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Die Erfindung geht aus von einer Optik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einer optischen Anordnung, sowie einem Scheinwerfer.
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Optiken oder Primärlinsen für Fahrzeugbeleuchtungen werden häufig als Lichtleiter oder Taper ausgeführt. Das sind geometrische Formen, welche eine Einkoppelfläche und eine Auskoppelfläche für Strahlung einer Lichtquelle aufweisen. Durch die aus der Auskoppelfläche ausgekoppelte Strahlung wird dann ein gewünschtes Lichtbild, beispielsweise auf einer zu bestrahlenden Fläche, erzeugt. Für eine Matrixbeleuchtung werden mehrere Lichtleiter nebeneinander, beispielsweise in einer oder mehreren Reihe/n, angeordnet, beispielsweise in 5 Reihen mit je 9 Lichtleitern (5x9), oder 4x30, oder 3x28. Um das gewünschte Lichtbild zu erzeugen werden die Auskoppelflächen der Lichtleiter von einer nachgeschalteten Linse oder Sekundärlinse abgebildet. Zum Erzielen einer möglichst scharfen Abbildung der Strahlung auf der zu bestrahlenden Fläche und zum Vermeiden von Übersprechen zwischen den einzelnen Lichtleitern, werden die Auskoppelflächen der einzelnen Lichtleiter auf einer Bildebene der Linse angeordnet. Aufgrund der Krümmung dieser Bildebene der Linse werden die Lichtleiter sehr lange ausgestaltet, wenn ihre Einkoppelflächen in einer gemeinsamen Ebene liegen. Hierdurch können die Auskoppelflächen in der Bildebene der Linse liegen. Dadurch weist die Optik jedoch einen hohen Bauraumbedarf auf.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Optik zu schaffen, welche bauraumsparend ausgestaltet ist und/oder verbesserte Leuchteigenschaften aufweist. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung, eine bauraumsparende, optische Anordnung mit vorzugsweise verbesserten Leuchteigenschaften zu schaffen, sowie einen Scheinwerfer.
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Diese Aufgabe wird gelöst hinsichtlich einer Optik gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, hinsichtlich einer optischen Anordnung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7 und hinsichtlich eines Scheinwerfers gemäß den Merkmalen des Anspruchs 9.
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Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich jeweils in den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß ist eine Optik vorgesehen, die zumindest eine Mehrzahl oder eine Vielzahl von Lichtleitern aufweisen kann. Dabei kann für jeden Lichtleiter eine jeweilige Lichtquelle vorgesehen sein. Es ist auch denkbar, dass eine Lichtquelle für mehrere Lichtleiter vorgesehen ist. Die Lichtleiter können jeweils eine Einkoppelfläche und eine Auskoppelfläche aufweisen. Dabei kann die Strahlung der zumindest einen Lichtquelle in die jeweilige Einkoppelfläche des Lichtleiters einkoppeln und aus dessen jeweiliger Auskoppelfläche auskoppeln. Mit Vorteil kann die Auskoppelfläche zumindest eines Lichtleiters oder eines Teils der Lichtleiter, insbesondere im Wesentlichen, in einer Bildebene einer, der Optik nachgeschalteten, insbesondere bikonvexen, Linse angeordnet sein. Zusätzlich kann eine Auskoppelfläche zumindest eines weiteren Lichtleiters oder eines Teils der weiteren Lichtleiter außerhalb der Bildebene der Linse in Richtung der ihr zugeordneten Lichtquelle versetzt sein.
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Diese Lösung hat den Vorteil, dass die Optik im Vergleich zu einer Optik aus dem Stand der Technik bauraumtechnisch kleiner ausgestaltet werden kann. Ist beispielsweise eine bikonvexe Linse nachgeschaltet, so ist deren Bildebene gekrümmt. Es ist dann vorrichtungstechnisch aufwändig, alle Auskoppelflächen, wie im Stand der Technik, in der Bildebene anzuordnen. Liegen alle Einkoppelflächen in einer Ebene, so weisen die Lichtleiter eine unterschiedliche Länge auf, da ein Abstand zwischen der Einkoppelfläche und der Auskoppelfläche aufgrund der Krümmung der Bildebene bei den Lichtleitern unterschiedlich ist. Liegt nun zumindest eine Auskoppelfläche eines Lichtleiters außerhalb der Bildebene, so kann dieser kürzer ausgestaltet werden, wodurch Bauraum gespart werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Optik muss somit eine Kontur der Bildebene der Linse nicht für alle Auskoppelflächen der jeweiligen Lichtleiter übernommen werden. Dadurch kann vorteilhafterweise für ein ausgegebenes Lichtbild, insbesondere in einem Bereich um die optische Hauptachse, eine im Vergleich zum Stand der Technik gleichbleibend hohe Auflösung erzielt werden, während der Bauraumbedarf verringert werden kann.
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Die Auskoppelflächen des/der Lichtleiter, die außerhalb der Bildebene liegt/liegen, sind in Strahlungsrichtung gesehen vorzugsweise zwischen der Bildebene und den Einkoppelflächen angeordnet.
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Die Lichtleiter können, insbesondere etwa, kegelstumpfförmig ausgestaltet sein. Sie können sich dabei von ihrer jeweiligen Einkoppelfläche zu ihrer jeweiligen Auskoppelfläche verbreitern. Die Lichtleiter können einen kreisförmigen, elliptischen oder polygonalen Querschnitt aufweisen. Vorzugweise sind die Querschnitte der Lichtleiter quadratisch oder rechteckig. Dadurch kann vorteilhafterweise ein gewünschtes Lichtbild, beispielsweise ein Pixel pro Lichtleiter erzeugt werden.
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Pixelierte Lichtquellen ermöglichen ein adaptives Scheinwerfersystem, bei dem ein Scheinwerferlicht und insbesondere ein Fernlicht aktiv gesteuert werden kann, um beispielsweise ein Blenden einer Person, beispielsweise eines Fahrers eines entgegenkommenden Fahrzeugs, zu verhindern oder Objekte neben der Straße anzuleuchten. Solch ein blendfreies und intelligentes Fernlicht wird auch als ADB (Adaptive Driving Beam oder Advanced Driving Beam) bezeichnet. In Kombination mit einem Kamerasystem und einer bildverarbeitenden Elektronik, können beispielsweise Gegenverkehr und/oder vorausfahrende Fahrzeuge erkannt werden. Anschließend können die Lichtquellen zumindest bereichsweise abgeblendet werden. Hierdurch ist denkbar, beispielsweise dauerhaft mit „Fernlicht“ zu fahren, ohne andere Verkehrsteilnehmer zu blenden, beispielsweise wenn bestimmte Bedingungen vorliegen. Als Bedingung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Fahrzeug außer Orts fährt und/oder eine Geschwindigkeit von über 50 km/h aufweist. Andere Bedingungen sind ebenso denkbar. Neben anderen Verkehrsteilnehmern können auch Gegenstände, wie beispielsweise Schilder, lokal aus- oder eingeblendet werden.
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Mit Vorteil können die Lichtleiter matrixartig in einer Zeile benachbart nebeneinander oder in mehreren Zeilen benachbart angeordnet sein. Die Lichtleiter können dabei etwa symmetrisch bezüglich einer optischen Hauptachse der Optik angeordnet sein. Die Auskoppelflächen der jeweils benachbarten Lichtleiter können dann aneinander angrenzen. Dadurch kann vorteilhafterweise eine bauraumsparende Ausführung der Optik, beispielsweise mit einer Vielzahl von Lichtleitern, ermöglicht sein.
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Die jeweiligen Einkoppelflächen der Lichtleiter können in einer Ebene angeordnet sein. Diese kann beispielsweise senkrecht zu der optischen Hauptachse der Optik stehen.
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Die jeweilige/n Auskoppelfläche/n des zumindest einen Lichtleiters oder des Teils der Lichtleiter, welche beispielsweise benachbart zu der optischen Hauptachse und/oder innerhalb eines bestimmten Abstands zu der optischen Hauptachse, angeordnet sind, kann/können dann auf der Bildebene der, der Optik nachgeschalteten, Linse angeordnet sein. Der Abstand kann dabei quer zur optischen Hauptachse und/oder in Richtung einer Zeile der Lichtleiter definiert sein. Die jeweilige/n Auskoppelfläche/n des zumindest einen Lichtleiters oder des Teils der Lichtleiter, welcher/welche von der optischen Hauptachse weiter beabstandet als der bestimmte Abstand angeordnet ist/sind, kann/können dann mit Vorteil nicht auf der Bildebene der Linse angeordnet sein. Somit können die Lichtleiter, welche beabstandet von der optischen Hauptachse angeordnet sind, bauraumtechnisch kürzer ausgestaltet werden, im Vergleich zum Stand der Technik. Dadurch kann vorteilhafterweise eine Bauhöhe in Strahlungsrichtung gesehen und somit der Bauraumbedarf der Optik verringert werden. Weiter vorteilhafterweise kann somit, im Bereich der optischen Hauptachse, beispielsweise in einem Zentrum der Optik, eine hohe Auflösung für eine zu beleuchtende Fläche ohne Übersprechen der einzelnen Lichtleiter bereitgestellt werden. In einem Randbereich der Optik, benachbart von der optischen Hauptachse, wird eine geringere Auflösung mit geduldetem Übersprechen erzielt, da die Auskoppelflächen außerhalb der Bildebene liegen. Wenn die Optik beispielsweise in einem Fahrzeugscheinwerfer vorgesehen ist, kann beispielsweise eine Fahrbahn oder ein mittiger Bereich der Fahrbahn mit hoher Auflösung ausgeleuchtet werden, während ein Randbereich der Fahrbahn mit niedrigerer Auflösung ausgeleuchtet wird. Vorteilhafterweise können somit Herstellungskosten und Montagekosten der Optik verringert werden, da diese kleiner ausgestaltet werden kann. Die Optik kann beispielsweise aus Glas, Silikon, PMMA oder anderen transparenten Kunststoffen sowie aus einer transparenten Keramik, beispielsweise Aluminium-Nitrid, Saphir oder Magnesiumoxid, hergestellt sein. Silikonlinsen können einfach und kostengünstig durch ein Spritzgussverfahren einstückig hergestellt werden.
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Die Lichtquellen können beispielsweise als Licht emittierende Dioden (LEDs) ausgebildet sein. Eine LED oder Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten LED oder in Form mindestens eines LED-Chips, der eine oder mehrere Leuchtdioden aufweist, oder in Form einer Mikro-LED, vorliegen. Es können mehrere LED-Chips auf einem gemeinsamen Substrat („Submount“) montiert sein und eine LED bilden oder einzeln oder gemeinsam beispielsweise auf einer Platine (beispielsweise FR4, Metallkernplatine) befestigt sein („CoB“ = Chip on Board). Die mindestens eine LED kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, beispielsweise mit mindestens einer Fresnel-Linse oder einem Kollimator. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen LEDs, beispielsweise auf Basis von AlInGaN oder InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, beispielsweise Polymer-OLEDs) einsetzbar. Die LED-Chips können direkt emittierend sein oder einen vorgelagerten Leuchtstoff aufweisen. Alternativ kann die lichtemittierende Komponente eine Laserdiode oder eine Laserdiodenanordnung sein. Denkbar ist auch eine OLED-Leuchtschicht oder mehrere OLED-Leuchtschichten oder einen OLED-Leuchtbereich vorzusehen. Die Emissionswellenlängen der lichtemittierenden Komponenten können im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich liegen. Die lichtemittierenden Komponenten können zusätzlich mit einem eigenen Konverter ausgestattet 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.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin eine optische Anordnung vorgesehen, welche die Optik und die weitere Linse aufweisen kann. Die Linse kann bevorzugt auf der optischen Hauptachse der Optik angeordnet sein. Mit Vorteil ist die Linse derart von der Optik beabstandet angeordnet, dass die jeweilige Auskoppelfläche eines Lichtleiters oder eines Teils der Lichtleiter der Optik, insbesondere welche im Bereich benachbart zu der optischen Hauptachse angeordnet sind, auf der Bildebene der Linse liegt. Die jeweilige Auskoppelfläche eines weiteren Lichtleiters oder eines weiteren Teils der Lichtleiter, insbesondere weleher in dem Bereich beabstandet von der optischen Hauptachse angeordnet ist, ist dann bevorzugt nicht auf der Bildebene der Linse angeordnet. Daraus ergibt sich der oben bereits beschriebene Vorteil, dass im Bereich der optischen Hauptachse der Optik eine scharfe Auflösung für ein Lichtbild erreichbar ist, während zugleich eine bauraumsparende, kostengünstige Optik eingesetzt ist.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Scheinwerfer vorgesehen. Dieser kann vorteilhafterweise die Optik und/oder die optische Anordnung gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte aufweisen.
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Der Scheinwerfer kann beispielsweise in einem Fahrzeug vorgesehen sein, insbesondere als Fahrzeugscheinwerfer. Weitere Anwendungsbereiche können beispielsweise Scheinwerfer für Effektlichtbeleuchtungen, Entertainmentbeleuchtungen, Architainmentbeleuchtungen, Allgemeinbeleuchtung, medizinische und therapeutische Beleuchtung, Beleuchtungen für den Gartenbau, Horticulture oder ähnliches sein.
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Das Fahrzeug kann ein Luftfahrzeug oder ein wassergebundenes Fahrzeug oder ein landgebundenes Fahrzeug sein. Das landgebundene Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug oder ein Fahrrad sein. Besonders bevorzugt ist das Fahrzeug ein Lastkraftwagen oder ein Personenkraftwagen oder ein Kraftrad. Das Fahrzeug kann des Weiteren als nicht-autonomes oder teil-autonomes oder autonomes Fahrzeug ausgestaltet sein.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die einzige Figur zeigt in einem Längsschnitt eine optische Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Gezeigt ist eine optische Anordnung 1 mit einer Optik 2 und einer Linse oder Sekundärlinse 4, wobei deren optische Hauptachsen 6 koaxial zueinander angeordnet sind. Die Sekundärlinse 4 ist als bikonvexe Sammellinse ausgestaltet. Eine Sekundärlinse kann auch als achromatische Linsenanordnung ausgeführt sein. Die Optik 2 weist einen Verbindungsabschnitt 8 und mehrere, insbesondere zehn, Lichtleiter 10 bis 28 auf, die sich vom Verbindungsabschnitt 8 weg erstrecken. Diese sind symmetrisch bezüglich der optischen Hauptachse 6 in einer Reihe angeordnet. Die Lichtleiter 10 bis 28 sind jeweils etwa kegelstumpfförmig ausgestaltet und verbreitern sich von ihrer jeweiligen Einkoppelfläche 30 zu ihrer jeweiligen Auskoppelfläche 32, exemplarisch in der Figur am Beispiel des Lichtleiters 28 mit Bezugszeichen versehen. Die jeweiligen Auskoppelflächen 32 der Lichtleiter 10 bis 28 münden in den Verbindungsabschnitt 8. Die Lichtleiter 10 bis 28 sind in einer Reihe benachbart angeordnet, so dass sich die jeweiligen Auskoppelflächen 32 zweier jeweils benachbarter Lichtleiter 10 bis 28 berühren oder aneinander angrenzen. Die jeweilige Einkoppelfläche 30 ist auf einer der Sekundärlinse 4 abgewandten Seite des Verbindungsabschnitts 8 der Optik 2 angeordnet. Licht emittierende Dioden (LEDs) 34, von denen der Einfachheit halber nur eine mit einem Bezugszeichen versehen ist, sind derart angeordnet, dass durch sie Licht in die jeweilige Einkoppelfläche 32 der Lichtleiter 10 bis 28 einkoppelbar ist. Insbesondere ist gegenüberliegend von einer jeweiligen Einkoppelfläche 30 eine jeweilige LED 34 vorgesehen. Die Lichtleiter weisen hier eine Länge von, insbesondere etwa, 10 bis 15 mm auf, und damit deutlich kürzer als sonstige im Stand der Technik verwendeten Lichtleiter-Matrix-Anordnungen, bei welchen eine Längenausdehnung insbesondere etwa, 25 mm beträgt.
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Die Lichtleiter 10, 12, 26 und 28, welche von der optischen Hauptachse 6 der Optik 2 weiter als ein bestimmter Abstand X, quer zur Hauptachse 6 gesehen, beabstandet angeordnet sind, sind derart ausgestaltet, dass ihre jeweilige Auskoppelfläche 32 außerhalb einer Bildebene 36 der Sekundärlinse 4 liegt. Die Bildebene ist bevorzugt sphärisch ausgebildet, kann aber auch elliptisch oder freiförmig sein. Diese Auskoppelflächen 32 bilden einen ebenen Übergang zwischen den Lichtleitern 10, 12, 26, 28 und dem Verbindungsabschnitt 8 der Optik 2 und liegen in einer gemeinsamen Ebene, die sich quer zur optischen Hauptachse in einer gemeinsamen Richtung erstreckt.
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Die Lichtleiter 14 bis 24, welche benachbart zu der optischen Hauptachse 6, mit einem Abstand kleiner als X, angeordnet sind, sind derart ausgestaltet, dass ihre jeweilige Auskoppelfläche 32 auf der Bildebene 36 der Sekundärlinse 4 liegt. Als eine jeweilige Auskoppelfläche 32 wird eine Fläche definiert, welche beide Endpunkte eines Lichtleiters verbindet, also da, wo sich zwei Taper zum ersten Mal berühren. Sie kann eben oder gekrümmt ausgeführt sein.
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Der Verbindungsabschnitt 8 der Optik 2 ist dabei so ausgestaltet, dass er auf einer zur Linse 4 weisenden Seite eine ebene Lichtauskoppelfläche 38 hat, welche senkrecht zu der optischen Hauptachse 6 angeordnet ist. Die Lichtauskoppelfläche 38 kann auch optische Strukturen aufweisen, beispielsweise Mikrolinsen.
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Beabstandet von der optischen Hauptachse 6 mit einem Abstand größer als X, quer zur Hauptachse 6 gesehen, hat der Verbindungsabschnitt 8 jeweils einen Abschnitt 40 und 42, an denen die jeweiligen Auskoppelflächen 32 der dort mündenden Lichtleiter 10, 12, 26, 28 eben ausgestaltet sind. Innerhalb des Abstands X, zur optischen Hauptachse 6 hin gesehen, hat der Verbindungsabschnitt 8 einen Abschnitt 44, bei dem die jeweiligen Auskoppelflächen 32 der Lichtleiter 14 bis 24 einem Verlauf der Bildebene 36 der Linse 4 angepasst sind. In diesem Bereich ist der Verbindungsabschnitt 8 in einer Richtung weg von der Sekundärlinse 4 verbreitert.
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Eine Strahlung, welche von den LEDs 34 in die Lichtleiter 10 bis 28 einkoppelt, wird durch die Sekundärlinse 4 auf eine zu bestrahlende Fläche (nicht gezeigt) geleitet. Weil die jeweiligen Auskoppelflächen 32 der Lichtleiter 14 bis 24, welche zur optischen Hauptachse 6 benachbart, innerhalb des Abstands X, angeordnet sind, auf der Bildebene 36 der Sekundärlinse 4 angeordnet sind, ist ein erzeugtes Lichtbild auf der zu bestrahlenden Fläche im Bereich der optischen Hauptachse 6 schärfer als am Rand.
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Die optische Anordnung 1 kann beispielsweise in einem Scheinwerfer 46, vereinfacht durch eine Strichlinie dargestellt, vorgesehen sein.
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Offenbart ist ein optisches Element oder eine Optik mit einer Mehrzahl von Lichtleitern. Dabei weist jeder Lichtleiter eine Einkoppelfläche und eine Auskoppelfläche für Strahlung aus einer Lichtquelle auf. Die jeweilige Auskoppelfläche eines Teils der Lichtleiter liegt in einer Bildebene einer weiteren, der Optik nachgeschalteten, Linse und die jeweilige Auskoppelfläche eines anderen Teils der Lichtleiter liegt nicht auf der Bildebene der Linse.
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Bezugszeichenliste
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| Optische Anordnung |
1 |
| Optik |
2 |
| Sekundärlinse |
4 |
| optische Hauptachse |
6 |
| zylindrischer Abschnitt |
8 |
| Lichtleiter |
10 bis 28 |
| Einkoppelfläche |
30 |
| Auskoppelfläche |
32 |
| Licht emittierende Diode |
34 |
| Bildebene |
36 |
| Lichtauskoppelfläche |
38 |
| Abschnitt |
40,42,44 |
| Scheinwerfer |
46 |
