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DE102006053019B4 - Verfahren zum Verschieben von Linsen - Google Patents

Verfahren zum Verschieben von Linsen Download PDF

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DE102006053019B4
DE102006053019B4 DE102006053019.5A DE102006053019A DE102006053019B4 DE 102006053019 B4 DE102006053019 B4 DE 102006053019B4 DE 102006053019 A DE102006053019 A DE 102006053019A DE 102006053019 B4 DE102006053019 B4 DE 102006053019B4
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lens
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lenses
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Hella GmbH and Co KGaA
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    • F21S41/60Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by a variable light distribution
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

Verfahren zum Verschieben von Linsen (6, 6a, 6b, 11 a, 11b, 11c) in Richtung einer optischen Achse (7) eines Scheinwerfers für Fahrzeuge, der eine Lichtquelle (3), eine die Mehrzahl der Linsen (6, 6a, 6b, 11a, 11b, 11c) aufweisende Linseneinrichtung (5) und eine Blende (4) aufweist, wobei die Blende (4) zwischen der Lichtquelle (3) und der Linseneinrichtung (5) angeordnet ist, dass mindestens eine Linse (6, 6a, 6b, 11a, 11b, 11c) so verschoben wird, dass eine Leuchtbreite (9, 10) in Abhängigkeit von verkehrssituationsabhängigen Bedingungen verändert wird und dass die Hell-/Dunkelgrenze in einem mittleren Abschnitt der jeweils gebildeten Lichtverteilung unverändert bleibt,
- dass eine lichtquellenferne Linse (6b) fest angeordnet ist und dass eine lichtquellennahe Linse (6a) um einen Weg (Δ) entlang der optischen Achse (7) gemäß der mathematischen Beziehung 1 f a f b Δ 2 + Δ ( 1 f a d 0 0 f a f b + d 1 0 f a f b ) + d 0 0 ( 1 f a 1 f b + d 1 0 f a f b ) + 1 d 1 0 f b = 0
Figure DE102006053019B4_0001
,wobei fα = Brennweite der lichtquellennahen Linse (6a), fb = Brennweite der lichtquellenfernen Linse (6b), d 0 0
Figure DE102006053019B4_0002
= Abstand der lichtquellennahen Linse (6a) zur Blende (4) in einer Ausgangsstellung, d 1 0
Figure DE102006053019B4_0003
= Abstand zwischen der lichtquellennahen Linse (6a) und der lichtquellenfernen Linse (6b) in der Ausgangsstellung verschoben wird, oder
- dass eine lichtquellennahe Linse (6a) um den Weg (Δ) und eine lichtquellenferne Linse (6b) um den Weg (ε) entlang der optischen Achse (7) gemäß der mathematischen Beziehung 1 f a f b Δ 2 + Δ ( 1 f a d 0 0 f a f b + d 1 0 f a f b ) + Δ ε f a f b + ε ( d 0 0 f a f b 1 f b ) + d 0 0 ( 1 f a 1 f b + d 1 0 f a f b ) + 1 d 1 0 f b = 0
Figure DE102006053019B4_0004
verschoben wird, oder
- dass äußere Linsen (11a, 11c) fest angeordnet sind und dass eine mittlere Linse (11b) entlang der optischen Achse (7) gemäß der mathematischen Beziehung d 0 [ 1 f a + 1 f b + 1 f c ] ( d 1 0 + Δ ) [ 1 f b + 1 f c ] d 2 0 Δ f c + d 0 ( d 1 0 + Δ ) f a [ 1 f b + 1 f c ] + d 0 ( d 2 0 Δ ) f c [ 1 f a + 1 f b ] + ( d 1 0 + Δ ) ( d 2 0 Δ ) f b f c ( 1 d 0 f a ) = 1
Figure DE102006053019B4_0005
, wobei
fa = Brennweite der Linse 11a
fb = Brennweite der Linse 11b fc = Brennweite der Linse 11c
d 0 0
Figure DE102006053019B4_0006
= Abstand der Linse 11a zu der Blende in der Ausgangsstellung
d 1 0
Figure DE102006053019B4_0007
= Abstand zwischen der Linse 11a und 11b in der Ausgangsstellung
d 2 0
Figure DE102006053019B4_0008
= Abstand zwischen der Linse 11 b und 11c in der Ausgangsstellung
d0 = Abstand 11c zur Blende in einer Arbeitsstellung
d1 = Abstand der Linsen 11a und 11b in der Arbeitsstellung, nachdem die Linse 11b um Δ in Lichtausbreitungsrichtung verschoben worden ist
d2 = Abstand der Linsen 11b und 11c in der Arbeitsstellung, nachdem die Linse 11 b um Δ in Lichtausbreitungsrichtung verschoben wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschieben von Linsen in Richtung einer optischen Achse eines Scheinwerfers für Fahrzeuge.
    Aus der DE 36 28 421 A1 ist ein Scheinwerfer für Fahrzeuge bekannt, der nach dem Projektionsprinzip funktioniert. Der Scheinwerfer umfasst eine Lichtquelle, einen der Lichtquelle zugeordneten Reflektor, eine Linseneinrichtung sowie eine zwischen dem Reflektor und der Linseneinrichtung angeordnete Blende. Die Lichtquelle ist in einem ersten Brennort des Reflektors angeordnet. Die Blende ist im Bereich eines zweiten Brennortes des Reflektors angeordnet. Die Linseneinrichtung umfasst mehrere Linsen, wobei durch Verschiebung einer Linse entlang der optischen Achse eine variable Brennweite einstellbar ist. Durch die Veränderung der Brennweite erfolgt eine Veränderung der Lichtverteilung, wobei in einer ersten Stellung der Linsen eine Konzentration der Ausleuchtung auf ein Vorfeld und in einer zweiten Stellung der Linsen eine Konzentration der Ausleuchtung auf ein Fernfeld erfolgt.
  • Aus der DE 10 2004 012 519 A1 ist ein Verfahren zum Verschieben von Linsen in Richtung einer optischen Achse eines Scheinwerfers für Fahrzeuge bekannt, bei dem zwei Linsen entweder aufeinander zu bewegt werden, um eine Lichtverteilung für einen Nahbereich auf der Fahrbahn zu projizieren, oder bei der die beiden Linsen voneinander weg bewegt werden, um eine Lichtverteilung für den Fernbereich auf die Fahrbahn zu projizieren. Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist, dass mit Änderung der Relativstellung der Linsen zueinander nicht nur die Leuchtbreite, sondern auch die Leuchtweite verändert wird.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Verschieben von Linsen in Richtung einer optischen Achse derart anzugeben, dass mit geringem Aufwand eine Anpassung der Lichtverteilung an unterschiedliche Verkehrssituationen des Fahrzeugs erfolgen kann.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.
    Vorteilhaft ermöglicht die Erfindung eine kontinuierliche Anpassung der Scheinwerferlichtverteilung an die Verkehrssituation, wobei durch Verstellung mindestens einer Linse der Linseneinrichtung eine Leuchtbreite bzw. Streubreite des Scheinwerfers variiert wird. Vorteilhaft wird mittels Bewegung mindestens einer Linse ein Aufweiten bzw. Zusammenziehen der Lichtverteilung unter Beibehaltung des Kollimationsgrades ermöglicht. Nach der Erfindung erfolgt mittels einer minimalen Anzahl von Linsen bzw. einer minimalen Anzahl von beweglichen Linsen eine Variation der Leuchtbreite, wobei der Verlauf einer Hell-Dunkel-Grenze in einem mittleren Abschnitt der jeweils gebildeten Lichtverteilung unverändert bleibt. Die Vertikalwinkellage der Hell-Dunkel-Grenze bleibt somit unverändert. Nach der Erfindung erfolgt die Veränderung der Leuchtbreite durch axiales Verschieben mindestens einer lichtquellennahen Linse. Das Verschieben der lichtquellennahen Linse kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit erfolgen, so dass bei einer relativ hohen Geschwindigkeit des Fahrzeugs die Leuchtbreite relativ klein und bei einer relativ kleinen Geschwindigkeit des Fahrzeugs die Leuchtbreite relativ groß ist.
  • Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 einen schematischen Querschnitt durch einen Scheinwerfer,
    • 2 einen schematischen Vertikalschnitt durch eine Linseneinrichtung des Scheinwerfers nach einer ersten Ausführungsform,
    • 3 einen schematischen Vertikalschnitt durch eine Linsenanordnung nach einer weiteren Ausführungsform,
    • 4a eine schematische Draufsicht auf einen mittels des Scheinwerfers erzeugten Lichtkegel in einer ersten Stellung der Linseneinrichtung und
    • 4b eine schematische Draufsicht auf einen mittels des Scheinwerfers erzeugten Lichtkegel in einer zweiten Stellung der Linseneinrichtung.
  • Ein Scheinwerfer 1 für Fahrzeuge ist beispielsweise als Projektionsscheinwerfer ausgebildet und weist einen Reflektor 2 auf, in dessen ersten Brennpunkt eine Lichtquelle 3, beispielsweise eine Gasentladungslampe, angeordnet ist. In einem zweiten Brennpunkt des ellipsoidförmig ausgebildeten Reflektors 2 ist eine Blende 4 angeordnet, die sich zwischen dem Reflektor 2 und einer Linseneinrichtung 5 befindet.
  • Die Linseneinrichtung 5 weist eine Mehrzahl von bikonvexförmigen Linsen 6 auf, die entlang einer optischen Achse 7 des Scheinwerfers 1 beabstandet zueinander angeordnet sind. Der Linseneinrichtung 5 ist eine nicht dargestellte Stelleinrichtung zugeordnet mittels derer mindestens eine Linse der Linseneinrichtung 5 in Abhängigkeit von der aktuellen verkehrssituationsabhängigen Bedingung entlang der optischen Achse 7 verstellt werden kann.
  • Die mindestens eine Linse 6 wird kontinuierlich oder in vorgegebenen Wegintervallen Δ derart bewegt, dass sich die Leuchtbreite bzw. Streubreite des von dem Scheinwerfer 1 erzeugten Lichtkegels 8 (Lichtverteilung) vergrößert oder verkleinert. Wie in den 4a und 4b zu ersehen ist, kann in Abhängigkeit von einer verkehrssituationsabhängigen Bedingung, wie beispielsweise der Fahrzeuggeschwindigkeit, die Linseneinrichtung 5 so verstellt werden, dass sich ein Lichtkegel 8 mit einer kleinen Leuchtbreite 9 (4a) oder mit einer großen Leuchtbreite 10 (4b) einstellt. So kann beispielsweise bei Erzeugung einer Abblendlichtverteilung bzw. Autobahnlichtverteilung bei relativ geringer Geschwindigkeit ein Lichtkegel 8 mit einer relativ großen Leuchtbreite 9 und bei einer relativ hohen Geschwindigkeit ein Lichtkegel 8 mit einer relativ kleinen Leuchtbreite 10 eingestellt werden. Durch Verstellung der Linse 6 ändert sich zwar die Leuchtbreite des Lichtkegels 8, jedoch ändert sich zumindest in einem mittleren Abschnitt des Lichtkegels 8 bzw. der Lichtverteilung nicht die Hell-Dunkel-Grenze. Die Vertikalwinkellage der Hell-Dunkel-Grenze bleibt unverändert. Somit bleibt der Kollimationsgrad bei unterschiedlicher Leuchtbreiteneinstellung konstant.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Linseneinrichtung 5 weist diese gemäß 2 lediglich zwei Linsen 6a und 6b auf. Die lichtquellenferne Linse 6b ist fest relativ zu der Blende 4 bzw. der Lichtquelle 3 angeordnet. Die lichtquellennahe Linse 6a ist auf einer der Lichtquelle 3 zugewandten Seite der Linseneinrichtung 5 angeordnet und ist entlang der optischen Achse 7 mittels der Stelleinrichtung verschieblich angeordnet.
  • Die lichtquellennahe Linse 6a kann um die Wegstrecke Δ in Lichtausbreitungsrichtung verschoben werden, so dass sich der Abstand der lichtquellennahen Linse 6a von d 0 0
    Figure DE102006053019B4_0009
    in d0 bzw. der Abstand der Linsen zueinander von d 1 0
    Figure DE102006053019B4_0010
    in d1 ändert. Die Verstellung der lichtquellennahen Linse 6a erfolgt nach folgender mathematischer Beziehung: 1 f a f b Δ 2 + Δ ( 1 f a d 0 0 f a f b + d 1 0 f a f b ) + d 0 0 ( 1 f a 1 f b + d 1 0 f a f b ) + 1 d 1 0 f b = 0
    Figure DE102006053019B4_0011
    wobei
    • fa = Brennweite der lichtquellennahen Linse 6a
    • fb = Brennweite der lichtquellenfernen Linse 6b
    • d 0 0
      Figure DE102006053019B4_0012
      = Abstand der lichtquellennahen Linse 6a zur Blende 4 in einer Ausgangsstellung
    • d0 = Abstand der lichtquellennahen Linse 6a zur Blende 4 in einer Arbeitsstellung
    • d 1 0
      Figure DE102006053019B4_0013
      = Abstand zwischen der lichtquellennahen Linse 6a und der lichtquellenfernen Linse 6b in der Ausgangsstellung
    • d1 = Abstand zwischen der lichtquellennahen Linse 6a und der lichtquellenfernen Linse 6b in der Arbeitsstellung.
  • Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die lichtquellenferne Linse 6b auch als eine Konkavlinse ausgebildet sein.
  • Nach einer nicht dargestellten weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Linseneinrichtung 5 auch zwei entlang der optischen Achse 7 beweglich angeordnete Linsen aufweisen. Die eine lichtquellennahe Linse 6a wird um den Weg Δ und die andere lichtquellenferne Linse 6b um den Weg ε verschoben. Es gilt hierfür folgende mathematische Beziehung: 1 f a f b Δ 2 + Δ ( 1 f a d 0 0 f a f b + d 1 0 f a f b ) + Δ ε f a f b + ε ( d 0 0 f a f b 1 f b ) + d 0 0 ( 1 f a 1 f b + d 1 0 f a f b ) + 1 d 1 0 f b = 0
    Figure DE102006053019B4_0014
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß 3 kann die Linseneinrichtung 5 auch drei Linsen 11a, 11b, 11c aufweisen. Während die äußeren Linsen 11a und 11c feststehend ausgebildet sind, ist die mittlere Linse 11b entlang der optischen Achse 7 verschieblich gelagert. Es gilt folgende mathematische Beziehung: d 0 [ 1 f a + 1 f b + 1 f c ] ( d 1 0 + Δ ) [ 1 f b + 1 f c ] d 2 0 Δ f c + d 0 ( d 1 0 + Δ ) f a [ 1 f b + 1 f c ] + d 0 ( d 2 0 Δ ) f c [ 1 f a + 1 f b ] + ( d 1 0 + Δ ) ( d 2 0 Δ ) f b f c ( 1 d 0 f a ) = 1
    Figure DE102006053019B4_0015
    , wobei
    • fa = Brennweite der Linse 11a
    • fb = Brennweite der Linse 11b
    • fc = Brennweite der Linse 11c
    • d 0 0
      Figure DE102006053019B4_0016
      = Abstand der Linse 11a zu der Blende in der Ausgangsstellung
    • d 1 0
      Figure DE102006053019B4_0017
      = Abstand zwischen der Linse 11a und 11b in der Ausgangsstellung d 2 0
      Figure DE102006053019B4_0018
    • = Abstand zwischen der Linse 11 b und 11c in der Ausgangsstellung
    • d0 = Abstand 11c zur Blende in einer Arbeitsstellung
    • d1 = Abstand der Linsen 11a und 11 b in der Arbeitsstellung, nachdem die Linse 11b um Δ in Lichtausbreitungsrichtung verschoben worden ist
    • d2 = Abstand der Linsen 11b und 11c in der Arbeitsstellung, nachdem die Linse 11b um Δ in Lichtausbreitungsrichtung verschoben worden ist.
  • Nach einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann auch lediglich die lichtquellennahe Linse 11a verschiebbar ausgebildet sein, während die anderen Linsen 11b und 11c starr angeordnet sind.
  • Nach einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform kann die mittlere Linse 11b um den Weg Δ und die äußeren Linsen 11a und 11c um die gleiche Wegstrecke ε verschoben werden.
  • In den vorliegenden Ausführungsbeispielen weist eine Kante 11 der Blende 4 einen relativ großen Abstand h1 zu der optischen Achse 7 auf. Die Kante 11 dient zur Erzeugung der Hell-Dunkel-Grenze in der Lichtverteilung.
  • Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Blende 4 auch eine Kante 11 aufweisen, die einen wesentlich geringeren Abstand h1 zu der optischen Achse 7 aufweist. Vorzugsweise kann die Kante 11 in einem zur optischen Achse 7 nahen Bereich angeordnet sein. Hierdurch kann eine relativ symmetrische Abbildung durch die Linseneinrichtung 5 erfolgen. Allerdings ist es hierzu notwendig, dass der Scheinwerfer insgesamt in Lichtabstrahlrichtung 12 geneigt ausgebildet ist.
  • Nach einer nicht dargestellten Ausführungsform kann eine lichtquellenferne Linse auch eine schaltbare Blende aufweisen, so dass unerwünschtes Blendlicht unterdrückt werden kann.
  • Nach einer nicht dargestellten Ausführungsform kann die Lichtquelle auch als LED-Leuchtelement (LED-Chip) ausgebildet sein, wobei die Blende 4 einstückig mit dem LED-Leuchtelement verbunden ist. Ein gesonderter Reflektor ist hierbei nicht erforderlich.
  • Der Scheinwerfer ist zur Kompensation des kurzen Abstandes der Kante 11 zur optischen Achse 7 in Lichtabstrahlrichtung 12 geneigt ausgebildet.
  • Die Einhaltung der oben angegebenen Kollimationsbedinungen für achsferne Lichtstrahlen über alle Stellungen des variablen Scheinwerfers erfordert eine entsprechend berechnete Asphärisierung der Linsen, die numerisch berechnet werden muss.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Scheinwerfer
    2
    Reflektor
    3
    Lichtquelle
    4
    Blende
    5
    Linseneinrichtung
    6
    Linsen
    7
    optische Achse
    8
    Lichtkegel
    9
    kleine Leuchtbreite
    10
    große Leuchtbreite
    11
    Kante
    h1
    Abstand
    12
    Lichtabstrahlrichtung

Claims (4)

  1. Verfahren zum Verschieben von Linsen (6, 6a, 6b, 11 a, 11b, 11c) in Richtung einer optischen Achse (7) eines Scheinwerfers für Fahrzeuge, der eine Lichtquelle (3), eine die Mehrzahl der Linsen (6, 6a, 6b, 11a, 11b, 11c) aufweisende Linseneinrichtung (5) und eine Blende (4) aufweist, wobei die Blende (4) zwischen der Lichtquelle (3) und der Linseneinrichtung (5) angeordnet ist, dass mindestens eine Linse (6, 6a, 6b, 11a, 11b, 11c) so verschoben wird, dass eine Leuchtbreite (9, 10) in Abhängigkeit von verkehrssituationsabhängigen Bedingungen verändert wird und dass die Hell-/Dunkelgrenze in einem mittleren Abschnitt der jeweils gebildeten Lichtverteilung unverändert bleibt, - dass eine lichtquellenferne Linse (6b) fest angeordnet ist und dass eine lichtquellennahe Linse (6a) um einen Weg (Δ) entlang der optischen Achse (7) gemäß der mathematischen Beziehung 1 f a f b Δ 2 + Δ ( 1 f a d 0 0 f a f b + d 1 0 f a f b ) + d 0 0 ( 1 f a 1 f b + d 1 0 f a f b ) + 1 d 1 0 f b = 0
    Figure DE102006053019B4_0019
    ,wobei fα = Brennweite der lichtquellennahen Linse (6a), fb = Brennweite der lichtquellenfernen Linse (6b), d 0 0
    Figure DE102006053019B4_0020
    = Abstand der lichtquellennahen Linse (6a) zur Blende (4) in einer Ausgangsstellung, d 1 0
    Figure DE102006053019B4_0021
    = Abstand zwischen der lichtquellennahen Linse (6a) und der lichtquellenfernen Linse (6b) in der Ausgangsstellung verschoben wird, oder - dass eine lichtquellennahe Linse (6a) um den Weg (Δ) und eine lichtquellenferne Linse (6b) um den Weg (ε) entlang der optischen Achse (7) gemäß der mathematischen Beziehung 1 f a f b Δ 2 + Δ ( 1 f a d 0 0 f a f b + d 1 0 f a f b ) + Δ ε f a f b + ε ( d 0 0 f a f b 1 f b ) + d 0 0 ( 1 f a 1 f b + d 1 0 f a f b ) + 1 d 1 0 f b = 0
    Figure DE102006053019B4_0022
    verschoben wird, oder - dass äußere Linsen (11a, 11c) fest angeordnet sind und dass eine mittlere Linse (11b) entlang der optischen Achse (7) gemäß der mathematischen Beziehung d 0 [ 1 f a + 1 f b + 1 f c ] ( d 1 0 + Δ ) [ 1 f b + 1 f c ] d 2 0 Δ f c + d 0 ( d 1 0 + Δ ) f a [ 1 f b + 1 f c ] + d 0 ( d 2 0 Δ ) f c [ 1 f a + 1 f b ] + ( d 1 0 + Δ ) ( d 2 0 Δ ) f b f c ( 1 d 0 f a ) = 1
    Figure DE102006053019B4_0023
    , wobei fa = Brennweite der Linse 11a fb = Brennweite der Linse 11b fc = Brennweite der Linse 11c d 0 0
    Figure DE102006053019B4_0024
    = Abstand der Linse 11a zu der Blende in der Ausgangsstellung d 1 0
    Figure DE102006053019B4_0025
    = Abstand zwischen der Linse 11a und 11b in der Ausgangsstellung d 2 0
    Figure DE102006053019B4_0026
    = Abstand zwischen der Linse 11 b und 11c in der Ausgangsstellung d0 = Abstand 11c zur Blende in einer Arbeitsstellung d1 = Abstand der Linsen 11a und 11b in der Arbeitsstellung, nachdem die Linse 11b um Δ in Lichtausbreitungsrichtung verschoben worden ist d2 = Abstand der Linsen 11b und 11c in der Arbeitsstellung, nachdem die Linse 11 b um Δ in Lichtausbreitungsrichtung verschoben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollimationsgrad bei Veränderung der Brennweite (fa) mindestens einer Linse (6a) der Linseneinrichtung (5) konstant bleibt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer hohen Geschwindigkeit des Fahrzeugs die Leuchtbreite (10) kleiner und dass bei einer relativ kleinen Geschwindigkeit des Fahrzeugs die Leuchtbreite (9) größer ist als eine vorgegebene Leuchtbreite.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Hell-/Dunkelgrenze erzeugende Kante (11) der Blende (4) relativ nah an der optischen Achse (7) angeordnet ist und dass der Scheinwerfer zur Kompensation des kurzen Abstandes der Kante (11) zur optischen Achse (7) in Lichtabstrahlrichtung (12) geneigt ausgebildet wird.
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