DE102013210257A1 - Attachment optics for a light source - Google Patents
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Abstract
Vorgestellt wird eine Vorsatzoptik (12) für eine Lichtquelle (22) einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung. Die Vorsatzoptik weist eine Licht einkoppelnde erste Seite (14), eine Licht auskoppelnde zweite Seite (10) und eine dazwischen liegende dritte Seite (16) auf. Die zweite Seite weist einen zentralen Bereich (26) und wenigstens einen peripheren Bereich (24) auf und die dritte Seite ist dazu eingerichtet, eingekoppeltes Licht auf einen peripheren Bereich der zweiten Seite umzulenken. Die Vorsatzoptik zeichnet sich dadurch aus, dass der zentrale Bereich (26) einen ersten Teilbereich (26.1) und einen zweiten Teilbereich (26.2) aufweist, wobei der wenigstens eine erste Teilbereich (26.1) auf ihn einfallendes Licht auskoppelt und wobei der zweite Teilbereich (26.2) auf ihn einfallendes Licht zur dritten Seite (16) umlenktA front lens system (12) for a light source (22) of a motor vehicle lighting device is presented. The front lens has a light-coupling first side (14), a light-coupling second side (10) and a third side (16) lying in between. The second side has a central region (26) and at least one peripheral region (24), and the third side is set up to redirect coupled light to a peripheral region of the second side. The front optics are characterized by the fact that the central area (26) has a first partial area (26.1) and a second partial area (26.2), the at least one first partial area (26.1) coupling out light incident thereon and the second partial area (26.2 ) deflects light incident on it to the third side (16)
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorsatzoptik für eine Lichtquelle einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Vorsatzoptik ist aus der
Die bekannte Vorsatzoptik weist einen transparenten Festkörper mit einer zur Einkopplung von Licht der Lichtquelle eingerichteten ersten Seite, einer zur Auskopplung von Licht eingerichteten zweiten Seite und einer zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite liegenden dritten Seite auf, wobei die zweite Seite einen zentralen Bereich und wenigstens einen peripheren Bereich aufweist und wobei die dritte Seite dazu eingerichtet ist, über die erste Seite eingekoppeltes Licht auf einen peripheren Bereich der zweiten Seite umzulenken. The known intent optical system has a transparent solid with a set up for coupling light of the light source first side, a set up for coupling of light second side and a lying between the first page and the second page third page, wherein the second side of a central area and at least one peripheral region and wherein the third side is adapted to redirect light coupled in via the first side to a peripheral region of the second side.
Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtungen werden in Scheinwerfer und Signalleuchten unterschieden. Scheinwerfer haben die Aufgabe, den Fahrweg eines Kraftfahrzeugs so hell auszuleuchten, dass der Fahrer des Kraftfahrzeugs Hindernisse im Fahrweg rechtzeitig erkennen kann. Signalleuchten erfüllen die Aufgabe, anderen Verkehrsteilnehmern die Präsenz eines Kraftfahrzeugs und/oder die Absichten seines Fahrers anzuzeigen.Automotive lighting devices are distinguished in headlights and signal lights. Headlamps have the task of illuminating the track of a motor vehicle so bright that the driver of the motor vehicle can detect obstacles in the roadway in good time. Signal lights fulfill the task of indicating to other road users the presence of a motor vehicle and / or the intentions of its driver.
Beide Typen von Beleuchtungseinrichtungen erzeugen jeweils Lichtverteilungen, die bestimmte Anforderungen erfüllen müssen. So ist es zum Beispiel erforderlich, dass in bestimmten Bereichen vor der bestimmungsgemäß in einem Fahrzeug angeordneten Beleuchtungseinrichtung bestimmte Mindestwerte von Lichtstärken erreicht werden, ohne dass dabei in diesen Bereichen oder auch in anderen Bereichen andere vorbestimmte Höchstwerte überschritten werden.Both types of lighting devices each produce light distributions that must meet certain requirements. Thus, it is necessary, for example, that certain minimum values of light intensities are achieved in certain areas in front of the illumination device intended for use in a vehicle, without other predetermined maximum values being exceeded in these areas or else in other areas.
Eine Vorsatzoptik stellt in diesem Zusammenhang ein Bauteil dar, welches Licht der Lichtquelle sammelt und welches zumindest dazu beiträgt, eine von der Lichtquelle zunächst nur aufgrund ihrer Abstrahlcharakteristik erzeugte Lichtverteilung in eine regelkonforme Lichtverteilung der Beleuchtungseinrichtung umzuwandeln. Im Strahlengang des aus der jeweiligen Vorsatzoptik austretenden Lichtes können zu diesem Zweck auch weitere optische Elemente wie Streuscheiben und/oder Linsen und/oder Lichtleiter und/oder Hohlspiegel-Reflektoren angeordnet sein, die das Licht bündeln oder streuen. An attachment optics in this context represents a component which collects light from the light source and which at least contributes to converting a light distribution initially generated by the light source only on the basis of its emission characteristic into a rule-conforming light distribution of the illumination device. In the beam path of the light emerging from the respective optical attachment additional optical elements such as lenses and / or lenses and / or light guides and / or concave reflectors can be arranged for this purpose, which bundle or scatter the light.
In Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtungen werden zunehmend Halbleiterlichtquellen, insbesondere Leuchtdioden, verwendet. Halbleiterlichtquellen besitzen häufig eine Lichtaustrittsfläche, die rechteckig ist und eine Kantenlänge zwischen 0,3 mm und 2 mm aufweist. Die Halbleiterlichtquellen besitzen häufig eine Lambert-Strahlungscharakteristik, bei der das Licht zunächst in einen nahezu ganzen Halbraum abgestrahlt wird.In motor vehicle lighting devices, semiconductor light sources, in particular light emitting diodes, are increasingly being used. Semiconductor light sources often have a light exit surface which is rectangular and has an edge length of between 0.3 mm and 2 mm. The semiconductor light sources often have a Lambert radiation characteristic, in which the light is first emitted in a nearly complete half-space.
Regelkonforme Lichtverteilungen einer Signalleuchte eines Kraftfahrzeugs zeichnen sich dagegen dadurch aus, dass ein Winkelbereich ausgeleuchtet wird, der in horizontaler Richtung plus/minus 20° breit ist und der in vertikaler Richtung plus/minus 10° hoch ist. Um mit Halbleiterlichtquellen Lichtstärken zu erzielen, die für eine Regelkonformität der Lichtverteilung ausreichend sind, müssen in der Regel mehrere Lichtquellen verwendet werden, wobei jeweils eine Lichtquelle oder Gruppe von Lichtquellen mit einer ihr baulich zugeordneten Vorsatzoptik zusammenwirkt. Regulation-compliant light distributions of a signal light of a motor vehicle, on the other hand, are characterized by the fact that an angular range is illuminated, which is horizontal in the horizontal direction plus /
Durch eine entsprechende Anordnung mehrerer Lichtquellen und Vorsatzoptiken können linienartige oder flächig erscheinende Lichtaustrittsflächen von Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtungen erzeugt werden, was aus gestalterischen Gründen erwünscht sein kann. Dabei ist die Lichtaustrittsfläche einer einzelnen Vorsatzoptik häufig rund oder rechteckig. Rechteckige Vorsatzoptiken unterscheiden sich voneinander in ihrem Aspektverhältnis, d.h. in dem Verhältnis ihrer Breite zu ihrer Höhe. By a corresponding arrangement of a plurality of light sources and attachment optics, line-like or areal appearing light exit surfaces of motor vehicle illumination devices can be generated, which may be desirable for design reasons. The light exit surface of a single optical attachment is often round or rectangular. Rectangular attachment optics differ from one another in their aspect ratio, i. in the ratio of their width to their height.
Die Lichtaustrittsflächen der Vorsatzoptiken sind in der Regel um ein Vielfaches größer als die Lichtaustrittsflächen der Leuchtdioden. Bei der bekannten Vorsatzoptik ist die Energiedichte des über die Lichtaustrittsfläche der Vorsatzoptik austretenden Lichtes nicht gleichmäßig über die Lichtaustrittsfläche der Vorsatzoptik verteilt. In einem zentralen Bereich, der direkt in der Hauptabstrahlrichtung der Lichtquelle liegt, ist die Energiedichte größer als in weniger zentral liegenden, peripheren Bereichen der Lichtaustrittsfläche. Die Lichtaustrittsfläche der Vorsatzoptik ist also nicht homogen hell, sondern es ergibt sich ein Abfall der Helligkeit von innen nach außen. Diese störende Inhomogenität ist umso stärker ausgeprägt, je größer das Aspektverhältnis ist.The light exit surfaces of the attachment optics are generally larger by a multiple than the light exit surfaces of the LEDs. In the known intent optics, the energy density of the light exiting via the light exit surface of the attachment optics is not distributed uniformly over the light exit surface of the attachment optics. In a central region, which lies directly in the main emission direction of the light source, the energy density is greater than in less central, peripheral regions of the light exit surface. The light exit surface of the optical attachment is therefore not homogeneous bright, but there is a drop in brightness from the inside out. This disturbing inhomogeneity is the more pronounced, the greater the aspect ratio.
Der Eindruck der Inhomogenität ergibt sich auch dann, wenn mehrere Vorsatzoptiken zu einer linienhaften oder flächenhaften Lichtaustrittsfläche zusammengesetzt sind. Bei einer solchen Anordnung ist die Inhomogenität umso stärker ausgeprägt, je weniger Lichtquellen pro Längeneinheit oder Flächeneinheit verwendet werden.The impression of inhomogeneity also arises when several attachment optics are combined to form a linear or planar light exit surface. With such an arrangement, the less homogeneous the inhomogeneity, the fewer light sources per unit length or area unit are used.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe einer Vorsatzoptik, deren Lichtaustrittsfläche bei eingeschalteter Lichtquelle gleichmäßiger hell erleuchtet erscheint als dies bei der bekannten Vorsatzoptik der Fall ist.Against this background, the object of the invention is to specify an intent optical system whose light exit surface appears to be more uniformly illuminated when the light source is switched on than is the case in the known intent optical system.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Vorsatzoptik zeichnet sich dadurch aus, dass der zentrale Bereich der zweiten Seite wenigstens einen ersten Teilbereich und wenigstens einen zweiten Teilbereich aufweist, wobei der wenigstens eine erste Teilbereich dazu eingerichtet ist, auf ihn von der ersten Seite her einfallendes Licht über die zweite Seite auszukoppeln und wobei der wenigstens eine zweite Teilbereich dazu eingerichtet ist, auf ihn von der ersten Seite her einfallendes Licht zur dritten Seite umzulenken. This object is achieved with the features of claim 1. The inventive Attachment optics is characterized in that the central region of the second side has at least a first subregion and at least a second subregion, wherein the at least one first subregion is adapted to couple light incident thereon from the first side over the second side and wherein the at least one second subarea is adapted to redirect light incident on it from the first side to the third side.
Dadurch, dass der zentrale Bereich einen solchen zweiten Teilbereich aufweist, wird Licht, das beim Stand der Technik über den zentralen Bereich der zweiten Seite ausgekoppelt werden würde, nicht über den zentralen Bereich der zweiten Seite ausgekoppelt. Dadurch wird die Helligkeit des zentralen Bereiches reduziert. Dadurch, dass ein solcher zweiter Teilbereich von der ersten Seite her einfallendes Licht zur dritten Seite hin umlenkt, kann dieses Licht von der dritten Seite auf den peripheren Bereich der zweiten Seite umgelenkt werden. Durch diese Umlenkung kann dieses Licht auch über den peripheren Bereich ausgekoppelt werden.As a result of the fact that the central area has such a second partial area, light which would in the prior art be decoupled via the central area of the second side is not coupled out via the central area of the second side. This reduces the brightness of the central area. As a result of such a second subarea deflecting incident light from the first side towards the third side, this light can be deflected from the third side to the peripheral area of the second side. By this deflection, this light can be coupled via the peripheral area.
Als Folge wird die Helligkeit der peripheren Bereiche zu Lasten der Helligkeit des zentralen Bereichs vergrößert, was die beschriebene Inhomogenität der Helligkeit der Lichtaustrittsfläche insgesamt verringert.As a result, the brightness of the peripheral areas is increased at the expense of the brightness of the central area, which reduces the described inhomogeneity of the brightness of the light exit area as a whole.
Die erfindungsgemäßen Vorsatzoptiken ermöglichen es, größere, homogen leuchtende Flächen zu erzeugen als bekannte Vorsatzoptiken. Folglich kommt eine Beleuchtungseinrichtung, die aus einer Vielzahl nebeneinander angeordneter erfindungsgemäßer Vorsatzoptiken zusammengesetzt ist, mit weniger Lichtquellen aus. Dadurch wird die Effizienz der Beleuchtungseinrichtung gesteigert. The attachment optics according to the invention make it possible to produce larger, homogeneously luminous surfaces than known attachment optics. Consequently, a lighting device, which is composed of a plurality of adjacently arranged according to the invention attachment optics, comes with fewer light sources. This increases the efficiency of the lighting device.
Insbesondere für gepfeilte Beleuchtungseinrichtungen, deren Form einer Kontur des Kraftfahrzeugs folgt, sind die erfindungsgemäßen Vorsatzoptiken vorteilhaft. Dies ist im Vergleich zu Vorsatzoptiken zu sehen, die in einer Linie quer zur Fahrtrichtung angeordnet sind. Durch die Queranordnung ergeben sich vergleichsweise kurze Anordnungen. Bei einer gepfeilten Anordnung ist die Länge der Lichtaustrittsfläche insgesamt größer, wenn die Projektion der Lichtaustrittsfläche in die genannte Querrichtung die gleiche Länge haben soll wie die quer liegende Anordnung. Aufgrund der größeren Länge können auch Inhomogenitäten der Leuchtdichte stärker auffallen. Dieser störende Effekt wird durch die Verwendung erfindungsgemäßer Vorsatzoptiken verringert. In particular, for swept lighting devices, the shape of which follows a contour of the motor vehicle, the attachment optics according to the invention are advantageous. This is to be seen in comparison to front optics, which are arranged in a line transverse to the direction of travel. The transverse arrangement results in comparatively short arrangements. In a swept arrangement, the length of the light exit surface is generally greater if the projection of the light exit surface in the said transverse direction should have the same length as the transverse arrangement. Due to the greater length and inhomogeneities of the luminance can be more noticeable. This disturbing effect is reduced by the use of inventive attachment optics.
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass ein Aspektverhältnis einer Breite B zur Höhe H einer Lichtaustrittsfläche zwischen 3:1 und 2:1 liegt.A preferred embodiment is characterized in that an aspect ratio of a width B to the height H of a light exit surface is between 3: 1 and 2: 1.
Bevorzugt ist auch, dass die dritte Seite in Bezug auf das von der Lichtquelle ausgehende und über die erste Seite auf die dritte Seite einfallende Licht so angeordnet ist, dass die an ihr auftretenden Reflexionen des Lichtes der Lichtquelle interne Totalreflexionen sind.It is also preferable for the third side to be arranged with respect to the light emanating from the light source and incident on the third side via the first side such that the reflections of the light of the light source occurring thereon are total internal reflections.
Ferner ist bevorzugt, dass die Vorsatzoptik eine Form besitzt, die sich von der ersten Seite ausgehend und auf die zweite Seite zugehend zunehmend aufweitet.It is further preferred that the attachment optics have a shape that increasingly widens starting from the first side and towards the second side.
Bevorzugt ist auch, dass die dritte Seite in Bezug auf das von der Lichtquelle her einfallende Licht dazu eingerichtet ist, dieses Licht auf einen peripheren Bereich der zweiten Seite umzulenken.It is also preferable that the third side is arranged with respect to the light incident from the light source to redirect this light to a peripheral area of the second side.
Ferner ist bevorzugt, dass die erste Seite eine Lichteintrittsfläche aufweist, die in einen zentralen Bereich und wenigstens einen peripheren Bereich aufgeteilt ist.Furthermore, it is preferred that the first side has a light entry surface which is divided into a central region and at least one peripheral region.
Bevorzugt ist auch, dass zweite Teilbereiche des zentralen Bereichs der zweiten Seite der Vorsatzoptik so angeordnet sind, dass sie von der Lichteintrittsfläche her einfallendes Licht auf zweite Teilbereiche der dritten Seite der Vorsatzoptik umlenken.It is also preferred that second subregions of the central region of the second side of the attachment optics are arranged so that they redirect incident light from the light entry surface to second subregions of the third side of the attachment optics.
Bevorzugt ist auch, dass die zweiten Teilbereiche der dritten Seite der Vorsatzoptik in Bezug auf eine optische Achse der Vorsatzoptik weiter außen liegen als die ersten Teilbereiche der dritten Seite der Vorsatzoptik und insbesondere nicht mit den ersten Teilbereichen der dritten Seite identisch sind.It is also preferred that the second subregions of the third side of the attachment optics are farther outward than the first subregions of the third side of the attachment optics with respect to an optical axis of the attachment optics and, in particular, are not identical to the first subregions of the third side.
Bevorzugt ist auch, dass der zentrale Bereich der zweiten Seite der Vorsatzoptik als Grenzfläche einer Vertiefung in der zweiten Seite der Vorsatzoptik verwirklicht ist.It is also preferred that the central region of the second side of the attachment optics is realized as an interface of a recess in the second side of the attachment optics.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich durch aus der Grenzfläche der Vertiefung herausragende Vorsprünge aus, von denen jeder einen zur Lichtauskopplung dienenden ersten Teilbereich in Form eines Teils der Grenzfläche des Vorsprungs aufweist.A further preferred embodiment is characterized by projections protruding out of the interface of the recess, each of which has a first partial region serving for coupling out light in the form of part of the boundary surface of the projection.
Bevorzugt ist auch, dass die übrige Grenzfläche des Vorsprungs so liegt, dass sie keine Licht abschattende Wirkung entfaltet oder die zur Auskopplung dienende Grenzfläche verkleinert.It is also preferable that the remaining boundary surface of the protrusion is such that it does not exhibit any light-shading effect or reduces the interface used for decoupling.
Ferner ist bevorzugt, dass die Vertiefung so tief ist, dass keine der Vorsprünge in Lichtaustrittsrichtung über periphere Bereiche der zweiten Seite hinausragt.Furthermore, it is preferred that the depression is so deep that none of the projections in the light exit direction projects beyond peripheral regions of the second side.
Bevorzugt ist auch, dass die Zahl n der Vorsprünge zwischen n = 2 und n = 10 liegt.It is also preferred that the number n of the projections is between n = 2 and n = 10.
Ferner ist bevorzugt, dass ein Bereich der dritten Seite der Vorsatzoptik, der das vom zentralen Teilbereich der zweiten Seite nach außen umgelenkte Licht parallel zur optischen Achse der Vorsatzoptik auf die zweite Seite der Vorsatzoptik umlenkt, stufenförmig ausgestaltet ist. Furthermore, it is preferred that a region of the third side of the attachment optics, which redirects the light deflected outwards from the central subregion of the second side to the second side of the attachment optics parallel to the optical axis of the attachment optics, is designed step-shaped.
Bevorzugt ist auch, dass sich die Stufen jeweils aus einem Reflexionsabschnitt, der die für die gewünschte Umlenkung passende Neigung zum einfallenden Licht besitzt, und einem Abschnitt zusammensetzen, der parallel zum dort einfallenden Licht liegt. It is also preferable that the steps each consist of a reflection section which has the inclination to the incident light which is suitable for the desired deflection, and a section which is parallel to the light incident there.
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 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 those yet to be explained can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, 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: Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. Show, in schematic form:
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.
Im Einzelnen zeigt die
Die Vorsatzoptik weist eine zur Auskopplung von Licht eingerichtete zweite Seite
Wenigstens eine dritte Seite
Die Lichtquelle
Aus der unteren Seite
Wie bereits erwähnt, bilden die die erste und die zweite Seite für das von der Lichtquelle
Die Vorsatzoptik
Die dritte Seite
Die zweite Seite
Eine bei Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtungen als Lichtquelle
Der zentrale Bereich
Der erste Teilbereich
Es versteht sich, dass an den zweiten Teilbereichen
Die erste Seite
Der zentrale Bereich
Die zweiten Teilbereiche
Die zwei Teilbereiche
Bei dieser Ausgestaltung wird das aus dem zentralen Bereich
In einer alternativen Ausgestaltung könnte das aus dem zentralen Bereich
In einem zweiten Strahlengang
In einem dritten Strahlengang
Die Vorsatzoptik ist bevorzugt so gestaltet, dass das in den drei Strahlengängen
Alternativ ist bevorzugt, dass das in den drei Strahlengängen
Der zentrale Bereich
Das Vorhandensein eines solchen Winkels bedeutet, dass die der optischen Achse der Vorsatzoptik zugewandten Seitenflächen der Vorsprünge von ihrer Basis an von der optischen Achse weggekippt angeordnet sind. Das erleichtert die Entformung bei einer Herstellung duch Kunststoffspritzguss. Die zweite Seite der Vorsprünge ist dagegen nach lichttechnischen Erfordernissen gestaltet. The presence of such an angle means that the optical axis of the optical attachment facing side surfaces of the projections are arranged tilted away from the base of the optical axis. This facilitates demolding during production by plastic injection molding. The second side of the projections, however, designed according to photometric requirements.
Die Vorsprünge erstrecken sich in der zur Zeichnungsebene senkrechten Richtung bevorzugt längs einer Geraden. Die Geraden und damit auch die Vorsprünge liegen bevorzugt parallel zueinander. Bevorzugt ist auch, dass die Geraden parallel zur Höhe H in
Die Lichteintrittsfläche ist dagegen bevorzugt an die Symmetrie der Abstrahlung der Lichtquelle angepasst. Die seitliche Lichteintrittsfläche ist bevorzugt insbesondere als die Lichtaustrittsfläche der Lichtquelle
Die Vorsprünge sind bevorzugt so angeordnet, dass sie sich außerhalb eines Zentrums der Seite
Es versteht sich, dass die Zahl n der Vorsprünge
Bei einer bestimmungsgemäßen Verwendung der Vorsatzoptik
Dadurch, dass der zentrale Bereich
Das größere Aspektverhältnis B/H wird dadurch erzielt, dass der Bereich
In einer weiteren Ausgestaltung sind wenigstens zwei der beschriebenen Vorsatzoptiken in Richtung ihrer Höhe H übereinander angeordnet. Die Übereinanderanordnung kann auch in einem einteilig gespritzten Bauteil hergestellt werden. Damit lässt sich eine flächige Ausleuchtung erzielen. Die Übereinanderanordnung kann auch mit der Nebeneinanderanordnung nach
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