Die Erfindung betrifft eine Leuchteinrichtung für einen Scheinwerfer, insbesondere einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, umfassend eine Mehrzahl von Lichtquellen, eine Lichtleiteinrichtung mit einer Mehrzahl von Lichtleitelementen und ein nachgeschaltetes Abbildungsoptikelement, wobei jedes Lichtleitelement je eine Lichteinkoppelfläche und je eine Lichtaustrittsfläche aufweist, wobei die Lichtleitelemente in zumindest einer Reihe angeordnet sind.

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/ Primär optik) 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. Pixellichtschein werf er 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.

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, wie beispielsweise bei der Fernlichtverteilung.

Dieses Problem könnte verbessert werden, indem man die Höhe der Fernlichtverteilung reduziert, was allerdings im Widerspruch zu Kundenanforderungen steht. Es besteht daher ein Bedarf nach verbesserten Maßnahmen zur Homogenisierung der Fernlichtverteilung. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Maßnahmen bzw. Methoden bekannt, die einerseits auf der Defokussierung und andererseits auf der Lichtstreuung, beispielsweise mittels lichtstreuenden Strukturen, beruhen.

Die US 8,011,803 B2 betrifft einen Nebelscheinwerfer, der koUimierende Vorsatzoptiken mit angehängter gewellter Umlenkfläche, die zur Hauptabstrahlrichtung der LED geneigt ist, umfasst. Dadurch wird einerseits das Licht umgelenkt aber auch gestreut, sodass die Homogenität verbessert wird.

Die DE 2009 053 581 B3 bezieht sich auf die Primäroptik eines Matrix/ Pixel-Moduls. Die stirnseitige Austrittsfläche der Optik ist mit einer gewellten Polsterstruktur versehen.

Die DE 10 2008 005 488 AI offenbart eine Feinstrukturfläche für die Optikeinheit mit einer Mehrzahl von Strukturelementen, mit welchen die Lichtflecken in horizontaler Richtung aufgeweitet werden. Bei Überlagerung der Lichtflecken verschwimmen die Kanten, wodurch eine homogenere Gesamtlichtverteilung entsteht.

Die DE 10 2010 027 322 AI beschreibt refraktive Mikrooptikkomponenten an der Lichtaustrittsoberfläche einer Primäroptik.

Die EP 2 587 125 A2 offenbart Mikrostrukturen auf der Lichtaustrittsfläche der Primäroptik eines Pixel-Scheinwerfers.

Die US 5,727,108 offenbart prismatische Begrenzungsflächen für eine Compound Parabolic Concentrator (CPC)-Vorsatzoptik.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Leuchteinrichtung für Scheinwerfer zu schaffen, die einerseits eine homogenere Fernlichtverteilung und andererseits eine konzentrierte und gerichtete Ausleuchtung eines Fernlichtbereichs zu ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit einer Leuchteinrichtung für Scheinwerfer der eingangs genannten Art gelöst, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, dass die Lichtleitelemente zumindest einer Reihe als Fernlicht-Lichtleitelemente ausgebildet sind und eine Fernlichtreihe bilden, wobei jedes Fernlicht-Lichtleitelement je eine untere Lichtleitfläche umfasst, wobei die untere Lichtleitfläche zumindest in jenem Bereich, in welchem die Lichtstrahlen reflektiert werden, zumindest bereichsweise Strukturen aufweist.

Die Erfindung stellt eine technisch einfache und kostengünstige Maßnahme dar, die Lichtverteilung in den jeweiligen Fernlicht-Lichtleitelementen lokal zu beeinflussen und damit eine homogenere Fernlichtverteilung zu realisieren.

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. Die Lichtleitelemente besitzen typischerweise einen im Wesentlichen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt und weiten sich üblicherweise nach an sich bekannter Art in Lichtabstrahlrichtung auf. In einer alternativen Ausführungsform können die Lichtleitelemente als offene Kollimatoren realisiert werden.

Mit Vorteil sind die Strukturen in jenem Bereich der unteren Lichtleitfläche ausgebildet, der an die Lichtaustrittsfläche angrenzt und in welchem das Licht reflektiert wird. Durch Anordnen der Strukturen nur in der Nähe der Lichtaustrittsfläche der jeweiligen Fernlicht- Lichtleitelemente der Fernlichtreihe kann somit speziell die Überlagerung von einmalreflektierenden Lichtstrahlen zum direkt abgestrahlten Licht verbessert werden.

Das von der Lichtquelle abgestrahlte Licht und in das Lichtleitelement eingekoppelte Licht wird von der unteren Lichtleitfläche zweckmäßigerweise totalreflektiert.

Mit Vorteil umfassen die auf der unteren Lichtleitfläche ausgebildeten Strukturen Strukturelemente, die eine periodische Geometrie besitzen.

Es hat sich herausgestellt, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn die Strukturen rillenförmig ausgebildet sind, wobei die Rillen quer zu einer optischen Achse der Leuchteinrichtung orientiert sind. Die Rillen können eine Breite von ca. 0,2 - 0,4 mm und eine Höhe von 0,015 - 0,03 mm aufweisen.

Bei einer Variante ist vorgesehen, dass, ausgehend von der Lichtaustrittsfläche, 6-15 Rillen auf der unteren Lichtleitfläche ausgebildet sind.

Erfahrungsgemäß ist der Aufbau einer Leuchteinrichtung für Pixellichtscheinwerfer besonders effizient, wenn die Lichtleitelemente 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 untere Reihe als Fernlichtreihe ausgebildet sein, wobei die Fernlichtreihe aus Fernlicht-Lichtleitelementen mit Strukturen wie hierin beschrieben geoffenbart versehen ist. Zweckmäßigerweise ist die unterste Reihe die Fernlichtreihe.

Bei einer anderen Ausführungsform können alle Lichtleitelemente als Fernlicht- Lichtleitelemente, die in genau einer Reihe angeordnet sind, ausgebildet sein. Derartige Leuchteinrichtungen werden auch als Pixel-Fernlicht-Module bezeichnet.

Die Lichtleitelemente 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 Lichtleitelemente 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.

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. 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:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Grundaufbaus einer Leuchteinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Darstellung der Gesamtlichtverteilung, die mit der Leuchteinrichtung aus Fig. 1 erhalten wird,

Fig. 3 eine Detailansicht auf die Vorsatzoptik aus Fig. 1 in Lichtausbreitungsrichtung,

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Fernlicht-Lichtleitelements gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 5 eine Lichtstärkenverteilung (Lichtstärke-Simulation) eines Fernlicht-Lichtleitelements aus Fig. 4.

Fig. 6 eine Intensitätsverlaufskurve der Lichtstärkenverteilung aus Fig. 5,

Fig. 7 eine Seitenansicht eines Fernlicht-Lichtleitelements gemäß der Erfindung,

Fig. 8 eine Darstellung der Lichtstärkenverteilung des Fernlicht-Lichtleitelements aus Fig. 7,

Fig. 9 eine Intensitätsverlaufskurve der Lichtstärkenverteilung aus Fig. 8,

Fig. 10 einen Vertikalschnitt durch ein Fernlicht- Lichtleitelement gemäß der Erfindung, und

Fig. 11 ein Detail aus Fig. 10.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung des Grundaufbaus einer Leuchteinrichtung 1 gemäß der Erfindung. Die Leuchteinrichtung 1 umfasst eine Mehrzahl an in Fig. 1 nicht näher dargestellten LED-Lichtquellen 100 (vgl. hierzu jedoch Fig. 7) und eine in Lichtabstrahlrichtung positionierte Vorsatzoptik 10 (= Primäroptik) sowie eine nachgeschaltete Abbildungsoptik 200 (dargestellt als Einzellinse 200). Die Vorsatzoptik 10 umfasst Lichtleitelemente 11, 12, 13, die in drei Reihen angeordnet sind und die abstrahlseitig zu einer gemeinsamen Stirnplatte 26 verlaufen. Die Stirnplatte 26 ist abstrahlseitig durch eine Lichtaustrittsfläche 23' begrenzt, wobei die Lichtaustrittsflächen 23 der einzelnen Lichtleitelemente (siehe Fig. 7) jeweils Teil der gemeinsamen Lichtaustrittsfläche 23' sind, wobei einzelne Lichtaustrittsflächen 23 aneinander angrenzen. Die gemeinsame Lichtaustrittsfläche 23' ist typischerweise eine gekrümmte Fläche, die üblicherweise der Petzval-Fläche der Abbildungslinse 200 folgt. Für bestimmte Anwendungen können auch bewusste Abweichungen in der Krümmung der gemeinsamen Lichtaustrittsfläche 23' eingesetzt werden, um im Randbereich Abbildungsfehler zur Lichthomogenisierung zu nutzen. Jedem Lichtleitelement 11, 12, 13 ist nach an sich bekannter Art je eine LED- Lichtquelle 100 (vgl. Fig. 7) zugeordnet. Für jedes Lichtleitelement 11, 12, 13 kann die Beleuchtungsstärke individuell geregelt werden, weshalb beliebige Lichtverteilungen realisiert werden können. Bei der in Fig. 1 gezeigten Vorsatzoptik 10 ist die obere Reihe als Vorfeldreihe bestehend aus einer Mehrzahl an Vorfeld- Lichtleitelementen 13 ausgebildet. Die mittlere Reihe ist als Asymmetriereihe bestehend aus einer Mehrzahl an Asymmetrie-Lichtleitelementen 12 und die untere Reihe ist als Fernlichtreihe bestehend aus einer Mehrzahl an Fernlicht-Lichtleitelementen 11 ausgebildet. Die drei Reihen bilden im aktivierten Zustand gemeinsam eine Fernlichtverteilung aus. Die Fernlicht-Lichtleitelemente 11 sind auf ihrer unteren Lichtleitfläche 24 (siehe hierzu Fig. 7) mit einer Rillenstruktur 25 versehen, wobei die Rillen 25 quer zu einer optischen Achse 16 der Leuchteinrichtung 1 orientiert sind. Fig. 3 zeigt eine Detailansicht auf die Vorsatzoptik 10 aus Fig. 1 in Lichtausbreitungsrichtung.

Die Lichtleitelemente 11, 12, 13 können beispielsweise aus Silikon, Kunststoff, Glas oder beliebigen anderen zur Lichtleitung geeigneten Materialien gefertigt sein. Die Lichtleitelemente 11, 12, 13 sind als Vollkörper ausgeführt und bestehen aus einem einzigen durchgehenden optischen Medium, wobei die Lichtleitung innerhalb dieses Mediums erfolgt. Die Lichtleitelemente 11, 12, 13 besitzen einen im Wesentlichen quadratischen bzw. rechteckigen Querschnitt und weiten sich in Lichtabstrahlrichtung auf, wo sie schließlich wie oben beschrieben abstrahlseitig zur gemeinsamen Stirnplatte 26, die abstrahlseitig durch eine Lichtaustrittsebene 23' (vgl. Fig. 3) begrenzt ist, verlaufen.

Fig. 2 zeigt eine Darstellung der Gesamtlichtverteilung (= Pixellichtverteilung) mit Blick durch die Abbildungslinse auf einem Meßschirm, die mit der Leuchteinrichtung 1 aus Fig. 1 gewonnen werden kann. Es sind darin um eine horizontale Achse U und eine vertikale Achse V matrixförmig und in drei Reihen angeordnete Felder erkennbar, wobei die obere Reihe, die eine Mehrzahl an Fernlichtstreifen umfasst, zur Ausleuchtung des Fernlichtbereichs, die mittlere Reihe zur Ausleuchtung im Asymmetriebereich (Ausbildung einer Hell-Dunkel-Grenze) und die untere Reihe zur Ausleuchtung des Vorfelds eines Pixellicht-Scheinwerfers dient. Insgesamt bildet die Lichtverteilung eine Fernlichtverteilung aus. Nebeneinander angeordnete Felder berühren sich bzw. überlappen einander, wodurch das Lichtbild für einen Betrachter im Wesentlichen homogen erscheint.

Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht eines Fernlicht-Lichtleitelements 11' gemäß dem Stand der Technik. Das Fernlicht-Lichtleitelement 11' ist ein Vollkörper mit einer Lichteinkoppelfläche 21, über die das von der LED-Lichtquelle ausgestrahlte Licht in das Lichtleitelement W eingekoppelt wird. Das Licht wird entlang des Fernlicht-Lichtleitelements W nach vorne zu einer Lichtaustrittsfläche 23 geleitet. Fig. 4 zeigt ferner von der Lichteinkoppelfläche 21 ausgehende beispielhafte Strahlengänge, wobei die Strahlen 50 den direkten Lichtaustritt und die Strahlen 51, die an einer unteren Lichtleitfläche 24 reflektiert werden, den indirekten Lichtaustritt darstellen. Ebenfalls ersichtlich ist die obere Lichtleitfläche 22, wohingegen die den Vollkörper seitlich begrenzenden Lichtleitflächen aus Gründen der Darstellbarkeit nicht mit Bezugszeichen versehen sind. Die Lichtstrahlen werden an den Lichtleitflächen totalreflektiert. Wie aus der Fig. 4 gut ersichtlich ist, ist die untere Lichtleitfläche 24 eines Fernlicht-Lichtleitelements 11' gemäß dem Stand der Technik entlang ihrer gesamten Länge als eine glatte Reflexionsfläche (auf die Nutzung der Totalreflexion optimiert) ausgebildet.

Fig. 5 zeigt beispielhaft eine Lichtstärkenverteilung 30 (lichttechnische Raytracing- Simulation mit einem Lichtstärkesensor, wobei ein Graustufen-Bild entsprechend der Leuchtstärke erhalten wird) eines Fernlicht-Lichtleitelements 11' aus Fig. 4. Im unteren Bereich des Fernlichtsegments ist ein Intensitätsmaximum 31 feststellbar; im oberen Bereich des Fernlichtsegments gibt es hingegen zuerst einen Intensitätsabfall 32, welcher durch einen Gegenanstieg 33 der Intensität zu einer deutlich sichtbaren Inhomogenität führt. Fig. 6 zeigt eine Intensitätsverlaufskurve der Lichtstärkenverteilung aus Fig. 5, in welcher der Gegenanstieg 33 gut zu erkennen ist. Die Ursache für die Inhomogenität liegt insbesondere im Übergang und der mangelhaften Überlappung zwischen dem direkt abgestrahlten Licht 50 und dem an der unteren Lichtleitfläche 24 reflektierten Licht 51. Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht eines Fernlicht-Lichtleitelements 11 gemäß der Erfindung. Das Fernlicht-Lichtleitelement 11 gemäß der Erfindung unterscheidet sich von jenem aus dem Stand der Technik (Fernlicht-Lichtleitelement 11', siehe Fig. 4) dadurch, dass auf der unteren Lichtleitfläche 24 in jenem Bereich, in welchem die Strahlen 52 reflektiert werden, rillenförmige Strukturen 25 ausgebildet sind. Der übrige Aufbau des Fernlicht- Lichtleitelements 11 entspricht jenem aus der Fig. 4 und es wird auf die Beschreibung hierzu weiter oben verwiesen. Fig. 7 zeigt ferner von der Lichteinkoppelfläche 21 ausgehende beispielhafte Strahlengänge, wobei die Strahlen 50 den direkten Lichtaustritt und die Strahlen 52, die an der Rillenstruktur 25 der Lichtleitfläche 24 reflektiert werden, den indirekten Lichtaustritt darstellen. Die Rillenstruktur 25 streut und formt das Licht 52 genau in jenem Bereich, der im Übergang zwischen dem direkt abgestrahlten Licht 50 und dem an der Rillenstruktur 25 der unteren Lichtleitfläche 24 reflektierten Licht 52 liegt. Durch die Rillenstruktur 25 kann die Lichtverteilung beeinflusst werden und infolgedessen kommt es zu einer Verbesserung der Lichthomogenität.

Fig. 8 zeigt beispielhaft eine Lichtstärkenverteilung 30' (lichttechnische Raytracing- Simulation mit einem Lichtstärkesensor, wobei ein Graustufen-Bild entsprechend der Leuchtstärke erhalten wird) eines erfindungsgemäßen Fernlicht-Lichtleitelements 11 aus Fig. 7. Im unteren Bereich des Fernlichtsegments ist das Intensitätsmaximum 31 feststellbar; im oberen Bereich des Fernlichtsegments ist generell ein kontinuierlicher Abfall der Intensität erkennbar und das Lichtbild ist im Vergleich zum Stand der Technik deutlich homogener. Fig. 9 zeigt eine Intensitätsverlaufskurve der Lichtstärkenverteilung aus Fig. 8, aus welcher der kontinuierliche Intensitätsabfall und die verbesserte Homogenität (in Fig. 7 mit dem Bezugszeichen 34 markiert) im Übergang zwischen dem direkt abgestrahlten Licht 50 und dem an der Rillenstruktur 25 reflektierten Licht 52 gut ersichtlich ist. Mit Hilfe der Rillenstruktur kann der Auslauf nach oben (vgl. Fig. 2) besser gestaltet bzw. optimiert werden.

Fig. 10 zeigt einen Vertikalschnitt durch ein Fernlicht-Lichtleitelement 11 gemäß der Erfindung. Wie darin erkennbar ist, verlaufen die Rillen 25 quer zur optischen Achse (bzw. Lichtausbreitungsrichtung) und sind entlang einer (gedachten) Trägerkurve TK auf der unteren Lichtleitfläche 24 ausgebildet. Im gezeigten Beispiel sind insgesamt 9 Rillen ausgehend von der Lichtaustrittsfläche 23 ausgebildet. Die Rillen 25 haben beispielsweise eine Breite von 0,3 mm und eine Höhe von 0,015 - 0,03 mm. Fig. 11 zeigt ein Detail aus Fig. 10 (in Fig. 10 durch einen gestrichelten Kreis angezeigt). Eine optimierte Ausführungsform kann wie folgt erhalten werden: Die Trägerkurve TK ist dabei die Begrenzung eines Lichtleitelements. Auf dieser gekrümmten (gedachten) Kurve TK werden Punkte P (PL Pi+1, Pi+2) aufgetragen, die voneinander einen konstanten Abstand S haben. Dieser Abstand (bzw. Wellenlänge) beträgt für ein spezielles Fernlicht- Lichtleitelement beispielsweise S = 0,30 mm. Benachbarte Punkte Pi und Pi+1 legen eine Strecke fest, in deren Halbierungspunkt Hi eine Normale errichtet wird. Über dem Punkt wird ein Scheitelpunkt Si in einem Abstand = Amplitude von hi errichtet. Die drei Punkte Pi, Si, Pi+1 sind die Stützstellen einer Spline-Kurve. Die Größe der Amplitude wird iterativ variiert, mit der jeweiligen Geometrie wird eine lichttechnische Simulation nach an sich bekannter Art und Weise durchgeführt. Durch Vergleich der erhaltenen Lichtbilder (bzw. des Gradientenverlaufs) wird die beste Amplitude ermittelt. Dieser Vorgang muss für jede Rille wiederholt werden, da der Abstand von der Lichtquelle (LED-Lichtquelle 100) den Einfallswinkel auf der Trägerkurve festlegt und damit die Lage der Inhomogenität. Die Begrenzungsfläche der Rille selbst ist eine Auszugsfläche der ermittelten Spline-Kurve, wobei die Auszugsrichtung normal zur vertikalen Mittelebene des Lichtleitelements ist, und wobei jede Rille eine eigene Amplitude aufweist.

Die gezeigten Beispiele sind nur einige unter vielen und nicht als einschränkend auszulegen.