewölbt ausgebildet ist.Headlights after one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the light coupling surface (7) of the first optical element (5) is curved inwards and the light coupling surface (8) of the second optical element (6) is curved outwards. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest drei der Lichteinkoppel- (7, 8) und der Lichtauskoppelflächen (9, 10) des ersten Optikelementes (5) und des zweiten Optikelementes (6) Asphärisierungen aufweisen.Headlights after one of the Claims 1 until 6 , characterized in that at least three of the light coupling surfaces (7, 8) and the light coupling surfaces (9, 10) of the first optical element (5) and the second optical element (6) have aspherizations. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteinkoppelfläche (7) und die Lichtauskoppelfläche (9) des ersten Optikelementes (5) und die Lichtauskoppelfläche (10) des zweiten Optikelementes (6) mittels der Linsenflächengleichung z = c   r 2 1 + 1 ( 1 + k ) c 2 r 2 + k = 1 5 α 2 k r 2 k
Figure DE102008027320B4_0013
berechnet werden, wobei z = z-Koordinate auf der entsprechenden Fläche, r = Lateralabstand eines Punktes auf der optischen Fläche von der z-Achse, c = Scheitelkrümmung der optisch wirksamen Fläche, k = konische Konstante (hier zu 0 gewählt), α = Asphärenkoeffizient.
Headlights after one of the Claims 1 until 7 , characterized in that the light coupling surface (7) and the light coupling surface (9) of the first optical element (5) and the light coupling surface (10) of the second optical element (6) are determined by means of the lens surface equation z = c r 2 1 + 1 ( 1 + k ) c 2 r 2 + k = 1 5 α 2 k r 2 k
Figure DE102008027320B4_0013
where z = z-coordinate on the corresponding surface, r = lateral distance of a point on the optical surface from the z-axis, c = vertex curvature of the optically effective surface, k = conical constant (here chosen to be 0), α = aspheric coefficient.
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