DE102017122213A1

DE102017122213A1 - Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102017122213A1
Application number: DE102017122213.8A
Authority: DE
Inventors: Edwin N. KAMAU; Daniela Karthaus; Alfons Michaelis; Martin Mügge
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2019-03-28
Also published as: CN111164347A; US20200224845A1; CN111164347B; WO2019063332A1; US10955104B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einem durch eine transparente Abdeckscheibe (4) verschlossenen Gehäuse (1) enthaltend eine Lichtquelleneinheit (2) und eine Optikeinheit (3) zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtfunktion, wobei die Optikeinheit (3) ein Hologrammelement (7) und/oder ein Diffraktivelement aufweist, in dem Beugungsinformationen zur Erzeugung der Lichtfunktion enthalten sind, wobei dem Hologrammelement (7) und/oder dem Diffraktivelement optische Mittel lichtstromabwärts nachgeordnet sind, so dass aus dem Hologrammelement (7) und/oder dem Diffraktivelement tretendes Licht (13, 14) unterschiedlicher Beugungsordnungen unterschiedliche Lichtfunktionen erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einem durch eine transparente Abdeckscheibe verschlossenen Gehäuse enthaltend eine Lichtquelleneinheit und eine Optikeinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtfunktion, wobei die Optikeinheit ein Hologrammelement und/oder ein Diffraktivelement aufweist, in dem Beugungsinformationen zur Erzeugung der Lichtfunktion enthalten sind.
Aus der DE 10 2015 115 128 A1 ist eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einem Gehäuse bekannt, in dem eine Lichtquelleneinheit und eine Optikeinheit zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtfunktion angeordnet sind. Eine vordere Öffnung des Gehäuses ist durch eine Abdeckscheibe verschlossen. Die Optikeinheit weist ein Hologrammelement auf, in dem Beugungsinformationen zur Erzeugung der Lichtfunktion enthalten sind. Das durch die Lichtquelleneinheit hinterleuchtete Hologrammelement lenkt das auf sie treffende Licht entsprechend der eingeprägten Beugungsstrukturen um. Da das auf das Hologrammelement treffende Licht in Licht unterschiedlicher Beugungsordnungen gebeugt wird, wobei es sich bei dem Licht nullter Beugungsordnung um ungebeugtes Licht handelt und Licht höherer Beugungsordnungen um entsprechend stärker gebeugtes Licht handelt, besteht eine Möglichkeit darin, das Hologrammelement derart auszubilden, dass nahezu 100 % des Lichtes in der ersten Beugungsordnung verlustfrei zur Erzeugung der Lichtfunktion genutzt wird. Hierzu sind jedoch komplexe Berechnungsmethoden und aufwendige Fertigungsverfahren erforderlich. Auch weisen diese Hologrammelemente eine relativ hohe Wandstärke auf. Dies bedingt höhere Anforderungen an die Bandbreite der Lichtquelleneinheit sowie Toleranzen der gesamten Beleuchtungsvorrichtung.
Aus der DE 10 2011 051 735 A1 ist eine Hologramm-Bildwiedergabevorrichtung zum Abspielen dreidimensionaler Videobilder bekannt, demgemäß die Bildqualität durch Entfernen einer nullten Beugungsordnung des Lichtes zu verbessern gilt. Eine solche Hologrammanordnung ist jedoch für Beleuchtungsvorrichtungen für Fahrzeuge nicht einsetzbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Optikeinheit enthaltend ein Hologrammelement und/oder ein Diffraktivelement mit Beugungsinformationen zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtfunktion derart weiterzubilden, dass auf einfache Weise die unterschiedlichen Lichtfunktionen erzeugbar sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass dem Hologrammelement und/oder dem Diffraktivelement optische Mittel lichtstromabwärts nachgeordnet sind, so dass aus dem Hologrammelement und/oder dem Diffraktivelement tretendes Licht unterschiedlicher Beugungsordnungen unterschiedliche Lichtfunktionen oder Ausleuchtbereiche erzeugen.
Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass unter Ausnutzung von unterschiedlichen Beugungsordnungen des von einem Hologrammelement und/oder einem Diffraktivelement austretenden Lichtes mehrere Lichtfunktionen erzeugt werden können. Grundgedanke der Erfindung ist es, dass in unterschiedlichen Richtungen abgestrahltes Licht der unterschiedlichen Beugungsordnungen für mehrere Lichtfunktionen bzw. Ausleuchtbereiche zu nutzen, wobei vorzugsweise Licht unterschiedlicher Beugungsordnungen für unterschiedliche Lichtfunktionen, vorzugsweise für .einen Hauptausleuchtbereich und einen Seitenausleuchtbereich, genutzt wird. Hierzu weist das Hologrammelement bzw. das Diffraktivelement entsprechende Beugungsinformationen auf. Darüber hinaus ist eine die Beleuchtungsvorrichtung abdeckende Abdeckscheibe entsprechend ausgestaltet, dass unterschiedliche Lichtfunktionen darstellbar sind.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß Patentanspruch 2 ist das Hologrammelement und/oder das Diffraktivelement sowie die Abdeckscheibe derart ausgebildet, dass das Licht erster Beugungsordnung für eine lichtstarke Lichtfunktion bzw. einen Hauptausleuchtbereich und das Licht zweiter und/oder höherer Beugungsordnung für eine lichtschwache weitere Lichtfunktion bzw. einen Seitenausleuchtbereich genutzt wird. Vorteilhaft kann das Licht erster Beugungsordnung beispielsweise für eine lichtstarke Bremslichtfunktion und das Licht zweiter Beugungsordnung für eine relativ lichtschwache Schlusslichtfunktion oder Seitenmarkierungslichtfunktion genutzt werden oder es werden für eine Lichtfunktion unterschiedlich helle Ausleuchtbereiche erzeugt oder eine Flächenvergrößerung durch den zusätzlichen seitlichen Ausleuchtbereich gewonnen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung gemäß Patentanspruch 3 ist das Hologrammelement und/oder das Diffraktivelement derart ausgebildet, dass das Licht erster Beugungsordnung in Richtung einer Vorderwand der Abdeckscheibe und das Licht zweiter und/oder höherer Beugungsordnung auf eine senkrecht auf die Vorderwand zulaufende Seitenwand trifft. Vorteilhaft kann hierdurch eine räumliche Abgrenzung der unterschiedlichen Lichtfunktionen erfolgen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung gemäß Patentanspruch 4 sind die Vorderwand und die Seitenwand der Abdeckscheibe mit einer Streuoptik oder streuenden Struktur oder einer weiteren diffraktiven Optik, insbesondere einer diffraktiven Diffusoroptik, versehen, so dass das Licht für die entsprechenden Lichtfunktionen gestreut werden kann.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung gemäß Patentanspruch 5 sind die Lichtquelleneinheit und das Hologrammelement bzw. das Diffraktivelement sowie die Abdeckscheibe langgestreckt ausgebildet. Vorteilhaft kann hierdurch eine linienförmige Beleuchtungsvorrichtung bereitgestellt werden, die über eine relativ schmale Austrittsfläche verfügt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung gemäß Patentanspruch 6 ist eine Höhe des Hologrammelementes bzw. des Diffraktivelementes kleiner als eine Höhe des Abdeckrahmens. Vorteilhaft kann hierdurch das Licht unterschiedlicher Beugungsordnungen auf unterschiedliche Wände der Abdeckscheibe treffen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung gemäß Patentanspruch 7 verläuft die Abdeckscheibe mit gegenüberliegenden Seitenwänden aus einer Ebene der Karosserieöffnung des Fahrzeugs hervor. Vorteilhaft kann hierdurch eine dreidimensionale Abdeckscheibe geschaffen werden, innerhalb derer Raum für eine beispielsweise schwebende Lichtfunktion geschaffen wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung gemäß Patentanspruch 8 ist die Abdeckscheibe rot eingefärbt, so dass sie als Heckleuchte für Fahrzeuge eingesetzt werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung und
2 eine Seitenansicht eines herkömmlichen Hologrammelementes mit unterschiedlichen Beugungsordnungen.

Eine erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge kann insbesondere als Heckleuchte eingesetzt werden. Alternativ kann die Beleuchtungsvorrichtung auch in einem Bugbereich des Fahrzeugs in einem Scheinwerfer angeordnet sein. Gegebenenfalls kann die Leuchte auch innerhalb des Fahrzeuges zu Animationszwecken angeordnet sein.
Die Beleuchtungsvorrichtung weist ein Gehäuse 1 auf, in dem eine Lichtquelleneinheit 2 und eine Optikeinheit 3 zur Erzeugung mehrerer Lichtfunktionen angeordnet sind. Eine vordere Öffnung des Gehäuses 1 ist durch eine rot eingefärbte Abdeckscheibe 4 verschlossen.
Die Beleuchtungsvorrichtung ist langgestreckt ausgebildet. Hierzu weist die Lichtquelleneinheit 2 eine Mehrzahl von Lichtquellen 5 und denselben zugeordneten Primäroptiken 6 auf, die sich in Erstreckungsrichtung der Beleuchtungsvorrichtung - im Wesentlichen senkrecht zur Blattebene der 1 - erstrecken. Die Lichtquellen 5 sind als halbleiterbasierte Lichtquellen, insbesondere als LED-Lichtquellen, ausgebildet. Die Lichtquellen 5 können auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet sein.
Alternativ kann die Lichtquelleneinheit auch einen langgestreckten Lichtleiter in Erstreckungsrichtung der Beleuchtungsvorrichtung aufweisen, an deren Stirnseiten die Lichtquellen 5 angeordnet sind. Dieser Lichtleiter weist Auskoppelelemente auf, so dass das von den Lichtquellen eingekoppelte Licht in Hauptabstrahlrichtung H auskoppelbar ist.
Die Optikeinheit 3 umfasst im Wesentlichen ein Hologrammelement 7, das in einem Abstand zu der Lichtquelleneinheit 2 angeordnet ist. Das Hologrammelement 7 ist langgestreckt ausgebildet und erstreckt sich im Wesentlichen in Erstreckungsrichtung der Beleuchtungsvorrichtung, und zwar parallel zu der Lichtquelleneinheit 2.
Das Hologrammelement 7 kann als Volumenhologrammelement ausgebildet sein, beispielsweise in Form einer Emulsion oder einer Folie. Beispielsweise kann das Hologrammelement 7 durch Tiefziehen vorgeformt sein, so dass es als Einlegeteil in einem Spritzgusswerkzeug mit einem transparenten Material überspritzt wird, das den flächigen und transparenten Träger bildet. Der Träger ist transparent, beispielsweise als eine Lichtscheibe ausgebildet. Der Träger der Hologrammelementes 7 kann beispielsweise auf einem nicht dargestellten Halter des Gehäuses 1 befestigt sein.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Hologrammelement 7 als ein Volumentransmissionshologrammelement ausgebildet. Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das Hologrammelement 7 auch als Volumenreflexionshologrammelement ausgebildet sein. Hierzu weist die Optikeinheit 3 einen entsprechenden Reflektor auf, der derart positioniert ist, dass das von dem Hologrammelement 7 abgestrahlte Licht in Hauptabstrahlrichtung H verlaufen kann.
Die Abdeckscheibe 4 ist wannenförmig ausgebildet mit einer in Hauptabstrahlrichtung H vorderen Vorderwand 8 und mit von der Vorderwand 8 im Wesentlichen senkrecht abragenden Seitenwänden 9, die sich insbesondere bis zu einem Öffnungsrand 10 des Gehäuses 1 erstrecken. Die Abdeckscheibe 4 ist langgestreckt ausgebildet. Die Seitenwände 9 sind in einem zu der Vorderwand 8 entfernten Bereich unmittelbar angrenzend zu einem Öffnungsrand der Karosserie angeordnet. Die Abdeckscheibe 4 ist somit erhaben zu der Karosserie ausgebildet. Sie erhebt sich aus einer Ebene der Karosserieöffnung des Fahrzeugs, so dass sie außerhalb des Fahrzeugs einen dreidimensionalen Konturenverlauf aufweist. Im Bereich des Karosserieöffnungsrandes bzw. Öffnungsrandes 10 des Gehäuses 1 weist die Abdeckscheibe 4 eine Höhe h_A auf, die im Vergleich zu einer Höhe h_B des Hologrammelementes 7 größer ist. Die Abdeckscheibe 4 umgibt einen Innenraum 11, der zur Erzeugung einer oder mehrerer Lichtfunktionen genutzt werden kann.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die lichtstromabwärts zu dem Hologrammelement 7 zugeordnete Vorderwand 8 als optische Mittel Streuoptiken 12 auf, derart, dass von dem Hologrammelement 7 Licht 13 erster Beugungsordnung an den Streuoptiken 12 gestreut wird zur Erzeugung einer Bremslichtfunktion in einem Hauptausleichtbereich. Hierzu ist das Hologrammelement 7 derart strukturiert, dass das Licht 13 erster Beugungsordnung im Wesentlichen in Hauptabstrahlrichtung H bzw. in Richtung der Vorderwand 8 abgestrahlt wird. Ferner ist das Hologrammelement 7 derart strukturiert, dass Licht 14 zweiter Beugungsordnung seitlich nach unten abgestrahlt wird zu einer unteren Seitenwand 9'. Diese Seitenwand 9' der Abdeckscheibe 4 weist als optische Mittel Streuoptiken 15 auf, an denen das Licht 14 derart gestreut wird, dass es zur Erzeugung einer Seitenmarkierungslichtfunktion in einem Seitenausleuchtbereich dient.
Alternativ kann als zweite Lichtfunktion auch eine homogene holografische Lichtsignatur innerhalb der Abdeckscheibe 4 gebildet sein, die quasi schwebend verläuft.
Wenn die Beleuchtungsvorrichtung zur Erzeugung der Bremslicht- und Schlusslichtfunktion eingesetzt wird, ist dem Licht 13 erster Beugungsordnung eine Blendeinrichtung zugeordnet, die das Licht 13 in Abhängigkeit von dem Vorliegen eines Bremsaktuators durchlässt oder absorbiert.
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann statt des Hologrammelementes 7 auch ein Diffraktivelement angeordnet sein, das ebenfalls Strukturen in der Größenordnung der Lichtwellenlänge aufweist, so dass eine Lichtbeugung an diesen Strukturen erfolgen kann.
In dem Hologrammelement 7 ist eine Beugungsstruktur eingeprägt entsprechend einer vorgegebenen spektralen geometrischen Intensitätsverteilungsfunktion. Die Beugungsinformationen können durch Interferenz der Laserstrahlen (Objekt- und Referenzstrahl) beim Schreiben des Hologrammelementes 7 durch geringe Unterschiede in der Brechzeit generiert werden. Moleküle bzw. Molekülketten in der Fotopolymerschicht sind entsprechend der gewünschten holografischen Lichtgrafik definiert ausgerichtet.
Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Abdeckscheibe 4 auch mehrfarbig, insbesondere rot und weiß einerseits, rot und hellrot andererseits oder rot und grauandererseits ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Lichtquelleneinheit
3: Optikeinheit
4: Abdeckscheibe
5: Lichtquelle
6: Primäroptiken
7: Hologrammelement
8: Vorderwand
9,9': Seitenwand
10: Öffnungsrand
11: Innenraum
12: Streuoptik
13: Licht 1. Ordnung
14: Licht 2. Ordnung
15: Streuoptik
H: Hauptabstrahlrichtung
h_A,h_B: Höhe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015115128 A1 [0002]
DE 102011051735 A1 [0003]

Claims

Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einem durch eine transparente Abdeckscheibe (4) verschlossenen Gehäuse (1) enthaltend eine Lichtquelleneinheit (2) und eine Optikeinheit (3) zur Erzeugung einer vorgegebenen Lichtfunktion, wobei die Optikeinheit (3) ein Hologrammelement (7) und/oder ein Diffraktivelement aufweist, in dem Beugungsinformationen zur Erzeugung der Lichtfunktion enthalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hologrammelement (7) und/oder dem Diffraktivelement optische Mittel lichtstromabwärts nachgeordnet sind, so dass aus dem Hologrammelement (7) und/oder dem Diffraktivelement tretendes Licht (13, 14) unterschiedlicher Beugungsordnungen unterschiedliche Lichtfunktionen erzeugen.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Mittel derart ausgebildet sind, dass das Licht (13) erster Beugungsordnung für eine lichtstarke und das Licht (14) zweiter und/oder höherer Beugungsordnung für eine lichtschwache Lichtfunktion nutzbar ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hologrammelement (7) und/oder das Diffraktivelement derart ausgebildet ist, dass das Licht (13) erster Beugungsordnung in Richtung einer Vorderwand (8) der Abdeckscheibe (4) und dass das Licht (14) zweiter Beugungsordnung und/oder höherer Beugungsordnung auf eine sich in einem Bereich zwischen dem Hologrammelement (7) bzw. Diffraktivelement und der Vorderwand (8) erstreckenden Seitenwand (9, 9') der Abdeckscheibe (4) trifft.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderwand (8) und die Seitenwand (9, 9') der Abdeckscheibe (4) mit einer Streuoptik (12, 15) als optische Mittel versehen ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelleneinheit (2) und das Hologrammelement (7) bzw. das Diffraktivelement und die Abdeckscheibe (4) langgestreckt ausgebildet sind.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhe (h_B) des Hologrammelementes (7) bzw. des Diffraktivelementes kleiner ist als eine Höhe (h_A) der Abdeckscheibe (4).
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckscheibe (4) mit mindestens einer ihren gegenüberliegenden Seitenwänden (9, 9')aus einer Ebene der Karosserieöffnung des Fahrzeugs hervortretend verläuft.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckscheibe (4) einfarbig rot gefärbt ausgebildet ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckscheibe (4) mehrfarbig, insbesondere rot und weiß einerseits, rot und hellrot andererseits oder rot und grauandererseits ausgebildet ist.
Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Mittel derart ausgebildet sind, dass das Licht (13) erster Beugungsordnung für einen Hauptausleuchtbereich und das Licht (14) zweiter und/oder höherer Beugungsordnung für einen Seitenausleuchtbereich nutzbar ist.