DE102012106481A1 - Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle und einem Lichtleiter, der auf einer der Lichtquelle zugewandten Seite eine Lichteinkoppelfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lichtquelle und der Lichteinkoppelfläche des Lichtleiters ein Einkoppelmikrooptikelementefeld angeordnet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle und einem Lichtleiter, der auf einer der Lichtquelle zugewandten Seite eine Lichteinkoppelfläche aufweist.
- Aus der
DE 10 2008 005 488 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge als ein Scheinwerfer ausgebildet, bei dem einer Lichtquelle ein Primäroptikelement und ein Sekundäroptikelement vorgelagert ist zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung. Das Primäroptikelement kann Mikrooptikelemente aufweisen zur Bereitstellung einer homogenen Lichtverteilung. - Aus der
DE 198 03 537 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle und einem derselben zugeordneten Lichtleiter bekannt, der auf einer zu einer Licht abstrahlenden Fläche gegenüberliegenden Rückseite eine Lichteinkoppelfläche aufweist, an der das von der Lichtquelle emittierte Licht in den Lichtleiter eingekoppelt wird. Damit das eingekoppelte Licht in Erstreckungsrichtung des Lichtleiters umgelenkt werden kann, ist eine Schrägfläche vorgesehen, die zur Umlenkung Mikrooptikelemente aufweisen kann. Die dort eingesetzten Mikrooptikelemente sind Bestandteil des Lichtleiters. - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle und einem Lichtleiter derart weiterzubilden, dass auf einfache Weise eine Steigerung des Wirkungsgrades bei der Lichteinkopplung in den Lichtleiter gewährleistet ist.
- Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lichtquelle und der Lichteinkoppelfläche des Lichtleiters ein Einkoppelmikrooptikelementefeld angeordnet ist.
- Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch Anordnung eines Einkoppelmikrooptikelementefeldes zwischen einer Lichtquelle und einem Lichtleiter eine effektivere Lichteinkopplung gewährleistet ist. Es erfolgt eine an die Lichteinkoppelfläche angepasste Lichtumformung in Richtung derselben. Vorteilhaft ermöglicht das Einkoppelmikrooptikelementefeld eine Erhöhung des in den Lichtleiter eingekoppelten Lichtstromes.
- Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Einkoppelmikrooptikelementefeld eine größere Dimension in Querrichtung zu einer Hauptachse der Lichtquelle auf als die Lichtquelle selbst. Auf diese Weise können auch unter einem relativ großen Öffnungswinkel abgestrahlte Lichtstrahlen der Lichtquelle erfasst und in Richtung der Lichteinkoppelfläche des Lichtleiters umgelenkt werden.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Einkoppelmikrooptikelementefeld beabstandet zu der Lichtquelle und/oder der Lichteinkoppelfläche des Lichtleiters angeordnet, so dass eine einfache Montage bzw. Demontage gewährleistet ist. Das Einkoppelmikrooptikelementefeld ist somit kompakt aufgebaut, was die Austauschbarkeit desselben in dem optischen System vereinfacht.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Mikrooptikelemente jeweils als Mikrolinsen ausgebildet. Vorzugsweise weisen die Mikrolinsen jeweils Asphärenflächen auf, mittels derer das von der Lichtquelle emittierte Licht in Richtung der Lichteinkoppelfläche parallelisiert wird. Vorteilhaft ermöglicht diese Parallelisierung des Lichtes eine größere Beabstandung der Lichtquelle zu der Lichteinkoppelfläche des Lichtleiters. Dadurch, dass eine Mehrzahl von Mikrooptikelementen verteilt in dem Einkoppelmikrooptikelementefeld angeordnet ist, ist keine Ausrichtung dieses Einkoppelmikrooptikelementefeldes zu der Lichtquelle bzw. der Lichteinkoppelfläche notwendig. Vorteilhaft ist das Einkoppelmikrooptikelementefeld toleranzunempfindlich gegenüber Verschiebungen in Querrichtung zur Hauptachse der Lichtquelle.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Mikrolinsen jeweils eine Symmetrieachse auf, die in Richtung einer Oberflächennormalen eines dieselben Mikrolinsen tragenden Segmentes des Einkoppelmikrolinsenfeldes bzw. einer Oberflächennormale des Einkoppelmikrolinsenfeldes verläuft. Beispielsweise ist das Einkoppelmikrolinsenfeld eben ausgebildet wie die Lichteinkoppelfläche des Lichtleiters. Die Symmetrieachsen der Mikrolinsen stehen somit senkrecht zu der Lichteinkoppelfläche. Auf diese Weise weist die Anordnung einen relativ einfachen und kompakten Aufbau auf.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Mikrolinsen matrixartig auf dem Einkoppelmikrolinsenfeld angeordnet. Vorzugsweise sind die Mikrolinsen gleich groß ausgebildet, so dass sich eine Verschiebung des Einkoppelmikrolinsenfeldes quer zur Hauptachse der Lichtquelle keine Änderung des eingekoppelten Lichtstromes bewirkt.
- Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
- Es zeigen:
-
1 eine Seitendarstellung einer erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung, -
2 eine perspektivische Vorderansicht eines Einkoppelmikrooptikelementefeldes und -
3 eine Rückansicht des Einkoppelmikrooptikelementefeldes. - Eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge gemäß der Erfindung kann beispielsweise zur Erzeugung einer Tagfahrlichtfunktion dienen. Alternativ sind auch andere Anwendungen bei der Verwendung von Lichtleitern möglich.
- Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge vorgesehen, die in einem Scheinwerfergehäuse eines Kraftfahrzeugs integriert angeordnet ist. Diese Beleuchtungsvorrichtung weist im Wesentlichen eine Lichtquelle
1 , einen Lichtleiter2 sowie ein Einkoppelmikrooptikelementefeld3 auf, das in einem Abstand zu der Lichtquelle1 und dem Lichtleiter2 zwischen denselben angeordnet ist. - Die Lichtquelle
1 ist als eine LED-Lichtquelle ausgebildet, die eine oder mehrere LEDs umfasst, die auf einem gemeinsamen Träger4 angeordnet sind. Beispielsweise können die LEDs als LED-Chip ausgebildet sein. - Senkrecht zu einer Hauptachse A der Lichtquelle
1 erstreckt sich eine ebene Lichteinkoppelfläche5 des Lichtleiters2 sowie das Einkoppelmikrooptikelementefeld3 . - Das Einkoppelmikrooptikelementefeld
3 ist als ein Einkoppelmikrolinsenfeld ausgebildet, das auf einer der Lichtquelle1 abgewandten Seite eine Mehrzahl von matrixartig angeordneten Mikrolinsen6 umfasst. Die Mikrolinsen6 sind gleich verteilt und gleich groß ausgebildet, siehe2 . Die Mikrolinsen6 sind jeweils auf einer ebenfalls transparenten Trägerfläche7 des Einkoppelmikrolinsenfeldes3 angeformt, wobei die Trägerfläche7 auf einer der Lichtquelle1 zugewandten Seite eben und optikfrei ausgebildet ist. Das Einkoppelmikrolinsenfeld3 erstreckt sich somit senkrecht zur Hauptachse A der Lichtquelle1 sowie parallel zu der Lichteinkoppelfläche5 des Lichtleiters2 in einer Erstreckungsebene E. Die Trägerfläche7 bildet auf einer der Lichtquelle1 zugewandten Seite eine Lichteintrittsfläche7' des Einkoppelmikrolinsenfeldes3 . Wie aus2 zu ersehen ist, weist die Trägerfläche7 eine größere Dicke auf als die Mikrolinsen6 . Die Länge und Breite der Mikrolinsen6 quer zur Hauptachse A liegt in einem μm-Bereich. - Wie aus
1 ersichtlich ist, ist die Dimension des Einkoppelmikrolinsenfeldes3 quer zur Hauptachse A der Lichtquelle1 , also in Erstreckungsebene E größer als die Quererstreckung der Lichtquelle1 . Ein Rand8 des Einkoppelmikrolinsenfeldes3 reicht quer zur Hauptachse A der Lichtquelle1 so weit nach außen, dass ein Randstrahl9 des von der Lichtquelle1 abgestrahlten Lichtbündels erfasst und in Richtung der Lichteinkoppelfläche5 des Lichtleiters2 umgelenkt wird. Hierzu weisen die Mikrolinsen6 Asphärenflächen10 auf, die eine Parallelisierung des Lichtes entsprechend den Pfeilen L in1 ermöglichen. - Die Mikrolinsen
6 bilden zusammen mit einem in Richtung des Lichtes L hinteren Abschnitt der Trägerfläche7 ein Mikrolinsensegment F, das eine Oberflächennormale N aufweist. die mit einer Symmetrieachse S der Asphärenfläche10 derselben Mikrolinse6 übereinstimmt. Da die Trägerfläche7 eben ausgebildet ist sowie die Mikrolinsen6 in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, verlaufen die Symmetrieachsen S der Mikrolinsen6 jeweils in Richtung der Oberfächennormalen N des gesamten Einkoppelmikrolinsenfeldes3 . - Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform können die Mikrolinsen
6 auch entlang eines Bogens verlaufen. Alternativ können die Mikrolinsen6 auch je nach Orientierung der Lichtquellen entlang einer bogenförmigen und/oder ebenen Fläche verlaufen. - Im vorliegenden Ausführungsbeispiel verläuft das Einkoppelmikrolinsenfeld
3 plattenförmig in der Erstreckungsebene E sowie mittig zwischen der Lichtquelle1 und der Lichteinkoppelfläche5 des Lichtleiters2 . - Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Einkoppelmikrolinsenfeld
3 rechteckförmig bzw. quadratisch ausgebildet. Die Lichteinkoppelfläche5 verläuft kreisförmig, wobei der Durchmesser der Lichteinkoppelfläche5 größer ist als eine Länge oder Breite des Einkoppelmikrolinsenfeldes3 . Die Länge und Breite des Einkoppelmikrolinsenfeldes3 ist von dem Öffnungswinkel des von der Lichtquelle1 abgestrahlten Lichtbündels abhängig und so groß gewählt, dass das annähernd gesamte Lichtbündel auf die Trägerfläche7 trifft und dann mittels der Mikrolinsen6 in Richtung der Lichteinkoppelfläche5 parallelisiert wird. - Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung können die Mikrooptikelemente auch kegel- oder pyramidenförmig ausgebildet sein.
- Nach einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann die Lichteinkoppelfläche
5 auch langgestreckt oder streifenförmig ausgebildet sein, wenn der Lichtleiter2 nicht zylinderförmig, sondern plattenförmig ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform verläuft das Einkoppelmikrolinsenfeld3 ebenfalls streifenförmig, wobei die Lichtquellen1 entlang des Streifens reihenförmig angeordnet sind. - Das in den Lichtleiter eingekoppelte Licht L wird vorzugsweise an einem gegenüberliegenden Stirnende ausgekoppelt. Alternativ kann das in den Lichtleiter
2 eingekoppelte Licht L mittels an einer Seite angeordneten Auskoppelelementen auch auf die gegenüberliegende Seite zur Lichtauskopplung gebracht werden. - Der Lichtleiter
2 und das Einkoppelmikrooptikelementefeld3 bestehen jeweils aus einem vorzugsweise transpareten Kunststoffmaterial. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Lichtquelle
- 2
- Lichtleiter
- 3
- Einkoppelmikrooptikelementefeld
- 4
- Träger
- 5
- Lichteinkoppelfläche
- 6
- Mikrolinsen
- 7
- Trägerfläche
- 7'
- Lichteintrittsfläche
- 8
- Rand
- 9
- Randstrahl
- 10
- Asphärenfläche
- A
- Hauptachse
- E
- Erstreckungsebene
- F
- Mikrolinsensegment
- L
- Licht
- N
- Oberflächenormale
- S
- Symmetrieachse
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102008005488 A1 [0002]
- DE 19803537 A1 [0003]
Claims (10)
- Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle und einem Lichtleiter, der auf einer der Lichtquelle zugewandten Seite eine Lichteinkoppelfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lichtquelle (
1 ) und der Lichteinkoppelfläche (5 ) des Lichtleiters (2 ) ein Einkoppelmikrooptikelementefeld (3 ) angeordnet ist. - Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einkoppelmikrooptikelementefeld (
3 ) auf einer der Lichtquelle (1 ) abgewandten Seite eine Mehrzahl von Mikrooptikelementen (6 ) aufweist und dass das Einkoppelmikrooptikelementefeld (3 ) eine größere Dimension in Querrichtung zu einer Hauptachse (A) der Lichtquelle (1 ) aufweist als die Lichtquelle (1 ). - Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einkoppelmikrooptikelementefeld (
3 ) beabstandet zu der Lichtquelle (1 ) und/oder der Lichteinkoppelfläche (5 ) des Lichtleiters (2 ) angeordnet ist. - Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrooptikelemente (
6 ) jeweils als Mikrolinsen zur Bildung eines Einkoppelmikrolinsenfeldes (3 ) ausgebildet sind. - Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolinsen (
6 ) jeweils Asphärenflächen10 ) aufweisen zur Parallelisierung des Lichtes (L) in Richtung der Lichteinkoppelfläche (5 ) des Lichtleiters (2 ). - Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrooptikelemente (
6 ) jeweils Symmetrieachsen (S) aufweisen, die in die gleiche Richtung verlaufen wir eine Oberflächennormale (N) eines dieselben Mikrooptikelemente (6 ) tragenden Segmentes (F) des Einkoppelmikrooptikelementefeldes (3 ). - Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrooptikelemente (
6 ) matrixartig auf dem Einkoppelmikrooptikelementefeld (3 ) angeordnet sind. - Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Einkoppelmikrooptikelementefeld (
3 ) plattenförmig in einer zu der Hauptachse (A) der Lichtquelle (1 ) quer verlaufenden Erstreckungsebene (E) angeordnet ist. - Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteinkoppelfläche (
5 ) des Lichtleiters (2 ) eben und quer zur Hauptachse (A) der Lichtquelle (1 ) verläuft. - Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Einkoppelmikrooptikelementefeld (
3 ) auf einer der Lichtquelle (1 ) zugewandten Seite eine optikfreie und/oder ebene Lichteintrittsfläche (7' ) aufweist.
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