DE102008023551B4 - Beleuchtungseinrichtung in Form eines Projektionsscheinwerfers für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Abstract

Beleuchtungseinrichtung (5) in Form eines Projektionsscheinwerfers für Kraftfahrzeuge, umfassend mindestens eine Lichtquelle (6) und eine optische Linse (1), um von der Lichtquelle (6) ausgesandte Lichtstrahlen zur Erzeugung einer vorgegebenen Beleuchtungsverteilung abzubilden, wobei auf mindestens einer Oberfläche (3) der Linse (1) Bereiche mit optischer Streuwirkung ausgebildet sind, wobei die Bereiche mit optischer Streuwirkung in ein periodisches Raster (20) von Einzelzellen (21) unterteilt sind, die jeweils ein Strukturelement (22) aufweisen, welches eine gezielte Streuung des hindurchtretenden Lichts bewirkt, wobei die Form der Strukturelemente (22) in einer die optische Achse (9) der Linse (1) enthaltenden oder parallel zu der optischen Achse (9) verlaufenden ersten Ebene aus einer Potenz einer Kosinusfunktion z=A·cos^ε(u) gebildet ist, wobei die Parameter A eine Amplitude der Kosinusfunktion, ε ein Exponent der Kosinusfunktion, z eine Höhe des resultierenden Strukturelements (22) in Richtung der optischen Achse (9) und u eine laterale Ausdehnung des Strukturelements (22) sind, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Linsenoberfläche durch periodische Anordnung der Einzelzellen (21) in einer kartesischen Verteilung strukturiert ist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung in Form eines Projektionsscheinwerfers für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Eine solche Beleuchtungseinrichtung ist aus der AT 008 253 U1 bekannt. Aus der DE 20 2006 014 814 U1 ist ein optisches Linsensystem für eine Warnleuchte bekannt. Die US 6 755 556 B2 zeigt eine Leuchte mit einem katadioptrischen optischen Element, dessen Lichtaustrittsfläche in eine Vielzahl konkaver Facetten aufgeteilt ist. Die DE 25 03 179 A1 zeigt einen Scheinwerfer, insbesondere für Verkehrswarnanlagen und Baustellen mit einer vorzugsweise punktförmigen Lichtquelle und einer oder mehreren lichtabstrahlenden, mit lichtstreuenden Elementen besetzten Fläche. Aus dem Stand der Technik sind Kraftfahrzeugscheinwerfer nach dem Projektionsprinzip, sog. Poly-Ellipsoid-System (PES)-Scheinwerfer, per se bekannt. Die per se bekannten Beleuchtungseinrichtungen können Abblendlicht mit einer oberen Helldunkelgrenze, Fernlicht und/oder eine beliebige andere Leuchtfunktion mit oder ohne Helldunkelgrenze erzeugen. An die Helldunkelgrenze der Lichtverteilung werden heute aus Sicht des Fahrers unterschiedliche Anforderungen gestellt. Insbesondere bei PES-Systemen haben sich inzwischen in der Praxis im Vergleich zu den ersten Generationen der PES-Systeme definiert unscharfe Helldunkelgrenzen durchgesetzt. Dies bedeutet, dass durch bestimmte Maßnahmen, wie z.B. eine Aufrauung der Linsenoberfläche, eine leichte Verwischung des Helldunkelübergangs erreicht wird. Damit gestaltet sich der Übergang von der aktiven Ausleuchtung auf der Fahrbahn und dem deutlich dunkleren Bereich oberhalb der Helldunkelgrenze „weicher“ und für den Fahrer subjektiv angenehmer.
• Die „Weichheit“ (Grad der Unschärfe) des Übergangs wird durch das Maximum eines Gradienten entlang eines vertikalen Schnittes durch die Helldunkelgrenze bei etwa -2,5° horizontal beschrieben. Dazu wird der Logarithmus der Beleuchtungsstärke an 0,1° vertikal voneinander entfernt liegenden Messpunkten errechnet und deren Differenz gebildet, wodurch man die Gradientenfunktion erhält. Das Maximum dieser Funktion wird als Gradient der Helldunkelgrenze bezeichnet. Je größer der Gradient ist, desto schärfer ist der Helldunkelübergang. Die vertikale Position des Maximums dieser Funktion beschreibt auch den Ort, an dem die so genannte Helldunkelgrenze erkannt wird, das heißt die Stelle, die das menschliche Auge als Grenzlinie zwischen „hell“ und „dunkel“ wahrnimmt.
• Insgesamt hat sich zwar gezeigt, dass durch eine stärkere Aufrauung der Linsenoberfläche eine stärkere „Weichheit“ der Helldunkelgrenze erreicht werden kann, die der Fahrer als angenehmer empfindet. Insbesondere im ECE-Gesetzesraum limitieren jedoch einige gesetzliche Grenzwerte dieses Vorgehen, da die Aufrauung der Linsenoberfläche zu einer größeren Blendung von entgegenkommenden Verkehrsteilnehmern führen kann. Insbesondere die Messpunkte HV, B50L und eventuell auch die Messwerte 4L/H und 8L/H würden in diesem Fall zu stark beleuchtet. Diese Punkte sind Beispiele für ECE Rechtsverkehr. Entsprechende an der Vertikalen W gespiegelte Punkte gibt es für ECE Linksverkehr, und ähnliche Punkte gibt es auch für die USA und Japan.
• Neben der statistischen Aufrauung der Linsenoberfläche, wie sie bspw. in der DE 10 2004 018 424 A1 beschrieben ist und heute auch zum praktischen Einsatz kommt, sind geometrische Feinstrukturen auf der Linsenoberfläche zur Aufweichung der Helldunkelgrenze bekannt. Einige Linsenhersteller sind heute dazu übergegangen, auf die Linsenvorderfläche eine Modulation aufzubringen, wobei insbesondere folgende Methoden bekannt sind:
• - Überlagerung von zwei Sinuswellen,
• - kleine Vertiefungen in Form von Kugelabschnitten, und
• - waagrecht verlaufende Zylinderwellen.
• Durch diese geometrischen Strukturierungen wird versucht, eine reproduzierbare Einstellung der messtechnischen Schärfe der Helldunkelgrenze zu erreichen. Ein Beispiel für Streuscheiben mit unterschiedlicher Anordnung von streuenden geometrischen Strukturen finden sich in der DE 103 43 630 A1 .
• Die Nachteile dieser bekannten Methoden sind darin zu sehen, dass eine vorhersagbare, gezielte Einstellung der Eigenschaften der resultierenden Helldunkelgrenze nicht möglich ist. Die subjektive „Weichheit“ der Helldunkelgrenze als eine vom Gradientenmaximum verschiedene Eigenschaft kann durch die bekannten Strukturen auf der Linsenoberfläche nicht gezielt gesteuert werden. Das Reichweitenvolumen (maximale Reichweite des projizierten Lichtbündels unter Einhaltung der gesetzlichen Forderungen) kann nicht eingestellt werden. Und eine Vorhersage der Eigenschaften der resultierenden Helldunkelgrenze durch Berechnung ist nicht möglich.
• Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungseinrichtung dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, dass durch gezielte Variation der Linsenoberfläche die Eigenschaften der Helldunkelgrenze, die über die messtechnisch erfassbare Schärfe hinausgehen, systematisch gesteuert werden können.
• Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Erfindungsgemäß wird also eine neuartige geometrische Strukturierung der Linsenoberfläche vorgeschlagen. Diese Strukturierung führt eine quantitativ exakt definierte und berechenbare Lichtumverteilung innerhalb eines kleinen Winkelbereiches herbei und so zu gezielt einstellbaren Eigenschaften der Helldunkelgrenze. Es wird dadurch eine noch in der Planungs- und Entwurfphase vor der eigentlichen Herstellung der Linse quantifizierbare, subjektiv angenehme Weichzeichnung der Helldunkelgrenze und gleichzeitig die Maximierung des Reichweitenvolumens für den Fahrer bewirkt. Diese Eigenschaften sind simulativ darstellbar und dimensionierbar. Alle Eigenschaften der Helldunkelgrenze, insbesondere die über die messtechnisch erfassbare Schärfe hinausgehenden Eigenschaften, können also insgesamt modelliert werden. Mit den bisher bekannten geometrischen Strukturen war dies nicht möglich.
• Die vorgeschlagene geometrische Strukturierung der Linsenoberfläche ermöglicht ein gezieltes Einstellen des Gradientenverlaufs im Bereich der Helldunkelgrenze. Damit ist nicht nur die Höhe des Maximums, sondern insbesondere auch die Form des resultierenden Gradientenverlaufs steuerbar. Da die Form des Gradientenverlaufs großen Einfluss auf die subjektiv empfundenen Eigenschaften der Helldunkelgrenze hat, kann durch geeignete geometrische Strukturierung eine subjektiv angenehme, weiche Helldunkelgrenze erreicht werden. Dabei kann die „Weichheit“ der Helldunkelgrenze durch Variation der Anordnung, Form und Abmessungen der einzelnen Strukturelemente gezielt eingestellt werden. Dadurch können die abbildenden Eigenschaften von optischen Linsen für Beleuchtungseinrichtungen gezielt an die Kundenwünsche angepasst werden. Gleichzeitig kann innerhalb des physikalisch Möglichen ein besonders großes Reichweitenvolumen aufgebaut werden, um die Fahrsicherheit zu erhöhen. Schließlich kann mit der erfindungsgemäßen Linse die Höhe des maximalen Gradienten als messtechnisches Merkmal der Helldunkelgrenze eingestellt werden.
• Die Anordnung bzw. Ausrichtung der Strukturelemente an einem imaginären Raster bewirkt, dass jede Einzelzelle relativ lange horizontale Abschnitte aufweist, die zum Weichzeichnen der Helldunkelgrenze besonders effektiv sind. Die horizontalen Abschnitte der Einzelzellen der erfindungsgemäßen Linse sind deutlich größer als bei der aus dem Stand der Technik bekannten statistischen Aufrauung der Linsenoberfläche bzw. den anderen bekannten Maßnahmen zum Weichzeichnen der Helldunkelgrenze. Das Raster wird entweder parallel zu einer optischen Achse oder aber in Form einer Normalenprojektion auf die Linsenoberfläche gelegt.
• Den Unteransprüchen können vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung entnommen werden. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass die Form der Strukturelemente in einer durch die optische Achse der Linse oder parallel dazu verlaufenden ersten Ebene aus einer Potenz einer Kosinusfunktion gebildet ist. Diese wiederholt sich über die gesamte Linsenoberfläche mehrmals. Die Linsenoberfläche im Bereich der Strukturelemente kann auch aus verschiedenen Funktionen zusammengesetzt sein. Die Linsenoberfläche hat vorzugsweise eine tangentiale Stetigkeit (sog. C1-Stetigkeit), das heißt keine Knicke und keine Sprünge. Selbstverständlich kann die Linsenoberfläche auch krümmungsstetig (sog. C2-Stetigkeit) oder in Ausnahmefällen sogar nur C0-stetig, das heißt ohne Sprünge aber mit Knicken, ausgebildet sein. Es wird weiter vorgeschlagen, dass sich die Linsenoberfläche im Bereich der Strukturelemente durch Rotation der mathematischen Funktion um eine parallel zur optischen Achse der Linse oder als Normale zur Linsenoberfläche verlaufende Rotationsachse, vorzugsweise im Zentrum der Einzelzelle, oder durch Verschieben der Funktion entlang einer Modulationsfunktion (z.B. Gerade, Winkelfunktion, Kreis, etc.) ergibt. Mit Blick in Richtung der optischen Achse auf die strukturierte Linsenoberfläche betrachtet, können die Strukturelemente eine beliebige Form aufweisen, bspw. eine runde, dreieckige, quadratische, rechteckige, trapezförmige oder hexagonale Form.
• Bevorzugte Ausführungsbeispiele und weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
• 1a eine erfindungsgemäße optische Linse gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in perspektivischer Ansicht;
• 1b die erfindungsgemäße optische Linse aus 1a in Draufsicht;
• 2 eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, mit einer erfindungsgemäßen optischen Linse;
• 3 ein Beispiel für eine mit der Beleuchtungseinrichtung aus 2 erzielbare Lichtverteilung mit Helldunkelgrenze;
• 4 einen Beleuchtungsstärkeverlauf und eine Gradientenfunktion für eine typische Helldunkelgrenze eines aus dem Stand der Technik bekannten Projektionsscheinwerfers;
• 5 einen Verlauf eines Strukturelements einer Linsenoberfläche einer erfindungsgemäßen optischen Linse gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform in einer durch die optische Achse der Linse oder parallel dazu verlaufenden Schnittebene;
• 6 einen Verlauf eines Strukturelements einer Linsenoberfläche einer erfindungsgemäßen optischen Linse gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht;
• 7 einen Verlauf eines Strukturelements einer Linsenoberfläche einer erfindungsgemäßen optischen Linse gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht;
• 8 einen Verlauf einer Modulationsfunktion zur Modulation des Verlaufs eines einzelnen Strukturelements oder der gesamten Linsenoberfläche einer erfindungsgemäßen optischen Linse in einer perspektivischen Ansicht;
• 9 einen Verlauf einer Linsenoberfläche einer erfindungsgemäßen optischen Linse gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht;
• 10 einen Verlauf einer Linsenoberfläche einer erfindungsgemäßen optischen Linse gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht;
• 11 einen Verlauf einer Linsenoberfläche einer erfindungsgemäßen optischen Linse gemäß einer siebten bevorzugten Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht;
• 12 einen Verlauf einer Linsenoberfläche einer erfindungsgemäßen optischen Linse gemäß einer achten bevorzugten Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht; und
• 13 eine graphische Darstellung einer mit einem Strukturelement einer Linsenoberfläche einer erfindungsgemäßen optischen Linse gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erzielbaren Streucharakteristik, wobei die Helligkeit den Anteil des gestreuten Lichts und der Abstand vom Koordinatenursprung den zugehörigen Streuwinkel repräsentiert.
• In 1a ist eine optische Linse einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in perspektivischer Ansicht und in 1b in Draufsicht dargestellt. Die an den x-, y- und z-Achsen angegebenen Zahlenwerte in Millimeter [mm] sind selbstverständlich nur als Beispiele genannt und in keiner Weise beschränkend zu verstehen. Die Linse ist in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Linse 1 weist an der Unterseite eine im wesentlichen ebene Fläche 2 und an der Oberseite eine konvexe Fläche 3 auf. Selbstverständlich kann die Fläche 2 auch konkav ausgebildet sein, so dass sich insgesamt eine im Querschnitt meniskusförmige Linse 1 ergibt. Um die Linse 1 besser in einer Beleuchtungseinrichtung befestigen zu können kann sie zudem einen umlaufenden Kragen 4 aufweisen, der jedoch üblicherweise ohne optische Funktion ist. Die Linse 1 besteht aus einem beliebigen lichtdurchlässigen Material, bspw. aus einem temperaturbeständigen Kunststoff oder Glas.
• Die Linse 1 kann in einem Projektionsscheinwerfer (sog. Poly-Ellipsoid-System; PES-Scheinwerfer) für Kraftfahrzeuge, wie er schematisch in 2 dargestellt und in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 5 bezeichnet ist eingesetzt werden. Der Scheinwerfer 5 umfasst eine Lichtquelle 6 zum Aussenden von Lichtstrahlen und einen Reflektor 7 zum Reflektieren zumindest eines Teils der ausgesandten Lichtstrahlen. Die Lichtquelle 6 umfasst bspw. eine Glühlampe, eine Gasentladungslampe oder eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen (sog. Light Emitting Diodes; LEDs). Der Reflektor 7 hat vorzugsweise die Form eines Rotationsellipsoids oder eine davon abweichende ellipsoidähnliche Freiform. Die Lichtquelle 6 ist in einem ersten Brennpunkt F₁ des Reflektors 7 angeordnet. Zudem weist der Scheinwerfer 5 eine Blendenanordnung 8 zum Abschirmen zumindest eines Teils der von der Lichtquelle 6 ausgesandten bzw. von dem Reflektor 7 reflektierten Lichtstrahlen auf. Die Blende 8 ist vorzugsweise in einer Ebene angeordnet, die senkrecht zu einer optischen Achse 9 und durch den zweiten Brennpunkt F₂ des Reflektors 7 verläuft. Die Linse 1 ist mittels eines an den Kragen 4 angreifenden Linsenhalters (nicht dargestellt) an einem vorderen Rand des Reflektors 7 befestigt. Der Scheinwerfer 5 dient zur Erzeugung einer Lichtverteilung mit Helldunkelgrenze, vorzugsweise eines Abblendlichts oder Nebellichts. Die in 2 dargestellten Bauteile des Scheinwerfers 5 sind vorzugsweise in einem Gehäuse (nicht dargestellt) angeordnet.
• Eine Oberkante der Blendenanordnung 8 wird durch die Linse 1 als Helldunkelgrenze einer von dem Scheinwerfer 5 erzeugten Lichtverteilung auf die Fahrbahn vor das Fahrzeug projiziert. Ein Beispiel für eine sich auf einem vor dem Fahrzeug in einem Abstand zu diesem angeordneten Schirm ergebende Lichtverteilung ist in 3 gezeigt. Auf dem Schirm ist eine horizontale Achse HH und eine vertikale Achse W eingezeichnet. Der Schnittpunkt der beiden Achsen HH, W ist der Punkt HV. Die Helldunkelgrenze ist mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Sie umfasst einen im wesentlichen horizontalen Abschnitt 10' auf der Gegenverkehrsseite der Fahrbahn und einen höheren Abschnitt 10'' auf der eigenen Verkehrsseite. Der höhere Abschnitt 10'' kann einen im wesentlichen horizontalen oder - wie in 3 dargestellt - schrägen Verlauf aufweisen. Der Winkel des ansteigenden Abschnitts 10'' zum horizontalen Abschnitt 10' liegt bei etwa 15°. Selbstverständlich kann der Anstieg der Helldunkelgrenze - anders als in 3 dargestellt - auch bei einem anderen Winkel, bspw. bei 30°, 45° oder sogar 90° (sog. Z-Beam) liegen. In 3 sind außerdem einige Messpunkte für die Messung von Abblendlicht nach ECE-Richtlinie 20 eingezeichnet. Der Messpunkt E_HV befindet sich genau im Schnittpunkt HV der beiden Achsen HH, W. Der Messpunkt E_B50L befindet sich in horizontaler Richtung bei etwa -3,43°, also links der Vertikalen W, und in vertikaler Richtung bei etwa +0,57°, also oberhalb der Horizontalen HH. Weitere Messpunkte E_8L/H und E_4L/H befinden sich auf der Horizontalen HH links der Vertikalen W bei -8° bzw. -4°.
• An die Helldunkelgrenze 10 des Abblendlichts von Scheinwerfern 5 werden heute unterschiedliche Anforderungen aus der Sicht des Fahrers gestellt. Insbesondere bei Projektionssystemen 5 haben sich inzwischen im Vergleich zu den ersten Generationen dieser Systeme definiert verunschärfte Helldunkelgrenzen 10 durchgesetzt. Dies bedeutet, dass durch bestimmte Maßnahmen, wie z.B. eine Aufrauung der Linsenoberfläche 3, eine leichte Verwischung des Helldunkel-Übergangs erreicht wird. Damit gestaltet sich der Übergang von der aktiven Ausleuchtung auf der Fahrbahn und dem deutlich dunkleren Bereich oberhalb „weicher“ und für den Fahrer subjektiv angenehmer.
• Die „Weichheit“ des Übergangs wird durch das Maximum des Gradienten entlang eines vertikalen Schnittes durch die Helldunkelgrenze 10 bei -2,5° horizontal beschrieben. Dazu wird der Logarithmus der Beleuchtungsstärke an 0,1° vertikal voneinander entfernt liegenden Messpunkten errechnet und deren Differenz gebildet, wodurch man die sog. Gradientenfunktion erhält. In 4 ist ein beispielhafter Verlauf der Beleuchtungsstärke E (Einheit: lux [lx]) im Vertikalschnitt (logarithmisch) dargestellt und mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet. Die Gradientenfunktion grad ist in 4 mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet. Auf der Abszissenachse ist ein vertikaler Winkel in Grad [°] aufgetragen. Das Maximum der Gradientenfunktion 12 wird als Gradient der Helldunkelgrenze 10 bezeichnet. Je größer dieser ist, desto schärfer ist der Helldunkel-Übergang. Die vertikale Position des Maximums dieser Funktion 12 beschreibt auch den Ort, an dem die sog. Helldunkelgrenze 10 erkannt wird, das heißt die Stelle, die das menschliche Auge als Grenzelinie zwischen „hell“ und „dunkel“ wahrnimmt (etwa bei -0,5° vertikal).
• Generell hat sich gezeigt, dass durch die aus dem Stand der Technik bekannte stärkere Aufrauung der Linsenoberfläche 3 eine stärkere „Weichheit“ der Helldunkelgrenze 10 erreicht werden kann, die der Fahrer als angenehmer empfindet. Insbesondere im ECE-Gesetzesraum limitieren jedoch einige gesetzliche Grenzewerte dieses Vorgehen, da die Aufrauung der Linsenoberfläche 3 zu einer größeren Blendung des entgegenkommenden Verkehrs führt. Insbesondere die Messpunkte E_HV und E_B50L werden beim Stand der Technik zu stark beleuchtet.
• Dies ist bei der optischen Linse 1 der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung anders. Dort wird eine Struktur auf die Linsenoberfläche 3 aufgebracht, die mathematisch derart berechnet ist, dass eine genaue Vorhersage über die resultierenden optischen Abbildungseigenschaften der Linse 1, insbesondere über den Grad der „Weichheit“ des Helldunkel-Übergangs im Bereich der Helldunkelgrenze 10, möglich ist. Durch die vorgeschlagene mathematisch definierte und beschreibbare Struktur auf der Linsenoberfläche 3 kann nicht nur die Amplitude des Gradientenverlaufs 12, sondern auch die Form des Funktionsverlaufs 12 variiert werden, was Auswirkungen auf das subjektive Empfinden der Helldunkelgrenze durch den Fahrer hat.
• Die zur gezielten Variation der Eigenschaften der Helldunkelgrenze 10 benötigte Lichtstreuung wird bei der Erfindung durch Aufbringen eines periodischen Rasters von einzelnen Erhebungen bzw. Vertiefungen auf die Linsenoberfläche 3 erzielt. Das Raster ist in den 1a und 1b beispielhaft dargestellt und in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet. Die Einzelzellen des Rasters 20 sind mit dem Bezugszeichen 21 bezeichnet. Jede Einzelzelle 21 des Rasters 20 umfasst eine Erhebung oder Vertiefung, die im Folgenden als Strukturelement 22 bezeichnet wird. Das Raster 20 ist vorzugsweise - wie in 1b zu erkennen - parallel zur optischen Achse 9 der Linse 1 von oben auf die Linsenoberfläche 3 gelegt (kartesische Ausgestaltung des Rasters 20 auf der Linsenoberfläche 3). Das hat den Vorteil, dass jede der Einzelzellen 21 einen relativ langen horizontalen Abschnitt aufweist, der für eine besonders effektive Weichzeichnung der Helldunkelgrenze 10 wichtig ist. Alternativ kann es aber auch als eine Normalenprojektion auf die Linsenoberfläche 3 gelegt werden. In 1 sind beispielhaft einige in der Draufsicht kreisförmige Strukturelemente 22 eingezeichnet. Die lichtstreuenden Strukturelemente 22 sind in ihrer geometrischen Ausdehnung in beide Richtungen begrenzt und führen eine Lichtablenkung in einem kleinen Winkelbereich herbei. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel haben die Einzelzellen 21 eine im wesentlichen rechteckig, insbesondere quadratische, Form. Selbstverständlich können die Zellen 21 auch eine davon abweichende, bspw. eine trapezförmige oder hexagonale Form aufweisen.
• Die Strukturelemente 22 werden aus einer sich innerhalb eines Elements 22 wiederholenden mathematischen Grundfunktion erzeugt, die eine einzelne Erhebung bzw. Vertiefung beschreibt. Es werden dabei mathematische Funktionen eingesetzt, die zu einem Strukturelement 22 führen, das eine geeignete Lichtstreuung bewirkt. Eine geeignete Lichtstreuung zeichnet sich dadurch aus, dass zu größeren Ablenkungswinkeln hin eine abnehmende Lichtmenge gestreut wird. Zu den geeigneten Funktionen gehören insbesondere Potenzen von Kosinusfunktion. Eine dieser mathematischen Grundfunktionen bildet immer ein Basiselement 22 der Oberflächenstrukturierung, das dann noch in geeigneter Weise variiert werden kann (z.B. Hinzuaddieren oder Subtrahieren eines Offsets Δz, Stauchen, Strecken oder Variation der Amplitude des Strukturelements 22). Die einzelnen Strukturelemente 22 können in der Draufsicht rund, quadratisch oder beliebig andersartig geformt sein. Am Beispiel einer potenzierten Winkelfunktion wird das Prinzip näher erläutert:
• Zur Erstellung eines einzelnen Strukturelements 22 wird erfindungsgemäß eine potenzierte Kosinusfunktion der Form $$z=A\cdot co{s}^{\epsilon }\left(u\right)$$

  

  eingesetzt. Dabei enthält die Funktion die folgenden Parameter:

A

die Amplitude der Kosinusfunktion,

ε

ein Exponent der Kosinusfunktion,

z

eine Höhe des resultierenden Strukturelements 22 in Richtung der optischen Achse 9 und

u

eine laterale Ausdehnung der Funktion bzw. des Strukturelements 22.

• Es ist denkbar, die Parameter der verwendeten Funktion für die verschiedenen Strukturelemente 22 ortsabhängig zu variieren. Je nach dem Ort auf der Linsenoberfläche 3 werden demnach die Parameter der Einzelelemente 22 variiert und so die gewünschten Eigenschaften an der Helldunkelgrenze 10 zu den gewünschten Soll-Werten hin verbessert. Die Variation der Parameter kann zur Erhaltung der C1-stetigen Oberfläche 3 in einem weichen Übergang erfolgen. Die Streueigenschaften können von Strukturelement 22 zu Strukturelement 22 lokal stark variieren.
• Der Exponent ε der Kosinusfunktion liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 1. Selbstverständlich kann er auch unterhalb von 0,1 oder oberhalb von 1 liegen. Anhand der den Oberflächenverlauf des Strukturelements 22 beschreibenden Funktion wird nicht der gesamte Oberflächenverlauf eines Strukturelements 22 bestimmt. Vielmehr wird nur in einem Bereich 0 ≤ u < π/2, das heißt zwischen einer parallel zu der optischen Achse 9 der Linse 1 oder parallel dazu und senkrecht zu der Zeichenebene von 5 verlaufenden Ebene 26 und einem Punkt 24, der Oberflächenverlauf ermittelt, im Folgenden als Funktionsabschnitt bezeichnet. Vier solcher Funktionsabschnitte werden durch Aneinanderreihen bzw. Spiegeln, Punktspiegeln und/oder Strecken (um Unstetigkeitsstellen im Oberflächenverlauf zu vermeiden) zu einer C1-stetigen, eindimensional ausgedehnten Gesamtfunktion vereinigt.
• Die Gesamtfunktion für das beschriebene Ausführungsbeispiel ist in 5 dargestellt. Auf der Ordinatenachse sind Beispielwerte für die Amplitude Δz des Strukturelements 22 in Millimeter [mm] angegeben. Der Funktionsabschnitt 23 zwischen dem Schnittpunkt der Funktion 23 und der Ebene 26 und dem Punkt 24 wird - wie gesagt - anhand einer Kosinusfunktion, ermittelt. Diese Funktion 23 wird um einen Punkt 24 um 180° punktgespiegelt. Damit erhält man die Funktion 25 im Bereich zwischen dem Punkt 24 und einem Punkt 29. Die Teilfunktion umfassend die Funktionsabschnitte 23 und 25 wird dann an der durch die optische Achse 9 der Linse 1 oder parallel dazu und senkrecht zu der Zeichenebene von 5 verlaufenden Ebene 26 gespiegelt, so dass man die Funktionsabschnitte 27, 28 im Bereich zwischen den Punkten 29' und dem Schnittpunkt zwischen dem Funktionsabschnitt 27 und der Ebene 26 erhält. Die vier Funktionsabschnitte 23, 25, 27, 28 ergeben zusammen die Gesamtfunktion, welche mathematisch exakt den Verlauf der Linsenoberfläche 3 im Bereich eines Strukturelements 22 in einer vertikalen Schnittebene (der Zeichenebene aus 5) beschreibt. Die Zeichenebene verläuft bspw. parallel zur x-Achse (vgl. 1), parallel zur y-Achse oder schräg dazu. Die Amplitude in z-Richtung eines solchen Strukturelements 22 liegt bspw. im Bereich von einigen zig Nanometern [nm] (10^-9 Meter) bis hin zu mehreren zig Mikrometern [pm] (10^-6 Meter). Entsprechendes gilt auch für die nachfolgend näher erläuterten Strukturelemente 22 aus den 7 und 9 bis 12.
• Die Einstellbarkeit der eingesetzten Gesamtfunktion über deren vollständige Parametrisierung erlaubt die Anpassung der gewünschten optischen Eigenschaften der im Folgenden erzeugten Strukturelemente 22 und damit die beschriebene Modellierung der Streueigenschaften. Aus der Gesamtfunktion können die Strukturelemente 22 unter Einsatz der folgenden Methoden erzeugt werden:
1. a) Multiplikation: Dazu werden zwei orthogonal oder in einem schrägen Winkel zueinander angeordnete Gesamtfunktionen miteinander multipliziert. Ein Beispiel für einen durch Multiplikation zweier Grundfunktionen gewonnenen Oberflächenverlauf eines Strukturelements 22 ist in 6 in einem dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystem gezeigt. Auf der x- und der y-Achse ist ein Bereich von -π bis +π aufgetragen, und auf der z-Achse sind beispielhaft gewählte Zahlenwerte in Millimeter [mm] für die Amplitude Δz des Strukturelements 22 dargestellt. Der resultierende Oberflächenverlauf weist einen im wesentlichen ebenen und quadratischen zentralen Bereich 30 auf, der zu den Seiten hin in einen Randbereich 31 übergeht. Der Randbereich 31 hat etwa in den Mitten 32 der Seiten ähnliche z-Werte wie der zentrale Bereich 30. Ausgehend von den Mitten 32 der Seiten der Einzelzelle 21 steigt der Oberflächenverlauf zu den Ecken 33 hin an. Zwischen dem zentralen Bereich 30 und dem Randbereich 31 ist eine umlaufende, kanalartige Vertiefung 34 ausgebildet.
2. b) Rotation: Durch eine Rotation einer Gesamtfunktion um eine parallel zur optischen Achse 9 der Linse 1 verlaufende Rotationsachse 35, die durch einen Zentralpunkt der Einzelzelle 21 verläuft, wird ein rotationssymmetrisches Strukturelement 22 erzeugt. Die Rotationsachse 35 entspricht vorzugsweise der Schnittlinie zwischen der Zeichenebene von 5 und der dazu senkrecht stehenden Spiegelebene 26. Die resultierende Oberfläche weist einen kugelabschnittsähnlichen Verlauf auf, wobei der Übergang zwischen der Kugeloberfläche 36 und der diese umgebenden, im wesentlichen ebenen übrigen Oberfläche 37 ohne Stufe oder Knick, also stetig differenzierbar erfolgt.
3. c) Verschieben der Gesamtfunktion entlang einer Modulationsfunktion, so dass eine laterale Ausdehnung erreicht wird. Als Modulationsfunktion können Geraden, Winkelfunktionen, Kreise oder beliebig andere Funktionen dienen.
4. d) Addition oder Subtraktion von mindestens zwei Gesamtfunktionen, auch in Kombination mit einer Verschiebung dieser Gesamtfunktionen.
• Die Strukturierung der gesamten Linsenoberfläche 3 wird durch periodische Anordnung von Einzelzellen 21, die aus einer oder einer Kombination mehrerer Gesamtfunktionen erzeugt werden, erreicht. Die Anordnung der Einzelzellen 21 kann nahtlos oder mit variablen Zwischenräumen erfolgen. Der Abstand zwischen den Einzelzellen dient wie die Flexibilisierung der Grundfunktion und die Form der Strukturelemente 22 zur Einstellung der Gesamtwirkung der Linsenoberfläche 3. Wenn die Einzelzellen 21 kartesisch auf der Linsenoberfläche 3 verteilt sind, werden hauptsächlich folgende Verfahren eingesetzt:
1. a) vollflächige Positionierung der Einzelzellen 21 durch Multiplikation zweier orthogonal angeordneter Gesamtfunktionen. Dabei grenzen die Strukturelemente 22 mit wechselndem Vorzeichen nahtlos aneinander an.
2. b) Positionierung der Strukturelemente 22 anhand eines oder mehrerer überlagerter kartesischer Gitter 20, wobei ein variierbarer Zwischenraum zwischen den Elementen 22 entsteht und damit eine frei wählbare Packungsdichte erreicht wird. Dabei kann auch eine hexagonale Anordnung der Strukturelemente 22 zum Einsatz kommen.
• Es bestehen außer den genannten Möglichkeiten weitere Möglichkeiten zur Positionierung der Einzelzellen 21: Sie können entlang von Geraden, Winkelfunktionen, Spiralen, Kreisen, aber auch anderer Funktionen angeordnet werden. Dabei ist die aus den Strukturelementen 22 gebildete Gesamtoberfläche 3 der Linse 1 vorzugsweise C1-stetig ausgestaltet, um fertigungstechnische Vorteile ausnutzen zu können. Selbstverständlich kann die Linsenoberfläche 3 auch C0- oder C2-stetig ausgebildet sein.
• Die Einstellbarkeit nicht nur der Amplitude des Gradienten, sondern des gesamten Gradientenverlaufs, und der Eigenschaften der Helldunkelgrenze durch definierte Lichtstreuung kann zusätzlich durch optionale Modifikationen der bis oben beschriebenen Oberflächenstrukturierung des Basiselements 22 erweitert werden. Dabei können insbesondere folgende Methoden zum Einsatz kommen:
1. a) Anpassbare, ortsabhängige Variation der Amplitude des Strukturelements 22, etwa durch Multiplikation mit einem dezentrierbaren, variablen Ring. Ein Beispiel für eine solche Modulationsfunktion in Form eines Rings ist in 8 dargestellt und in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 38 bezeichnet. Die Amplitude des dargestellten Rings 38 liegt bspw. zwischen 0 und 1. Die äußere Umfangsfläche 39 des Rings 38 weist einen ebenen, schrägen Verlauf auf, so dass die Amplitude des Rings im Bereich der Umfangsfläche 39 kontinuierlich (aber nicht zwangsläufig linear) von 0 auf 1 ansteigt. In einem zentralen Bereich 40 kann der Ring 38 eine Vertiefung aufweisen, so dass sich ein konkav gewölbter Verlauf der Innenumfangsfläche des Rings 38 ergibt. Die Vertiefung kann aus mehreren Winkelfunktionen, Spline-Funktionen oder beliebigen anderen trigonometrischen Funktionen zusammengesetzt sein. Wichtig ist, dass die Oberfläche des Rings 38 am Übergang zwischen zwei Funktionen keinen Knick und/oder Sprung aufweist. Der Oberflächenverlauf eines mit Hilfe der Grundfunktion berechneten Basiselements 22 kann mit dem Ring 38 multipliziert werden. Dabei entsprechen die Abmessungen x, y des Rings 38 also in etwa den Abmessungen x, y des Basiselements 22, mit dem der Ring 38 multipliziert werden soll. Es ist denkbar, einzelne ausgewählte oder alle Basiselemente 22 mit dem Ring 38 zu multiplizieren. Die Basiselemente 22 einer Linse 1 können alle mit dem gleichen oder mit unterschiedlichen Ringen 38 multipliziert werden. Selbstverständlich ist es auch denkbar, bspw. einen Exponent ε einer Kosinusfunktion zur Beschreibung des Oberflächenverlaufs eines Strukturelements 22 mit den entsprechenden Amplitudenwerten des Rings 38 zu multiplizieren. Dabei wird also nicht der Oberflächenverlauf selbst, sondern eine Variable der den Flächenverlauf eines Strukturelements 22 beschreibenden Funktion mit den Amplitudenwerten des Rings 38 multipliziert. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass die Abmessungen x, y des Rings 38 in etwa den Abmessungen x, y der Linse 1 in Draufsicht entsprechen, so dass alle Basiselemente 22 mit den entsprechenden Werten des Rings 38 multipliziert werden. Dabei ergibt sich auf der Linsenoberfläche 3 eine ringförmige Struktur, wobei die Amplituden der resultierenden Strukturelemente 22 in einem Linsenabschnitt verringert werden (unter Umständen auf bis zu Null, falls der Bereich 41 die Amplitude Null hat), der einem den Ring 38 umgebenden Bereich 41 entspricht, und ihre Maxima in einem anderen Linsenabschnitt haben, der einem der ringförmigen oberen Stirnfläche 42 des Rings 38 entsprechenden Bereich entspricht. Der Ring 38 muss nicht zentriert auf einem Strukturelement 22 bzw. auf der Linse 1 positioniert sein, sondern kann auch dezentral angeordnet sein.
2. b) Nichtrotationssymmetrische Verformung der einzelnen Strukturelemente 22 durch
   • - Deformation (in der Regel anamorphotisch) der einzelnen Strukturelemente 22, oder
   • - Stauchung oder Streckung der einzelnen Strukturelemente 22.
   Ein Ausschnitt einer dementsprechend ausgestalteten Linsenoberfläche 3 mit nichtrotationssymmetrisch verformten Basiselementen 22 ist beispielhaft in 9 dargestellt. Zur besseren Sichtbarmachung der Form der Strukturen 22 sind diese überhöht dargestellt.
3. c) Anwendung grundsätzlich asymmetrisch angelegter Strukturelemente 22, die eine zur Horizontalachse HH asymmetrische Lichtumverteilung bewirken. Ein Ausschnitt einer dementsprechend ausgestalteten Linsenoberfläche 3 mit asymmetrisch geformten Strukturelementen 22 ist beispielhaft in 10 dargestellt. Dabei sind ursprünglich (in Draufsicht) quadratische Einzelelemente 22 verbogen und versetzt zueinander angeordnet. Ein Ausschnitt einer anderen dementsprechend ausgestalteten Linsenoberfläche 3 mit asymmetrisch geformten Strukturelementen 22 ist beispielhaft in 11 dargestellt. Sowohl in 10 als auch in 11 sind zur besseren Sichtbarmachung der Form der Strukturen 22 diese überhöht dargestellt.
4. d) Zusätzliche Verformung von Strukturelementen 22 durch Modulation mit einer Ortsfrequenz ungleich der Größe der einzelnen Strukturelemente 22, wodurch unterschiedlich geformte Einzelelemente 22 entstehen. Ein Ausschnitt einer dementsprechend ausgestalteten Linsenoberfläche 3 mit variabel geformten Einzelelementen 22, erzeugt durch Aufmodulation einer weiteren Funktion auf die Basiselemente 22 ist beispielhaft in 12 dargestellt. Zur besseren Sichtbarmachung der Form der Strukturen 22 sind diese überhöht dargestellt.
5. e) Wenn die Strukturelemente 22 um eine parallel zur optischen Achse 9 der Linse 1 verlaufende, vorzugsweise im Zentrum der Einzelzelle 21 angeordnete Rotationsachse 35, nicht-rotationssymmetrisch ausgebildet sind, kann der Verlauf der Linsenoberfläche 3 im Bereich einer Einzelzelle 21 durch eine Rotation des nicht-rotationssymmetrischen Strukturelements 22 um die Rotationsachse 35 um einen Rotationswinkel von größer 0° bis kleiner 90° variiert werden. Vorzugsweise liegt der Rotationswinkel im Bereich von 30° bis 60°, vorzugsweise bei 45°. Selbstverständlich kann die Rotationsachse 35 auch außerhalb des Zentrums der Einzelzelle 21 angeordnet sein.
• Ein Beispiel für eine mit einem solchen um die Rotationsachse 35 um einen Rotationswinkel rotierten Strukturelement 22 erzielbare Streucharakteristik ist in 13 dargestellt. Die Streucharakteristik hat die Form einer um 45° rotierten quadratischen Raute mit konkav gewölbten Seiten. Wie sich aus der besonderen Form der Streucharakteristik ergibt, wird besonders viel Licht in die Ecken abgelenkt. Eine Linse 1 mit um Rotationsachsen 35 um bestimmte (auch unterschiedliche) Rotationswinkel rotierten Strukturelementen 22 kann bspw. bei einer Lichtquelle mit mehreren matrixartig angeordneten LEDs interessant sein, da die in der Lichtverteilung erkennbaren dunklen Gitterlinien zwischen den einzelnen LEDs, wo normalerweise nur wenig Licht hinfällt, durch die besonders ausgestalteten Strukturelemente 22 kompensiert werden können, da bewusst Licht in diese dunklen Bereiche der Lichtverteilung (Gitterlinien und vor allem Kreuzungspunkte zweier Gitterlinien) gelenkt wird. Insgesamt kann dadurch eine besonders gute Homogenisierung des Lichts erreicht werden. Mit einem derart ausgebildeten Lichtmodul kann insbesondere sog. Teilfernlicht realisiert werden, bei dem das Lichtmodul stets eine Fernlichtverteilung aussendet und Bereiche der Lichtverteilung, in denen sich andere Verkehrsteilnehmer befinden, gezielt ausgeblendet oder abgedunkelt werden. Dies erfordert geeignete Mittel, bspw. in Form einer Kamera, zum Erkennen anderer Verkehrsteilnehmer und andere Mittel, bspw. ein Steuergerät, zur Verarbeitung der Signale der Kamera, um andere Verkehrsteilnehmer zu lokalisieren und die LEDs des Lichtmoduls entsprechend anzusteuern.
• Zur Erzielung der in 13 dargestellten Streucharakteristik können beliebig ausgestaltete Strukturelemente 22 eingesetzt werden. Besonders geeignet sind quadratische Strukturelemente 22, die sich durch Multiplikation zweier orthogonal zueinander angeordneter Funktionen ergeben.

Claims (23)

1. Beleuchtungseinrichtung (5) in Form eines Projektionsscheinwerfers für Kraftfahrzeuge, umfassend mindestens eine Lichtquelle (6) und eine optische Linse (1), um von der Lichtquelle (6) ausgesandte Lichtstrahlen zur Erzeugung einer vorgegebenen Beleuchtungsverteilung abzubilden, wobei auf mindestens einer Oberfläche (3) der Linse (1) Bereiche mit optischer Streuwirkung ausgebildet sind, wobei die Bereiche mit optischer Streuwirkung in ein periodisches Raster (20) von Einzelzellen (21) unterteilt sind, die jeweils ein Strukturelement (22) aufweisen, welches eine gezielte Streuung des hindurchtretenden Lichts bewirkt, wobei die Form der Strukturelemente (22) in einer die optische Achse (9) der Linse (1) enthaltenden oder parallel zu der optischen Achse (9) verlaufenden ersten Ebene aus einer Potenz einer Kosinusfunktion z=A·cos^ε(u) gebildet ist, wobei die Parameter A eine Amplitude der Kosinusfunktion, ε ein Exponent der Kosinusfunktion, z eine Höhe des resultierenden Strukturelements (22) in Richtung der optischen Achse (9) und u eine laterale Ausdehnung des Strukturelements (22) sind, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Linsenoberfläche durch periodische Anordnung der Einzelzellen (21) in einer kartesischen Verteilung strukturiert ist.
2. Beleuchtungseinrichtung (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter A, ε, u der zur Bildung der Form der Strukturelemente (22) in der ersten Ebene verwendeten Funktion abhängig von einer Position der entsprechenden Einzelzellen (1) auf der Linsenoberfläche (3) vorgegeben sind.
3. Beleuchtungsvorrichtung (5) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter A, ε, u der verwendeten Funktion unter Einhaltung einer tangentialen Stetigkeit der resultierenden Linsenoberfläche (3) vorgegeben sind.
4. Beleuchtungsvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Exponent ε der Kosinusfunktion in einem Bereich zwischen 0,1 und 1 liegt.
5. Beleuchtungsvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Funktionsabschnitt in einem ersten Bereich ermittelt wird und jeweils vier Funktionsabschnitte zu einer stetig differenzierbaren Gesamtfunktion für das Strukturelement (22) zusammengesetzt werden, wobei der Funktionsabschnitt in einem zweiten Bereich dem um 180° punktgespiegelten ermittelten Funktionsabschnitt im ersten Bereich entspricht und die Funktionsabschnitte in einem dritten Bereich den an einer durch die optische Achse der Linse (1) oder parallel dazu und senkrecht zu der ersten Ebene verlaufenden zweiten Ebene gespiegelten Funktionsabschnitten in dem ersten und zweiten Bereich entsprechen.
6. Beleuchtungsvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Verlauf der Linsenoberfläche (3) im Bereich einer Einzelzelle (21) durch Multiplikation von zwei orthogonal oder in einem schrägen Winkel zueinander angeordneten Funktionen ergibt.
7. Beleuchtungsvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Verlauf der Linsenoberfläche (3) im Bereich einer Einzelzelle (21) durch Rotation der Funktion um eine parallel zur optischen Achse (9) der Linse (1) oder als Normale zur Linsenoberfläche (3) verlaufende Rotationsachse (35), vorzugsweise im Zentrum der Einzelzelle (21), ergibt.
8. Beleuchtungsvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Verlauf der Linsenoberfläche (3) im Bereich einer Einzelzelle (21) durch Verschieben der Funktion entlang einer Modulationsfunktion ergibt.
9. Beleuchtungsvorrichtung (5) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsfunktion eine Gerade, eine Winkelfunktion oder ein Kreis ist.
10. Beleuchtungsvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Verlauf der Linsenoberfläche (3) im Bereich einer Einzelzelle (21) durch Addition oder Subtraktion von mindestens zwei Funktionen ergibt.
11. Beleuchtungsvorrichtung (5) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Funktionen unterschiedliche Funktionen sind.
12. Beleuchtungsvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Strukturelemente (22) in Richtung einer optischen Achse (9) der Linse (1) von oben oder in Normalenrichtung auf die Linsenoberfläche (3) betrachtet rund, dreieckig, quadratisch, rechteckig, trapezförmig oder hexagonal ausgebildet ist.
13. Beleuchtungsvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelemente um eine parallel zur optischen Achse der Linse (1) oder als Normale zur Linsenoberfläche (3) verlaufende, vorzugsweise im Zentrum der Einzelzelle (21) angeordnete Rotationsachse (35), nicht-rotationssymmetrisch ausgebildet sind und dass sich der Verlauf der Linsenoberfläche (3) im Bereich einer Einzelzelle (21) durch eine Rotation des nicht-rotationssymmetrischen Strukturelements (22) um die Rotationsachse (35) um einen Rotationswinkel von größer 0° bis kleiner 90° ergibt.
14. Beleuchtungsvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationswinkel im Bereich von 30° bis 60°, vorzugsweise bei 45°, liegt.
15. Beleuchtungsvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Linsenoberfläche (3) angeordneten Strukturelemente (22) nahtlos oder mit vorgebbaren Zwischenräumen aneinander grenzen.
16. Beleuchtungsvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelemente (22) entlang von Geraden, Winkelfunktionen, Spiralen oder Kreisen auf der Linsenoberfläche (3) angeordnet sind.
17. Beleuchtungsvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelemente (22) an einem oder mehreren überlagerten kartesischen Gittern (20) auf der Linsenoberfläche (3) ausgerichtet sind.
18. Beleuchtungsvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenoberfläche (3) im Bereich einer Einzelzelle (21) eine Erhebung (38) oder Vertiefung aufweist, der die ermittelte Funktion für das Strukturelement (22) durch Addition, Subtraktion oder Multiplikation überlagert ist.
19. Beleuchtungsvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenoberfläche (3) im Bereich mehrerer Einzelzellen (21), insbesondere über einen Großteil der Einzelzellen (21), eine Erhebung (38) oder Vertiefung aufweist, wobei die ermittelte Funktion für das Strukturelement (22) einem ortsabhängigen Wert der Erhebung (38) oder Vertiefung durch Addition, Subtraktion oder Multiplikation überlagert ist.
20. Beleuchtungsvorrichtung (5) nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Erhebung (38) oder Vertiefung in Richtung einer optischen Achse (9) der Linse (1) von oben oder in Normalenrichtung auf die Linsenoberfläche (3) betrachtet rund, dreieckig, quadratisch, rechteckig, trapezförmig oder hexagonal ausgebildet ist.
21. Beleuchtungsvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die aus einer sich wiederholenden mathematischen Funktion gebildeten Strukturelemente (22) deformiert sind.
22. Beleuchtungsvorrichtung (5) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelemente (22) anamorphotisch deformiert sind.
23. Beleuchtungsvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die aus einer sich wiederholenden mathematischen Funktion gebildeten Strukturelemente (22) gestaucht oder gestreckt sind.

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