AT517699B1 - Lichtquellen-Anordnung in einem Pixellicht-Lichtmodul - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leuchteinrichtung (20, 30) für einen Scheinwerfer, insbesondere einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, umfassend eine Mehrzahl von in Reihen (201, 202, 203, 301, 302, 303) nebeneinander angeordneten Lichtquellen (200, 300), die ein Leuchtfeld (209, 309) ausbilden, und eine Lichtführungseinrichtung (204, 304) mit einer Mehrzahl von Lichtführungselementen (201a, 202a, 203a, 301a, 302a, 303a), wobei jedem Lichtführungselement (201a, 202a, 203a, 301a, 302a, 303a) je eine Lichtquelle (200, 300) zugeordnet ist, wobei jedes Lichtführungselement (201a, 202a, 203a, 301a, 302a, 303a) je eine Lichteinkoppelfläche (201b, 202b, 203b, 301b, 302b, 303b) zum Einkoppeln des von der jeweiligen Lichtquelle (200, 300) ausgestrahlten Lichts und je eine Lichtaustrittsfläche aufweist, wobei die Lichtführungselemente (201a, 202a, 203a, 301a, 302a, 303a) in zumindest zwei übereinander angeordneten geradlinigen Reihen (211, 212, 213, 311, 312, 313) angeordnet sind, und wobei die Lichtführungselemente (203a, 303a) der untersten Reihe (213, 313) als Fernlicht-Lichtführungselemente (201a, 301a) ausgebildet sind und eine Fernlichtreihe (213, 313) bilden, wobei der vertikale Abstand zwischen den Lichtquellen (200, 300) der Fernlichtreihe (213, 313) und den Lichtquellen (200, 300) der nach oben hin benachbarten Reihe (212, 312) in wenigstens einem seitlichen Randbereich (208, 308) des Leuchtfelds (209, 309) kleiner ist als in einem Zentralbereich (207, 307) des Leuchtfelds (209, 309).

Description

Beschreibung

LICHTQUELLEN-ANORDNUNG IN EINEM PIXELLICHT-LICHTMODUL

[0001] Die Erfindung betrifft eine Leuchteinrichtung für einen Scheinwerfer, insbesondere einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, umfassend eine Mehrzahl von in Reihen nebeneinander angeordneten Lichtquellen, die ein Leuchtfeld ausbilden, und eine Lichtführungseinrichtung mit einer Mehrzahl von Lichtführungselementen, wobei jedem Lichtführungselement je eine Lichtquelle zugeordnet ist, wobei jedes Lichtführungselement je eine Lichteinkoppelfläche zum Einkoppeln des von der jeweiligen Lichtquelle ausgestrahlten Lichts und je eine Lichtaustrittsfläche aufweist, wobei die Lichtführungselemente in zumindest zwei übereinander angeordneten geradlinigen Reihen angeordnet sind, und wobei die Lichtführungselemente der untersten Reihe als Fernlicht-Lichtführungselemente ausgebildet sind und eine Fernlichtreihe bilden.

[0002] Derartige Leuchteinheiten, die auch als Pixellicht-Module bezeichnet werden, sind im Fahrzeugbau gebräuchlich und dienen beispielsweise der Abbildung von blendfreiem Fernlicht, indem das Licht in der Regel von einer Mehrzahl von künstlichen Lichtquellen ausgestrahlt wird und von einer entsprechenden Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Lichtführungen (Vorsatzoptik/Primäroptik) in Abstrahlrichtung gebündelt wird. Die Lichtführungen weisen einen relativ geringen Querschnitt auf und senden das Licht der ihnen je zugeordneten einzelnen Lichtquellen daher sehr konzentriert in die Abstrahlrichtung aus. Pixellichtscheinwerfer sind hinsichtlich der Lichtverteilung sehr flexibel, da für jedes Pixel, d.h. für jede Lichtführung, die Beleuchtungsstärke individuell geregelt werden kann und beliebige Lichtverteilungen realisiert werden können.

[0003] Einerseits ist die konzentrierte Abstrahlung der Lichtführungen erwünscht, um beispielsweise gesetzliche Vorgaben bezüglich der Hell-Dunkel-Linie eines Kraftfahrzeugscheinwerfers zu erfüllen oder adaptive flexible Ausblendszenarien umzusetzen, andererseits entstehen dadurch störende Inhomogenitäten in Bereichen des Lichtbildes, in welchen eine gleichmäßige, konzentrierte und gerichtete Ausleuchtung erwünscht ist.

[0004] Die DE 10 2008 044 968 A1 offenbart eine Beleuchtungsvorrichtung mit mehreren auf einer Leuchtfläche angeordneten Lichtquellen, die ein Leuchtdiodenfeld bilden, das aus mehreren Zeilen linear nebeneinander angeordneten Leuchtdioden besteht, wobei ein Mitten-Abstand benachbarter Lichtquellen in wenigstens einem Randbereich der Leuchtfläche größer als in einem Zentralbereich der Leuchtfläche ist. Der DE 10 2008 044 968 A1 liegt die Aufgabe zugrunde, die Gesamtzahl der benötigten Lichtquellen und somit auch die Herstellungskosten zu senken.

[0005] Die DE 10 2009 020 619 A1 offenbart eine Beleuchtungsvorrichtung mit mehreren Leuchtdioden, die ein Leuchtdiodenfeld bilden, das aus wenigstens zwei Zeilen linear nebeneinander angeordneter Leuchtdioden gebildet ist, wobei eine erste Zeile lichtstärkere Leuchtdioden aufweist als wenigstens eine zweite Zeile.

[0006] Die DE 10 2012 108 309 A1 beschreibt einen Scheinwerfer für Fahrzeuge mit mehreren Gruppen von LED-Lichtquellen und mit mehreren Optikeinheiten unterschiedlicher Abbildungscharakteristik.

[0007] In derzeit bekannten Pixellicht-Modulen kommt eine 2-dimensionale reihenförmige Anordnung der Lichtquellen, beispielsweise Leuchtdioden (LEDs), zur Anwendung, um eine segmentierte Abblend- und Fernlichtverteilung zu erzeugen. Die Regelung der Beleuchtungsstärke erfolgt beispielsweise im Fall von LEDs standardmäßig durch Pulsweitenmodulation des Betriebsstroms, mit der eine im zeitlichen Mittel unterschiedliche Bestromung der Lichtquelle erreicht werden kann. Üblicherweise werden dabei die LEDs im zentralen Bereich stärker bestromt als am Rand, weshalb das Maximum der Lichtverteilung in der Mitte liegt. Die geringere Bestromung im Randbereich kann jedoch dazu führen, dass zwischen den Reihen der Lichtverteilung Inhomogenitäten, typischerweise in Form von dunklen Streifen in den Randbereichen, auftreten. Die Inhomogenitäten zwischen der Fernlicht- und der Asymmetriereihe sind üblicherweise besonders ausgeprägt.

[0008] Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Auftreten der zuvor beschriebenen Inhomogenitäten in den Randbereichen des Lichtbilds von Pixellicht-Modulen zu verringern.

[0009] Diese Aufgabe wird mit einer Leuchteneinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass erfindungsgemäß der vertikale Abstand zwischen den Lichtquellen der Fernlichtreihe und den Lichtquellen der nach oben hin benachbarten Reihe in wenigstens einem seitlichen Randbereich des Leuchtfelds kleiner ist als in einem Zentralbereich des Leuchtfelds.

[0010] Dank der Erfindung, die auf einer gezielten Positionierung der Lichtquellen in den Randbereichen des Leuchtfelds basiert, können die beschriebenen Imhomogenitäten in den Randbereichen verringert werden. Die Erfindung stellt daher eine technisch einfache und kostengünstige Maßnahme dar, die Lichtverteilung in Pixellicht-Leuchteinrichtungen lokal zu beeinflussen und damit eine homogenere Lichtverteilung in den Randbereichen des Leuchtfelds zu realisieren.

[0011] Erfindungsgemäß werden also die Lichtquellen der Fernlichtreihe, die die äußeren Bereiche (Randbereiche) der Lichtverteilung abbilden, etwas in Richtung der nach oben hin benachbarten Reihe verschoben. Die Lichtquellen im Zentrum der Lichtverteilung behalten einen größeren Abstand zueinander, da dadurch eine größere Höhe der Fernlichtverteilung erreicht werden kann. Diese Verschiebung kann verlaufend vom Zentralbereich (keine Verschiebung) nach außen in die jeweiligen Randbereiche (größte Verschiebung) unterschiedlich gestaltet sein.

[0012] Die Begriffe „oben" und „unten" bzw. „oberhalb" und „unterhalb" wie sie hierin in Bezug auf die Anordnung der Reihen an Lichtführungselementen und Lichtquellen verwendet wird, bezieht sich auf die Anordnung der Reihen im montierten Zustand des Pixellicht-Moduls in einem Scheinwerfer. Die Fernlichtreihe ist dabei im montierten Zustand immer die unterste Reihe; im Lichtbild, d.h. mit nachgeschalteter Abbildungsoptik bildet die Fernlichtreihe dann die oberste Lichtverteilung.

[0013] In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der vertikale Abstand zwischen den Lichtquellen der Fernlichtreihe und den Lichtquellen der nach oben hin benachbarten Reihe ausgehend vom Zentralbereich zu wenigstem einem der Randbereiche hin sukzessiv, also schrittweise, abnimmt, wobei in jedem Schritt ein oder mehrere Lichtquellen der Fernlichtreihe mehr in Richtung der darüber liegenden benachbarten Reihe verschoben sind. Der Abstand zwischen den Lichtquellen der Fernlichtreihe und der darüberliegenden Reihe wird zum Randbereich hin verlaufend kleiner.

[0014] Bei einer Variante ist der vertikale Abstand zwischen den Lichtquellen der Fernlichtreihe und den Lichtquellen der nach oben hin benachbarten Reihe nur in einem seitlichen Randbereich des Leuchtfelds kleiner als in einem Zentralbereich des Leuchtfelds.

[0015] Bei einer anderen Variante ist der vertikale Abstand zwischen den Lichtquellen der Fernlichtreihe und den Lichtquellen der nach oben hin benachbarten Reihe in beiden seitlichen Randbereichen des Leuchtfelds kleiner als im Zentralbereich des Leuchtfelds. Bei einer Weiterbildung dieser Variante nimmt der vertikale Abstand zwischen den Lichtquellen der Fernlichtreihe und den Lichtquellen der nach oben hin benachbarten Reihe ausgehend vom Zentralbereich zu wenigstem einem der Randbereiche hin sukzessiv ab.

[0016] Die Lichteinkoppelflächen der Lichtführungselemente sind grundsätzlich größer als die Flächen der jeweiligen Lichtquellen (z.B. Chipfläche der LEDs). Gemäß dem Stand der Technik sind die Lichtquellen grundsätzlich so positioniert, dass sie das Licht im Zentrum der Lichteinkoppelfläche des jeweiligen Lichtführungselements einkoppeln. In Bezug auf die Erfindung ist es daher von Vorteil, wenn die Lichtquellen der Fernlichtreihe, die im Zentralbereich des Leuchtfelds angeordnet sind, so positioniert sind, dass sie das Licht im Zentrum der Lichteinkoppelfläche des jeweiligen Lichtführungselements einkoppeln. Alle Lichtquellen der übrigen

Reihen koppeln das Licht mit Vorteil im Zentrum der Lichteinkoppelfläche des jeweiligen Lichtführungselements ein.

[0017] Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der horizontale Abstand benachbarter Lichtquellen in wenigstens einem der Randbereiche des Leuchtfelds zum Reihenrand hin zunimmt. Bei einer Variante ist es vorgesehen, dass der horizontale Abstand zwischen benachbarten Lichtquellen in nur einem Randbereich zum Reihenrand hin zunimmt. Bei einer anderen Variante ist es vorgesehen, dass der horizontale Abstand zwischen benachbarten Lichtquellen in beiden Randbereichen zum Reihenrand hin zunimmt.

[0018] Unter Berücksichtigung der Abbildungsoptik, die der Lichtführungseinrichtung normalerweise in Lichtausbreitrichtung nachgeschaltet ist, können die Lichtquellen entweder symmetrisch oder unsymmetrisch in Bezug auf eine optische Achse angeordnet sein.

[0019] Bei Weiterbildungen kann es aus lichttechnischen Gründen vorgesehen sein, dass die einzelnen Reihen an Lichtquellen unterschiedlich lang sind. Es kann damit die Auflösung in jedem Bereich auf die Anforderungen eines bestimmten Ausblendszenarios abgestimmt werden.

[0020] Erfahrungsgemäß ist der Aufbau einer Leuchteinrichtung für Pixellichtscheinwerfer besonders effizient, wenn die Lichtführungselemente in genau drei übereinander angeordneten Reihen angeordnet sind, die gemeinsam eine Fernlichtverteilung bilden. Bei einer solchen Anordnung kann die obere Reihe als Vorfeldreihe, die mittlere Reihe als Asymmetriereihe und die unterste Reihe als Fernlichtreihe ausgebildet sein.

[0021] Die Lichtführungselemente der Reihen sind vorzugsweise möglichst nahe aneinander angeordnet, womit Inhomogenitäten im Lichtbild nochmals reduziert werden können. In einer Weiterbildung der Erfindung können die Lichtaustrittsflächen der einzelnen Lichtführungselemente daher Teil einer gemeinsamen Lichtaustrittsfläche sein, wobei die einzelnen Lichtaustrittsflächen aneinander angrenzen. Die gemeinsame Lichtaustrittsfläche ist typischerweise eine gekrümmte Fläche, die üblicherweise der Petzval-Fläche der Abbildungsoptik (z.B. eine Abbildungslinse) folgt. Für bestimmte Anwendungen können aber auch bewusste Abweichungen in der Krümmung eingesetzt werden, um im Randbereich Abbildungsfehler zur Lichthomogenisierung zu nutzen.

[0022] Die Lichtquellen sind zweckmäßigerweise lichtemittierende Dioden (LEDs), die vorzugsweise einzeln ansteuerbar sind. Beispielsweise handelt es sich dabei um Oslon Compact LEDs mit Licht-emittierenden Flächen von 0,5 x 0,5 mm2.

[0023] Es hat sich herausgestellt, dass es am praxistauglichsten ist, wenn die Lichtführungselemente als Lichtleitelemente ausgeführt sind. Der prinzipielle Aufbau von Lichtleitelementen und Vorsatzoptiken für Pixellicht-Leuchteinrichtungen für Scheinwerfer ist an sich bekannt. Die Lichtleitelemente sind beispielsweise aus Kunststoff, Glas oder beliebigen anderen zur Lichtleitung geeigneten Materialien gefertigt. Vorzugsweise sind die Lichtleitelemente aus einem Silikonmaterial gefertigt. Die Lichtleitelemente sind typischerweise als Vollkörper ausgeführt, und bestehen vorzugsweise aus einem einzigen durchgehenden optischen Medium, wobei die Lichtleitung innerhalb dieses Mediums erfolgt (auf die Nutzung der Totalreflexion an den Lichtleitflächen optimiert). Die Lichtleitelemente besitzen typischerweise einen im Wesentlichen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt und weiten sich üblicherweise nach an sich bekannter Art in Lichtabstrahlrichtung auf.

[0024] In einer alternativen Ausführungsform können die Lichtführungselemente als Hohlkörper mit inneren Begrenzungsflächen ausgebildet sein, wobei die Begrenzungsflächen parallel zur Lichtausbreitungsrichtung verlaufen und reflektierend oder verspiegelt ausgeführt sind.

[0025] Bei einer Weiterbildung weist die Leuchteinrichtung eine der Lichtführungseinrichtung in Abstrahlrichtung nachgeschaltete Abbildungsoptik (z.B. eine Projektionslinse oder ein System aus mehreren Linsen). Demgemäß kann die Abbildungsoptik eine oder mehrere optische Linsen nach an sich bekannter Art umfassen.

[0026] Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft einen Scheinwerfer, insbesondere einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, der eine erfindungsgemäße Leuchteinrichtung wie hierin geoffenbart umfasst. Scheinwerfer dieser Art werden auch als Pixellichtscheinwerfer bezeichnet.

[0027] Die Erfindung und deren Vorteile werden im Folgenden anhand von nicht einschränkenden Beispielen näher beschrieben, die in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht sind. Die Zeichnungen zeigen in: [0028] Fig. 1a eine Anordnung von Lichtquellen (LEDs) in einer Pixellicht-Leuchteinrichtung gemäß dem Stand der Technik, [0029] Fig. 1b eine Anordnung von Lichtquellen (LEDs) in einer Pixellicht-Leuchteinrichtung gemäß der Erfindung, [0030] Fig. 1c eine weitere Anordnung von Lichtquellen (LEDs) in einer Pixellicht-

Leuchteinrichtung gemäß der Erfindung, [0031] Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Leuchteinrichtung gemäß der Erfindung mit einer Anordnung von Lichtquellen gemäß Fig. 1b, [0032] Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Randbereichs einer Leuchteinrichtung gemäß der Erfindung mit einer Anordnung von Lichtquellen gemäß Fig. 1c, [0033] Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Randbereichs einer Leuchteinrichtung gemäß dem Stand der Technik mit einer Anordnung von Lichtquellen gemäß Fig. 1a.

[0034] Fig. 1a zeigt eine Anordnung von Lichtquellen 100 (LEDs 100) in einer Pixellicht-Leuchteinrichtung 10 gemäß dem Stand der Technik. Die Leuchteinrichtung 10 ist in Fig. 4, die eine perspektivische Ansicht deren Randbereichs darstellt, gezeigt. Die Leuchteinrichtung 10 umfasst eine Mehrzahl an LED-Lichtquellen 100 und eine in Lichtabstrahlrichtung positionierte Vorsatzoptik 104 (= Primäroptik). Die Vorsatzoptik 104 umfasst Lichtleitelemente 101a, 102a, 103a, die in drei geradlinigen Reihen 111, 112, 113 angeordnet sind und die abstrahlseitig zu einer gemeinsamen Stirnplatte 105 verlaufen. Die Stirnplatte 105 ist abstrahlseitig durch eine Lichtaustrittsfläche 106 begrenzt, wobei die nicht näher dargestellten Lichtaustrittsflächen der einzelnen Lichtleitelemente jeweils Teil der gemeinsamen Lichtaustrittsfläche 106 sind, wobei einzelne Lichtaustrittsflächen der Lichtleitelemente 101a, 102a, 103a nach an sich bekannter Art aneinander angrenzen. Die gemeinsame Lichtaustrittsfläche 106 ist typischerweise eine gekrümmte Fläche, die üblicherweise der Petzval-Fläche einer nicht näher dargestellten nachgeschalteten Abbildungsoptik (z.B. einer Abbildungslinse) folgt. Für bestimmte Anwendungen können auch bewusste Abweichungen in der Krümmung der gemeinsamen Lichtaustrittsfläche 106 eingesetzt werden, um zusätzlich im Randbereich Abbildungsfehler zur Lichthomogenisierung zu nutzen. Jedem Lichtleitelement 101a, 102a, 103a ist je eine LED-Lichtquelle 100 zugeordnet. Die Lichteinkoppelflächen 101b, 102b, 103b der Lichtleitelemente 101a, 102a, 103a sind größer als die Flächen der jeweiligen Lichtquellen 100 (z.B. Chipfläche der LEDs). Die Lichtquellen 100 sind in der Leuchteinrichtung 10 so positioniert, dass sie das Licht im Zentrum der Lichteinkoppelfläche 101b, 102b, 103b des jeweiligen Lichtleitelements einkoppeln.

[0035] In der Leuchteinrichtung 10 ist die obere Reihe als Vorfeldreihe 111 bestehend aus einer Mehrzahl an Vorfeld-Lichtleitelementen 101a ausgebildet. Die mittlere Reihe ist als Asymmetriereihe 112 bestehend aus einer Mehrzahl an Asymmetrie-Lichtleitelementen 102a und die untere Reihe ist als Fernlichtreihe 113 bestehend aus einer Mehrzahl an Fernlicht-Lichtleitelementen 103a ausgebildet. Die Lichtleitelemente 101a, 102a, 103a sind trichterförmig, wobei diejenigen der Fernlicht-Lichtleitelemente 103a, einen größeren Querschnitt in Richtung der Lichtaustrittsfläche als diejenigen der Asymmetriereihe 112 haben. Aus diesem Grund haben die Pixel der Asymmetriereihe 112 eine höhere Leuchtdichte als jene der Fernlichtreihe 113.

[0036] Aus der Fig. 1a ist nun erkennbar, dass die Lichtquellen 100 der Leuchtanordnung 10 in einer 3*28 Pixel-Anordnung in insgesamt drei geradlinigen LED-Reihen 101, 102, 103 von 28 LEDs/Reihe angeordnet sind und ein Leuchtfeld 109 ausbilden. Die LEDs 100 sind nach an sich bekannter Art auf einer nicht dargestellten Platine befestigt. Gezeigt sind die lichtemittierenden Flächen in regelmäßiger Anordnung. Der jeweilige vertikale Abstand zwischen den LEDs 100 der einzelnen Reihen 101, 102, 103 ist immer gleichbleibend, d.h. dass die LEDs einer Reihe von den LEDs einer benachbarten Reihe immer den gleichen vertikalen Abstand haben. Für jede LED 100 kann die Beleuchtungsstärke individuell geregelt werden, weshalb beliebige Lichtverteilungen realisiert werden können. Bezug nehmend auf Fig. 1a und Fig. 4 koppelt die oberste LED-Reihe 101 das Licht in die Lichtleitelemente 101a der Vorfeldreihe 111 ein. Die mittlere LED-Reihe 102 koppelt das Licht in die Lichtleitelemente 102a der Asymmetriereihe 112 ein. Die unterste LED-Reihe 103 koppelt das Licht in die Lichtleitelemente 103a der Fernlichtreihe 113 ein. Die Vorfeldreihe 111, die Asymmetriereihe 112 und die Fernlichtreihe 113 bilden im aktivierten Zustand gemeinsam eine Fernlichtverteilung aus. Üblicherweise werden dabei die LEDs 100 in einem Zentralbereich 107 stärker bestromt als in den Randbereichen 108 links und rechts vom Zentralbereich 107, weshalb das Maximum der Lichtverteilung im Zentralbereich 107 liegt. Die geringere Bestromung in den Randbereichen 108 kann jedoch dazu führen, dass zwischen den Reihen der Lichtverteilung Inhomogenitäten, typischerweise in Form von dunklen Streifen in den Randbereichen 108 , auftreten. Die Inhomogenitäten zwischen der Fernlichtreihe 113 und der Asymmetriereihe 112 sind üblicherweise besonders ausgeprägt.

[0037] Fig. 1b zeigt eine Anordnung von LED-Lichtquellen 200 in einer Pixellicht-Leuchteinrichtung 20 gemäß der Erfindung (vgl. hierzu auch Fig. 2). Die Leuchteinrichtung 20 ist in der Fig. 2 näher dargestellt, die eine perspektivische Ansicht einer Leuchteinrichtung 20 gemäß der Erfindung zeigt.

[0038] Die Leuchteinrichtung 20 umfasst eine Mehrzahl an LED-Lichtquellen 200 und eine in Lichtabstrahlrichtung positionierte Lichtführungseinrichtung 204, im Folgenden als Vorsatzoptik 204 (= Primäroptik) bezeichnet. Die Vorsatzoptik 204 ist identisch aufgebaut wie die Vorsatzoptik 104. Die Vorsatzoptik 204 umfasst folglich Lichtleitelemente 201a, 202a, 203a, die in drei geradlinigen Reihen 211, 212, 213 angeordnet sind und die abstrahlseitig zu einer gemeinsamen Stirnplatte 205 verlaufen. Die Stirnplatte 205 ist abstrahlseitig durch eine Lichtaustrittsfläche 206 begrenzt, wobei die nicht näher dargestellten Lichtaustrittsflächen der einzelnen Lichtleitelemente 201a, 202a, 203a jeweils Teil der gemeinsamen Lichtaustrittsfläche 206 sind, wobei einzelne Lichtaustrittsflächen der Lichtleitelemente 201a, 202a, 203a nach an sich bekannter Art aneinander angrenzen. Die gemeinsame Lichtaustrittsfläche 206 ist typischerweise eine gekrümmte Fläche, die üblicherweise der Petzval-Fläche einer nicht näher dargestellten nachgeschalteten Abbildungsoptik (z.B. einer Abbildungslinse) folgt. Für bestimmte Anwendungen können auch bewusste Abweichungen in der Krümmung der gemeinsamen Lichtaustrittsfläche 206 eingesetzt werden, um zusätzlich im Randbereich Abbildungsfehler zur Lichthomogenisierung zu nutzen. Jedem Lichtleitelement 201a, 202a, 203a der Vorsatzoptik 204 ist je eine LED-Lichtquelle 200 zugeordnet. Die Lichteinkoppelflächen 201b, 202b, 203b der Lichtleitelemente 201a, 202a, 203a sind größer als die Flächen der jeweiligen LED-Lichtquellen 200 (z.B. Chipfläche der LEDs).

[0039] In der Leuchteinrichtung 20 ist die obere Reihe als Vorfeldreihe 211 bestehend aus einer Mehrzahl an Vorfeld-Lichtleitelementen 201a ausgebildet. Die mittlere Reihe ist als Asymmetriereihe 212 bestehend aus einer Mehrzahl an Asymmetrie-Lichtleitelementen 202a und die untere Reihe ist als Fernlichtreihe 213 bestehend aus einer Mehrzahl an Fernlicht-Lichtleitelementen 203a ausgebildet. Die Lichtleitelemente 201a, 202a, 203a sind trichterförmig, wobei diejenigen der Fernlicht-Lichtleitelemente 203a, einen größeren Querschnitt in Richtung der Lichtaustrittsfläche als diejenigen der Asymmetriereihe 212 haben. Aus diesem Grund haben die Pixel der Asymmetriereihe 212 eine höhere Leuchtdichte als jene der Fernlichtreihe 213.

[0040] Aus der Fig. 1b ist erkennbar, dass die LED-Lichtquellen 200 der Leuchtanordnung 20 in einer 3*28 Pixel-Anordnung in insgesamt drei LED-Reihen 201, 202, 203 von 28 LEDs/Reihe angeordnet sind und ein Leuchtfeld 209 ausbilden. Die LEDs 200 sind nach an sich bekannter Art auf einer nicht dargestellten Platine befestigt. Für jede LED 200 kann die Beleuchtungsstärke individuell geregelt werden, weshalb beliebige Lichtverteilungen realisiert werden können. Bezug nehmend auf Fig. 1b und Fig. 2 koppelt die oberste LED-Reihe 201 das Licht in die

Lichtleitelemente 201a der Vorfeldreihe 211 ein. Die mittlere LED-Reihe 202 koppelt das Licht in die Lichtleitelemente 202a der Asymmetriereihe 212 ein. Die unterste LED-Reihe 203 koppelt das Licht in die Lichtleitelemente 203a der Fernlichtreihe 213 ein. Die Vorfeldreihe 211, die Asymmetriereihe 212 und die Fernlichtreihe 213 bilden im aktivierten Zustand gemeinsam eine Fernlichtverteilung aus. Üblicherweise werden dabei die LEDs 200 in einem Zentralbereich 207 stärker bestromt als in den Randbereichen 208 links und rechts vom Zentralbereich 207, weshalb das Maximum der Lichtverteilung im Zentralbereich 207 liegt.

[0041] Der jeweilige vertikale Abstand zwischen den LEDs 200 der Reihen 201 und 202 (der Vorfeldreihe 211 bzw. Asymmetriereihe 212 zugeordnet) ist immer gleichbleibend, d.h. dass die LEDs der Vorfeldreihe 211 von den LEDs der Asymmetriereihe 212 immer den gleichen vertikalen Abstand haben. Die erfindungsgemäße Anordnung der LED-Lichtquellen 200 unterscheidet sich von der Anordnung gemäß dem Stand der Technik (Fig. 1a) nun dadurch, dass der vertikale Abstand zwischen den LED-Lichtquellen 200 der Fernlichtreihe 213 und den LED-Lichtquellen 200 der nach oben hin benachbarten Reihe (d.h. der Asymmetriereihe 212) in den seitlichen Randbereichen 208 des Leuchtfelds kleiner ist als in einem Zentralbereich 207 des Leuchtfelds. In anderen Worten nimmt der vertikale Abstand zwischen den Lichtquellen 200 der Fernlichtreihe 213 und den Lichtquellen 200 der Asymmetriereihe 212 ausgehend vom Zentralbereich 207 zu den Randbereichen 208 des Leuchtfelds 209 hin sukzessiv, d.h. schrittweise von LED zu LED, ab. Die LED-Lichtquellen 200 sind symmetrisch in Bezug auf eine optische Achse angeordnet. Die LED-Lichtquellen 200 der LED-Reihen 201 und 202 sowie die LED-Lichtquellen 200 im Zentralbereich 207 der LED-Reihe 203 sind so positioniert, dass sie das Licht im Zentrum der Lichteinkoppelfläche 201b, 202b, 203b des jeweiligen Lichtleitelements 201a, 202a, 203a einkoppeln. Die LED-Lichtquellen 200 in den Randbereichen 208 der LED-Reihe 203 (d.h. der Fernlichtreihe 213 zugeordnet) sind aus dem Zentrum der Lichteinkoppelfläche 203b des jeweiligen Lichtleitelements 203a nach oben hin in Richtung der LED-Reihe 202 (d.h. der Asymmetriereihe 212 zugeordnet) verschoben (siehe auch Fig. 2 in der diese Verschiebung gut ersichtlich ist). Durch die erfindungsgemäße gezielte Anordnung der LED-Lichtquellen 200 in den Randbereichen 208 des Leuchtfelds 209 können die Imhomogenitäten im Lichtbild, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, verringert werden. Die erfindungsgemäße Anordnung stellt daher eine technisch einfache und kostengünstige Maßnahme dar, die Lichtverteilung in Pixellicht-Leuchteinrichtungen lokal zu beeinflussen und damit eine homogenere Lichtverteilung in den Randbereichen 208 des Leuchtfelds 209 zu realisieren.

[0042] Fig. 1c zeigt eine weitere Variante einer Anordnung von Lichtquellen (LEDs) 300 in einer Pixellicht-Leuchteinrichtung 30 gemäß der Erfindung. Die Leuchteinrichtung 30 ist in Fig. 3, die eine perspektivische Ansicht deren Randbereichs darstellt, gezeigt.

[0043] Die Leuchteinrichtung 30 umfasst eine Mehrzahl an LED-Lichtquellen 300 und eine in Lichtabstrahlrichtung positionierte Lichtführungseinrichtung 304, im Folgenden als Vorsatzoptik 304 (= Primäroptik) bezeichnet. Die Vorsatzoptik 304 umfasst Lichtleitelemente 301a, 302a, 303a, die in drei geradlinigen Reihen 311, 312, 313 angeordnet sind und die abstrahlseitig zu einer gemeinsamen Stirnplatte 305 verlaufen. Die Stirnplatte 305 ist abstrahlseitig durch eine Lichtaustrittsfläche 306 begrenzt, wobei die nicht näher dargestellten Lichtaustrittsflächen der einzelnen Lichtleitelemente 301a, 302a, 303a jeweils Teil der gemeinsamen Lichtaustrittsfläche 306 sind, wobei einzelne Lichtaustrittsflächen der Lichtleitelemente 301a, 302a, 303a nach an sich bekannter Art aneinander angrenzen. Die gemeinsame Lichtaustrittsfläche 306 ist typischerweise eine gekrümmte Fläche, die üblicherweise der Petzval-Fläche einer nicht näher dargestellten nachgeschalteten Abbildungsoptik (z.B. einer Abbildungslinse) folgt. Für bestimmte Anwendungen können auch bewusste Abweichungen in der Krümmung der gemeinsamen Lichtaustrittsfläche 306 eingesetzt werden, um zusätzlich im Randbereich Abbildungsfehler zur Lichthomogenisierung zu nutzen. Jedem Lichtleitelement 301a, 302a, 303a der Vorsatzoptik 304 ist je eine LED-Lichtquelle 300 zugeordnet. Die Lichteinkoppelflächen 301b, 302b, 303b der Lichtleitelemente 301a, 302a, 303a sind größer als die Flächen der jeweiligen LED-Lichtquellen 300 (z.B. Chipfläche der LEDs).

[0044] In der Leuchteinrichtung 30 ist die obere Reihe als Vorfeldreihe 311 bestehend aus einer

Mehrzahl an Vorfeld-Lichtleitelementen 301a ausgebildet. Die mittlere Reihe ist als Asymmetriereihe 312 bestehend aus einer Mehrzahl an Asymmetrie-Lichtleitelementen 302a und die untere Reihe ist als Fernlichtreihe 313 bestehend aus einer Mehrzahl an Fernlicht-Lichtleitelementen 303a ausgebildet. Die Lichtleitelemente 301a, 302a, 303a sind trichterförmig, wobei diejenigen der Fernlicht-Lichtleitelemente 303a, einen größeren Querschnitt in Richtung der Lichtaustrittsfläche als diejenigen der Asymmetriereihe 312 haben. Aus diesem Grund haben die Pixel der Asymmetriereihe 312 eine höhere Leuchtdichte als jene der Fernlichtreihe 313.

[0045] Die LED-Lichtquellen 300 sind in einer Pixel-Anordnung in insgesamt drei LED-Reihen 301, 302, 303 von 25, 30, 28 LEDs angeordnet und bilden ein Leuchtfeld 309 aus (vgl. Fig. 1c). Die LEDs 300 sind nach an sich bekannter Art auf einer nicht dargestellten Platine befestigt. Für jede LED 300 kann die Beleuchtungsstärke individuell geregelt werden, weshalb beliebige Lichtverteilungen realisiert werden können.

[0046] In Analogie zu der in Fig. 1b und Fig. 2 gezeigten erfindungsgemäßen Variante koppelt die oberste LED-Reihe 301 das Licht in die Lichtleitelemente 301a der Vorfeldreihe 311 der Vorsatzoptik 304 ein. Die mittlere LED-Reihe 302 koppelt das Licht in die Lichtleitelemente 302a der Asymmetriereihe 312 der Vorsatzoptik 304 ein. Die unterste LED-Reihe 303 koppelt das Licht in die Lichtleitelemente 303a der Fernlichtreihe 313 der Vorsatzoptik 304 ein. Die Vorfeldreihe 311, die Asymmetriereihe 312 und die Fernlichtreihe 313 bilden im aktivierten Zustand gemeinsam eine Fernlichtverteilung aus. Dabei werden die LEDs 300 in einem Zentralbereich 307 stärker bestromt als in den Randbereichen 308 links und rechts vom Zentralbereich 307, weshalb das Maximum der Lichtverteilung im Zentralbereich 307 liegt.

[0047] Der vertikale Abstand zwischen den LEDs 300 der Reihen 301 und 302 (Vorfeldreihe und Asymmetriereihe) ist immer gleichbleibend (Fig. 1c), d.h. dass die LEDs 300 der Vorfeldreihe von den LEDs der Asymmetriereihe immer den gleichen vertikalen Abstand haben. Die erfindungsgemäße Anordnung der LED-Lichtquellen 300 aus Fig. 1c unterscheidet sich von der Anordnung gemäß dem Stand der Technik (Fig. 1a) somit dadurch, dass der vertikale Abstand zwischen den LED-Lichtquellen 300 der Reihe 303 (der Fernlichtreihe 313 zugeordnet) und den LED-Lichtquellen 300 der nach oben hin benachbarten LED-Reihe 302 (der Asymmetriereihe 312 zugeordnet) in den seitlichen Randbereichen 308 des Leuchtfelds 309 kleiner ist als in einem Zentralbereich 307 des Leuchtfelds 309. In anderen Worten nimmt der vertikale Abstand zwischen den Lichtquellen 300 der Fernlichtreihe und den Lichtquellen 300 der Asymmetriereihe ausgehend vom Zentralbereich 307 zu den Randbereichen 308 des Leuchtfelds 309 hin sukzessiv ab. In einer Weiterbildung zu der in Fig. 1b gezeigten erfindungsgemäßen Anordnung nimmt der horizontale Abstand zwischen benachbarten LED-Lichtquellen 300 in den Randbereichen 308 aller drei LED-Reihen 301, 302, 303 bei dieser Ausführungsform zum Reihenrand hin zu. Die einzelnen Reihen 301, 302 und 303 sind außerdem unterschiedlich lang. Die LED-Lichtquellen 300 sind unsymmetrisch in Bezug auf eine optische Achse 310 angeordnet. Im eingebauten Zustand in einem Scheinwerfermodul, ist die Platine, auf der die LED-Lichtquellen 300 befestigt sind, normalerweise ein Gleichteil. Die Platine wird im linken und rechten Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug gleich verbaut. Die Vorsatzoptik 30 gibt es in spiegelsymmetrischen Varianten. Eine in Lichtabstrahlrichtung vorgesehene Abbildungsoptik ist dann wieder ein Gleichteil, wird jedoch, z.B. mit Hilfe eines Linsenhalters, spiegelsymmetrisch verschoben angeordnet.

[0048] Der Unterschied im Aufbau der Vorsatzoptik 30 zu den oben beschriebenen Vorsatzoptiken 10 bzw. 20 liegt darin, dass die Lichtleitelemente 301a, 302a, 303a aufgrund der zusätzlichen horizontalen Verschiebung der LEDs 300 in den Randbereichen 308 ebenfalls entsprechend horizontal verschoben sind (siehe Fig. 3). Die LED-Lichtquellen 300 der LED-Reihen 301 und 302 sowie die LED-Lichtquellen 300 im Zentralbereich 307 der LED-Reihe 303 sind folglich so positioniert, dass sie das Licht im Zentrum der Lichteinkoppelfläche 301b, 302b, 303b des jeweiligen Lichtleitelements 301a, 302a, 303a einkoppeln. Die LED-Lichtquellen 300 in den Randbereichen 308 der LED-Reihe 303 (d.h. der Fernlichtreihe 313 zugeordnet) sind erfindungsgemäß aus dem Zentrum der Lichteinkoppelfläche 303b des jeweiligen Lichtleitelements 303a nach oben hin in Richtung der benachbarten LEDs 300 der Asymmetriereihe 312 ver- schoben.

[0049] Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Lichtleitelemente 201a, 202a, 203a bzw. 301a, 302a, 303a können beispielsweise aus Silikon, Kunststoff, Glas oder beliebigen anderen zur Lichtleitung geeigneten Materialien gefertigt sein. Die Lichtleitelemente 201a, 202a, 203a bzw. 301a, 302a, 303a sind als Vollkörper ausgeführt und bestehen aus einem einzigen durchgehenden optischen Medium, wobei die Lichtleitung innerhalb dieses Mediums erfolgt.

[0050] Die LEDs 200 und 300 (Fig. 1b, Fig. 1c) können z.B. Oslon Compact LEDs mit Lichtemit-tierenden Flächen von 0,5 x 0,5 mm2 sein. Die gesamte Anordnung ist ca. 10 cm breit.

[0051] Die Erfindung kann in beliebiger dem Fachmann bekannter Weise abgeändert werden und ist nicht auf die gezeigte Ausführungsform beschränkt. Auch können einzelne Aspekte der Erfindung aufgegriffen und weitgehend miteinander kombiniert werden. Wesentlich sind die der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken, welche in Anbetracht dieser Lehre durch einen Fachmann in mannigfaltiger Weise ausgeführt werden können und trotzdem als solche aufrechterhalten bleiben.

Claims (17)

1. Patentansprüche

   1. Leuchteinrichtung (20, 30) für einen Scheinwerfer, insbesondere einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, umfassend eine Mehrzahl von in Reihen (201, 202, 203, 301, 302, 303) nebeneinander angeordneten Lichtquellen (200, 300), die ein Leuchtfeld (209, 309) ausbilden, und eine Lichtführungseinrichtung (204, 304) mit einer Mehrzahl von Lichtführungselementen (201a, 202a, 203a, 301a, 302a, 303a), wobei jedem Lichtführungselement (201a, 202a, 203a, 301a, 302a, 303a) je eine Lichtquelle (200, 300) zugeordnet ist, wobei jedes Lichtführungselement (201a, 202a, 203a, 301a, 302a, 303a) je eine Lichteinkoppelfläche (201b, 202b, 203b, 301b, 302b, 303b) zum Einkoppeln des von der jeweiligen Lichtquelle ausgestrahlten Lichts und je eine Lichtaustrittsfläche aufweist, wobei die Lichtführungselemente (201a, 202a, 203a, 301a, 302a, 303a) in zumindest zwei übereinander angeordneten geradlinigen Reihen (211, 212, 213, 311, 312, 313) angeordnet sind, und wobei die Lichtführungselemente (203a, 303a) der untersten Reihe (213, 313) als Fernlicht-Lichtführungselemente (201a, 301a) ausgebildet sind und eine Fernlichtreihe (213, 313) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der vertikale Abstand zwischen den Lichtquellen (200, 300) der Fernlichtreihe (213, 313) und den Lichtquellen (200, 300) der nach oben hin benachbarten Reihe (212, 312) in wenigstens einem seitlichen Randbereich (208, 308) des Leuchtfelds (209, 309) kleiner ist als in einem Zentralbereich (207, 307) des Leuchtfelds (209, 309).
2. 2. Leuchteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vertikale Abstand zwischen den Lichtquellen (200, 300) der Fernlichtreihe (213, 313) und den Lichtquellen (200, 300) der nach oben hin benachbarten Reihe (212, 312) ausgehend vom Zentralbereich (207, 307) zu wenigstem einem der Randbereiche (208, 308) hin sukzessiv abnimmt.
3. 3. Leuchteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vertikale Abstand zwischen den Lichtquellen (200, 300) der Fernlichtreihe (213, 313) und den Lichtquellen (200, 300) der nach oben hin benachbarten Reihe (212, 312) in beiden seitlichen Randbereichen (208, 308) des Leuchtfelds (209, 309) kleiner ist als im Zentralbereich (207, 307) des Leuchtfelds (209, 309).
4. 4. Leuchteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vertikale Abstand zwischen den Lichtquellen (200, 300) der Fernlichtreihe (213, 313) und den Lichtquellen der nach oben hin benachbarten Reihe (212, 312) ausgehend vom Zentralbereich (207, 307) zu beiden Randbereichen (208, 308) hin sukzessiv abnimmt.
5. 5. Leuchteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (200, 300) der Fernlichtreihe (213, 313), die im Zentralbereich (207, 307) des Leuchtfelds (209, 309) angeordnet sind, so positioniert sind, dass sie das Licht im Zentrum der Lichteinkoppelfläche (201b, 301b) des jeweiligen Lichtführungselements (201a, 301a) einkoppeln.
6. 6. Leuchteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der horizontale Abstand benachbarter Lichtquellen (300) in wenigstens einem der Randbereiche (308) des Leuchtfelds (309) zum Reihenrand hin zunimmt.
7. 7. Leuchteinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der horizontale Abstand zwischen benachbarten Lichtquellen (300) in beiden Randbereichen (308) zum Reihenrand hin zunimmt.
8. 8. Leuchteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (200) symmetrisch in Bezug auf eine optische Achse (210) angeordnet sind.
9. 9. Leuchteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (300) unsymmetrisch in Bezug auf eine optische Achse (310) angeordnet sind.
10. 10. Leuchteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Reihen (301,302, 303) an Lichtquellen (300) unterschiedlich lang sind.
11. 11. Leuchteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtführungselemente (201a, 202a, 203a, 301a, 302a, 303a) in genau drei übereinander angeordneten Reihen (211,212, 213, 311, 312, 313) angeordnet sind, die gemeinsam eine Fernlichtverteilung bilden, wobei die unterste Reihe die Fernlichtreihe (213, 313) ist.
12. 12. Leuchteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtaustrittsflächen der Lichtführungselemente (201a, 202a, 203a, 301a, 302a, 303a) Teil einer gemeinsamen Lichtaustrittsfläche (206, 306) sind, wobei einzelne Lichtaustrittsflächen aneinander angrenzen.
13. 13. Leuchteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (200, 300) lichtemittierende Dioden (LEDs) sind, die vorzugsweise einzeln ansteuerbar sind.
14. 14. Leuchteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtführungselemente (201a, 202a, 203a, 301a, 302a, 303a) als Lichtleitelemente ausgeführt sind.
15. 15. Leuchteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch eine der Lichtführungseinrichtung (204, 304) nachgeschaltete Abbildungsoptik.
16. 16. Leuchteinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsoptik eine oder mehrere optische Linsen umfasst.
17. 17. Kraftfahrzeugscheinwerfer umfassend eine Leuchteinrichtung (20, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 16. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen