DE102014112937B4

DE102014112937B4 - Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102014112937B4
Application number: DE102014112937.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Schöne
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2014-09-09
Filing date: 2014-09-09
Publication date: 2018-05-24
Anticipated expiration: 2034-09-10
Also published as: US20170307165A1; US10174900B2; CN107076380A; DE102014112937A1; WO2016037789A1; CN107076380B

Abstract

Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Anzahl von halbleiterbasierten Lichtquellen und mit einer Abbildungseinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung mit einer Hell-Dunkel-Grenze,- wobei die Abbildungseinheit eine Korrektureinrichtung (1) mit mindestens zwei Linsen (2, 3; 12, 13) aufweist, wobei mindestens eine Linsenfläche der Linsen (2, 3; 12, 13) als eine diffraktive Linsenfläche (5, 7; 15, 17) ausgebildet ist zur Achromatisierung in einem sichtbaren Wellenlängenbereich,- wobei die mindestens zwei Linsen (2, 3; 12, 13) aus einem unterschiedlichen Linsenmaterial bestehen,- wobei eine weitere Linsenfläche der mindestens zwei Linsen (2, 3; 12, 13) als refraktive Linsenfläche (4, 6; 14, 16) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet,- dass die refraktive Linsenfläche (4, 6; 14, 16) derart geformt ist, dass die Korrektureinrichtung (1) athermisch ist und- dass die Brechkraft (φφ) der refraktiven Linsenfläche (4, 6; 14, 16) in Abhängigkeit von einem Temperaturbereich und/oder von einem Ausdehnungskoeffizienten des Linsenmaterials der mindestens zwei Linsen (2, 3; 12, 13) berechnet wird, sodass durch Addition der Brechkraft (φ, φ, φφ) der Linsen (2, 3; 12, 13) eine vorgegebenen Gesamtbrechkraft (φ) der Korrektureinrichtung (1) erfüllt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 10.
Aus der DE 10 2010 027 322 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge bekannt, die eine Anzahl von matrixartig angeordneten Lichtquellen und eine den Lichtquellen zugeordnete Abbildungseinheit umfasst, sodass eine vorgegebene Lichtverteilung erzeugt werden kann. Die Abbildungseinheit kann eine Sekundäroptik bestehend aus einer Linse sowie einer zwischen der Sekundäroptik und den Lichtquellen angeordnete Primäroptik aufweisen. An einer Hell-Dunkel-Grenze der von der Abbildungseinheit erzeugten Lichtverteilung entstehen häufig unerwünschte Farbsäume. Insbesondere wenn die Abbildungseinheit Komponenten aus Kunststoffen, wie PMMA, PC oder LSR aufweist, ändert sich der Brechungsindex der Abbildungseinheit stärker in Abhängigkeit von der Temperatur. Es ergibt sich in dem relativ weiten Temperaturbereich von -50°C bis 150°C, in dem die Beleuchtungsvorrichtung betrieben wird, eine Verschiebung des Fokuspunktes von mehreren Millimetern. Dies führt zu einer unscharfen Abbildung der Hell-Dunkel-Grenze.
Aus der US 5 737 120 A ist eine aus zwei Linsen bestehende Abbildungseinheit bekannt geworden, bei der eine der beiden Linsen eine diffraktive Linsenfläche aufweist. Die hierdurch bewirkte Achromatisierung bezieht sich jedoch auf Infrarotstrahlung in einem Wellenlängenbereich von 8µm bis 12µm. Um thermische Einflüsse zu reduzieren, sind die beiden Linsen aus einem unterschiedlichen Material hergestellt. Nachteilig an dieser bekannten Abbildungseinheit ist, dass sie nicht für Beleuchtungsvorrichtungen im Automobilsektor eingesetzt werden kann.
Aus der DE 103 61 121 A1 ist eine Abbildungseinheit mit mehreren Linsen entgegengesetzter Brechkraft und unterschiedlichen Materialien bekannt, um chromatische Einflüsse zu kompensieren. Zur besseren Filterung des Lichtes ist zusätzlich eine Streuscheibe als Filter vorgesehen.
Aus der DE 10 2011 004 086 B4 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Lichtquelle und einer Abbildungseinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung bekannt, wobei die Abbildungseinheit zwei Linsen aus einem unterschiedlichen Material aufweist. Die eine Linse ist plan-konkav und die andere Linse bikonvex ausgebildet, so dass eine Zerstreuungslinse und eine Sammellinse vorliegt. Hierdurch kann eine Wellenlänge abhängige unterschiedliche Brechung des Lichtes herbeigeführt werden, was zu einer Achromatisierung führt.
Aus der DE 10 2010 029 176 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Anzahl von halbleiterbasierten Lichtquellen und mit einer Abbildungseinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung bekannt. Die Abbildungseinheit umfasst zwei Linsen, die aus einem unterschiedlichen Linsenmaterial bestehen. Es sind zwei Linsen unterschiedlicher Brechkraft vorgesehen, wobei zur Kompensation von Farbsäumen (Achromatisierung) eine vordere Linsenfläche der Abbildungseinheit zusätzlich eine streuende Oberflächenstruktur aufweist und damit diffraktiv ausgestaltet ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Anzahl von halbleiterbasierten Lichtquellen und einer Abbildungseinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung derart weiterzubilden, dass auf einfache Weise thermische und chromatische Störeinflüsse verringert bzw. kompensiert werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruches 1 oder 10 auf.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die erfindungsgemäße Korrektureinrichtung die thermischen und chromatischen Einflüsse ersten Grades kompensiert. Es findet eine Stabilisierung der Brechkraft des optischen Systems statt, wobei es weitgehend von thermischen Einflüssen entkoppelt wird. Chromatische Effekte werden wesentlich reduziert, was durch Auswahl von mindestens zwei unterschiedlichen Wellenlängen des Spektrums der Lichtquelle weiter optimiert werden kann. Vorteilhaft erfolgt eine Achromatisierung im sichtbaren Wellenlängenbereich (380 nm bis 780nm), obwohl in diesem Spektralbereich die Brechungsindexunterschiede größer sind. Vorteilhaft kann eine Athermalisierung nicht nur für das Linsenmaterial Glas, sondern auch für Kunststoffe als Linsenmaterialien erreicht werden. Die Athermalisierung erfolgt in einem Temperaturbereich von -50°C bis 150°C, in dem Fahrzeugbeleuchtungen üblicherweise betrieben werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Korrektureinrichtung eine erste Linse und eine zweite Linse auf, die jeweils über eine diffraktive Linsenfläche und über eine refraktive Linsenfläche verfügen. Die diffraktive Linsenfläche und/oder die refraktive Linsenfläche kann sphärisch oder asphärisch ausgebildet sein. Bei asphärischer Ausgestaltung können unter anderem auch sphärische Abbildungsfehler kompensiert werden. Vorteilhaft wird die Geometrie der Korrektureinrichtung gezielt ausgelegt, um die Kopplung beider Linsen zu optimieren und damit sowohl die Fresnelverluste als auch den Justage- und Montageaufwand zu minimieren.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegen die erste Linse und die zweite Linse auf einer zueinander gekehrten Seite unmittelbar aneinander. Vorzugsweise ist die Anlagefläche planar bzw. senkrecht zur optischen Achse orientiert angeordnet. Die der Lichtquelle zugewandte Oberfläche der ersten Linse und die der Lichtquelle abgewandte Oberfläche der zweiten Linse weisen jeweils eine diffraktive und refraktive Linsenfläche auf. Hier ist die diffraktive Struktur auf die gekrümmte Fläche bzw. gekrümmte Oberfläche aufgebracht, wodurch eine direkte Kopplung beider Linsen über die jeweils planare Seite erreicht werden kann. Dadurch, dass ein Übergang der des Lichtes zur Luft bei Verlassen der ersten Linse und vor Eintritt in die zweite Linse entfällt, können Fresnelverluste an beiden zueinander gekehrten Grenzflächen der Linsen verringert werden. Vorteilhaft kann der Justageaufwand verringert werden, da nur eine der beiden Linsen zum restlichen System ausgerichtet werden muss.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung können die Fresnelverluste weiter verringert werden, wenn zwischen der ersten Linse und der zweiten Linse mindestens eine Materialschicht eingebracht wird, deren Brechungsindex zwischen den beiden Brechungsindizes der ersten Linse und der zweiten Linse liegt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Korrektureinrichtung als eine Sekundäroptik ausgebildet, die der Anzahl von matrixartig angeordneten Lichtquellen und jeweils denselben vorgelagerten Anzahl von Primäroptiken zugeordnet ist. Die Korrektureinrichtung vereinigt insbesondere die Kompensierung der thermischen und chromatischen Einflüsse sowie der Abbildung der von den Lichtquellen abgesandten Lichtstrahlen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Korrektureinrichtung als eine Primäroptik ausgebildet, die jeweils den matrixartig angeordneten Lichtquellen zugeordnet ist. In Hauptabstrahlrichtung vor den Lichtquellen und der Primäroptiken ist eine Sekundäroptik vorzugsweise als Linseneinheit angeordnet. Bei dieser Ausführung dient die Korrektureinrichtung vorzugsweise zur Kompensation thermischer und chromatischer Einflüsse. Die Abbildung entsprechend der vorgegebenen Lichtverteilung erfolgt vorzugsweise durch die Sekundäroptik.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Bestimmung der Brechkraft der refraktiven Linsenflächen durch Verhältnisbildung eines Typs der Brechkraft, nämlich der refraktiven Brechkraft oder der diffraktiven Brechkraft unterschiedlicher Linsen zueinander aus einer Abbe-Gleichung und einer Athermalisierungsgleichung. Vorteilhaft können hierdurch aus einer Gleichung für die Gesamtbrechkraft die einzelnen Brechkräfte ermittelt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht einer Korrektureinrichtung nach einer ersten Ausführungsform,
2 eine schematische Seitenansicht der Korrektureinrichtung nach einer zweiten Ausführungsform,
3 eine schematische Seitenansicht einer Beleuchtungsvorrichtung mit matrixartig angeordneten Lichtquellen und der Korrektureinrichtung als Sekundäroptik und
4 eine schematische Seitenansicht der Beleuchtungsvorrichtung mit matrixartig angeordneten Lichtquellen und der Korrektureinrichtung als Primäroptik.

Eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge kann als Scheinwerfer im Frontbereich oder als eine Heckleuchte ausgebildet sein. Im Frontbereich des Fahrzeuges kann die Beleuchtungsvorrichtung zur Erzeugung einer Abblendlichtverteilung, einer blendfreien Fernlichtverteilung oder anderer Lichtverteilungen, wie bspw. Autobahnlicht, Stadtfahrlicht usw. dienen. Die Lichtverteilung weist üblicherweise eine Hell-Dunkel-Grenze auf.
Zur Vermeidung eines Farbsaums an der Hell-Dunkel-Grenze bzw. zur Reduzierung der thermischen Einflüsse aufgrund der Betriebstemperatur der Beleuchtungsvorrichtung in einem vorgegebenen Temperaturbereich (-50°C bis 150°C) ist in der Beleuchtungsvorrichtung eine Korrektureinrichtung 1 integriert, die nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß 1 einstückig ausgebildet ist. Diese Korrektureinrichtung 1 ist Bestandteil einer Abbildungseinheit, die von einer Anzahl nicht dargestellter halbleiterbasierter Lichtquellen abgestrahltes Licht entsprechend der vorgegebenen Lichtverteilung abbildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bildet die Korrektureinrichtung 1 die Abbildungseinheit.
Die Korrektureinrichtung 1 weist auf einer der Lichtquelle zugewandten Seite eine erste Linse 2 und auf einer der Lichtquelle abgewandten Seite eine zweite Linse 3 auf. Die zweite Linse 3 ist in Hauptabstrahlrichtung H vor der ersten Linse 2 angeordnet.
Die erste Linse 2 weist auf einer der Lichtquelle zugewandten Seite eine Oberfläche auf, die aus einer refraktiven Linsenfläche 4 und einer diffraktiven Linsenfläche 5 besteht. Die refraktive Linsenfläche 4 ist derart geformt, dass die Korrektureinrichtung 1 athermisch wirkt. Die refraktive Linsenfläche 4 ist sphärisch ausgebildet. Alternativ kann sie auch asphärisch ausgebildet sein. Die refraktive Linsenfläche 4 weist eine Brechkraft φ_ref
,1auf, die eine nach innen gewölbte Form aufweist. Die diffraktive Linsenfläche 5 ist derart strukturiert, dass die Korrektureinrichtung 1 achromatisch wirkt. Die diffraktive Linsenfläche 5 ist als eine Fresnelstruktur ausgebildet und weist eine Brechkraft φ_diff,
1 auf.
Die zweite Linse 3 weist auf einer der Lichtquelle abgewandten Seite eine nach außen gewölbte Oberfläche auf. Die Oberfläche weist eine refraktive Linsenfläche 6 auf, die derart geformt ist, dass die Korrektureinrichtung athermisch wirkt. Die refraktive Linsenfläche 6 weist eine Brechkraft φ_ref,
2 auf. Die Oberfläche weist ferner eine diffraktive Linsenfläche 7 auf, die derart strukturiert ist, dass die Korrektureinrichtung 1 achromatisch wirkt. Die diffraktive Linsenfläche 7 weist eine Fresnelstruktur mit einer Brechkraft φ_diff,
2auf.
Die erste Linse 2 und die zweite Linse 3 liegen auf einer zueinandergekehrten Seite unmittelbar aneinander. Die erste Linse 2 und die zweite Linse 3 weisen auf einer zueinandergekehrten Seite jeweils eine ebene Oberfläche 8 bzw. 9 auf. Die beiden Oberflächen 8, 9 erstrecken sich senkrecht zu einer optischen Achse 10 der Korrektureinrichtung 1. Die Oberfläche 8 der ersten Linse 2 und die Oberfläche 9 der zweiten Linse 3 können bspw. stoffschlüssig, insbesondere durch Verklebung, miteinander verbunden sein. Die erste Linse 2 und die zweite Linse 3 bilden somit eine Hybridlinse.
Die erste Linse 2 und die zweite Linse 3 bestehen aus unterschiedlichen Materialien, insbesondere aus unterschiedlichen Kunststoffmaterialien mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten.
Nach einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann zwischen der Oberfläche 8 der ersten Linse 2 und der Oberfläche 9 der zweiten Linse 3 auch eine Materialschicht angeordnet sein, die einen Brechungsindex n aufweist, der zwischen einem Brechungsindex n₁ der ersten Linse 2 und einem Brechungsindex n₂der zweiten Linse 3 liegt. Auch in diesem Fall befindet sich zwischen der ersten Linse 2 und der zweiten Linse 3 kein Luftmedium.
Nach einer zweiten Ausführungsform der Korrektureinrichtung 1 gemäß 2 ist auf einer der Lichtquelle zugewandten Seite eine erste Linse 12 und auf einer der Lichtquelle abgewandten Seite eine zweite Linse 13 angeordnet, wobei die zweite Linse 13 beabstandet zu der ersten Linse 12 angeordnet ist. Die erste Linse 12 weist auf einer der Lichtquelle abgewandten Oberfläche eine nach innen gewölbte refraktive Linsenfläche 14 und auf einer der Lichtquelle zugewandten Oberfläche eine diffraktive Linsenfläche 15 auf. Die refraktive Linsenfläche 14 weist eine Brechkraft φ_ref,
1 und die diffraktive Linsenfläche 15 die Brechkraft φ_diff
,1 auf. Die der Lichtquelle zugewandte Oberfläche der ersten Linse 12 ist im Wesentlichen eben und senkrecht zur optischen Achse 10 ausgebildet. Die in den 1 und 2 dargestellten Oberflächenstrukturen (Fresnelstrukturen) sind zum besseren Verständnis vergrößert dargestellt und entsprechen nicht den tatsächlichen Größenverhältnissen bzw. der Form.
Gleiche Funktionen der unterschiedlichen Linsen gemäß der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die zweite Linse 13 weist auf einer der Lichtquelle abgewandten Oberfläche eine refraktive Linsenfläche 16 auf, die nach außen gewölbt ist und die Brechungskraft φ_ref
2 aufweist. Auf einer der Lichtquelle zugewandten Oberfläche der zweiten Linse 13 ist eine diffraktive Linsenfläche 17 vorgesehen, die eine Brechkraft φ_dlff,
2 aufweist. Die der Lichtquelle zugewandte Oberfläche der zweiten Linse 13 ist - wie die der Lichtquelle zugewandte Oberfläche der ersten Linse 12 - eben und senkrecht zur optischen Achse 10 ausgebildet bzw. angeordnet.
Die Bestimmung der Brechkraft φ_ref
1, φ_ref
2, φ_diff
1, φ_diff
2 der ersten Linsen 2, 12 bzw. der zweiten Linsen 3, 13 wird im Folgenden beispielhaft beschrieben, bei dem die diffraktive Struktur zur Achromatisierung führt.
Ausgangspunkt sind Gleichungen (1), (2) für die Brechkräfte φ_refund φ_diff: $φ_{r e f} = \frac{n - 1}{R}$
$φ_{d i f f} = \frac{2 \cdot λ}{r^{2} - λ^{2}} ≅ \frac{2 \cdot λ}{r^{2}}$
Die Gesamtbrechkraft φ der Korrektureinrichtung 1 ergibt sich demnach zu $φ = \sum_{i} φ_{i} = \sum_{i = 1}^{2} (φ_{r e f, i} + φ_{d i f f, i}) = (\frac{n_{1} - 1}{R_{1}} + \frac{2 \cdot λ_{0}}{r_{1}^{2}}) + (\frac{n_{2} - 1}{R_{2}} + \frac{2 \cdot λ_{0}}{r_{2}^{2}}) \overset{def}{=} c o n s t$
wobei für den Brechungsindex n sowie den Krümmungsradius der sphärisch gekrümmten Flächen R und den Zonenradius der ersten Fresnelzone der diffraktiven Flächen r gilt $n_{i} : = n_{i} (λ_{0}, T_{0})$
$R_{i} : = R_{i} (T_{0})$
$r_{i} : = r_{i} (T_{0})$
Die Achromatisierung wird durch die diffraktiven Linsenflächen 5, 7 bzw. 15, 17 der Linsen 2, 3 bzw. 12, 13 erzeugt. Damit mit zwei refraktiven Linsenflächen 4, 6; 14, 16 und mit zwei diffraktiven Linsenflächen 5, 7; 15, 17 zwei Wellenlängen korrigiert werden können, gilt demnach folgende Bedingung für beide Linsen (Abbe-Gleichung): $Δ φ_{i} (λ, T_{0}) = \frac{n_{i} (λ_{1}) - n_{i} (λ_{2})}{n_{i} (λ_{0}) - 1} \cdot φ_{r e f, i} + \frac{λ_{1} - λ_{2}}{λ_{0}} \cdot φ_{d i f f, i} \overset{def}{=} 0$
Für die Athermalisierung muss folgende Bedingung erfüllt sein (Athermalisierungsgleichung): $Δ φ_{i} (λ_{0}, T) = \sum_{i = 1}^{2} ((\frac{n_{i} (T_{1}) - n_{i} (T_{0})}{n_{i} (T_{0}) - 1} - α_{i} \cdot (T_{1} - T_{0})) \cdot φ_{r e f, i} - 2 \cdot α_{i} \cdot (T_{1} - T_{0}) \cdot φ_{d i f f, i}) \overset{def}{=} 0$
wobei α_i dabei der Ausdehnungskoeffizient des jeweiligen Linsenmaterials und T₁ eine Temperatur ist.
Aus der Gleichung (7) lassen sich folgende Substitutionen bilden: $ν_{r e f,i}^{- 1, λ} : = \frac{n_{i} (λ_{1}) - n_{i} (λ_{2})}{n_{i} (λ_{0}) - 1}$
$ν_{d i f f,i}^{- 1, λ} : = \frac{λ_{1} - λ_{2}}{λ_{0}}$
Aus der Gleichung (8) lassen sich folgende Substitutionen bilden: $ν_{r e f,i}^{- 1, T} : = \frac{n_{i} (T_{1}) - n_{i} (T_{0})}{n_{i} (T_{0}) - 1} - α_{i} \cdot (T_{1} - T_{0})$
$ν_{d i f f,i}^{- 1, T} : = - 2 \cdot α_{i} \cdot (T_{1} - T_{0})$
Durch Umstellung der Gleichung (7) ergibt sich folgende Beziehung: $φ_{d i f f,1} = - \frac{ν_{r e f,1}^{- 1, λ}}{ν_{diff,1}^{- 1, λ}} \cdot φ_{r e f,1}$
Durch Einsetzen in die Athermalisierungsgleichung (8) lässt sich folgende Beziehung zwischen φ_ref
1 der ersten Linse 2, 12 und φ_ref
2 der zweiten Linse 3, 13 bilden: $φ_{r e f,1} = \frac{ν_{d i f f,2}^{- 1, T} \cdot \frac{ν_{r e f,2}^{- 1, λ}}{ν_{diff,2}^{- 1, λ}} - ν_{r e f,2}^{- 1, T}}{ν_{r e f,1}^{- 1, T} - ν_{d i f f,1}^{- 1, T} \cdot \frac{ν_{r e f,1}^{- 1, λ}}{ν_{diff,1}^{- 1, λ}}} \cdot φ_{r e f,2}$
Aus der Abbe-Gleichung (7) lässt sich auch ein Verhältnis zwischen φ_diff
2 und φ_ref
2 bilden: $φ_{d i f f,2} = - \frac{ν_{r e f,2}^{- 1, λ}}{ν_{diff,2}^{- 1, λ}} \cdot φ_{r e f,2}$
Durch Einsetzen der Gleichung (13), (14), (15) in der Gleichung (3) für die Gesamtbrechkraft φ lässt sich diese nach φ_ref,
2 umstellen: $φ_{r e f,2} = {(1 - \frac{ν_{r e f,2}^{- 1, λ}}{ν_{diff,2}^{- 1, λ}} + \frac{1 - \frac{ν_{r e f,1}^{- 1, λ}}{ν_{diff,1}^{- 1, λ}}}{ν_{r e f,1}^{- 1, T} - ν_{d i f f,1}^{- 1, T} \cdot \frac{ν_{r e f,1}^{- 1, λ}}{ν_{diff,1}^{- 1, λ}}} \cdot (ν_{d i f f,2}^{- 1, T} \cdot \frac{ν_{r e f,2}^{- 1, λ}}{ν_{diff,2}^{- 1, λ}} - ν_{r e f,2}^{- 1, T}))}^{- 1} \cdot φ$
Entsprechend lassen sich die weiteren Brechkräfte φ_ref
1, φ_diff
1, φ_diff
2 berechnen.
Die so berechnete erste Linse 2, 12 und zweite Linse 3, 13 ermöglichen eine Kompensation der thermischen und chromatischen Einflüsse 1. Grades.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß 3 ist die Korrektureinrichtung 1 als Sekundäroptik 20 ausgebildet, die einer Mehrzahl von auf einer Trägerplatte 21 matrixartig angeordneten Lichtquellen 22 zugeordnet ist. Die Lichtquellen 22 sind vorzugsweise als LED-Lichtquellen ausgebildet, denen jeweils eine Primäroptik 23 in Hauptabstrahlrichtung H vorgelagert ist.
Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung gemäß 4 kann die Korrektureinrichtung 1 als Primäroptik 24 ausgebildet sein, die jeweils den Lichtquellen 22 zugeordnet ist. In dieser Variante der Erfindung ist die Korrektureinrichtung 1 verhältnismäßig kleiner dimensioniert als nach den Ausführungsformen gemäß den 1 bis 3. In Hauptabstrahlrichtung H vor den Primäroptiken 24 ist eine als Linse ausgeführte Sekundäroptik 25 vorgesehen, die zur Abbildung entsprechend der vorgegebenen Lichtverteilung dient.
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Korrektureinrichtung 1 auch mehr als zwei Linsen aufweisen. Vorzugsweise weist die Korrektureinrichtung 1 mindestens zwei refraktive Linsenflächen auf.
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann auch die diffraktive Struktur der ersten Linse 2, 12 bzw. der zweiten Linse 3, 13 zur Athermalisierung dienen. Bei dieser Ausführungsform führt die refraktive Brechkraft zu einer Achromatisierung. In der Gleichung (13) würde der Ausdruck λ durch T ersetzt sowie in Gleichung (14) würde dabei der Ausdruck T durch λ ersetzt. Es werden hierbei entsprechend die Abbe-Gleichung (7) und die Athermalisierungsgleichung (8) gegeneinander substituiert. Bei dieser Ausführungsform werden zwar auch thermische und chromatische Einflüsse ersten Grades kompensiert. Allerdings ist hierfür mehr Linsenmaterial erforderlich, sodass die oben genannte Ausführungsform bevorzugt wird.
Bezugszeichenliste

1: Korrektureinrichtung
2: Erste Linse
3: Zweite Linse
4: Refraktive Linsenfläche
5: Diffraktive Linsenfläche
6: Refraktive Linsenfläche
7: Diffraktive Linsenfläche
8: Ebene Oberfläche
9: Ebene Oberfläche
10: Optische Achse
12: Erste Linse
13: Zweite Linse
14: Refraktive Linsenfläche
15: Diffraktive Linsenfläche
16: Refraktive Linsenfläche
17: Diffraktive Linsenfläche
21: Trägerplatte
22: Lichtquellen
23: Primäroptik
24: Primäroptik
25: Sekundäroptik
H: Hauptabstrahlrichtung
n, n₁,: Brechungsindex
n2

Claims

Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Anzahl von halbleiterbasierten Lichtquellen und mit einer Abbildungseinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung mit einer Hell-Dunkel-Grenze, - wobei die Abbildungseinheit eine Korrektureinrichtung (1) mit mindestens zwei Linsen (2, 3; 12, 13) aufweist, wobei mindestens eine Linsenfläche der Linsen (2, 3; 12, 13) als eine diffraktive Linsenfläche (5, 7; 15, 17) ausgebildet ist zur Achromatisierung in einem sichtbaren Wellenlängenbereich, - wobei die mindestens zwei Linsen (2, 3; 12, 13) aus einem unterschiedlichen Linsenmaterial bestehen, - wobei eine weitere Linsenfläche der mindestens zwei Linsen (2, 3; 12, 13) als refraktive Linsenfläche (4, 6; 14, 16) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, - dass die refraktive Linsenfläche (4, 6; 14, 16) derart geformt ist, dass die Korrektureinrichtung (1) athermisch ist und - dass die Brechkraft (φ_ref
1,φ_ref
2) der refraktiven Linsenfläche (4, 6; 14, 16) in Abhängigkeit von einem Temperaturbereich und/oder von einem Ausdehnungskoeffizienten des Linsenmaterials der mindestens zwei Linsen (2, 3; 12, 13) berechnet wird, sodass durch Addition der Brechkraft (φ_ref
1, φ_ref
2, φ_diff
1, φ_diff
2) der Linsen (2, 3; 12, 13) eine vorgegebenen Gesamtbrechkraft (φ) der Korrektureinrichtung (1) erfüllt wird.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die refraktive Linsenfläche (4, 6; 14, 16) asphärisch oder sphärisch ausgebildet ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die diffraktive Linsenfläche (5, 7, 15, 17) derart strukturiert ist, dass die Korrektureinrichtung (1) achromatisch ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die diffraktive Linsenfläche (5, 7; 15, 17) eine Fresnelstruktur aufweist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Linse (2, 12) und eine zweite Linse (3, 13) jeweils die diffraktive Linsenfläche (5, 7; 15, 17) und die refraktive Linsenfläche (4, 6; 14, 16) aufweisen.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Linse (2) und die zweite Linse (3) auf einer zueinander gekehrten Seite unmittelbar aneinander liegen und dass die der Lichtquelle (22) zugewandte Oberfläche der ersten Linse (2) und die der Lichtquelle (22) abgewandte Oberfläche der zweiten Linse (3) die diffraktive Linsenfläche (5, 7) und die refraktive Linsenfläche (4, 6) aufweisen.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Linse (2) und der zweiten Linse (3) eine Materialschicht mit einem Brechungsindex (n) angeordnet ist, der zwischen einem Brechungsindex (n₁) der ersten Linse (2) und einem Brechungsindex (n₂) der zweiten Linse (3) liegt.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektureinrichtung (1) als eine Sekundäroptik (20) ausgebildet ist, die der Anzahl von matrixartig angeordneten Lichtquellen (22) und jeweils denselben zugeordneten Primäroptiken (23) zugeordnet ist oder dass die Korrektureinrichtung (1) jeder der matrixartig angeordneten Lichtquellen (22) als Primäroptik (24) zugeordnet ist, wobei in Hauptabstrahlrichtung (H) vor den Primäroptiken (24) eine denselben zugeordnete Sekundäroptik (25) angeordnet ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis einer Brechkraft (φ_ref
1) der refraktiven Linsenfläche (4, 14) der ersten Linse (2, 12) zu einer Brechkraft (φ_ref
2) der refraktiven Linsenfläche (6, 16) der zweiten Linse (3, 13) und/oder ein Verhältnis einer Brechkraft (φ_diff,
1) einer diffraktiven Linsenfläche (5, 15) der ersten Linse (2, 12) zu einer Brechkraft (φ_diff,
2) einer diffraktiven Linsenfläche (7, 17) der zweiten Linse (3, 13) durch Substitution in einer Abbe-Gleichung und einer Athermalisierungsgleichung gebildet ist, dass ein Verhältnis der Brechkraft (φ_ref,
1) der refraktiven Linsenfläche (4, 14) der ersten Linse (2, 12) zu der Brechkraft (φ_diff,
1) der diffraktiven Linsenfläche (5, 15) der ersten Linsen (2, 12) und dass ein Verhältnis der Brechkraft φ_ref,
2) der refraktiven Linsenfläche (6, 16) der zweiten Linse (3, 13) zu der Brechkraft (φ_diff,
2) der diffraktiven Linsenfläche (7, 17) der zweiten Linse (3, 13) durch Substitution in der Abbe-Gleichung und in der Athermalisierungsgleichung gebildet ist, sodass eine Gleichung für die Gesamtbrechkraft (φ) nach den Brechkräften (φ_ref
1,φ_ref
2,φ_diff
1φ_diff
2) der refraktiven Linsenflächen (4, 6; 14, 16) und der diffraktiven Linsenfläche (5, 7; 15, 17) aufgelöst werden kann.
Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Anzahl von halbleiterbasierten Lichtquellen und mit einer Abbildungseinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtverteilung mit einer Hell-Dunkel-Grenze, - wobei die Abbildungseinheit eine Korrektureinrichtung mit mindestens zwei Linsen aufweist, wobei mindestens eine Linsenfläche der mindestens zwei Linsen als refraktive Linsenfläche ausgebildet ist zur Achromatisierung in einem sichtbaren Wellenlängenbereich, - wobei die mindestens zwei Linsen aus einem unterschiedlichen Linsenmaterial bestehen, - wobei eine weitere Linsenfläche der mindestens zwei Linsen als eine diffraktive Linsenfläche ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, - dass die diffraktive Linsenfläche zur Athermalisierung dient und dass die Brechkraft der refraktiven Linsenfläche in Abhängigkeit von einem Temperaturbereich und/oder von einem Ausdehnungskoeffizienten des Linsenmaterials der mindestens zwei Linsen berechnet wird, sodass durch Addition der Brechkraft der Linsen eine vorgegebene Gesamtbrechkraft der Korrektureinrichtung erfüllt wird.