DE102012223584B4 - Motor vehicle light - Google Patents
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Abstract
Kraftfahrzeugleuchte (72), mit einer Anordnung aus einer Lichtquelle (14) und einem Reflektor (12), der wenigstens zwei Facetten (22) aufweist und der von der Lichtquelle (14) beleuchtet wird, wobei wenigstens zwei der Facetten (22) einen parabelförmigen Querschnitt besitzen und so angeordnet sind, dass die Querschnitte einen gemeinsamen Brennpunkt (24) und eine gemeinsame Parabelachse (26) besitzen und in Bezug auf die Parabelachse (26)eine näher an der Achse liegende Innenkante (30) und eine weiter von der Achse entfernt liegende Außenkante (32) aufweisen und wobei die Facetten (22) so angeordnet sind, dass ein Kreisbogen (29) alle Facetten berührt oder schneidet und alle Facetten in etwa denselben Abstand (R) von einem für die Facetten (22) gemeinsamen Punkt aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (14) eine eine flache Lichtaustrittsfläche aufweisende Halbleiterlichtquelle ist, die so angeordnet ist, dass ein von der Lichtquelle (14) auf den Reflektor (12) einfallender Hauptstrahl (36) und ein reflektierter Hauptstrahl (18) einen spitzen Winkel (α) einschließen, der größer als 0° ist wobei eine Hauptabstrahlrichtung (18) des Reflektors und die Richtung des aus einer Hauptabstrahlrichtung (17) der Lichtquelle (14) auf den Reflektor (12) einfallenden Hauptstrahls (36) eine Meridionalebene (50) definieren und wobei die Achse der Parabeln und die Richtung der größten Ausdehnung des Reflektors (12) eine von der Meridionalebene (50) verschiedene Sagittalebene (52) definieren, und wobei der spitze Winkel in der Meridionalebene (50) liegt, dass die Brennweiten der parabelförmigen Querschnitte unterschiedlich groß sind und von außen nach innen abnehmen, und dass die Lichtquelle (14) in einer Sagittalebene (52) mit einem kleinstmöglichem Abstand (a) von einer optischen Achse (34) angeordnet ist.A motor vehicle light (72) comprising an assembly of a light source (14) and a reflector (12) having at least two facets (22) and illuminated by the light source (14), at least two of the facets (22) being parabolic Have cross-section and are arranged so that the cross-sections have a common focal point (24) and a common parabolic axis (26) and with respect to the parabolic axis (26) has a closer to the axis inner edge (30) and one farther from the axis lying outer edge (32) and wherein the facets (22) are arranged so that a circular arc (29) touches or cuts all facets and have all the facets at approximately the same distance (R) from a common point for the facets (22) point, characterized in that the light source (14) is a semiconductor light source having a flat light exit surface arranged to capture one of the light source (14) on the reflector (12) all main beam (36) and a reflected main beam (18) include an acute angle (α) greater than 0 °, wherein a main radiation direction (18) of the reflector and the direction of from a main radiation direction (17) of the light source (14) the main beam (36) incident on the reflector (12) define a meridional plane (50) and wherein the axis of the parabolas and the direction of maximum extension of the reflector (12) define a sagittal plane (52) other than the meridional plane (50); peak angle in the meridional plane (50) is that the focal lengths of the parabolic cross sections are different and decrease from outside to inside, and that the light source (14) is in a sagittal plane (52) with the smallest possible distance (a) from an optical axis (34) is arranged.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugleuchte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Leuchte ist aus der
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Unter einer Kraftfahrzeugleuchte wird hier eine Signalleuchte eines Kraftfahrzeugs verstanden, die anderen Verkehrsteilnehmern die Präsenz eines Kraftfahrzeugs und/oder die Absichten seines Fahrers signalisiert. Beispiele solcher Leuchten sind Tagfahrlichter, Blinklichter oder Begrenzungslichter, ohne dass diese Aufzählung als abschließend verstanden werden soll. Für die Leuchten sind, je nach Verwendungszweck, unterschiedliche Lichtfarben im roten, gelben oder weißen Farbbereich gesetzlich vorgeschrieben. Außerdem schreibt der Gesetzgeber für die bestimmungsgemäße Verwendung der Leuchten in einem Kraftfahrzeug richtungsabhängige Mindest- und Höchstlichtstärken vor. Die daraus resultierende Lichtverteilung soll einerseits die Signalwirkung gewährleisten und andererseits eine Blendung anderer Verkehrsteilnehmer verhindern.Under a motor vehicle light is understood here a signal light of a motor vehicle, the other road users signals the presence of a motor vehicle and / or the intentions of his driver. Examples of such lights are daytime running lights, flashing lights or marker lights, without this enumeration is to be understood as final. Depending on the intended use, different light colors in the red, yellow or white color range are legally required for the luminaires. In addition, the legislator prescribes direction-dependent minimum and maximum light intensities for the intended use of the lights in a motor vehicle. The resulting light distribution on the one hand to ensure the signal effect and on the other hand to prevent dazzling other road users.
Leuchten können als separate Beleuchtungseinrichtungen mit eigenem Gehäuse oder auch als Lichtmodule verwirklicht werden, die zusammen mit anderen Lichtmodulen in einer größeren Beleuchtungseinrichtung wie einer Heckleuchte oder einem Frontscheinwerfer untergebracht sind.Luminaires can be realized as separate lighting devices with their own housing or as light modules, which are housed together with other light modules in a larger lighting device such as a taillight or a headlight.
Mit der Einführung von Licht Emittierenden Dioden (LED) als Lichtquellen in Kraftfahrzeugscheinwerfern und Kraftfahrzeugleuchten haben sich neue Möglichkeiten für die Gestaltung des Erscheinungsbildes dieser Beleuchtungseinrichtungen ergeben. Es werden insbesondere Leuchten gefordert, die im eingeschalteten Zustand das Erscheinungsbild eines homogen, das heißt mit gleichmäßiger Helligkeit, ausgeleuchteten Lichtbandes bieten. Dies gilt insbesondere für Tagfahrlichter, Blinkleuchten und Begrenzungsleuchten. Unter einem Lichtband wird hier eine leuchtende Fläche verstanden, die in zwei Raumrichtungen unterschiedliche Abmessungen aufweist. Ein Beispiel ist eine leuchtende Fläche, deren Breite ein Mehrfaches ihrer Höhe beträgt.With the introduction of light-emitting diodes (LED) as light sources in motor vehicle headlights and automotive lights, new possibilities for designing the appearance of these lighting devices have emerged. In particular, luminaires are required which, when switched on, offer the appearance of a homogenous, ie uniform, illuminated light band. This applies in particular to daytime running lights, direction indicators and marker lights. A light band is here understood to mean a luminous surface which has different dimensions in two spatial directions. An example is a luminous surface whose width is several times its height.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, ein bandförmiges Erscheinungsbild der leuchtenden Fläche einer Leuchte durch viele, räumlich hinter einer Lichtaustrittsfläche der Leuchte angeordnete Lichtquellen darzustellen. Es liegt auf der Hand, dass diese Lösung sehr aufwändig ist.From the prior art, it is known to represent a band-shaped appearance of the luminous surface of a lamp by many, spatially arranged behind a light exit surface of the lamp light sources. It is obvious that this solution is very expensive.
Aufgrund ihrer großen gestalterischen Freiheiten werden auch Lichtleiter eingesetzt. Problematisch ist hierbei vor allem, dass der optische Wirkungsgrad von Lichtleitern lediglich 15% beträgt. Das bedeutet, dass nur ca. 15% des in den Lichtleiter eingespeisten Lichtes in die gewünschten Abstrahlrichtungen ausgekoppelt wird. Als Konsequenz benötigen diese Systeme einerseits lichtstarke und damit teure Lichtquellen, und andererseits ergeben sich auch unerwünschte Beschränkungen für die Gestaltung der Lichtleiter aus der Notwendigkeit, große Lichtströme über Lichteintrittsflächen in den Lichtleiter einzukoppeln.Due to their great creative freedom, optical fibers are also used. The main problem here is that the optical efficiency of optical fibers is only 15%. This means that only approx. 15% of the light fed into the optical fiber is decoupled in the desired radiation directions. As a consequence, these systems on the one hand require high-intensity and therefore expensive light sources, and on the other hand, there are also undesirable limitations for the design of the optical fibers from the necessity of large To couple light fluxes via light entry surfaces in the light guide.
Diese Tatsache erschwert auch die Realisierung der zunehmend geforderten Kombination mehrerer, verschiedenfarbiger Leuchtenfunktionen wie beispielsweise weißes Tagfahrlicht und gelbes Blinklicht unter Verwendung gleicher Strukturen, zum Beispiel unter Verwendung des gleichen Lichtleiters. In diesem Fall muss zusätzlich zum weißen Lichtstrom der Lichtquellen für das Tagfahrlicht noch der gelbe Lichtstrom der Lichtquellen für die Blinklichtfunktion eingekoppelt werden. Dies ist nicht selten schwer oder überhaupt nicht realisierbar.This fact also complicates the realization of the increasingly required combination of several different colored lighting functions such as white daytime running lights and yellow flashing light using the same structures, for example using the same light guide. In this case, in addition to the white luminous flux of the light sources for the daytime running lights, the yellow luminous flux of the light sources for the flashing light function must still be coupled in. This is often difficult or impossible to realize.
Die Kombination verschiedenfarbiger Leuchtenfunktionen führt auch bei anderen bekannten Leuchten, die beispielsweise eine Vielzahl an refraktiven und/oder reflektiven Optiken mit kleinen Brennweiten verwenden, zu Problemen: Bedingt durch die kleinen Brennweiten ist es nicht möglich, die Lichtquelle so weit außerhalb des Brennpunktes anzuordnen, dass eine zweite andersfarbige Lichtquelle daneben platziert werden kann, ohne dabei die Lichtverteilung in unzulässiger Weise zu verändern. Dies ergibt sich daraus, dass sich Veränderungen der Lichtquellenposition bei kleineren Brennweiten stärker auf die Lichtverteilung auswirken als bei größeren Brennweiten. Konventionelle Vorsatzoptiken und Halbschalenreflektoren für Leuchten haben Brennweiten von 3 bis 10 mm, in Ausnahmefällen bis zu 10 mm.The combination of different-colored lighting functions leads to problems with other known lights, for example, use a variety of refractive and / or reflective lenses with small focal lengths: Due to the small focal lengths, it is not possible to arrange the light source so far out of focus that a second differently colored light source can be placed next to it, without changing the light distribution in an inadmissible manner. This results from the fact that changes in the light source position with smaller focal lengths affect the light distribution more than with larger focal lengths. Conventional attachment optics and half-shell reflectors for luminaires have focal lengths of 3 to 10 mm, in exceptional cases up to 10 mm.
Optische Elemente mit kleiner Brennweite werden häufig als Halbschalenreflektoren oder als transparente Festkörper, in denen das Licht interne Totalreflexionen erfährt, verwirklicht. Um die voranstehend benannten Probleme zu lösen ist es weiterhin bekannt, die Lichtverteilung der Leuchte durch einen Reflektor mit langer Brennweite zu erzeugen, wobei eine Reflektorfläche entsprechend einer gewünschten Leuchtengeometrie berandet wird. Hierbei ist jedoch von Nachteil, dass die Leuchtdichte eines konventionellen Parabelreflektors zum Rand hin so stark abnimmt, dass sich bei ausgedehnten Leuchtenflächen kein homogenes Erscheinungsbild mehr erzielen lässt. Die Leuchtdichte und damit die Helligkeit, die ein Betrachter der leuchtenden Lichtaustrittsfläche wahrnimmt, sind also über der leuchtenden Fläche nicht konstant und damit inhomogen.Small focal length optical elements are often realized as half-shell reflectors or as transparent solids in which the light undergoes internal total reflections. In order to solve the above-mentioned problems, it is also known to produce the light distribution of the luminaire by a reflector with a long focal length, wherein a reflector surface is bound according to a desired luminaire geometry. However, it is disadvantageous here that the luminance of a conventional parabolic reflector decreases so much towards the edge that it is no longer possible to achieve a homogeneous appearance in the case of extended luminaire surfaces. The luminance and thus the brightness, which a viewer perceives the luminous light exit surface, are thus not constant over the luminous surface and thus inhomogeneous.
Außerdem kommt es insbesondere bei streifenförmigen Leuchten, das heißt bei Leuchten, bei denen die Breite des Reflektors ein Vielfaches seiner Höhe beträgt, zu gravierenden Einbußen bei der optischen Effizienz, wenn die Form des Lichtbündels der Lichtquelle nicht der Form des zu beleuchtenden Reflektors entspricht. Unter der optischen Effizienz wird zum Beispiel das Verhältnis der Lichtmenge, mit der die Lichtaustrittsfläche beleuchtet wird, zu der Lichtmenge verstanden, die von der Lichtquelle abgestrahlt wird.Moreover, in particular in the case of luminaires in which the width of the reflector is a multiple of its height, in particular in the case of luminaires, serious losses in optical efficiency occur if the shape of the light bundle of the light source does not correspond to the shape of the reflector to be illuminated. By optical efficiency, for example, the ratio of the amount of light with which the light exit surface is illuminated to the amount of light emitted by the light source is understood.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe einer Kraftfahrzeugleuchte der eingangs genannten Art, deren Optik große und/oder ungünstig geformte, insbesondere streifenförmige, Lichtaustrittsflächen homogen ausleuchtet und welche die genannten Nachteile nicht oder nur in einem verringerten Ausmaß aufweist.Against this background, the object of the invention in the specification of a motor vehicle lamp of the type mentioned, whose optics large and / or unfavorably shaped, in particular strip-shaped, light exit surfaces homogeneously illuminates and which does not or only to a reduced extent.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Lichtquelle eine eine flache Lichtaustrittsfläche aufweisende Halbleiterlichtquelle ist, die so angeordnet ist, dass ein von der Lichtquelle auf den Reflektor einfallender Hauptstrahl und ein reflektierter Hauptstrahl einen spitzen Winkel α einschließen, der größer als 0° ist, wobei eine Hauptabstrahlrichtung des Reflektors und die Richtung des aus einer Hauptabstrahlrichtung der Lichtquelle auf den Reflektor einfallenden Hauptstrahls eine Meridionalebene definieren und wobei die Achse der Parabeln und die Richtung der größten Ausdehnung des Reflektors eine von der Meridionalebene verschiedene Sagittalebene definieren, und wobei der spitze Winkel in der Meridionalebene liegt, dass die Brennweiten der parabelförmigen Querschnitte unterschiedlich groß sind und von außen nach innen abnehmen, und dass die Lichtquelle in einer Sagittalebene mit einem kleinstmöglichen Abstand von einer optischen Achse angeordnet ist.This object is achieved with the features of
Durch die Erfindung wird zunächst eine Optik bereitgestellt, die aus dem divergent abgestrahlten Licht einer Lichtquelle ein parallelisiertes Lichtbündel erzeugt, das eine homogene Helligkeitsverteilung aufweist. Mit dem parallelisierten Licht ist es einfacher, eine regelkonforme Lichtverteilung zu erzeugen als mit Licht, das in stark unterschiedlichen Richtungen propagiert. Durch die homogene Helligkeitsverteilung erscheint der Reflektor einem Betrachter, der aus einem in der Hauptabstrahlrichtung des Reflektors liegenden Punkt auf die eingeschaltete Leuchte blickt, als über die gesamte Reflektorfläche hinweg gleichmäßig hell leuchtend. Bei der eingangs genannten
Diese homogene Ausleuchtung in Verbindung mit einem hohen Grad der Parallelität des von dem Reflektor ausgehenden Lichtes wird mit einer hohen optischen Effizienz erreicht.This homogeneous illumination in conjunction with a high degree of parallelism of the light emanating from the reflector is achieved with a high optical efficiency.
Es ist bevorzugt, dass der gemeinsame Punkt der Mittelpunkt einer gedachten Kugelfläche ist, die alle Facetten berührt oder schneidet und dass die Facetten Ausschnitte von Rotationsparaboloiden sind, die einen gemeinsamen Brennpunkt und eine gemeinsame Rotationsachse sowie unterschiedliche Brennweiten haben. Dies ermöglicht eine sehr einfach Facettierung des Reflektors, beispielsweise mit kreisförmigen, konzentrischen Kanten der Facetten.It is preferred that the common point is the midpoint of an imaginary spherical surface that contacts or intersects all the facets and that the facets are sections of paraboloid of revolution having a common focal point and a focal point have common axis of rotation and different focal lengths. This allows a very simple faceting of the reflector, for example, with circular, concentric edges of the facets.
Besonders bevorzugt ist es, dass der Kugelmittelpunkt der gedachten Kugelfläche im gemeinsamen Brennpunkt liegt. Dadurch besitzen alle Facetten denselben mittleren Abstand zum Brennpunkt. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Facetten von einer im Brennpunkt angeordneten Lichtquelle mit gleicher Leuchtdichte beleuchtet werden, was für ein homogenes Erscheinungsbild des beleuchteten Reflektors wichtig ist.It is particularly preferred that the ball center of the imaginary spherical surface lies in the common focus. As a result, all facets have the same average distance to the focal point. This results in the advantage that the facets are illuminated by a focal point arranged in the light source with the same luminance, which is important for a homogeneous appearance of the illuminated reflector.
Bevorzugt ist auch, dass der Kugelmittelpunkt in der Meridionalebene des Reflektors auf einer Winkelhalbierenden eines Einstrahlwinkels zwischen einem im Reflektorscheitelpunkt einfallenden und dort reflektierten Hauptstrahl der Lichtquelle in einem Abstand vom Scheitelpunkt entfernt liegt, der gleich dem Abstand des Scheitelpunkts von dem gemeinsamen Brennpunkt der Facetten ist.It is also preferred that the spherical center point in the meridional plane of the reflector lies on an angle bisector of an angle of incidence between a principal ray of the light source incident in the reflector vertex and at a distance from the vertex which is equal to the distance of the vertex from the common focal point of the facets.
Alternativ ist bevorzugt, dass der Kugelmittelpunkt auf einem Kreisbogen liegt, dessen Mittelpunkt der Scheitelpunkt des Reflektors ist und dessen Radius gleich dem Abstand des Scheitelpunkts von dem gemeinsamen Brennpunkt der Facetten ist, wobei der der Kugelmittelpunkt dort zwischen dem Brennpunkt und der Lage des Kugelmittelpunkts liegt, die im vorhergehenden Absatz definiert ist.Alternatively, it is preferred that the sphere center lies on a circular arc whose center is the vertex of the reflector and whose radius is equal to the distance of the vertex from the common focal point of the facets, where the sphere center lies between the focal point and the position of the sphere center, which is defined in the previous paragraph.
Wenn der Mittelpunkt der Kugelfläche, der Brennpunkt der Facetten und der Ort der Lichtquelle in einem gemeinsamen Punkt liegen, dann ergibt sich eine gleichmäßige Verteilung der Leuchtdichte über die Reflektorfläche. In diesem Fall würde jedoch die Lichtquelle in der optischen Achse des Reflektors angeordnet sein und daher einen Teil der Lichtaustrittfläche verdecken und abschatten. Deshalb wird die Lichtquelle bevorzugt von der optischen Achse weg verschwenkt. Die vom Reflektor reflektierten Strahlen wandern daraufhin in entgegengesetzter Richtung aus. Dieser Effekt wird durch die beschriebene Verschiebung des Kugelmittelpunktes kompensiert. Dadurch, dass der Abstand des Kugelmittelpunktes vom Scheitelpunkt gleich dem Radius der Kugelfläche ist, wird der Reflektor auch bei verschwenkter Lichtquelle optimal ausgeleuchtet.If the center of the spherical surface, the focal point of the facets and the location of the light source lie in a common point, then there is a uniform distribution of the luminance over the reflector surface. In this case, however, the light source would be arranged in the optical axis of the reflector and therefore cover and shadow part of the light exit surface. Therefore, the light source is preferably pivoted away from the optical axis. The reflected by the reflector rays then migrate in the opposite direction. This effect is compensated by the described displacement of the ball center. The fact that the distance of the ball center from the vertex is equal to the radius of the spherical surface, the reflector is optimally illuminated even with a pivoted light source.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Facetten Ausschnitte aus einer Rinnenform sind, wobei die Rinne quer zur ihrer Längsrichtung den parabelförmigen Querschnitt aufweist. Diese Ausgestaltung bietet sich insbesondere für Reflektoren an, deren Höhe wesentliche kleiner ist als ihre Breite. Die Facetten dieser Reflektoren sind in der Sagittalebene auf einem Kreisbogen mit großem Radius angeordnet, damit die große Breite des Reflektors dargestellt werden kann. Damit so viel Licht der Lichtquelle wie möglich auf diesen streifenförmig breiten Reflektor fällt, wird im Strahlengang zwischen Lichtquelle und Reflektor eine nachstehend näher erläuterte Zusatzoptik angeordnet, die das von der Lichtquelle ausgehende Licht in der Meridionalebene kollimiert. Somit müssen die Facetten in der Meridionalebene keine Krümmung aufweisen.A further embodiment provides that the facets are cutouts of a channel shape, the channel having the parabolic cross-section transverse to its longitudinal direction. This embodiment is particularly suitable for reflectors whose height is substantially smaller than their width. The facets of these reflectors are arranged in the sagittal plane on a circular arc with a large radius, so that the large width of the reflector can be displayed. So that as much light of the light source falls as possible on this strip-wide reflector, an additional detail explained below is arranged in the beam path between the light source and the reflector, which collimates the light emanating from the light source in the meridional plane. Thus, the facets in the meridional plane need not be curved.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Facetten so angeordnet sind, dass sie eine gemeinsame Brennlinie besitzen, die in der Meridionalebene und senkrecht zur Sagittalebene liegt. Die voranstehend beschriebenen Facetten, die Ausschnitte aus einer Rinne mit parabelförmigem Querschnitt darstellen verfügen anstelle eines Brennpunktes über eine Brennlinie. Dass alle Facetten eine gemeinsame Brennlinie aufweisen die in der Meridionalebene und senkrecht zur Sagittalebene liegt, wirkt sich vorteilhaft auf das angestrebte homogene Erscheinungsbild einer streifenförmig breiten Kraftfahrzeugleuchte aus.It is further preferred that the facets are arranged to have a common focal line lying in the meridional plane and perpendicular to the sagittal plane. The facets described above, which represent sections of a channel with a parabolic cross-section, have a focal line instead of a focal point. That all facets have a common focal line which lies in the meridional plane and perpendicular to the sagittal plane, has an advantageous effect on the desired homogeneous appearance of a strip-shaped wide motor vehicle light.
Besonders hilfreich ist es, dass die Leuchte ein Licht sammelndes und bündelndes optisches Element in Form einer gürtelförmigen Linse aufweist, die im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und den Facetten angeordnet ist und die in der Meridionalebene die größten Wandstärkenunterschiede zwischen Linsenmitte und Linsenrand aufweist, während die Wandstärke in der zweiten gedachten Ebene weitgehend konstant ist. Eine solche Linse kann beispielsweise in der Meridionalebene einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen. Der Querschnitt in der Meridionalebene ist dazu geeignet, in dieser Ebene das Licht zu kollimieren. In der Sagittaleben lässt ein im Wesentlichen halbringförmiger Querschnitt der Linse das Licht in seiner Ausbreitungsrichtung nahezu unbeeinflusst. Es ist auch denkbar, dass die gürtelförmige Linse als Fresnellinse ausgeführt ist.It is particularly helpful that the luminaire has a light-collecting and focusing optical element in the form of a belt-shaped lens, which is arranged in the beam path between the light source and the facets and which has the greatest wall thickness differences between lens center and lens edge in the meridional plane, while the wall thickness is largely constant in the second imaginary plane. Such a lens may, for example, have a semicircular cross-section in the meridional plane. The cross-section in the meridional plane is suitable for collimating the light in this plane. In the sagittal plane, a substantially semi-annular cross-section of the lens leaves the light almost unaffected in its propagation direction. It is also conceivable that the belt-shaped lens is designed as a Fresnel lens.
Weiterhin ist es hilfreich, dass die Leuchte ein Licht sammelndes und bündelndes optisches Element in Form eines Hohlspiegelreflektors aufweist, der im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und den Facetten angeordnet ist und der in Richtung der Meridionalebene eine größere konkave Krümmung aufweist als in der zweiten gedachten Ebene (letztere Krümmung geht bevorzugt gegen Null). Ein sammelndes und bündelndes optisches Element in der voranstehend beschriebenen Form bündelt divergentes Licht vorteilhafter Weise in der Meridionalebene, so dass nur wenig Licht am streifenförmig breiten Reflektor, der in der Sagittalebene seine größte Ausdehnung aufweist, vorbei gelangt.Furthermore, it is helpful that the lamp has a light-collecting and focusing optical element in the form of a concave mirror, the is arranged in the beam path between the light source and the facets and which has a greater concave curvature in the direction of the meridional plane than in the second imaginary plane (the latter curvature preferably approaches zero). A collecting and bundling optical element in the above-described form advantageously concentrates divergent light in the meridional plane, so that only a small amount of light passes the strip-wide reflector, which has its greatest extent in the sagittal plane.
Eine fertigungstechnisch einfache Lösung wird dadurch verwirklicht, dass die Leuchte ein Licht sammelndes und bündelndes optisches Element in Form eines transparenten Festkörpers aufweist, der im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und den Facetten angeordnet ist und der das ihn durchquerende Licht an einer Lichteintrittsfläche und einer Lichtaustrittsfläche bündelnd bricht und in seinem Inneren propagierendes Licht durch interne Totalreflexionen bündelt, die an seinen zwischen der Lichteintrittsfläche und der Lichtaustrittsfläche liegenden seitlichen Grenzflächen auftreten. Diese Ausgestaltung fasst ein refraktives optisches Element und einen Reflektor in einem einstückigen und transparenten Festkörper zusammen, der zum beispielsweise als Spritzgussteil aus PC oder PMMA gefertigt werden kann.A production-technically simple solution is realized in that the lamp has a light-collecting and focusing optical element in the form of a transparent solid, which is arranged in the beam path between the light source and the facets and which breaks the light traversing it at a light entrance surface and a light exit surface and bundles light propagating in its interior by internal total reflections which occur at its lying between the light entrance surface and the light exit surface lateral interfaces. This embodiment summarizes a refractive optical element and a reflector in a one-piece and transparent solid together, which can be made for example as an injection molded part of PC or PMMA.
Hilfreich ist außerdem, dass die Leuchte ein Licht sammelndes und bündelndes optisches Element in Form eines transparenten Festkörpers aufweist, der im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und den Facetten angeordnet ist und der ein konischer Konzentrator ist, der in der Meridionalebene einen trapezförmigen Querschnitt aufweist, der sich von einem Lichtquellenseitigen Lichteintritt bis Lichtaustritt hin kontinuierlich vergrößert, während seine Wandstärke in der Sagittalebene zumindest nahezu gleich bleibt. Der Konzentrator sammelt und bündelt das Licht vorteilhafter Weisen im Wesentlichen in der Meridionalebene, so dass wenig Licht an dem in der Sagittalebene streifenartig ausgedehnten Reflektor vorbei gelangt.It is also helpful that the luminaire has a light-collecting and focusing optical element in the form of a transparent solid which is arranged in the beam path between the light source and the facets and which is a conical concentrator which has a trapezoidal cross-section in the meridional plane continuously increases from a light source side light entrance to light exit, while its wall thickness in the sagittal plane remains at least almost the same. The concentrator collects and concentrates the light of advantageous modes essentially in the meridional plane, so that little light passes the reflector which extends in strips in the sagittal plane.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass eine in Hauptabstrahlrichtung weisende Oberfläche des Reflektors torische oder toroide Spiegelflächen aufweist, die dazu eingerichtet sind, das Licht, das von der Oberfläche reflektiert wird einer regelkonformen Lichtverteilung entsprechend umzulenken. Die Spiegelflächen lenken das Licht vorzugsweise in der Sagittalebene doppelt so stark ab wie in der Meridionalebene.Furthermore, it is proposed that a surface of the reflector which points in the main emission direction has toric or toroidal mirror surfaces which are set up to correspondingly redirect the light which is reflected by the surface to a light distribution conforming to the rules. The mirror surfaces divert the light preferably twice as much in the sagittal plane as in the meridional plane.
Eine fertigungstechnisch einfache Lösung ist es, dass in einem Strahlengang nach dem Reflektor eine Streuoptik angeordnet ist. Die Streuoptik weist auf eine in Hauptabstrahlrichtung liegenden Vorderseite und/oder einer entgegen der Hauptabstrahlrichtung liegenden Rückseite beispielsweise Linsen auf, die als halbkreisförmige Zylinder ausgeführt sind. Die Achsen dieser sogenannten Zylinderlinsen liegen dabei im Wesentlichen parallel zur Meridionalebene oder parallel zur Sagittalebene. Die Mantelflächen der Zylinderlinsen können dabei hintereinander, jeweils auf der Vorderseite und auf der Rückseite der Streuscheibe oder nebeneinander, auf der Vorderseite oder der Rückseite der Streuscheibe angeordnet sein.A manufacturing technology simple solution is that in a beam path to the reflector, a scattering optics is arranged. The scattering optics has a front side lying in the main emission direction and / or a reverse direction to the main emission direction, for example, lenses, which are designed as a semi-circular cylinder. The axes of these so-called cylindrical lenses are substantially parallel to the meridional plane or parallel to the sagittal plane. The lateral surfaces of the cylindrical lenses can be arranged behind one another, in each case on the front side and on the rear side of the lens or side by side, on the front side or the rear side of the lens.
Denkbar ist es auch, die Streuoptik als transparenten Festkörper auszuführen. Der Festkörper weist eine Lichteintrittsfläche, eine Lichtaustrittsfläche und wenigstens eine totalreflektierende Seitenfläche auf, die sich in einem vom Reflektor ausgehenden Strahlengang befinden. Die Seitenfläche des Festkörpers ist dazu geeignet, das vom Reflektor ausgehende Licht gemäß den gesetzlichen Vorgaben zu lenken.It is also conceivable to carry out the scattering optics as a transparent solid. The solid body has a light entry surface, a light exit surface and at least one total reflecting side surface, which are located in an outgoing beam path from the reflector. The side surface of the solid is suitable for directing the light emanating from the reflector according to the legal requirements.
Dabei ist es denkbar, dass die Seitenfläche eine streuende Struktur aufweist. Als streuende Struktur kommen beispielsweise Kegel, Prismen oder lokale Aufrauhungen in Frage. Die streuende Struktur kann auch in Form einer Lackierung aufgebracht werden, bei der beispielsweise kleine Glaskörper im Lack als Streukörper dienen.It is conceivable that the side surface has a scattering structure. As a scattering structure, for example, cones, prisms or local roughening come into question. The scattering structure can also be applied in the form of a coating in which serve, for example, small glass body in the paint as a scattering body.
Günstig ist ferner, dass die Leuchte mehrere, nebeneinander angeordnete Lichtquellen aufweist. Durch die große Brennweite des erfindungsgemäßen Reflektors ist es möglich, auch Licht von Lichtquellen die außerhalb des Brennpunktes angeordnet sind, ausreichend effektiv in eine regelkonforme Lichtverteilung umzulenken.It is also favorable that the luminaire has a plurality of light sources arranged next to one another. Due to the large focal length of the reflector according to the invention, it is possible to deflect light from light sources which are arranged outside the focal point sufficiently effectively into a rule-conforming light distribution.
Besonders hilfreich ist es, dass die Lichtquellen in einer Ebene liegen, wobei die Ebene den Brennpunkt enthält. Auf diese Weise lässt sich eine ausreichend gute Abbildung auch derjenigen Lichtquellen erzielen, die außerhalb des Brennpunkts liegen. Es versteht sich von selbst, dass bei Verwendung eines Licht sammelnden und bündelnden optischen Elements, wie voranstehend erläutert, als Brennpunkt der Brennpunkt des aus optischem Element und Reflektor gebildeten optischen Systems zu verstehen ist.It is particularly helpful that the light sources lie in one plane, with the plane containing the focal point. In this way, a sufficiently good imaging of those light sources that are out of focus can be achieved. It goes without saying that when using a light-collecting and focusing optical element, as explained above, as the focal point of the focal point of the formed optical element and reflector optical system is to be understood.
Ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Lichtquellen in einer Sagittalebene mit einem kleinstmöglichen Abstand a von einer optischen Achse angeordnet sind. Insbesondere für ungünstig geformte, beispielsweise streifenförmige Reflektoren, sorgt die vorgeschlagene Anordnung der Lichtquellen dafür, dass auch diejenigen Lichtquellen, die mit Abstand von der optischen Achse in der Sagittalebene angeordnet sind, die also außerhalb des Brennpunktes liegen, mit nur kleiner Winkelabweichung abgebildet werden. Es versteht sich, dass mit zunehmendem Abstand des Brennpunkts und damit der Lichtquelle vom Scheitelpunkt des Reflektors die Winkelabweichungen kleiner werden.In addition, it is proposed that the light sources are arranged in a sagittal plane with the smallest possible distance a from an optical axis. In particular, for unfavorably shaped, for example strip-shaped reflectors, the proposed arrangement of the light sources ensures that even those light sources which are arranged at a distance from the optical axis in the sagittal plane, which are thus outside the focal point, are imaged with only small angular deviation. It is understood that with increasing distance of the focal point and thus the light source from the vertex of the reflector, the angular deviations are smaller.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Leuchte mehrere verschiedenfarbige Lichtquellen umfasst. Die Lichtquellen können beispielsweise als rotes, gelbes oder weißes Licht emittierende Leuchtdioden ausgeführt sein. Damit kann beispielsweise ein Tagfahrlicht (weiß, kontinuierlich leuchtend) und ein Richtungsanzeiger (gelb, blinkend) mit derselben Leuchte dargestellt werden.Furthermore, it is proposed that the luminaire comprises a plurality of differently colored light sources. The light sources can be embodied, for example, as light emitting diodes emitting red, yellow or white light. Thus, for example, a daytime running lights (white, continuously lit) and a direction indicator (yellow, flashing) can be displayed with the same light.
Die Erfindung eignet sich insbesondere für großflächige Leuchten, die gemäß dem Stand der Technik mit vielen einzelnen Leuchtdioden und Vorsatzoptiken realisiert werden. Die erfindungsgemäße Kombination des Reflektors mit einem Licht sammelndem und bündelndem optischen Element bietet gegenüber dem Stand der Technik einen hohen optischen Wirkungsgrad bei guter Homogenität des Erscheinungsbildes und geringen Herstellungskosten, insbesondere für ungünstig geformte, streifenförmige Lichtaustrittsflächen.The invention is particularly suitable for large-area lights, according to the prior art with many individual LEDs and Front optics can be realized. The inventive combination of the reflector with a light collecting and bundling optical element offers over the prior art, a high optical efficiency with good homogeneity of appearance and low production costs, especially for unfavorably shaped, strip-shaped light exit surfaces.
Wegen der großen Brennweiten, die sich mit dem Reflektor realisieren lassen, eignet sich das erfindungsgemäß Lichtmodul besonders gut für eine mehrere Lichtquellen erfordernde Kombination verschiedenfarbiger Leuchtenfunktionen wie beispielsweise Richtungsanzeiger, Tagfahrlicht und Begrenzungslicht. Unter einer großen Brennweite wird hier eine Brennweite verstanden, die größer als 10 mm ist, insbesondere eine Brennweite, die zwischen 50 mm und 200 mm liegt.Because of the large focal lengths that can be realized with the reflector, the light module according to the invention is particularly well suited for a combination of different colored lighting functions such as direction indicator, daytime running lights and marker lights requiring multiple light sources. Here, a large focal length is understood to mean a focal length which is greater than 10 mm, in particular a focal length which is between 50 mm and 200 mm.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.Further advantages will be apparent from the dependent claims, the description and the attached figures.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nicht nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and not yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigen jeweils in schematischer Form:
-
1 ein Lichtmodul eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Leuchte in isometrischer Darstellung; -
2 einen Horizontalschnitt durch ein Lichtmodul eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßem Leuchte, dessen Reflektor dreizehn Facetten aufweist; -
3 einen Vertikalschnitt durch ein Lichtmodul eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßem Leuchte mit einer spezifischen Lichtquellenanordnung; -
4 ein Lichtmodul eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßem Leuchte, dessen Reflektor über eine streifenförmige Lichtaustrittfläche verfügt; -
5 ein Lichtmodul eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßem Leuchte, das eine gürtelförmige Linse aufweist; -
6 ein Lichtmodul eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßem Leuchte, das einen Konzentrator aufweist; -
7 ein Lichtmodul eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßem Leuchte, das einen transparenten Festkörper aufweist; -
8 ein Lichtmodul eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßem Leuchte, das einen Hohlspiegel aufweist; -
9 ein Lichtmodul eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßem Leuchte, das mehrere Lichtquellen aufweist; -
10 eine Kraftfahrzeugleuchte.
-
1 a light module of an embodiment of a lamp according to the invention in an isometric view; -
2 a horizontal section through a light module of an embodiment of an inventive lamp whose reflector has thirteen facets; -
3 a vertical section through a light module of an embodiment of a lamp according to the invention with a specific light source arrangement; -
4 a light module of an embodiment of a lamp according to the invention, the reflector has a strip-shaped light exit surface; -
5 a light module of an embodiment of an inventive lamp having a belt-shaped lens; -
6 a light module of an embodiment of an inventive lamp having a concentrator; -
7 a light module of an embodiment of an inventive lamp having a transparent solid; -
8th a light module of an embodiment of a lamp according to the invention, which has a concave mirror; -
9 a light module of an embodiment of a lamp according to the invention, which has a plurality of light sources; -
10 a motor vehicle light.
Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach gleiche Elemente.In this case, the same reference symbols in different figures denote the same or at least functionally identical elements.
Näherungsweise kann eine Light Emitting Diode (LED) als idealer Lambert-Strahler betrachtet werden. Für Kraftfahrzeugleuchten werden im allgemeinen LEDs mit einer rechteckigen und flachen Lichtaustrittsfläche mit einer Kantenlänge zwischen 0,3 mm und 2 mm verwendet.As an approximation, a Light Emitting Diode (LED) can be considered as an ideal Lambert radiator. For automotive lights, LEDs with a rectangular and flat light exit surface with an edge length between 0.3 mm and 2 mm are generally used.
Im Folgenden wird von der Verwendung einer Halbleiterlichtquelle, insbesondere einer LED oder einer Gruppe aus mehreren LEDs als Lichtquelle
Die Lichtquelle
Der Reflektor
An dieser Stelle wird ein kartesisches Koordinatensystem eingeführt, das auch für nachfolgende Erläuterungen herangezogen wird. Die x-Achse des Koordinatensystems zeigt in die Hauptabstrahlrichtung des Reflektors
Für eine bestimmungsgemäße Verwendung des Lichtmoduls
Der dargestellte Reflektor
Der Abstand R entspricht dem Radius der Kugelfläche
Die
Rechts in der
In der
Für eine möglichst einfache Facettierung des Reflektors
Dann ergibt sich ein Einstrahlwinkel α mit dem Wert Null. Als erwünschte Folge kann eine einfache Facettierung verwendet werden, wie sie in der
Diese insofern ideale Übereinstimmung von Brennpunkt
Um dies zu verhindern sieht eine weitere Ausgestaltung vor, dass die Lichtquelle
Wenn man sonst nichts ändert, bewirkt das Herausschwenken der Lichtquelle
Zur Kompensation dieses unerwünschten Effektes sieht eine bevorzugte Ausgestaltung vor, dass der Kugelmittelpunkt
Zur weiter verbesserten Kompensation des beschriebenen unerwünschten Effektes des Wegwanderns des reflektierten Strahls sieht eine weitere bevorzugte Ausgestaltung eine zusätzliche Facettierung der Reflektorfläche im Meridionalschnitt mit Facettenkanten vor, die parallel zur Sagittalebene verlaufen. In der Figur
Mit dem Einfallswinkel α des Hauptstrahls ändern sich auch die Einfallswinkel insbesondere der Strahlen, die oberhalb oder unterhalb der Sagittalebene auf den Reflektor treffen. Die zusätzliche Facettierung erlaubt eine gezielte Kompensation des Einflusses der geänderten Einfallswinkel auf die Richtungen des reflektierten Lichtes. Daraus ergibt sich, dass möglichst spitze, das heißt möglichst kleine Einstrahlwinkel α wünschenswert sind.With the angle of incidence α of the main beam, the angles of incidence, in particular of the rays which strike the reflector above or below the sagittal plane, also change. The additional faceting allows a targeted compensation of the influence of the changed angles of incidence on the directions of the reflected light. It follows that as acute as possible, that is the smallest possible angle of incidence α are desirable.
Je kleiner der Einstrahlwinkel α ist, desto kleiner ist die Zahl der benötigten zusätzlichen Facettenstufen und desto kleiner können diese Facettenstufen sein. Als Konsequenz geht umso weniger Licht verloren, je kleiner der Einstrahlwinkel α ist. Darüber hinaus verringert sich mit abnehmendem Einstrahlwinkel α auch die Wahrscheinlichkeit dafür, dass sogenanntes Direktlicht in das Auge des Betrachters gelangt. Direktlicht ist Licht, das von der Lichtquelle
Durch möglichst kleine Einstrahlwinkel α wird also ein homogenes Erscheinungsbild bei gleichzeitig hohem optischen Wirkungsgrad erzeugt. Wie bereits erwähnt wurde, sind aber von Null verschiedene Einstrahlwinkel α unter Umständen erforderlich, um durch die Lichtquelle
Bei dem in der
Für das unter Bezug auf die
Der Reflektor
Im Folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel erläutert, das für solche eher streifenförmigen Lichtaustrittsflächen
Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird auch hier die Ebene, in der das Lichtbündel
Die Sagittalebene
Lichtmodule
Die
Bei der in
Die Zylinderlinse
Auf diese Weise wird das von der Lichtquelle
In der Sagittalebene
Weil in der Meridionalebene
In diesem Ausführungsbeispiel weist der Reflektor
Der Reflektor
Die Facetten
Die
Das in der
Eine weitere Ausgestaltung des Lichtmoduls
Im Gegensatz zu der weiter oben in Bezug auf die
Der Konzentrator
Das in der
Die Funktionsweise der Vorsatzlinse
Die
Ein Teil der Lichtquellen
Aufgrund der großen Brennweite des Reflektors
Die Anordnung mit den mehreren Lichtquellen
Die
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