Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle, mit einer Linseneinheit und mit einer zwischen der Lichtquelle und der Linseneinheit angeordneten Flüssigkristallblende enthaltend eine Mehrzahl von Flächenbereichen, die jeweils elektrisch ansteuerbar sind zum Verbringen der jeweiligen Flächenbereiche in einen lichtdurchlässigen oder lichtundurchlässigen Zustand, sodass eine vorgegebene Lichtverteilung erzeugt wird.

Aus der DE 10 2008 008 484 A1 ist ein Scheinwerfer für Fahrzeuge bekannt, der nach dem Projektionsprinzip funktioniert. Der Scheinwerfer weist eine Lichtquelle, eine Linseneinheit sowie eine Blende auf, wobei die Blende in der Brennebene der Linse angeordnet ist. Um eine an die aktuelle Verkehrssituation angepasste Lichtverteilung zu erzeugen, ist die Blende als eine Flüssigkristallblende ausgebildet, die eine Mehrzahl von elektrisch ansteuerbare Pixel aufweisen. Hierdurch lassen sich Flächenbereiche der Flüssigkristallblende in einen lichtdurchlässigen oder lichtundurchlässigen Zustand verbringen, sodass bspw. eine blendfreie Fernlichtverteilung erzeugbar ist, die einen Entblendungsbereich aufweist, in dem sich das nicht zu blendende Verkehrsobjekt im Verkehrsraum vor dem Fahrzeug befindet. Beim Anlegen einer elektrischen Spannung wird die Orientierung der Flüssigkristalle in den Pixeln der Flüssigkristallblende verändert. Damit die Flächenbereiche eindeutig zwischen dem lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Zustand umgeschaltet werden können, ist es erforderlich, dass polarisiertes Licht auf die Flüssigkristallblende trifft. Hierzu ist es bekannt, handelsübliche Polarisationsfilter zwischen der Lichtquelle und der Flüssigkristallblende anzuordnen. Nachteilig an solchen Polarisationsfiltern ist, dass ein nicht nutzbarer Polarisations- richtungsanteil des Lichtes in Wärme umgewandelt wird, was zu Wirkungsgradverlusten führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Scheinwerfer für Fahrzeuge enthaltend eine Flüssigkristallblende derart weiterzubilden, dass die Flüssigkristall- blende effektiv zur Erzeugung unterschiedlicher Lichtverteilungen und insbesondere unter Erhöhung des Wirkungsgrades eingesetzt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtquelle ein Polarisationsreflektor zugeordnet ist, sodass ein linear polarisierter Lichtstrom in Richtung der Flüssigkristallblende reflektiert wird.

Nach der Erfindung ist ein Polarisationsreflektor vorgesehen, der eine Doppelfunktion aufweist. Zum einen ermöglicht er über seine gewölbten Reflektorflächen eine Bündelung des Lichtstroms zur Erzeugung einer konzentrierten Lichtstärkeverteilung im Bereich der Flüssigkristallblende, die dann über die Linseneinheit abgebildet wird. Zum anderen ist der Polarisations-Reflektor zu der Lichtquelle derart angeordnet bzw. ist der Polarisationsreflektor derart geformt, dass ein linear polarisierter Lichtstrom an Reflektorflächen des Polarisations-Reflektors in Richtung der Flüssigkristallblende reflektiert wird. Vorteilhaft kann auf einen gesonderten Polarisationsfilter verzichtet werden bzw. wird dieser thermisch signifikant entlastet. Der Scheinwerfer weist hierdurch einen kompakten Aufbau auf. Durch den Einsatz von LEDs wird zusätzlich Infrarot-Strahlung nur in minimalem Anteil erzeugt, wodurch die Flüssigkristallblende zusätzlich thermisch entlastet wird.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Polarisationsreflektor so zu der Lichtquelle angeordnet, dass von der Lichtquelle emittierte Lichtstrahlen unter einem Brewster-Winkel auf unterschiedliche Reflektorflächen des Polarisationsreflektors treffen und von diesem in Richtung der Flüssigkristallblende reflektiert werden. Vorteilhaft wird hierdurch ein 100% Polarisationsgrad des reflektierten Lichtstroms erzielt. Der Polarisationsreflektor ermöglicht somit eine Bündelung und Polarisierung des Lichtstroms. Durch die Bündelung der Lichtstrahlen wird eine konzentrierte Lichtstärkeverteilung in der Ebene der Flüssigkristallblende erzeugt, was den Wirkungsgrad des Scheinwerfers erhöht. Es wird das Maximum der Lichtverteilung gesteigert. Es braucht nur relativ wenig Lichtstrom je Raumwinkelsegment an der Flüssigkristallblende in den lichtundurchlässigen Zustand geschaltet werden. Die Lichtstärkevertei- lung wird vorzugsweise mittig im horizontalen und vertikalen Schnitt konzentriert, um die maximalen Lichtstärken im Zentrum der Lichtverteilung zu erzielen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Polarisationsreflektor zwiebeiförmig ausgebildet, sodass ein konzentrierter und gebündelter Lichtstrom in Richtung der Flüssigkristallblende abgegeben werden kann.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Polarisationsreflektor transparent oder bereichsweise transparent ausgebildet, sodass ein erster Teillichtstrom polarisiert reflektiert und ein zweiter Teillichtstrom nicht polarisiert durchgelassen wird. Der durch den Polarisationsreflektor hindurchtretende zweite Teillichtstrom wird von einem zweiten Reflektor reflektiert, sodass der zweite Teillichtstrom an der Flüssigkristallblende vorbei zur Erzeugung einer Grundlichtverteilung genutzt werden kann. Der durch den Polarisationsreflektor hindurchgetretene teilpolarisierte zweite Teillichtstrom bewirkt eine Wirkungsgradsteigerung, da beide Polarisationsanteile des Lichtstroms ausgenutzt werden. Die Grundlichtverteilung ist vorzugsweise eine statische Grundlichtverteilung, die mit der mittels der Flüssigkristallblende erzeugten dynamischen Lichtverteilung überlagert wird.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem Polarisationsreflektor und der Flüssigkristallblende ein Polarisationsstrahlteiler angeordnet, wobei ein weiterer Teilstrom der Lichtquelle, der direkt in Richtung der Flüssigkristallblende abgestrahlt wird, also ohne vorherige Reflexion an dem Polarisationsreflektor, aufgeteilt wird in einen ersten Polarisationslichtstrom, der direkt zu der Flüssigkristallblende weitergelenkt wird, und in einen zweiten Polarisationslichtstrom, der umgelenkt wird zu einem weiteren Reflektor, von dem aus der zweite Polarisationslichtstrom zur Erzeugung der Lichtverteilung beitragen kann. Vorzugsweise ist in dem Polarisationsstrahlteiler eine Lambda-Viertel-Schicht integriert, sodass der zweite Polarisationslichtstrom in seiner Polarisationsrichtung gedreht wird und dann ebenfalls auf die Flüssigkristallblende treffen kann. Alternativ kann die Lambda-Viertel-Schicht auch auf dem weiteren Reflektor angebracht sein. Vorteilhaft kann hierdurch der Wirkungsgrad des Scheinwerfers weiter erhöht werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung können mehrere Schalen von Polarisationsreflektoren quer zu einer optischen Achse angeordnet sein, wobei die Polarisationsreflektoren zumindest teiltransparent ausgebildet sind. Vorteilhaft kann platzsparend ein relativ großer Lichtstrom zu der Flüssigkristallblende geleitet werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Lichtquelle zu dem Polarisationsreflektor derart angeordnet, dass aufgrund des Einfallswinkels an den Reflektorflächen 4% bis 70% des Lichtstroms, vorzugsweise 8% des Lichtstroms, reflektiert wird. Vorteilhaft kann hierdurch beispielsweise unter Erhaltung des Brewster-Winkels 8% des Lichtstroms zu 100% polarisiert werden. Durch Interferenz- bzw. Polarisationsbe- schichtungen kann der Polarisationsanteil weiter gesteigert werden auf vorteilhafterweise 40% bis 70%. Neben linearen Polarisationsanteilen wird auch die zirkuläre Polarisation ausgenutzt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Flüssigkristallblende in Abhängigkeit von durch eine Verkehrsraumerfassungseinheit (Kamera) bereitgestellten Sensordaten so angesteuert, dass sich ein Entblendungsbereich der Lichtverteilung stets mit einem nicht zu blendenden Verkehrsobjekt im Verkehrsraum überdeckt. Hierdurch ist bspw. eine blendfreie Fernlichtverteilung erzeugbar, bei der zum einen der Verkehrsraum weitgehend ausgeleuchtet wird, ohne dass ein weiteres Verkehrsobjekt, bspw. ein vorausfahrendes Fahrzeug oder ein entgegenkommendes Fahrzeug, geblendet wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Scheinwerfers nach einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Scheinwerfers nach einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Scheinwerfers nach einer dritten

Ausführungsform,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Scheinwerfers nach einer vierten

Ausführungsform,

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Scheinwerfers nach einer fünften

Ausführungsform,

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Scheinwerfers nach einer sechsten

Ausführungsform und

Ein Scheinwerfer kann zur Erzeugung eines blendfreien Fernlichtes bzw. eines Dauerfernlichtes oder eines Markierungslichtes oder einer Display-Funktion vor dem Fahrzeug eingesetzt werden. Ggf. können die Varianten des erfindungsgemäßen Scheinwerfers, die im Folgenden beschrieben werden, durch ein Lichtmodul ergänzt werden, das zur Erzeugung einer Basislichtverteilung dient.

Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 1 weist der Scheinwerfer zwei zwiebeiförmig ausgebildete Polarisationsreflektoren 1 , 1' auf, die symmetrisch zu einer optischen Achse 2 angeordnet sind. Den Polarisationsreflektoren 1 , 1' sind jeweils eine Lichtquelle 3 zugeordnet, die in einem spitzen Winkel entgegen einer Hauptabstrahlrichtung H des Scheinwerfers orientiert angeordnet sind. Die Polarisationsreflektoren 1 , 1' weisen jeweils in einem zur Lichtquelle 3 nahen Bereich angeordneten ersten Krümmungsabschnitt 4 mit einer relativ großer Krümmung und einen zu der Lichtquelle 3 entfernt angeordneten zweiten Krümmungsabschnitt 5 mit einer relativ kleinen Krümmung auf. Die zweiten Krümmungsabschnitte 5 der Polarisationsreflektoren 1 , 1' laufen in Hauptabstrahlrichtung H zusammen.

In einem Abstand, vorzugsweise in einem geringen Abstand, zu den Polarisationsreflektoren 1 , 1' ist in Hauptabstrahlrichtung H vor denselben eine Flüssigkristallblende 6 angeordnet. Diese Flüssigkristallblende 6 ist plattenförmig ausgebildet und erstreckt sich senkrecht zu der optischen Achse 2. Die Flüssigkristallblende 6 ist vorzugsweise in einer Brennebene einer in Hauptabstrahlrichtung H vor derselben angeordneten Linseneinheit 7 angeordnet. Die Flüssigkristallblende 6 ist somit zwischen dem Polarisationsreflektor 1 , 1' und der Linseneinheit 7 angeordnet. Die Linseneinheit 7 kann bspw. als eine plankonvexe Linse ausgebildet sein.

Die Lichtquelle 3 kann bspw. als eine LED-Lichtquelle ausgebildet sein. Der Polarisationsreflektor 1 , 1' ist relativ zu der Lichtquelle 3 derart angeordnet, dass ein von der Lichtquelle 3 abgestrahlter Lichtstrom im Wesentlichen unter einem Brewster-Winkel 0 _b auf eine Reflektorfläche 9 des Pplarisationsreflektorsi , V trifft. Mittels des Polarisationsreflektors 1 , 1' wird der Lichtstrom 8 in Richtung der Flüssigkristallblende 6 linear polarisiert reflektiert. Es werden nur die senkrecht zur Einfallsebene polarisierten Lichtanteile reflektiert. Der reflektierte polarisierte Lichtstrom 8' liegt in einem Bereich zwischen 4% bis 70%, vorzugsweise 8% des auf den Polarisationsreflektor 1 , 1' treffenden Lichtstroms 8.

Die Flüssigkristallblende 6 ist als eine Flüssigkristallplatte ausgebildet, die eine Mehrzahl von elektrisch ansteuerbaren Flächenbereichen bzw. Pixeln aufweist. Diese Flächenbereiche lassen sich wahlweise in einen lichtdurchlässigen oder lichtundurchlässigen Zustand verbringen. Die Flüssigkristallblende 6 wird bspw. in Abhängigkeit von Sensorsignalen einer Verkehrsraumerfassungseinheit (CCD-Kamera) angesteuert, sodass eine Lichtverteilung mit einem Entblendungsbereich erzeugt wird, der mit einem im Verkehrsraum befindlichen Verkehrsobjekt in Überdeckung gebracht wird. Durch die örtliche Variation des Entblendungsbereichs kann bspw. eine blendfreie Fernlichtverteilung erzeugt werden, die sicherstellt, dass ein vorausfahrendes oder entgegenkommendes Verkehrsobjekt nicht geblendet wird.

Durch entsprechende Ansteuerung der Flüssigkristallblende können frei programmierbare Lichtverteilungen erzeugt werden, die unter Zuhilfenahme einer Verkehrsraumerfassungseinheit, eines Navigationssystems oder Straßentopografiedaten geschwindigkeitsabhängig variiert werden können.

Wie aus Figur 1 zu ersehen ist, wird der polarisierte Lichtstrom 8', der senkrecht zur Zeichenebene polarisiert ist, gebündelt zu der Flüssigkristallblende 6 reflektiert. Hier- durch entsteht im Bereich der Flüssigkristallblende 6 eine konzentrierte Lichtstärkeverteilung, die über die Linseneinheit 7 in den Verkehrsraum abgebildet wird.

Die Lichtquellen 3 sind in einem größeren Abstand zu der optischen Achse 2 angeordnet als Randflächen 10 der Flüssigkristallblende 6.

Nach einer zweiten Ausführungsform des Scheinwerfers gemäß Figur 2 ist die Lichtquelle 3 senkrecht zur optischen Achse 2 orientiert angeordnet. Der Lichtquelle 3 ist ein Polarisationsreflektor 11 zugeordnet, der über einen ersten Krümmungsabschnitt 14 und einen zweiten Krümmungsabschnitt 15 verfügt, wobei die Krümmung der Reflektorfläche des ersten Krümmungsabschnittes 14 größer ist als die Krümmung der Reflektorfläche des zweiten Krümmungsabschnittes 14. Der erste Krümmungsabschnitt 14 weist eine stärkere Krümmung auf als der erste Krümmungsabschnitt 4 des Polarisationsreflektors 1 , 1 ^* nach der ersten Ausführungsform der Erfindung. Der Polarisationsreflektor 11 ist transparent ausgebildet, sodass nicht nur - wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung - ein erster Teillichtstrom 6 als polarisierter Lichtstrom in Richtung der Flüssigkristallblende 6 reflektiert wird, sondern dass darüber hinaus ein zweiter Teillichtstrom 17 des von der Lichtquelle 3 abgesandten Lichtes durch den Polarisationsreflektor 11 transmittiert und dann an einem zweiten Reflektor 18 reflektiert wird. Der zweite Teillichtstrom 17 wird mittels des zweiten Reflektors 18 an der Flüssigkristallblende 6 vorbeigeführt und kann zur Erzeugung einer Grundlichtverteilung GLV dienen. Diese Grundlichtverteilung GLV ist statisch und verändert sich in der Betriebszeit des Scheinwerfers nicht. Dem gegenüber wird durch Ansteuerung der Flüssigkristallblende 6 ggf. nur ein Teil des ersten Teillichtstromes 16 hindurchgelassen zur Erzeugung bspw. der blendfreien Fernlichtverteilung. Es handelt sich hierbei um eine dynamische Lichtverteilung, die abhängig ist von der aktuellen Verkehrssituation.

Gleiche Bauteile bzw. Bauteilfunktionen der verschiedenen Ausführungsbeispiele werden mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

Darüber hinaus ist zwischen der Lichtquelle 3 und der Flüssigkristallblende 6 ein Polarisationsstrahlteiler 19 angeordnet, bspw. ist der Polarisationsstrahlteiler 19 als Pol- würfel ausgebildet. Hierdurch wird ein weiterer dritter Teillichtstrom 20 der Lichtquelle 3, der direkt in Richtung der Flüssigkristallblende 6 emittiert wird, aufgeteilt in einem ersten Polarisationslichtstrom 21, der als polarisierter Lichtstrom direkt zu der Flüssigkristallblende 6 weitergeleitet wird. Zum anderen wird der dritte Teillichtstrom 20 in einen zweiten Polarisationslichtstrom 24 aufgeteilt, der quer in Richtung eines weiteren Reflektors 23 umgelenkt wird. Bspw. kann an der Lichteintrittsseite der Flüssigkristallblende 6 eine Lambda-Viertel-Schicht 50 angeordnet sein, sodass der zweite Polarisationslichtstrom 22 in seiner Polarisationsrichtung gedreht wird, bevor er auf die Flüssigkristallblende 6 trifft, s. gestrichelte Erweiterung in Figur 2. Alternativ kann die Lambda-Viertel-Schicht auch auf dem weiteren Reflektor 23 aufgebracht sein.

Alternativ kann der zweite Polarisationslichtstrom 22 auch zur Erzeugung einer Grundlichtverteilung GLV genutzt werden, wenn der zweite Polarisationslichtstrom 22 nicht auf die Flüssigkristallblende 6 trifft.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 3 können zwei Lichtquellen 3 auch innenseitig auf einem gemeinsamen Kühlkörper 24 angeordnet sein und jeweils einen Lichtstrom 25 auf die symmetrisch zueinander angeordneten Polarisationsreflektoren 26 lenken. Die beiden Polarisationsreflektoren 26 sind jeweils zwiebeiförmig ausgebildet, sodass der Lichtstrom 25 in Richtung der Flüssigkristallblende 6 konzentriert wird. Die abbildende Linseneinheit 7 ist beispielhaft als Plankonvexlinse ausgeführt. Alternativ kann Sie - wie auch gültig für die anderen Ausführungsbeispiele - als eine bi-konvexe Linse oder asphärische Linse ausgebildet sein.

Nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 4 ist ein tubusförmi- ger Polarisationsreflektor 27 vorgesehen, dem eine in Hauptabstrahlrichtung H orientierte und auf der optischen Achse 2 verlaufende Lichtquelle 3 zugeordnet ist. Ein erster Teillichtstrom 28 wird an den Reflektorflächen des Polarisationsreflektors 27 in Richtung der Flüssigkristallblende 6 reflektiert. Ein zweiter Teillichtstrom 29, der nicht auf die Reflektorflächen des Polarisationsreflektors 27 trifft, sondern direkt in Richtung der Flüssigkristallblende 6 abgestrahlt wird, trifft auf einen stufenförmigen Polarisationsstrahlteiler 30. Einer erster Polarisationslichtstrom 31 wird direkt zu der Flüssigkristallblende 6 weitergeleitet. Ein zweiter Polarisationslichtstrom 32 wird quer umgelenkt in Richtung auf einen weiteren Reflektor 33 an dem der zweite Polarisationslichtstrom 32 in Hauptabstrahlrichtung H umgelenkt wird und zur Erzeugung der Grundlichtverteilung GLV dienen kann. In diesem Fall trifft der zweite Polarisationslichtstrom 32 nicht auf die Flüssigkristallblende 6. Alternativ kann die Flüssigkristallblende 6 auch verlängert ausgebildet sein (gestrichelt in Figur 4 dargestellt), sodass der zweite Polarisationslichtstrom 32 für die dynamische Lichtverteilung genutzt werden kann, wie beim zweiten Ausführungsbeispiel.

Nach einer fünften Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 5 ist ein Scheinwerfer vorgesehen, der eine Anzahl von quer zur optischen Achse 2 versetzt angeordnete Polarisationsreflektoren 34 aufweist, die jeweils transparent ausgebildet sind. Die Polarisationsreflektoren 34 sind somit schalenförmig angeordnet. Die Schalen von Polarisationsreflektoren 34 ermöglichen die Reflexion eines polarisierten Lichtstroms 35 in Richtung der Flüssigkristallblende 6. Der direkt in Richtung der Flüssigkristallblende 6 abgestrahlter Lichtstrom 36 wird mittels des treppenförmigen Polarisationsstrahlteilers 30 teilweise durchgelassen und teilweise reflektiert zu einem weiteren Reflektor 37, von dem aus der Polarisationslichtstrom 39 auf die Flüssigkristallblende 6 trifft. Der von der Flüssigkristallblende 6 durchgelassene Lichtstrom wird von der Linseneinheit 7 erfasst und entsprechend der vorgegebenen Lichtverteilung abgebildet. Zusätzliche Reflektoren 40, 41 ermöglichen die Nutzung eines unter einem großen Öffnungswinkel abgegebenen Teillichtstroms 42, der zur Erzeugung der Grundlichtverteilung genutzt werden kann. Das Licht wird hierbei an der Flüssigkristallblende 6 vorbeigeführt.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 6 können auch an gegenüberliegenden Seiten die zwiebeiförmigen Polarisationsreflektoren 34 angeordnet sein. Der direkt auf die Flüssigkristallblende 6 treffende Teillichtstrom 43 wird mittels des Polarisationsstrahlteilers 19 aufgetrennt. Ein erster Polarisationslichtstrom 44 und ein zweiter Polarisationslichtstrom 45 kann somit zur Erzeugung der vorgegebenen Lichtverteilung genutzt werden.

Die LCD Displays werden jeweils von einem nicht dargestellten Lüfter optional gekühlt. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale hier je für sich oder zu mehreren Verwendung finden können. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Bezugszeichenliste , r Polarisationsreflektoren 31 Polarisationslichtstrom

Optische Achse 32 Polarisationslichtstrom

Lichtquelle 33 Reflektor

Krümmungsabschnitt 34 Polarisationsreflektoren

Krümmungsabschnitt 35 Lichtstrom

Flüssigkristallblende 36 Lichtstrom

Linseneinheit 37 Reflektor

, 8' Lichtstrom

Reflektorfläche 39 Polarisationslichtstrom0 Randflächen 40 Reflektor

1 Polarisationsreflektor 41 Reflektor

42 Teillichtstrom

43 Teillichtstrom

4 1. Krümmungsabschnitt 44 Erster Polarisationslichtstrom5 2. Krümmungsabschnitt 45 Zweiter Polarisationslichtstrom6 1. Teillichtstrom

7 2. Teillichtstrom 50 Lambda-Viertel-Schicht8 Reflektor

9 Polarisationsstrahlteiler

0 Teillichtstrom

1 Erster Polarisationslichtstrom

2 Zweiter Polarisationslichtstrom H Hauptabstrahlrichtung3 Reflektor 0 _b Brewster-Winkel

4 Kühlkörper GLV Grundlichtverteilung

5 Lichtstrom

6 Polarisationsreflektor

7 Polarisationsreflektor

8 Teillichtstrom

9 Teillichtstrom

0 Polarisationsstrahlteiler