DE102017221844A1

DE102017221844A1 - Linsenkörper mit Aufweitungsvolumen und benachbarter Aussenkontur zum Positionieren

Info

Publication number: DE102017221844A1
Application number: DE102017221844.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Feil; Andreas Hartmann
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2017-12-04
Filing date: 2017-12-04
Publication date: 2019-06-06

Abstract

Die Offenbarung zeigt einen Linsenkörper (1) mit einem Aufweitungsvolumen (2), das zum Aufweiten eines in eine Einkoppelfläche (4) einkoppelbaren Strahlengangbündels hin zu einer Auskoppelfläche (6) konfiguriert ist, und zumindest einem zu dem Aufweitungsvolumen (2) benachbarten Restbereich (46), wobei der Restbereich (46) zumindest eine zum Positionieren des Linsenkörpers (1) vorbereitete Außenkontur (16) aufweist.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Linsenkörper mit einem Aufweitungsvolumen, das zum Aufweiten eines in eine Einkoppelfläche einkoppelbaren Strahlengangbündels hin zu einer Auskoppelfläche konfiguriert ist. Weiters von einer Leuchte mit einem solchen Linsenkörper und einer Strahlungsquelle, einer Leuchtenanordnung mit einer Vielzahl solcher Linsenkörpern und Strahlungsquellen, und schließlich von einem Scheinwerfer mit einer solche Leuchte oder Leuchtenanordnung.
Linsenkörper der vorgenannten Art werden verwendet, um ein abgegebenes Licht einer Lichtquelle aus einer zur Auskoppelfläche der Lichtquelle verhältnismäßig großen Fläche auszukoppeln. Dabei ist häufig technisch und/oder ästhetisch wichtig, das Licht gleichmäßig auszukoppeln. Dazu ist es wichtig, die Lichtquelle genau an der bezüglich der Strahlengänge angedachten Relativposition anzuordnen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Linsenkörper mit einer Eignung zum gleichmäßigen Auskoppeln vorzusehen. Dabei sollen nach Möglichkeit Aspekte der Serienfertigung und eine Eignung für verschiedenste Anwendungsbereiche Beachtung finden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Linsenkörper gemäß dem Anspruch 1, eine Leuchte gemäß dem Anspruch 13, eine Leuchtenanordnung gemäß dem Anspruch 14 und einen Scheinwerfer gemäß dem Anspruch 15. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Unabhängig beanspruchbar ist ein Linsenkörper mit einem Aufweitungsvolumen, das zum Aufweiten eines in zumindest eine Einkoppelfläche einkoppelbaren Strahlengangbündels hin zu zumindest einer Auskoppelfläche konfiguriert ist, und zumindest einem zu dem Aufweitungsvolumen benachbarten Restbereich, wobei der Restbereich zumindest eine zum Positionieren des Linsenkörpers vorbereitete Außenkontur aufweist. Durch Vorsehen der Außenkontur wird eine mechanische Referenz geschaffen, die ein Positionieren des Linsenkörpers vereinfacht. Die Außenkontur ist zum Positionieren geeignet gestaltet, und ermöglicht so bevorzugt ein sicheres, wie weitgehend verformungsfreies bzw. bruchsicheres Handhaben und/oder Positionieren des Linsenkörpers. Eine Außenkontur kann nur eine Fläche umfassen. Eine Außenkontur kann eine Vielzahl an Flächen umfassen. Eine Außenkontur kann eine Vielzahl zueinander in Beziehung stehender Flächen umfassen. Eine Außenkontur kann miteinander verbundene Flächen, nicht miteinander verbundene Flächen, wie zueinander gegenüber liegende Flächen, oder eine Kombination daraus umfassen. Eine Außenkontur kann Flächen umfassen, die einen bezüglich des Linsenkörpers bezogen einen vieleckigen und/oder elliptischen Querschnitt aufweisen.
Besonders bevorzugt ist der Restbereich ein Restvolumen, weist also eine räumliche Ausdehnung auf. Durch die Trennung in Aufweitungsvolumen und Restbereich wird vorteilhaft verhindert, dass die Außenkontur und/oder Einflüsse derselben einen Strahlengang zwischen der Einkoppelfläche und der Auskoppelfläche blockieren und/oder stören.
Das Aufweitungsvolumen und der Restbereich bzw. das Restvolumen sind funktional unterschiedlich. Der Restbereich bzw. das Restvolumen kann als ein nicht-aufweitender Bereich des Gesamtvolumens definiert sein, d.h. es handelt sich um ein optisch nicht relevanter Bereich des Gesamtvolumens, wobei der Restbereich bzw. das Restvolumen streuende Eigenschaften aufweisen kann.
Die Einkoppelfläche und die Auskoppelfläche können als einander bezüglich des Aufweitungsvolumens etwa gegenüberliegend definiert sein. Dabei kann „etwa“ bedeuten, dass eine Abweichung jedenfalls im Rahmen fachüblicher Toleranzen, vorzugsweise zumindest 5% und bevorzugter zumindest 10% enthalten sein kann. Dabei können die Einkoppelfläche und die Auskoppelfläche zueinander etwa parallel und/oder etwa geneigt sein.
Wenn der zumindest eine Restbereich bzw. das zumindest eine Restvolumen an das Aufweitungsvolumen angrenzt, kann bauraumsparend eine enge Beziehung vorgesehen sein. Wenn der Restbereich bzw. das Restvolumen an das Aufweitungsvolumen anschließt, ist eine stofflich besonders feste Kopplung gegeben. Wenn der Restbereich bzw. das Restvolumen zu der Einkoppelfläche des Aufweitungsvolumens benachbart ist, und/oder es zu der Einkoppelfläche benachbarter als zu der Auskoppelfläche ist, oder es und/oder gar daran angrenzt, wird eine besonders genaue Positionierung der Einkoppelfläche zu einer Strahlungsquelle ermöglicht.
Der Linsenkörper, und genauer das Aufweitungsvolumen, kann vorteilhaft materialsparend und/oder bauraumsparend sich von der Auskoppelfläche hin zu der Einkoppelfläche im Querschnitt verjüngen. Die Verjüngung kann also entlang einer optischen Hauptachse, welche die Auskoppelfläche und die Einkoppelfläche verbindet, zu- bzw. abnehmen. Bevorzugt sind eine in einer glatten Begrenzung mündende kontinuierliche Verjüngung, eine in einer Ausform-Form mündende stetige Verjüngung und/oder eine vorteilhaft stufenlos ausleuchtende gleichmäßige Verjüngung.
Das Aufweitungsvolumen kann in einem Abschnitt, wie einem zu der Auskoppelfläche benachbarten Abschnitt und/oder einem seitlichen Abschnitt, dazu konfiguriert sein, zumindest einen Teil einer Strahlung von der Einkoppelfläche mittels totaler interner Reflexion zu der Auskoppelfläche zu leiten. Dabei kann insbesondere nur in zumindest einem Wellenlängenbereich eine totale interne Reflexion auftreten. Hierdurch kann beispielsweise eine Strahlungsdichte bzw. Leuchtdichte in einem von einer Hauptachse beispielsweise radial beabstandeten Bereich der Auskoppelfläche erhöht werden, um eine insgesamt möglichst gleichmäßige Strahlungsdichte zu erzielen.
Das Aufweitungsvolumen kann ein Taper sein. Unter dem fachsprachlichen Begriff Taper kann man eine geometrische Form verstehen, welche auf einer Seite, der Einkoppelfläche oder Eintrittsseite, von einer Strahlungsquelle, wie einer LED, bestrahlbar oder beleuchtbar ist, um am gegenüberliegenden Ende, der Auskoppelfläche oder Austrittsfläche, ein gewünschtes Lichtbild, wie ein gleichmäßig ausgeleuchtetes Pixel für eine Matrix-Fahrzeugbeleuchtungseinrichtung, bereitzustellen. Es sei schon an dieser Stelle erwähnt, dass bei einer Matrix-Fahrzeugbeleuchtungseinrichtung eine Vielzahl an Tapern in einer Reihe und/oder eine Vielzahl an Reihen nebeneinander angeordnet sein können. Bei einer Matrix-Fahrzeugbeleuchtung kann vorgesehen sein, dass die Auskoppelflächen in einer ebenen Fläche und/oder in einer gekrümmten Fläche und/oder in einer geknickten Fläche bzw. Flächenmenge angeordnet sind. Die einzelnen Taper können insbesondere als schmale, längliche, geschwungene und/oder mehreckige Lichtleiter konfiguriert sein.
Ein einstückiger bzw. einstückig gebildeter Linsenkörper verringert die Stückzahlen und kann leicht handhabbar sein. Ist der Linsenkörper aus Glas gebildet, ist er für hohe Temperaturen und/oder Leistungen besonders geeignet. Ist der Linsenkörper aus Silikon gebildet, wird ein besonders leichter Linsenkörper erhalten. Gängige Silikon-Materialien sind beispielsweise Silikone vom Typ Lumisil, additionsvernetze Silikone und Silikone bestehend aus Polydimethylsiloxan.
Das Positionieren des Linsenkörpers bewirkt, wie mittels eines Referenzierens und/oder Anlegens, ein Bestimmen einer räumlichen Relativbeziehung zwischen dem Linsenkörper und einer Partnerkontur, wie einer gegengleichen Kontur und/oder einer Schablone. Ein besonders fester Halt des Linsenkörpers wird erreicht, wenn die Außenkontur weiterbildend zum festlegenden Positionieren des Linsenkörpers an einer gegengleichen Geometrie gestaltet ist. Ein festlegendes Positionieren kann mittels aller bekannten Festlegungsverfahren vorgenommen werden, einschließlich beispielsweise eines Schweißens und/oder einer Glaslotverbindung oder eines Befestigens mittels eines Bolzens, eines Niets oder einer Schraube, um nur ein paar Beispiele zu nennen. Unter Montagegesichtspunkten werden eine Eignung bzw. Gestaltung der Außenkontur zum Klemmen, zum Kleben, und/oder zum Rastieren besonderes bevorzugt, weil diese Montageverfahren sehr schnell und prozesssicher von statten gehen. Auch ein lösbares Festlegen kann zum Kostensparen bevorzugt sein. Ein unlösbares und/oder zerstörungsfrei unlösbares Festlegen kann aus Sicherheitserwägungen heraus bevorzugt sein.
Der Linsenkörper kann eine Vielzahl von Außenkonturen aufweisen. Beispielsweise kann der Linsenkörper eine Außenkontur, zumindest eine Außenkontur, zwei Außenkonturen, drei Außenkonturen, vier Außenkonturen und/oder zumindest vier Außenkonturen haben.
Stehen die Außenkonturen zu der Einkoppelfläche in einer Symmetriebeziehung, können beispielsweise ein Verlagern der Einkoppelfläche und/oder eines der Einkoppelfläche vorgeschalteten Einkoppelvolumens trotz einer thermischen Ausdehnung gehemmt werden, ein vorgespannter Sitz eine Erschütterungs-widerstehende Positionsgenauigkeit bspw. beim Einsatz an einem Fahrzeug erhöhen, und/oder eine Redundanz eine Versagenswahrscheinlichkeit reduzieren. Die vorstehenden Effekte wirken synergetisch Zuverlässigkeiterhöhend zusammen.
Die Vielzahl der Außenkonturen kann zumindest ein orientiertes Muster bilden, um eine, vorteilhaft weiterbildend eindeutige, Ausrichtung des Linsenkörpers vorzusehen, beispielsweise bei nicht-rotationssymmetrisch vorgesehener Lichtauskopplung. Ein orientiertes Muster kann durch Vorsehen zumindest zwei unterschiedlicher Außenkonturformen und/oder durch vorsehen unterschiedlicher Zwischenabstände und/oder Zwischenwinkel und/oder Winkel der Außenkonturen erreicht werden.
Ein orientiertes Muster ist synergetisch mit zumindest einer Symmetriebeziehung kombinierbar, um eine zuverlässige Ausrichtung des Linsenkörpers zu erzielen.
Wenn die Außenkontur eine Zentrierneigung aufweist, wird nicht nur ein Zentrieren ermöglicht, sondern kann auch ein Einführen geometrisch und/oder bezüglich eines Einsehens desselben erleichtert werden, und/oder ein Urformen des Linsenkörpers vereinfacht werden. Wenn die Zentrierneigung zu der Verjüngung des Aufweitungsvolumens bzw. des Linsenkörpers korrespondiert, gilt das Vorstehende in einem besonders hohen Maße. Beispielsweise kann die Außenkontur derart geformt sein, dass eine Querschnittsfläche des Restvolumens in einer Richtung von der Auskoppelfläche zur Einkoppelfläche und/oder von Einkoppelfläche weg in einer von der Auskoppelfläche wegweisenden Richtung abnimmt.
In einer bevorzugten Variante enthält die Außenkontur zumindest einen von etwa der Einkoppelfläche weg auskragenden Keil oder Konus, oder enthält sie zumindest einen von einer Verlängerung der Einkoppelfläche weg auskragenden Keil oder Konus. Eine solche auskragende Außenkontur erleichtert ein Einführen des Linsenkörpers bei einer Montage, indem sie als eine Führung wirkt. Dies gilt insbesondere im Zusammenwirken mit einer entsprechenden Schablone und/oder einer gegengleichen Hohlkontur bzw. Negativkontur. Die auskragende Kontur ist vorteilhaft einfach urformbar. Beispielsweise kann die Auskragung als ein Steiger oder dergleichen bei einem Urformen verwendet werden. Die Begriffe „Keil“ und „Konus“ enthalten aus Übersichtlichkeitsgründen auch die jeweilige Stumpfform und/oder beispielsweise ein Form mit einer gerundeten Endfläche und/oder eine Form, die aus einem Keil oder Konus und einer anderen Form zusammengesetzt ist, wie ein Zylinder mit konischer Spitze oder ein Keil mit Segmenten verschiedener Steigungen und dergleichen.
In einer weiteren bevorzugten Variante enthält die Außenkontur zumindest einen von etwa der Einkoppelfläche etwa hauptachsenparallel, beispielsweise richtungsmäßig etwa hin zu der Auskoppelfläche, ausgenommenen Keil oder Konus, oder enthält sie zumindest einen von etwa einer Verlängerung der Einkoppelfläche etwa hauptachsenparallel ausgenommenen Keil oder Konus. Eine solche ausgenommene Außenkontur erleichtert ebenfalls ein Einführen des Linsenkörpers bei einer Montage, indem sie als eine Führung wirkt. Dies gilt insbesondere im Zusammenwirken mit einer entsprechenden Führung, wie einer Führungsnase, und/oder einer gegengleichen Vollkontur bzw. Hohlkörperkontur bzw. Positivkontur. Die ausgenommene Kontur ist Linsenmaterial-sparend.
Eine Hohlkontur kann eine Ausnehmung sein. Eine Hohlkörperkontur kann demgegenüber ein dickwandiger und/oder dünnwandiger Körper sein.
In einer weiteren bevorzugten Variante enthält die Außenkontur zumindest einen seitlich an dem Aufweitungsvolumen angeformten oder ausgenommenen Keil oder Konussektor bzw. Konusstumpfsektor. Eine solche ausgenommene Außenkontur erleichtert ebenfalls ein Einführen des Linsenkörpers bei einer Montage, indem sie als eine Führung wirkt. Dies gilt insbesondere im Zusammenwirken mit einer gegengleichen Schablone.
Schablonen können dünnwandig und/oder dickwandig und/oder voll ausgeführt sein. Schablonen können eben oder raumförmig gebildet sein. Schablonen können vorzugsweise Ausnehmungen mit einer geneigten Wandung aufweisen, welche vorzugsweise steiler, gegengleich oder flacher als eine Neigung der Außenkontur ausgeführt ist, wobei eine gegengleiche Neigung einen besonders satten Sitz ermöglicht, und wobei eine steilere oder flachere Neigung eine besonders präzise Positionierung ermöglicht. Überdeckungen (wie „gegengleich und/oder steiler“ oder „zumindest gegengleich“) können im Sinne einer Tolerierung bevorzugbar sein. Eine Schablone kann ein dezidiertes Bauteil sein. Eine Schablone kann ein Abschnitt eines Bauteils sein, wie insbesondere eines Kühlkörpers, einer Fassung und/oder einer Leiterplatte.
Der Linsenkörper kann zumindest ein der Einkoppelfläche mittelbar oder unmittelbar vorgeschaltetes Einkoppelvolumen, beispielsweise einstückig, aufweisen. Das Einkoppelvolumen kann an einen bestimmten Strahlungsquellentyp angepasst sein.
Wenn das Einkoppelvolumen dazu konfiguriert ist, zumindest in einen Winkelbereich um eine Strahlungsquelle herum eine Strahlung einzukoppeln, kann besonders viel Strahlung der Strahlungsquelle direkt, iSv. ohne zwischengeschaltete Streueffekte, eingekoppelt werden, um eine besonders gleichmäßige Strahlengangverteilung zu erreichen.
Vorzugsweise ist das Einkoppelvolumen derart gestaltet, dass die in das Einkoppelvolumen eingekoppelte Strahlung zumindest auch mittels totaler interner Reflexion zu der Auskoppelfläche lenkbar ist. Dieser Effekt kann zumindest in einem Wellenlängenbereich auftreten. Totale interne Reflexion (TIR) verbessert den Anteil direkt einkoppelbarer Strahlengänge, weil der einkoppelnde Winkelbereich um die Strahlungsquelle herum besonders groß wählbar ist. Der TIR-Wellenlängenbereich ist bevorzugt korrespondierend zu einer Durchlässigkeit des Linsenkörper-Materials oder zumindest des jeweiligen Materials des Aufweitungsvolumens und/oder des Einkoppelvolumens gewählt. TIR-Linsen sind beispielsweise bekannt aus DE 102015226633 A1 und DE 102016200157 A .
Der Linsenkörper kann auch ein der Auskoppelfläche nachgeschaltetes Auskoppelvolumen, beispielsweise einstückig, aufweisen.
Dem Linsenkörper kann zumindest ein weiteres optisches Element mit Vorteil nachgelagert angeordnet sein. Beispiele hierfür umfassen eine Sammeloptik, wie eine Linse, insbesondere eine individuelle Sammeloptik eines Linsenkörpers und/oder eine gemeinsame Sammeloptik einer Vielzahl von Linsenkörpern und/oder eine gemeinsame Sekundärlinse. Grundsätzlich ist jede Form einer Optik hier vorsehbar.
Unabhängig oder weiterbildend beanspruchbar ist eine Linsenkörperanordnung mit einer Vielzahl Linsenkörpern, wie vorstehend beschrieben. Dies ermöglicht eine gleichmäßig ausgeleuchtete und pixelierte Strahlungsabgabe. Die Vielzahl kann eine sich in einer, zumindest einer, zwei und/oder zumindest zwei Raumdimensionen erstreckende oder aneinander anschließende Linsenkörper-Vielzahl sein, um ein kontinuierliches pixeliertes Bild zu erzeugen. Vorzugsweise sind die Linsenkörper der Linsenkörperanordnung zueinander festgelegt. Im Übrigen wird auch auf die Vorbeschreibung, insbesondere zu Tapern, verwiesen. Wenn die Linsenkörper einstückig miteinander verbunden sind, ist eine einfache Handhabung möglich. In einem solchen Fall kann vorgesehen sein, dass nur ein Teil der Linsenkörper eine zum Positionieren des Linsenkörpers vorbereitete Außenkontur aufweist, um eine Herstellung zu vereinfachen. Wenn die Linsenkörper nicht einstückig miteinander verbunden sind, können im Sinne einer Gleichteilestrategie Kosten gespart werden. Derselbe Vorteil kann erreicht werden mit getrennt gefertigten und danach einstückig miteinander verbundenen bzw. verbindbaren Linsenkörpern.
Unabhängig beanspruchbar ist eine Leuchte mit einem Linsenkörper gemäß Vorbeschreibung und einer Strahlungsquelle, die angeordnet ist, um die Einkoppelfläche oder ein der Einkoppelfläche vorgeschaltetes Volumen zu bestrahlen.
Die Strahlungsquelle kann eine Strahlung im elektromagnetischen Bereich abgeben. Vorzugsweise ist die Strahlungsquelle eine Lichtquelle, die zumindest auch im sichtbaren Bereich Strahlung emittiert.
Die Lichtquelle kann beispielsweise ausgebildet sein: als eine Glühlampe; als eine Halogenlampe; als eine Entladungslampe; als eine Licht emittierende Diode (LED); als ein Laser; als eine LED oder ein Laser oder eine andere Lichtquelle, die jeweils ein nach dem Prinzip Laser Activated Remote Phosphor (LARP) arbeitendes System sind; als ein nach einem Digital Light Processing (DLP)-Prinzip arbeitender Projektor; als eine IR-Strahlungsquelle; oder als eine andere eine elektromagnetische Strahlung in und/oder teilweise in und/oder nahe bei und/oder teilweise nahe bei dem sichtbaren Bereich abgebende, wiedergebende und/oder erzeugende Vorrichtung.
Eine Entladungslampe kann als High Intensity Discharge (HID) bezeichnet sein, und/oder sie kann beispielsweise eine Gasentladungslampe sein.
Unter einer Licht emittierenden Diode sollen insbesondere eine LED mit einem nachgelagerten Leuchtstoff zur teilweisen Umwandlung von Primärlicht (Emissionslicht der LED) in Sekundärlicht (Konversionslicht des Leuchtstoffs); eine ein warmweißes Licht emittierende LED; eine ein kaltweißes Licht emittierende LED; eine LED, welche in Vollkonversion betrieben wird; eine LED ohne einen nachgelagerten Leuchtstoff; eine pixelierte LED-Matrixanordnung; eine organische LED (OLED) und/oder dergleichen verstanden werden. Weiterbildend kann eine LED eine LED-Anordnung, wie rein beispielsweise eine zum Erzeugen mehrfarbigen Lichts vorbereitete LED-Anordnung, sein. Bevorzugt emittieren die LED-Chips weißes Licht im genormten ECE-Weißfeld der Automobilindustrie, beispielsweise realisiert durch einen blauen Emitter und einen gelb/grünen Konverter.
Bei der LARP-Technologie wird ein von einer Strahlungsquelle meist beabstandet angeordnetes Konversionselement, das einen Leuchtstoff (Hinweis: der Begriff Phosphor umfasst fachsprachlich auch Phosphor-freie Leuchtstoffe) aufweist oder daraus besteht, mit einer Anregungsstrahlung, insbesondere einem Anregungsstrahl oder Pumpstrahl oder Pumplaserstrahl, bestrahlt, insbesondere mit dem Anregungsstrahl einer Laserdiode. Die Anregungsstrahlung wird vom Leuchtstoff zumindest teilweise absorbiert und zumindest teilweise in eine Konversionsstrahlung oder in ein Konversionslicht umgewandelt, deren Wellenlängen und somit spektralen Eigenschaften und/oder Farbe durch die Konversionseigenschaften des Leuchtstoffs bestimmt wird. Bei der Down-Konversion wird die Anregungsstrahlung der Strahlungsquelle durch den bestrahlten Leuchtstoff in eine Konversionsstrahlung mit längeren Wellenlängen als die Anregungsstrahlung konvertiert. Beispielsweise kann so mit Hilfe des Konversionselements eine blaue Anregungsstrahlung, insbesondere ein blaues Laserlicht, in eine rote und/oder grüne und/oder gelbe Konversionsstrahlung konvertiert werden. Bei einer teilweisen Konversion ergibt dann beispielsweise eine Überlagerung eines nichtkonvertierten blauen Anregungslichts und eines gelben Konversionslichts ein weißes Nutzlicht.
Das Konversionselement ist üblicherweise mit einem Substrat verbunden, und es bildet dann zusammen mit dem Substrat einen Konverter. Der Konverter kann hierbei transmittierend ausgestaltet sein, wobei jeweils eine Einkoppelseite und eine Auskoppelseite des Konversionselements für die Strahlung vorgesehen sind. Alternativ kann der Konverter als reflektiver Konverter ausgestaltet sein, wobei eine Seite als Ein- und Auskoppelseite dient. Hierbei ist das Substrat vorzugsweise reflektierend ausgebildet.
Eine IR-Strahlungsquelle kann insbesondere eine IR-Laserdiode sein.
Unabhängig beanspruchbar ist auch eine Leuchtenanordnung mit einer Vielzahl ein- oder zweidimensional nebeneinander angeordneter Linsenkörper und einer Vielzahl Strahlungsquellen, die jeweils angeordnet sind, um die Einkoppelfläche oder ein der Einkoppelfläche vorgeschaltetes Volumen eines der Linsenkörper zu bestrahlen. Anstelle der Vielzahl an Linsenkörpern kann eine Linsenkörperanordnung nach Vorbeschreibung vorgesehen sein. Vorzugsweise sind die Linsenkörper und die Strahlungsquellen einander zugeordnet bzw. geometrisch einander zugeordnet.
Unabhängig beanspruchbar ist ein Scheinwerfer mit einer Leuchte oder einer Leuchtenanordnung nach Vorbeschreibung, wobei der Linsenkörper und die Strahlungsquelle oder die Linsenkörper und die Strahlungsquellen durch ein Zusammenwirken der zumindest einen Außenkontur mit einer Schablone, die zu der Strahlungsquelle oder den Strahlungsquellen festgelegt ist, zueinander positioniert ist. Die Schablone kann eine Lehre sein. Eine Schablone bzw. Lehre hat beispielsweise den folgenden Vorteil: Für bestimmte Anwendungsszenarien ist eine Referenz-Betriebstemperatur vorgegeben. Beispielsweise ist für eine Anwendung im Motorraum eine Fahrzeugs eine Referenz-Betriebstemperatur von ca. 70-85 °C vorgegeben. Bei höheren Temperaturen, beispielsweise bei bis +125°C, kann sich ein Linsenkörper aus Silikon stark ausdehnen; ein „starkes Ausdehnen“ kann ein Ausdehnen über 50-100 µm sein. Dadurch nachteilieg der Taper bzw. Linsenkörper auf eine LED-Leuchtfläche drücken Außerdem mit einer Annäherung der Einkoppeloptik zu der Strahlungsquelle eine Einkoppeleffizienzverschlechterung einhergehen. Diesem Problem kann durch eine temperaturkompensierte Aufhängung begegnet werden. Im Vergleich mit einer solchen temperaturkompensierten Aufhängung ist die Verwendung der Schablone einfacher, da durch die Schablone sich der Linsenkörper (bspw. ein Silikon-Taper) nicht in Richtung der Strahlungsquelle (bspw. LED) ausdehnen kann, sondern bspw. nur das Einkoppelvolumen (bspw. die Einkoppellinse), welches (welche) einen kleineren Temperaturgang aufweist. Durch die Schablone kann eine Ausdehnungs-unabhängige Referenzierung der Einkoppelfläche erreicht werden.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Die Figuren zeigen schematisch:

1 einen Linsenkörper gemäß einer ersten Ausführungsform in einer Seitenansicht,
2 einen Linsenkörper gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer Seitenansicht,
3 einen Linsenkörper gemäß einer dritten Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht,
4 einen Linsenkörper gemäß einer vierten Ausführungsform in einer perspektivischen durchscheinenden Ansicht
5 einen Linsenkörper gemäß einer fünften Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht,
6 einen Linsenkörper gemäß einer sechsten Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht, und
7 einen Scheinwerfer mit dem Linsenkörper der dritten Ausführungsform.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Gleiche Elemente sind über die Figuren und Ausführungsformen hinweg mit denselben Bezugszeichen versehen. Auf eine erneute Beschreibung gleicher Merkmale wird größtenteils verzichtet. Merkmale der einen Ausführungsform können auch in der anderen Ausführungsform enthalten sein, sie sind also untereinander, auch auszugsweise, austauschbar.
Die 1 zeigt einen einstückigen Linsenkörper 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Der Linsenkörper 1 umfasst ein Aufweitungsvolumen 2 mit einer Einkoppelfläche 4 und einer Auskoppelfläche 6. Das Aufweitungsvolumen 2 wird peripher zu einer durch die Koppelflächen 4,6 definierten Hauptachse 8, die eine optische Hauptlinie ist, durch Randflächen 10 begrenzt. Die Einkoppelfläche 4 ist betragsmäßig kleiner als die Auskoppelfläche, wobei beide etwa parallel sind, sodass sich eine Keilform ergibt, welche fachsprachlich ein Taper genannt wird.
Die Randflächen 10 umfassen als gestrichelte Linie dargestellte Randflächenabschnitte 12, welche vorliegend optisch relevante Begrenzungsflächen sind, welche vorliegend für eine totale interne Reflexion für von der Einkoppelfläche 4 zu der Auskoppelfläche 6 zu leitende (nicht dargestellten) Strahlengänge vorgesehen sind. Die Randflächenabschnitte 12 sind zu der Auskoppelfläche 6 benachbart und grenzen gar an diese an.
Die Randflächen 10 umfassen auch als volle Linie dargestellte Randflächenabschnitte 14, welche vorliegend optisch nicht relevante Begrenzungsflächen sind, welche vorliegend daher nicht für beispielsweise eine totale interne Reflexion für von der Einkoppelfläche 4 zu der Auskoppelfläche 6 zu leitende (nicht dargestellten) Strahlengänge vorgesehen sind. Unter einer optisch nicht relevanten Begrenzungsfläche kann eine Begrenzungsfläche verstanden werden, welche nicht zum total intern reflektierenden, vorzugsweise nicht zum intern reflektierenden, bevorzugt nicht zum reflektierenden Lenken von Strahlungsbündeln vorgesehen bzw. konfiguriert ist. Der Begriff „optisch nicht relevant“ kann aber dennoch optische Effekte einschließen, wie dass die Begrenzungsflächen 14 streuend Strahlung lenken können.
Bei der ersten Ausführungsform sind die Randflächenabschnitte 14 jeweils ein Teil einer rechten und linken Außenkontur 16, die zum Positionieren des Linsenkörpers vorbereitet ist. Also liegt eine Vielzahl von Außenkonturen 16 vor. Bei der ersten Ausführungsform ist ein Restbereich 46 im Wesentlichen auf die Flächen der jeweiligen Außenkontur 16 beschränkt.
Der Einkoppelfläche 4 vorgeschaltet ist ein Einkoppelvolumen 18 mit einer zur totalen internen Reflexion vorbereiteten Form, das auch als eine TIR-Einkoppelstruktur oder TIR-Linse oder dergleichen bezeichnet sein kann. Indem die TIR-Einkoppelstruktur verwendet wird, werden von einer geeignet angeordneten Strahlungsquelle abgebbare Strahlengänge derart zumindest zur Einkoppelfläche 4 und vorliegend dort hindurch weiter zur Auskoppelfläche 6 gelenkt, dass die Randflächenabschnitte 14 nicht zum reflektierenden Lenken verwendet werden. Mit anderen Worten, vorliegend wird durch das als TIR-Einkoppelstruktur gebildete Einkoppelvolumen 18 erreicht, dass die Randflächenabschnitte 14 nicht zum totalen internen Reflektieren vorgesehen sind. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt, ein Einkoppelvolumen 18, insbesondere eine TIR-Einkoppelstruktur, dazu zu verwenden, einen zu dem Aufweitungsvolumen 2 benachbarten Restbereich 46 mit einer Außenkontur 16 zu erzeugen.
Die 2 zeigt einen einstückigen Linsenkörper 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Randflächen 10 sind im Vergleich zu der ersten Ausführungsform steiler gebildet, wobei die Koppelflächen 4, 6 und das Einkoppelvolumen 18 vergleichbar groß geblieben sind.
Dies hat zur Folge, dass das Verhältnis der Randflächenabschnitte 12, 14 untereinander gegenüber der ersten Ausführungsform deutlich verschoben ist, sodass die als Außenkontur 16 nutzbaren Randflächen 14 einen sehr hohen Anteil haben. Gleichzeitig ist eine Bodenfläche 20 des Linsenkörpers 2 gegenüber der ersten Ausführungsform deutlich verbreitert.
Der Restbereich 46 bei der zweiten Ausführungsform umfasst rechts und links jeweils ein Restvolumen 22, welches zeichnerisch von dem Aufweitungsvolumen 2 mit einer gestrichenen Linie abgegrenzt ist. Als jeweilige Außenkontur 16 zum Positionieren des Linsenkörpers sind die an das Restvolumen 22 anliegenden Außenflächen Randflächenabschnitte 14 und Bodenfläche 20 vorhanden.
Mit anderen Worten, der Linsenkörper 1 weist in dem Aufweitungsvolumen 2 und den Restvolumina 22 eine geneigtkastenförmige Grund-Außenkontur 16 auf. Die somit gebildete breitere Form des Tapers bzw. des Linsenkörpers 1 gemäß der zweiten Ausführungsform hat gegenüber der Form gemäß der ersten Ausführungsform den Vorteil einer erhöhten Stabilität.
Der Linsenkörper 1 der zweiten Ausführungsform ist insbesondere mit einer hier nicht weiter dargestellten LED-Strahlungsquelle nutzbar, deren lange Achse (iSv. Abstrahlcharakteristik) in der Zeichnungsebene der 2 liegt.
Die 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Darstellung. Zu sehen ist die im Wesentlichen keilförmige Taper-Gestalt eines einstückigen Linsenkörpers 1 mit dem vorgeschalteten Einkoppelvolumen 18. Von der etwa in Verlängerung der Einkoppelfläche 4 angeordneten Bodenfläche 20 kragen zwei je Konusstümpfe 24 parallel zur Hauptachse 8 aus. Die Konusstümpfe 24 wirken jeweils als Referenzierelemente beim Positionieren des Linsenkörpers 1. Das Volumen des jeweiligen Konusstumpfs 24 ist mit dem jeweiligen (hier: rechten oder linken) Restvolumen 22 verbunden und zählt zu diesem hinzu. Die Oberflächen der Konusstümpfe 24 zählen zu den Außenkonturen 16 hinzu.
Die 4 zeigt einen einstückigen Linsenkörper 1 einer vierte Ausführungsform der Erfindung. Im Gegensatz zu den von der Bodenfläche 20 auskragenden Konusstümpfen 24 der dritten Ausführungsform sind zwei von der Bodenfläche 20 aus hin zu der Auskoppelfläche 6 parallel zu der Hauptachse 8 ausgenommene Hohlkonusstümpfe 26 vorgesehen. Um einen Strahlengang von der Einkoppelfläche 4 zur Auskoppelfläche 6 zu ermöglichen, ist bevorzugt, dass die Hohlkonusstümpfe 26 sich jeweils nur in einem Restvolumen 22 befinden, bzw. dass sie nicht über den jeweiligen optisch nicht relevanten Restbereich hinausragen.
Die 5 zeigt anhand einer fünften Ausführungsform der Erfindung einen einstückigen Linsenkörper 1 mit den Teilvolumina Aufweitungsvolumen 2, der (hier perspektivisch nicht dargestellten) Einkoppelfläche 4 vorgeschaltetes Einkoppelvolumen 18 und den beiden Restvolumina 22. Die Restvolumina 22 weisen jeweils die schon seit der zweiten Ausführungsform bekannte, als „geneigt-kastenförmig“ bezeichenbare Außenkontur 16 bzw. Grund-Außenkontur auf. Darüber hinaus ist in zueinander bezüglich der Hauptachse 8 gegenüberliegenden Seitenflächen 28 jeweils hin zur Hauptachse 8 eine Ausnehmung 30 eingebracht. Die Ausnehmungen 30 haben eine hohle Keilstumpfform, und sie münden mit ihrem auf die Ausnehmung bezogen breiten Ende 32 in die Bodenfläche 20. Die jeweilige Oberfläche der Ausnehmung 30 ist Teil der Außenkontur 16. Die Neigung des keilstumpfförmigen Ausnehmung 30 korrespondiert somit zu der Neigung des Aufweitungsvolumens 2, und zwar derart, dass der Linsenkörper 1 hin zu einem vorderen Ende gespitzt ist, welches durch das vorgeschaltete Einkoppelvolumen definiert wird. Mit anderen Worten, die Form des Linsenkörpers 1 weist eine Vielzahl an Neigungen auf, welche einer Ausformschräge vergleichbar orientiert sind, auch wenn diese Neigungen nicht zum Ausformen vorgesehen sein müssen. Die Neigungen befördern ein einfaches Positionieren.
Die 6 zeigt einen weiteren einstückigen Linsenkörper 1 einer sechsten Ausführungsform, welcher wieder die „geneigt-kastenförmige“ Grund-Außenkontur 16 aufweist. Seitlich kragen Keilstümpfe 34 aus, deren auf das Volumen bezogen breites Ende 36 in eine Ebene mit der Auskoppelfläche 6 liegt, und deren schmales Ende 38 in die Bodenfläche 20 mündet. Die optisch wirksame Fläche 10,12 ist hier nicht eingezeichnet, schließt sich aber wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen gezeigt an die optisch nicht wirksame Fläche 22, 46 an.
Die 7 zeigt schließlich als eine siebte Ausführungsform der Erfindung einen Scheinwerfer 40 aufweisend einen Linsenkörper 1 entsprechend der dritten Ausführungsform, eine Strahlungsquelle 42, die als LED ausgebildet ist, und eine Schablone 44 bzw. Lehre. Die Schablone 44 ist zu der Strahlungsquelle 42 mechanisch festgelegt. Die Schablone 44 ist eine zu der Außenkontur 16 zumindest teilweise gegengleiche Geometrie, und sie positioniert im Zusammenwirken mit der Außenkontur 16 den Linsenkörper 1 relativ zu der Strahlungsquelle 42.
Die Offenbarung zeigt somit einen Linsenkörper 1 mit einem Aufweitungsvolumen 2, das zum Aufweiten eines in eine Einkoppelfläche 4 einkoppelbaren Strahlengangbündels hin zu einer Auskoppelfläche 6 konfiguriert ist, und zumindest einem zu dem Aufweitungsvolumen 2 benachbarten Restbereich 46, wobei der Restbereich 46 zumindest eine zum Positionieren des Linsenkörpers 1 vorbereitete Außenkontur 16 aufweist.
Bezugszeichenliste

Linsenkörper	1
Aufweitungsvolumen	2
Einkoppelfläche	4
Auskoppelfläche	6
Hauptachse	8
Randfläche	10
Randflächenabschnitt	12
Randflächenabschnitt	14
Außenkontur	16
Einkoppelvolumen	18
Bodenfläche	20
Restvolumen	22
Konusstumpf	24
Hohlkonusstumpf	26
Seitenfläche	28
Ausnehmung	30
breites Ende	32
Keilstumpf	34
breites Ende	36
schmales Ende	38
Scheinwerfer	40
Strahlungsquelle	42
Schablone	44
Restbereich	46

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015226633 A1 [0027]
DE 102016200157 A [0027]

Claims

Linsenkörper mit einem Aufweitungsvolumen (2), das zum Aufweiten eines in eine Einkoppelfläche (4) einkoppelbaren Strahlengangbündels hin zu einer Auskoppelfläche (6) konfiguriert ist, und zumindest einem zu dem Aufweitungsvolumen (2) benachbarten Restbereich (46), wobei der Restbereich zumindest eine zum Positionieren des Linsenkörpers (1) vorbereitete Außenkontur (16) aufweist.
Linsenkörper gemäß dem Anspruch 1, wobei das Aufweitungsvolumen (2) in einem Abschnitt (12) dazu konfiguriert ist, zumindest einen Teil einer Strahlung von der Einkoppelfläche (4) mittels totaler interner Reflexion zu der Auskoppelfläche (6) zu leiten
Linsenkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Außenkontur (16) zum festlegenden Positionieren des Linsenkörpers (1) an einer gegengleichen Geometrie (44) gestaltet ist.
Linsenkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, aufweisend eine Vielzahl von Außenkonturen (16).
Linsenkörper gemäß dem Anspruch 4, wobei die Außenkonturen (16) zu der Einkoppelfläche (4) in einer Symmetriebeziehung stehen.
Linsenkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Außenkontur (16) eine Neigung aufweist.
Linsenkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Außenkontur (16) zumindest ein von etwa der Einkoppelfläche (4) oder einer Verlängerung (20) davon weg auskragender Keil oder Konus (24) ist.
Linsenkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Außenkontur (16) zumindest ein von etwa der Einkoppelfläche (4) oder einer Verlängerung (20) davon etwa parallel zu einer Hauptachse (8) ausgenommener Keil (30) oder Konus (26) ist.
Linsenkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Außenkontur (16) zumindest ein seitlich des Aufweitungsvolumens angeformter oder ausgenommener Keil (30, 34) oder Konussektor ist.
Linsenkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, aufweisend zumindest ein der Einkoppelfläche (4) mittelbar oder unmittelbar vorgeschaltetes Einkoppelvolumen (18) .
Linsenkörper gemäß dem Anspruch 10, wobei das Einkoppelvolumen (18) dazu konfiguriert ist, zumindest in einen Winkelbereich um eine Strahlungsquelle (42) herum eine Strahlung einzukoppeln, und die in das Einkoppelvolumen (18) eingekoppelte Strahlung zumindest auch mittels totaler interner Reflexion zu der Einkoppelfläche (4) zu lenken.
Linsenkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, aufweisend ein der Auskoppelfläche (6) nachgeschaltetes Auskoppelvolumen.
Leuchte mit einem Linsenkörper (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 und einer Strahlungsquelle (42), die angeordnet ist, um die Einkoppelfläche (4) oder ein der Einkoppelfläche (4) vorgeschaltetes Volumen (18) zu bestrahlen.
Leuchtenanordnung mit einer Vielzahl ein- oder zweidimensional nebeneinander angeordneter Linsenkörper (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 und einer Vielzahl Strahlungsquellen (42), die jeweils angeordnet sind, um die jeweilige Einkoppelfläche (4) oder ein der jeweiligen Einkoppelfläche (4) vorgeschaltetes Volumen (18) eines der Linsenkörper (1) zu bestrahlen.
Scheinwerfer mit einer Leuchte nach Anspruch 13 oder einer Leuchtenanordnung nach Anspruch 14, wobei der Linsenkörper (1) und die Strahlungsquelle (42) oder die Linsenkörper (1) und die Strahlungsquellen (42) durch ein Zusammenwirken der zumindest einen Außenkontur (16) mit einer Schablone (44), die zu der Strahlungsquelle (42) oder den Strahlungsquellen (42) festgelegt ist, zueinander positioniert werden.