DE102012209013B4 - Optical element and a light module - Google Patents

Optical element and a light module Download PDF

Info

Publication number
DE102012209013B4
DE102012209013B4 DE102012209013.4A DE102012209013A DE102012209013B4 DE 102012209013 B4 DE102012209013 B4 DE 102012209013B4 DE 102012209013 A DE102012209013 A DE 102012209013A DE 102012209013 B4 DE102012209013 B4 DE 102012209013B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
base
optical
optical element
rotation
axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102012209013.4A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102012209013A1 (en
Inventor
Hubert Zwick
Hermann Kellermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Marelli Automotive Lighting Reutlingen Germany GmbH
Original Assignee
Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Automotive Lighting Reutlingen GmbH filed Critical Automotive Lighting Reutlingen GmbH
Priority to DE102012209013.4A priority Critical patent/DE102012209013B4/en
Publication of DE102012209013A1 publication Critical patent/DE102012209013A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102012209013B4 publication Critical patent/DE102012209013B4/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/04—Simple or compound lenses with non-spherical faces with continuous faces that are rotationally symmetrical but deviate from a true sphere, e.g. so called "aspheric" lenses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/10—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source
    • F21S41/14—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by the light source characterised by the type of light source
    • F21S41/141—Light emitting diodes [LED]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/20—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
    • F21S41/25—Projection lenses
    • F21S41/255—Lenses with a front view of circular or truncated circular outline
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/20—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by refractors, transparent cover plates, light guides or filters
    • F21S41/25—Projection lenses
    • F21S41/265—Composite lenses; Lenses with a patch-like shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S41/00—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps
    • F21S41/30—Illuminating devices specially adapted for vehicle exteriors, e.g. headlamps characterised by reflectors
    • F21S41/32—Optical layout thereof
    • F21S41/321—Optical layout thereof the reflector being a surface of revolution or a planar surface, e.g. truncated

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

Refraktives optisches Element (10, 40, 50, 60, 110) zur Formung eines Lichtbündels,mit einem rotationssymmetrischen Grundkörper (24),welcher aus einem optischen Linsenmaterial ausgebildet ist, und welcher eine optische Achse (14) aufweist,wobei der Grundkörper (24) als Rotationskörper einer Rotationsbasisfläche (16) um die optische Achse (14) ausgebildet ist,wobei die Rotationsbasisfläche (16) spiegelsymmetrisch zu einer Basissymmetrieachse (22) ist,wobei die Basissymmetrieachse (22) einen nichtverschwindenden Basiskippwinkel (φ) mit der optischen Achse (14) derart einschließt,dass sich die optische Achse (14) und die Basissymmetrieachse (22) in einem optischen Zentrum (12) schneiden,dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsbasisfläche (16) derart ausgebildet ist, dass von dem Grundkörper (24) eine von einer im optischen Zentrum (12) angeordneten gedachten Punktlichtquelle ausgestrahlte Lichtverteilung in ein von Randstrahlen (31) begrenztes Ausgangslichtbündel abbildbar ist, dessen Randstrahlen (31) eine Mehrzahl von Kegelmantelflächen (64-69) bilden,welche sich in drei voneinander abweichenden Brennlinien schneiden.Refractive optical element (10, 40, 50, 60, 110) for forming a light beam, with a rotationally symmetrical base body (24) which is made of an optical lens material and which has an optical axis (14), the base body (24 ) is designed as a body of revolution of a rotation base surface (16) about the optical axis (14), the rotation base surface (16) being mirror-symmetrical to a base symmetry axis (22), the base symmetry axis (22) having a non-vanishing base tilt angle (φ) with the optical axis ( 14) in such a way that the optical axis (14) and the base symmetry axis (22) intersect in an optical center (12), characterized in that the rotation base surface (16) is designed such that one of the base body (24) a light distribution emitted in an imaginary point light source arranged in the optical center (12) can be imaged in an output light bundle delimited by marginal rays (31) t, the edge rays (31) of which form a plurality of conical lateral surfaces (64-69) which intersect in three focal lines which differ from one another.

Description

Die Erfindung betrifft ein refraktives optisches Element zur Formung eines Lichtbündels und ein Leuchtmodul mit einem refraktivem optischen Element.The invention relates to a refractive optical element for forming a light beam and a light module with a refractive optical element.

Refraktive optische Elemente dienen dazu, Licht zu kollimieren beziehungsweise Lichtbündel zu formen. Sie finden beispielsweise in Leuchtmodulen, Scheinwerfern oder sonstigen Beleuchtungseinrichtungen Verwendung.Refractive optical elements are used to collimate light or to form light beams. They are used, for example, in light modules, headlights or other lighting devices.

Bekannte, konventionelle refraktive optische Elemente sind beispielsweise Linsen, welche einen Linsenkörper und in der Regel eine optische Achse aufweisen. Sammellinsen weisen dabei die wesentliche Eigenschaft auf, Lichtbündel parallel zur optischen Achse auf einen Brennpunkt auf der optischen Achse zu konstruieren. Zerstreuungslinsen formen ein Parallellichtbündel in ein divergierendes Lichtbündel um.Known, conventional refractive optical elements are, for example, lenses which have a lens body and generally have an optical axis. Collective lenses have the essential property of constructing light bundles parallel to the optical axis at a focal point on the optical axis. Scattering lenses transform a parallel light beam into a diverging light beam.

Für manche Anwendungen kann es jedoch wünschenswert sein, ein Lichtbündel parallel zu einer optischen Achse in einen Bereich zu konzentrieren, welcher nicht auf der optischen Achse liegt (also keinen Brennpunkt formt), jedoch ebenfalls eine wohldefinierte Begrenzung aufweist. Solche im Folgenden nichttrivial genannte Lichtverteilungen ermöglichen beispielsweise neuartige Beleuchtungskonzepte und maßgeschneiderte Spot-Formen.For some applications, however, it may be desirable to concentrate a light bundle parallel to an optical axis in a region that is not on the optical axis (that is, does not form a focal point), but also has a well-defined limitation. Such light distributions, which are not called trivial in the following, enable, for example, novel lighting concepts and tailor-made spot shapes.

Um dies mit konventionellen Linsen zu erzielen, sind meist vergleichsweise aufwändige Anordnungen mit mehreren Linsen, mit Lichtleitern, mit Prismen und/oder mit Spiegeln beziehungsweise Reflektoren erforderlich. Solche Lösungen sind aufgrund der Vielzahl der Komponenten und der Komplexität des Aufbaus oftmals teuer. Ferner weisen solche Anordnungen in der Regel eine unerwünschte Dämpfung für das durchtretende Licht auf und können daher die optische Effizienz einer Beleuchtungseinrichtung mit einer solchen Anordnung verringern.To achieve this with conventional lenses, comparatively complex arrangements with several lenses, with light guides, with prisms and / or with mirrors or reflectors are usually required. Such solutions are often expensive due to the large number of components and the complexity of the structure. Furthermore, such arrangements generally have an undesired attenuation for the light passing through and can therefore reduce the optical efficiency of a lighting device with such an arrangement.

In den Druckschriften US 6 361 191 B1 , DE 29 15 453 A1 , DD 21 907 A1 , US 3 711 722 A und US 5 592 286 A sind optische Elemente mit Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 beschrieben.In the pamphlets US 6 361 191 B1 , DE 29 15 453 A1 , DD 21 907 A1 , US 3,711,722 and US 5,592,286 A optical elements are described with features of the preamble of claim 1.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, auf einfache Weise die oben angesprochenen nichttrivialen Lichtverteilungen zu erzeugen und nutzbar zu machen.The object of the present invention is therefore to generate and utilize the non-trivial light distributions mentioned above in a simple manner.

Diese Aufgabe wird durch ein refraktives optisches Element nach Anspruch 1, sowie durch ein Leuchtmodul nach Anspruch 9 gelöst.This object is achieved by a refractive optical element according to claim 1 and by a lighting module according to claim 9.

Dabei ist die Rotationsbasisfläche derart ausgebildet, dass von dem Grundkörper eine von einer gedachten, im optischen Zentrum angeordneten, annähernd punktförmigen Lichtquelle ausgestrahlte Lichtverteilung in ein von gedachten Randstrahlen begrenztes Ausgangslichtbündel abbildbar sind, dessen Randstrahlen eine Mehrzahl von Kegelmantelflächen bilden und sich in drei voneinander abweichenden Brennlinien schneiden.The base of the rotation surface is designed such that a light distribution emitted by an imaginary, approximately punctiform light source, which is arranged in the optical center, can be imaged into an output light bundle delimited by imaginary marginal rays, the marginal rays of which form a plurality of conical lateral surfaces and form in three focal lines that differ from one another to cut.

Dieses erfindungsgemäße optische Element ermöglicht es, ein divergierendes Lichtbündel in eine „konzentrierte“ Lichtverteilung, insbesondere in einen begrenzten Raumwinkelbereich abzubilden. Grundsätzlich wird dabei jedes von dem optischen Zentrum ausgestrahlte Lichtbündel, insbesondere auch ein divergierendes Lichtbündel, in einen definierten, von Kegelmantelflächen begrenzten Raumwinkelbereich abgelenkt. Es handelt sich insofern um ein unkonventionelles refraktives optisches Element der eingangs angesprochenen Art, welches entsprechend definierte Abbildungseigenschaften aufweist und so die eingangs genannte Aufgabe auf einfache Weise löst.This optical element according to the invention makes it possible to image a diverging light bundle in a “concentrated” light distribution, in particular in a limited solid angle range. Basically, each light beam emitted by the optical center, in particular also a diverging light beam, is deflected into a defined solid angle area delimited by conical surface areas. In this respect, it is an unconventional refractive optical element of the type mentioned at the outset, which has correspondingly defined imaging properties and thus solves the task mentioned at the outset in a simple manner.

Bei dem erfindungsgemäßen optischen Element ist das Bild einer Punktlichtquelle durch mehrere Kegelmantelflächen begrenzt. Insbesondere kann eine im Wesentlichen homogene Lichtabstrahlung in einen Halbraum (wie sie beispielsweise von einer LED abgegeben wird) in eine „konzentrierte“ Lichtverteilung, das heißt eine auf einen bestimmten Raumwinkelbereich begrenzte Lichtverteilung abgebildet werden.In the optical element according to the invention, the image of a point light source is limited by a plurality of conical lateral surfaces. In particular, an essentially homogeneous light radiation into a half-space (such as that emitted by an LED, for example) can be mapped into a “concentrated” light distribution, that is to say a light distribution limited to a specific solid angle range.

Mit dem optischen Element ist es möglich, den Lichtstrom einer gedachten, im optischen Zentrum angeordneten Lichtquelle, zwischen verschiedenen Kegelmantelflächen aufzuteilen. Außerdem ist es möglich, dass verschiedene gedachte Teillichtbündel des Ausgangslichtbündels zwischen verschiedenen Kegelmantelflächen von verschiedenen Lichtströmen gespeist werden.With the optical element it is possible to divide the luminous flux of an imaginary light source arranged in the optical center between different conical surface areas. It is also possible for different imaginary partial light beams of the output light beam to be fed between different conical surface areas by different light fluxes.

Im vorliegenden Sinne kann eine „konzentrierte“ Lichtverteilung zwar als Ganzes in Bezug auf die optische Achse des optischen Elements divergent sein, jedoch in sich, insbesondere bezüglich der Basissymmetrieachse, konvergente Teillichtbündel aufweisen. Dabei ist es nicht ausgeschlossen, dass neben den genannten, durch Kegelmantelflächen begrenzten Bündeln auch noch andere Ausgangslichtbündel entstehen. Beispielsweise können je nach Ausgestaltung des Grundkörpers auch noch Zentrallichtbündel um die optische Achse ausgebildet werden.In the present sense, a “concentrated” light distribution as a whole can be divergent with respect to the optical axis of the optical element, but it can have convergent partial light bundles, in particular with respect to the basic symmetry axis. It is not excluded that, in addition to the bundles mentioned, which are delimited by conical surface areas, other output light bundles also arise. For example, depending on the configuration of the base body, central light beams can also be formed around the optical axis.

Unter einem Rotationskörper werden im vorliegenden Fall Körper verstanden, die durch Rotation einer erzeugenden Kurve - hier die Rotationsbasisfläche - um eine Rotationsachse - hier die optische Achse - gebildet werden. Die erzeugende Kurve liegt dabei ebenso wie die Rotationsachse in einer gemeinsamen Ebene. Das refraktive optische Element weist einen rotationssymmetrischen Grundkörper auf. Damit ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass das optische Element als Ganzes zusätzlich weitere optisch aktive, das heißt refraktiv wirksame Materialbereiche, aufweist, welche die Rotationssymmetrie der Gesamtheit des refraktiven optischen Elements brechen.In the present case, a body of revolution is understood to mean bodies which, by rotating a generating curve - here the base of rotation - around an axis of rotation - here the optical axis - be formed. The generating curve, like the axis of rotation, lies in a common plane. The refractive optical element has a rotationally symmetrical base body. However, this does not rule out the fact that the optical element as a whole additionally has further optically active, that is to say refractive, material regions which break the rotational symmetry of the entirety of the refractive optical element.

Aufgrund ihrer Spiegelsymmetrie ist die Rotationsbasisfläche derart ausgebildet, dass ein durch Rotation der Rotationsbasisfläche um ihre Basissymmetrieachse erzeugter Rotationskörper (im Folgenden „Basislinse“ genannt) selbst definierte, refraktive optische Eigenschaften aufweist und insbesondere Linseneigenschaften hat.Because of its mirror symmetry, the rotation base surface is designed in such a way that a rotation body (hereinafter referred to as “base lens”) generated by rotation of the rotation base surface about its base symmetry axis has self-defined, refractive optical properties and in particular has lens properties.

Der Grundkörper weist um die optische Achse- je nach Form der Rotationsgrundfläche - eine mehr oder weniger kegelförmige Zentralausnehmungen auf. Diese kegelartige Zentralausnehmung hat einen Öffnungswinkel, welcher im Wesentlichen durch den Basiskippwinkel φ bestimmt wird. The base body has a more or less conical central recesses around the optical axis, depending on the shape of the rotation base. This conical central recess has an opening angle, which is essentially determined by the base tilt angle φ is determined.

Dies gilt insbesondere dann, wenn die Rotationsgrundfläche eine dem optischen Zentrum zugewandte gerade Begrenzungslinie aufweist.This applies in particular if the surface of the rotation has a straight boundary line facing the optical center.

Aufgrund der Zentralausnehmung ist es möglich, das erfindungsgemäße optische Element über einer beispielsweise im optischen Zentrum angeordneten Lichtquelle derart anzuordnen, dass ein Großteil des von der gedachten Lichtquelle ausgesandten Lichtes mit dem optischen Element aufgefangen werden kann. Somit ermöglicht das erfindungsgemäße optische Element die Konstruktion von Beleuchtungseinrichtungen mit hoher optischer Effizienz.Because of the central recess, it is possible to arrange the optical element according to the invention above a light source arranged, for example, in the optical center in such a way that a large part of the light emitted by the imaginary light source can be collected with the optical element. The optical element according to the invention thus enables the construction of lighting devices with high optical efficiency.

Ein als Rotationskörper ausgestalteter Grundkörper kann außerdem vorteilhaft im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Insofern ist nur darauf zu achten, dass ein aus der Rotationsbasisfläche gebildeter Rotationskörper die dem Fachmann bekannten Anforderungen an beispielsweise Wandstärke erfüllt. Ist dies der Fall, so erfüllen auch die Wandstärken des erfindungsgemäßen optischen Elements diese Anforderungen, da eine Rotation um die optische Achse die Wandstärken beeinflussen lässt.A base body designed as a rotating body can also advantageously be produced using the injection molding process. In this respect, it is only necessary to ensure that a rotary body formed from the base surface of rotation fulfills the requirements known to the person skilled in the art, for example on wall thickness. If this is the case, the wall thicknesses of the optical element according to the invention also meet these requirements, since rotation about the optical axis can influence the wall thicknesses.

Zumindest der Grundkörper, oder aber auch das gesamte refraktive optische Element, sind aus einem optischen Linsenmaterial ausgebildet, beispielsweise ein transparentes Material mit größerer optischer Dichte (größerem Brechungsindex) als Luft, beispielsweise Glas oder Kunststoffe wie Acrylglas oder Polycarbonat.At least the base body, or else the entire refractive optical element, is formed from an optical lens material, for example a transparent material with greater optical density (greater refractive index) than air, for example glass or plastics such as acrylic glass or polycarbonate.

Zur weiteren Ausgestaltung des optischen Elementes ist die Rotationsbasisfläche in Richtung senkrecht zur Basissymmetrieachse von wenigstens einem Lateralgrenzpunkt derart begrenzt, dass eine gedachte Verbindungslinie von dem Lateralgrenzpunkt zum optischen Zentrum mit der Basissymmetrieachse einen Erfassungswinkel (α) einschließt, welcher kleiner oder gleich oder größer als der Basiskippwinkel ausgebildet ist.For a further embodiment of the optical element, the rotational base surface is limited in the direction perpendicular to the base symmetry axis by at least one lateral boundary point in such a way that an imaginary connecting line from the lateral boundary point to the optical center with the base symmetry axis has a detection angle ( α ), which is less than or equal to or greater than the base tilt angle.

Der Erfassungswinkel hat dabei die anschauliche Bedeutung, dass eine durch Rotation der Rotationsbasisfläche um die Basissymmetrieachse (anstelle der optischen Achse) erzeugte Basislinse (beziehungsweise eine Linse mit einem derartig definierten Linsengrundkörper) nur solche von dem optischen Zentrum ausgehenden rotationssymmetrischen Lichtbündel erfassen kann, welche einen Öffnungswinkel von kleiner oder gleich dem Erfassungswinkel zur Basissymmetrieachse einschließt. Der Grundkörper des hieraus gebildeten erfindungsgemäßen optischen Elements erfasst insofern nur Licht, das ausgehend vom optischen Zentrum zwischen zwei Kegelmantelflächen ausgestrahlt wird, welche mit einer durch Rotation der Basissymmetrieachse um die optische Achse gebildeten Kegelmantelfläche den Erfassungswinkel (α) einschließen.The detection angle has the descriptive meaning that a base lens (or a lens with a lens base body defined in this way) generated by rotating the rotation base surface around the base symmetry axis (instead of the optical axis) can only detect those rotationally symmetrical light bundles originating from the optical center which have an aperture angle of less than or equal to the detection angle to the base axis of symmetry. The main body of the optical element according to the invention formed therefrom only detects light that is emitted from the optical center between two conical lateral surfaces, which, with a conical lateral surface formed by rotation of the basic axis of symmetry about the optical axis, detects the detection angle ( α ) lock in.

Mit anderen Worten weist die Rotationsbasisfläche eine Lateralausdehnung (nämlich den Abstand des Lateralgrenzpunktes von der Basissymmetrieachse) in Richtung senkrecht zur Basissymmetrieachse derart auf, dass ein Erfassungswinkel α derart definiert ist, dass ein von dem optischen Zentrum ausgehendes gedachtes Lichtbündel nur durch das Linsenmaterial des Grundkörpers tritt, wenn es unter einem Winkel kleiner oder gleich dem Erfassungswinkel α zur Basissymmetrieachse ausgestrahlt wird, wobei der Erfassungswinkel kleiner oder gleich oder größer als der Basiswinkel (φ) gewählt ist.In other words, the rotation base surface has a lateral extent (namely the distance of the lateral limit point from the base axis of symmetry) in the direction perpendicular to the base axis of symmetry such that a detection angle α is defined in such a way that a thought light bundle emanating from the optical center only passes through the lens material of the base body if it is at an angle less than or equal to the detection angle α is emitted to the base axis of symmetry, the detection angle being less than or equal to or greater than the base angle ( φ ) is selected.

Je nach Wahl des Erfassungswinkels im Verhältnis zum Basiskippwinkel können unterschiedliche, je nach Situation vorteilhafte Effekte bereitgestellt werden. Wird der Erfassungswinkel kleiner als der Basiskippwinkel gewählt, so weist der durch Rotation gebildete Grundkörper eine materialfreie Durchtrittsöffnung um die optische Achse auf. Ausgehend vom optischen Zentrum verläuft daher ein Lichtstrahl, welcher in einem Winkel kleiner als die Differenz aus dem Basiskippwinkel (φ) und dem Erfassungswinkel (α) zur optischen Achse ausgestrahlt wird, ohne Durchtritt durch Linsenmaterial. Dies kann vorteilhaft sein, wenn ein von einer auf der optischen Achse angeordneten Lichtquelle ausgesandtes Zentrallichtbündel das optische Element ungehindert passieren können soll.Depending on the choice of the detection angle in relation to the base tilt angle, different effects which are advantageous depending on the situation can be provided. If the detection angle is chosen to be smaller than the basic tilt angle, the base body formed by rotation has a material-free passage opening around the optical axis. Starting from the optical center, a light beam runs at an angle smaller than the difference from the base tilt angle ( φ ) and the detection angle ( α ) is emitted to the optical axis, without passing through lens material. This can be advantageous if a central light beam emitted by a light source arranged on the optical axis should be able to pass the optical element unhindered.

Wird der Erfassungswinkel gleich dem Basiskippwinkel gewählt, so weist der durch Rotation gebildete Grundkörper einen auf der optischen Achse liegenden Dünnbereich mit einer nahezu verschwindenden Dicke an Linsenmaterial auf. Dies gilt insbesondere, wenn als Rotationsbasisfläche von Begrenzungslinien berandet wird, welche in einem Lateralgrenzpunkt (siehe oben) zusammenlaufen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn ein Sammellinsenquerschnitt gewählt wird. Damit lässt sich mit dem erfindungsgemäßen optischen Element Material einsparen im Vergleich zu beispielsweise einem Axikon.If the detection angle is selected to be the same as the basic tilt angle, it points by rotation formed base body on a thin region lying on the optical axis with an almost vanishing thickness of lens material. This applies in particular if boundary lines are bounded as the base of rotation, which converge at a lateral boundary point (see above). This is the case, for example, if a converging lens cross section is selected. Material can thus be saved with the optical element according to the invention in comparison with, for example, an axicon.

Wird der Erfassungswinkel größer als der Basiskippwinkel gewählt, so hat das hieraus gebildete erfindungsgemäße optische Element einen Materialüberstand im Bereich der optischen Achse. Mit einem so gebildeten optischen Element ist eine Strahlformung auch für auf der optischen Achse verlaufende Strahlen möglich.If the detection angle is chosen to be larger than the base tilt angle, the optical element according to the invention formed therefrom has a material protrusion in the region of the optical axis. With an optical element formed in this way, beam shaping is also possible for beams running on the optical axis.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung ergibt sich dadurch, dass die Rotationsbasisfläche derart ausgebildet ist, dass von dem Grundkörper eine von einer im optischen Zentrum angeordneten gedachten, annähernd punktförmigen Lichtquelle ausgestrahlte Lichtverteilung in ein rotationssymmetrisches gedachtes Ausgangslichtbündel abbildbar ist. Denkbar ist aber auch, dass die Rotationssymmetrie des Ausgangslichtbündels durch eine innere Struktur des optischen Elements, beispielsweise durch Einschlüsse, Material Inhomogenitäten oder durch gezielte Variationen des Brechungsindexes gebrochen ist.A particularly preferred embodiment results from the fact that the rotation base surface is designed such that a light distribution emitted by an imaginary, approximately punctiform light source arranged in the optical center can be imaged into a rotationally symmetrical conceived output light bundle by the base body. However, it is also conceivable that the rotational symmetry of the output light beam is broken by an internal structure of the optical element, for example by inclusions, material inhomogeneities or by targeted variations in the refractive index.

Zur weiteren Ausgestaltung des optischen Elementes kann die Rotationsbasisfläche derart ausgebildet werden, dass von dem Grundkörper eine von einer gedachten, im optischen Zentrum angeordneten, annähernd punktförmigen Lichtquelle ausgestrahlte Lichtverteilung in ein von Randstrahlen begrenztes Ausgangslichtbündel abbildbar ist, dessen Randstrahlen wenigstens eine erste und eine zweite Kegelmantelfläche bilden, wobei die erste und die zweite Kegelmantelfläche parallel verlaufen. Insofern schließt die erste Kegelmantelfläche mit der zweiten Kegelmantelfläche einen Ausgangsbündelwinkel (φ*) von 0° ein.To further develop the optical element, the rotation base surface can be designed such that a light distribution emitted by an imaginary, approximately punctiform light source, which is arranged in the optical center, can be imaged into an output light bundle limited by marginal rays, the marginal rays of which have at least a first and a second conical lateral surface form, wherein the first and the second conical surface run parallel. In this respect, the first conical lateral surface closes an initial beam angle with the second conical lateral surface ( φ * ) of 0 °.

Dies kann insbesondere dadurch erzielt werden, dass als Rotationsbasisfläche ein Sammellinsenquerschnitt gewählt wird, welchem eine Brennweite derart zugeordnet ist, dass der zugehörige Brennpunkt im optischen Zentrum liegt.This can be achieved in particular by choosing a converging lens cross-section as the base of rotation, to which a focal length is assigned such that the associated focal point lies in the optical center.

Die Rotationsbasisfläche ist insbesondere derart ausgestaltet, dass die genannte Brennlinie als Kegelschnitt in Bezug auf die optische Achse, insbesondere als Brennkreis, um die optische Achse ausgebildet ist.The rotation base surface is designed in particular in such a way that the said focal line is designed as a conic section with respect to the optical axis, in particular as a focal circle, around the optical axis.

Demgegenüber kann es auch vorteilhaft sein, wenn die Rotationsbasisfläche derart ausgebildet ist, dass von dem Grundkörper eine von einer gedachten, im optischen Zentrum angeordneten, annähernd punktförmigen Lichtquelle ausgestrahlte Lichtverteilung in ein von Randstrahlen begrenztes Ausgangslichtbündeln abbildbar ist, dessen Randstrahlen wenigstens eine erste und eine zweite Kegelmantelfläche bilden, wobei die erste Kegelmantelfläche und die zweite Kegelmantelfläche unter einem Ausgangsbündelwinkel (φ*) divergieren. Hierzu kann die Rotationsbasisfläche beispielsweise einen Sammellinsenquerschnitt aufweisen, welchem eine Brennweite derart zugeordnet ist, dass der Brennpunkt relativ zum optischen Zentrum in der gedachten Ausstrahlrichtung, das heißt in Richtung des Ausgangslichtbündels, versetzt liegt.In contrast, it can also be advantageous if the rotation base surface is designed such that a light distribution emitted by an imaginary, approximately punctiform light source arranged in the optical center can be imaged into an output light bundle limited by marginal rays, the marginal rays of which have at least a first and a second Form the conical surface, the first conical surface and the second conical surface at an initial beam angle ( φ * ) diverge. For this purpose, the rotation base surface can have, for example, a converging lens cross-section, to which a focal length is assigned such that the focal point is offset relative to the optical center in the imaginary emission direction, that is to say in the direction of the output light beam.

In den vorgenannten Fällen ist der Ausgangsbündelwinkel (φ*) vorzugsweise kleiner als der Erfassungswinkel und/oder der Basiskippwinkel (φ) gewählt. Dabei ist der Ausgangsbündelwinkel gleich Null für parallele Ausgangslichtbündel, und der Ausgangsbündelwinkel kleiner als Null zur Erzeugung der genannten Brennlinie beziehungsweise Brennkreise. Für divergierende Ausgangslichtbündel wird jedoch vorzugsweise ein Ausgangsbündelwinkel größer Null gewählt, wobei jedoch der Ausgangsbündelwinkel kleiner als der Erfassungswinkel ist, da andernfalls das Ausgangslichtbündel den gesamten Halbraum nach dem optischen Element ausfüllen würde.In the aforementioned cases, the starting beam angle ( φ * ) preferably smaller than the detection angle and / or the base tilt angle ( φ ) selected. The output beam angle is zero for parallel output light beams, and the output beam angle is less than zero for generating the focal line or focal circles mentioned. For diverging output light beams, however, an output beam angle greater than zero is preferably selected, but the output beam angle is smaller than the detection angle, since otherwise the output light beam would fill the entire half space after the optical element.

Bei dem optischen Element können die verschiedenen Brennlinien in unterschiedlichem Abstand entlang der optischen Achse vom optischen Zentrum angeordnet sein, das heißt die unterschiedlichen Brennlinien entsprechen Abschnitten des Grundkörpers mit abweichenden effektiven Brennweiten. Insbesondere können die Brennlinien, in der vorstehend erläuterten Art verlaufen, das heißt in der Art eines Kegelschnittes oder Brennkreises ausgebildet sein.In the case of the optical element, the different focal lines can be arranged at different distances along the optical axis from the optical center, that is to say the different focal lines correspond to sections of the base body with different effective focal lengths. In particular, the focal lines can run in the manner explained above, that is, they can be designed in the manner of a conic section or focal circle.

Ein Schneiden der verschiedenen Kegelmantelflächen in verschiedenen Brennlinien kann zum Beispiel dadurch erzielt werden, dass die verschiedenen Kegelmantelflächen verschiedene, insbesondere nicht verschwindende Ausgangsbündelwinkel (φ1, φ2, φ3, ...) derart einschließen, dass sich die Kegelmantelflächen schneiden.A cutting of the different conical lateral surfaces in different focal lines can be achieved, for example, by the different conical lateral surfaces having different, in particular non-disappearing, initial beam angles ( φ1 , φ2 , φ3 , ...) so that the conical surfaces intersect.

Vorzugsweise ist die Rotationsbasisfläche dabei derart ausgebildet, dass das genannte, gedachte Ausgangslichtbündel eine Mehrzahl konzentrischer Fokuskreise aufweist.The rotation base surface is preferably designed in such a way that said imaginary output light beam has a plurality of concentric focus circles.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen optischen Elements ergibt sich dadurch, dass außerdem eine Facette und/oder Streustruktur vorgesehen ist, welche an dem Grundkörper angeordnet oder in dem Grundkörper eingebracht ist. Eine solche Struktur ist insbesondere als Einbuchtung oder Auftragung, beispielsweise als domförmige oder prismenartige Ausbuchtung des Grundkörpers ausgebildet. Die Facette beziehungsweise Streustruktur ist vorzugsweise aus dem Material des Grundkörpers ausgebildet und insbesondere einstückig mit diesem verbunden. Betrachtet man daher die Gesamtheit aus Facette beziehungsweise Streustruktur und Grundkörper, so kann durch die Facette beziehungsweise Streustruktur die Rotationssymmetrie des optischen Elements als Ganzes gebrochen sein.A further embodiment of the optical element according to the invention results from the fact that a facet and / or scatter structure is also provided is provided, which is arranged on the base body or introduced into the base body. Such a structure is designed in particular as an indentation or application, for example as a dome-shaped or prism-like bulge of the base body. The facet or scattering structure is preferably formed from the material of the base body and in particular is integrally connected to it. If one therefore considers the entirety of facet or scatter structure and base body, the rotational symmetry of the optical element as a whole can be broken by the facet or scatter structure.

Bevorzugterweise weist der Grundkörper eine beispielsweise kegelförmige, kegelähnliche oder torusförmige Zentralausnehmung auf, in welcher die optische Achse verläuft. Insofern kann durch das erfindungsgemäße refraktive optische Element ein Halbraum in Bezug auf das optische Zentrum zu einem großen Teil überdeckt werden. Dies ist vorteilhafterweise auch dann möglich, wenn die Rotationsbasisfläche selbst nur einen vergleichsweise kleinen Erfassungswinkel definiert (wie oben erläutert). Dadurch ist es möglich, durch das optische Element einen Großteil des von einer Lichtquelle im optischen Zentrum abgegebenen Lichts aufzufangen und entsprechend zu formen. Somit ermöglicht das optische Element die Konstruktion von Beleuchtungseinrichtungen mit hoher optischer Effizienz.The base body preferably has, for example, a conical, cone-like or toroidal central recess in which the optical axis runs. In this respect, a half space with respect to the optical center can be largely covered by the refractive optical element according to the invention. This is advantageously also possible if the rotation base surface itself only defines a comparatively small detection angle (as explained above). This makes it possible to collect a large part of the light emitted by a light source in the optical center and to shape it accordingly. Thus, the optical element enables the construction of lighting devices with high optical efficiency.

Grundsätzlich kann eine Rotationsbasisfläche mit den vorstehend beschriebenen Eigenschaften als Freiformfläche ausgebildet sein, welche aus dem gewünschten Ausgangslichtbündel einer im optischen Zentrum angeordneten Punktlichtquelle berechenbar ist.In principle, a rotation base surface with the properties described above can be designed as a free-form surface, which can be calculated from the desired output light bundle of a point light source arranged in the optical center.

Die vorstehend beschriebene Ausbildung der Rotationsbasisfläche derart, dass von dem Grundkörper eine von einer im optischen Zentrum angeordneten gedachten Punktlichtquelle ausgestrahlte Lichtverteilung in ein von wenigstens zwei abweichenden Kegelmantelflächen begrenztes Ausgangslichtbündel abbildbar ist, kann insbesondere durch die nachfolgend beschriebenen, konkreten Ausgestaltungen der Rotationsbasisfläche in vorteilhafter Weise erreicht werden.The above-described design of the rotation base surface in such a way that a light distribution emitted by an imaginary point light source arranged in the optical center can be imaged into an output light bundle delimited by at least two deviating conical surface areas can be achieved in particular by the concrete configurations of the rotation base surface described below will.

So kann die Rotationsbasisfläche beispielsweise linsenartig oder linsenförmig ausgebildet sein, insbesondere zumindest abschnittsweise konvex gekrümmte Begrenzungslinien haben. Durch Rotation einer solchen Rotationsbasisfläche wird ein Grundkörper für das optische Element erzeugt, welcher torusartige Abschnitte mit lichtbündelnden Eigenschaften aufweist.For example, the rotation base surface can be lenticular or lenticular, in particular have convexly curved boundary lines at least in sections. By rotating such a rotation base surface, a base body for the optical element is produced, which has toroidal sections with light-focusing properties.

Denkbar ist es jedoch auch, dass die Rotationsbasisfläche zumindest abschnittweise linear verlaufende Begrenzungslinien aufweist. Insbesondere weist die Rotationsbasisfläche abschnittsweise aneinander stoßende lineare und konvex gekrümmte Begrenzungslinien auf.However, it is also conceivable that the rotation base surface has linear boundary lines, at least in sections. In particular, the rotary base surface has, in sections, abutting linear and convex curved boundary lines.

Die Rotationsbasisfläche wird vorzugsweise zumindest abschnittsweise von einem Kreisbogen begrenzt. Dieser Kreisbogen ist insbesondere als Kreisbogen mit einem Basisradius um ein Basiskreiszentrum ausgebildet, wobei das Basiskreiszentrum im optischen Zentrum oder zwischen dem optischen Zentrum und der Rotationsbasisfläche liegt.The base of rotation surface is preferably delimited at least in sections by a circular arc. This circular arc is designed in particular as a circular arc with a base radius around a base circle center, the base circle center being in the optical center or between the optical center and the rotation base surface.

Denkbar ist auch, dass das Basiskreiszentrum auf der der Rotationsbasisfläche gegenüberliegenden Seite relativ zum optischen Zentrum liegt. Eine Rotation einer solchen Rotationsbasisfläche um die Basissymmetrieachse würde dann eine Kugellinse liefern.It is also conceivable that the base circle center lies on the side opposite the rotation base surface relative to the optical center. A rotation of such a rotation base surface around the base axis of symmetry would then provide a spherical lens.

Charakteristisch für das erfindungsgemäße refraktive optische Element ist, dass die Rotationsbasisfläche derart ausgebildet ist, dass der durch Rotation der Rotationsbasisfläche um ihre Basissymmetrieachse erzeugte Rotationskörper (Basislinse) ebenfalls definierte refraktive optische Eigenschaften aufweist (sofern die Basislinse aus einem optischen Linsenmaterial gefertigt werden würde), insbesondere Linseneigenschaften hat. Insofern kann der Grundkörper des optischen Elements als Rotationskörper der Basislinse angesehen werden, der dadurch erhalten wird, dass die Basislinse derart um die optische Achse rotiert wird, dass die optische Achse mit der Basissymmetrieachse den Basiskippwinkel (φ) einschließt.It is characteristic of the refractive optical element according to the invention that the rotation base surface is designed in such a way that the rotation body (base lens) produced by rotation of the rotation base surface around its base axis of symmetry also has defined refractive optical properties (provided the base lens would be manufactured from an optical lens material), in particular Has lens properties. In this respect, the base body of the optical element can be regarded as a rotary body of the base lens, which is obtained by rotating the base lens about the optical axis in such a way that the optical axis with the base symmetry axis detects the base tilt angle ( φ ) includes.

Insofern ist es möglich, die Eigenschaften des erfindungsgemäßen refraktiven optischen Elements über die optischen Eigenschaften der gedachten Basislinse sowie dem Basiskippwinkel und gegebenenfalls die Lage des optischen Zentrums festzulegen.In this respect, it is possible to determine the properties of the refractive optical element according to the invention via the optical properties of the imaginary base lens and the base tilt angle and, if appropriate, the position of the optical center.

Demzufolge ergibt sich eine vorteilhafte Ausgestaltung des optischen Elementes dadurch, dass die Rotationsbasisfläche derart ausgebildet ist, dass ein gedachter Rotationskörper der Rotationsbasisfläche um die Basissymmetrieachse optische Linseneigenschaften einer Basissammellinse, insbesondere einen plankonvexen oder bikonvexen Sammellinse aufweist.Accordingly, an advantageous embodiment of the optical element results from the fact that the rotation base surface is designed such that an imaginary rotation body of the rotation base surface around the base symmetry axis has optical lens properties of a base collecting lens, in particular a plano-convex or biconvex collecting lens.

Vorzugsweise weist die gedachte Basissammellinse dabei eine Brennweite derart auf, dass der Brennpunkt im optischen Zentrum oder zwischen der gedachten Basissammellinse und dem optischen Zentrum oder auf einer gedachten Basissammellinse gegenüberliegenden Seite in Bezug auf das optische Zentrum liegt.The imaginary base collecting lens preferably has a focal length such that the focal point lies in the optical center or between the imaginary base collecting lens and the optical center or on an opposite side with respect to the optical center.

Je nach Wahl der Brennweite der angesprochenen gedachten Basissammellinse können daher die vorstehend angesprochenen Verläufe von gedachten Kegelmantelflächen realisiert werden, welche das erzeugte Ausgangslichtbündel einer Punktlichtquelle im optischen Zentrum begrenzen. Liegt beispielsweise der Brennpunkt im optischen Zentrum, so ist eine von einer im optischen Zentrum angeordneten Punktlichtquelle ausgestrahlte Lichtverteilung in ein von Randstrahlen begrenztes Ausgangslichtbündel abbildbar, dessen Randstrahlen wenigstens eine erste und eine zweite Kegelmantelfläche bilden, wobei die erste und die zweite Kegelmantelfläche parallel verlaufen. Liegt der Brennpunkt hingegen zwischen Basissammellinse und optischem Zentrum, so können Kegelmantelflächen realisiert werden, die sich in Brennkreisen schneiden. Depending on the choice of the focal length of the imaginary basic collecting lens addressed, the above-mentioned courses of imaginary conical surface areas can therefore be realized, which limit the output light bundle generated by a point light source in the optical center. If, for example, the focal point lies in the optical center, a light distribution emitted by a point light source arranged in the optical center can be mapped into an output light bundle limited by marginal rays, the marginal rays of which form at least a first and a second conical lateral surface, the first and the second conical lateral surface running parallel. However, if the focal point lies between the base converging lens and the optical center, conical surface areas can be realized that intersect in focal circles.

Eine weitere Ausgestaltung des optischen Elements ergibt sich dadurch, dass die Rotationsbasisfläche derart ausgebildet ist, dass ein gedachter Rotationskörper der Rotationsbasisfläche um die Basissymmetrieachse optische Linseneigenschaften einer Basissammellinse aufweist, wobei mit der Basissammellinse ein von dem optischen Zentrum ausgehendes, divergierendes Lichtbündel auf einen, insbesondere konzentrisch um die Basissymmetrieachse angeordneten, Brennkreis bündelbar ist. Dies gilt insbesondere für das ausgestrahlte Licht einer nahezu punktförmigen Lichtquelle, die auf der Basissymmetrieachse angeordnet ist. Ein durch Rotation einer solchen Basislinse wie erläutert erzeugter Grundkörper ist in der Lage, eine Punktlichtquelle im optischen Zentrum in ein Ausgangslichtbündel abzubilden, welches zwei von Kegelmantelflächen begrenzte Teillichtbündel aufweist, die in zwei konzentrisch um die optische Achse angeordnete Brennkreisen konvergieren.A further embodiment of the optical element results from the fact that the rotation base surface is designed such that an imaginary rotation body of the rotation base surface around the base axis of symmetry has optical lens properties of a base collecting lens, with the base collecting lens a diverging light beam emanating from the optical center onto one, in particular concentric arranged around the base axis of symmetry, firing circuit can be bundled. This applies in particular to the emitted light from an almost punctiform light source which is arranged on the base axis of symmetry. A base body produced by rotation of such a base lens as explained is capable of imaging a point light source in the optical center into an output light bundle which has two partial light bundles delimited by conical lateral surfaces and converging in two focal circles arranged concentrically around the optical axis.

Definiert die Basislinse darüber hinaus auch einen Brennpunkt auf der Basissymmetrieachse, so wird durch das hieraus wie erläutert gewonnene optische Element eine Punktlichtquelle im optischen Zentrum in ein Ausgangslichtbündel abgebildet, welches drei von Kegelmantelflächen begrenzte Teillichtbündel aufweist, die in zwei konzentrischen Brennkreisen konvergieren.If the base lens also defines a focal point on the base axis of symmetry, the optical element obtained from this, as explained above, maps a point light source in the optical center into an output light bundle, which has three partial light bundles delimited by conical lateral surfaces, which converge in two concentric focal circles.

Zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe wird auch ein Leuchtmodul vorgeschlagen, welches insbesondere in Kfz-Scheinwerfern Verwendung finden kann. Dieses Leuchtmodul weist ein refraktives optisches Element wie vorstehend erläutert auf. Insbesondere weist das Leuchtmodul außerdem eine Lichtquelle auf, welche vorzugsweise in dem optischen Zentrum angeordnet ist.To solve the problem stated at the outset, a light module is also proposed, which can be used in particular in motor vehicle headlights. This light module has a refractive optical element as explained above. In particular, the lighting module also has a light source, which is preferably arranged in the optical center.

Vorzugsweise ist außerdem ein Zonenreflektor vorgesehen, welcher derart angeordnet ist, dass ein Ausgangslichtbündel des optischen Elements in eine Abstrahllichtverteilung des Leuchtmoduls umlenkbar ist, und welcher derart ausgebildet ist, dass der Zonenreflektor nur solche räumlichen Bereiche überdeckt, in welche das Ausgangslichtbündel abstrahlbar ist. Dadurch ist es insbesondere möglich, den Zonenreflektor auf Bereiche zwischen den das gedachte Ausgangslichtbündel begrenzenden Kegelmantelflächen zu beschränken. Der Zonenreflektor weist insbesondere bandartige oder streifenartige oder halbmondartige Abschnitte auf, welche einem Verlauf eines Kegelschnittes folgen. Dadurch kann der Zonenreflektor an die zwischen Kegelmantelflächen konzentrierten Lichtbündel nach dem erfindungsgemäßen optischen Element angepasst werden.A zone reflector is preferably also provided, which is arranged in such a way that an output light bundle of the optical element can be deflected into an emission light distribution of the light module, and which is designed such that the zone reflector covers only those spatial areas into which the output light bundle can be emitted. This makes it possible, in particular, to restrict the zone reflector to areas between the conical surface areas delimiting the imaginary output light beam. The zone reflector has, in particular, band-like or strip-like or crescent-like sections which follow a course of a conic section. As a result, the zone reflector can be adapted to the light bundles concentrated between the conical lateral surfaces according to the optical element according to the invention.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben und erläutert sind.Further details and advantageous embodiments of the invention can be found in the following description, on the basis of which the embodiments of the invention shown in the figures are described and explained in more detail.

Es zeigen:

  • 1 und 2 schematische Darstellungen zur Erläuterung der Konstruktion eines erfindungsgemäßen refraktiven optischen Elements;
  • 3 schematische Darstellung eines refraktiven optischen Elements;
  • 4 Abhängigkeit der erfassten Strahlungsleistung in Abhängigkeit vom Erfassungswinkel für eine Basislinse;
  • 5 Verhältnis der erfassten Strahlungsleistung eines erfindungsgemäßen optischen Elements und einer zugehörigen Basislinse in Abhängigkeit des Basiskippwinkels;
  • 6 schematische Darstellung zur Ausgestaltung der Rotationsbasisfläche;
  • 7 schematische Darstellung zur Erläuterung des Ausgangslichtbündels eines optischen Elements;
  • 8 schematische Darstellung zur Erläuterung des Ausgangslichtbündels eines optischen Elements;
  • 9 schematische Darstellung zur Erläuterung einer Rotationsbasisfläche für eine Ausführungsform der Erfindung;
  • 10 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Elements mit einer Rotationsbasisfläche gemäß 9;
  • 11 ein erfindungsgemäßes Leuchtmodul;
  • 12 bis 15 schematische Darstellungen zur Erläuterung des Leuchtmoduls gemäß 11; und
  • 16 Darstellung der Abstrahlcharakteristik des Leuchtmoduls gemäß 11.
Show it:
  • 1 and 2nd schematic representations to explain the construction of a refractive optical element according to the invention;
  • 3rd schematic representation of a refractive optical element;
  • 4th Dependence of the detected radiation power as a function of the detection angle for a base lens;
  • 5 Ratio of the detected radiation power of an optical element according to the invention and an associated base lens as a function of the base tilt angle;
  • 6 schematic representation of the design of the rotation base surface;
  • 7 schematic representation for explaining the output light beam of an optical element;
  • 8th schematic representation for explaining the output light beam of an optical element;
  • 9 schematic representation for explaining a rotation base surface for an embodiment of the invention;
  • 10th an embodiment of an optical element according to the invention with a rotation base surface according to 9 ;
  • 11 an inventive lighting module;
  • 12th to 15 schematic representations to explain the light module according to 11 ; and
  • 16 Representation of the radiation characteristics of the light module according to 11 .

In der folgenden Beschreibung sind gleiche oder einander entsprechende Merkmale mit denselben Bezugszeichen versehen.In the following description, identical or corresponding features are provided with the same reference symbols.

In den 1 bis 3 ist der Aufbau eines optischen Elements 10 (vergleiche 3) schrittweise erläutert. Zur Verdeutlichung wird in diesen Figuren ein kartesisches Koordinatensystem mit einer X-, Y- und Z-Achse verwendet. Der Ursprung des kartesischen Koordinatensystems bildet ein optisches Zentrum 12, und die Z-Achse bildet eine optische Achse 14.In the 1 to 3rd is the construction of an optical element 10th (compare 3rd ) explained step by step. For clarification, a Cartesian coordinate system with an X, Y and Z axis is used in these figures. The origin of the Cartesian coordinate system is an optical center 12th , and the Z axis forms an optical axis 14 .

In den 1 und 2 ist zunächst eine Rotationsbasisfläche 16 dargestellt. Diese Rotationsbasisfläche 16 ist spiegelsymmetrisch ausgebildet.In the 1 and 2nd is initially a rotation base surface 16 shown. This rotation base surface 16 is mirror-symmetrical.

1 zeigt zunächst die Rotationsbasisfläche 16, welche derart in dem kartesischen Koordinatensystem angeordnet ist, dass die Z-Achse (optische Achse 14) eine Symmetrieachse für die Rotationsbasisfläche 16 bildet. 1 first shows the rotation base area 16 , which is arranged in the Cartesian coordinate system such that the Z axis (optical axis 14 ) an axis of symmetry for the rotation base surface 16 forms.

Die Rotationsbasisfläche 16 weist einen bikonvexen Sammellinsenquerschnitt auf. Dementsprechend ist die Rotationsbasisfläche 16 von konvex gekrümmten Begrenzungslinien 18 und 19 begrenzt. Die Begrenzungslinien 18 und 19 schneiden sich in einem Lateralgrenzpunkt 20. Dieser hat von der optischen Achse 14 einen Abstand derart, dass eine Verbindungslinie von dem Lateralgrenzpunkt 20 zu dem optischen Zentrum 12 mit der optischen Achse 14 einen Erfassungswinkel α einschließt.The rotation base area 16 has a biconvex collector lens cross section. Accordingly, the rotation base area 16 of convex curved boundary lines 18th and 19th limited. The boundary lines 18th and 19th intersect at a lateral boundary point 20th . This has from the optical axis 14 a distance such that a connecting line from the lateral boundary point 20th to the optical center 12th with the optical axis 14 a detection angle α includes.

Eine ausgehend von der Darstellung in 1 durch Rotation der Rotationsbasisfläche 16 um die Z-Achse gebildete Basissammellinse kann daher Licht, das von einer gedachten, im optischen Zentrum 12 angeordneten Lichtquelle ausgestrahlt wird, nur dann erfassen, wenn der Lichtstrahl zur optischen Achse 14 einen Winkel kleiner dem Erfassungswinkel α einschließt.One based on the representation in 1 by rotating the rotation base surface 16 The base collecting lens formed around the Z axis can therefore emit light from an imaginary one in the optical center 12th arranged light source is emitted, only detect when the light beam to the optical axis 14 an angle smaller than the detection angle α includes.

In der 2 ist die Rotationsbasisfläche 16 derart gegenüber der Darstellung in 1 versetzt angeordnet, dass die Rotationsbasisfläche 16 eine Basissymmetrieachse 22 aufweist, welche zu der optischen Achse 14 einen Basiskippwinkel φ aufweist. Die Rotationsbasisfläche 16 ist daher spiegelsymmetrisch in Bezug auf die Basissymmetrieachse 22, nicht mehr zur optischen Achse 14. In dem dargestellten Beispiel ist der Basiskippwinkel φ nahezu gleich dem Erfassungswinkel α gewählt.In the 2nd is the rotation base area 16 such as compared to the representation in 1 staggered that the rotation base surface 16 a basic axis of symmetry 22 which is to the optical axis 14 a base tilt angle φ having. The rotation base area 16 is therefore mirror-symmetrical with respect to the base axis of symmetry 22 , no longer to the optical axis 14 . In the example shown is the base tilt angle φ almost equal to the detection angle α chosen.

In der 3 ist dargestellt, wie durch Rotation der Rotationsbasisfläche 16 um die optische Achse 14 ein als Rotationskörper ausgebildeter Grundkörper 24 des optischen Elements 10 entsteht. Andererseits kann der Grundkörper 24 als ein Rotationskörper veranschaulicht werden, welcher durch Rotation einer „Basislinse“ entsteht, wobei sich die Basislinse wiederum als Rotationskörper der Rotationsbasisfläche 16 um die Basissymmetrieachse 22 ergibt.In the 3rd is shown as by rotation of the rotation base surface 16 around the optical axis 14 a basic body designed as a rotating body 24th of the optical element 10th arises. On the other hand, the basic body 24th are illustrated as a body of revolution that arises from the rotation of a “base lens”, the base lens in turn being the body of rotation of the base of rotation 16 around the base symmetry axis 22 results.

Der so gebildete Grundkörper 24 weist eine in Richtung des optischen Zentrums 12 offene Zentralausnehmung 26 auf. In einem Schnitt durch die optische Achse 14 (beispielsweise in einem Schnitt in der X-,Z-Ebene) weist die Zentralausnehmung 26 einen Querschnitt auf, welcher durch die Begrenzungslinie 19 der Rotationsbasisfläche 16 sowie durch ein Spiegelbild der Begrenzungslinie 19 bezüglich der optischen Achse 14 begrenzt wird. Die dreidimensionale Begrenzungsfläche der Zentralausnehmung 26 ergibt sich dementsprechend durch Rotation der Begrenzungslinie 19 um die optische Achse 14. Insofern weist die Zentralausnehmung 26 eine torusähnliche Begrenzung auf. Im Falle einer geraden Begrenzungslinie 19 ergäbe sich eine kegelförmige Zentralausnehmung 26.The basic body thus formed 24th points one towards the optical center 12th open central recess 26 on. In a section through the optical axis 14 (for example in a section in the X, Z plane) has the central recess 26 a cross-section, which through the boundary line 19th the rotation base area 16 as well as a reflection of the boundary line 19th with respect to the optical axis 14 is limited. The three-dimensional boundary surface of the central recess 26 accordingly results from rotation of the boundary line 19th around the optical axis 14 . In this respect, the central recess points 26 a torus-like limitation. In the case of a straight boundary line 19th this would result in a conical central recess 26 .

Da die Begrenzungslinien 18, 19 der Rotationsbasisfläche 16 in dem Lateralgrenzpunkt 20 zusammenlaufen, weist der Grundkörper 24 in seinem Schnittpunkt mit der optischen Achse 14 einen Dünnbereich 28 bzw. eine Dünnstelle mit nahezu verschwindender Materialdicke auf. Dies ist der Fall, da als Basiskippwinkel φ gerade ein dem Erfassungswinkel α entsprechender Winkel gewählt wurde. Wird beispielsweise der Basiskippwinkel φ größer als der Erfassungswinkel α gewählt, so ergibt sich anstatt des Dünnbereiches 28 eine Öffnung um die optische Achse 14.Because the boundary lines 18th , 19th the rotation base area 16 in the lateral limit point 20th converge, the main body shows 24th at its intersection with the optical axis 14 a thin area 28 or a thin spot with almost vanishing material thickness. This is the case as the base tilt angle φ just a the coverage angle α appropriate angle was chosen. For example, the base tilt angle φ larger than the detection angle α is selected instead of the thin area 28 an opening around the optical axis 14 .

In der 4 ist veranschaulicht, welcher Anteil eines von einer im optischen Zentrum 12 angeordneten LED ausgesandten gesamten Lichtstroms von einer Basislinse erfasst werden würde, wie sie beispielsweise im Falle der 1 durch Rotation der Rotationsbasisfläche 16 um die Z-Achse erhalten werden könnte. Hierfür wird für die LED eine dem Lambert'schen Gesetz folgende Abstrahlcharakteristik angenommen. Im Ergebnis zeigt der Anteil des von der genannten Basislinse erfassten Lichtstroms die in der 4 dargestellte Abhängigkeit (quadratisch mit dem Sinus des Erfassungswinkel α). Wird die Rotationsbasisfläche 16 beispielsweise derart gewählt, dass der Erfassungswinkel α gleich 30° beträgt, so erfasst die gemäß 1 wie oben erläutert gewonnene Basislinse einen Anteil von lediglich 25% des abgegebenen Lichtstroms.In the 4th illustrates the proportion of one of them in the optical center 12th arranged LED emitted total luminous flux would be detected by a base lens, such as in the case of 1 by rotating the rotation base surface 16 could be obtained around the Z axis. For this purpose, a radiation characteristic following the Lambert law is assumed for the LED. As a result, the proportion of the luminous flux captured by the base lens mentioned shows that in the 4th dependence shown (quadratic with the sine of the detection angle α ). Becomes the rotation base surface 16 for example chosen such that the detection angle α is equal to 30 °, then recorded according to 1 base lens obtained as explained above accounts for only 25% of the luminous flux emitted.

Demgegenüber erfasst das vorstehend zu 3 erläuterte, als Rotationskörper ausgebildete optische Element 10 effektiv Lichtstrahlen, welche in Bezug auf die optische Achse unter einem Winkel kleiner als das Doppelte des Basiskippwinkels abgegeben werden. Hierbei ist zu beachten, dass in dem vorstehenden Beispiel (2 und 3) der Basiskippwinkel jeweils gleich dem Erfassungswinkel gewählt wird.In contrast, this covers above 3rd explained, designed as a rotating body optical element 10th effectively light rays which are emitted with respect to the optical axis at an angle smaller than twice the basic tilt angle. It should be noted that in the example above ( 2nd and 3rd ) the base tilt angle is selected equal to the detection angle.

Somit ist klar, dass mit dem als Rotationskörper ausgebildeten optischen Element 10 ein größerer Anteil des von der beschriebenen im optischen Zentrum 12 angeordneten Leuchtdiode abgegebenen Lichts erfasst werden kann.It is therefore clear that with the optical element designed as a rotating body 10th a larger proportion of that described in the optical center 12th arranged light emitting diode can be detected.

Das Verhältnis des von dem optischen Element 10 erfassten Lichtstromes im zu dem von der im Zusammenhang mit der 1 erläuterten Basislinse erfassten Lichtstrom ist in der 5 in Abhängigkeit des Basiskippwinkels dargestellt, wobei hierfür jeweils angenommen wurde, dass der Basiskippwinkel gleich dem Erfassungswinkel gewählt ist (das heißt dass für zunehmenden Basiskippwinkel eine Rotationsbasisfläche gewählt wird, deren Lateralgrenzpunkt einen zunehmend größeren Abstand zur optischen Achse 14 aufweist).The ratio of that of the optical element 10th detected luminous flux in the from the in connection with the 1 Luminous flux is explained in the basic lens 5 depicted as a function of the base tilt angle, it being assumed for this that the base tilt angle is selected to be equal to the detection angle (that is to say that for an increasing base tilt angle a rotation base surface is selected, the lateral limit point of which is an increasingly greater distance from the optical axis 14 having).

Wie aus der 5 erkennbar, kann mit dem optischen Element 10 ein Anteil des Lichtstromes erfasst werden, welcher sich zwischen dem Vierfachen (für Rotationsbasisflächen mit einer vergleichsweise kleinen lateralen Ausdehnung, das heißt Erfassungswinkel kleiner 10°) und dem Zweifachen des abgegebenen Lichtstromes (für eine Basislinse, welcher ein Erfassungswinkel von 45° zuzuordnen wäre) bewegt. Im Falle eines Erfassungswinkels von 45° und eines entsprechend gewählten Basiskippwinkels von 45° überdeckt der Grundkörper 24 des optischen Elements 10 in 3 den gesamten oberen Halbraum des kartesischen Koordinatensystems, welcher positiven Z-Werten entspricht.As from the 5 recognizable, can with the optical element 10th a portion of the luminous flux is recorded, which is between four times (for rotating base surfaces with a comparatively small lateral extent, i.e. detection angle smaller than 10 °) and twice the emitted luminous flux (for a base lens, which would have to be assigned a detection angle of 45 °) . In the case of a detection angle of 45 ° and a correspondingly selected base tilt angle of 45 °, the base body covers 24th of the optical element 10th in 3rd the entire upper half-space of the Cartesian coordinate system, which corresponds to positive Z values.

Das optische Element 10 ermöglicht daher eine Strahlformung mit hoher optischer Effizienz, ohne dass hierfür aufwändige optische Konstruktionen, beispielsweise mit dicken Linsen erforderlich wären. Vielmehr bleibt bei der Bildung des Grundkörpers 24 aus der Rotationsbasisfläche 16 die durch die Rotationsbasisfläche 16 vorgegebene Wandstärke unbeeinflusst. Das optische Element 10 hat keine größeren Wandstärken als die zugehörige Basislinse.The optical element 10th therefore enables beam shaping with high optical efficiency without the need for complex optical constructions, for example with thick lenses. Rather, the basic body remains 24th from the rotation base surface 16 by the rotation base surface 16 predetermined wall thickness unaffected. The optical element 10th has no greater wall thicknesses than the associated base lens.

Anhand der 6 werden drei mögliche Ausgestaltungen (6a bis 6c) der Rotationsbasisfläche 16 und ihre Lage relativ zum optischen Zentrum erläutert.Based on 6 three possible configurations ( 6a to 6c ) of the rotation base area 16 and explains their position relative to the optical center.

In den drei dargestellten Fällen weist die Rotationsbasisfläche 16 einen Sammellinsenquerschnitt auf, und ist von zwei konvex verlaufenden Begrenzungslinien 18, 19 begrenzt. Dem Sammellinsenquerschnitt ist jeweils ein Brennpunkt 30 zugeordnet. Dieser Brennpunkt wäre der optische Brennpunkt einer Sammellinse, welche jeweils durch Rotation der in den 6a bis 6c dargestellten Rotationsbasisfläche um ihre Symmetrieachse erzielt werden würde.In the three cases shown, the rotation base surface has 16 a cross-section of the lens, and is of two convex boundary lines 18th , 19th limited. The cross-section of the converging lens is in each case a focal point 30th assigned. This focal point would be the optical focal point of a converging lens, which is rotated in each case by the 6a to 6c represented rotation base surface would be achieved around its axis of symmetry.

In den 6a bis 6c ist jeweils das optische Zentrum 12 zur Konstruktion eines optischen Elements 10 angedeutet (vergleiche 1 bis 3). Ferner ist der durch den vorstehend erläuterten Lateralgrenzpunkt 20 definierte Erfassungswinkel α in den 6a bis 6c kenntlich gemacht.In the 6a to 6c is the optical center 12th for the construction of an optical element 10th indicated (compare 1 to 3rd ). Furthermore, the lateral limit point explained by the above 20th defined detection angle α in the 6a to 6c identified.

Im Falle der 6a ist die Rotationsbasisfläche 16 derart angeordnet, dass der Brennpunkt 30 mit dem optischen Zentrum 12 zusammenfällt. Dementsprechend wird eine von einer gedachten, im optischen Zentrum 12 angeordneten Lichtquelle ausgestrahlte Lichtverteilung in ein Ausgangslichtbündel abgelenkt, welches zwischen den in der 6a angedeuteten Randstrahlen 31 parallel verläuft.In case of 6a is the rotation base area 16 arranged so that the focal point 30th with the optical center 12th coincides. Accordingly, one of an imaginary, in the optical center 12th arranged light source emitted light distribution deflected into an output light beam, which between the in the 6a indicated marginal rays 31 runs parallel.

In der 6b liegt der Brennpunkt 30 zwischen dem optischen Zentrum 12 und der Rotationsbasisfläche 16. Daher wird eine von dem optischen Zentrum 12 abgestrahlte divergierende Lichtverteilung in ein Ausgangslichtbündel abgebildet, dessen Randstrahlen 31 unter einem Ausgangsbündelwinkel φ* konvergieren und sich in einem Ausgangsbrennpunkt 32 schneiden.In the 6b is the focus 30th between the optical center 12th and the rotation base area 16 . Therefore, one of the optical center 12th radiated diverging light distribution imaged in an output light beam, the marginal rays 31 at an exit beam angle φ * converge and focus on one starting point 32 to cut.

Im Falle der 6c schließlich liegt der Brennpunkt 30 in Bezug auf das optische Zentrum 12 auf der der Rotationsbasisfläche 16 gegenüberliegenden Seite. Insofern liegt das optische Zentrum zwischen Brennpunkt 30 und Rotationsbasisfläche 16. Bei dieser Anordnung wird ein von dem optischen Zentrum 12 ausgestrahltes divergierendes Lichtbündel nicht mehr auf einen Brennpunkt konzentriert, sondern ist durch Randstrahlen 31 begrenzt, welche unter einem Ausgangsbündelwinkel φ* divergieren. Dabei ist jedoch der Ausgangsbündelwinkel φ* kleiner als der Erfassungswinkel α, das heißt das Ausgangslichtbündel ist im Vergleich zur im optischen Zentrum 12 ausgestrahlten Lichtverteilung eingeengt.In case of 6c after all, the focus is on 30th in terms of the optical center 12th on the of the rotation base surface 16 opposite side. In this respect, the optical center lies between the focal point 30th and rotation base area 16 . With this arrangement, one of the optical center 12th emitted diverging light beam is no longer concentrated on one focal point, but is due to marginal rays 31 limited which at an exit beam angle φ * diverge. However, this is the starting beam angle φ * smaller than the detection angle α , that is, the output light beam is compared to that in the optical center 12th emitted light distribution narrowed.

Anhand der 7 wird schematisch der Verlauf des Ausgangslichtbündels für ein optisches Element 40 dargestellt, welches als Rotationskörper einer Rotationsbasisfläche 16 gewonnen wird, wobei die in der 6a gezeigte Anordnung der Rotationsbasisfläche 16 in Bezug auf das optische Zentrum 12 angenommen wird. Ferner wird ein Basiskippwinkel φ zwischen der optischen Achse und der Basissymmetrieachse 22 zugrunde gelegt.Based on 7 the course of the output light beam for an optical element is shown schematically 40 shown, which as a body of rotation of a rotation base surface 16 is obtained, the in the 6a shown arrangement of the rotation base surface 16 in terms of the optical center 12th Is accepted. Furthermore, a base tilt angle φ between the optical axis and the basic axis of symmetry 22 based on.

Eine von einer im optischen Zentrum 12 angeordneten (nicht dargestellten) nahezu punktförmigen Lichtquelle (z.B. LED) ausgestrahlte Lichtverteilung wird demnach in ein von den Randstrahlen 31 (siehe 6a) begrenztes Ausgangslichtbündel abgebildet, wobei die Randstrahlen 31 eine erste Kegelmantelfläche 42 und eine zweite Kegelmantelfläche 44 bilden. Dabei verlaufen die erste Kegelmantelfläche 42 und die zweite Kegelmantelfläche 44 parallel zueinander. Von dem optischen Element 40 wird daher Licht, das vom optischen Zentrum 12 ausgestrahlt wird, zwischen der ersten Kegelmantelfläche 42 und der zweiten Kegelmantelfläche 44 konzentriert. Die erste Kegelmantelfläche 42 hat dabei von der zweiten Kegelmantelfläche 44 gerade einen Abstand, welcher der lateralen Ausdehnung der Rotationsbasisfläche 16 entspricht.One of one in the optical center 12th arranged (not shown) almost point light source (eg LED) emitted light distribution is accordingly in one of the marginal rays 31 (please refer 6a) limited output light beam shown, the marginal rays 31 a first conical surface 42 and a second conical surface 44 form. The first conical surface runs 42 and the second conical surface 44 parallel to each other. From the optical element 40 is therefore light coming from the optical center 12th is broadcast between the first conical surface 42 and the second conical surface 44 concentrated. The first conical surface 42 has from the second surface of the cone 44 just a distance equal to the lateral extent of the rotation base surface 16 corresponds.

8 zeigt eine der 7 entsprechende Darstellung für eine Rotationsbasisfläche 16, welche entsprechend 6b ausgebildet und angeordnet ist. Das Ausgangslichtbündel ist wiederum von einer ersten Kegelmantelfläche 42 und einer zweiten Kegelmantelfläche 44 begrenzt, wobei diese beiden Kegelmantelflächen - wie sich aus der 6b ergibt - unter dem Ausgangsbündelwinkel φ* konvergieren. Dementsprechend schneidet die erste Kegelmantelfläche 42 die zweite Kegelmantelfläche 44 in einer Brennlinie 52. Die Brennlinie 52 ergibt sich durch Rotation des oben angesprochenen Ausgangsbrennpunktes 32 um die optische Achse 14. Demnach hat die Brennlinie 52 die Gestalt eines Brennkreises. 8th shows one of the 7 corresponding representation for a rotation base surface 16 which accordingly 6b is trained and arranged. The output light beam is in turn from a first conical surface 42 and a second conical surface 44 limited, these two conical lateral surfaces - as can be seen from the 6b results - at the starting beam angle φ * converge. The first conical surface cuts accordingly 42 the second surface of the cone 44 in a focal line 52 . The focal line 52 results from rotation of the starting focus mentioned above 32 around the optical axis 14 . Accordingly, the focal line has 52 the shape of a burning circle.

Somit begrenzen die erste Kegelmantelfläche 42 und die zweite Kegelmantelfläche 44 im Falle der 8 einen Kegelmantel variabler Dicke. Die erste Kegelmantelfläche 42 ist gegenüber der zweiten Kegelmantelfläche 44 um den Ausgangsbündelwinkel φ* geneigt. Eine winkelhalbierende Kegelmantelfläche zwischen der ersten Kegelmantelfläche 42 und der zweiten Kegelmantelfläche 44 weist gegenüber der optischen Achse 14 gerade den Basiskippwinkel φ auf.Thus limit the first surface of the cone 42 and the second conical surface 44 in case of 8th a cone jacket of variable thickness. The first conical surface 42 is opposite the second surface of the cone 44 around the starting beam angle φ * inclined. An angle bisecting conical surface between the first conical surface 42 and the second conical surface 44 points towards the optical axis 14 just the base tilt angle φ on.

In der 9 ist eine Rotationsbasisfläche 16 veranschaulicht, welche abschnittsweise konvex gekrümmte Begrenzungslinien 18 und 19 aufweist. Die Rotationsbasisfläche 16 ist dabei derart ausgebildet, dass ein gedachter Rotationskörper (Basislinse) der Rotationsbasisfläche 16 um ihre Basissymmetrieachse derart ausgebildet ist, dass diese Basislinse ein von dem optischen Zentrum 12 ausgehendes, divergierendes Lichtbündel auf einen Brennkreis 54 sowie auf einen Ausgangsbrennpunkt 30 bündelt.In the 9 is a rotation base surface 16 illustrates which sectionally convex curved boundary lines 18th and 19th having. The rotation base area 16 is designed in such a way that an imaginary rotation body (base lens) of the rotation base surface 16 is formed around its base axis of symmetry such that this base lens is one from the optical center 12th outgoing, diverging light beam on a focal circle 54 as well as a starting focus 30th bundles.

In der 10 ist zunächst ein optisches Element 60 dargestellt, welches sich wiederum durch Rotation der Rotationsbasisfläche 16 um die optische Achse 14 ergibt, wobei zwischen der Basissymmetrieachse 22 und der optischen Achse 14 der Basiskippwinkel φ eingeschlossen wird. In dem in der 10 dargestellten Fall ist der Basiskippwinkel φ gerade in der Größe von 45° gewählt.In the 10th is initially an optical element 60 shown, which in turn is determined by rotation of the rotation base surface 16 around the optical axis 14 results, between the base axis of symmetry 22 and the optical axis 14 the base tilt angle φ is included. In the in the 10th The case shown is the base tilt angle φ just chosen in the size of 45 °.

Von dem optischen Element 60 wird eine von einer in dem optischen Zentrum 12 angeordneten Punktlichtquelle ausgestrahlte Lichtverteilung in ein Ausgangslichtbündel abgebildet, das von einer Mehrzahl von Kegelmantelflächen 64 bis 69 begrenzt wird. Dabei konvergieren die beiden zentralen Kegelmantelflächen 66 und 67, in dem in der 10 dargestellten Schnitt durch die optische Achse 14 auf der Basissymmetrieachse 22. Dementsprechend weist das Ausgangslichtbündel eine kreisförmig um die optische Achse 14 verlaufende Brennlinie 52 ähnlich wie in der Darstellung gemäß 8 auf. Diese Brennlinie 52 ergibt sich aus einem kreisförmigen Umlauf des Brennpunkts 30 (vergleiche 9) um die optische Achse 14.From the optical element 60 becomes one of one in the optical center 12th arranged point light source emitted light distribution in an output light beam, which by a plurality of conical lateral surfaces 64 to 69 is limited. The two central conical surfaces converge 66 and 67 , in which in the 10th shown section through the optical axis 14 on the basic axis of symmetry 22 . Accordingly, the output light beam has a circular shape around the optical axis 14 running focal line 52 similar to the representation according to 8th on. This focal line 52 results from a circular orbit around the focal point 30th (compare 9 ) around the optical axis 14 .

Darüber hinaus führt jedoch der sich für die zugeordnete Basislinse (vergleiche Erläuterungen zu 9) ergebende Brennkreis 54 dazu, dass sich die beiden jeweils außen liegenden Kegelmantelflächen 64 und 65 beziehungsweise 68 und 69 in zwei weiteren, jeweils die optische Achse 14 kreisförmig umgebenden Brennlinien 62 schneiden. Somit ist mit dem optischen Element 60 ein Ausgangslichtbündel erzeugbar, bei dem das Licht in drei von den Kegelmantelflächen 54 bis 59 begrenzten Kegelmänteln konzentriert ist. Dabei weist eine Winkelhalbierende des mittleren Kegelmantels gegenüber der optischen Achse 14 gerade den Basiskippwinkel φ auf.In addition, however, leads to the assigned base lens (see explanations 9 ) resulting firing circuit 54 to the fact that the two outer conical lateral surfaces 64 and 65 respectively 68 and 69 in two more, each with the optical axis 14 circular focal lines 62 to cut. So with the optical element 60 an output light bundle can be generated, in which the light in three of the conical outer surfaces 54 to 59 limited cone shells is concentrated. In this case, an angle bisector of the central conical surface points with respect to the optical axis 14 just the base tilt angle φ on.

Die 11 zeigt ein Leuchtmodul 100, in welchem ein optisches Element 110 nach einer der vorstehend beschriebenen Arten zum Einsatz kommt. Das Leuchtmodul 100 weist außerdem eine nicht näher dargestellte Lichtquelle auf, welche in dem optischen Zentrum 12 des optischen Elements 110 angeordnet ist.The 11 shows a light module 100 , in which an optical element 110 is used according to one of the types described above. The light module 100 also has a light source, not shown, which is in the optical center 12th of the optical element 110 is arranged.

Ferner weist das Leuchtmodul 100 einen ersten Teilreflektor 112 sowie einen zweiten Teilreflektor 114 auf. Beide Teilreflektoren bilden zusammen einen Zonenreflektor 120, mit welchem ein Ausgangslichtbündel 105 des optischen Elements 110 in eine Abstrahllichtverteilung 107 in Abstrahlrichtung 101 des Leuchtmoduls 100 umgelenkt werden kann.Furthermore, the light module 100 a first partial reflector 112 and a second partial reflector 114 on. Both partial reflectors together form a zone reflector 120 with which an output light beam 105 of the optical element 110 into a beam of light 107 in the direction of radiation 101 of the light module 100 can be redirected.

Die räumliche Anordnung des ersten Teilreflektors 112 sowie des zweiten Teilreflektors 114 in Bezug auf das optische Element 110 wird im Folgenden anhand der 12 bis 15 näher erläutert.The spatial arrangement of the first partial reflector 112 and the second partial reflector 114 in relation to the optical element 110 is described below using the 12th to 15 explained in more detail.

Die 12 zeigt das Leuchtmodul 100 aus einer Ansicht von schräg vorne, das heißt unter einem Winkel kleiner 90° relativ zur Abstrahlrichtung 101.The 12th shows the light module 100 from an oblique view from the front, that is at an angle of less than 90 ° relative to the direction of radiation 101 .

In der 13 ist das Leuchtmodul 100 in einer Seitenansicht dargestellt, welche einem Blick senkrecht zur Abstrahlrichtung 101 in einer im Vergleich zu der Darstellung in 11 entgegengesetzten Richtung entspricht.In the 13 is the light module 100 shown in a side view, which is a view perpendicular to the direction of radiation 101 in a compared to the representation in 11 opposite direction.

Die 14 zeigt das Leuchtmodul 100 in einer Ansicht von vorne entgegen der Abstrahlrichtung 101 betrachtet.The 14 shows the light module 100 in a view from the front against the direction of radiation 101 considered.

Aus den vorgenannten drei Darstellungen ist erkennbar, dass sowohl der erste Teilreflektor 112 als auch der zweite Teilreflektor 114 als streifenartiger Bandreflektor ausgebildet sind, welche in ihrem räumlichen Verlauf Kegelschnitten folgen. Die Teilreflektoren 112, 114 ergeben sich durch Schnitte parabolischer Reflektoren mit den Kegelmantelflächen, welche die Ausgangslichtbündel des optischen Elements 110 begrenzen. Dabei kann der erste Teilreflektor 112 eine erste Brennweite, und der zweite Teilreflektor 114 eine zweite Brennweite aufweisen. Durch geeignete Orientierung und Anordnung der Teilreflektoren 112, 114 kann dann die gewünschte Abstrahllichtverteilung 107 erzielt werden.From the above three representations it can be seen that both the first partial reflector 112 as well as the second partial reflector 114 are designed as a strip-like band reflector, which follow conic sections in their spatial course. The partial reflectors 112 , 114 result from cuts of parabolic reflectors with the conical outer surfaces, which are the output light beams of the optical element 110 limit. The first partial reflector can 112 a first focal length, and the second partial reflector 114 have a second focal length. By appropriate orientation and arrangement of the partial reflectors 112 , 114 can then the desired light distribution 107 be achieved.

Die 15 schließlich zeigt die Anordnung des ersten Teilreflektors 112 und des zweiten Teilreflektors 114 in einer Ansicht von oben, das heißt entlang der optischen Achse 14 des optischen Elements 110. Da der zweite Teilreflektor 114 im Strahlengang eines von dem optischen Element 110 ausgehenden konvergierenden Ausgangslichtbündels 105 früher angeordnet ist als der erste Teilreflektor 112, weist der zweite Teilreflektor 114 einen größeren Querschnitt als der erste Teilreflektor auf.The 15 finally shows the arrangement of the first partial reflector 112 and the second partial reflector 114 in a view from above, that is along the optical axis 14 of the optical element 110 . Because the second partial reflector 114 in the beam path one of the optical element 110 outgoing converging output light beam 105 is arranged earlier than the first partial reflector 112 , has the second partial reflector 114 a larger cross section than the first partial reflector.

Die 16 zeigt die Lichtintensität der Abstrahllichtverteilung 107 in einer in Abstrahlrichtung 101 von dem Leuchtmodul 100 beabstandeten Ebene.The 16 shows the light intensity of the light distribution 107 in a direction of radiation 101 from the light module 100 spaced plane.

Das optische Element 110 erzeugt eine Ausgangslichtbündel 105 mit durch Kegelmantelflächen begrenzten Lichtbündeln. Die Teilreflektoren 112 und 114 folgen in ihrem Verlauf Kegelschnitten. Daher kann ein definierter Bereich des Ausgangslichtbündels 105 umgelenkt werden. Der Zonenreflektor 120 ist nur für solche Raumbereiche wirksam, in welche tatsächlich Licht von der Lichtquelle im optischen Zentrum 12 (nach Strahlformung mit dem optischen Element 110) eingestrahlt wird.The optical element 110 generates an output light beam 105 with bundles of light delimited by conical surface areas. The partial reflectors 112 and 114 follow conic sections in their course. Therefore, a defined area of the output light beam 105 be redirected. The zone reflector 120 is only effective for those areas in which light actually comes from the light source in the optical center 12th (after beam shaping with the optical element 110 ) is irradiated.

Die Ausgangslichtverteilung 107 zeigt daher leuchtende Bänder, deren Verlauf der Vorderansicht auf den Zonenreflektor 120 gemäß 14 folgt. Da das optische Element 110 Licht, welches von der (nicht dargestellten) im optischen Zentrum 12 angeordneten Lichtquelle ausgestrahlt wird, im Wesentlichen nur auf gerade die Bereiche konzentriert, in welchen der Zonenreflektor 120 angeordnet ist, kann die in der 16 dargestellte Abstrahllichtverteilung 107 mit hoher Effizienz aus dem Ausgangslichtbündel 105 gewonnen werden.The output light distribution 107 therefore shows luminous bands, the course of the front view of the zone reflector 120 according to 14 follows. Because the optical element 110 Light emitted by the (not shown) in the optical center 12th arranged light source is emitted, essentially concentrated only on the areas in which the zone reflector 120 is arranged in the 16 shown light distribution 107 with high efficiency from the output light beam 105 be won.

Claims (10)

Refraktives optisches Element (10, 40, 50, 60, 110) zur Formung eines Lichtbündels, mit einem rotationssymmetrischen Grundkörper (24), welcher aus einem optischen Linsenmaterial ausgebildet ist, und welcher eine optische Achse (14) aufweist, wobei der Grundkörper (24) als Rotationskörper einer Rotationsbasisfläche (16) um die optische Achse (14) ausgebildet ist, wobei die Rotationsbasisfläche (16) spiegelsymmetrisch zu einer Basissymmetrieachse (22) ist, wobei die Basissymmetrieachse (22) einen nichtverschwindenden Basiskippwinkel (φ) mit der optischen Achse (14) derart einschließt, dass sich die optische Achse (14) und die Basissymmetrieachse (22) in einem optischen Zentrum (12) schneiden, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsbasisfläche (16) derart ausgebildet ist, dass von dem Grundkörper (24) eine von einer im optischen Zentrum (12) angeordneten gedachten Punktlichtquelle ausgestrahlte Lichtverteilung in ein von Randstrahlen (31) begrenztes Ausgangslichtbündel abbildbar ist, dessen Randstrahlen (31) eine Mehrzahl von Kegelmantelflächen (64-69) bilden, welche sich in drei voneinander abweichenden Brennlinien schneiden.Refractive optical element (10, 40, 50, 60, 110) for forming a light beam, with a rotationally symmetrical base body (24) which is made of an optical lens material and which has an optical axis (14), the base body (24 ) is designed as a body of rotation of a rotation base surface (16) about the optical axis (14), the rotation base surface (16) being mirror-symmetrical to a base symmetry axis (22), the base symmetry axis (22) having a non-vanishing base tilt angle (φ) with the optical axis ( 14) in such a way that the optical axis (14) and the base symmetry axis (22) intersect in an optical center (12), characterized in that the rotation base surface (16) is designed such that one of the base body (24) a light distribution emitted in an imaginary point light source arranged in the optical center (12) into an output light bundle delimited by marginal rays (31) The edge rays (31) of which form a plurality of conical lateral surfaces (64-69) which intersect in three focal lines which differ from one another. Optisches Element (10, 40, 50, 60, 110) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsbasisfläche (16) in Richtung senkrecht zur Basissymmetrieachse (22) von wenigstens einem Lateralgrenzpunkt (20) derart begrenzt ist, dass eine gedachte Verbindungslinie von dem Lateralgrenzpunkt (20) zum optischen Zentrum (12) mit der Basissymmetrieachse (22) einen Erfassungswinkel (α) einschließt, welcher kleiner oder gleich oder größer ist, als der Basiskippwinkel (φ).Optical element (10, 40, 50, 60, 110) according to Claim 1 , characterized in that the rotational base surface (16) is limited in the direction perpendicular to the base symmetry axis (22) by at least one lateral limit point (20) such that an imaginary connecting line from the lateral limit point (20) to the optical center (12) with the base symmetry axis (22 ) includes a detection angle (α) that is less than or equal to or greater than the base tilt angle (φ). Optisches Element (10, 40, 50, 60, 110) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsbasisfläche (16) derart ausgebildet ist, dass von dem Grundkörper (24) eine von einer im optischen Zentrum (12) angeordneten Punktlichtquelle ausgestrahlte Lichtverteilung in ein rotationssymmetrisches Ausgangslichtbündel abbildbar ist.Optical element (10, 40, 50, 60, 110) according to Claim 1 or 2nd , characterized in that the rotation base surface (16) is designed such that a light distribution emitted by a point light source arranged in the optical center (12) can be imaged into a rotationally symmetrical output light bundle by the base body (24). Optisches Element (50) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Brennlinie (52) als Kegelschnitt ausgebildet ist.Optical element (50) according to one of the preceding claims, wherein a focal line (52) is designed as a conic section. Optisches Element nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element außerdem eine Facette und/oder Streustruktur aufweist, wobei die Facette und/oder Streustruktur an dem Grundkörper (24) angeordnet oder in den Grundkörper (24) eingebracht ist.Optical element according to one of the preceding claims, characterized in that the optical element also has a facet and / or scattering structure, the facet and / or Scattering structure is arranged on the base body (24) or is introduced into the base body (24). Optisches Element (10, 40, 50, 60, 110) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsbasisfläche (16) derart ausgebildet, dass der Grundkörper (24) eine Zentralausnehmung (26) aufweist, in welcher die optische Achse (14) verläuft.Optical element (10, 40, 50, 60, 110) according to one of the preceding claims, characterized in that the rotation base surface (16) is designed in such a way that the base body (24) has a central recess (26) in which the optical axis ( 14) runs. Optisches Element (10, 40, 50, 60, 110) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsbasisfläche (16) linsenartig oder linsenförmig ausgebildet ist.Optical element (10, 40, 50, 60, 110) according to one of the preceding claims, characterized in that the rotation base surface (16) is lenticular or lenticular. Optisches Element (10, 40, 50, 60, 110) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsbasisfläche (16) derart ausgebildet ist, dass ein gedachter Rotationskörper der Rotationsbasisfläche (16) um die Basissymmetrieachse (22) optische Linseneigenschaften einer gedachten Basissammellinse aufweist, wobei die gedachte Basissammellinse eine Brennweite derart aufweist, dass der Brennpunkt (30) im optischen Zentrum (12) oder zwischen der gedachten Basissammellinse und dem optischen Zentrum (12) oder auf der der gedachten Basissammellinse gegenüberliegenden Seite in Bezug auf das optische Zentrum (12) liegt.Optical element (10, 40, 50, 60, 110) according to one of the Claims 1 to 3rd , characterized in that the rotation base surface (16) is designed such that an imaginary body of rotation of the rotation base surface (16) around the base axis of symmetry (22) has optical lens properties of an imaginary base collecting lens, the imaginary base collecting lens having a focal length such that the focal point (30 ) in the optical center (12) or between the imaginary base lens and the optical center (12) or on the opposite side of the imaginary base lens with respect to the optical center (12). Leuchtmodul (100) mit einem refraktiven optischen Element (10, 40, 50, 60, 110) nach einem der vorherigen Ansprüche.Luminous module (100) with a refractive optical element (10, 40, 50, 60, 110) according to one of the preceding claims. Leuchtmodul (100) nach Anspruch 9, wobei ein Zonenreflektor (120) vorgesehen ist, welcher derart angeordnet ist, dass ein Ausgangslichtbündel (105) des optischen Elements (110) in eine Abstrahllichtverteilung (107) des Leuchtmoduls (100) umlenkbar ist, und welcher derart ausgebildet ist, dass der Zonenreflektor (120) nur räumliche Bereiche überdeckt, in welche das Ausgangslichtbündel (105) abstrahlbar ist.Light module (100) after Claim 9 A zone reflector (120) is provided, which is arranged such that an output light bundle (105) of the optical element (110) can be deflected into a radiation light distribution (107) of the lighting module (100), and which is designed such that the zone reflector (120) only covers spatial areas into which the output light beam (105) can be emitted.
DE102012209013.4A 2012-05-29 2012-05-29 Optical element and a light module Expired - Fee Related DE102012209013B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012209013.4A DE102012209013B4 (en) 2012-05-29 2012-05-29 Optical element and a light module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012209013.4A DE102012209013B4 (en) 2012-05-29 2012-05-29 Optical element and a light module

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102012209013A1 DE102012209013A1 (en) 2013-12-05
DE102012209013B4 true DE102012209013B4 (en) 2020-03-26

Family

ID=49579359

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102012209013.4A Expired - Fee Related DE102012209013B4 (en) 2012-05-29 2012-05-29 Optical element and a light module

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102012209013B4 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017128893B4 (en) 2017-12-05 2020-09-17 Automotive Lighting Reutlingen Gmbh Lighting device of a motor vehicle

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3711722A (en) * 1958-07-28 1973-01-16 American Optical Corp Detecting systems and the like
DE2915453A1 (en) * 1978-04-24 1979-10-31 Cipel LIGHTING DEVICE
US5592286A (en) * 1995-03-08 1997-01-07 Alltrista Corporation Container flange inspection system using an annular lens
US6361191B1 (en) * 1998-09-29 2002-03-26 Jerome H. Simon Off-axis and segment collimation and projection

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3711722A (en) * 1958-07-28 1973-01-16 American Optical Corp Detecting systems and the like
DE2915453A1 (en) * 1978-04-24 1979-10-31 Cipel LIGHTING DEVICE
US5592286A (en) * 1995-03-08 1997-01-07 Alltrista Corporation Container flange inspection system using an annular lens
US6361191B1 (en) * 1998-09-29 2002-03-26 Jerome H. Simon Off-axis and segment collimation and projection

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012209013A1 (en) 2013-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2784379B1 (en) Light guide with a strip-like light emitting surface
EP2857740B1 (en) Motor vehicle lighting device
EP2039985B1 (en) LED lighting device with asymmetric light distribution, in particular for street lighting
DE102011085314B3 (en) Light module for illumination device e.g. headlight of motor car, has primary optics having one lens element that is formed by translation of ellipse portion and light exit surface of another lens element in sectional plane
DE102010018119B4 (en) Optical element for a lighting device of a vehicle
EP1327558A2 (en) Vehicle lamp
DE102013212355B4 (en) Motor vehicle lighting device with a light guide having a coupling optics and a transport and conversion optics
DE102007016923A1 (en) Light guide body and light unit with light guide body
DE102012214138B4 (en) Light module of a motor vehicle lighting device with lens element and reflector
DE102013204476B4 (en) Optical element and optoelectronic component with optical element
DE102011089481A1 (en) Automotive lighting device with a long and flat luminous surface
EP3575674B1 (en) Light guide for a motor vehicle lighting device
EP3168657A1 (en) Attachment lens and attachment lens assembly with multiple attachment lenses
DE102014220276A1 (en) lighting device
EP3121510B1 (en) Adaptor lens
DE602004001128T2 (en) Thin, plate-shaped motor vehicle light
EP1709360B1 (en) System for illuminating large areas in an even or defined manner
DE102015213827B4 (en) Lens attachment for a signal lamp of a motor vehicle lighting device
DE102012209013B4 (en) Optical element and a light module
DE6920060U (en) LIGHT, ESPECIALLY REAR OR SAFETY LIGHT
EP3149530B1 (en) Optical body with a lens and light module with the optical body
DE102015106022A1 (en) Abstrahleinheit for a surgical light
EP2812629B1 (en) Reflector emitter
AT16755U1 (en) Luminaire optics
DE102010027028A1 (en) Motor car illumination device, has reflector comprising front surface coated with transparent smooth material, where surface elements are arranged in form of reflecting mirror segments on back surface of reflector

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R083 Amendment of/additions to inventor(s)
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee