DE102012106481B4

DE102012106481B4 - Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102012106481B4
Application number: DE102012106481.4A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Kloos
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2012-07-18
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2022-09-15
Anticipated expiration: 2032-07-19
Also published as: DE102012106481A1

Abstract

Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle (1) und einem Lichtleiter (2), der auf einer der Lichtquelle (1) zugewandten Seite eine Lichteinkoppelfläche (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lichtquelle (1) und der Lichteinkoppelfläche (5) des Lichtleiters (2) ein Einkoppelmikrooptikelementefeld (3) mit einer Mehrzahl von Mikrooptikelementen (6) angeordnet ist, wobei die Mikrooptikelemente (6) als Mikrolinsen mit Asphärenflächen (10) ausgebildet sind zur Parallelisierung des Lichtes (L) in Richtung der Lichteinkoppelfläche (5) des Lichtleiters (2), wobei eine Länge und eine Breite der Mikrolinsen quer zu einer Hauptachse (A) der Lichtquelle (1) in einem µm-Bereich liegen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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.
Aus der DE 10 2008 048 379 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle und einem Linsenfeld mit einer Mehrzahl von asphärisch ausgebildeten Linsen bekannt, wobei eine Scheitelhöhe der jeweiligen Linsenelemente größer ist als 0,1 mm und ein Durchmesser der Linsenelemente zwischen 0,2 mm und 10 mm liegt. Das Linsenfeld dient zur Kollimation des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtes.
Aus der DE 10 2005 061 798 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle und einem Lichtleiter bekannt, wobei zwischen der Lichtquelle und dem Lichtleiter ein erstes optisches Element und ein zweites optisches Element angeordnet sind, um einen beleuchtbaren Flächenbereich zu vergrößern. Das erste optische Element und das zweite optische Element sind derart geformt, dass das hindurchtretende Licht von einer optischen Achse des ersten optischen Elementes bzw. zweiten optischen Elementes weggebrochen wird. Auf diese Weise erfolgt eine Aufweitung des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtbündels.
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 weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.
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 der Erfindung sind die Mikrooptikelemente jeweils als Mikrolinsen ausgebildet, die jeweils Asphärenflächen aufweisen, 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 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 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 Lichtleiter 2 sowie ein Einkoppelmikrooptikelementefeld 3 auf, das in einem Abstand zu der Lichtquelle 1 und dem Lichtleiter 2 zwischen denselben angeordnet ist.
Die Lichtquelle 1 ist als eine LED-Lichtquelle ausgebildet, die eine oder mehrere LEDs umfasst, die auf einem gemeinsamen Träger 4 angeordnet sind. Beispielsweise können die LEDs als LED-Chip ausgebildet sein.
Senkrecht zu einer Hauptachse A der Lichtquelle 1 erstreckt sich eine ebene Lichteinkoppelfläche 5 des Lichtleiters 2 sowie das Einkoppelmikrooptikelementefeld 3.
Das Einkoppelmikrooptikelementefeld 3 ist als ein Einkoppelmikrolinsenfeld ausgebildet, das auf einer der Lichtquelle 1 abgewandten Seite eine Mehrzahl von matrixartig angeordneten Mikrolinsen 6 umfasst. Die Mikrolinsen 6 sind gleich verteilt und gleich groß ausgebildet, siehe 2. Die Mikrolinsen 6 sind jeweils auf einer ebenfalls transparenten Trägerfläche 7 des Einkoppelmikrolinsenfeldes 3 angeformt, wobei die Trägerfläche 7 auf einer der Lichtquelle 1 zugewandten Seite eben und optikfrei ausgebildet ist. Das Einkoppelmikrolinsenfeld 3 erstreckt sich somit senkrecht zur Hauptachse A der Lichtquelle 1 sowie parallel zu der Lichteinkoppelfläche 5 des Lichtleiters 2 in einer Erstreckungsebene E. Die Trägerfläche 7 bildet auf einer der Lichtquelle 1 zugewandten Seite eine Lichteintrittsfläche 7' des Einkoppelmikrolinsenfeldes 3. Wie aus 2 zu ersehen ist, weist die Trägerfläche 7 eine größere Dicke auf als die Mikrolinsen 6. Die Länge und Breite der Mikrolinsen 6 quer zur Hauptachse A liegt in einem µm-Bereich.
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist die Dimension des Einkoppelmikrolinsenfeldes 3 quer zur Hauptachse A der Lichtquelle 1, also in Erstreckungsebene E größer als die Quererstreckung der Lichtquelle 1. Ein Rand 8 des Einkoppelmikrolinsenfeldes 3 reicht quer zur Hauptachse A der Lichtquelle 1 so weit nach außen, dass ein Randstrahl 9 des von der Lichtquelle 1 abgestrahlten Lichtbündels erfasst und in Richtung der Lichteinkoppelfläche 5 des Lichtleiters 2 umgelenkt wird. Hierzu weisen die Mikrolinsen 6 Asphärenflächen 10 auf, die eine Parallelisierung des Lichtes entsprechend den Pfeilen L in 1 ermöglichen.
Die Mikrolinsen 6 bilden zusammen mit einem in Richtung des Lichtes L hinteren Abschnitt der Trägerfläche 7 ein Mikrolinsensegment F, das eine Oberflächennormale N aufweist, die mit einer Symmetrieachse S der Asphärenfläche 10 derselben Mikrolinse 6 übereinstimmt. Da die Trägerfläche 7 eben ausgebildet ist sowie die Mikrolinsen 6 in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, verlaufen die Symmetrieachsen S der Mikrolinsen 6 jeweils in Richtung der Oberflächennormalen N des gesamten Einkoppelmikrolinsenfeldes 3.
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform können die Mikrolinsen 6 auch entlang eines Bogens verlaufen. Alternativ können die Mikrolinsen 6 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 Lichtquelle 1 und der Lichteinkoppelfläche 5 des Lichtleiters 2.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Einkoppelmikrolinsenfeld 3 rechteckförmig bzw. quadratisch ausgebildet. Die Lichteinkoppelfläche 5 verläuft kreisförmig, wobei der Durchmesser der Lichteinkoppelfläche 5 größer ist als eine Länge oder Breite des Einkoppelmikrolinsenfeldes 3. Die Länge und Breite des Einkoppelmikrolinsenfeldes 3 ist von dem Öffnungswinkel des von der Lichtquelle 1 abgestrahlten Lichtbündels abhängig und so groß gewählt, dass das annähernd gesamte Lichtbündel auf die Trägerfläche 7 trifft und dann mittels der Mikrolinsen 6 in Richtung der Lichteinkoppelfläche 5 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 Lichtleiter 2 nicht zylinderförmig, sondern plattenförmig ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform verläuft das Einkoppelmikrolinsenfeld 3 ebenfalls streifenförmig, wobei die Lichtquellen 1 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 Einkoppelmikrooptikelementefeld 3 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

Claims

Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle (1) und einem Lichtleiter (2), der auf einer der Lichtquelle (1) zugewandten Seite eine Lichteinkoppelfläche (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lichtquelle (1) und der Lichteinkoppelfläche (5) des Lichtleiters (2) ein Einkoppelmikrooptikelementefeld (3) mit einer Mehrzahl von Mikrooptikelementen (6) angeordnet ist, wobei die Mikrooptikelemente (6) als Mikrolinsen mit Asphärenflächen (10) ausgebildet sind zur Parallelisierung des Lichtes (L) in Richtung der Lichteinkoppelfläche (5) des Lichtleiters (2), wobei eine Länge und eine Breite der Mikrolinsen quer zu einer Hauptachse (A) der Lichtquelle (1) in einem µm-Bereich liegen.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einkoppelmikrooptikelementefeld (3) auf einer der Lichtquelle (1) abgewandten Seite die 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 Symmetrieachsen (S) aufweisen, die in die gleiche Richtung verlaufen wie eine Oberflächennormale (N) eines dieselben Mikrooptikelemente (6) tragenden Segmentes (F) des Einkoppelmikrooptikelementefeldes (3).
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrooptikelemente (6) matrixartig auf dem Einkoppelmikrooptikelementefeld (3) angeordnet sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 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 6, 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 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Einkoppelmikrooptikelementefeld (3) auf einer der Lichtquelle (1) zugewandten Seite eine optikfreie und/oder ebene Lichteintrittsfläche (7') aufweist.