DE102012107427A1

DE102012107427A1 - Optische Fläche und Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102012107427A1
Application number: DE102012107427.5A
Authority: DE
Inventors: Susanne Hagedorn; Andreas Stockfisch; Klaus Streich-Schulz
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2012-08-14
Filing date: 2012-08-14
Publication date: 2014-05-22
Also published as: EP2885574B1; US9810390B2; WO2014027020A1; CN104685290A; EP2885574A1; US20150219299A1; CN104685290B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Fläche zur Aufweichung einer Hell-Dunkel-Grenze einer Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einem Raster von über eine Grundfläche verteilt angeordneten Optikelementen, mittels derer ein durch die optische Fläche hindurchtretendes Lichtbündel bezüglich einer Hauptrichtung gestreut werden kann, wobei die Optikelemente jeweils als Mikrooptikelemente ausgebildet sind, die zum einen eine Kontur der Grundfläche folgenden zentrale Hauptdurchlassfläche aufweisen, durch die Lichtstrahlen des Lichtbündels entsprechend der Kontur der Grundfläche in Hauptrichtung abgelenkt werden und zum anderen eine in einem Schrägwinkel zu der zentrale Hauptdurchlassfläche verlaufenden Nebendurchlassfläche aufweisen, mittels derer Lichtstrahlen des Lichtbündels bezüglich der Hauptrichtung in Streurichtung gestreut werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Fläche zur Aufweichung einer Hell-Dunkel-Grenze einer Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einem Raster von über eine Grundfläche verteilt angeordneten Optikelementen, mittels derer ein durch die optische Fläche hindurchtretendes Lichtbündel bezüglich einer Hauptrichtung gestreut werden kann.
Ferner betrifft die Erfindung eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge.
Aus der DE 10 2008 023 551 A1 sind optische Flächen zur Aufweichung einer Hell- Dunkel-Grenze einer Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge bekannt, die mit einem Raster von auf einer Grundfläche derselben verteilt angeordneten Optikelementen versehen sind. Die Optikelemente überdecken vollständig die Grundfläche der als Linsenfläche ausgebildeten optischen Fläche. Die Kontur der Optikelemente berechnet sich nach einer mathematischen Funktion, beispielsweise aus Potenzen von Winkelfunktionen. Hierdurch soll eine gezielte Einstellung der Eigenschaften der Hell-Dunkel- Grenze einer Lichtverteilung von Kraftfahrzeugbeleuchtungsvorrichtungen erfolgen können. Insbesondere soll der Aufweichungsgrad der Hell-Dunkel-Grenze gezielt eingestellt werden können. Nachteilig an den bekannten optischen Flächen ist, dass der Fertigungsaufwand für die Konturierung der optischen Flächen nach den mathematischen Funktionen relativ aufwändig ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine optische Fläche bzw. eine Beleuchtungsvorrichtung derart weiterzubilden, dass auf einfache Weise eine gezielte Streuung von Lichtstrahlen bezüglich einer Hauptrichtung gewährleistet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Optikelemente jeweils als Mikrooptikelemente ausgebildet sind, die zum einen eine Kontur der Grundfläche folgende zentrale Hauptdurchlassfläche aufweisen, durch die Lichtstrahlen des Lichtbündels entsprechend der Kontur der Grundfläche in Hauptrichtung abgelenkt werden, und die zum anderen eine in einem Schrägwinkel zu der zentrale Hauptdurchlassfläche verlaufenden Nebendurchlassfläche aufweisen, mittels derer Lichtstrahlen des Lichtbündels bezüglich der Hauptrichtung in Streurichtung gestreut werden.
Die Erfindung ermöglicht durch verteilt angeordnete Mikrooptikelemente eine gezielte Streuung von Lichtstrahlen bezüglich einer Hauptrichtung. Die Hauptrichtung der Lichtstrahlen wird durch die Kontur einer Grundfläche der optischen Fläche vorgegeben, auf der eine Mehrzahl von Mikrooptikelementen angeordnet ist. Eine zentrale Hauptdurchlassfläche der Mikrooptikelemente folgt der Kontur der Grundfläche der optischen Fläche, so dass durch diese Hauptdurchlassfläche hindurchtretende Lichtstrahlen so in Hauptrichtung abgelenkt würden, als wenn die optische Fläche in diesem Bereich mit keinem Mikrooptikelement versehen wäre. Lediglich eine Nebendurchlassfläche der jeweiligen Mikrooptikelemente bewirkt eine Streuung der Lichtstrahlen bezüglich der an sich vorgesehenen Hauptrichtung, so dass hierdurch beispielsweise eine Aufweichung der Hell-Dunkel-Grenze in Beleuchtungsvorrichtungen für Fahrzeuge erfolgen kann. Alternativ können diese optischen Flächen auch zur Angleichung von Lichtverteilungen aus zwei Lichtmodulen einer Beleuchtungsvorrichtung genutzt werden. Alternativ kann die Streuung der Lichtstrahlen über die Nebendurchlassfläche auch zur Erkennbarkeit von hoch gestellten Verkehrsschildern (over head signs: OHS) genutzt werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Nebendurchlassfläche der Mikrooptikelemente durch eine schräge Fläche gebildet, die unter einem vorgegebenen Schrägwinkel von der Hauptdurchlassfläche in Richtung der Grundfläche der optischen Fläche abknickt. Die Mikrooptikelemente können tellerförmig und/oder im Querschnitt trapezförmig (gleichschenklige Trapeze) ausgebildet sein. Der Streuungsgrad bzw. die Aufspreizung von einem Urlichtstrahl erfolgt lediglich durch Vorgabe des Abstandes der Hauptdurchlassfläche zu der Grundfläche sowie dem Schrägwinkel, unter dem sich die Nebendurchlassfläche an die zentrale Hauptdurchlassfläche anschließt. Die Mikrooptikelemente weisen somit eine einfache geometrische Form auf, wobei der Grad der Streuung durch die Anzahl der verteilt über die Grundfläche der optischen Fläche angeordneten Mikrooptikelemente zusätzlich gesteuert werden kann.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung bilden die Mikrooptikelemente eine Grenzfläche mit der optischen Fläche. Vorteilhaft haben die Mikrooptikelemente hierdurch eine relativ kleine Dimension, die für einen Betrachter von außen nicht wahrnehmbar ist. Die optische Fläche weist somit ein homogenes Erscheinungsbild auf, das die aktuellen Designanforderungen erfüllt.
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 schematische Teilseitenansicht einer optischen Fläche mit einem Mikrooptikelement und
2 einen perspektivischen Teilausschnitt einer optischen Fläche mit verteilt angeordneten Mikrooptikelementen.
Die Erfindung bezieht sich auf optische Flächen, die beispielsweise als Linsenflächen in Beleuchtungsvorrichtungen für Fahrzeuge eingesetzt werden können. Die Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge kann beispielsweise als ein Scheinwerfer ausgebildet sein, der ein Projektionsmodul aufweist. Dieses Projektionsmodul weist eine Lichtquelle, einen Reflektor, eine Linse sowie eine zwischen dem Reflektor und der Linse angeordneten Blende auf. Die Blende weist eine Blendkante auf, die zur Abbildung einer Hell-Dunkel-Grenze einer beispielsweise asymmetrischen Abblendlichtverteilung dient. Die Linse ist in Hauptabstrahlrichtung vor dem Reflektor und der Blende angeordnet. Die Linse kann eine ebene Lichteintrittsfläche und eine konvexförmige Lichtaustrittsfläche aufweisen.
In 1 ist schematisch eine optische Fläche 1 dargestellt, die beispielsweise einen Teil der Lichteintrittsfläche oder der Lichtaustrittsfläche der Linse bilden kann. Hierdurch kann sie beispielsweise zur Aufweichung der Hell-Dunkel-Grenze bzw. gezielten Einstellung des Härtegrades bzw. Gradientenverlaufes der Hell-Dunkel-Grenze dienen. Alternativ kann diese optische Fläche 1 auch zur Erkennung von hoch angeordneten Verkehrsschildern dienen.
In 1 ist schematisch ein Teil der optischen Fläche 1 dargestellt, wobei auf einer Grundfläche 2 der optischen Fläche 1 ein tellerförmiges Mikrooptikelement 3 angeformt ist. Das Mikrooptikelement 3 weist eine zentrale Hauptdurchlassfläche 4 sowie eine sich ringförmig anschließende Nebendurchlassfläche 5 auf. Die zentrale Hauptdurchlassfläche 4 weist eine Kontur auf, die einer Kontur der in Normalenrichtung N versetzten Grundfläche 2 entspricht. Die zentrale Hauptdurchlassfläche 4, die beispielsweise als ein ebenes Plateau ausgebildet sein kann, ist somit parallel versetzt zur im Bereich des Mikrooptikelementes 3 angeordneten Grundfläche 2 der optischen Fläche 1 angeordnet. Wenn die Grundfläche 2 in diesem Bereich bogenförmig verläuft, verläuft die zentrale Hauptdurchlassfläche 4 ebenfalls annähernd bogenförmig oder bogenförmig. Wenn die Grundfläche 2 in diesem Bereich eben verläuft – wie in 1 –, verläuft die zentrale Hauptdurchlassfläche 4 ebenfalls eben. Die zentrale Hauptdurchlassfläche 4 verläuft somit annähernd oder konturfolgend zu der Grundfläche 2 der optischen Fläche 1 im Bereich desselben Mikrooptikelementes 3. Das durch die zentrale Hauptdurchlassfläche 4 durchtretende Licht wird somit in Hauptrichtung H umgelenkt genauso wie es durch die Grundfläche 2 der optischen Fläche 1 bei Nichtvorhandensein des Mikrooptikelementes 3 in Hauptrichtung H umgelenkt würde. Ist die Kontur der Grundfläche 2 im Bereich des Mikrooptikelementes 3 eben ausgebildet – wie in 1 dargestellt –, wird das Licht durch die zentrale Hauptdurchlassfläche 4 sowie benachbart zu dem Mikrooptikelement 3 angeordnete Grundfläche 2 in Hauptrichtung H abgestrahlt.
Eine Streuung des Lichtes bezüglich der Hauptrichtung H in Streurichtung S wird durch die als Schrägfläche ausgebildete Nebendurchlassfläche 5 bewirkt, die sich unter einem Schrägwinkel α vorzugsweise eben von der zentrale Hauptdurchlassfläche 4 anschließt und bis zu der Grundfläche 2 der optischen Fläche 1 reicht.
Das Mikrooptikelement 3 ist definiert durch einen Abstand h der zentralen Hauptdurchlassfläche 4 zu der Grundfläche 2 sowie durch den Schrägwinkel α, unter dem sich die Nebendurchlassfläche 5 von der zentralen Hauptdurchlassfläche 4 in Richtung der Grundfläche 2 anschließt. Bei Vorgabe dieser Parameter ergibt sich je nach Krümmung der Hauptdurchlassfläche 4 ein Radius R einer Grenzfläche 6 des Mikrooptikelementes 3 zu der Grundfläche 2 der optischen Fläche 1. Der Abstand h zwischen der zentrale Hauptdurchlassfläche 4 und der Grundfläche 2 kann in einem Bereich zwischen 0,001 mm und 0,15 mm liegen. Der Schrägwinkel α kann in einem Bereich zwischen 70° und 89,9° liegen. Im Folgenden i st ein erstes Beispiel für die Dimension von Mikrooptikelementen 3 angegeben, die in einem beliebigen Raster auf einer Lichtaustrittsseite der als eine Linse ausgebildeten optischen Fläche 1 angeordnet sind:

Parameter von bis Hier besonders vorteilhaft

α/° 89 89.9 89.35

H/mm 0,001 0.01 0,003

R/mm < 2 0.35
Alternativ können die Mikrooptikelemente 3 auch rasterartig, vorzugsweise gleich verteilt auf einer Lichteintrittsseite oder Lichtaustrittsseite der als Linse ausgebildeten optischen Fläche 1 angeordnet sein mit folgenden Parametern:

Parameter von bis Hier besonders vorteilhaft

α/° 74 85 80

H/mm 0,010 0,15 0,1

R/mm < 2 0.9
In 2 sind mehrere gleich über die optische Fläche 1 gleich verteilte Mikrooptikelemente 3’ dargestellt, wobei exemplarisch eines der Mikrooptikelemente 3’ vergrößert im Schnitt dargestellt ist. Hieraus ist ersichtlich, dass eine zentrale Hauptdurchlassfläche 4’ des Mikrooptikelementes 3’ annähernd oder genau so gewölbt ist wie eine Grundfläche 2’ der optischen Fläche 1’. Eine Nebendurchlassfläche 5’ schließt sich stetig an die zentrale Hauptdurchlassfläche 4’ an und ermöglicht eine Aufspreizung der Lichtstrahlen in einem Winkel γ. Das Mikrooptikelement 3’ ist bei dieser Ausführungsform linsenförmig ausgebildet.
Es versteht sich, dass die Grundfläche 2, 2’ der optischen Fläche 1, 1’ eben und/oder konvexförmig oder entsprechend einer Freiformfläche ausgebildet sein kann.
Die Mikrooptikelemente 3, 3’ sind vorzugsweise gleich verteilt über die gesamte Grundfläche 2, 2’ der optischen Fläche 1 oder nur in einem Teilbereich der Grundfläche 2, 2’ der optischen Fläche 1 angeordnet. Durch die Anzahl und/oder die Dimension der Mikrooptikelemente 3, 3’ im Verhältnis zu der Grundfläche 2, 2’ der optischen Fläche 1 lässt sich beispielsweise der Gradientenverlauf des Lichtes in der Hell- Dunkel-Grenze steuern.
Die optische Fläche 1 kann aus einem Glas- oder Kunststoffmaterial bestehen und ist transparent ausgebildet.
Bezugszeichenliste

1, 1’: optische Fläche
2, 2’: Grundfläche
3, 3’: Mikrooptikelemente
4, 4’: zentrale Hauptdurchlassfläche
5, 5’: Nebendurchlassfläche
6: Grenzfläche
h: Abstand
H: Hauptrichtung
S: Streurichtung
N: Normalenrichtung
R: Radius
α: Schrägwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008023551 A1 [0003]

Claims

Optische Fläche zur Aufweichung einer Hell-Dunkel-Grenze einer Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einem Raster von über eine Grundfläche verteilt angeordneten Optikelementen, mittels derer ein durch die optische Fläche hindurchtretendes Lichtbündel bezüglich einer Hauptrichtung gestreut werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Optikelemente jeweils als Mikrooptikelemente (3, 3’) ausgebildet sind, die zum einen eine Kontur der Grundfläche (2, 2’) folgende zentrale Hauptdurchlassfläche (4, 4’) aufweisen, durch die Lichtstrahlen des Lichtbündels entsprechend der Kontur der Grundfläche (2, 2’) in Hauptrichtung (H) abgelenkt werden, und die zum anderen eine in einem Schrägwinkel (α) zu der zentrale Hauptdurchlassfläche (4, 4’) verlaufenden Nebendurchlassfläche (5, 5’) aufweisen, mittels derer Lichtstrahlen des Lichtbündels bezüglich der Hauptrichtung (H) in Streurichtung (S) gestreut werden.
Optische Fläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Hauptdurchlassfläche (4, 4’) annähernd die gleiche Kontur oder die gleiche Kontur aufweist wie die in Normalenrichtung (N) parallel versetzt verlaufende Kontur der Grundfläche (2, 2’) der optischen Fläche (1).
Optische Fläche nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrooptikelemente (3, 3’) jeweils tellerförmig ausgebildet sind mit der in einem Abstand (h) von der Grundfläche (2, 2’) beabstandeten zentralen Hauptdurchlassfläche (4, 4’) und mit der sich ringförmig an die zentrale Hauptdurchlassfläche (4, 4’) anschließenden Nebendurchlassfläche (5, 5’), die sich bis zu der Grundfläche (2, 2’) der optischen Fläche (1) erstreckt.
Optische Fläche nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Hauptdurchlassfläche (4, 4’) einen Abstand (h) in einem Bereich zwischen 0,001 mm und 0,15 mm zu der Grundfläche (2, 2’) der optischen Fläche (1) aufweist.
Optische Fläche nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebendurchlassfläche (5, 5’) unter einem Schrägwinkel (α) im Bereich zwischen 74° bis 89,9° von der zentrale Hau ptdurchlassfläche (4, 4’) in Richtung der Grundfläche (2, 2’) verläuft.
Optische Fläche nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrooptikelemente (3, 3’) beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei sich zwischen den Mikrooptikelementen (3, 3’) die Grundfläche (2, 2’) der optischen Fläche (1) erstreckt.
Optische Fläche nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Fläche (1) als eine Linsenfläche für ein Projektionsmodul eines Scheinwerfers ausgebildet ist, wobei der Linse gegebenenfalls eine Blende, gegebenenfalls ein Reflektor und eine Lichtquelle in Hauptabstrahlrichtung nachgelagert sind.
Optische Fläche nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche (2, 2’) der optischen Fläche (1) eben und/oder konvexförmig oder entsprechend einer Freiformfläche ausgebildet ist.
Optische Fläche nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrooptikelemente (3, 3’) eine Grenzfläche (6) mit der Grundfläche (2, 2’) der optischen Fläche (1) bilden.
Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer optischen Fläche nach einem der Ansprüche 1 bis 9.