DE102004062913A1 - Lens for e.g. poly ellipsoid headlight, of motor vehicle, has upper and lower regions with different focal lengths and different curvatures, where focal length of lower region is larger than focal length of upper region at specific factor - Google Patents

Lens for e.g. poly ellipsoid headlight, of motor vehicle, has upper and lower regions with different focal lengths and different curvatures, where focal length of lower region is larger than focal length of upper region at specific factor Download PDF

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Abstract

The lens has upper and lower regions (40, 42) with different focal lengths (f1, f2) and different curvatures. The focal length (f2) is larger than the focal length (f1) at a factor between 1.05 and 1.2. The regions have different focal length glasses with different refraction index. The lens has a planar convex form with a flat surface facing a reflector of a headlight and a convex surface turned away from the reflector. Independent claims are also included for the following: (A) utilization of a lens for a headlight of a motor vehicle for reproducing the light, which is emitted by a light source and reflected by a reflector, for producing a preset light pattern (B) a headlight for a motor vehicle field, with a light source, a reflector and a lens.

Description

Die Erfindung betrifft eine Linse für Beleuchtungszwecke, insbesondere eine Linse für einen Kfz-Scheinwerfer zur Abbildung des von einer Lichtquelle ausgesandten und von einem Reflektor reflektierten Lichtes zur Erzeugung eines vorgegebenen Beleuchtungsmusters.The The invention relates to a lens for Lighting purposes, in particular a lens for a motor vehicle headlight for Illustration of the light emitted by a light source and a reflector reflected light for generating a predetermined illumination pattern.

Die Erfindung betrifft ferner eine Beleuchtungseinrichtung, insbesondere einen Scheinwerfer für den Kfz-Bereich, mit einer Lichtquelle, einem Reflektor und einer Linse und einer zwischen der Lichtquelle und dem Reflektor angeordneten Blende.The The invention further relates to a lighting device, in particular a headlight for the automotive sector, with a light source, a reflector and a Lens and one disposed between the light source and the reflector Cover.

Seit Mitte der 80er Jahre werden für Automobile der Oberklasse und der oberen Mittelklasse sogenannte „Poly-Ellipsoid-Scheinwerfer" (PES) angeboten, die anstelle einer Streulichtscheibe eine plan-asphäre Linse besitzen, die auf einen Dreifach-Ellipsoid-Reflektor oder in neuerer Zeit auch auf Freiformflächenreflektoren abgestimmt sind.since The mid-80s will be for Automobiles of the upper class and the upper middle class offered so-called "Poly Ellipsoid Headlights" (PES), instead of a scattered light disc, a plane-asphere lens which are based on a triple ellipsoidal reflector or later Time also on freeform surface reflectors are coordinated.

Ein derartiger Ellipsoid-Scheinwerfer (im Folgenden allgemein als „PES-Scheinwerfer" bezeichnet) ist zum Beispiel in der DE 35 07 013 A1 beschrieben. Der dort beschriebene PES-Scheinwerfer umfasst einen Reflektor, eine bezüglich dessen Brennpunkt entfokussierte Lichtquelle, eine Blende mit einer geknickten Kante, davor eine nicht farbkorrigierte (mit chromatischer Dispersion behaftete) Linse und davor ein Korrektionselement. Hierbei wird die Blende durch die plankonvexe Linse in einer Entfernung vor dem Auto abgebildet, so dass eine definierte Hell-Dunkel-Grenze entsteht. Infolge der fehlenden Farbkorrektur der Linse ist die Abbildung der Blende grundsätzlich mit einem Farbsaum behaftet. Dies ist unerwünscht und entspricht nicht den gesetzlichen Vorgaben innerhalb Deutschlands. Zu diesem Zweck wird bei dem vorbekannten Kfz-Scheinwerfer ein Korrekturelement vor der Linse angeordnet, das aus einer oberen zylindrischen Halblinse und einer unteren zylindrischen Halblinse besteht, deren Vertikalschnitt einer konvergierenden bzw. divergierenden Linse entspricht. Beide Halblinsen brechen die Lichtstrahlen nach unten, wobei die Brechung der unteren Halblinse und die der oberen Halblinse unterschiedlich sind. Die optische Achse bei der Halblinse ist identisch mit der optischen Achse der Linse, die ihrerseits identisch mit der optischen Achse des Scheinwerfers ist. Durch das Korrekturelement wird die optische Dispersion der Linse korrigiert.Such an ellipsoidal headlamp (hereinafter generally referred to as "PES headlamp") is disclosed, for example, in US Pat DE 35 07 013 A1 described. The PES headlamp described therein comprises a reflector, a light source defocused with respect to its focal point, a diaphragm with a bent edge, in front of it a lens not color-corrected (with chromatic dispersion) and, in front of it, a correction element. In this case, the aperture is imaged by the plano-convex lens at a distance in front of the car, so that a defined cut-off line is created. As a result of the lack of color correction of the lens, the image of the diaphragm is generally associated with a color fringe. This is undesirable and does not comply with the legal requirements within Germany. For this purpose, a correction element is arranged in front of the lens in the known motor vehicle headlamp, which consists of an upper cylindrical half-lens and a lower cylindrical half-lens whose vertical section corresponds to a converging or diverging lens. Both half-lenses break the light rays down, with the refraction of the lower half lens and the upper half lens are different. The optical axis in the half-lens is identical to the optical axis of the lens, which in turn is identical to the optical axis of the headlight. The correction element corrects the optical dispersion of the lens.

Nachteilig bei der bekannten Anordnung ist die Notwendigkeit eines separaten Korrekturelementes, wodurch die Herstellkosten erhöht werden und der Montage-, Justier- und Wartungsaufwand steigt.adversely in the known arrangement, the need for a separate Correction element, whereby the manufacturing costs are increased and the assembly, adjustment and maintenance costs increase.

Eine ähnliche Anordnung gemäß dem US-Patent Nr. 4 100 594 verwendet statt einer einzigen Blende zwei in kurzem Abstand hintereinander angeordnete Blenden, um die Farbdispersion zu verringern.A similar Arrangement according to the US patent No. 4,100,594 uses two instead of a single iris in a short time Distance behind each other arranged aperture to the color dispersion to reduce.

Für PES-Scheinwerfer gelten enge gesetzliche Spezifikationen, um eine Blendung des Gegenverkehrs zu vermeiden. Hierzu gibt es diverse Vorgaben für die in bestimmten Richtungen und Entfernungen des abgestrahlten Lichtbündels einzuhaltenden Beleuchtungsstärken. Darüber hinaus muss die naturgemäß auftretende Farbstreuung auf ein bestimmtes Maß begrenzt werden. Ferner ist eine präzise Einstellbarkeit der Hell-Dunkel-Grenze des Scheinwerfers gefordert, die eindeutig sein muss und nicht von relativen Farbmaxima beeinträchtigt werden darf.For PES headlights apply close statutory specifications to dazzle oncoming traffic to avoid. There are various specifications for this in certain directions and distances of the emitted light beam to be maintained illuminance. Furthermore must be naturally occurring Color scattering be limited to a certain extent. Further is a precise adjustability the headlamp's cut-off line required that clearly must not be affected by relative color maxima.

In einschlägigen nationalen Prüfnormen wird zum Beispiel die Lichtverteilung eines Scheinwerfers auf einer 25 Meter entfernten Messwand in verschiedene Zonen eingeteilt und eine Vielzahl von Prüfpunkten definiert. Ein bedeutender Parameter hierbei ist die Beleuchtungsstärke im sogenannten HV-Punkt, der 25 Zentimeter oberhalb der Hell-Dunkel-Grenze in der Mitte des Lichtstrahls liegt. Dort darf die Beleuchtungsstärke einen definierten Wert nicht überschreiten. Der HV-Punkt liegt im Dunkelbereich der Lichtverteilung. Bei zu unscharfer Abbildung verbreitert sich die Hell-Dunkel-Grenze, und die Beleuchtungsstärke im HV-Punkt kann den zulässigen Grenzwert übersteigen.In relevant national test standards For example, the light distribution of a headlight on a 25 meters away measuring wall divided into different zones and a multitude of checkpoints Are defined. An important parameter here is the illuminance in the so-called HV point, the 25 centimeters above the light-dark border in the middle of the Ray of light lies. There, the illuminance must not exceed a defined value. The HV point lies in the dark area of the light distribution. In to blurred figure widened the cut-off line, and the illuminance in the HV point can the permissible Exceed limit.

Andererseits ist für bestimmte PES-Scheinwerfer an der Hell-Dunkel-Grenze (HDG) ein relativ weicher Übergang vom hellen zum dunklen Bereich gefordert, was im sogenannten HDG-Wert zum Ausdruck kommt, der innerhalb eines gewissen Toleranzbereiches liegen soll.on the other hand is for certain PES headlamps at the cut-off line (HDG) are a relatively smooth transition demanded from the light to the dark area, what in the so-called HDG value is expressed within a certain tolerance range should lie.

Obwohl für das gesamte Scheinwerfersystem die verschiedenen Einzelkomponenten, insbesondere Reflektor und Linse, optimal aufeinander abgestimmt sein müssen, werden von den Scheinwerfer-Herstellern teilweise noch engere Spezifikationen für die Linse vorgegeben als nach den einschlägigen nationalen Prüfnormen. So ist beispielsweise die gesetzliche Vorschrift für den HV-Wert, dass HV kleiner 1 Lux, während von manchen Scheinwerfer-Herstellern noch darunter liegende Werte gefordert werden.Even though for the entire headlight system the various individual components, in particular reflector and lens, optimally matched to each other have to be Some of the headlight manufacturers' specifications for the lens are even closer given as according to the relevant national Testing standards. For example, the legal requirement for the HV value, that HV is less than 1 lux while values still lower for some headlamp manufacturers be required.

Im Stand der Technik ist auch die Verwendung verschiedener diffraktiver optischer Elemente (DOE) bekannt, um in Kombination mit der Sammellinse die Scheinwerferspezifikationen zu erfüllen (vgl. WO 99/00623). Dies ist jedoch sehr aufwändig und erfordert äußerst präzise Abstimmungen, um die Forderungen hinsichtlich der Intensitätsverteilung des Lichtbündels und hinsichtlich der Farbverteilung und der Einstellbarkeit des Scheinwerfers zu erfüllen.The prior art also discloses the use of various diffractive optical elements (DOE) in order to fulfill the headlamp specifications in combination with the convergent lens (see WO 99/00623). However, this is very complex and requires extremely precise tuning to the requirements with regard to the intensity distribution of the light beam and with regard to the color distribution and adjust the adjustability of the headlamp.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Linse für Beleuchtungszwecke und eine verbesserte Beleuchtungseinrichtung, insbesondere einen Scheinwerfer für den Kfz-Bereich, zu schaffen, womit eine einfache und kostengünstige Herstellung ermöglicht wird und gleichzeitig die vorgegebenen Spezifikationen für eine Anwendung in einem PES-Scheinwerfer eingehalten werden können.Of the Invention is based on the object, an improved lens for lighting purposes and an improved illumination device, in particular a Headlight for the automotive sector, to create, which is a simple and inexpensive production is made possible and at the same time the given specifications for an application can be maintained in a PES headlamp.

Diese Aufgabe wird durch eine Linse für Beleuchtungszwecke, insbesondere eine Linse für einen Kfz-Scheinwerfer, gelöst, zur Abbildung des von einer Lichtquelle ausgesandten und von einem Reflektor reflektierten Lichtes zur Erzeugung eines vorgegebenen Beleuchtungsmusters, wobei die Linse zwei Bereiche mit unterschiedlichen Brennweiten aufweist.These Task is through a lens for Lighting purposes, in particular a lens for a motor vehicle headlight, solved, for Illustration of the light emitted by a light source and a reflector reflected light for generating a predetermined illumination pattern, wherein the lens has two regions of different focal lengths.

Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.The The object of the invention is completely solved in this way.

Durch die Ausbildung der Linse mit zwei unterschiedlichen Brennweiten kann eine Korrektur der farblichen Dispersion der Linse auf einfache und kostengünstige Weise erreicht werden, ohne dass es hierzu eines gesonderten Korrekturelementes bedarf. Dabei können gleichzeitig die übrigen Spezifikationswerte des Scheinwerfers eingehalten werden.By the formation of the lens with two different focal lengths can be a correction of the color dispersion of the lens to simple and cost-effective Be achieved, without this being a separate correction element requirement. It can at the same time the others Specification values of the headlamp are observed.

Da ein zusätzliches Korrekturelement vermieden wird, ergibt sich eine vereinfachte und kostengünstigere Herstellung, wobei gleichzeitig der Montage- und Justieraufwand reduziert wird.There an additional Correction element is avoided, resulting in a simplified and cost-effective Production, at the same time the assembly and adjustment effort is reduced.

Gemäß einer alternativen Ausführung der Erfindung, die auch mit der zuvor erwähnten Lösung kombiniert werden kann, wird die Linse bezüglich der optischen Achse, vorzugsweise in Richtung der optischen Achse, verschoben angeordnet.According to one alternative version of the invention, which can also be combined with the aforementioned solution, is the lens with respect the optical axis, preferably in the direction of the optical axis, shifted arranged.

Auch auf diese Weise lässt sich mit einer derartigen Beleuchtungseinrichtung die farbliche Dispersion korrigieren bzw. verringern.Also that way with such a lighting device, the color Correct or reduce dispersion.

Zwar steigt durch eine solche Maßnahme die Streuwirkung etwas an, so dass der geforderte HV-Wert im Dunkelbereich je nach gesetzlicher Vorgabe bzw. Hersteller-Vorgabe für den Scheinwerfer ggf, nicht mehr oder nur noch mit Schwierigkeiten eingehalten werden kann. Für viele Anwendungsfälle ist dies jedoch bereits ausreichend.Though rises through such a measure the scattering effect something, so that the required HV value in the dark area depending on legal requirement or manufacturer's specification for the headlamp if necessary, no longer or only with difficulty be kept can. For many applications is this is already sufficient.

Kombiniert man eine derartige Maßnahme darüber hinaus mit einer Ausgestaltung der Linse mit zwei unterschiedlichen Brennweiten, so ergibt sich ein breiter Bereich, in dem die verschiedenen Anforderungen bezüglich der Lichtverteilung und bezüglich der Farbkorrektur erfüllt werden können.combined one such measure beyond with an embodiment of the lens with two different focal lengths, This results in a broader range in which the different requirements in terms of the light distribution and re the color correction is met can be.

Gemäß der erstgenannten Ausführung der Erfindung weist die Linse vorzugsweise einen oberen Bereich mit einer ersten Brennweite und einen unteren Bereich mit einer zweiten Brennweite auf, wobei die zweite Brennweite größer als die erste Brennweite ist.According to the former execution In accordance with the invention, the lens preferably has an upper area with a first focal length and a lower area with a second focal length, with the second focal length greater than the first focal length is.

Hierbei beträgt die zweite Brennweite in bevorzugter Weiterbildung der Erfindung mindestens das 1,02-fache, vorzugsweise mindestens das 1,05-fache der ersten Brennweite.in this connection is the second focal length in a preferred embodiment of the invention at least 1.02 times, preferably at least 1.05 times the first focal length.

Ferner beträgt die zweite Brennweite vorzugsweise höchstens das 1,5-fache der ersten Brennweite, vorzugsweise höchstens das 1,2-fache der ersten Brennweite.Further is the second focal length preferably at most 1.5 times the first focal length, preferably at most 1.2 times the first focal length.

Diese Maßnahmen tragen jeweils dazu bei, dass die Strahlen aus dem Dunkelbereich, die farblich dispergieren, nach unten in den Hellbereich gebrochen werden, wo sie sich wieder überlagern, so dass ein neutraler Farbeindruck entsteht.These activities each contribute to the fact that the rays from the dark area, which disperse in color, broken down into the bright area where they overlap again, so that a neutral color impression is created.

Die Bereiche unterschiedlicher Brennweiten der Linse werden vorzugsweise durch unterschiedliche Krümmungen erzielt.The Areas of different focal lengths of the lens are preferably through different curvatures achieved.

Grundsätzlich ist es natürlich auch möglich, Gläser mit unterschiedlichen Brechungsindices zu verwenden, um die Bereiche unterschiedlicher Brennweiten zu erzeugen. Jedoch ist die letztere Maßnahme im Allgemeinen weniger bevorzugt, da hierdurch die Kosten erhöht werden.Basically it of course also possible with glasses different refractive indices to use around the areas to produce different focal lengths. However, the latter measure is in Generally less preferred, as this increases the cost.

Wie grundsätzlich im Stand der Technik bekannt, weist die Linse vorzugsweise eine plankonvexe Form auf, mit einer ebenen, dem Reflektor zugewandten Oberfläche und einer konvexen, dem Reflektor abgewandten Oberfläche.As in principle known in the art, the lens preferably has a plano-convex shape, with a flat, the reflector facing surface and a convex, the reflector facing away from the surface.

Alternativ oder zusätzlich kann die Linse bezüglich der optischen Achse verschoben werden, was vorzugsweise in Richtung der optischen Achse erfolgt.alternative or additionally can the lens with respect the optical axis are moved, which is preferably in the direction the optical axis takes place.

Auch auf diese Weise wird das farblich dispergierte Licht aus dem Dunkelbereich nach unten in den Hellbereich abgelenkt, wodurch die Auswirkungen der Farbdispersion reduziert werden. Die Linse ist hierbei vorzugsweise um mindestens -1 Millimeter, besonders bevorzugt um mindestens etwa -2 Millimeter, verschoben.Also In this way, the color-dispersed light becomes darker deflected down into the bright area, reducing the impact the color dispersion can be reduced. The lens is in this case preferably by at least -1 millimeters, more preferably at least about -2 millimeters, moved.

Besonders vorteilhafte Wirkungen ergeben sich, wenn die Verschiebung der Linse bei einer Linse mit unterschiedlichen Brennweiten verwendet wird, wie vorstehend erwähnt.Particularly advantageous effects arise when the displacement of the lens used in a lens with different focal lengths is as mentioned above.

Darüber hinaus kann die Linse auch aus einer diffraktiven und einer refraktiven Linse zusammengesetzt sein.Furthermore The lens can also be made of a diffractive and a refractive Lens be composed.

Vorzugsweise befindet sich hierbei die diffraktive Linse auf der ebenen, dem Reflektor zugewandten Seite.Preferably Here is the diffractive lens on the plane, the Reflector facing side.

Die refraktive Linse kann auch lediglich auf der oberen oder unteren Hälfte der ebenen Seite angeordnet sein.The refractive lens may also be only on the upper or lower half be arranged on the flat side.

Auch eine Anordnung der diffraktiven Linse auf der gekrümmten Seite der refraktiven Linse kann vorteilhaft sein.Also an arrangement of the diffractive lens on the curved side the refractive lens may be advantageous.

Durch die Kombination derartiger diffraktiver Linsen oder diffraktiver optischer Elemente (DOE) mit der Ausbildung der refraktiven Linse mit zwei unterschiedlichen Brennweitenbereichen wird das Streulicht im Dunkelbereich besonders stark reduziert, insbesondere wenn nur halbseitige diffraktive Linsen verwendet werden (HV < 0,1 Lux).By the combination of such diffractive lenses or more diffractive optical elements (DOE) with the formation of the refractive lens with two different focal lengths is the stray light particularly reduced in the dark, especially if only half-sided diffractive lenses are used (HV <0.1 lux).

Verwendet man stattdessen lediglich die im Stand der Technik bekannten diffraktiven Linsen (DOEs), so wird zwar der Farbsaum korrigiert, aber das Streulicht im Dunkelbereich des Scheinwerfers steigt auf unzulässig hohe Werte an (HV > 1 Lux).used Instead, only the known in the art diffractive Lenses (DOEs), so the color fringe is corrected, but the stray light in the dark area of the headlamp rises to impermissibly high Values at (HV> 1 lux).

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.It it is understood that the above and the following yet to be explained features of the invention not only in the respective specified combination, but also usable in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the invention.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description of preferred embodiments with reference to the drawings. Show it:

1 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in Form eines PES-Scheinwerfers; 1 an exploded view of a lighting device according to the invention in the form of a PES headlamp;

2 den Strahlengang des Scheinwerfers gemäß 1; 2 the beam path of the headlamp according to 1 ;

3 einen mit Abstand von der Beleuchtungseinrichtung gemäß 1 angeordneten Messschirm, aus dem die gemäß den einschlägigen Messvorschriften vorgegebenen Zonen entnehmbar sind; 3 a distance from the illumination device according to 1 arranged measuring screen, from which the predetermined according to the relevant measurement rules zones can be removed;

4 eine Darstellung der Abhängigkeit des Brechungsindex n von der Wellenlänge (λ in nm) für das häufig verwendete Linsenglas B270; 4 a representation of the dependence of the refractive index n of the wavelength (λ in nm) for the commonly used lens glass B270;

5 eine schematische Darstellung der Beleuchtungseinrichtung gemäß 2 zur Erläuterung der chromatischen Dispersion; 5 a schematic representation of the lighting device according to 2 to explain the chromatic dispersion;

6 eine weitere Darstellung zur Erläuterung der chromatischen Dispersion, aus der die unterschiedlichen Brennebenen, die sich für die Farben blau, grün und rot ergeben, schematisch dargestellt sind; 6 a further illustration for explaining the chromatic dispersion, from which the different focal planes, which result in the colors blue, green and red, are shown schematically;

7 eine Darstellung des Normfarbwertanteils y in Abhängigkeit von einem Versatz der Linse; 7 a representation of the standard color value component y as a function of an offset of the lens;

8 eine Darstellung des HV-Wertes (in Lux) in Abhängigkeit von dem Versatz der Linse; 8th a representation of the HV value (in lux) as a function of the offset of the lens;

9 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in einer abgewandelten Ausführung, bei der die Linse zwei Bereiche unterschiedlicher Brennweite aufweist; 9 a schematic representation of a lighting device according to the invention in a modified embodiment, in which the lens has two regions of different focal length;

10 eine Darstellung des minimalen Normfarbwertanteils y in Abhängigkeit vom Linsenversatz relativ zur optischen Achse bei Verwendung einer Linse gemäß 9; und 10 a representation of the minimum standard color value fraction y as a function of the lens offset relative to the optical axis when using a lens according to 9 ; and

11 eine Darstellung der Abhängigkeit des HV-Wertes (in Lux) in Abhängigkeit vom Linsenversatz zur optischen Achse bei Verwendung einer Linse gemäß 9. 11 a representation of the dependence of the HV value (in lux) as a function of the lens offset to the optical axis when using a lens according to 9 ,

Ein erfindungsgemäßer PES-Scheinwerfer ist in 1 dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 20 bezeichnet. Der PES-Scheinwerfer 20 besteht aus einem Poly-Ellipsoid-Reflektor 24, einer Lichtquelle 22, etwa in Form einer Halogenlampe, aus einer Blende 26 und aus einer Linse 28. Die Blende 26 ist im Strahlengang zwischen der Lichtquelle 22 und der Linse 28 angeordnet. Die üblicherweise benutzten Blenden 26 schatten die untere Hälfte des Strahlenbündels ab, so dass das Scheinwerferlicht nach Austritt hinter der Linse 28 im Wesentlichen nach unten gerichtet ist. Durch die Abstufung der Oberkante der Blende wird erreicht, dass der Lichtstrahl insbesondere nach rechts unten gelenkt wird, um den Gegenverkehr möglichst wenig zu blenden.An inventive PES headlamp is in 1 represented and in total with the numeral 20 designated. The PES headlight 20 consists of a poly-ellipsoidal reflector 24 , a light source 22 , for example in the form of a halogen lamp, from a panel 26 and from a lens 28 , The aperture 26 is in the beam path between the light source 22 and the lens 28 arranged. The commonly used apertures 26 shadow the lower half of the beam, leaving the spotlight behind the lens after exit 28 is directed essentially downwards. The gradation of the upper edge of the diaphragm ensures that the light beam is directed in particular to the right down to minimize the oncoming traffic as little as possible.

Der Strahlengang eines PES-Scheinwerfers ist in 2 dargestellt. In einem ersten Brennpunkt 30 des Reflektors 24 ist die Lichtquelle 22 angeordnet. Durch die ellipsoide Form des Re flektors 24 wird das Licht in einem zweiten Brennpunkt 32 fokussiert, der kurz hinter der Blende 26 liegt. Danach passieren die einzelnen Lichtstrahlen die Linse 28 und erzeugen eine 26' der Blende 26 etwa in einer Entfernung von ca. 10 Meter.The beam path of a PES headlamp is in 2 shown. In a first focus 30 of the reflector 24 is the light source 22 arranged. Due to the ellipsoidal shape of the re reflector 24 the light is in a second focus 32 focused, just behind the aperture 26 lies. After that, the individual light rays pass through the lens 28 and create one 26 ' the aperture 26 at a distance of about 10 meters.

An die Lichtverteilung eines derartigen PES-Scheinwerfers werden eine Reihe von gesetzlichen Vorgaben gestellt. Auch die Scheinwerfer-Hersteller haben eigene Spezifikationen, um die gesetzlichen Vorgaben oder die Vorgaben von Kfz-Herstellern zu erfüllen. Die verschiedenen Zonen und Referenz-Beleuchtungspunkte, die sich bei Beleuchtung einer senkrechten Tafel durch einen solchen Scheinwerfer ergeben, sind in 3 dargestellt. In 3 bezeichnet die Linie V-V die vertikale Mittellinie und H-H die horizontale Mittellinie, Die einzelnen Referenzpunkte sind in Kreisen eingezeichnet.To the light distribution of such a PES headlamp a number of legal requirements are made. Also, the headlight manufacturers have their own specifications to meet the statutory requirements or the specifications of vehicle manufacturers. The various zones and reference illumination points that result when illuminating a vertical panel by such a headlamp are in FIG 3 shown. In 3 the line VV denotes the vertical center line and HH the horizontal center line. The individual reference points are shown in circles.

Ein wichtiger Wert zur Beurteilung eines PES-Scheinwerfers ist insbesondere der HV-Wert. Wie aus 3 ersichtlich, liegt der HV-Punkt ➀ 25 Zentimeter oberhalb des ausgeleuchteten Bereiches in 25 Meter hinter der Linse. In horizontaler Richtung befindet sich der HV-Punkt ➀ genau über der Stufe der Hell-Dunkel-Grenze HDG, die durch die Abstufung der Kante der Blende 26 erzeugt wird. Die Beleuchtungsstärke am HV-Punkt muss vorzugsweise kleiner gleich 1 Lux sein, vorzugsweise noch geringer.An important value for the evaluation of a PES headlamp is in particular the HV value. How out 3 As can be seen, the HV point ➀ is 25 centimeters above the illuminated area in 25 meters behind the lens. In the horizontal direction, the HV point ➀ is located just above the level of the cut-off HDG bordered by the gradation of the edge of the aperture 26 is produced. The illuminance at the HV point must preferably be less than or equal to 1 lux, preferably even lower.

Aus 4 ist die Ursache für die chromatische Dispersion von Linsen ersichtlich. Für das Glas B270 (Verkaufsbezeichnung der Schott AG), das häufig für derartige Linsen verwendet wird, ist die Abhängigkeit des Brechungsindex n von der Wellenlänge (λ in nm) dargestellt. Wie aus den schematischen Darstellungen gemäß der 5 und 6 ohne Weiteres erkennbar, ergeben sich aufgrund der Abhängigkeit des Brechungsindex n von der Wellenlänge unterschiedliche Ablenkungswinkel für rotes Licht (R), gelbes Licht (G) und blaues Licht (B). In 6 ist hierzu gezeigt, dass sich für das blaue Licht, das gelbe Licht und das rote Licht unterschiedliche Brennebenen 29, 29', 29'' ergeben, in denen ein Bild der Blende 26 erzeugt wird (zum Zwecke der deutlicheren Darstellung wurde die chromatische Dispersion 5 und 6 stark übertrieben dargestellt; in Wirklichkeit sind die Winkelunterschiede kaum wahrnehmbar).Out 4 is the cause of the chromatic dispersion of lenses visible. For the glass B270 (sales name of Schott AG), which is often used for such lenses, the dependence of the refractive index n on the wavelength (λ in nm) is shown. As is apparent from the schematic illustrations according to the 5 and 6 readily apparent, different deflection angles for red light (R), yellow light (G), and blue light (B) result due to the dependence of the refractive index n on the wavelength. In 6 It is shown that for the blue light, the yellow light and the red light different focal planes 29 . 29 ' . 29 '' yield, in which a picture of the aperture 26 (for the sake of clarity, chromatic dispersion was used 5 and 6 greatly exaggerated; in reality, the angular differences are barely perceptible).

Erfindungsgemäß ist nun die Linse 28 gegenüber der optischen Achse 33 der Beleuchtungseinrichtung 20 um einen gewissen Betrag in Richtung der optischen Achse verschoben angeordnet, was aus 2 nicht ersichtlich ist. Der Versatz der Linse in Richtung der optischen Achse 33 ist sehr gering und kann zum Beispiel im Bereich von -1 Millimeter bis -3 Millimeter liegen.According to the invention is now the lens 28 opposite the optical axis 33 the lighting device 20 arranged shifted by a certain amount in the direction of the optical axis, resulting in 2 is not apparent. The offset of the lens in the direction of the optical axis 33 is very small and can for example be in the range of -1 millimeters to -3 millimeters.

Die Auswirkung des Versatzes der Linse 28 unter Verwendung einer herkömmlichen, plankonvexen Linse mit rotationssymmetrischer Ausführung ist in 7 dargestellt. 7 zeigt den maximalen und den minimalen Normfarbwertanteil y in Abhängigkeit vom Linsenversatz. Es ist ohne Weiteres ersichtlich, dass durch den Versatz der Linse beispielsweise um -1 Millimeter oder um -2 Millimeter ein verbesserter Farbwertanteil y erzielt wird, also die chromatische Dispersion reduziert wird.The effect of misalignment of the lens 28 using a conventional, plano-convex lens with rotationally symmetrical design is in 7 shown. 7 shows the maximum and the minimum standard color value component y as a function of the lens offset. It is readily apparent that the offset of the lens, for example, by -1 millimeters or -2 millimeters, an improved color value fraction y is achieved, so the chromatic dispersion is reduced.

In 8 ist hierzu nun parallel die Auswirkung eines Linsenversatzes auf den HV-Wert dargestellt. Es zeigt sich allerdings, dass durch einen Linsenversatz der HV-Wert ansteigt, das heißt also, dass verstärktes Streulicht im Dunkelbereich auftritt.In 8th For this purpose, the effect of a lens offset on the HV value is shown in parallel. It turns out, however, that the HV value increases due to a lens offset, that is to say that intensified scattered light occurs in the dark region.

Im vorliegenden Fall kann je nach den vorgegebenen Spezifikationen ein Kompromiss zwischen geringer chromatischer Dispersion und niedrigem HV-Wert gefunden werden.in the this case may vary depending on the given specifications a compromise between low chromatic dispersion and low HV being found.

Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung der chromatischen Dispersion bei gleichzeitiger Einhaltung eines niedrigen HV-Wertes wird im Folgenden anhand der 9 bis 11 erläutert.Another way to reduce the chromatic dispersion while maintaining a low HV value is described below with reference to 9 to 11 explained.

In 9 ist eine Beleuchtungseinrichtung in einer gegenüber der Ausführung gemäß 2 leicht abgewandelten Ausführung dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 20a bezeichnet.In 9 is a lighting device in a respect to the embodiment according to 2 slightly modified version shown and overall with the numeral 20a designated.

Der einzige Unterschied zu der Ausführung gemäß 2 besteht darin, dass anstelle einer rotationssymmetrischen, plankonvexen Linse 28 nunmehr eine Linse 28a mit zwei unterschiedlichen Brennwertbereichen 40 und 42 im oberen und im unteren Teil der Linse 28a verwendet wird. Die Linse 28a weist wie auch die Linse 28 eine grundsätzlich plankonvexe Form auf, mit einer ebenen Oberfläche 38, die dem PES-Reflektor 24 zugewandt ist, und mit einer grundsätzlich konvexen Oberfläche 36 auf der dem Reflektor 24 abgewandten Seite. Durch die Ausbildung unterschiedlicher Krümmungen ist im oberen Bereich eine erste Brennweite f1 gebildet, während der untere Bereich 42 eine zweite Brennweite f2 aufweist, die etwas größer als die erste Brennweite f1 ist. Hierbei ist ein stetiger Übergang zwischen dem ersten Bereich 40 und dem zweiten Bereich 42 gewährleistet. Die unterschiedlichen Krümmungen des ersten Bereiches 40 und des zweiten Bereiches 42 sind lediglich schematisch angedeutet.The only difference to the execution according to 2 is that instead of a rotationally symmetric, plano-convex lens 28 now a lens 28a with two different calorific value ranges 40 and 42 in the upper and lower part of the lens 28a is used. The Lens 28a points as well as the lens 28 a basically plano-convex shape, with a flat surface 38 that the PES reflector 24 facing, and with a fundamentally convex surface 36 on the reflector 24 opposite side. Due to the formation of different curvatures, a first focal length f 1 is formed in the upper region, while the lower region 42 has a second focal length f 2 which is slightly larger than the first focal length f 1 . Here is a steady transition between the first area 40 and the second area 42 guaranteed. The different curvatures of the first area 40 and the second area 42 are indicated only schematically.

Vorzugsweise ist die zweite Brennweite f2 im unteren Bereich 42 um einen Faktor zwischen etwa 1,05 und 1,2 größer als die erste Brennweite f1.Preferably, the second focal length f 2 is in the lower region 42 by a factor between about 1.05 and 1.2 greater than the first focal length f 1 .

Aus der Darstellung des Strahlengangs in 9, in der die vom Mittelpunkt 34 einer Halogen-Lichtquelle 22 ausgehenden Lichtstrahlen gezeigt sind, ist ersichtlich, dass die Strahlen aus dem Dunkelbereich infolge der kürzeren Brennweite f1 weiter nach unten gebrochen werden.From the representation of the beam path in 9 in which the center of 34 a halogen light source 22 outgoing light rays are shown, it can be seen that the rays from the dark area due to the shorter focal length f 1 are further broken down.

Diese Strahlen gelangen somit in den Hellbereich und können sich dort überlagern, wodurch die Auswirkung der chromatischen Dispersion deutlich verringert wird.These rays thus reach the light region and can be superimposed there, whereby the effect of the chromatic dispersion is clear is reduced.

Diese Maßnahme wird vorzugsweise mit einem Versatz der Linse 28a in Richtung der optischen Achse kombiniert, wie zuvor anhand der 7 und 8 erläutert wurde.This measure is preferably with an offset of the lens 28a combined in the direction of the optical axis, as previously based on the 7 and 8th was explained.

Die Auswirkungen hiervon sind in den 10 und 11 dargestellt. Aus 10 ist ersichtlich, dass bei einem Versatz der Linse 28a ein verbesserter Normfarbwertanteil y erzielt wird, während sich gleichzeitig gemäß 11 ein sehr geringer HV-Wert in Abhängigkeit vom Linsenversatz ergibt.The implications of this are in the 10 and 11 shown. Out 10 it can be seen that at an offset of the lens 28a an improved standard color value fraction y is obtained, while at the same time 11 a very low HV value depending on the lens offset.

Ein besonders günstiger Wert ergibt sich bei einem Versatz der Linse 28a zwischen -2 Millimeter und -5 Millimeter, da hierbei gleichzeitig ein hoher Normfarbwertanteil y und ein sehr geringer HV-Wert erzielt wird.A particularly favorable value results with a displacement of the lens 28a between -2 millimeters and -5 millimeters, since at the same time a high standard color value component y and a very low HV value are achieved.

Zusätzlich kann ein diffraktives optisches Element (DOE) verwendet werden, um das Streulicht weiter zu reduzieren. Ein derartiges DOE ist in 9 mit der Ziffer 48 gestrichelt als Option angedeutet. Mit einer solchen Kombination können HV-Werte von weniger als 0,1 Lux erzielt werden.In addition, a diffractive optical element (DOE) can be used to further reduce stray light. Such a DOE is in 9 with the numeral 48 indicated by dashed lines as an option. With such a combination HV values of less than 0.1 lux can be achieved.

Die in den 7, 8, 10, 11 gezeigten Abhängigkeiten des Normfarbwertanteils und des HV-Wertes in Abhängigkeit vom Linsenversatz in Richtung der optischen Achse wurden aufgrund von Simulationsrechnungen ermittelt. Es versteht sich, dass derartige Simulationsrechnungen nur die Tendenz aufzeigen können, während die Verhältnisse in realen Beleuchtungssystemen davon mehr oder minder abweichen können. Jedoch wurde die vorteilhafte Wirkung des Linsenversatzes einerseits und der Ausgestaltung der Linse mit unterschiedlichen Brennweiten andererseits auch anhand von Messungen im Farblabor überprüft.The in the 7 . 8th . 10 . 11 dependencies of the standard color value component and the HV value as a function of the lens offset in the direction of the optical axis were determined on the basis of simulation calculations. It is understood that such simulation calculations can only show the tendency, while the conditions in real lighting systems can deviate more or less from it. However, the beneficial effect of the lens offset on the one hand and the design of the lens with different focal lengths on the other hand, was also checked by means of measurements in the color laboratory.

Aus 9 ist ferner noch ersichtlich, dass am optisch nicht wirksamen Rand 44 der Linse 28a, der zur Halterung der Linse 28a dient, ein Zentrierelement 46 vorgesehen ist. Ein solches Zentrierelement 46 kann beispielsweise als lokale Vertiefung ausgebildet sein und ist notwendig um, einen lagerichtigen Einbau der Linse 28a zu gewährleisten.Out 9 It can also be seen that the optically inactive edge 44 the lens 28a which is used to hold the lens 28a serves, a centering element 46 is provided. Such a centering element 46 For example, it can be designed as a local depression and is necessary for a correct installation of the lens 28a to ensure.

Die Linse einschließlich des DOE kann aus optischem Glas, bevorzugt aus einem silikatischen Multikomponentenglas bestehen. Die Herstellung kann durch Pressen eines Glasgobs (Linsenrohlings) oder Glassubstrates hergestellt werden. Aber auch eine Herstellung aus Kunststoff, z.B. durch Gießen (bevorzugt Spritzgießen), Pressen oder Prägen ist vorteilhaft. Letztere Verfahren gewährleisten eine hohe Formtreue. Bezüglich der Kunststoffe werden transparente und langzeitstabile Kunststoffe bevorzugt.The Lens included of the DOE can be made of optical glass, preferably of a silicate multi-component glass consist. The production can be done by pressing a glass gob (lens blank) or Glass substrates are produced. But also a production Plastic, e.g. by pouring (preferred Injection molding) Pressing or embossing is advantageous. The latter methods ensure a high level of form accuracy. In terms of The plastics become transparent and long-term stable plastics prefers.

Claims (20)

Linse für Beleuchtungszwecke, insbesondere Linse (28a) für einen Kfz-Scheinwerfer, zur Abbildung des von einer Lichtquelle (22) ausgesandten und von einem Reflektor (24) reflektierten Lichtes zur Erzeugung eines vorgegebenen Beleuchtungsmusters, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (28a) zwei Bereiche mit (40, 42) unterschiedlichen Brennweiten (f1, f2) aufweist.Lens for lighting, in particular lens ( 28a ) for a motor vehicle headlight, for imaging of a light source ( 22 ) and from a reflector ( 24 ) reflected light for generating a predetermined illumination pattern, characterized in that the lens ( 28a ) two areas with ( 40 . 42 ) has different focal lengths (f 1 , f 2 ). Linse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (28a) einen oberen Bereich (40) mit einer ersten Brennweite (f1) und einen unteren Bereich (42) mit einer zweiten Brennweite (f2) aufweist, wobei die zweite Brennweite größer als die erste Brennweite ist (f1 < f2).Lens according to claim 1, characterized in that the lens ( 28a ) an upper area ( 40 ) with a first focal length (f 1 ) and a lower area ( 42 ) having a second focal length (f 2 ), wherein the second focal length is greater than the first focal length (f 1 <f 2 ). Linse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Brennweite (f2) mindestens das 1,02-fache der ersten Brennweite beträgt (f2 ≥ 1,02 f1).Lens according to claim 2, characterized in that the second focal length (f 2 ) is at least 1.02 times the first focal length (f 2 ≥ 1.02 f 1 ). Linse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Brennweite (f2) mindestens das 1,05-fache der ersten Brennweite beträgt (f2 ≥ 1,05 f1).Lens according to claim 3, characterized in that the second focal length (f 2 ) is at least 1.05 times the first focal length (f 2 ≥ 1.05 f 1 ). Linse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Brennweite (f2) höchstens das 1,5-fache der ersten Brennweite (f1) beträgt (f2 ≤ 1,5 f1).Lens according to one of the preceding claims, characterized in that the second focal length (f 2 ) is at most 1.5 times the first focal length (f 1 ) (f 2 ≤ 1.5 f 1 ). Linse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Brennweite (f2) höchstens das 1,2-fache der ersten Brennweite beträgt (f2 ≤ 1,2 f1).Lens according to one of the preceding claims, characterized in that the second focal length (f 2 ) is at most 1.2 times the first focal length (f 2 ≤ 1.2 f 1 ). Linse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (40, 42) unterschiedlicher Brennweiten (f1, f2) unterschiedliche Krümmungen aufweisen.Lens according to one of the preceding claims, characterized in that the regions ( 40 . 42 ) of different focal lengths (f 1 , f 2 ) have different curvatures. Linse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (40, 42) unterschiedlicher Brennweiten Gläser mit unterschiedlichen Brechungsindices aufweisen.Lens according to one of the preceding claims, characterized in that the regions ( 40 . 42 ) of different focal lengths have glasses with different refractive indices. Linse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (28a) eine plankonvexe Form aufweist, mit einer ebenen, dem Reflektor (24) zugewandten Oberfläche (38) und einer konvexen (36), dem Reflektor (24) abgewandten Oberfläche (36).Lens according to one of the preceding claims, characterized in that the lens ( 28a ) has a plano-convex shape, with a flat, the reflector ( 24 ) facing surface ( 38 ) and a convex ( 36 ), the reflector ( 24 ) facing away from the surface ( 36 ). Linse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse aus einer diffraktiven (48) und einer refraktiven (28a) Linse zusammengesetzt ist.Lens according to one of the preceding claims, characterized in that the lens consists of a diffractive ( 48 ) and a refractive ( 28a ) Lens is composed. Linse nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die diffraktive Linse (48) auf der ebenen, dem Reflektor (24) zugewandten Seite befindet.Lens according to claim 9 and 10, characterized in that the diffractive lens ( 48 ) on the plane, the reflector ( 24 ) facing side. Linse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die diffraktive Linse (48) auf der unteren Hälfte der ebenen Seite befindet.Lens according to claim 12, characterized in that the diffractive lens ( 48 ) is located on the lower half of the flat side. Linse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die diffraktive Linse auf der oberen Hälfte der ebenen Seite befindet.Lens according to claim 12, characterized in that that the diffractive lens is on the upper half of the flat side. Linse nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die diffraktive Linse auf der gekrümmten Seite befindet.Lens according to claims 9 and 10, characterized that the diffractive lens is on the curved side. Verwendung einer Linse (28, 28a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche für einen Scheinwerfer (20, 20a), insbesondere einen Kfz-Scheinwerfer, zur Abbildung des von einer Lichtquelle (22) ausgesandten und von einem Reflektor (24) reflektierten Lichtes zur Erzeugung eines vorgegebenen Beleuchtungsmusters, bei dem die Auswirkungen der chromatischen Dispersion reduziert sind.Using a lens ( 28 . 28a ) according to one of the preceding claims for a headlight ( 20 . 20a ), in particular a motor vehicle headlight, for imaging the light source ( 22 ) and from a reflector ( 24 ) reflected light to produce a predetermined illumination pattern in which the effects of chromatic dispersion are reduced. Beleuchtungseinrichtung, insbesondere Scheinwerfer (20, 20a) für den Kfz-Bereich, mit einer Lichtquelle (22), einem Reflektor (24) und einer Linse (28, 28a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einer zwischen der Lichtquelle (22) und dem Reflektor (24) angeordneten Blende (26).Lighting device, in particular headlight ( 20 . 20a ) for the motor vehicle sector, with a light source ( 22 ), a reflector ( 24 ) and a lens ( 28 . 28a ) according to one of the preceding claims and with one between the light source ( 22 ) and the reflector ( 24 ) arranged aperture ( 26 ). Beleuchtungseinrichtung, insbesondere Scheinwerfer (20) für den Kfz-Bereich, mit einer Lichtquelle (22), einem Reflektor (24) und einer konvergierenden Linse (28, 28a), und mit einer zwischen der Lichtquelle (22) und dem Reflektor (24) angeordneten Blende (26), insbesondere nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (28, 28a) bezüglich der optischen Achse (33) verschoben ist.Lighting device, in particular headlight ( 20 ) for the motor vehicle sector, with a light source ( 22 ), a reflector ( 24 ) and a converging lens ( 28 . 28a ), and with one between the light source ( 22 ) and the reflector ( 24 ) arranged aperture ( 26 ), in particular according to claim 16, characterized in that the lens ( 28 . 28a ) with respect to the optical axis ( 33 ) is shifted. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (28, 28a) in Richtung der optischen Achse (33) verschoben ist.Lighting device according to claim 17, characterized in that the lens ( 28 . 28a ) in the direction of the optical axis ( 33 ) is shifted. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (28, 28a) um mindestens -1 mm, vorzugsweise um mindestens etwa -2 mm verschoben ist.Lighting device according to claim 17 or 18, characterized in that the lens ( 28 . 28a ) is shifted by at least -1 mm, preferably by at least about -2 mm. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 17, 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (28a) eine plankonvexe Form aufweist, mit einer ebenen, dem Reflektor (24) zugewandten Oberfläche (38) und einer konvexen (36), dem Reflektor (24) abgewandten Oberfläche (36).Lighting device according to claim 17, 18 or 19, characterized in that the lens ( 28a ) has a plano-convex shape, with a flat, the reflector ( 24 ) facing surface ( 38 ) and a convex ( 36 ), the reflector ( 24 ) facing away from the surface ( 36 ).
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