DE102010015243A1 - Optical lens for lighting system, has Fresnel surface structure with optical passive surface patches more weakly curved on light entry side, and optical active surface patches more intensely curved on light exit side - Google Patents

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Abstract

The optical lens (15) monolithically formed of plastic has a concave light entry side (9), a convex light exit side (11) and a sagittal height of 15% of lens diameter. The light entry side and/or the light exit side include a Fresnel surface structure having optical passive surface patches (19) and optical active surface patches (21). The optical passive surface patches parallel to optical path and optical active surface patches on light entry side are more weakly curved. The optical active surface patches on light exit side are more intensely curved.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Linse für ein Beleuchtungssystem, insbesondere für Fahrzeugscheinwerfer mit sehr lichtintensiven Leuchtmitteln wie etwa Xenon. Allerdings ist die erfindungsgemäße Linse auch für den Einsatz in anderen Beleuchtungssystemen geeignet.The present invention relates to an optical lens for an illumination system, in particular for vehicle headlights with very light-intensive bulbs such as xenon. However, the lens according to the invention is also suitable for use in other lighting systems.

Xenon-Scheinwerfer finden heutzutage vorrangig als Vorderscheinwerfer in Fahrzeugen zur Ausleuchtung der vor dem Fahrzeug liegenden Fahrbahn Verwendung. Dabei wird wegen der hohen Lichtintensität und der Gefahr der Blendung des Gegenverkehrs eine hohe Anforderung an das einzuhaltende Beleuchtungsprofil gestellt. Einerseits soll möglichst wenig blendendes Licht auf die Gegenfahrbahn geworfen werden und andererseits soll die eigene Fahrbahn möglichst weit, hell und vollständig ausgeleuchtet werden. Um dies zu erreichen, wird bekanntermaßen auf einem möglichst kurzem Lichtweg im Scheinwerfer Licht einer Xenon-Lampe mit einer dicken, stark gekrümmten Sammellinse gebündelt und auf die Fahrbahn geworfen. Die Linse liegt dabei möglichst nah am Brennpunkt des hinter der Xenon-Lampe liegenden Reflektors, um den Lichtweg innerhalb des Scheinwerfers möglichst kurz zu halten, damit der Scheinwerfer möglichst kompakt aufgebaut werden kann. Das Lichtprofil, das vor allem die Blendung des Gegenverkehrs verhindern soll, wird üblicherweise durch eine Blende erreicht, die einen Schatten auf die Gegenfahrbahn wirft. Mittlerweile ist die dicke Sammellinse zu einem von außen sichtbaren Wiedererkennungsmerkmal für Xenon-Scheinwerfer an Fahrzeugen geworden.Xenon headlamps are now primarily used as front headlamps in vehicles for illuminating the roadway ahead of the vehicle use. Due to the high light intensity and the risk of dazzling oncoming traffic, high demands are placed on the lighting profile to be maintained. On the one hand, as little dazzling light as possible should be thrown onto the opposite lane and, on the other hand, the own lane should be illuminated as far as possible, brightly and completely. To achieve this, it is known to focus on a shortest possible light path in the headlight light of a xenon lamp with a thick, highly curved converging lens and thrown onto the road. The lens is as close as possible to the focus of the reflector located behind the xenon lamp to keep the light path within the headlight as short as possible, so that the headlight can be constructed as compact as possible. The light profile, which is primarily intended to prevent the glare of oncoming traffic, is usually achieved by a panel that casts a shadow on the opposite lane. Meanwhile, the thick converging lens has become an externally visible recognition feature for xenon headlamps on vehicles.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Linsen haben mehrere Nachteile. Zum einen sind sie wegen ihrer Dicke relativ schwer und tragen damit nicht unerheblich zum Gesamtgewicht des Beleuchtungssystems bei. Zum anderen ist es sehr aufwändig und kostenintensiv, die Linsen herzustellen. Die Linsen sind typischerweise aus Glas oder Kunststoff hergestellt.The lenses known from the prior art have several disadvantages. For one, they are relatively heavy because of their thickness and thus contribute significantly to the overall weight of the lighting system. On the other hand, it is very complicated and expensive to manufacture the lenses. The lenses are typically made of glass or plastic.

Glaslinsen haben gegenüber Kunststofflinsen den Nachteil, dass sie schwerer sind, nicht so schnell hergestellt werden können und damit teuer sind. Vorteilhaft ist die hohe Temperaturbeständigkeit von Glas, sodass die Linse nah an der heißen Xenon-Birne angeordnet werden kann, ohne dass sie ihre optischen Eigenschaften verändert.Glass lenses have the disadvantage over plastic lenses that they are heavier, can not be made so quickly and are therefore expensive. The high temperature resistance of glass is advantageous, so that the lens can be placed close to the hot xenon bulb without changing its optical properties.

Kunststofflinsen haben hingegen das Problem, dass es außerordentlich schwierig ist, eine dicke Kunststofflinse mit den hohen Anforderungen an die optischen Eigenschaften eines Fahrzeugscheinwerfers oder anderer Beleuchtungssysteme herzustellen, da nach einem Spritzgussverfahren bei Abkühlung des Kunststoffmaterials eine nachträgliche Schrumpfung eintritt. Daher werden heutzutage dicke Kunststofflinsen ausschließlich in mehrstufigen aufwändigen Verfahren mit sehr langen Zykluszeiten hergestellt.By contrast, plastic lenses have the problem that it is extremely difficult to produce a thick plastic lens with the high demands on the optical properties of a vehicle headlight or other lighting systems, as subsequent shrinkage occurs after an injection molding process when the plastic material cools down. Therefore, today thick plastic lenses are produced exclusively in multi-stage complex procedures with very long cycle times.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Linse für Scheinwerfer bereitzustellen, die sowohl kostengünstig und schnell herzustellen, leicht und temperaturbeständig ist sowie eine Abbildungsqualität bekannter Linsen erlaubt.It is therefore the object of the present invention to provide a lens for headlamps, which is both inexpensive and fast to manufacture, light and temperature resistant and allows imaging quality of known lenses.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine optische Linse für ein Beleuchtungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by an optical lens for a lighting system having the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die erfindungsgemäße optische Linse für ein Beleuchtungssystem hat demnach eine konkave Lichteintrittsseite und eine konvexe Lichtaustrittsseite, wobei die Pfeilhöhe der Linse mindestens 15% des Linsendurchmessers beträgt. Es ist mindestens eine Fresnel-Oberflächenstruktur auf der Lichteintrittsseite und/oder auf der Lichtaustrittsseite vorgesehen. Ist die Fresnel-Oberflächenstruktur auf der Lichteintrittsseite angeordnet, so weist die Fresnel-Oberflächenstruktur erste Oberflächenabschnitte auf, die parallel zum einfallenden Licht verlaufen und damit optisch passiv sind. Ist die Fresnel-Oberflächenstruktur auf der Lichtaustrittsseite angeordnet, so verlaufen dort die passiven Oberflächenabschnitte parallel zum ausfallenden Licht. Ist die Fresnel-Oberflächenstruktur auf der Lichteintrittsseite angeordnet, so sind die optisch aktiven Oberflächenabschnitte schwächer gekrümmt als die Lichteintrittsseite. Ist die Fresnel-Oberflächenstruktur auf der Lichtaustrittsseite angeordnet, so sind die optisch aktiven Oberflächenabschnitte stärker gekrümmt als die Lichtaustrittsseite.The optical lens for an illumination system according to the invention therefore has a concave light entrance side and a convex light exit side, wherein the arrow height of the lens is at least 15% of the lens diameter. At least one Fresnel surface structure is provided on the light entry side and / or on the light exit side. If the Fresnel surface structure is arranged on the light entry side, then the Fresnel surface structure has first surface sections which run parallel to the incident light and are thus optically passive. If the Fresnel surface structure is arranged on the light exit side, then the passive surface sections run parallel to the emergent light. If the Fresnel surface structure is arranged on the light entry side, then the optically active surface sections are less curved than the light entry side. If the Fresnel surface structure is arranged on the light exit side, then the optically active surface sections are more curved than the light exit side.

Mit dem Begriff „Fresnel-Oberflächenstruktur” ist hier eine stufenförmige Oberflächenstruktur mit einer Vielzahl von Fresnel-Stufen zu verstehen. Die Krümmung der Lichteintrittsseite bzw. Lichtaustrittsseite mit einer Fresnel-Oberflächenstruktur entspricht dabei der Krümmung einer stufenlosen Hyperfläche entlang der mittleren Stufenhöhe der Fresnel-Oberflächenstruktur.The term "Fresnel surface structure" is to be understood here as a step-shaped surface structure having a large number of Fresnel stages. The curvature of the light entrance side or light exit side with a Fresnel surface structure corresponds to the curvature of a continuous hypersurface along the mean step height of the Fresnel surface structure.

Im Übrigen ist mit dem Begriff „Krümmung” bzw. „gekrümmt” hier der für eine Brechung beziehungsweise Reflektion optisch wirksame positive Betrag der Linsenkrümmung in einer Ebene entlang der optischen Achse gemeint. Soweit es auf das Vorzeichen der Krümmung ankommt, wird dies mit „konvex” und „konkav” spezifiziert. Eine planare Linsenseite ist hier als Grenzfall einer maximal schwachen Krümmung zu verstehen, also einer Krümmung vom Betrag null.Incidentally, the term "curvature" or "curved" here means the optically effective positive value of the lens curvature in a plane along the optical axis for a refraction or reflection. As far as the sign of the curvature is concerned, this is specified as "convex" and "concave". A planar lens side is to be understood here as a limiting case of a maximum weak curvature, that is, a curvature of zero.

Die „Pfeilhöhe” der Linse ist hier definiert als der in Richtung der optischen Achse gemessene Abstand zwischen der durch den Linsenrand definierten Ebene und dem Scheitelpunkt der konvex gekrümmten Lichtaustrittsseite. Die erfindungsgemäße Linse hat also wegen der konkaven Lichteintrittsseite eine Linsendicke, die geringer ist als die Pfeilhöhe. The "arrow height" of the lens is defined here as the distance measured in the direction of the optical axis between the plane defined by the lens edge and the vertex of the convexly curved light exit side. The lens according to the invention therefore has a lens thickness which is smaller than the arrow height because of the concave light entry side.

Die Linse kann daher einen dünnen schalenförmigen Aufbau haben, wobei die Schalenform in etwa der konvexen Kontur einer dicken herkömmlichen Linse entspricht. Dadurch wird ein innerer Hohlraum von der konkaven Lichteintrittsseite definiert. Dieser Hohlraum hat mehrere Vorteile. Zum einen dient er als Konvektionsraum zur Wärmeabfuhr, sodass die Linse weniger stark erhitzt und Kunststoff als Linsenmaterial verwendet werden kann. Die erfindungsgemäße optische Linse für ein Beleuchtungssystem hat gegenüber einer herkömmlichen dicken Sammellinse den Vorteil, dass das Linsenmaterial weiter von der Strahlungsquelle entfernt ist, ohne den Lichtweg innerhalb des Scheinwerfers zu verlängern. Im Übrigen ist die Linse leichter, da die Dicke der Linse, also der Abstand zwischen Lichteintrittsseite und Lichtaustrittsseite, durch die Fresnel-Oberflächenstruktur stark verringert werden kann. Bei geringerer Dicke einer Kunststofflinse kann auch eine erheblich kürzere Zykluszeit bei der Herstellung im Spritzgussverfahren erreicht werden. Schließlich sind die nachträglichen negativen Schrumpfungseffekte bei einer dünneren Linse stark reduziert, sodass eine gute Abbildungsqualität erreicht werden kann. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Linse ist, dass eine Blende zur Gestaltung des Lichtprofils nicht mehr benötigt wird, da die Fresnel-Oberflächenstruktur auch beliebig asymmetrisch zur optischen Achse ausgebildet werden kann und ansonsten weggeblendetes Licht für die zu beleuchtenden Winkelbereiche verwendet werden kann. Es hat sich allerdings gezeigt, dass diese Vorteile nur bei einem ausreichend großen Verhältnis von Pfeilhöhe zu Linsendurchmesser erreicht werden, also dann, wenn die Pfeilhöhe der Linse mindestens 15% des Linsendurchmessers beträgt, um einen ausreichend großen Hohlraum auf der Lichteintrittsseite schaffen zu können.The lens may therefore have a thin shell-like construction, the shell shape corresponding approximately to the convex contour of a thick conventional lens. Thereby, an inner cavity is defined by the concave light entrance side. This cavity has several advantages. First, it serves as a convection chamber for heat dissipation, so that the lens less heated and plastic can be used as a lens material. The optical lens for an illumination system according to the invention has the advantage over a conventional thick focusing lens that the lens material is further away from the radiation source without extending the light path within the headlight. Incidentally, the lens is easier because the thickness of the lens, that is, the distance between the light entrance side and the light exit side, can be greatly reduced by the Fresnel surface structure. With a smaller thickness of a plastic lens and a significantly shorter cycle time can be achieved in the production by injection molding. Finally, the subsequent negative shrinkage effects are greatly reduced with a thinner lens, so that a good image quality can be achieved. Another advantage of the lens according to the invention is that a diaphragm for the design of the light profile is no longer needed, since the Fresnel surface structure can also be arbitrarily formed asymmetrically to the optical axis and otherwise away blinded light can be used for the angular areas to be illuminated. However, it has been shown that these advantages are achieved only with a sufficiently large ratio of arrow height to lens diameter, ie, when the arrowhead of the lens is at least 15% of the lens diameter to create a sufficiently large cavity on the light entrance side.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist die Fresnel-Oberflächenstruktur nur auf der konvexen Lichtaustrittsseite angeordnet. Durch die Fresnel-Oberflächenstruktur wird die durch die konkave Krümmung der Lichteintrittsseite verlorene Brechkraft der Linse kompensiert, sodass die kurze Brennweite einer herkömmlichen dicken Sammellinse im Bereich von 25 bis 80 mm erreicht werden kann. Die Fresnel-Oberflächenstruktur auf der Lichtaustrittsseite bildet auch keine Widerhaken an den Fresnel-Stufen, sodass in einem Spritzgussverfahren die Entfernung der Spritzgussform problemlos möglich ist.In a first embodiment of the invention, the Fresnel surface structure is arranged only on the convex light exit side. The Fresnel surface structure compensates for the power lost by the concave curvature of the light entrance side, so that the short focal length of a conventional thick converging lens in the range of 25 to 80 mm can be achieved. The Fresnel surface structure on the light exit side also forms no barbs on the Fresnel stages, so that the removal of the injection mold is easily possible in an injection molding process.

In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist die Fresnel-Oberflächenstruktur nur auf der konkaven Lichteintrittsseite angeordnet. Durch die Fresnel-Oberflächenstruktur wird ebenfalls die durch die konkave Krümmung der Lichteintrittsseite verlorene Brechkraft der Linse kompensiert, sodass die kurze Brennweite einer herkömmlichen dicken Sammellinse im Bereich von 25 bis 80 mm erreicht werden kann. Die Fresnel-Oberflächenstruktur auf der Lichteintrittsseite bildet allerdings Widerhaken an den Fresnel-Stufen, sodass in einem Spritzgussverfahren ggf. eine flexible oder aufbrechbare Spritzgussform verwendet werden muss, um die Spritzgussform nach dem Auskühlen entfernen zu können, ohne die Linse zu beschädigen. Vorteilhaft gegenüber der ersten Ausführungsform ist allerdings, dass die Fresnel-Oberflächenstruktur auf der konkaven Lichteintrittsseite besser geschützt liegt.In a second embodiment of the invention, the Fresnel surface structure is arranged only on the concave light entrance side. The Fresnel surface structure also compensates for the lens power lost by the concave curvature of the light entrance side, so that the short focal length of a conventional thick converging lens in the range of 25 to 80 mm can be achieved. However, the Fresnel surface structure on the light entrance side forms barbs on the Fresnel stages, so that in an injection molding process, if necessary, a flexible or breakable injection mold must be used to remove the injection mold after cooling can without damaging the lens. However, it is advantageous over the first embodiment that the Fresnel surface structure is better protected on the concave light entry side.

In einer dritten Ausführungsform ist sowohl auf der konvexen Lichtaustrittsseite als auch auf der konkaven Lichteintrittsseite eine Fresnel-Oberflächenstruktur angeordnet. Damit lässt sich ein besonders großes Spektrum an Linsenformen mit den gewünschten optischen Eigenschaften herstellen.In a third embodiment, a Fresnel surface structure is arranged both on the convex light exit side and on the concave light entrance side. This makes it possible to produce a particularly large spectrum of lens molds with the desired optical properties.

Die Fresnel-Oberflächenstruktur kann in Form einer Schicht auf der Lichteintrittsseite und/oder die Lichtaustrittsseite angeordnet sein oder die optische Linse ist monolithisch ausgebildet. Die Fresnel-Oberflächenstrukturschicht kann z. B. in Form einer Folie auf einen glatten schalenförmigen Grundkörper der Linse aufgezogen werden. Dies hat den Vorteil, dass je nach Bedarf für den Grundkörper und die Fresnel-Oberflächenstrukturschicht unterschiedliche Materialien mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften verwendet werden können. Bei einem monolithischen Aufbau liegt der Vorteil darin, dass die Linse in nur einem Herstellungsschritt eines Spritzgussverfahrens fertiggestellt werden kann und damit die Produktionszeit verkürzt wird.The Fresnel surface structure may be arranged in the form of a layer on the light entrance side and / or the light exit side or the optical lens is monolithic. The Fresnel surface structure layer may, for. B. in the form of a film on a smooth cup-shaped body of the lens are raised. This has the advantage that different materials with different optical properties can be used as required for the base body and the Fresnel surface structure layer. In a monolithic structure, the advantage is that the lens can be completed in only one production step of an injection molding process and thus the production time is shortened.

Vorzugsweise ist die optische Linse aus Kunststoff ausgebildet, was gegenüber Glas den Vorteil hat, dass die Linse leichter und kostengünstiger durch ein Spritzgussverfahren hergestellt werden kann. Dies ist allerdings nur durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Kunststofflinse möglich, da die Zykluszeiten bei der Herstellung einer herkömmlichen dicken Kunststofflinse so lang sind, dass der wirtschaftliche Vorteil gegenüber Glas nicht mehr gegeben ist.Preferably, the optical lens is made of plastic, which has the advantage over glass, that the lens can be made easier and cheaper by an injection molding process. However, this is only possible by the inventive structure of the plastic lens, since the cycle times in the production of a conventional thick plastic lens are so long that the economic advantage over glass is no longer given.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn die konkave Form der Lichteintrittseite mathematisch ähnlich zu der konvexen Form der Lichtaustrittsseite ist. Dadurch kann die Linsendicke möglichst dünn ausgestaltet werden.It is particularly advantageous if the concave shape of the light entrance side is mathematically similar to the convex shape of the light exit side. As a result, the lens thickness can be made as thin as possible.

Es ist für die Herstellung der Linse besonders günstig, wenn der Abstand zwischen Lichteintrittseite und Lichtaustrittsseite über die gesamte Linsenfläche im Wesentlichen konstant ist. Durch die homogene Linsendicke wird das Spritzgussverfahren zur Herstellung vereinfacht. It is particularly favorable for the production of the lens if the distance between the light entrance side and the light exit side is substantially constant over the entire lens surface. The homogeneous lens thickness simplifies the injection molding process for production.

Die Brennweite der Linse beträgt auf der Lichteintrittsseite vorzugsweise zwischen 25 mm und 80 mm. Damit erreicht die erfindungsgemäße Linse die Brechkraft einer herkömmlichen dicken Linse und kann diese ersetzen.The focal length of the lens is preferably between 25 mm and 80 mm on the light entry side. Thus, the lens of the invention achieves the refractive power of a conventional thick lens and can replace it.

Die Linse hat vorzugsweise einen Durchmesser von 30 mm bis 90 mm, wodurch bei den vorgegebenen Ausmaßen eines Fahrzeugscheinwerfers möglichst viel Licht eingefangen wird.The lens preferably has a diameter of 30 mm to 90 mm, which captures as much light as possible given the dimensions of a vehicle headlight.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen im Detail erläutert.In the following the invention with reference to the accompanying drawings will be explained in detail.

1 zeigt eine herkömmliche dicke Linse gemäß dem Stand der Technik in einem schematisch gezeigten Beleuchtungssystem wie etwa einem Fahrzeugscheinwerfer. 1 shows a conventional thick lens according to the prior art in a schematically shown lighting system such as a vehicle headlight.

2 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Linse in einem schematisch gezeigten Beleuchtungssystem. 2 shows a first embodiment of the optical lens according to the invention in a lighting system shown schematically.

3 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Linse in einem schematisch gezeigten Beleuchtungssystem. 3 shows a second embodiment of the optical lens according to the invention in a lighting system shown schematically.

In 1 ist ein Beleuchtungssystem gezeigt wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Ein Reflektor 1 reflektiert das von einer Lichtquelle 3, z. B. einer Xenon-Glühbirne, ausgesendete Licht gebündelt auf einen Brennpunkt B. Das hinter dem Brennpunkt B stark divergierende Licht wird durch eine dicke Sammellinse 5 stark gebrochen, sodass es gerichtet auf das zu beleuchtende Objekt, z. B. die eigene Fahrbahnseite, geworfen wird. In der Nähe des Brennpunkts B ist typischerweise eine Blende 7 eingebaut, um ein gewünschtes Beleuchtungsprofil zu erhalten. Die Sammellinse 5 ist im Abstand ihrer Brennweite vom Brennpunkt B des Reflektors 1 angeordnet. Um einen möglichst kurzen Lichtweg zu erhalten, damit das Beleuchtungssystem möglichst kompakt aufgebaut werden kann, ist die Sammellinse 5 dick, um eine kurze Brennweite und hohe Brechkraft zu erreichen. Die Lichteintrittsseite 9 der Sammellinse 5 ist planar (wie dargestellt) oder konvex, denn eine konkave Ausbildung der Lichteintrittsseite 9 nimmt der Sammellinse Brechkraft. Die Lichtaustrittsseite 11 der Sammellinse 5 ist stark konvex gekrümmt. Die Sammelinse 5 hat eine Dicke D, die der Pfeilhöhe h entspricht, da sie eine planare Lichteintrittsseite 9 hat.In 1 a lighting system is shown as known in the art. A reflector 1 reflects that from a light source 3 , z. B. a xenon bulb, emitted light focused on a focal point B. The behind the focus B strongly diverging light is through a thick converging lens 5 strongly broken so that it is aimed at the object to be illuminated, z. B. own lane side is thrown. Near the focal point B is typically a shutter 7 installed to obtain a desired lighting profile. The condenser lens 5 is at a distance of its focal length from the focal point B of the reflector 1 arranged. In order to obtain the shortest possible light path, so that the lighting system can be constructed as compact as possible, is the converging lens 5 thick to achieve a short focal length and high refractive power. The light entrance side 9 the condenser lens 5 is planar (as shown) or convex, because a concave formation of the light entrance side 9 the conical lens takes refractive power. The light exit side 11 the condenser lens 5 is strongly curved convex. The Sammelinse 5 has a thickness D corresponding to the arrow height h, since it has a planar light entrance side 9 Has.

In 2 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Linse 15 in einem ansonsten baugleichen Beleuchtungssystem. Die Linse 15 ersetzt also erfindungsgemäß die dicke Sammellinse 5 aus 1. Die optische Linse 15 hat eine konkave Lichteintrittseite 9 und eine konvexe Lichtaustrittsseite 11 und eine Pfeilhöhe h von mindestens 15% des Linsendurchmessers d.In 2 shows a first embodiment of the optical lens according to the invention 15 in an otherwise identical lighting system. The Lens 15 thus replaces the thick converging lens according to the invention 5 out 1 , The optical lens 15 has a concave light entry side 9 and a convex light exit side 11 and an arrow height h of at least 15% of the lens diameter d.

Die konvexe Lichtaustrittsseite 11 der optischen Linse 15 weist eine Fresnel-Oberflächenstruktur 17 auf, die aus Darstellungszwecken stark vergrößert dargestellt ist. Die Fresnel-Oberflächenstruktur 17 ist vorzugsweise in einer Form Mikrostruktur auf der Lichtaustrittsseite 11 angeordnet, die maßstabsgetreu nicht mehr deutlich erkennbar wäre.The convex light exit side 11 the optical lens 15 has a Fresnel surface structure 17 on, which is shown greatly enlarged for purposes of illustration. The Fresnel surface structure 17 is preferably in a mold microstructure on the light exit side 11 arranged, which would not be clearly visible to scale.

Die konkave Lichteintrittseite 9 verläuft im Wesentlichen parallel zur konvexen Lichtaustrittsseite 11, sodass sich eine Schalenform der Linse 15 mit im Wesentlichen konstanter Linsendicke D über die gesamte Linsenfläche ergibt, wenn man die konvexe Lichtaustrittsseite 11 als stufenlose Hyperebene entlang der mittleren Stufenhöhe der Fresnel-Oberflächenstruktur 17 versteht.The concave light entry side 9 runs substantially parallel to the convex light exit side 11 , so that a shell shape of the lens 15 with substantially constant lens thickness D over the entire lens surface when viewing the convex light exit side 11 as a continuous hyperplane along the middle step height of the Fresnel surface structure 17 understands.

Die Fresnel-Oberflächenstruktur 17 weist optisch passive Oberflächenabschnitte 19 und optisch aktive Oberflächenabschnitte 21 auf, wobei die optisch passiven Oberflächenabschnitte 19 parallel zum austretenden Licht verlaufen. Die optisch aktiven Oberflächenabschnitte 21 auf der Lichtaustrittsseite 11 sind dabei stärker gekrümmt als die Lichtaustrittsseite 11, um den Verlust an Brechkraft durch die konkave Lichteintrittsseite 9 zu kompensieren.The Fresnel surface structure 17 has optically passive surface sections 19 and optically active surface portions 21 on, with the optically passive surface sections 19 parallel to the exiting light. The optically active surface sections 21 on the light exit side 11 are more curved than the light exit side 11 to the loss of refractive power through the concave light entrance side 9 to compensate.

Bei geeigneter asymmetrischer Ausgestaltung der Fresnel-Oberflächenstruktur 17 kann auf eine Blende 7, wie sie in 1 gezeigt ist, zur Gestaltung des Lichtprofils verzichtet werden.With a suitable asymmetrical design of the Fresnel surface structure 17 can on a panel 7 as they are in 1 is shown, to dispense with the design of the light profile.

3 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Linse 25 in einem ansonsten baugleichen Beleuchtungssystem. Hierbei ist eine Fresnel-Oberflächenstruktur 27 auf der konkaven Lichteintrittsseite 9 angeordnet. Die optisch aktiven Oberflächenabschnitte 21 sind hier planar und damit schwächer gekrümmt als die konkave Lichteintrittsseite 9. Die optisch passiven Oberflächenabschnitte 19 verlaufen parallel zum eintretenden Licht konisch auf den Brennpunkt B zu. 3 shows a second embodiment of the optical lens according to the invention 25 in an otherwise identical lighting system. Here is a Fresnel surface structure 27 on the concave light entrance side 9 arranged. The optically active surface sections 21 are planar and thus less curved than the concave light entrance side 9 , The optically passive surface sections 19 parallel to the incoming light conical to the focal point B to.

Die dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Linse sind monolithisch aus Kunststoff hergestellt, um die Zykluszeiten bei der Herstellung in einem Spritzgussverfahren zu minimieren.The illustrated embodiments of the lens according to the invention are monolithically made of plastic to minimize the cycle times in the production in an injection molding process.

Claims (9)

Optische Linse (15, 25) für ein Beleuchtungssystem mit einer konkaven Lichteintrittseite (9) und einer konvexen Lichtaustrittsseite (11) und einer Pfeilhöhe (h) von mindestens 15% des Linsendurchmessers (d), wobei die Lichteintrittsseite (9) und/oder die Lichtaustrittsseite (11) eine Fresnel-Oberflächenstruktur (17) aufweist, wobei die Fresnel-Oberflächenstruktur (17) optisch passive (19) und optisch aktive Oberflächenabschnitte (21) aufweist, wobei die optisch passiven Oberflächenabschnitte (19) parallel zum Lichtweg verlaufen und die optisch aktiven Oberflächenabschnitte (21) auf der Lichteintrittsseite (9) schwächer gekrümmt sind als die Lichteintrittsseite (9) bzw. die optisch aktiven Oberflächenabschnitte (21) auf der Lichtaustrittsseite (11) stärker gekrümmt sind als die Lichtaustrittsseite (11).Optical lens ( 15 . 25 ) for a lighting system with a concave light entrance side ( 9 ) and a convex light exit side ( 11 ) and an arrow height (h) of at least 15% of the lens diameter (d), wherein the light entrance side ( 9 ) and / or the light exit side ( 11 ) a Fresnel surface structure ( 17 ), wherein the Fresnel surface structure ( 17 ) optically passive ( 19 ) and optically active surface sections ( 21 ), wherein the optically passive surface sections ( 19 ) parallel to the light path and the optically active surface sections ( 21 ) on the light entry side ( 9 ) are less curved than the light entry side ( 9 ) or the optically active surface sections ( 21 ) on the light exit side ( 11 ) are more curved than the light exit side ( 11 ). Optische Linse nach Anspruch 1, wobei die Fresnel-Oberflächenstruktur (17) in Form einer Schicht auf der Lichteintrittsseite (9) und/oder die Lichtaustrittsseite angeordnet (11) ist.An optical lens according to claim 1, wherein the Fresnel surface structure ( 17 ) in the form of a layer on the light entry side ( 9 ) and / or the light exit side ( 11 ). Optische Linse nach Anspruch 1, wobei die optische Linse (15, 25) monolithisch ausgebildet ist.Optical lens according to claim 1, wherein the optical lens ( 15 . 25 ) is monolithic. Optische Linse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Linse (15, 25) aus Kunststoff gebildet ist.Optical lens according to one of the preceding claims, wherein the optical lens ( 15 . 25 ) is made of plastic. Optische Linse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die konkave Form der Lichteintrittseite (9) mathematisch ähnlich zu der konvexen Form der Lichtaustrittsseite (11) ist.Optical lens according to one of the preceding claims, wherein the concave shape of the light entrance side ( 9 ) mathematically similar to the convex shape of the light exit side ( 11 ). Optische Linse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linsendicke (D) die gesamte Linsenfläche im Wesentlichen konstant ist.An optical lens according to any preceding claim, wherein the lens thickness (D) is substantially constant throughout the lens surface. Optische Linse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennweite der Linse auf der Lichteintrittsseite zwischen 25 mm und 80 mm beträgt.An optical lens according to any one of the preceding claims, wherein the focal length of the lens on the light entrance side is between 25 mm and 80 mm. Optische Linse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Linse einen Durchmesser (d) von 30 mm bis 90 mm hat.An optical lens according to any one of the preceding claims, wherein the lens has a diameter (d) of 30 mm to 90 mm. Beleuchtungssystem mit einer optischen Linse nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Illumination system with an optical lens according to one of the preceding claims.
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