DE102010027322A1

DE102010027322A1 - Optical element for expansion of light distribution of e.g. headlight, of motor car, has optic component comprising surface with surface normal, where orientation of normal is differentiated from orientation of another normal of substrate

Info

Publication number: DE102010027322A1
Application number: DE102010027322A
Authority: DE
Inventors: Dr. Kloos Gerhard
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2012-01-19

Abstract

The element has an optically permeable substrate with a surface normal, and a structure (102) formed on the substrate. The structure consists of identical shaped elementary cells (10), and a refractive micro optic component (1) is arranged in each elementary cell. The refractive micro optic component comprises a surface with another surface normal. Orientation of the latter surface normal is differentiated from orientation of the former surface normal of the substrate. The substrate and the refractive micro optic component are made of glass or plastic. An independent claim is also included for an illumination device of a motor car, comprising a multi-LED-light source and an optical element.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Beleuchtungsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge wie beispielsweise einen Scheinwerfer oder eine Rückleuchte und insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein optisches Element zur Aufweitung einer Lichtverteilung einer entsprechenden Beleuchtungsvorrichtung zum Homogenisieren der Lichtstärkeverteilung bei Verwendung von Lichtquellen, die eine unregelmäßige Abstrahlcharakteristik aufweisen, wie beispielsweise Multi- bzw. Array-LED-Lichtquellen.The present invention relates to lighting devices for motor vehicles such as a headlamp or a tail lamp and more particularly, the present invention relates to an optical element for expanding a light distribution of a corresponding illumination device for homogenizing the light intensity distribution using light sources having an irregular radiation characteristic, such as multi or Array LED light sources.

Stand der TechnikState of the art

DE 10 2005 041 234 A1 beschreibt einen Scheinwerfer für Fahrzeuge mit einer Mehrzahl von LED-Lichtquellen, die in einer gemeinsamen lichtabstrahlenden Fläche zusammen gefasst sind, wobei mindestens eine LED-Lichtquelle einer Optikeinheit zugeordnet ist zur teilweisen Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung, wobei einzelne oder mehrere LED-Lichtquellen ein- oder ausschaltbar sind, so dass die Lichtverteilung veränderbar ist. Auf Grund einer Beabstandung zwischen den einzelnen LED-Lichtquellen wird durch die Optikeinheit eine Lichtstärkeverteilung erzeugt, die horizontale und/oder vertikale Lücken aufweist. Diese werden unter anderem als Lichtfinger bzw. als Lichtlücken auf der Straße wahrgenommen und können störend wirken. DE 10 2005 041 234 A1 describes a headlamp for vehicles with a plurality of LED light sources, which are combined in a common light-emitting surface, wherein at least one LED light source of an optical unit is assigned to partially generate a predetermined light distribution, wherein one or more LED light sources on or can be switched off, so that the light distribution is changeable. Due to a spacing between the individual LED light sources, a light intensity distribution is generated by the optical unit, which has horizontal and / or vertical gaps. These are perceived inter alia as light fingers or as gaps in the road and can be disturbing.

Es gibt Ansätze durch Aufrauen einer oder mehrerer Oberfläche eine Homogenisierung der Lichtstärkeverteilung zu erzielen. Nachteilig bei diesem Ansatz ist der damit verbundene vergleichsweise hohe Absorptionsverlust auf Grund von stochastischen Streuwirkungen sowie eine nachteilige Beeinflussung der Lichtverteilung, die damit einhergehen kann.There are approaches by roughening one or more surfaces to achieve a homogenization of the light intensity distribution. A disadvantage of this approach is the associated relatively high absorption loss due to stochastic scattering effects as well as an adverse effect on the light distribution, which can go along with it.

Aufgabenstellungtask

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Homogenisierung der Lichtstärkeverteilung bei Verwendung von Multi- bzw. Array-Lichtquellen, insbesondere LED-Lichtquellen mit mehreren Lichtemittern, durch Schließen unerwünschter Lücken in der Lichtstärkeverteilung, so dass eine homogene Lichtverteilung einer Beleuchtungsvorrichtung erzielt werden kann.Object of the present invention is the homogenization of the light intensity distribution when using multi or array light sources, in particular LED light sources with multiple light emitters, by closing unwanted gaps in the light intensity distribution, so that a homogeneous light distribution of a lighting device can be achieved.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein optisches Element zur Aufweitung einer Lichtverteilung einer Beleuchtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 offenbart und ferner wird eine Beleuchtungsvorrichtung insbesondere für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 13 der vorliegenden Erfindung offenbart.To achieve this object, an optical element for expanding a light distribution of a lighting device according to claim 1 is disclosed and further, a lighting device is disclosed in particular for a motor vehicle according to claim 13 of the present invention.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein optisches Element zur Aufweitung einer Lichtverteilung einer Beleuchtungsvorrichtung offenbart, dass ein optisch durchlässiges Substrat mit einer ersten Flächennormalen umfasst, wobei auf dem Substrat eine Struktur gebildet ist, die aus einer Vielzahl identisch ausgebildeter Elementarzellen besteht, wobei in jeder Elementarzelle eine refraktive Mikrooptikkomponente angeordnet ist, die zumindest eine Fläche mit zumindest einer zweiten Flächennormalen aufweist, deren Orientierung sich von der Orientierung der ersten Flächennormale des Substrats unterscheidet.According to a first embodiment of the present invention, an optical element for expanding a light distribution of a lighting device comprising an optically transmissive substrate having a first surface normal, wherein on the substrate, a structure is formed, which consists of a plurality of identically constructed unit cells, wherein Each unit cell is arranged a refractive micro-optic component having at least one surface with at least one second surface normal whose orientation differs from the orientation of the first surface normal of the substrate.

Die refraktiven Mikrooptikkomponenten können unterschiedliche Geometrien aufweisen. Beispielsweise kann die refraktive Mikrooptikkomponente die Form einer Halbkugel oder eines Halbellipsoiden aufweisen. Die Fläche bzw. die Oberfläche einer entsprechenden refraktiven Mikrooptikkomponente weist auch Flächenanteile auf, deren Flächennormalen sich von der Orientierung der Flächennormale des Substrats unterscheiden. Eine Flächennormale ist dabei ein senkrecht auf einer Fläche stehender Vektor. Auf Grund des Unterschiedes zwischen der ersten Flächennormale des Substrats und der zweiten Flächennormale der refraktiven Mikrooptikkomponente wird durch das optische Element transmittiertes Licht gebrochen, wodurch die aus diesem Licht bestehende Lichtverteilung aufgeweitet wird, so dass Lichtlücken in der Lichtverteilung geschlossen werden können. Die refraktiven Mikrooptikkomponenten können auch andere Geometrien aufweisen wie beispielsweise Geometrien mit zwei, drei, vier oder sechs Flächen, deren jeweilige Flächennormelen sich von der ersten Flächennormalen des Substrats unterscheiden, wie beispielsweise dreiseitige Pyramiden oder vierseitige Pyramiden oder entsprechend andere Geometrien mit entsprechend vielen Flächen.The refractive micro-optic components may have different geometries. For example, the refractive micro-optic component may have the shape of a hemisphere or a semiellipsoid. The surface or the surface of a corresponding refractive micro-optic component also has surface portions whose surface normals differ from the orientation of the surface normal of the substrate. A surface normal is a vector standing vertically on a surface. Due to the difference between the first surface normal of the substrate and the second surface normal of the refractive micro-optic component, light transmitted through the optical element is refracted, whereby the light distribution existing from this light is widened so that light gaps in the light distribution can be closed. The refractive micro-optic components can also have other geometries, such as geometries with two, three, four or six surfaces whose respective surface normals are different from the first surface normal of the substrate, such as three-sided pyramids or quadrilateral pyramids or correspondingly other geometries with correspondingly many surfaces.

Ein optisches Element, auf dessen Oberfläche eine Struktur gebildet ist, die aus einer Vielzahl von dreiseitigen Pyramiden besteht, weist eine dreizählige Winkelabstrahlcharakteristik auf.An optical element on the surface of which a structure consisting of a plurality of three-sided pyramids is formed has a threefold angular radiation characteristic.

In dem oben beschriebenen optischen Element können in jeder Elementarzelle auch mindestens zwei refraktive Mikrooptikkomponenten angeordnet sein.In the optical element described above, at least two refractive micro-optic components may also be arranged in each unit cell.

Jede der oben beschriebenen Elementarzellen kann wiederum in mindestens zwei Teilzellen aufgeteilt sein, wobei in jeder der Teilzellen mindestens eine refraktive Mikrooptikkomponente angeordnet ist. Durch eine entsprechende Aufteilung der Elementarzellen in entsprechende Teilzellen ist es möglich, unterschiedliche Strukturen auf dem Substrat des optischen Elementes zu realisieren, die der Abstrahlcharakteristik unterschiedlicher Beleuchtungsvorrichtungen angepasst werden kann.Each of the unit cells described above may in turn be divided into at least two sub-cells, wherein in each of the sub-cells at least one refractive micro-optic component is arranged. By a corresponding division of the unit cells into corresponding sub-cells, it is possible to realize different structures on the substrate of the optical element, which can be adapted to the emission characteristics of different illumination devices.

Bei dem anfangs beschriebenen optischen Element kann jede Elementarzelle mindestens zwei Teilzellen aufweisen, wobei in jeder Teilzelle zumindest zwei refraktive Mikrooptikkomponenten angeordnet sind. Durch eine entsprechende Aufteilung bzw. Unterteilung der Elementarzellen in entsprechende Teilzellen und eine entsprechende Anordnung von mindestens zwei refraktiven Mikrooptikkomponenten in jeder Teilzelle können Strukturen auf dem Substrat des optischen Elementes realisiert werden, die an unterschiedliche Geometrien und Abstrahlcharakteristiken unterschiedlicher Beleuchtungsvorrichtungen angepasst sein können. So können beispielsweise Lichtlücken bei Beleuchtungsvorrichtungen geschlossen werden, die aus einer LED-Zeile bestehen. Das heißt, die Beleuchtungsvorrichtung umfasst beispielsweise vier LEDs (Leuchtdioden), die voneinander beabstandet sind. Durch ein optisches Element gemäß der vorliegenden Erfindung auf dessen Substratoberfläche eine Struktur gebildet ist, in deren Vielzahl von identisch ausgebildeten Elementarzellen mikrooptische Komponenten mit zwei Flächen angeordnet sind, können die üblicherweise auftretenden Lichtlücken geschlossen werden. Wenn bei der Beleuchtungsvorrichtung beispielsweise ein LED-Array verwendet wird, treten ohne ein optisches Element gemäß der vorliegenden Erfindung durch Abbildung bzw. Projektion der Lichtquelle sowohl horizontale als auch vertikale Lichtlücken auf. Durch ein optisches Element gemäß der vorliegenden Erfindung, auf dessen Substratoberfläche eine Struktur gebildet ist, in deren Vielzahl identisch ausgebildeter Elementarzellen refraktive Mikrooptikkomponenten angeordnet sind, die jeweils vier Flächen aufweisen, können die horizontalen und vertikalen Lücken in der Lichtstärkeverteilung durch geeignete Orientierung des optischen Elementes zu dem LED-Array geschlossen werden. In the optical element described initially, each unit cell may have at least two sub-cells, wherein in each subcell at least two refractive micro-optic components are arranged. By a corresponding division or subdivision of the unit cells into corresponding sub-cells and a corresponding arrangement of at least two refractive micro-optical components in each subcell structures can be realized on the substrate of the optical element, which can be adapted to different geometries and radiation characteristics of different lighting devices. For example, gaps in lighting can be closed in lighting devices that consist of an LED line. That is, the lighting device includes, for example, four LEDs (light emitting diodes) that are spaced from each other. By an optical element according to the present invention on the substrate surface, a structure is formed, are arranged in the plurality of identically designed unit cells micro-optical components with two surfaces, the usually occurring gaps in light can be closed. For example, when an LED array is used in the lighting device, without horizontal optical element according to the present invention, by projection or projection of the light source, both horizontal and vertical light gaps occur. By an optical element according to the present invention, on the substrate surface, a structure is formed, are arranged in the plurality of identically designed unit cells refractive micro-optical components, each having four surfaces, the horizontal and vertical gaps in the luminous intensity distribution by appropriate orientation of the optical element to be closed to the LED array.

Bei den oben beschriebenen optischen Elementen kann jede refraktive Mikrooptikkomponente N Flächen aufweisen, und die refraktiven Mikrooptikkomponenten auf der Struktur können M unterschiedliche Orientierungen aufweisen, so dass das optische Element eine n-zählige Winkelabstrahlcharakteristik aufweist, wobei n das Produkt aus der Anzahl N der Flächen jeder Mikrooptikkomponente und der Anzahl M der unterschiedlichen Orientierungen der refraktiven Mikrooptikkomponenten ist.In the optical elements described above, each refractive micro-optic component may have N faces, and the refractive micro-optic components on the pattern may have M different orientations such that the optic has an n-fold angular radiation characteristic, where n is the product of the number N of faces each Micro-optics component and the number M of different orientations of the refractive micro-optic components is.

Wenn ein optisches Element beispielsweise refraktive Mikrooptikkomponenten mit jeweils drei Flächen aufweist, und wenn diese refraktiven Mikrooptikkomponenten zwei unterschiedliche Orientierungen aufweisen, dann weist das optische Element entsprechend eine sechszählige Winkelabstrahlcharkateristik auf (3 × 2 = 6).For example, if an optical element has refractive micro-optic components each having three faces, and if these refractive micro-optic components have two different orientations, then the optical element has a six-fold angle ray tracing technique (3 × 2 = 6).

Bei den oben beschriebenen optischen Elementen kann n zwei oder drei oder vier oder sechs sein, so dass das entsprechende optische Element eine entsprechende zweizählige oder eine dreizählige oder eine vierzählige oder eine sechszählige Winkelabstrahlcharakteristik aufweist. Beispielsweise kann eine sechszählige Winkelabstrahlcharakteristik des optischen Elementes dadurch erreicht werden, dass auf der Oberfläche des optischen Elementes refraktive Mikrooptikkomponenten mit einer sechsseitigen Grundfläche angeordnet sind. Andererseits kann eine sechszählige Winkelabstrahlcharakteristik des optischen Elementes dadurch erreicht werden, dass auf der Oberfläche des optischen Elementes zwei unterschiedliche refraktive Mikrooptikkomponenten angeordnet sind, die jeweils eine dreiseitige Grundfläche aufweisen, deren Orientierung sich aber voneinander unterscheidet, so dass die jeweiligen Flächennormalen der Seiten der refraktiven Mikrooptikkomponenten sich voneinander unterscheiden.In the optical elements described above, n may be two or three or four or six, so that the corresponding optical element has a corresponding bidentate or a threefold or a fourfold or a sixfold angular radiation characteristic. By way of example, a hexagonal angular radiation characteristic of the optical element can be achieved by arranging refractive micro-optic components with a six-sided base surface on the surface of the optical element. On the other hand, a sixfold Winkelabstrahlcharakteristik the optical element can be achieved in that on the surface of the optical element, two different refractive micro-optic components are arranged, each having a three-sided base area, the orientation of which differs from each other, so that the respective surface normals of the sides of the refractive micro-optic components differ from each other.

Bei den oben beschriebenen optischen Elementen kann die Fläche bzw. können die Flächen der refraktiven Mikrooptikkomponenten plan oder gewölbt ausgebildet sein. So kann beispielsweise eine Mikrooptikkomponente eine halbkugelige Form aufweisen, die lediglich eine Oberfläche aufweist, wobei diese Oberfläche wiederum in Abhängigkeit der Position auf der Oberfläche unterschiedliche Flächennormalen aufweist. Die jeweiligen refraktiven Mikrooptikkomponenten können auch beispielsweise kegelförmig sein, so dass die entsprechenden Flächen der refraktiven Mikrooptikkomponenten plan sind.In the case of the optical elements described above, the surface or surfaces of the refractive micro-optic components may be flat or curved. For example, a micro-optic component may have a hemispherical shape that has only one surface, wherein this surface in turn has different surface normals depending on the position on the surface. The respective refractive micro-optic components may also be conical, for example, so that the corresponding surfaces of the refractive micro-optic components are planar.

Bei den oben beschriebenen optischen Elementen können in dem Fall, in dem in einer Elementarzelle zumindest zwei refraktive Mikrooptikkomponenten angeordnet sind, die entsprechenden refraktiven Mikrooptikkomponenten unterschiedlich orientiert angeordnet sein. Dadurch kann, wie bereits oben beschrieben wurde, beispielsweise eine sechszählige Winkelabstrahlcharakteristik eines optischen Elementes dadurch erreicht werden, dass in einer Elementarzelle zwei refraktive Mikrooptikkomponenten mit einer jeweils dreieckigen Grundfläche angeordnet sind, wobei die refraktiven Mikrooptikkomponenten in der Elementarzelle unterschiedlich orientiert angeordnet sind. Durch eine entsprechende Anordnung weist jede Elementarzelle eines entsprechenden optischen Elementes sechs Flächen von refraktiven Mikrooptikkomponenten auf, deren jeweiligen Flächennormalen sich von der ersten Flächennormalen des Substrates unterscheiden. Dadurch wird in diesem beispielshaften Fall eine sechszählige Abstrahlcharakteristik des optischen Elementes erreicht.In the case of the optical elements described above, in the case in which at least two refractive micro-optic components are arranged in an elementary cell, the corresponding refractive micro-optic components can be arranged differently oriented. As a result, as already described above, a sixfold angular radiation characteristic of an optical element can be achieved, for example, by arranging two refractive micro-optic components with a triangular base area in each unit cell, with the refractive micro-optic components being differently oriented in the unit cell. By appropriate arrangement, each unit cell of a corresponding optical element has six surfaces of refractive micro-optic components whose respective surface normals are different from the first surface normal of the substrate. As a result, a sixfold emission characteristic of the optical element is achieved in this exemplary case.

In den oben beschriebenen optischen Elementen können die refraktiven Mikrooptikkomponenten zueinander beabstandet oder aneinander angrenzend sein. Durch eine entsprechende Ausbildung des optischen Elementes kann das optische Element an unterschiedliche Lichtquellen angepasst werden. Beispielsweise kann durch eine Beabstandung der refraktiven Mikrooptikkomponenten zueinander erreicht werden, dass ein Teil des von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichtes durch das optische Element ungebrochen transmittiert, wohingegen ein anderer Teil des von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichtes durch die entsprechenden refraktiven Mikrooptikkomponenten des optischen Elementes gebrochen wird. Folglich wird ein Teil des von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichtes durch das optische Element transmittiert, wohingegen ein anderer Teil des von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichtes gebrochen und somit abgelenkt wird.In the optical elements described above, the refractive micro-optic components may be spaced apart or adjacent to each other. By an appropriate design of the optical element, the optical Element adapted to different light sources. For example, spacing of the refractive micro-optic components relative to one another may result in part of the light emitted by the light source being transmitted through the optical element unbroken, whereas another part of the light emitted by the light source is refracted by the corresponding refractive micro-optical components of the optical element. Consequently, a part of the light emitted from the light source is transmitted through the optical element, whereas a different part of the light emitted from the light source is refracted and thus deflected.

Bei den oben beschriebenen optischen Elementen können die Elementarzellen zueinander beabstandet oder aneinander angrenzend sein. Durch eine entsprechende Ausbildung eines optischen Elementes kann dieses an unterschiedliche Geometrien und Formen von Lichtquellen angepasst werden, und weiterhin können unterschiedliche Lichtabstrahlcharakteristiken entsprechender optischer Elemente erreicht werden.In the above-described optical elements, the unit cells may be spaced apart from each other or adjacent to each other. By appropriate design of an optical element, this can be adapted to different geometries and shapes of light sources, and furthermore different light emission characteristics of corresponding optical elements can be achieved.

Bei den oben beschriebenen optischen Elementen können das Substrat und die refraktiven Mikrooptikkomponenten aus Glas oder Kunststoff gebildet sein. Das Substrat und die refraktiven Mikrooptikkomponenten können auch aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein. So kann beispielsweise das Substrat aus Glas geformt sein, wohingegen die refraktiven Mikrooptikkomponenten aus Kunststoff gebildet sind. Im Allgemeinen können sowohl das Substrat als auch die refraktiven Mikrooptikkomponenten aus jeglichem optisch durchlässigen Material gebildet sein.In the above-described optical elements, the substrate and the refractive micro-optic components may be formed of glass or plastic. The substrate and the refractive micro-optic components may also be formed of different materials. For example, the substrate may be formed of glass, whereas the refractive micro-optic components are formed of plastic. In general, both the substrate and the refractive micro-optic components may be formed of any optically transmissive material.

In den oben beschriebenen optischen Elementen kann die Vielzahl der Elementarzellen auf dem Substrat periodisch oder quasi-periodisch angeordnet sein. Eine periodische Anordnung der entsprechenden Elementarzellen ist vorteilhaft für eine einfache Herstellung eines entsprechenden optischen Elementes. Bei eine quasi-periodischen Anordnung der Elementarzellen und somit der entsprechenden in den Elementarzellen angeordneten refraktiven Mikrooptikkomponenten können beispielsweise im Zentrum des optischen Elementes weniger Elementarzellen angeordnet sein als im Randbereich des optischen Elementes. Auch können andersherum im Zentrum eines anderen optischen Elementes mehr Elementarzellen und somit mehr refraktive Mikrooptikkomponenten angeordnet sein als in Randbereichen dieses optischen Elementes. Durch entsprechende Anordnungen lässt sich innerhalb gewisser Grenzen einstellen, in welchem Umfang welche Winkeländerungen des Lichtfeldes, das von der Lichtquelle ausgestrahlt wird, dem Lichtfeld aufgeprägt wird, bzw. welcher Lichtstromanteil unbeeinflusst durch die Komponente treten soll.In the above-described optical elements, the plurality of unit cells may be arranged on the substrate periodically or quasi-periodically. A periodic arrangement of the corresponding unit cells is advantageous for a simple production of a corresponding optical element. In the case of a quasi-periodic arrangement of the unit cells and thus of the corresponding refractive micro-optic components arranged in the unit cells, fewer unit cells may, for example, be arranged in the center of the optical element than in the edge region of the optical element. On the other hand, in the center of another optical element, more unit cells and thus more refractive micro-optic components can be arranged, as in peripheral areas of this optical element. By appropriate arrangements can be adjusted within certain limits, to which extent which angle changes of the light field, which is emitted by the light source, the light field is impressed, or which luminous flux should be unaffected by the component.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug offenbart, wobei die Beleuchtungsvorrichtung eine Lichtquelle, eines der oben beschriebenen optischen Elemente und eine Abbildungseinrichtung umfasst. Dabei ist das optische Element zwischen der Lichtquelle und der Abbildungseinrichtung angeordnet. Bei der Lichtquelle kann es sich beispielsweise um eine Multi-LED-Lichtquelle handeln, bei der mehrere LEDs entweder linear oder in einem Gitter angeordnet sind. Auch kann es sich bei der Lichtquelle um eine Glühlampe mit einem oder mit mehreren Glühdrähten handeln. Auch kann die Lichtquelle beispielsweise eine Halogenlichtquelle sein. Die Abbildungsvorrichtung kann beispielsweise eine Linse oder mehrere Linsen sein. Die Abbildungseinrichtung ist aber nicht auf refraktive Abbildungseinrichtungen begrenzt, sondern die Abbildungseinrichtung kann auch mit reflektiven Komponenten realisiert werden. So kann beispielsweise die Abbildungseinrichtung ein Spiegelsystem zum Abbilden der Lichtquelle sein.According to another aspect of the present invention, a lighting device, in particular for a motor vehicle, is disclosed, wherein the lighting device comprises a light source, one of the optical elements described above, and an imaging device. In this case, the optical element between the light source and the imaging device is arranged. The light source may be, for example, a multi-LED light source in which a plurality of LEDs are arranged either linearly or in a grid. Also, the light source may be an incandescent lamp having one or more filaments. Also, the light source may be, for example, a halogen light source. The imaging device may be, for example, one or more lenses. However, the imaging device is not limited to refractive imaging devices, but the imaging device can also be realized with reflective components. For example, the imaging device may be a mirror system for imaging the light source.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:Reference to the accompanying drawings, the invention is explained in more detail below. Showing:

1 eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; 1 a lighting device according to the present invention;

2 eine Lichtverteilung, die mit einer Anordnung einer Vier-Chip-LED als Lichtquelle und einer Scheinwerferlinse als Abbildungsvorrichtung erzeugt wird, und die unerwünschten Lücken in der Lichtverteilung aufweist; 2 a light distribution generated with an arrangement of a four-chip LED as a light source and a headlight lens as an imaging device, and having undesirable gaps in light distribution;

3 die Wirkung eines optischen Elementes gemäß der vorliegenden Erfindung auf die Lichtverteilung, die mit einer Anordnung aus Vier-Chip-LED als Lichtquelle und einer Scheinwerferlinse als Lichtquelle erreicht wird; 3 the effect of an optical element according to the present invention on the light distribution achieved with an arrangement of four-chip LED as a light source and a headlight lens as a light source;

4 eine isometrische Darstellung einer Struktur, die auf einem Substrat eines optischen Elementes gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist; 4 an isometric view of a structure formed on a substrate of an optical element according to the first embodiment of the present invention;

5 eine isometrische Darstellung einer anderen Struktur, die auf einem Substrat eines optischen Elementes gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist; 5 an isometric view of another structure formed on a substrate of an optical element according to the first embodiment of the present invention;

6 eine Aufsicht einer Struktur, die auf einem Substrat eines optischen Elementes gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist; 6 a plan view of a structure formed on a substrate of an optical element according to the first embodiment of the present invention;

7 eine isometrische Darstellung einer wiederum anderen Struktur, die auf einem Substrat eines optischen Elementes gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist; 7 an isometric view of yet another structure formed on a substrate of an optical element according to the first embodiment of the present invention;

8 eine isometrische Darstellung einer Struktur, die auf einem Substrat eines optischen Elementes gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist; 8th an isometric view of a structure formed on a substrate of an optical element according to the first embodiment of the present invention;

9 eine Aufsicht einer Struktur, die auf einem Substrat eines optischen Elementes gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist; 9 a plan view of a structure formed on a substrate of an optical element according to the second embodiment of the present invention;

10 eine isometrische Darstellung einer Struktur, die auf einem Substrat eines optischen Elementes gemäß der dritten Ausführungsform gebildet ist; 10 an isometric view of a structure formed on a substrate of an optical element according to the third embodiment;

11 eine vergrößerte Ansicht der isometrischen Darstellung aus 10; 11 an enlarged view of the isometric view 10 ;

12 eine Aufsicht einer Struktur, die auf einem Substrat eines optischen Elementes gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist; 12 a plan view of a structure formed on a substrate of an optical element according to the third embodiment of the present invention;

13 eine Aufsicht einer anderen Struktur, die auf einem Substrat eines optischen Elementes gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist; 13 a plan view of another structure formed on a substrate of an optical element according to the third embodiment of the present invention;

14 eine Queransicht eines optischen Elementes gemäß der vorliegenden Erfindung. 14 a transverse view of an optical element according to the present invention.

In 1 ist eine schematische Ansicht einer Beleuchtungsvorrichtung 400 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. In 1 ist das optische Element 100 vorteilhaft zwischen der Lichtquelle 200 und der Abbildungseinrichtung 300 angeordnet. Eine bevorzugte Form eines optischen Elementes 100 ist ein refraktives Element mit deckglasförmigem Substrat, das in unmittelbarer Nähe einer Lichtquelle, so wie einer LED-Lichtquelle, und vor einer Abbildungseinrichtung, so wie der Primäroptik bzw. der Linsengruppe einer Abbildungseinrichtung, angebracht ist, so dass das optische Element 100 sehr kompakt gehalten werden kann.In 1 is a schematic view of a lighting device 400 represented according to the present invention. In 1 is the optical element 100 advantageous between the light source 200 and the imaging device 300 arranged. A preferred form of an optical element 100 is a refractory element having a cover glass-shaped substrate, which is in the immediate vicinity of a light source, such as an LED light source, and in front of an imaging device, such as the primary optics or the lens group of an imaging device attached, so that the optical element 100 can be kept very compact.

Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf diese Anordnung begrenzt, sondern das optische Element 100 kann auch beispielsweise hinter der Abbildungseinrichtung 300 angeordnet sein, so dass die Abbildungseinrichtung 300 zwischen der Lichtquelle 200 und dem optischen Element 100 angeordnet ist.However, the present invention is not limited to this arrangement, but the optical element 100 can also be behind the imaging device, for example 300 be arranged so that the imaging device 300 between the light source 200 and the optical element 100 is arranged.

2 zeigt eine Lichtverteilung, die mit einer Anordnung aus Vier-Chip-LED als Lichtquelle 200 und einer Scheinwerferlinse als Abbildungseinrichtung 300 erzeugt wird, und die unerwünschten Lücken in der Lichtverteilung aufweist. Die unerwünschten Lücken in der Lichtverteilung finden ihren Ursprung in der Beabstandung der LEDs der Vier-Chip-LED. Die in 2 gezeigten Lichtlücken sind entsprechend der Beabstandung der einzelnen LEDs vertikal angeordnet. Bei Verwendung einer Array-Chip-LED als Lichtquelle 200 weist die entsprechend erzeugte Lichtverteilung neben den vertikalen Lichtlücken auch nicht dargestellte horizontale Lichtlücken auf. 2 shows a light distribution with an arrangement of four-chip LED as the light source 200 and a headlight lens as an imaging device 300 is generated, and has the undesirable gaps in the light distribution. The unwanted gaps in the light distribution originate in the spacing of the LEDs of the four-chip LED. In the 2 shown light gaps are arranged vertically according to the spacing of the individual LEDs. When using an array chip LED as the light source 200 has the correspondingly generated light distribution in addition to the vertical gaps in space also not shown horizontal gaps in light.

In 3 ist eine Lichtverteilung dargestellt, die mit einer Anordnung aus Vier-Chip-LED als Lichtquelle 200 und einer Scheinwerferlinse als Abbildungseinrichtung 300 erzeugt ist, wobei ein optisches Element 100 gemäß der vorliegenden Erfindung zwischen der Lichtquelle 200 und der Abbildungseinrichtung 300 angeordnet ist. 3 zeigt die Wirkung eines optischen Elementes 100 gemäß der vorliegenden Erfindung auf die Lichtverteilung. Die in 2 gezeigten Lichtlücken können durch Anordnen eines optischen Elementes 100 gemäß der vorliegenden Erfindung zwischen der Lichtquelle 200 und der Abbildungseinrichtung 300 geschlossen werden. Entsprechende horizontale Lücken, die bei einer Array-Chip-LED als Lichtquelle 200 auftreten, können ebenfalls mit einem optischen Elemente 100 gemäß der vorliegenden Erfindung geschlossen werden.In 3 is a light distribution shown with an arrangement of four-chip LED as a light source 200 and a headlight lens as an imaging device 300 is generated, wherein an optical element 100 according to the present invention between the light source 200 and the imaging device 300 is arranged. 3 shows the effect of an optical element 100 according to the present invention on the light distribution. In the 2 shown light gaps can by arranging an optical element 100 according to the present invention between the light source 200 and the imaging device 300 getting closed. Corresponding horizontal gaps, which in the case of an array chip LED as the light source 200 can also occur with an optical elements 100 be closed in accordance with the present invention.

4 zeigt eine isometrische Ansicht einer Struktur 102, die auf einem Substrat 101 eines optischen Elementes 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist. Die Struktur 102 ist aus einer Vielzahl identisch ausgebildeter Elementarzellen 10 gebildet, wobei in jeder Elementarzelle 10 eine refraktive Mikrooptikkomponenten 1 angeordnet ist. Die in 4 gezeigten refraktiven Mikrooptikkomponenten 1, die in den entsprechenden Elementarzellen 10 angeordnet sind, weisen eine vierzählige Symmetrie auf, das heißt, dass die refraktiven Mikrooptikkomponenten 1 vier Flächen aufweisen, deren jeweilige Flächennormalen sich von einer ersten Flächennormale des Substrates unterscheiden. Die in 4 gezeigte Struktur 102 des Substrates 101 des optischen Elementes 100 ist hochsymmetrisch, und durch solch eine Anordnung kann die Herstellung des Masters, der ein Negativ der entsprechenden Struktur 102 ist, in zwei gleichartigen Bearbeitungsschritten erleichtert werden. 4 shows an isometric view of a structure 102 on a substrate 101 an optical element 100 is formed according to a first embodiment of the present invention. The structure 102 is made up of a large number of identically designed unit cells 10 formed, wherein in each unit cell 10 a refractive micro-optic component 1 is arranged. In the 4 shown refractive micro-optic components 1 in the appropriate unit cells 10 are arranged, have a vierzählige symmetry, that is, that the refractive micro-optic components 1 have four surfaces whose respective surface normals differ from a first surface normal of the substrate. In the 4 shown structure 102 of the substrate 101 of the optical element 100 is highly symmetric, and by such an arrangement, the production of the master, which is a negative of the corresponding structure 102 is facilitated in two similar processing steps.

In der in 4 gezeigten Struktur 102 grenzen die einzelnen Elementarzellen 10 und die einzelnen refraktiven Mikrooptikkomponenten 1 aneinander. Jedoch ist die vorliegende Ausführungsform und die vorliegende Erfindung nicht hierauf begrenzt. Vielmehr können die jeweiligen Elementarzellen 10 voneinander beabstandet sein, so dass auch die in den Elementarzellen 10 angeordneten refraktiven Mikrooptikkomponenten 1 voneinander beabstandet sind. Die Anordnung der Elementarzellen 10 auf dem Substrat 101 kann symmetrisch oder quasi-symmetrisch sein.In the in 4 shown structure 102 border the individual unit cells 10 and the individual refractive micro-optic components 1 together. However, the present embodiment and the present invention are not limited thereto. Rather, the respective unit cells 10 be spaced apart, so that in the unit cells 10 arranged refractive micro-optic components 1 spaced apart from each other. The arrangement of the unit cells 10 on the substratum 101 may be symmetric or quasi-symmetric.

5 zeigt eine weitere Struktur 102, die auf einem Substrat 101 eines optisches Elementes 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist. In 5 weisen die jeweiligen refraktiven Mikrooptikkomponenten 1 in den jeweiligen Elementarzellen 10 eine dreizählige Symmetrie auf. Dadurch wird erreicht, dass ein von einer Lichtquelle 200 emittiertes Lichtfeld, das durch ein optisches Element 100 transmittiert, wobei das optische Element 100 eine Struktur 102 wie in 5 gezeigt aufweist, nach Durchstrahlen des optischen Elementes 100 eine dreizählige Symmetrie aufweist. Folglich weist die Struktur 102, die in 5 dargestellt ist, eine dreizählige Winkelabstrahlcharakteristik auf. 5 shows another structure 102 on a substrate 101 an optical element 100 is formed according to the first embodiment of the present invention. In 5 have the respective refractive micro-optic components 1 in the respective unit cells 10 a threefold symmetry. This will accomplish that one of a light source 200 emitted light field through an optical element 100 transmitted, wherein the optical element 100 a structure 102 as in 5 shown after passing through the optical element 100 has a threefold symmetry. Consequently, the structure has 102 , in the 5 is shown, a threefold Winkelabstrahlcharakteristik on.

In 6 ist eine Aufsicht einer Struktur 102, die auf einem Substrat 101 eines optischen Elements 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist, darstellt. Die in 6 gezeigte Struktur besteht aus einer Vielzahl identisch ausgebildeter Elementarzellen 10, und in jeder Elementarzelle 10 ist eine Mikrooptikkomponente 1 angeordnet, die die Form einer Pyramide mit vierseitiger Grundfläche aufweist. Die Winkelabstrahlcharakteristik eines entsprechenden optischen Elementes 100 ist in diesem Fall vierzählig, da die in den einzelnen Elementarzellen 10 angeordneten refraktiven Mikrooptikkomponenten 1 jeweils vier Flächen aufweisen, die zweiten Flächennormale aufweisen, deren Orientierung sich jeweils von der Orientierung der ersten Flächennormalen des Substrates unterscheidet. Ein Lichtfeld, das durch ein entsprechendes optisches Element 100 durchstrahlt wird, weist nach Bestrahlung des optischen Elementes 100, wie dieses in 6 dargestellt ist, eine vierzählige Symmetrie auf.In 6 is a supervision of a structure 102 on a substrate 101 an optical element 100 is formed according to the first embodiment of the present invention. In the 6 The structure shown consists of a large number of identically designed unit cells 10 , and in each unit cell 10 is a micro-optic component 1 arranged, which has the shape of a pyramid with four-sided base. The Winkelabstrahlcharakteristik a corresponding optical element 100 is in this case fourfold, as in each elementary cell 10 arranged refractive micro-optic components 1 each having four surfaces having second surface normal whose orientation differs from the orientation of the first surface normal of the substrate. A light field created by a corresponding optical element 100 is irradiated points after irradiation of the optical element 100 like this one in 6 is shown, a fourfold symmetry.

7 zeigt eine isometrische Darstellung einer Struktur 102, die auf einem Substrat 101 eines optischen Elementes 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist. Die in 7 gezeigten refraktiven Mikrooptikkomponenten 1 sind voneinander in sowohl horizontaler als auch vertikaler Richtung beabstandet. Ein Lichtfeld, das durch ein entsprechendes optisches Element 100 strahlt, wird folglich lediglich an den Mikrooptikkomponenten gebeugt, wohingegen das Lichtfeld, das durch das Substrat 101 strahlt, an den Positionen nicht gebeugt wird, an denen keine refraktiven Mikrooptikkomponenten 1 angeordnet sind. Durch eine entsprechende Anordnung der refraktiven Mikrooptikkomponenten 10 auf dem Substrat 101 des optischen Elementes 100 kann erreicht werden, dass nicht das gesamte Lichtfeld, das von der Lichtquelle 200 ausgestrahlt wird, durch das optische Element 100 gebeugt wird. 7 shows an isometric view of a structure 102 on a substrate 101 an optical element 100 is formed according to the first embodiment of the present invention. In the 7 shown refractive micro-optic components 1 are spaced from each other in both horizontal and vertical directions. A light field created by a corresponding optical element 100 Consequently, only the micro-optic components are diffracted, whereas the light field passing through the substrate is diffracted 101 radiates, is not diffracted at the positions where no refractive micro-optic components 1 are arranged. By a corresponding arrangement of the refractive micro-optic components 10 on the substrate 101 of the optical element 100 can be achieved that not the entire light field, that of the light source 200 is emitted through the optical element 100 is bent.

8 ist eine isometrische Darstellung einer Struktur 102, die auf einem Substrat 101 eines optischen Elementes 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist. In den in 4 bis 7 gezeigten Strukturen 102 wirken die entsprechenden optischen Elemente 100 mit einem jeweiligen diskreten Wert bzw. mit jeweiligen diskreten Werten der brechenden Kante bzw. der brechenden Kanten auf das Winkelspektrum. In 8 ist eine Struktur 102 dargestellt, in der das Winkelspektrum in einer Hauptrichtung über einen kontinuierlichen Kantenverlauf beeinflusst wird. Bei den refraktiven Mikrooptikkomponenten 1, die in den jeweiligen Elementarzellen 10 angeordnet sind, erkennt man zwei plane Flächen, die eine Hauptrichtung beeinflussen, und eine gekrümmte Fläche, die die Winkelverteilung in der dazu senkrechten Hauptrichtung beeinflusst. Bei einer Struktur 102, wie diese in 8 gezeigt ist, kann beispielsweise eine Parametrisierung der gekrümmten Flächenstücke über Splines gewählt werden. 8th is an isometric representation of a structure 102 on a substrate 101 an optical element 100 is formed according to the first embodiment of the present invention. In the in 4 to 7 shown structures 102 act the corresponding optical elements 100 with a respective discrete value or with respective discrete values of the refractive edge or the refractive edges on the angle spectrum. In 8th is a structure 102 shown in which the angular spectrum is influenced in a main direction over a continuous edge course. For the refractive micro-optic components 1 that are in the respective unit cells 10 are arranged, one recognizes two flat surfaces, which influence a main direction, and a curved surface, which influences the angular distribution in the main direction perpendicular thereto. In a structure 102 like these in 8th For example, a parameterization of the curved patches can be selected via splines.

9 ist eine Aufsicht einer Struktur 102, die auf einem Substrat 101 eines optischen Elementes 100 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist. In 9 sind die jeweiligen Elementarzellen 10 rautenförmig und aneinander angrenzend ausgebildet. In jeder Elementarzelle 10 sind jeweils zwei refraktive Mikrooptikkomponenten 1 angeordnet. Die refraktiven Mikrooptikkomponenten 1 innerhalb einer Elementarzelle 10 weisen unterschiedliche Orientierungen auf. Jede Mikrooptikkomponente 1 der gezeigten Struktur 102 weist eine dreizählige Winkelabstrahlcharakteristik auf. Auf Grund der unterschiedlichen Orientierungen der einzelnen refraktiven Mikrooptikkomponenten 1 weist das optische Element 100 mit der Struktur 102, die in 9 gezeigt ist, eine sechszählige Winkelabstrahlcharakteristik auf. Die sechszählige Winkelabstrahlcharakteristik des optischen Elementes 100 ergibt sich daraus, dass die eine Hälfte der refraktiven Mikrooptikkomponenten 1, die eine dreizählige Winkelabstrahlcharakteristik aufweisen, anders orientiert ist als die andere Hälfte der refraktiven Mikrooptikkomponenten 1. Dadurch weist jede Elementarzelle 10 zwei refraktive Mikrooptikkomponenten 1 und entsprechend sechs Flächen der Mikrokomponenten 1 auf, wobei die jeweiligen Flächennormalen der sechs Flächen sich von der ersten Flächennormale des Substrates 101 unterscheiden. 9 is a supervision of a structure 102 on a substrate 101 an optical element 100 is formed according to the second embodiment of the present invention. In 9 are the respective unit cells 10 diamond-shaped and formed adjacent to each other. In every unit cell 10 each are two refractive micro-optic components 1 arranged. The refractive micro-optic components 1 within an elementary cell 10 have different orientations. Each micro-optic component 1 the structure shown 102 has a threefold Winkelabstrahlcharakteristik. Due to the different orientations of the individual refractive micro-optic components 1 has the optical element 100 with the structure 102 , in the 9 is shown, a sechzählige Winkelabstrahlcharakteristik on. The hexagonal Winkelabstrahlcharakteristik of the optical element 100 This results from the fact that one half of the refractive micro-optic components 1 , which have a threefold Winkelabstrahlcharakteristik is oriented differently than the other half of the refractive micro-optic components 1 , This shows each unit cell 10 two refractive micro-optic components 1 and correspondingly six areas of the microcomponents 1 , wherein the respective surface normals of the six surfaces of the first surface normal of the substrate 101 differ.

Eine entsprechende sechszählige Winkelabstrahlcharakteristik eines optischen Elementes 100 kann auch dadurch erreicht werden dass in einer Elementarzelle 10 lediglich eine refraktive Mikrooptikkomponente 1 angeordnet ist, die sechs Flächen aufweist, deren jeweilige Flächennormalen sich von der ersten Flächennormale des Substrates 101 unterscheidet.A corresponding hexagonal Winkelabstrahlcharakteristik an optical element 100 can also be achieved by that in a unit cell 10 only a refractive micro-optic component 1 is arranged, which has six surfaces whose respective surface normal from the first surface normal of the substrate 101 different.

Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist aber nicht darauf begrenzt, dass die jeweiligen Elementarzellen 10 aneinander angrenzen, sondern die jeweiligen Elementarzellen 10 können voneinander beabstandet sein. Auch können die dargestellten refraktiven Mikrooptikkomponenten 1 aneinander angrenzend sein, oder können, wie dargestellt, voneinander beabstandet sein. However, the second embodiment of the present invention is not limited to that of the respective unit cells 10 adjacent to each other, but the respective unit cells 10 can be spaced apart from each other. Also, the illustrated refractive micro-optic components 1 be adjacent to each other, or may be spaced apart as shown.

10 ist eine isometrische Darstellung einer Struktur 102, die auf einem Substrat 101 eines optischen Elementes 100 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist. 11 ist eine entsprechende vergrößerte Darstellung der isometrischen Darstellung von 10. Die Struktur 102 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist aus aneinander angrenzenden Elementarzellen 10 gebildet, wobei jede Elementarzelle 10 aus vier Teilzellen 9 besteht. In jeder Teilzelle 9 ist eine refraktive Mikrooptikkomponente 1 angeordnet. In dem in 10 und 11 gezeigten Beispiel ist in jeder Teilzelle 9 eine vierzählige refraktive Mikrooptikkomponente 1 angeordnet. Die dritte Ausführungsform ist aber nicht darauf begrenzt, dass die jeweiligen refraktiven Mikrooptikkomponenten 1 eine vierzählige Symmetrie aufweisen, sondern die jeweiligen refraktiven Mikrooptikkomponenten 1 können eine zwei- oder drei- oder sechszählige Symmetrien aufweisen. In der in 10 und 11 gezeigten Struktur 102 besteht die Elementarzelle 10 aus vier Teilzellen 9, wobei drei der Teilzellen 9 gleich ausgebildet sind, wohingegen die vierte Teilzelle 9 der Elementarzelle 10 eine andere Geometrie und Größe aufweist. Bei den in 10 und 11 gezeigten Strukturen 102 handelt es sich um Strukturen, die das Einstellen zweier unterschiedlicher Winkelwerte für jeweils eine Raumrichtung erlaubt. Somit bietet eine entsprechende Struktur 102 aus optischer Sicht erweiterte Gestaltungsmöglichkeiten. In den in 10 und 11 gezeigten Strukturen 102 sind drei der vier Teilzellen 9 gelichartig gestaltete, so dass eine anteilig höhere Beeinflussung des Winkelspektrums durch die brechenden Flächen dieser Art Teilzelle 9 erfolgt. Durch eine solche geometrische Aufteilung und durch eventuelle Beabstandungen innerhalb der Elementarzelle 10 bzw. der Wiederholeinheiten zueinander lässt sich innerhalb gewisser Grenzen einstellen, in welchem Umfang welche Winkelveränderungen aufgeprägt werden, bzw. welcher Lichtstromanteil unbeeinflusst durch das optische Element 100 tritt. 10 is an isometric representation of a structure 102 on a substrate 101 an optical element 100 is formed according to the third embodiment of the present invention. 11 is a corresponding enlarged view of the isometric representation of 10 , The structure 102 according to the third embodiment of the present invention is made of adjoining unit cells 10 formed, each unit cell 10 from four sub-cells 9 consists. In every subcell 9 is a refractive micro-optic component 1 arranged. In the in 10 and 11 Example shown is in each subcell 9 a fourfold refractive micro-optic component 1 arranged. However, the third embodiment is not limited to that of the respective refractive micro-optic components 1 have a vierzählige symmetry, but the respective refractive micro-optic components 1 may have a two or three or sixteen symmetry. In the in 10 and 11 shown structure 102 consists of the unit cell 10 from four sub-cells 9 where three of the sub-cells 9 are formed the same, whereas the fourth subcell 9 the unit cell 10 has a different geometry and size. At the in 10 and 11 shown structures 102 These are structures that allow the setting of two different angle values for each spatial direction. Thus, provides an appropriate structure 102 optically expanded design options. In the in 10 and 11 shown structures 102 are three of the four subcells 9 designed so that a proportionately higher influence of the angular spectrum by the refracting surfaces of this kind subcell 9 he follows. By such a geometric division and by possible spacings within the unit cell 10 or the repeat units to each other can be adjusted within certain limits, to which extent which angular changes are impressed, or which luminous flux component unaffected by the optical element 100 occurs.

12 zeigt eine andere Struktur 102, die auf einem Substrat 101 eines optischen Elementes 100 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist. Jede Elementarzelle 10 weist zwei Teilzellen 9 auf. In den zwei Teilzellen 9 einer Elementarzelle 10 sind jeweils zwei refraktive Mikrooptikkomponenten 1 mit dreizähliger Symmetrie angeordnet. Dabei sind die refraktiven Mikrooptikkomponenten 1 einer Teilzelle 9 in dieser Teilzelle 9 anders angeordnet als refraktive Mikrooptikkomponenten 1 in der anderen Teilzelle 9 der Elementarzell 10. Die in 12 gezeigte Struktur 102, die auf dem Substrat 101 des optischen Elementes 100 gebildet ist, führt dazu, dass das optische Element 100 eine sechszählige Winkelabstrahlcharakteristik aufweist. Entsprechende Gestaltungsmöglichkeiten der Struktur 102 sind nützlich, um ein vorgegebenes Verhältnis zwischen beeinflusstem Lichtstrom und Lichtstrom mit unveränderter Winkelverteilung einstellen zu können. Des Weiteren können sich Vorgaben an die zwischen den refraktiv wirksamen Elementen zu wählenden Beabstandungen aus den Erfordernissen der mikroskopischen Fertigung ergeben, die bestimmte kanalartige Strukturen mit planer Oberfläche günstig erscheinen lässt, um Bearbeitungswerkzeuge an die eigentlichen Strukturen heranführen zu können. 12 shows a different structure 102 on a substrate 101 an optical element 100 is formed according to the third embodiment of the present invention. Each unit cell 10 has two subcells 9 on. In the two subcells 9 an elementary cell 10 each are two refractive micro-optic components 1 arranged with threefold symmetry. Here are the refractive micro-optic components 1 a subcell 9 in this subcell 9 arranged differently than refractive micro-optic components 1 in the other subcell 9 the unit cell 10 , In the 12 shown structure 102 that on the substrate 101 of the optical element 100 is formed, causes the optical element 100 has a sechzählige Winkelabstrahlcharakteristik. Corresponding design possibilities of the structure 102 are useful to set a predetermined ratio between the affected luminous flux and luminous flux with unchanged angular distribution can. Furthermore, prescriptions can result from the spacings to be selected between the refractively effective elements from the requirements of microscopic production, which makes certain channel-like structures with a flat surface look favorable in order to be able to introduce processing tools to the actual structures.

13 zeigt eine Struktur 102, die auf einem Substrat 101 eines optischen Elementes 100 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet ist. Die in 13 gezeigte Struktur 102 ist durch Elementarzellen 10 gebildet, wobei jede Elementarzelle 10 aus zwei Teilzellen 9 gebildet ist. Die einzelnen Elementarzellen 10 sind voneinander beabstandet. In den jeweiligen Teilzellen 9 sind jeweils zwei refraktive Mikrooptikkomponenten 1 mit jeweils dreizähliger Symmetrie angeordnet. In einer ersten Teilzelle 9 einer Elementarzelle 10 sind die refraktiven Mikrooptikkomponenten 1 voneinander beabstandet, wohingegen die zwei Mikrooptikkomponenten 1 der anderen Teilzelle 9 der Elementarzelle 10 an einer anderen Position der Teilzelle 9 angeordnet sind, und wobei die entsprechenden refraktiven Mikrooptikkomponenten 1 eine andere Beabstandung aufweisen. Auch die in 13 gezeigte Struktur 102 erzeugt eine sechszählige Ausgangswinkelverteilung, mit der eine transversal isotrope Beeinflussung der Ausgangswinkelverteilung in guter Näherung verwirklicht werden kann. Man erkennt an 13 gut, welche Gestaltungsmöglichkeiten sich ergeben, um Belange der mikroskopischen Fertigung einfließen zu lassen. Die kanalartigen Strukturen können auf fertigungstechnisch günstige Verfahrwege des Bearbeitungskopfes abgestimmt werden. 13 shows a structure 102 on a substrate 101 an optical element 100 is formed according to the third embodiment of the present invention. In the 13 shown structure 102 is by unit cells 10 formed, each unit cell 10 from two subcells 9 is formed. The individual unit cells 10 are spaced from each other. In the respective subcells 9 each are two refractive micro-optic components 1 each arranged with threefold symmetry. In a first subcell 9 an elementary cell 10 are the refractive micro-optic components 1 spaced apart, whereas the two micro-optic components 1 the other subcell 9 the unit cell 10 at another position of the subcell 9 are arranged, and wherein the corresponding refractive micro-optic components 1 have a different spacing. Also in 13 shown structure 102 generates a hexadecimal output angle distribution with which a transversally isotropic influence of the output angle distribution can be realized to a good approximation. One recognizes 13 well, what design options arise to incorporate issues of microscopic manufacturing. The channel-like structures can be matched to manufacturing technology favorable travel paths of the machining head.

In 14 ist ein Querschnitt eines optischen Elementes 100 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Aus 14 ist die Gestaltung des optischen Elementes 100 gut zu sehen. Auf dem Substrat 101 des optischen Elementes 100 ist eine Struktur 102 gebildet. Es ist zu beachten, dass die in 14 dargestellten Größen nicht maßstabsgerecht sind.In 14 is a cross section of an optical element 100 represented according to the present invention. Out 14 is the design of the optical element 100 good to see. On the substrate 101 of the optical element 100 is a structure 102 educated. It should be noted that the in 14 shown sizes are not to scale.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11: refraktive Mikroopfikkomponenterefractive microepiped component
99: Teilzellesubcell
1010: Elementarzelleunit cell
100100: optisches Elementoptical element
101101: Substratsubstratum
102102: Strukturstructure
200200: Lichtquellelight source
300300: Abbildungseinrichtungimaging device
400400: Beleuchtungsvorrichtunglighting device

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005041234 A1 [0002]

Claims

An optical element ( 100 ) for expanding a light distribution of a lighting device, comprising an optically transmissive substrate ( 101 ) with a first surface normal, wherein on the substrate ( 101 ) a structure ( 102 ), the structure ( 102 ) from a multiplicity of identically designed unit cells ( 10 ), where in each unit cell ( 10 ) at least one refractive micro-optic component ( 1 ), which has at least one surface with at least one second surface normal whose orientation differs from the orientation of the first surface normal of the substrate ( 102 ) is different.

The optical element ( 100 ) according to claim 1, wherein each unit cell ( 10 ) at least two subcells ( 9 ), and wherein in each subcell ( 9 ) at least one refractive micro-optic component ( 1 ) is arranged.

The optical element ( 100 ) according to claim 1, wherein each unit cell ( 10 ) at least two subcells ( 9 ), and wherein in each subcell ( 9 ) at least two refractive micro-optic components ( 1 ) are arranged.

The optical element ( 10 ) according to any one of claims 1 to 3, wherein each refractive micro-optic component ( 1 ) N faces, and wherein the refractive micro-optic components ( 1 ) on the structure ( 102 ) M have different orientations, so that the optical element ( 100 ) has an n-fold angular radiation characteristic, where n is the product of the number N of surfaces of each micro-optic component ( 1 ) and the number M of different orientations of the refractive micro-optic components ( 1 ).

The optical element ( 100 ) according to claim 4, wherein n is two or three or four or six, so that the optical element ( 100 ) correspondingly has a bidentate or a threefold or a fourfold or a sixfold Winkelabstrahlcharakteristik.

The optical element ( 100 ) according to one of claims 1 to 5, wherein the surface or the surfaces of the refractive micro-optic component ( 1 ) is designed plan or curved.

The optical element ( 100 ) according to one of claims 3 to 6, wherein in a subcell ( 9 ) the refractive micro-optic components ( 1 ) are oriented differently.

The optical element ( 100 ) according to one of claims 3 to 7, wherein the refractive micro-optic components ( 1 ) are spaced from each other or adjacent to each other.

The optical element ( 100 ) according to any one of claims 2 to 8, wherein in the at least two sub-cells ( 9 ) the refractive micro-optic components ( 1 ) are arranged differently oriented.

The optical element ( 100 ) according to any one of claims 1 to 9, wherein the unit cells ( 10 ) are spaced from each other or the unit cells ( 20 ) adjoin one another.

The optical element ( 100 ) according to any one of claims 1 to 10, wherein the substrate ( 101 ) and the refractive micro-optic components ( 1 ) are made of glass or plastic.

The optical element ( 100 ) according to one of claims 1 to 11, wherein the plurality of identically formed unit cells ( 10 ) on the substrate ( 102 ) are arranged periodically or quasi-periodically.

Lighting device ( 400 ), in particular for a motor vehicle, comprising - a light source ( 200 ); An optical element ( 100 ) according to any one of claims 1 to 12; and - an imaging device ( 300 ), wherein the optical element ( 100 ) between the light source ( 200 ) and the imaging device ( 300 ) is arranged.