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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorsatzoptik für eine
Lichtquelle. Die Vorsatzoptik umfasst einen zentralen Linsenabschnitt
mit einer der Lichtquelle zugewandten Lichteintrittsfläche
und einer von der Lichtquelle abgewandten Lichtaustrittsfläche.
Weiter umfasst die Vorsatzoptik einen den zentralen Linsenabschnitt
umgebenden äußeren Reflexionsabschnitt mit mindestens
einer der Lichtquelle zugewandten Lichteinkoppelfläche, über
die von der Lichtquelle ausgesandtes Licht in den Reflexionsabschnitt
eintritt, mit mindestens einer von der Lichtquelle abgewandten Lichtauskoppelfläche, über die
eingekoppeltes Licht aus dem Reflexionsabschnitt austritt, und mit
zwischen der mindestens einen Lichteinkoppelfläche und
der mindestens einen Lichtauskoppelfläche angeordneten
Reflexionsflächen, die in den Reflexionsabschnitt eingekoppeltes Licht
reflektieren.
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Eine
Vorsatzoptik der eingangs genannten Art ist bspw. aus der
DE 197 28 354 C2 bekannt,
die eine Vorsatzoptik für eine Lichtquelle mit einem die optische
Achse der Vorsatzoptik umgebenden inneren Linsenbereich beschreibt.
Der innere Linsenbereich verfügt über eine rückseitige,
der Lichtquelle zugewandte Lichteintrittsfläche und eine
vorderseitige, von der Lichtquelle abgewandte Lichtaustrittsfläche, über
die das in den inneren Linsenbereich eingekoppelte Licht abgestrahlt
wird. Der innere Linsenbereich ist von einem äußeren
Reflektorbereich umgeben. Dieser weist eine Lichteinkoppelfläche
auf, über die diejenigen Lichtstrahlen der Lichtquelle,
die nicht in den inneren Linsenbereich eintreten, in den Reflektorbereich
eingekoppelt werden. Die Lichteinkoppelfläche ist vorzugsweise
als eine zur optischen Achse zentrierte zylinderförmige
Innenumfangswandung des Reflektorbereichs ausgebildet. An der Außenumfangsfläche
der Vorsatzoptik wird das in den Reflektorbereich eingekoppelte
Licht vorzugsweise mittels Totalreflexion in Richtung einer Lichtauskoppelfläche des
Reflektorbereichs reflektiert. Die Lichtauskoppelfläche
ist Teil einer sich im Wesentlichen senkrecht zur optischen Achse
erstreckenden lichtaustrittseitigen Gesamtfläche der Vorsatzoptik.
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Die
spezielle Formgebung der bekannten Vorsatzoptik soll es ermöglichen,
dass auch bei nicht rotationssymmetrischer lichtaustrittseitiger
Gesamtfläche mit beispielsweise rechteckigem oder quadratischem
Querschnitt eine über die lichtaustrittseitige Gesamtfläche
möglichst homogene Leuchtintensität erzeugt werden
kann. Zu diesem Zweck weist das Refraktorelement bezüglich
der optischen Achse Winkelsektoren auf, durch deren Stauchung beziehungsweise
Streckung erreicht werden soll, dass auch in die Eckbereiche des
Refraktorelements Licht abgelenkt wird und auch dort austritt.
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Die
beschriebene Vorsatzoptik hat jedoch den Nachteil, dass bei einer
größeren Erstreckung der lichtaustrittseitigen
Gesamtfläche der Vorsatzoptik in Längsrichtung
als in Querrichtung eine wirklich homogene Ausleuchtung der Gesamtfläche
ohne dunkle Bereiche in der Lichtverteilung nicht erzielt werden
kann.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine
Vorsatzoptik mit im Wesentlichen rechteckiger lichtaustrittsseitiger
Gesamtfläche zu schaffen, die auch bei einem deutlich ungleichen
Seitenverhältnis der Gesamtfläche eine möglichst
homogene Ausleuchtung der Vorsatzoptik ohne dunkle Bereiche bei
gleichzeitig effizienter Nutzung des eingekoppelten Lichts erzielt.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von der Vorsatzoptik
der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass die Vorsatzoptik
in einer orthogonal zu einer optischen Achse der Vorsatzoptik angeordneten
Ebene eine größere Längserstreckung als Quererstreckung
aufweist, und dass die Lichteintrittsfläche des zentralen
Linsenabschnitts die Form einer Sattelfläche aufweist.
Vorzugsweise ist die Sattelfläche in Längsrichtung
konkav gekrümmt. Dadurch kann sich auf die Sattelfläche
auftreffendes Licht beim Eintritt in den zentralen Linsenabschnitt
in Richtung der Längserstreckung des Linsenabschnitts im Wesentlichen
ohne Ablenkung im Linsenabschnitt ausbreiten. Vorzugsweise bewirkt
die Lichteintrittsfläche in Längsrichtung keine
starke Bündelung des eintretenden Lichts, insbesondere
keine Kollimierung der Lichtstrahlen. Erst beim Austritt aus dem
zentralen Linsenabschnitt der Vorsatzoptik werden die austretenden
Lichtstrahlen in Längsrichtung an der Austrittsfläche
der Vorsatzoptik gebündelt, vorzugsweise kollimiert. In
Richtung der Quererstreckung der Vorsatzoptik ist die Krümmung
der Sattelfläche vorzugsweise konvex ausgebildet. Dadurch
wird in dieser Richtung eine Bündelung, insbesondere eine
Kollimierung von durch die Sattelfläche hindurchtretenden
Lichtstrahlen erreicht. An der Lichtaustrittsfläche der
Vorsatzoptik treten die kollimierten Lichtstrahlen im Wesentlichen
ohne Ablenkung aus der Vorsatzoptik aus.
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Vorzugsweise
ist an die Vorsatzoptik mindestens ein lichtaustrittseitig optisch
wirksames Element ausgebildet, welches die in den zentralen Linsenabschnitt
eingetretenen divergierenden Lichtstrahlen wieder parallelisiert.
Dadurch werden die Lichtstrahlen trotz eines relativ großen
Verhältnisses von Längserstreckung zu Quererstreckung
von größer als 1, insbesondere von deutlich größer
als 1, nahezu über die gesamte Lichtaustrittsfläche
des zentralen Linsenabschnitts der Vorsatzoptik gleichmäßig verteilt
abgestrahlt. Dadurch ergibt sich eine besonders homogene Lichtverteilung
praktisch ohne oder allenfalls mit sehr kleinen dunklen Bereichen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass
das mindestens eine lichtaustrittseitig angeordnete optisch wirksame
Element des zentralen Linsenabschnitts mindestens eine Zylinderlinse
umfasst, deren Längsachse orthogonal zur optischen Achse
der Vorsatzoptik und orthogonal zur Längserstreckung der
Vorsatzoptik verläuft. Die Zylinderlinse hat den Vorteil,
dass sie eine besonders homogene Ausleuchtung der Lichtaustrittsfläche
des zentralen Linsenabschnitts weitgehend ohne Dunkelbereiche erzielt.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen,
dass das mindestens eine lichtaustrittseitig angeordnete optisch
wirksame Element mindestens eine Fresnellinse umfasst, wobei sich
Strukturen der Fresnellinse vorzugsweise orthogonal zur optischen
Achse der Vorsatzoptik und orthogonal zur Längserstreckung der
Vorsatzoptik erstrecken. Fresnellinsen haben insbesondere gegenüber
herkömmlichen sphärischen Linsen den Vorteil,
dass sie weniger Raum in Anspruch nehmen (geringere Dicke der Fresnellinsen) und
ein geringeres Gewicht haben.
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Vorteilhafterweise
weist die Vorsatzoptik ein Verhältnis von Längserstreckung
zu Quererstreckung von größer 1,5 auf. Erst durch
die besondere Ausgestaltung der Lichteintrittsfläche des
zentralen Linsenabschnitts als Sattelfläche kann selbst
bei einer Vorsatzoptik mit einer relativ großen Längserstreckung
relativ zur Quererstreckung eine homogene Ausleuchtung praktisch
der gesamten lichtaustrittsseitigen Gesamtfläche der Vorsatzoptik
ohne größere dunkle Bereiche erzielt werden.
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Vorzugsweise
weist die Lichteintrittsfläche des zentralen Linsenabschnitts
in Richtung der Längserstreckung der Vorsatzoptik eine
größere Erstreckung auf als in Richtung der Quererstreckung der
Vorsatzoptik. Dadurch bietet sich ein in Richtung der Längserstreckung
der Vorsatzoptik erweiterter Raum, der unter Umständen
von den Lichtquellen genutzt werden kann, um mehr Licht bzw. in
einem größeren Winkelbereich ausgesandte Lichtstrahlen auf
die Lichteintrittsfläche des zentralen Linsenabschnitts
der Vorsatzoptik zu lenken.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass
zumindest in einem Teil des in Richtung der Längserstreckung
der Vorsatzoptik erweiterten Raum neben der Lichteintrittsfläche
des Linsenabschnitts zusätzliche lichteintrittseitig angeordnete
optisch wirksame Elemente ausgebildet sind. Diese lenken die von
der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlen in einen Bereich einer von
der Vorsatzoptik erzeugten Lichtverteilung, der zwischen dem von
dem zentralen Linsenabschnitt ohne die lichteintrittseitig optisch
wirksamen Elemente ausgeleuchteten Bereich und dem von dem Reflexionsabschnitt
ohne die lichteintrittseitig optisch wirksamen Elemente ausgeleuchteten
Bereich liegt. Mittels der zusätzlichen optisch wirksamen
Elemente kann in Richtung der Längserstreckung zusätzliches Licht
durch die Vorsatzoptik gelangen und zur Homogenisierung der Lichtverteilung
(Ausleuchten von Bereichen der Vorsatzoptik bzw. der resultierenden Lichtverteilung,
die ohne die zusätzlichen optisch wirksamen Elemente dunkel
wären) genutzt werden. Dadurch kann eine besonders homogene
Ausleuchtung der Vorsatzoptik bzw. Lichtverteilung erzielt werden.
Vorzugsweise sind die lichteintrittseitig optisch wirksamen Elemente
als Fresnellinsen ausgebildet.
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Vorteilhafterweise
ist auf der mindestens einen Lichtauskoppelfläche des Reflexionsabschnitts und/oder
auf der Lichtaustrittsfläche des zentralen Linsenabschnitts
eine lichtstreuende Struktur ausgebildet. Durch eine gezielte Streuung
der aus der Vorsatzoptik austretenden Lichtstrahlen lassen sich
gewünschte optische Effekte erzielen. Beispielsweise kann
so eine gewünschte Lichtverteilung erreicht werden. Insbesondere
kann ein scharfer Hell-Dunkel-Übergang der Lichtverteilung
abgeschwächt und die Hell-Dunkel-Grenze verwischt werden.
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Vorzugsweise
ist auf der mindestens einen Lichteinkoppelfläche des Reflexionsabschnitts und/oder
auf der Lichteintrittsfläche des zentralen Linsenabschnitts
eine lichtstreuende Struktur ausgebildet. Auch hierdurch können
gewünschte optische Effekte wie beispielsweise eine gewünschte
Lichtverteilung erzielt werden. Bei einer weiteren Ausgestaltungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass die lichtstreuende Struktur mindestens
eine Kissenoptik in Form einer konvex geformten Linse mit einer
viereckigen Grundfläche und mit nach innen gewölbten Seitenlinien
aufweist.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform weist die lichtstreuende
Struktur Zylinderoptiken auf. Vorzugsweise verlaufen die Längsachsen
der Zylinderoptiken quer zur optischen Achse der Vorsatzoptik und
parallel zur Richtung der Längserstreckung der Vorsatzoptik
und/oder parallel zur Richtung der Quererstreckung der Vorsatzoptik.
Die Vorsatzoptik ist Bestandteil eines Optikmoduls, welches aus
der Vorsatzoptik, einer elektronischen Leiterplatte, auf der die
Lichtquelle angeordnet ist, sowie aus einem Kühlkörper
besteht. Die Vorsatzoptik kann mehrere Passstifte zur Ausrichtung
der Vorsatzoptik zur Lichtquelle besitzen. Die Vorsatzoptik wird
auf der Leiterplatte bzw. gemeinsam mit der Leiterplatte an dem Kühlkörper
befestigt. Die Befestigung kann durch Verrastung, durch Verschraubung,
mit Halteklammern oder anderen gängigen Befestigungstechniken realisiert
werden. In einer automatisierten Fertigung einer Baugruppe kann
die Befestigung der Vorsatzoptik vorteilhaft durch Warmstemmen erfolgen.
An der Vorsatzoptik befindliche Kunststoffstifte werden durch die
Baugruppe durchgeführt, wobei jedes Bauteil entsprechende
Durchführungen besitzt und anschließend durch
Warmumformen dauerhaft verbunden wird. Die elektronische Leiterplatte
muss einen ausreichenden Wärmestrom zulassen, um die Wärme
der Lichtquelle zuverlässig zum Kühlkörper
zu transportieren. Geeignet sind hier Metallkernplatinen, sog. Flexboards
(flexibles Leiterband) oder auch Leiterplatten, in denen sich spezielle
Zonen mit hoher Wärmeleitfähigkeit (sog. Heat Sinks)
an Stellen befinden, an denen mehrere LEDs montiert werden. Mit dem
Flexboard ist es möglich, mehrere Leuchteneinheiten mit
einer Leiterplatte zu verbinden und nahezu beliebig in dem Gehäuse
einer Leuchte oder eines Scheinwerfers räumlich anzuordnen.
Auf der Leiterplatte können neben den LEDs auch Schaltelemente zur
Ansteuerung der LEDs sowie ein elektrischer Anschluss zur Versorgung
und Ansteuerung der elektronischen Baugruppe angeordnet werden.
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Eine
Lichtfunktion einer Signalleuchte an der Fahrzeugfront, wie beispielsweise
Blinklicht, Positionslicht, Tagfahrlicht oder auch Seitenmarkerlicht, oder
einer Signalleuchte am Fahrzeugheck, wie beispielsweise Bremslicht,
Schlusslicht, Blinklicht, Rückfahrlicht oder Nebelschlusslicht,
kann von einem oder mehreren Optikmodulen erzeugt werden. Bei der
Verwendung eines einzelnen Optikmoduls wird die Lichtverteilung
der Signalfunktion von dem vorgesehenen Optikmodul erzeugt. Wenn
sich die Leuchte aus mehreren Optikmodulen zusammensetzt, trägt
jedes Optikmodul anteilig zur gesamten Lichtverteilung bei. Die
Optikmodule können mit Kabeln oder flexiblen Leiterbahnen
an eine Energiequelle, an ein Steuergerät oder an eine
Endstufe eines Steuergeräts angeschlossen oder untereinander verbunden
sein, was eine flexible räumliche Anordnung der Optikmodule
in der Leuchte erlaubt. Unter geeigneten räumlichen Voraussetzungen
ist auch eine kostengünstige plane Anordnung der Optikmodule
auf einer starren Leiterplatte möglich, wobei das Optikmodul
durch einen abgegrenzten Bereich auf dieser Leiterplatte gebildet
wird, in dem die Bestandteile des Optikmoduls angeordnet sind.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
aus dem Stand der Technik bekannte Vorsatzoptik im Querschnitt,
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2 einen
durch die bekannte Vorsatzoptik im Querschnitt verlaufenden Strahlengang,
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3 die
bekannte Vorsatzoptik im Längsschnitt,
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4 den
durch die bekannte Vorsatzoptik im Längsschnitt verlaufenden
Strahlengang,
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5 die
lichteintrittsseitig optimierte erfindungsgemäße
Vorsatzoptik in einer Ansicht von unten,
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6 eine
als Sattelfläche ausgebildete Lichteintrittsfläche
eines zentralen Linsenabschnitts der Vorsatzoptik,
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7 die
erfindungsgemäße Vorsatzoptik aus 5 mit
einer sattelförmigen Lichteintrittsfläche in einer
vergrößerten Ansicht von schräg unten,
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8 die
erfindungsgemäße Vorsatzoptik im Querschnitt entlang
der Linie VIII-VIII in 5,
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9 einen
durch die erfindungsgemäße Vorsatzoptik gemäß 8 verlaufenden
Strahlengang,
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10 die
erfindungsgemäße Vorsatzoptik im Längsschnitt
entlang der Linie X-X in 5,
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11 den
durch die erfindungsgemäße Vorsatzoptik gemäß
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10 verlaufenden
Strahlengang,
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12 die
erfindungsgemäße Vorsatzoptik mit einer Fresnellinse
als lichtaustrittseitig optisch wirksames Element einer Lichtaustrittsfläche
des zentralen Linsenabschnitts der Vorsatzoptik aus 5 in
einer Ansicht von oben,
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13 eine
schematische Darstellung einer Ausleuchtung der aus dem Stand der
Technik bekannten Vorsatzoptik gemäß 1,
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14 eine
schematische Darstellung einer Ausleuchtung der aus dem Stand der
Technik bekannten Vorsatzoptik mit einer in Längserstreckung der
Vorsatzoptik erweiterten Lichteintrittsfläche,
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15 eine
schematische Darstellung einer Ausleuchtung einer erfindungsgemäßen
Vorsatzoptik gemäß 12,
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16 eine
Kissenoptik als lichtstreuende Struktur einer Lichteintrittsfläche,
einer Lichteinkoppelfläche, einer Lichtaustrittsfläche
und/oder einer Lichtauskoppelfläche der erfindungsgemäßen
Vorsatzoptik,
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17 eine
schematische Darstellung eines Optikmoduls mit einer Vorsatzoptik,
einer Leiterplatte und einem Kühlkörper im Querschnitt,
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18 eine
schematische Darstellung einer Leuchtenanordnung bestehend aus mehreren
Optikmodulen in einer Draufsicht und
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19 eine
schematische Darstellung einer Leuchtenanordnung bestehend aus mehreren
Optikmodulen in einem Längsschnitt.
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Die 1 bis 4 zeigen
eine bekannte Vorsatzoptik 1 mit einer im Wesentlichen
rechteckförmigen lichtaustrittsseitigen Querschnittsfläche.
Die Quererstreckung der Vorsatzoptik 1, dargestellt als Schnittansicht
in den 1 und 2, ist wesentlich kleiner als
die Längserstreckung, dargestellt als Schnittansicht in
den 3 und 4.
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Die
bekannte Vorsatzoptik 1 weist eine rotationssymmetrische
konvexe Lichteintrittsfläche 2 mit seitlichen
Lichteinkoppelflächen 3a (1) im Querschnitt
und 3b (3) im Längsschnitt
auf, durch die von einer Lichtquelle 5 ausgestrahltes Licht
hindurchtritt, wobei es beim Übergang von dem optisch durchlässigeren
Medium (Luft) in das optisch dichtere Medium (Kunststoff, Glas)
der Vorsatzoptik 1 abgelenkt wird. Die Lichteinkoppelflächen 3a, 3b bilden
in etwa die Wandungen eines Hohlzylinders, wobei eine optische Achse 4 der
Vorsatzoptik 1 die Zylinderachse bildet. Licht, das die
konvexe Lichteintrittsfläche 2 durchtritt, wird
dabei derart umgelenkt, dass es parallel zu der optischen Achse 4 durch
einen zentralen Linsenabschnitt 9 der Vorsatzoptik 1 zu
einer Lichtaustrittsfläche 6 gelangt und im Wesentlichen senkrecht
zu dieser aus der Vorsatzoptik 1 austritt. Licht, welches
durch die Lichteinkoppelflächen 3a, 3b tritt,
wird zunächst in Richtung von mehreren Reflexionsflächen 8a (1)
bzw. 8b (3) abgelenkt und gelangt in
mehrere Reflexionsabschnitte 10 der Vorsatzoptik 1.
Dort wird es von den Reflexionsflächen 8a bzw. 8b im
Wesentlichen parallel zur optischen Achse 4 zu einer Lichtauskoppelfläche 7 hin reflektiert,
durch die es aus der Vorsatzoptik 1 austritt.
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In 2 ist
der entsprechende Strahlengang durch die Vorsatzoptik 1 im
Querschnitt dargestellt. Gezeigt ist der Strahlengang eines Teillichtstroms 11. Es
ist erkennbar, dass sich in Richtung der Quererstreckung lichtaustrittsseitig
eine im Wesentlichen homogene Lichtverteilung ohne größere
dunkle Bereiche der Lichtverteilung einstellt.
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3 zeigt
die bekannte Vorsatzoptik 1 im Längsschnitt. Die
Reflexionsabschnitte 10 sind in Längsrichtung
deutlich größer als in Richtung der Quererstreckung
(1) der Vorsatzoptik 1. Auch die Reflektorflächen 8b im
Längsschnitt sind länger als die Reflektorflächen 8a im
Querschnitt. Hingegen weisen die Lichteintrittsfläche 2 und
die Lichteinkoppelflächen 3a, 3b sowohl
in Richtung der Längserstreckung als auch der Quererstreckung
der Vorsatzoptik 1 im Wesentlichen gleiche Geometrien auf.
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In 4 ist
der Strahlengang durch die Vorsatzoptik 1 im Längsschnitt
dargestellt. Es sind drei Teillichtströme 11, 12 und 13 zu
erkennen. Die konvexe Lichteintrittsfläche 2 des
zentralen Linsenabschnitts 9 kollimiert den auftreffenden
Teillichtstrom 11 derart, dass die Lichtstrahlen parallel
zur optischen Achse 4 verlaufen und aus der Vorsatzoptik 1 austreten.
Die Reflexionsflächen 8b reflektieren die über
die Lichteinkoppelflächen 3b eingekoppelten Teillichtströme 12, 13 derart,
dass diese parallel zur optischen Achse 4 verlaufend aus
der Vorsatzoptik 1 austreten. Deutlich erkennbar ist zum
einen, dass der durch die Lichteintrittsfläche 2 hindurchtretende Teillichtstrom 11 heller
ist als die Teillichtströme 12 und 13 (größere
Dichte der Lichtstrahlen im Teillichtstrom 11).
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Zum
anderen sind die Teillichtströme 11, 12 und 13 in
Längsrichtung zueinander beabstandet, das heißt,
es stellen sich zwischen ihnen nicht ausgeleuchtete Dunkelbereiche 19 ein.
Bei der bekannten Vorsatzoptiken 1 ist es technisch nicht
möglich, diese dunklen Bereiche 19 auszuleuchten,
so dass sich insgesamt eine inhomogene Ausleuchtung der bekannten
Vorsatzoptik 1 ergibt.
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13 zeigt
eine Ausleuchtung der bekannten Vorsatzoptik 1. Deutlich
zu erkennen sind die lichtaustrittsseitig beleuchteten Bereiche 15 und
die unbeleuchteten Dunkelbereiche 19 der herkömmlichen
Vorsatzoptik 1.
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Um
eine homogene Ausleuchtung der Vorsatzoptik 1 mit einer
größeren Längserstreckung als Quererstreckung
zu erzielen, wird deshalb gemäß der Erfindung
eine völlig neuartige Vorsatzoptik vorgeschlagen. Die erfindungsgemäße
Vorsatzoptik unterscheidet sich vom Stand der Technik insbesondere
durch eine besondere Ausgestaltung der Lichteintrittsfläche 2 sowie
der Lichtaustrittsfläche 6 des zentralen Linsenabschnitts 9.
Entscheidend ist, dass die spezielle Formgebung der Lichteintrittsfläche 2 wahlweise
in Kombination mit einer entsprechenden lichtaustrittsseitigen Linse
eine besonders homogene Ausleuchtung der erfindungsgemäßen
Vorsatzoptik auch in Richtung ihrer Längserstreckung gewährleistet.
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5 zeigt
eine lichteintrittseitig optimierte erfindungsgemäße
Vorsatzoptik 1''. Die Optimierung umfasst eine Lichteintrittsfläche 2,
die zum einen in Richtung der Längserstreckung der Vorsatzoptik 1' um
zwei lichteintrittseitig optisch wirksame Elemente 17 seitlich
erweitert ist und zum anderen eine Sattelfläche gemäß 6 aufweist,
die in Längserstreckung der Vorsatzoptik 1'' konkav
gekrümmt ist. Die in 6 dargestellte Sattelfläche
ist eine schematische Abbildung und weist in einer mathematisch
exakten Darstellung keinen eckigen, sondern einen kontinuierlichen
Verlauf auf.
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Eine
seitliche Erweiterung der Lichteintrittsfläche 2 kann
selbstverständlich durch eine Verbreiterung einer bereits
vorhandenen, die Lichteintrittsfläche 2 bildenden
konvexen Linse oder auch mittels Fresnellinsen erfolgen. Durch die
seitliche Erweiterung der Lichteintrittsfläche 2 kann
Licht in einem größeren Raumwinkel in die erfindungsgemäße
Vorsatzoptik 1'' gelangen und über eine größere
zentral befindliche Lichtaustrittsfläche 6 wieder
austreten. 14 zeigt die entsprechende lichtaustrittseitige Ausleuchtung
einer Vorsatzoptik 1' mit einer nicht sattelförmigen
konvexen Lichteintrittsfläche 2, die seitlich
um zwei lichteintrittseitig optisch wirksame Elemente 17 erweitert
ist. Es fällt auf, dass die Lichtaustrittsfläche 6 der
Vorsatzoptik 1' gegenüber der Lichtaustrittsfläche 6 der
bekannten Vorsatzoptik 1 (13) seitlich
deutlich vergrößert ist. Insgesamt weist die Vorsatzoptik 1' größere
beleuchtete Bereiche 15 und kleinere Dunkelbereiche 19 als
die bekannte Vorsatzoptik 1 auf. Die hohe Lichtintensität
im Bereich der Lichtaustrittsfläche 6 ist gegenüber
der bekannten Vorsatzoptik 1 erhalten geblieben.
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Um
eine noch bessere Ausleuchtung, das heißt einen möglichst
homogenen Lichtaustritt sowohl in Richtung der Quererstreckung als
auch der Längserstreckung der Vorsatzoptik 1' zu
erzielen, wird als weitere Verbesserung vorgeschlagen, dass die
Lichteintrittsfläche 2 eine Sattelfläche 21 aufweist,
wie sie in 6 im Detail dargestellt ist.
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7 zeigt
die sattelförmige Lichteintrittsfläche 2 der optimierten
erfindungsgemäßen Vorsatzoptik 1''. Es
ist zu beachten, dass auch die sattelförmige Lichteintrittsfläche 2 zwei
lichteintrittseitig optisch wirksame Elemente 17 aufweisen
kann, wie in 7 dargestellt. Die sattelförmige
Lichteintrittsfläche 2 ist in Längserstreckung
der Vorsatzoptik 1'' konkav gekrümmt. Quer zur
sattelförmigen Lichteintrittsfläche 2 verlaufen
in gewohnter Weise die konvex gewölbten Lichteinkoppelflächen 3a und 3b.
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Die 8 bis 11 stellen
die erfindungsgemäße Vorsatzoptik 1'' dar.
Selbstverständlich können die Abmessungen von
der abgebildeten Form abweichen. Da die sattelförmige Lichteintrittsfläche 2 der
Vorsatzoptik 1'' in Richtung der Quererstreckung der Vorsatzoptik 1'' konvex
gekrümmt ist, wird mit ihr in dieser Richtung eine das
von der Lichtquelle 5 auftreffende Licht bündelnde
Wirkung erzielt. In Richtung der Quererstreckung der erfindungsgemäßen Vorsatzoptik 1'' wird
also durch die konvexe Formgebung der sattelförmigen Lichteintrittsfläche 2 ein
homogener Lichtaustritt, dargestellt in 9, erzielt.
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Wesentlich
ist, dass auch in Richtung der Längserstreckung der Vorsatzoptik 1'' ein
homogener Lichtaustritt erfolgt. Zu diesem Zweck ist die sattelförmige
Lichteintrittsfläche 2 in Richtung der Längserstreckung
der Vorsatzoptik 1'' konkav ausgebildet. Durch die konkave
Form wird der von der Lichtquelle 5 abgestrahlte und divergierende
Teillichtstrom 11 beim Eintritt in die Vorsatzoptik 1'' an
der Lichteintrittsfläche 2 in Richtung der Längserstreckung
nahezu nicht abgelenkt, also insbesondere nicht parallelisiert,
sondern er tritt mit nahezu unveränderter Richtung in die
Vorsatzoptik 1'' ein. Beim Übergang des Teillichtstroms 11 von
der Luft in das optische dichtere Medium der Vorsatzoptik 1'' kann selbstverständlich
eine geringe Brechung eintreten. Somit erreicht der Teillichtstrom 11 auch
diejenigen Bereiche der Vorsatzoptik 1'', die ohne die
besonders ausgestaltete Eintrittsfläche 2 nicht
vom Licht der Lichtquelle 5 erreicht werden würden.
Durch die Aufweitung des Teillichtstroms 11 innerhalb der
Vorsatzoptik 1'' kann das Licht über eine in Richtung
der Längserstreckung der Vorsatzoptik 1'' vergrößerte Lichtaustrittsfläche 6 austreten.
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Entscheidend
ist, dass der sich aufweitende Teillichtstrom 11 über
die gesamte Lichtaustrittsfläche 6 wieder gebündelt
wird und im Wesentlichen parallel zur optischen Achse 4 aus
der Vorsatzoptik 1'' austritt. Zu diesem Zweck ist die
Lichtaustrittsfläche 6 als ein lichtaustrittseitig
optisch wirksames Element 27 ausgebildet. Als lichtaustrittseitig
optisch wirksames Element 27 kann eine Zylinderlinse 23 (10) oder
eine Fresnellinse 25 (10, 11 und 12)
eingesetzt werden. Selbstverständlich sind auch andere
optisch wirksame Elemente denkbar. Die Zylinderlinse 23 ist
so angeordnet, dass ihre Längsachse orthogonal zur optischen
Achse 4 der Vorsatzoptik 1'' und orthogonal zur
Längserstreckung der Vorsatzoptik 1'' verläuft.
Sie kann somit das durch die Lichtaustrittsfläche 6 hindurchtretende Licht
in Richtung der optischen Achse 4 der Vorsatzoptik 1'' parallelisieren.
Der Einsatz einer Fresnellinse 25 als lichtaustrittseitig
optisch wirksames Element 27 hat gegenüber einer
Zylinderlinse 23 den Vorteil eines geringeren Volumens
und Gewichts. Auch eine Kombination verschiedener optisch wirksamer
Elemente an der Lichtaustrittsfläche 6 ist denkbar,
bspw. eine zentral angeordnete Zylinderlinse 23 mit am
Rand angeordneten Fresnellinsenabschnitten.
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11 zeigt
den Verlauf des Strahlengangs durch einen Längsschnitt
der Vorsatzoptik 1''. Das erste optisch wirksame Element 27 ist
als Fresnellinse 25 ausgebildet. Die Lichteintrittsfläche 2 ist
derart sattelförmig ausgestaltet, dass der von der Lichtquelle 5 emittierte
Teillichtstrom 11, der die Lichteintrittsfläche 2 durchtritt,
im Wesentlichen auf das gesamte erste optisch wirksame Element 27 gelangt.
Die Fresnellinse 25, deren Strukturen orthogonal zur optischen
Achse 4 der Vorsatzoptik 1'' und orthogonal zur
Längserstreckung der Vorsatzoptik 1'' verlaufen, bündelt
das eingekoppelte Licht, so dass es parallel zur optischen Achse 4 aus
der Vorsatzoptik 1'' austritt. Die durch die Lichteinkoppelflächen 3b hindurchtretenden
Teillichtströme 12, 13 werden von diesen derart
abgelenkt, dass sie über den Reflexionsabschnitt 10 vollständig
auf die Reflexionsflächen 8b gelangen, von diesen
parallel zur optischen Achse 4 in Lichtaustrittsrichtung
reflektiert werden und derart aus der Lichtauskoppelfläche 7 austreten.
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In 15 ist
die Ausleuchtung einer erfindungsgemäßen Vorsatzoptik 1'' dargestellt.
Sie zeigt gegenüber der in 13 abgebildeten
Ausleuchtung einer herkömmlichen Vorsatzoptik 1 und
gegenüber der Ausleuchtung einer lediglich lichteintrittsseitig
optimierten Vorsatzoptik 1' ohne Sattelfläche
(vgl. 14) eine erhebliche Reduzierung
der Dunkelbereiche 19 und eine deutlich homogenere Lichtverteilung.
Die Effizienz der Vorsatzoptik 1'' kann gegenüber
einer herkömmlichen Vorsatzoptik 1 durch bessere
Umfassung des Raumwinkels mittels der besonders ausgestalteten Lichteintrittsfläche 2 und
durch geringere Fresnelverluste deutlich gesteigert werden. Es wird
betont, dass die erfindungsgemäße Vorsatzoptik 1'' die
angegebenen Vorteile auch hat, wenn die Lichteintrittsfläche 2 eine
Sattelform, jedoch keine seitlichen optisch wirksamen Elemente 17 aufweist.
In diesem Fall könnte die Lichteintrittsfläche 2 bspw.
eine ovale Querschnittsfläche aufweisen.
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Es
ist vorstellbar, dass auf der Lichtauskoppelfläche 7 des
Reflexionsabschnitts 10, der Lichtaustrittsfläche 6 des
zentralen Linsenabschnitts 9, der Lichteinkoppelfläche 3a, 3b des
Reflexionsabschnitts 10 und/oder der Lichteintrittsfläche 2 des zentralen
Linsenabschnitts 10 eine lichtstreuende Struktur ausgebildet
ist. Dadurch lassen sich gewünschte optische Effekte erzeugen
und es lässt sich die lichttechnische Wirkung einer zugehörigen Leuchte
verändern. Als lichtstreuende Strukturen können
beispielsweise eine oder mehrere Kissenoptiken 29, abgebildet
in 16, oder eine oder mehrere Zylinderoptiken verwendet
werden. Eine Kissenoptik 29 ist konvex gewölbt
und weist eine rechteckige oder quadratische Grundfläche
mit nach innen gewölbten Seitenlinien 30 auf.
Die konvexe Wölbung der Kissenoptik 29 wird durch
die eingezeichneten Höhenlinien 31 deutlich.
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In 17 ist
eine schematische Darstellung eines Optikmoduls 31 mit
einer Vorsatzoptik 33, einem Kühlkörper 35 sowie
einer zwischen der Vorsatzoptik 33 und dem Kühlkörper 35 befindlichen
Leiterplatte 37 abgebildet. Die Vorsatzoptik 33 besitzt mehrere
Passstifte 39 zur Anordnung bzw. Ausrichtung der Vorsatzoptik 33 zur
Lichtquelle 5. Der Kühlkörper 35 ist
E-förmig mit drei Kühlrippen 43 ausgebildet
und weist mehrere Durchführungen 41 auf, durch
die die Passstifte 39 der Vorsatzoptik 33 gesteckt
werden, um die Vorsatzoptik 33 zur Lichtquelle 5 auszurichten.
Nach dem Einführen der Passstifte 39 in die Durchführengen 41 werden
die Enden der Passstifte 39 plastisch verformt, bspw. durch
Erwärmen der Stifte 39 und anschließender
mechanischer Druckbeaufschlagung der erwärmten, verformbaren Stiftenden.
Auf diese Weise kann die Vorsatzoptik 33 nach Art einer
Niet an dem Kühlkörper 35 befestigt werden.
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18 zeigt
eine Leuchtenanordnung 45, die aus mehreren Optikmodulen 31 zusammengesetzt
ist, in einer Blickrichtung entgegen der Hauptlichtabstrahlrichtung
der Kraftfahrzeugleuchte 45. Diese Blickrichtung ist die
Blickrichtung, aus der ein Betrachter eines Kraftfahrzeuges die
Leuchte 45 normalerweise wahrnimmt. Die Leuchtenanordnung 45 kann
eine Signalleuchte an der Frontseite des Fahrzeugs zur Erzeugung
eines Blinklichts, eines Positionslichts, eines Tagfahrlichts oder
auch eines Seitenmarkerlichts sein. Ebenso kann die Leuchtenanordnung 45 an
der Heckseite des Fahrzeugs zur Erzeugung eines Bremslichts, eines
Schlusslichts, eines Blinklichts, eines Rückfahrlichts
oder eines Nebelschlusslichts ausgebildet sein. Es ist gut zu erkennen,
dass die einzelnen Optikmodule 31 eine im wesentlichen
rechteckige Lichtaustrittsfläche 6 aufweisen.
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19 zeigt
die Leuchtenanordnung 45 aus 18 in
einer Ansicht senkrecht zur Lichtaustrittsrichtung. Es ist zu erkennen,
dass jedes der Optikmodule 31 eine LED 5 und eine
in Lichtaustrittsrichtung nachgeordnete erfindungsgemäße
Vorsatzoptik 1'' (vgl. die 5 bis 15)
zum Bündeln der von der LED 5 ausgesandten Lichtstrahlen
aufweist. Die Vorsatzoptik 1'' weist die entgegen der Lichtaustrittsrichtung
(vgl. 18) erkennbare im wesentlichen
rechteckigförmige Lichtaustrittsfläche 6 der
Optikmodule 31 auf. Die LEDs 5 und die Vorsatzoptiken 1'' sind
auf einer Leiterplatte 37 angeordnet. Die Anordnung und Ausrichtung
der Optikmodule 31 auf der Leiterplatte 37 kann
dabei nahezu beliebig gewählt werden, um eine Signalleuchte
beliebiger Form zu realisieren. Nicht dargestellt in 19 ist
ein auf der den Optikmodulen 31 gegenüberliegenden
Seite der Leiterplatte 37 angeordneter Kühlkörper.
Die LEDs 5 und die Vorsatzoptiken 1'' können
in der anhand der 17 dargestellten und beschriebenen
Weise an der Leiterplatte 37 bzw. dem Kühlkörper
befestigt sein.
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Die
Erfindung ermöglicht es somit, insbesondere mittels einer
sattelförmigen Ausgestaltung der Lichteintrittsfläche 2 und
einer den Teillichtstrom 11 parallelisierenden Formgebung
der Lichtaustrittsfläche 6, bei einer ausgeleuchteten
Vorsatzoptik 1'' mit deutlich größerer
Längserstreckung als Quererstreckung die Dunkelbereiche 19 zu
reduzieren, ein zentrales Lichtintensitätsmaximum zu verringern
und insgesamt eine besonders homogene Ausleuchtung bei verbesserter
Effizienz zu erzielen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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