DE102018123789A1

DE102018123789A1 - Leuchteinrichtung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102018123789A1
Application number: DE102018123789.8A
Authority: DE
Inventors: Matthias Cumme; Arnaud Deparnay; Roman Kleindienst
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 2018-09-26
Filing date: 2018-09-26
Publication date: 2020-03-26
Also published as: US11566765B2; CN112805599B; US20220034464A1; CN112805599A; WO2020064803A1; EP3857273A1; CN117968006A

Abstract

Es wird eine Leuchteinrichtung bereitgestellt, umfassend eine räumlich ausgedehnte Lichtquelle mit einer Leuchtfläche größer als 0,5 mmsowie eine asphärische TIR-Linse, die eingerichtet ist, Licht von der räumlich ausgedehnten Lichtquelle zu kollimieren und einen refraktiven Diffuser, der zum Erzeugen einer Leuchtverteilung auf Basis des kollimierten Lichts eingerichtet ist.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft Leuchteinrichtungen für Fahrzeuge.
Im Bereich der Beleuchtungstechnik von Fahrzeugen müssen Leuchteinrichtungen zahlreichen komplexen Anforderungen gerecht werden. Diese Anforderungen stehen teilweise in Gegensätzen zueinander und verlangen in vielen Fällen Kompromisse.
Beispielsweise bestehen hohe Anforderungen bezüglich der Energieeffizienz sowie enge Vorgaben bei den Rahmenbedingungen, beispielsweise Kostendruck, Lebensdaueranforderungen und Bauraumbeschränkungen z.B. aufgrund von Raumbedarf anderer Fahrzeugkomponenten sowie aerodynamischen Erwägungen. Die Qualitätsanforderungen an die bereitgestellte Leuchtverteilung, beschrieben durch die sogenannte Leuchtfunktion, erhöhen sich kontinuierlich und sind beispielsweise im Feld der Frontscheinwerfer durch den Wunsch nach Beleuchtungsfunktionen für breite Spektralbereiche, beispielsweise weißes Licht, mit komplexer, hochaufgelöster und raumwinkelabhängig definierter Beleuchtungsverteilung charakterisiert. In vielen Anwendungsfeldern werden insbesondere asymmetrische Beleuchtungsfunktionen, beispielsweise bei Abblend- und Kurvenlicht verlangt. Hierbei sind ebenfalls achromatische Eigenschaften der Beleuchtungseinrichtungen gefordert, um beispielsweise Farbsäume und überstrahlende Bereiche, sog. „Hot Spots“, bei der Fahrbahnausleuchtung zu vermeiden, um Störungen für Fahrzeugführer und andere Verkehrsteilnehmer zu vermeiden. Ein Beispiel für solche Störungen sind blaue Farbsäume, die bei bewegten Fahrzeugen, beispielsweise mit Warnsignalen von Einsatzfahrzeugen, sog. Rundumkennleuchten, verwechselt werden könnten. Entsprechende Anforderungen finden sich für andere Fahrzeugleuchteinrichtungen, beispielsweise Rücklichter, Nebelleuchten, Tagfahrleuchten, Bremslichter oder Fahrtri chtungsanzeiger.
Um Effizienzforderungen zu erfüllen, bieten sich als Lichtquellen Leuchtdioden, LED (engl. „light emitting diodes“) an. Aufgrund der erreichbaren Leuchtdichte von LEDs und aufgrund der Notwendigkeit, die thermische Verlustleistung abführen zu müssen, besitzen Hochleistung-LEDs mit zunehmender Lichtleistung auch größere Abstrahlflächen. So beträgt die Abstrahlfläche in derzeit verfügbaren Systemen beispielsweise bei einem Lichtstrom von 600 Lumen 2,1 × 1 mm² und bei einem Lichtstrom von 1200 Lumen 4,4 mm². Solche ausgedehnten, in einem großen Raumwinkelbereich emittierenden Abstrahlflächen sind mit zunehmender Fläche schlechter kollimierbar, d.h. die Strahlung weist auch nach der Kollimation eine in der Regel zu hohe Restdivergenz auf um gewünschte Beleuchtungsfunktionen realisieren zu können. Bei zu großer Restdivergenz wird nämlich eine hochauflösende Strahlformung deutlich erschwert.
Somit stehen Effizienz- und Helligkeitsforderungen und die Forderung nach langer Lebensdauer der Forderung nach minimaler Restdivergenz einander entgegen. Andererseits steht beispielsweise die Anforderung an eine verbesserte Kollimation einer ausgedehnten Lichtquelle der Anforderung des beschränkten Bauraums entgegen. Ferner machen es die gewünschten achromatischen Eigenschaften erforderlich, dass das Strahlformungssystem so geringe Farbfehler wie möglich aufweist, was ebenfalls mit Bauraumforderungen und Kostenforderungen kollidieren kann.
Aus der FR 2 919 913 ist eine Lichtquelle in Kombination mit einem Kollimator für eine Punktlichtquelle und eine Einrichtung zur Strahlumformung bekannt, insbesondere zur Realisierung eines Nebellichts, Rücklichts oder Bremslichts. Der Kollimator ist dabei beispielsweise eine TIR (engl. „total internal reflection“, vollständige interne Reflexion)-Linse, eine Fresnel-Linse oder eine Kuppellinse, die idealisiert parallele Strahlen für eine idealisierte Punktlichtquelle erzeugt. Die FR 2 919 913 offenbart jedoch nichts zu dem Umgang mit einer endlich ausgedehnten Lichtquelle und zur Problematik der zuvor genannten Hot Spots, wie sie beispielsweise durch die Verwendung von holographischen Diffusem, wie in der FR 2 919 913 beschrieben, die nullte bzw. höhere Beugungsordnungen aufweisen, auftreten können.
Aus dem Stand der Technik sind ebenfalls Leuchteinrichtungen, welche Spiegel zur Strahlumformung verwenden, bekannt. Solche bekannten Anordnungen werden jedoch häufig Anforderungen bezüglich geringem Bauraum und geringer Kosten nicht gerecht.
Um gleichzeitig noch die Forderung nach achromatischen Eigenschaften zu erfüllen, dürften das Kollimations- und Strahlformungssystem möglichst keine Farbfehler aufweisen. Das wäre z.B. möglich, wenn die Strahlformung und die Kollimation durch Reflexionsoptiken (z.B. Hohlspiegel für Kollimation und segmentiertes Spiegelsystem für Strahlformung) realisiert würden. Eine solche Anordnung könnte jedoch ebenfalls die Forderung nach Bauraum- und Kostenreduktion verletzten.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Leuchteinrichtung bereitzustellen, welche den oben genannten Anforderungen in höherem Maße gleichzeitig gerecht wird:
Hierzu wird eine Leuchteinrichtung gemäß Anspruch 1 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsformen.
Die Leuchteinrichtung umfasst eine räumlich ausgedehnte Lichtquelle mit einer Leuchtfläche größer als 0,5 mm². Ferner umfasst die Leuchteinrichtung eine asphärische TIR-Linse, die eingerichtet ist, Licht von der räumlich ausgedehnten Lichtquelle zu kollimieren, sowie einen refraktiven Diffuser, der zum Erzeugen einer Leuchtverteilung auf Basis des kollimierten Lichts eingerichtet ist.
Unter einer TIR (engl. „total internal reflection“, vollständige interne Reflexion) -Linse wird eine optische Vorrichtung verstanden, die zumindest einen Teil der einfallenden Lichtstrahlen mittels Totalreflexion weiterleitet. TIR-Linsen werden nachfolgend genauer erläutert.
Unter einer asphärischen Linse wird eine Linse verstanden, bei der mindestens eine der brechenden Oberflächen eine von einer Kugel- oder planaren Form abweichende Oberfläche aufweist.
Ein refraktiver Diffuser ist eine für sich genommen bekannte Komponente, welche auf einer Oberfläche brechende, streuende oder beugende Eigenschaften aufweist. Unter refraktiven Diffusem werden im Rahmen dieser Anmeldung Diffuser mit glatten Oberflächenprofilformen verstanden, die keine Sprungstellen enthalten und deren Eigenschaften durch die Lichtbrechung dominiert werden. Typischerweise weisen derartige Diffuser eine wellenoptisch berechnete, „glatte“ „Freiformfläche“ mit statistischem Oberflächenprofil auf.
Bei einem derartigen Diffuser ergeben die von jedem Ort, z.B. einer Fläche des Diffusers (der Ort kann durch Koordinaten x, y angegeben werden), abgestrahlten Lichtwellen in ihrer Gesamtheit die gewünschte Leuchtverteilung.
In manchen Beispielen kann der refraktive Diffuser eine Vielzahl von Flächenbereichen umfassen, die jeweils alle zur Strahlformung benötigte Information enthalten. Wird bei solchen refraktiven Diffusem beispielsweise ein einzelner Flächenbereich beleuchtet, entsteht bereits im Fernfeld die gewünschte Leuchtverteilung. Die Flächenbereiche können z.B. Größen von 300-1000 µm haben. Alle Flächenbereiche können dabei so berechnet sein, dass sie stochastisch verteilte Strukturen enthalten. Des Weiteren können alle Flächenbereiche so ausgebildet sein, dass sie statistisch voneinander unabhängig sind. Außerdem können alle Flächenbereiche so ausgestaltet sein, dass sie stetig aneinander gefügt werden können, ohne dass dabei sichtbare Grenzen entstehen. Insbesondere kann so vermieden werden, dass Sprungstellen an den aneinandergefügten Flächenbereichen bestehen, insbesondere kann erreicht werden, dass der refraktive Diffuser über mehrere Flächenbereiche hinweg stetig differenzierbar ist.
Die Verwendung statistisch voneinander unabhängiger Flächenbereiche kann den Vorteil haben, dass Inhomogenitäten, die durch die bei partiell kohärentem Licht an Diffusem auftretenden Speckles (manchmal auch als Lichtgranulation oder Specklemuster bezeichnet) entstehen, deutlich verringert werden können. Außerdem kann durch die Ausführung der Flächenbereiche als stetig differenzierbare Oberfläche, die stetig differenzierbar aneinandergefügt werden können, den Vorteil haben, dass Streuzentren vermieden werden, wodurch die Effizienz und der erreichbare Kontrast gesteigert werden kann.
Die Berechnung solcher Strukturen, auch als kontinuierliche oder refraktive Phasenelemente bezeichnet, ist beispielsweise in J. Neauport et al., Applied Optics, Vol. 42, No. 13, Seiten 2377 ff oder in K.-H. Brenner et al, Diffractive optics and microoptics (DOMO) 2000: Conference Edition; OSA Technical Digest, Seiten 237 ff, ISBN 1-55752-635-4 erläutert.
Durch die Verwendung eines refraktiven Diffusers kann bei relativ geringem Bauraum eine große Designfreiheit für die Leuchteinrichtung erreicht werden. Hierdurch kann eine Bauraumminimierung ermöglicht werden. Zudem kann ein refraktiver Diffuser im Gegensatz zu diffraktiven Diffusem keine technologisch bedingte nullte Beugungsordnung sowie keine unerwünschten höheren Beugungsordnungen aufweisen. Dadurch kann ein Auftreten unerwünschter Lichteffekte wie z.B. Hot Spots und Beleuchtungsinhomogenitäten vermieden werden.
Durch eine solche Leuchteinrichtung kann eine ideale Leuchteinrichtung angenähert werden. Eine solche ideale Leuchteinrichtung würde aus folgenden Komponenten bestehen: eine vollständig kollimierbare Lichtquelle, beispielsweise eine Punktlichtquelle, ein Kollimator, der eine ideale Kollimation gewährleistet-und eine hochauflösende achromatische Strahlformungsoptik mit komplexer, streulichtarmer Strahlformungsfunktion. Die Vorteile der beschriebenen Vorrichtung, die eine Annäherung an eine solche ideale Leuchteinrichtung ermöglichen, werden nachfolgend beschrieben.
In manchen Beispielen ist der refraktive Diffuser ein achromatischer refraktiver Diffuser.
Unter achromatisch wird verstanden, dass die Änderung des Lichtwegs, beispielsweise durch Brechung, im Wesentlichen nicht von der Wellenlänge des Lichts abhängig ist. Dies kann insbesondere für einen Bereich von Wellenlängen, beispielsweise für einen bestimmten Wellenlängenbereich, beispielsweise für den sichtbaren Wellenlängenbereich, gelten.
Achromatische Eigenschaften derartiger refraktiver Diffuser werden in M. Cumme und A. Deparnay, Advanced Optical Technologies, Vol. 4, Issue 1, Seiten 47-61, 2004, beschrieben. Diese beruhen auf einer Kombination von diffraktiven und refraktiven Eigenschaften, bei der eine entgegengesetzte Winkeldispersion zur Kompensation chromatischer Fehler verwendet wird. Durch diese achromatischen Eigenschaften kann eine verbesserte Leuchtverteilung bereitgestellt werden, die beispielsweise frei von Farbsäumen, beispielsweise blauen Farbsäumen bei weißem Licht wie oben beschrieben, ist.
Potentiell weisen die oben beschriebenen refraktiven Diffuser eine deutlich höhere Effizienz als alle anderen bekannten Diffuser auf. Sie können daher dazu geeignet sein, den Wunsch nach einer gesteigerten Effizienz im Gebiet der Fahrzeugbeleuchtung zu erfüllen. Hierdurch kann es ebenfalls möglich sein eine hohe Helligkeit bzw. eine hohe Gesamtleistung zu erzielen.
In manchen Beispielen weist der achromatische refraktive Diffuser eine optische Diffuserfläche auf, die eingerichtet ist, die Leuchtverteilung auf Basis des kollimierten Lichts bereitzustellen, wobei die Diffuserfläche stetig differenzierbar ist.
Dies kann den Vorteil haben, dass durch eine solche stetig differenzierbare, „glatte“ Form der Diffuserfläche das Auftreten von nullten Beugungsordnungen in der Leuchtverteilung erheblich reduzieren oder sogar vollständig vermieden werden kann. Auch bieten solche Diffuser eine sehr hohe Effizienz von typischerweise 93% bis 97% Transmission auch bei großen Abstrahlwinkeln, beispielsweise bei einer numerischen Apertur NA bis 0,7, beispielsweise bei 633 nm. Auch werden durch die stetig differenzierbare Form Phasensprünge des transmittierten Lichts vermieden. Hierdurch treten keine technologisch bedingten nullten Beugungsordnungen und Streueffekte auf. Die Designfreiheiten bei der Erstellung des optischen Diffusers ermöglichen nahezu beliebige, auch asymmetrische, Fernfeldverteilungen.
Somit kann es möglich sein Beleuchtungsfunktionen mit komplexer, hochaufgelöster und/oder raumwinkelabhängig definierter Beleuchtungsverteilung bereitzustellen. Solche Beleuchtungsfunktionen können insbesondere über einfache geometrische Formen wie Kreise, Ellipsen und Quadrate hinausgehen. In manchen Beispielen können die Beleuchtungsfunktionen weiche Übergänge der Intensität aufweisen, in anderen Beispielen können die Beleuchtungsfunktionen scharfe Übergänge der Intensität aufweisen. Auch eine Kombination ist möglich. Beispielsweise kann die Intensität in einer ersten Winkelrichtung weiche Übergänge haben, in einer zur ersten Winkelrichtung senkrechten zweiten Winkelrichtung hingegen harte Übergänge haben.
Unter einem harten Übergang kann beispielsweise eine Änderung der Intensität um > 50%, beispielsweise um >75%, beispielsweise > 85% in einem Raumwinkelbereich verstanden werden, der dem Halbwertsbreiten-Raumwinkelbereich, FWHM (Full Width Half Maximum)-Raumwinkelbereich, der Beleuchtung entspricht. Unter einem weichen Übergang kann beispielsweise eine Änderung der Intensität um <50%, beispielsweise < 25%, beispielsweise < 15%, beispielsweise < 5%, beispielsweise < 3% in einem Raumwinkelbereich verstanden werden, der dem FWHM-Raumwinkelbereich der Beleuchtung entspricht.
Unter FWHM-Raumwinkelbereich der Beleuchtung wird derjenige Raumwinkelbereich verstanden, der durch die weiter oben beschriebene Beleuchtungsanordnung, bestehend aus räumlich ausgedehnter LED und TIR-Linse, ausgeleuchtet wird und der nur solche Beleuchtungswinkel enthält, bei denen die Intensität größer als die Hälfte der Maximalintensität ist.
In manchen Ausführungsbeispielen kann der refraktive Diffuser so ausgebildet sein, dass eine bei seiner Beleuchtung auftretende Restdivergenz, die z.B. durch das System bestehend aus ausgedehnter LED-Lichtquelle und TIR-Linse entsteht, im optischen Design berücksichtigt wird. Dies kann den Vorteil haben, dass die durch die Restdivergenz hervorgerufene Abweichung der Beleuchtungswinkelverteilung vermindert wird. Dies ermöglicht, das System so zu gestalten, dass eine ideale Leuchteinrichtung besser angenähert wird. Hierdurch kann die Leuchtverteilung eine verbesserte Qualität aufweisen.
In manchen Beispielen weist die Diffuserfläche stochastisch verteilte Strukturen mit konvexen und konkaven Strukturanteilen auf, wobei die Strukturanteile typische laterale Dimensionen von 15 µm-500 µm aufweisen.
Dies kann eine günstige Herstellung bei hoher Qualität der Leuchtverteilung ermöglichen, beispielsweise weil eine Fertigung mit massenfertigungstauglichen Verfahren, beispielsweise mittels Spritzgussherstellung, möglich ist. Auch kann eine Herstellung mit niedrigauflösenden optischen lithographischen Verfahren, beispielsweise Laserstrahlschreiben mit 1 µm Auflösung, erfolgen, was ebenfalls die Kosten der Herstellung reduzieren kann. Diese Faktoren können zu einer Kostenreduktion bei gleicher oder sogar gesteigerter Qualität der Leuchtverteilung beitragen.
Zu bemerken ist, dass manche der refraktiven Diffuser beim Optikdesign eine Wahlmöglichkeit von Profilhöhe und lateraler Strukturgröße der Elementstrukturen unter Beibehaltung der erzeugten Winkelverteilung bieten, wobei Profilhöhe und laterale Strukturgröße gekoppelte Größen darstellen, die sich zueinander proportional verhalten. Dies wird als Skalierbarkeit des Designs bezeichnet. So könnte z.B. eine vorgegebene Beleuchtungswinkelverteilung A mit einem Diffuser B erzeugt werden, bei dem die mittlere Strukturtiefe beispielsweise 3 µm und die mittlere laterale Strukturgröße 50 µm beträgt. Bei einem skalierbaren Design ist es möglich, die gleiche Beleuchtungswinkelverteilung A mit einem skalierten Diffuser C zu erzeugen, bei dem die mittlere Strukturtiefe z.B. 6 µm und die mittlere laterale Strukturgröße entsprechend 100 µm beträgt.
Die oben beschriebene Skalierbarkeit, die auf refraktive Diffuser angewendet werden kann, ermöglicht eine Designfreiheit, die zur Ausgestaltung als achromatischer refraktiver Diffuser verwendet werden kann. Hierdurch kann die Kompensation chromatisch bedingter Ablenkwinkelfehler durch die Kombination von Lichtbeugung und Lichtbrechung erreicht werden. In jedem Diffuser findet an allen Orten seiner beleuchteten Fläche Lichtablenkung statt. Licht kann sowohl durch Beugung (Diffraktion) wie z.B. an einem Blazegitter (vgl. https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Blazegitter&oldid=175256423, abgerufen am 16.08.2018), als auch durch Brechung (Refraktion) wie z.B. am Prisma abgelenkt werden. Die durch Brechung oder Beugung hervorgerufenen Lichtablenkungen zeigen jedoch entgegengesetzte Änderungen des Ablenkwinkels, wenn sich die Wellenlänge ändert. So wird der durch Brechung hervorgerufene Ablenkwinkel bei normaler Dispersion, z.B. in optischen Gläsern im sichtbaren Wellenlängenbereich, kleiner, wenn sich die Wellenlänge vergrößert. Der durch Beugung hervorgerufene Ablenkwinkel wird jedoch größer, wenn sich die Wellenlänge vergrößert. Würden ein Prisma und ein Blazegitter mit einem weißen Lichtstrahl beleuchtet und wäre die Orientierung beider Elemente so, dass das Licht in dieselbe Richtung abgelenkt würde, dann wäre hinter beiden Elementen ein Farbspektrum sichtbar, wobei jedoch beide Farbverläufe spiegelsymmetrisch zueinander orientiert wären.
Betrachtet man ein Blazegitter, wie oben beschreiben, als skalierbares Element und würde man bei einem Blazegitter die Profiltiefe und die Periode proportional zueinander stückweise vergrößern, dann hätte das Gitter anfänglich eine reine diffraktive Wirkung. Bei extrem großer Periode und entsprechend vergrößerter Profiltiefe, beispielsweise wenn der Lichtstrahl nur noch wenige oder nur eine Periode beleuchtet, würde die diffraktive Wirkung verschwinden und die optische Wirkung wäre nur noch durch die refraktive Wirkung bestimmt. Demzufolge gibt es einen Zwischenbereich, bei dem sowohl eine refraktive Wirkung, als auch eine diffraktive Wirkung auftritt. Wird dieser Bereich so gewählt bzw. werden Periode und Profiltiefe so eingestellt, dass die refraktive und die diffraktive Wirkung gleich groß sind, dann ist auf Grund der entgegengesetzten Abhängigkeit des Ablenkwinkels von der Wellenlänge eine Farbkorrektur möglich.
Dieses Prinzip kann auch bei refraktiven Diffusem, deren Strukturgrößen skalierbar sind, zur Farbkorrektur verwendet werden. Solche Diffuser besitzen eine Strukturgröße, bei der sowohl Diffraktion, als auch Refraktion auftritt und die Wahl der Strukturgröße erfolgt so, dass sich die Wellenlängenabhängigkeiten der lokalen Ablenkwinkel kompensieren. Insbesondere können achromatische refraktive Diffuser, wie zuvor beschrieben, ein optisches Design aufweisen, welches auf den beschriebenen Überlegungen basiert. Im Gegensatz zu Blazegittern ist es ferner bei achromatischen refraktiven Diffusem möglich, ein technologisch bedingtes nulltes Beugungsmaximum zu vermeiden.
Solche achromatischen refraktiven Diffuser können daher den Vorteil haben, dass Farbsäume bei der Fahrbahnausleuchtung vermieden werden können.
In manchen Ausführungsbeispielen umfasst der refraktive Diffuser mindestens eine Region, die eine Hybridstruktur enthält, wobei die Hybridstruktur eine Kombination eines achromatischen refraktiven Diffusers mit einer global wirkenden diffraktiven Struktur umfasst.
Der refraktive Diffuser kann hierbei insgesamt oder teilweise ein achromatischer refraktiver Diffuser sein. In solchen Fällen kann die Hybridstruktur auch außerhalb der Bereiche des refraktiven Diffusers liegen, in denen der refraktive Diffuser ein achromatischer refraktiver Diffusor ist. Auch können Bereiche des refraktiven Diffusers achromatische refraktive Diffuserbereiche sein, die keine Hybridstruktur aufweisen.
Die mindestens eine Region kann hierbei ein Teil des refraktiven Diffusers sein oder auch den gesamten refraktiven Diffuser umfassen. Es ist auch möglich, dass mehrere Regionen mit Hybridstrukturen vorliegen können, die überlappen können und/oder voneinander beabstandet sein können.
Unter einer global wirkenden diffraktiven Struktur wird hierbei verstanden, dass die Struktur eine diffraktiv wirkende optische Funktion auf Licht, welches die global wirkende diffraktive Struktur passiert, ausübt, wobei alle lokalen Bereiche der Struktur das Licht so ablenken, dass die Ablenkung in einer vorgegebenen Beziehung zu allen anderen Bereichen steht. Vorgegebene Beziehung zu allen anderen Bereichen bedeutet beispielsweise, dass sich alle durch die globale Struktur tretenden Lichtstrahlen in einem Ort oder in mehreren, beispielsweise auf einer Kreislinie befindlichen, Orten schneiden. Dieser eine Ort oder die mehreren Orte können auch ein virtueller Punkt oder mehrere virtuelle Punkte sein, wie dies beispielsweise bei Streulinsen bekannt ist.
Dies kann beispielsweise durch eine diffraktiv wirkende Linse bereitgestellt werden, beispielsweise durch eine Fresnel-Linse, aber auch das Verwenden anderer diffraktiv wirkender Strukturen ist möglich. Global wirkend kann hierbei bedeuten, dass die diffraktive Wirkung die Winkelverteilung von eingehenden Licht nicht nur lokal, sondern global, beispielsweise auf einer Skala von mindestens 20%, beispielsweise mindestens 40%, beispielsweise mindestens 60%, beispielsweise mindestens 80%, beispielsweise 100% der Abmessung der global wirkenden diffraktiven Struktur beeinflusst. Eine solche globale Wirkung kann beispielsweise in einer Fokussierung von parallel einfallendem Licht auf einen Punkt zum Ausdruck kommen.
Eine solche global wirkende diffraktiven Struktur kann so eingerichtet sein, dass ein Farbwinkelspektrum des von der asphärischen TIR-Linse kollimierten Lichtes verkleinert werden kann. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die diffraktive Struktur unter Berücksichtigung des Farbwinkelspektrums des von der TIR-Linse kollimierten Lichtes optimiert wird, beispielsweise mittels Optimierungsrechnungen wie nachfolgend beschrieben. Auch kann es möglich sein die TIR-Linse und die global wirkende diffraktive Struktur gemeinsam zu optimieren. Hierdurch kann die Qualität der Leuchtverteilung weiter verbessert werden.
Eine solche global wirkende diffraktive Struktur und/oder Hybridstruktur kann im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen refraktiven Diffuserstrukturen Unstetigkeitsstellen umfassen. Diese können im Hinblick auf eine zentrale Wellenlänge optimiert werden, beispielsweise für eine Mittenwellenlänge A. Die Mittenwellenlänge kann durch λ=½(λ_max+λ_min) beschrieben werden, wobei Amax die maximale Wellenlänge und λ_min die minimale Wellenlänge des Spektralbereichs angibt, für den die achromatische Korrektur angestrebt wird. Die global wirkende diffraktive Struktur kann so ausgelegt werden, dass sich für Licht mit der Mittenwellenlänge λ 2π*n-Sprungstellen ergeben, wobei insbesondere n=1 gewählt werden kann. Aber auch andere im Wesentlichen ganzzahlige Werte für n sind möglich. Solche Sprungstellen in der globalen refraktiven Struktur können zum Auftreten einer nullten Beugungsordnung führen, was nachteilig sein kann, wie bereits zuvor erläutert. Da die Sprungstellen der globalen refraktiven Struktur in der Hybridstruktur jedoch in Kombination mit einem achromatischen refraktiven Diffuser wirkt, können die Sprungstellen durch eine Kombination mit dem achromatischen refraktiven Diffuser, insbesondere wenn dieser stochastisch ausgebildet ist, aber auch in anderen Ausführungsbeispielen, jeweils eine unterschiedliche, beispielsweise zufallsverteilte, Phasenlage zueinander aufweisen. Somit können alle an den Sprungstellen auftretenden Licht-Beiträge, die zu einem Beugungsbild nullten Ordnung in der Leuchtverteilung führen könnten, gegenseitig im Mittel durch Interferenz zumindest im Wesentlichen, vorzugsweise vollständig, kompensiert werden.
Unter einer Kombination eines achromatischen refraktiven Diffusers mit einer global wirkenden diffraktiven Struktur wird hierbei verstanden, dass die beiden Elemente kombiniert werden. Dies kann beispielsweise mittels einer Superposition von Profilen der beiden Strukturen geschehen, beispielsweise durch Überlagerung von Höhenprofilen der beiden Strukturen, beispielsweise mittels Addition. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Hybridstruktur aus verschiedenen optischen Komponenten zusammengesetzt sein, die beispielsweise hintereinander angeordnet sind, so dass sich die Kombination erst durch das passierende Licht ergibt.
In manchen Ausführungsbeispielen umfasst die global wirkende diffraktive Struktur eine Fresnel-Linse.
Hierbei kann es möglich sein, die Hybridstruktur so auszubilden, dass eine Farbkorrektur durch die Hybridstruktur erfolgt, beispielsweise wenn Farbfehler durch die Kollimierung entstehen. Dies kann dadurch erfolgen, dass chromatische Eigenschaften der asphärischen TIR-Linse bestimmt werden und als Eingangsparameter in das optische Design der Hybridstruktur einfließen.
In manchen Beispielen ist die räumlich ausgedehnte Lichtquelle eingerichtet, weißes Licht als das Licht bereitzustellen.
Unter weißem Licht wird hierbei Licht verstanden, das eine Kombination verschiedener Spektralbereiche aufweist, sodass für das menschliche Auge ein weißer Farbeindruck entsteht.
In manchen Beispielen umfasst die Lichtquelle eine Leuchtdiode und/oder eine Laserdiode. Die Lichtquelle kann weiter ein Phosphortarget umfassen. Hierdurch ist ein preisgünstiges Bereitstellen einer Lichtquelle ausreichender Kohärenz möglich. Auch kann es möglich sein, eine hohe Lebensdauer der Komponenten zu erreichen.
In manchen Beispielen kann die Leuchtverteilung eine oder mehrere der folgenden Formen aufweisen: eine symmetrische Form, eine asymmetrische Form, eine runde Form, eine quadratische Form, eine elliptische Form.
Hierbei ist unter mehreren der obigen Formen zu verstehen, dass manche Formen eine Kombination der genannten Formen aufweisen können. So kann beispielsweise eine elliptische Form symmetrische Eigenschaften, beispielsweise eine Spiegelsymmetrie entlang der Hauptachsen, aufweisen. Die Leuchtverteilung kann auch insofern eine Kombination der genannten Formen aufweisen, beispielsweise in einem ersten Bereich eine elliptische Form und in einem zweiten Bereich, der von dem ersten Bereich verschieden sein kann, eine runde Form. Aber auch andere Kombinationen sind möglich.
In manchen Beispielen weist die Leuchtverteilung eine oder mehrere der folgenden Intensitätsverteilungen auf: eine homogene Intensitätsverteilung, eine top-hat-förmige Intensitätsverteilung, eine gaußsche Intensitätsverteilung, eine supergaußsche Intensitätsverteilung.
Mehrere der Intensitätsverteilungen bedeutet hierbei, dass die Intensitätsverteilung verschiedene Aspekte, beispielsweise für bestimmte Raumwinkelbereiche, kombiniert. So kann beispielsweise eine asymmetrische Intensitätsverteilung durch eine Überlagerung einer top-hatförmigen Intensitätsverteilung mit einer supergaußschen Intensitätsverteilung erreicht werden. Hierdurch können asymmetrische Intensitätsverteilungen bereitgestellt werden, die den Anforderungen des Straßenverkehrs genügen und in manchen Beispielen einen harten Übergang von ausgeleuchteten zu nicht ausgeleuchteten Bereichen vermeiden.
Außerdem kann die Leuchtverteilung derart gestaltet sein, dass an manchen Orten scharfe Konturen entstehen. So können z.B. Schriftzüge oder bestimmte Zeichen wie z.B. Pfeile erzeugt werden, die bei ihrer Projektion auf die Fahrbahn einen starken Kontrast zeigen. Ebenso können die beleuchten Bereiche beliebige, mathematisch definierte Helligkeitsmodulationen enthalten, d.h. Helligkeitsänderungen über die Leuchtverteilung hinweg.
In manchen Ausführungsbeispielen ist die asphärische TIR-Linse nicht rotationssymmetrisch.
Beispielsweise kann für eine räumlich ausgedehnte Lichtquelle, die eine asymmetrische, beispielsweise rechteckige, Form aufweist, die Kollimation durch eine nicht rotationsymmetrische TIR-Linse gegenüber einer rotationsymmetrischen TIR-Linse verbessert werden. Dies wird später noch näher erläutert.
In manchen Beispielen umschließen die Einkoppelflächen, also die Flächen, welche der Lichtquelle zugewandt sind, der TIR-Linse einen möglichst großen Bereich um die ausgedehnte Lichtquelle und sorgt somit dafür, dass von der Lichtquelle ausgehende Strahlung in einem möglichst großen Raumwinkelbereich, beispielsweise im Wesentlichen ein Halbraum um die Lichtquelle, in die TIR-Linse eingekoppelt wird.
Unter im Wesentlichen einen Halbraum um einen Bereich umfassen wird verstanden, dass das Objekt einen Großteil des Raumwinkelbereichs des Halbraums einnimmt, beispielsweise 80%, beispielsweise 85%, beispielsweise 90%, beispielsweise 95%, beispielsweise 100% des Raumwinkelbereichs des Halbraums. Dies kann den Vorteil haben, dass ein Großteil des von der räumlich ausgedehnten Lichtquelle emittierten Lichts von der TIR-Linse kollimiert wird, was Verluste verhindert und somit die Effizienz des Systems verbessert.
In manchen Beispielen weist die räumlich ausgedehnte Lichtquelle eine Form, umfassend eine erste Länge in einer ersten Richtung und eine zweite Länge in einer zweiten Richtung, die sich von der ersten Richtung unterscheidet, auf. Hierbei ist die erste Länge größer als die zweite Länge.
In manchen Beispielen kann die Form der Lichtquelle eine rechteckige Form mit einer ersten Seitenlänge und einer zweiten Seitenlänge sein, wobei die erste Länge die erste Seitenlänge und die zweite Länge die zweite Seitenlänge ist.
Dies kann den Vorteil haben, dass industriell verfügbare Lichtquellen verwendet werden können, und dass durch die Formgebung andere Eigenschaften der Lichtquelle, beispielsweise die Wärmeabfuhr, verbessert werden können, was die Lebensdauer und Effizienz verbessern kann.
In manchen Beispielen weist die asphärische TIR-Linse eine erste Ausdehnung in der ersten Richtung und eine zweite Ausdehnung in der zweiten Richtung auf, wobei die erste Ausdehnung größer als die zweite Ausdehnung ist.
Dies kann den Vorteil haben, dass die so geformte TIR-Linse gegenüber einer nicht an die Form der räumlich ausgedehnten Lichtquelle angepasste TIR-Linse verbesserte optische Eigenschaften, d.h. eine in der ersten und zweiten Richtung angepasste Kollimation, hat.
In manchen Beispielen ist die asphärische TIR-Linse eingerichtet, eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Kollimation der räumlich ausgedehnten Lichtquelle zu erzeugen.
Unter einer rotationssymmetrischen Kollimation wird hierbei verstanden, dass die Abweichung von einer idealen Kollimation eine Rotationssymmetrie bezüglich der optischen Achse der TIR-Linse aufweist, beispielsweise im Betrag des Abweichungswinkels zur idealen Kollimation konstant ist. Unter einer im Wesentlichen rotationssymmetrischen Kollimation wird entsprechend verstanden, dass die Abweichung im Wesentlichen konstant ist, z.B. kleiner als 20%, z.B. kleiner als 10, z.B. kleiner als 5%, insbesondere kleiner als 1% ist.
Im idealisierten Falle einer Punktlichtquelle ist es möglich, mittels einer asphärischen Linse eine perfekte Kollimation mit einer Winkelabweichung zur optischen Achse von 0° zu erreichen.
Im Falle einer ausgedehnten Lichtquelle in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse ist dies nicht mehr möglich. In einer beliebig gewählten Schnittebene senkrecht zur optischen Achse ist die Winkelabweichung, auch als lokaler Divergenzwinkel bezeichnet, zur optischen Achse proportional zur Ausdehnung der Lichtquelle im Verhältnis zum Linsendurchmesser in der Schnittebene senkrecht zur optischen Achse und zur reziproken Brennweite der Linse.
Im Falle einer asymmetrischen Lichtquelle ist die Ausdehnung der Lichtquelle von der Wahl der Schnitteben senkrecht zur optischen Achse abhängig. Somit ist auch der lokale Divergenzwinkel von der Wahl der Schnittebene abhängig.
Dadurch, dass die TIR-Linse eine erste Ausdehnung in der ersten Richtung und eine zweite Ausdehnung in der zweiten Richtung aufweist, wobei die erste Ausdehnung größer als die zweite Ausdehnung ist, lässt sich dieser Effekt nun zumindest teilweise kompensieren.
Beispielsweise kann im Fall einer elliptischen Lichtquelle eine elliptische Form der TIR-Linse gewählt werden, sodass der Divergenzwinkel für alle Schnittebenen wieder gleich ist, weil in den Schnittebenen, in denen die Lichtquelle eine größere Ausdehnung aufweist, die TIR-Linse ebenfalls eine größere Ausdehnung aufweist.
Im Falle einer eckigen Lichtquelle, beispielsweise einer rechteckigen Lichtquelle, kann diese Eigenschaft im Wesentlichen ebenfalls erreicht werden. Hier kann ebenfalls eine elliptische Form der TIR-Linse gewählt werden, um den verschiedenen Ausdehnungen der Lichtquelle in verschiedenen Richtungen Rechnung zu tragen und die Kollimation zu verringern. Um den Einfluss solcher Abweichungen ergänzend zu verringern, kann die Brennweite der TIR-Linse vergrößert werden, wobei hierbei zusammen mit anderen gegenläufigen Anforderungen, beispielsweise Bauvolumen, ein Optimierungsprozess vorgenommen werden kann.
Die elliptische Form der TIR-Linse stellt lediglich ein Beispiel für nicht-rotationssymmetrische Formen der TIR-Linse dar.
In manchen Ausführungsbeispielen kann auch eine andere nicht-rotationssymmetrische Form der asphärischen TIR-Linse gewählt werden. Hierbei kann die nicht-rotationssymmetrische Form der TIR-Linse in Abhängigkeit von der Form der räumlich ausgedehnten Lichtquelle gewählt werden.
In manchen Ausführungsbeispielen kann eine Form der asphärischen TIR-Linse auf einer Form der räumlich ausgedehnten Lichtquelle basieren.
Beispielsweise kann für eine elliptische Form oder rechteckige Form der räumlich ausgedehnten Lichtquelle eine TIR-Linse eine elliptische Form in der Schnittebene senkrecht zur optischen Achse aufweisen.
Die oben genannten Vorgehensweisen können den Vorteil haben, dass in gleichem Bauraum eine verbesserte Kollimierung erreicht werden kann.
Dies kann den Vorteil haben, dass die ausgedehnte Form der TIR-Linse den Einfluss der Asymmetrie einer asymmetrischen, räumlich ausgedehnten Lichtquelle auf die Kollimation verringern kann.
In manchen Beispielen umfasst die asphärische TIR-Linse eine Achse, eine erste Fläche, eine zweite Fläche, eine Austrittsfläche und eine Reflektorfläche, wobei
die Achse durch die räumlich ausgedehnte Lichtquelle verläuft,
die Austrittsfläche planar ist und senkrecht zu der Achse verläuft, wobei die Austrittsfläche das kollimierte Licht bereitstellt,
die erste Fläche eine bi-asphärische Form aufweist und die Achse schneidet,
die zweite Fläche eine Freiform aufweist und die Achse nicht schneidet und
wobei die Reflektorfläche eine paraboloide Form aufweist.
In den Beispielen, bei denen die TIR-Linse eine erste Ausdehnung aufweist, die größer als eine zweite Ausdehnung ist, können die Formen in einer Schnittebene, welche durch die Achse verläuft, beispielsweise in einer Querschnittsebene der TIR-Linse, definiert sein. In anderen Schnittebenen können die Formen entsprechend der Verformung der TIR-Linse gegenüber der Querschnittsebene in diesen Ebenen ebenfalls verformt sein, wie dies im Bereich der rechnergestützten Konstruktion (engl.: „computer aided design“, CAD) beispielsweise durch Loft-Features bekannt ist.
In manchen Beispielen sind die Formen zentrierte Formen, in anderen Beispielen dezentrierte Formen, beispielsweise kann die erste Fläche eine dezentrierte bi-asphärische Form sein. Hierbei kann die bi-asphärische Form für verschiedene Schnittebenen durch die TIR-Linse, die durch die Achse verlaufen, unterschiedlich sein.
In manchen Ausführungsbeispielen sind TIR-Linsen mit erster und zweiter Fläche, wie zuvor beschrieben, mit Hybridstrukturen, wie zuvor im Zusammenhang mit Ausführungsbeispielen der refraktiven Diffusem beschrieben, kombiniert. In diesen Ausführungsbeispielen kann die mindestens eine Region zumindest einen Teil einer Projektion der ersten Fläche und/oder der zweiten Fläche auf den refraktiven Diffuser ausfüllen. Hierbei kann die Projektion entlang der Achse erfolgen. Die Projektion kann aber auch mittels Strahldurchrechnung (engl. Raytracing) des Lichts erfolgen, wobei eine Projektion auf einen Teil des refraktiven Diffusers dadurch bestimmt werden kann, dass ein Lichtbündel, welches von der Lichtquelle ausgeht, verfolgt wird und der Bereich bestimmt wird, in dem das Lichtbündel den refraktiven Diffuser durchqueren, wobei der so ermittelte Bereich dann als die mindestens eine Region bestimmt werden kann.
In manchen Beispielen umfasst die asphärische TIR-Linse eine Stoßregion zwischen der ersten und der zweiten Fläche, wobei die Stoßregion eine Flächenform aufweist, die einen Fertigungsradius nicht unterschreitet und derart ausgestaltet ist, dass ein Lichtanteil von der räumlich ausgedehnten Lichtquelle, die die Stoßregion durchläuft, so abgelenkt wird, dass der entsprechende Lichtanteil nicht in einen Raumwinkelbereich hinter der TIR-Linse fällt, so dass die Gesamtleuchtverteilung hinter der dem Diffuser wesentlich beeinflusst wird.
Darunter, dass der von der Stoßregion abgelenkte Lichtanteil die Leuchtverteilung im Wesentlichen nicht beeinflusst, wird verstanden, dass der Lichtanteil eine Leuchtverteilung, die ohne Licht, welches die Stoßregion durchläuft, erzeugt wird im Wesentlichen nicht beeinflusst. Dies kann bedeuten, dass die raumwinkelabhängige Intensität der Leuchtverteilung hinter dem Diffuser für keinen Raumwinkel durch den Lichtanteil, welcher die Stoßregion durchläuft, um beispielsweise mehr als 20% beispielsweise 15%, beispielsweise 10%, beispielsweise 5%, beispielsweise 1%, bezogen auf die gewünschte raumwinkelabhängige Intensität hinter dem Diffuser geändert wird.
Die zuvor genannten Kriterien und Zielvorgaben können von einem Fachmann bei der Erstellung des optischen Designs berücksichtigt werden, beispielsweise indem diese Zielvorgaben als Optimierungsziele für numerische Optimierungsprozesse für optische Designsoftware auf Basis von Strahldurchrechnung (engl. Raytracing) vorgegeben wird, beispielsweise als eine „Merit-function“ in der optischen Designsoftware Zemax OpticStudio.
Unter einem Fertigungsradius wird eine kleinstmögliche Krümmung verstanden, die mit einem Fertigungsverfahren noch hergestellt werden kann, beispielsweise aufgrund von Werkzeuggrößen oder aufgrund von Materialeigenschaften.
Dies kann den Vorteil haben, dass eine Kostenoptimierung der Herstellungskosten dadurch erreicht wird, dass ein geeigneter Fertigungsradius bereits in der Design-Phase berücksichtigt wird. Insbesondere ist der Einfluss von Licht aus der Stoßregion auf die Leuchtverteilung zu minimieren oder die Stoßregion derart auszubilden, dass das hiervon ausgehende Licht gezielt in die Nutzverteilung überführt wird. So kann vermieden werden, dass Licht, welches die Stoßregion durchläuft, zu einer Bildung von Hot Spots in der Leuchtverteilung führt, was beispielsweise durch eine Reflexion an der Stoßregion und bei anschließender Reflexion in der TIR-Linse der Fall sein könnte. In manchen Beispielen kann verhindert werden, dass die Leuchtverteilung eine unerwünschte Abstandsabhängigkeit aufgrund von nicht kollimiertem Licht aus der Stoßregion aufweist.
In manchen Ausführungsbeispielen beträgt der Anteil von Licht, welches die Stoßregion durchläuft und in Richtung der Austrittsfläche gelenkt wird, über 95%.
Der Lichtanteil kann auch andere Anteile ausmachen, beispielsweise im Bereich zwischen 70% und 100% liegen. Hierbei ist in vielen Fällen ein höherer Anteil erstrebenswert, wobei auch niedrigere Werte im Rahmen eines Optimierungsprozesses nützlich sein können, beispielsweise um größere Fertigungsradien und somit günstigere Fertigung zu erlauben, solange die resultierende Leuchtverteilung den Anforderungen genügt.
Dadurch, dass die Stoßregion in das optische Design mit einbezogen wird, ist es möglich, dass die Herstellung einer solchen Leuchteinrichtung mittels günstiger Verfahren möglich sein kann. Manche günstige Herstellungsverfahren, beispielsweise Spritzgussfertigung, zeichnen sich dadurch aus, dass bestimmte Fertigungsradien nicht unterschritten werden können, da die Entformung zu kleiner Radien zu unvorhersehbaren Effekten bezogen auf die Lichtablenkung führen kann. Dies ist nicht auf Spritzgussfertigung beschränkt, sondern gilt auch für zahlreiche andere Fertigungsverfahren.
In manchen Ausführungsbeispielen ist die Freiform der zweiten Fläche mittels Q-Polynomen definiert.
Q-Polynome sind beispielsweise aus I. Kaya et al., Comparative assessment of freeform polynomials as optical surface descriptions, OPTICS EXPRESS 22683, Vol. 20, No. 20, 24 September 2012, bekannt. Die Freiformdefinition mittels Q-Polynomen hat den Vorteil, dass eine numerische Optimierung der Freiform und/oder anderer Formen robuster und einfacher wird.
In manchen Ausführungsbeispielen können die Q-Polynome dezentrierte Q-Polynome sein. Zur Dezentrierung der Q-Polynome sind für die Ortskoordinaten Offset-Werte entsprechend der geforderten Dezentrierung, d.h. lateralen Verschiebung, vorzusehen. Infolgedessen werden die durch Q-Polynome beschriebenen Oberflächen relativ zur optischen Achse verschoben, wodurch sich zusätzliche Freiheitsgrade für das Optikdesign ergeben.
In manchen Ausführungsbeispielen können die asphärische TIR-Linse und der refraktive Diffuser einstückig als eine Komponente ausgebildet sein. Hierbei kann in manchen Ausführungsbeispielen der refraktive Diffuser einstückig mit der Austrittsfläche der asphärischen TIR-Linse ausgebildet sein.
Dies kann den Vorteil haben, dass die Fertigungskosten gesenkt werden können. Gleichzeitig kann aufgrund der einstückigen Fertigung eine genaue Passung zwischen der TIR-Linse und dem refraktiven Diffuser erreicht werden. Hierdurch können Anordnungsfehler dieser Komponenten zueinander vermieden werden und es kann möglich sein, auf eine Justierung von Komponenten zu verzichten.
Dies kann den Vorteil haben, dass eine Herstellung besonders einfach und somit besonders kosteneffizient möglich ist.
In manchen Ausführungsbeispielen können die asphärische TIR-Linse und/oder der refraktive Diffuser mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt sein.
In manchen Ausführungsbeispielen kann die Leuchteinrichtung als Leuchteinrichtung für ein Fahrzeug ausgebildet sein. Hierbei kann die Leuchteinrichtung beispielsweise als ein Frontscheinwerfer, ein Fernlicht, ein Nebellicht, ein Abblendlicht, eine Rückleuchte oder als ein Tagfahrlicht ausgebildet sein. Auch eine Verwendung als andere Leuchteinrichtung ist möglich. Die Leuchteinrichtung kann insbesondere dann vorteilhaft zum Einsatz kommen, wenn die achromatischen Eigenschaften von Vorteil sind. Dies ist beispielsweise bei Leuchteinrichtungen, die breite Spektralbereiche des Lichts bereitstellen sollen, beispielsweise bei weißem Licht, der Fall. Aber auch andere Konstellationen sind denkbar, beispielsweise eine Leuchteinrichtung für ein kombiniertes Bremslicht und Richtungsanzeiger, wobei das Bremslicht im roten Spektralbereich und der Blinker im gelben Spektralbereich Licht aussenden soll, was ebenfalls durch eine erfindungsgemäße Leuchteinrichtung vorteilhaft umgesetzt werden kann.
Zum besseren Verständnis werden nachfolgend Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Leuchteinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels,
2 eine räumlich ausgedehnte Lichtquelle mit einer Leuchtfläche gemäß eines Ausführungsbeispiels,
3A und 3B eine TIR-Linse gemäß eines Ausführungsbeispiels, hierbei zeigt 3A eine Querschnittsansicht und 3B eine Frontalansicht der TIR-Linse jeweils mit entsprechenden Kennzeichnungen der Teilbereiche der TIR-Linse,
4 einen refraktiven Diffuser gemäß eines Ausführungsbeispiels,
5A und 5B eine Leuchtverteilung gemäß eines Ausführungsbeispiels,
6 ein Ausführungsbeispiel eines achromatischen refraktiven Diffusers mit einer Hybridstruktur.

Im Folgenden werden nunmehr verschiedene Ausführungsbeispiele detailliert erläutert. Diese detaillierte Beschreibung ist nicht als einschränkend auszulegen. Insbesondere ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Merkmalen, Komponenten oder Details nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Merkmale, Komponenten und Details zur Implementierung notwendig sind. Variationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, sind auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar, sofern nichts anderes angegeben ist. Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele können zudem miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsbeispiele zu bilden.
1 zeigt eine Leuchteinrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels. Das Licht einer räumlich ausgedehnten Lichtquelle 110 wird von einer asphärischen TIR (engl. „total internal reflection“, vollständige interne Reflexion)-Linse 120 kollimiert und von einem refraktiven Diffuser 130 umgeformt, um eine Leuchtverteilung 140 auf Basis des kollimierten Lichts zu erzeugen. In manchen Ausführungsbeispielen kann zusätzlich noch eine Schutzschicht 150, beispielsweise aus Glas, vorhanden sein, die den Aufbau 110, 120, 130 vor Umwelteinflüssen schützt. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Schutzschicht 150 einstückig mit dem refraktiven Diffuser 130 ausgeführt sein. Die räumlich ausgedehnte Lichtquelle 110 weist eine Leuchtfläche größer als 0,5 mm² auf. In manchen Ausführungsbeispielen ist die räumlich ausgedehnte Lichtquelle 110 als Leuchtdiode, LED (engl. „light emitting diode“) oder Gruppen von LEDs realisiert. Dies wird nachfolgend im Zusammenhang mit 2 näher erläutert. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist der refraktive Diffuser 130 ein Divergenz-adaptierter achromatischer refraktiver Diffuser. Die in 1 gezeigte Leuchtverteilung 140 ist eine definierte asymmetrische hochaufgelöste Weißlichtverteilung.
2 zeigt eine räumlich ausgedehnte Lichtquelle mit einer Leuchtfläche gemäß eines Ausführungsbeispiels. 2 zeigt eine räumlich ausgedehnte Lichtquelle 200, die eine erste LED 210 und eine zweite LED 220 umfasst. Die räumlich ausgedehnte Lichtquelle 200 kann durch eine erste Richtung R1 und in eine zweite Richtung R2 beschrieben werden, wobei die räumlich ausgedehnte Lichtquelle in erste Richtung R1 und zweite Richtung R2 ausgedehnt ist. In der ersten Richtung R1 hat die räumlich ausgedehnte Lichtquelle 200 eine erste Länge L1 und in der zweiter Richtung R2 eine zweite Länge L2. Im gezeigten Beispiel der 2 ist die erste Länge L1 größer als die zweite Länge L2, sodass sich im Beispiel der 2 eine rechteckige Form der Lichtquelle 200 ergibt. Wie zuvor beschrieben kann nun eine Herausforderung darin bestehen, eine solche ausgedehnte Lichtquelle zu kollimieren. Eine solche Kollimation kann durch die nachfolgend im Zusammenhang mit den 3A und 3B beschriebenen TIR-Linsen erreicht werden.
Die 3A und die 3B zeigen eine TIR-Linse 300, 301 gemäß eines Ausführungsbeispiels, wobei 3A eine Querschnittsansicht 300 der TIR-Linse und 3B eine Frontalansicht 301 der TIR-Linse zeigt. Die TIR-Linse 300, 301 ist eingerichtet, kollimiertes Licht von der Lichtquelle 302 bereitzustellen. Im gezeigten Beispiel handelt es sich bei der Lichtquelle 302 um eine LED, die der Lichtquelle 200 der 2 entsprechen kann. Aber auch andere Lichtquellen 302 sind möglich. Im gezeigten Beispiel hat die Lichtquelle 302 eine rechteckige Form mit unterschiedlicher erster Länge L1 und zweiter Länge L2, wobei die erste Länge L1 in eine erste Richtung R1 und die zweite Länge L2 in eine zweite Richtung L2 verlaufen kann. Die Längen und Richtungen können den Längen und Richtungen der 2 entsprechen.
Um die Qualität der Kollimation der räumlich ausgedehnten Leuchtfläche zu verbessern, ist die TIR-Linse 300, 301 asymmetrisch geformt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die TIR-Linse elliptisch geformt und weist um den Mittelpunkt M eine erste Ausdehnung D1 in der ersten Richtung R1 und eine zweite Ausdehnung D2 in der zweiten Richtung R2 auf. Hierbei ist die erste Ausdehnung D1 größer als die zweite Ausdehnung D2.
Aufgrund der asymmetrischen Form der TIR-Linse 300, 301 kann es möglich sein, dass der Aufbau den Anforderungen für die Leuchteinrichtung 100 gerecht wird und im Winkelbereich hinter dem Kollimator eine Winkelverteilung bereitstellt, die eine möglichst kleine, in allen Richtungen möglichst gleiche, Restdivergenz aufweist.
Die Querschnittsansicht der 3A zeigt zwei unterschiedliche Strahleintrittsflächen für das Licht der räumlich ausgedehnten Lichtquelle 302, namentlich eine erste Fläche 306 und eine zweite Fläche 307, sowie eine Austrittsfläche 310 und eine Reflektorfläche 308. Die durch den Mittelpunkt M verlaufende Achse 350 verläuft durch die räumlich ausgedehnte Lichtquelle 302. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Austrittsfläche 310 planar geformt und verläuft senkrecht zur Achse 350, wobei die Austrittsfläche 310 das kollimierte Licht bereitstellt. Die erste Fläche 306 und die zweite Fläche 307 sind unabhängig voneinander geformt. Im Ausführungsbeispiel weist die erste Fläche 306 eine bi-asphärische Form auf und schneidet die Achse 350. Die zweite Fläche 307 hingegen weist eine Freiform auf und schneidet die Achse 350 nicht. Die Reflektorfläche 308 weist in der Querschnittsansicht 300 eine paraboloide Form auf. Die planare Form der Austrittsfläche 310 hat den Vorteil, dass diese Oberfläche in manchen Beispielen einstückig mit dem refraktiven Diffuser geformt werden kann. Dies kann eine Herstellung eines Kollimation-Diffuser-Moduls in einem einzigen Spritzgussprozess ermöglichen. Die zwei Flächen 306, 307 umschließen einen Halbraum um die räumlich ausgedehnte Lichtquelle und sorgen somit dafür, dass ein Großteil der Strahlung in das transparente Material der TIR-Linse eingekoppelt wird. Hierdurch werden auch Strahlungsanteile in weit von der Achse entfernt liegenden Winkelbereichen aufgenommen, wodurch die Effizienz der Vorrichtung gesteigert wird.
Die TIR-Linse ist hierbei so geformt, dass die Oberflächen jeweils möglichst senkrecht zum jeweils einfallenden Teilstrahlenbündel der Lichtquelle stehen. Hierdurch kann erreicht werden, dass durch Brechung bei der Einkopplung ins Material der TIR-Linse an den Grenzflächen verhältnismäßig kleine Ablenkwinkel erzeugt werden, was eine Verringerung der chromatischen Aberration infolge der materialabhängigen Dispersion zur Folge hat, sowie zu einer hohen Einkopplungseffizienz in das Material der TIR-Linse resultiert. In der Querschnittsansicht der 3A ist gut zu erkennen, dass die erste Fläche 306 und die zweite Fläche 307 eine Stoßregion 309 zwischen der ersten Fläche 306 und der zweiten Fläche 307 aufweisen. Wie schematisch in 3A angedeutet, weist die Stoßregion 309 eine Flächenform auf, die einen Fertigungsradius nicht unterschreitet und derart ausgestaltet ist, dass ein Lichtanteil von der räumlich ausgedehnten Lichtquelle 302, der die Stoßregion 309 durchläuft, zu einem möglichst hohen Anteil in Richtung der Austrittsfläche 310 gelenkt wird und insbesondere nicht zur Reflektorfläche 308 gelenkt wird. Dies hat den Vorteil, dass Bereiche hoher Intensität (zuvor genannte Hot Spots) in der resultierenden Leuchtverteilung vermieden werden können, die sonst bei einer nicht sorgsamen Optimierung der Stoßregion 309 auftreten könnten, und sich in der Leuchtverteilung (vgl. Leuchtverteilung 140 der 1) nachteilig auswirken würden. Dies könnte insbesondere bei einer unkontrollierbaren Fertigung der Stoßstelle der Fall sein, also dann, wenn Fertigungsradien verlangt werden, die unterhalb der möglichen Fertigungsradien liegen. Hierbei kann das von der Lichtquelle 302 ausgehende Licht durch verschiedene Strahlenbündel beschrieben werden. Das Strahlenbündel 304 geht aus dem niedrigeren Winkelbereich des Gesamtstrahlenbündels hervor und hat in der Frontalansicht der 3B eine ovale Form, welche der Fläche 306 in 3B entspricht. Das Strahlenbündel 305 durchläuft die Stoßregion 309. Das Strahlenbündel 303 ergibt sich aus dem höheren Winkelbereich des Gesamtstrahlenbündels und durchläuft die zweite Fläche 307 und weist eine oval-ringförmige Form auf, die der Reflektorfläche 308 in der Frontalansicht der 3B entspricht. Durch die gezeigte Bauform wird eine geringe chromatische Aberration realisiert, da durch die Form erreicht wird, dass das Strahlenbündel 303 hauptsächlich durch Reflexion an der Fläche 308 abgelenkt wird, wobei die Reflexionen frei von achromatischen Aberrationen sind. Der in den 3A und 3B gezeigte Kollimator ermöglicht somit eine spektral homogene Kollimation bei minimierter chromatischer Aberration, eine hohe Effizienz der Lichttransmission bei geringer Restdivergenz von weniger als 6° und zugleich eine kompakte Bauform. Zusätzlich ist das Bauteil mittels Spritzgussverfahren monolithisch herstellbar, wobei es möglich ist, eine refraktive Diffuserstruktur, beispielsweise eine achromatische refraktive Diffuserstruktur, ebenfalls einstückig mittels dem Spritzgussverfahren zu erzeugen. Die Diffuserstruktur wird nachfolgend im Zusammenhang mit 4 erläutert.
4 zeigt einen refraktiven Diffuser 400, der als achromatischer refraktiver Diffuser ausgestaltet ist. Auf der linken Seite von 4 wird im Diagramm 420 eine Höhenkontur 421 des refraktiven Diffusers als Funktion des Orts entlang des Pfads 410 gezeigt. Die Höhenkontur beschreibt hierbei für den Pfad 410 eine Topographiefunktion. Wie aus der Höhenkontur 421 zu ersehen ist, ändert sich das Höhenprofil stetig differenzierbar um einen Mittelwert 440, wobei zusätzlich die Standardabweichung der Höhenkontur 421 addiert mit dem Mittelwert der Höhenkontur 422 und die Standardabweichung subtrahiert vom Mittelwert der Höhenkontur 423 als Referenz gezeigt sind. Hierbei durchläuft die Höhenkontur 421 lokale Maxima 430 und Minima 431. Dadurch, dass die Höhenkontur 421 stetig differenzierbar ist, werden Phasensprünge in der Wellenfront des transmittierten Lichts vermieden. Hierdurch werden technologisch bedingte nullte Beugungsordnungen vermieden und es können sehr gute Transmissionseigenschaften, wie zuvor beschrieben, erreicht werden. Die bereits oben beschriebene Skalierbarkeit des Diffusers bietet weitere Designfreiheitsgrade für die Leuchtverteilung im Fernfeld und insbesondere Möglichkeiten, eine achromatische Leuchtverteilung zu erzeugen. Dies wird nachfolgend im Zusammenhang mit den 5A und 5B beschrieben.
Die 5A und 5B zeigen eine Leuchtverteilung gemäß eines Ausführungsbeispiels.
Die 5A zeigt eine mögliche Leuchtverteilung 500 der Leuchteinrichtung. Eine solche Leuchtverteilung 500 kann beispielsweise durch die Leuchteinrichtung der 1 erzeugt werden. Im Beispiel der 5A wird eine asymmetrische Form der Leuchtverteilung erreicht. Hierbei ergeben sich durch die mögliche Kombination der räumlich ausgedehnten Lichtquelle mit der asphärischen TIR-Linse und dem refraktiven Diffuser zahlreiche Gestaltungsmöglichkeiten und Designfreiheitsgrade für die Leuchtverteilung 500, wie zuvor und nachfolgend beschrieben. Zur Verdeutlichung der erzielten asymmetrischen Leuchtverteilung 500 sind verschiedene Intensitätsverläufe 511, 521, 531 für Schnitte 510, 520, 530 in 5B als Funktion des Abstrahlwinkels aufgetragen.
5B zeigt hierbei die Intensität des Weißlichts für die Schnitte der 5A in beliebigen Einheiten als Funktion des Abstrahlwinkels in beliebigen Einheiten. Die Kurve 511 zeigt hierbei den Intensitätsverlauf des Schnitts 510, die Kurve 521 den Intensitätsverlauf des Schnitts 520 und die Kurve 531 den Intensitätsverlauf des Schnitts 530. Wie anhand der Kurven zu ersehen ist, können verschiedene symmetrische und asymmetrische Leuchtverteilungen in verschiedenen Bereichen der Leuchtverteilung 500 erreicht werden. So weist die Kurve 531 eine nahezu symmetrische supergaußsche Form auf, wohingegen die Kurve 521 eine nahezu symmetrische top-hat-förmige supergaußsche Verteilung aufweist. Die Kurve 511 hingegen ist stark asymmetrisch und stellt eine Überlagerung von zwei modifizierten super-gaußschen Intensitätsverteilungen dar. Diese Intensitätsverteilungen können durch Optimierung der verschiedenen Komponenten mit großen Designfreiheitsgraden festgelegt werden. Insbesondere können sehr weiche Intensitätsübergänge, wie am Beispiel des Intensitätsverlaufs der Kurve 531 gezeigt, erreicht werden, aber auch schärfere Übergänge, wie beispielsweise bei dem Intensitätsverlauf der Kurve 521, sind möglich.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines refraktiven Diffusers mit einer Hybridstruktur.
In manchen Ausführungsbeispielen kann zumindest ein Teil des refraktiven Diffusers eine Hybridstruktur, wie eingangs erläutert, aufweisen. Solche Hybridstrukturen können den Vorteil haben, dass chromatische Fehler der TIR-Linse kompensiert werden können.
Im Ausführungsbeispiel der 6 ist exemplarisch eine Höhenkontur eines achromatischen refraktiven Diffusers 610 als Funktion des Orts entlang eines Pfads gezeigt. Wie zuvor erläutert kann der Diffuser in anderen Ausführungsbeispielen auch ein refraktiver Diffuser sein. Der gezeigte achromatische refraktive Diffuser kann beispielsweise dem achromatischen refraktiven Diffuser 400 der 4 entsprechen. Das Höhenprofil des achromatischen refraktiven Diffusers wird nun als Ausgangsbasis verwendet, um einen Diffuser mit einer Hybridstruktur bereitzustellen. Hierzu wird ein Höhenprofil einer global wirkenden diffraktiven Struktur 620 mit dem Höhenprofil des achromatischen refraktiven Diffusers 610 überlagert. 6 ist dies Beispielhaft für ein Profil durchgeführt, wobei die Höhenprofile 610, 620 mittels Addition überlagert sind. Durch die Überlagerung der Höhenprofile des achromatischen refraktiven Diffusers und der global wirkenden diffraktiven Struktur wird eine Hybridstruktur erhalten. Eine Höhenkontur der Hybridstruktur 630 ist als Beispiel ebenfalls in 6 gezeigt.
Im gezeigten Beispiel ist die global wirkende diffraktive Struktur auf eine Region A beschränkt. Die Region B weist hingegen keine global wirkende diffraktive Struktur auf. Im gezeigten Beispiel ist die global wirkende diffraktive Struktur in der Region A als eine Fresnel-Linse 621 ausgeführt, die ausgelegt ist, 2π-Phasensprünge des Lichts für eine Wellenlänge λ herbeizuführen.
In anderen Ausführungsbeispielen kann sich die Region A über andere Bereiche erstrecken, auch den gesamten Bereich ausfüllen, so dass die Region B entfällt, oder es können mehrere verschiedene Regionen wie A und B vorliegen. Insbesondere können die Strukturen an verschiedenen Orten für verschiedene Mittenwellenlängen ausgelegt sein. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn bekannt ist, dass in bestimmten Regionen eine andere spektrale Lichtverteilung vorliegt als in anderen Bereichen. Dies kann beispielsweise aufgrund von chromatischer Aberration in optischen Komponenten, beispielsweise in der TIR-Linse, der Fall sein.
Die Hybridstruktur ist in der Region B gegenüber dem ursprünglichen Höhenprofil des achromatischen refraktiven Diffusers unverändert. Die Hybridstruktur in Region B kann den Vorteil haben, dass ein Farbwinkelspektrum des von der asphärischen TIR-Linse kollimierten Lichtes verkleinert werden kann.
Der Diffuser mit Hybridstruktur kann beispielsweise auf der Austrittsfläche 310 der 3a und 3b angeordnet sein und die Region A kann so gewählt werden, dass das Strahlenbündel 304 die Region A durchläuft. Dann kann die Hybridstruktur einen chromatischen Fehler, welcher beispielsweise aufgrund von Brechung an der Fläche 306 entstehen kann, zumindest teilweise kompensieren. Hierdurch kann die Qualität der Leuchtverteilung weiter verbessert werden. Zugleich kann durch die Hybridstruktur, wie zuvor beschrieben, das Entstehen von nullten Beugungsordnungen in der Leuchtverteilung vermieden werden.
Somit können mittels refraktiven Diffusem und TIR-Reflektoren verschiedene Arten von Leuchteinrichtungen für Fahrzeuge, insbesondere Frontscheinwerfer, aber auch Richtungsanzeiger, Rückfahrscheinwerfer, Nebelleuchten, Bremslichter und dergleichen, mit gewünschten Leuchtverteilungen bereitgestellt werden, was eine große Designfreiheit ermöglicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

FR 2919913 [0006]

Claims

Leuchteinrichtung (100), umfassend: eine räumlich ausgedehnte Lichtquelle (110, 200, 302) mit einer Leuchtfläche (230) größer als 0,5 mm², eine asphärische TIR-Linse (120, 300, 301), die eingerichtet ist, Licht von der räumlich ausgedehnten Lichtquelle (110, 200, 302) zu kollimieren und einen refraktiven Diffuser (130, 400), der zum Erzeugen einer Leuchtverteilung (140, 500) auf Basis des kollimierten Lichts eingerichtet ist.
Leuchteinrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei der refraktive Diffuser (130, 400) ein achromatischer refraktiver Diffuser (400) ist.
Leuchteinrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der refraktive Diffuser (130, 400) eingerichtet ist, das kollimierte Licht mit einer Restdivergenz zu empfangen, wobei der refraktive Diffuser zum Erzeugen der Leuchtverteilung (140, 500) auf Basis des kollimierten Lichts mit der Restdivergenz eingerichtet ist.
Leuchteinrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der achromatische refraktive Diffuser (400) eine optische Diffuserfläche (400) aufweist, die eingerichtet ist, die Leuchtverteilung (140, 500) auf Basis des kollimierten Lichts bereitzustellen, wobei die Diffuserfläche (400) stetig differenzierbar ist.
Leuchteinrichtung (100) nach Anspruch 4, wobei die Diffuserfläche (400) stochastisch verteilte Strukturen (430, 431) mit konvexen (430) und konkaven (431) Strukturanteilen aufweist, wobei die Strukturanteile laterale Dimensionen von 15 µm-500 µm aufweisen.
Leuchteinrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Leuchtverteilung (140, 500) eine oder mehrere der folgenden Formen aufweist: eine symmetrische Form, eine asymmetrische Form, eine runde Form, eine quadratische Form, eine elliptische Form.
Leuchteinrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Leuchtverteilung (140, 500) eine oder mehrere der folgenden Intensitätsverteilungen aufweist: eine homogene Intensitätsverteilung, eine top-hat-förmige Intensitätsverteilung, eine gaußsche Intensitätsverteilung, eine supergaußsche Intensitätsverteilung.
Leuchteinrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die asphärische TIR-Linse (120, 300, 301) nicht rotationssymmetrisch ist und wobei die asphärische TIR-Linse (120, 300, 301) sich in einem Raumwinkelbereich, ausgehend von einem Mittelpunkt (M) der räumlich ausgedehnten Lichtquelle (110, 200, 302), befindet, wobei der Raumwinkelbereich im Wesentlichen den Halbraum um die räumlich ausgedehnte Lichtquelle (110, 200, 302) umfasst.
Leuchteinrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die räumlich ausgedehnte Lichtquelle (110, 200, 302) eine Form, umfassend eine erste Länge (L1) in einer ersten Richtung (R1) und eine zweite Länge (L2) in einer zweiten Richtung (R2), die sich von der ersten Richtung (R1) unterscheidet, aufweist, wobei die erste Länge (L1) größer als die zweite Länge (L2) ist.
Leuchteinrichtung (100) nach Anspruch 9, wobei die asphärische TIR-Linse (120, 300, 301) eine erste Ausdehnung (D1) in der ersten Richtung (R1) und eine zweite Ausdehnung (D2) in der zweiten Richtung (R2) aufweist, wobei die erste Ausdehnung (D1) größer als die zweite Ausdehnung (D2) ist.
Leuchteinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die asphärische TIR-Linse (120, 300, 301) eingerichtet ist, eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Kollimation der räumlich ausgedehnten Lichtquelle (110, 200, 302) zu erzeugen.
Leuchteinrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die asphärische TIR-Linse (120, 300, 301) eine Achse (350), eine erste Fläche (306), eine zweite Fläche (307), eine Austrittsfläche (310) und eine Reflektorfläche (308) umfasst, wobei: die Achse (350) durch die räumlich ausgedehnte Lichtquelle (110, 200, 302) verläuft, die Austrittsfläche (310) planar ist und senkrecht zu der Achse (350) verläuft, wobei die Austrittsfläche (310) das kollimierte Licht bereitstellt, die erste Fläche (306) eine bi-asphärische Form aufweist und die Achse (350) schneidet, die zweite Fläche (307) eine Freiform aufweist und die Achse (350) nicht schneidet und wobei die Reflektorfläche (308) eine paraboloide Form aufweist.
Leuchteinrichtung (100) nach Anspruch 12, wobei die asphärische TIR-Linse (120, 300, 301) eine Stoßregion (309) zwischen der ersten (306) und der zweiten (307) Fläche umfasst, wobei die Stoßregion (309) eine Flächenform aufweist, die einen Fertigungsradius nicht unterschreitet und derart ausgestaltet ist, dass ein Lichtanteil von der räumlich ausgedehnten Lichtquelle (110, 200, 302), die die Stoßregion durchläuft, so abgelenkt wird, dass der Lichtanteil die Leuchtverteilung im Wesentlichen nicht beeinflusst.
Leuchteinrichtung (100) nach Anspruch 13, wobei der Lichtanteil zu einem Anteil von mindestens 70% in Richtung der Austrittsfläche (310) gelenkt wird und nicht zur Reflektorfläche (308) gelenkt wird.
Leuchteinrichtung (100) nach Anspruch 14, wobei der Anteil über 95% beträgt.
Leuchteinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 12-15, wobei die Freiform der zweiten Fläche (307) mittels Q-Polynomen definiert ist.
Leuchteinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der refraktive Diffuser mindestens eine Region umfasst, die eine Hybridstruktur (630) enthält, wobei die Hybridstruktur (600) eine Kombination eines achromatischen refraktiven Diffusers (400, 610) mit einer global wirkenden diffraktiven Struktur (620) umfasst.
Leuchteinrichtung nach Anspruch 17, wobei die global wirkende diffraktive Struktur (620) eine Fresnel-Linse (621) umfasst.
Leuchteinrichtung nach Anspruch 12 und 17 oder 12 und 18, wobei die mindestens eine Region zumindest einen Teil einer Projektion der ersten Fläche (306) und/oder der zweiten Fläche (307) auf den refraktiven Diffuser (130, 400) ausfüllt.
Leuchteinrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüchen, wobei die asphärische TIR-Linse (120, 300, 301) und der refraktive Diffuser (130, 400) einstückig als eine Komponente ausgebildet sind.
Leuchteinrichtung (100) nach Anspruch 20, wobei der refraktive Diffuser (130, 400) einstückig mit der Austrittsfläche (310) der asphärische TIR-Linse (120, 300, 301) ausgebildet ist.
Leuchteinrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die asphärische TIR-Linse (120, 300, 301) und/oder der refraktive Diffuser (130, 400) mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt sind.
Leuchteinrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Leuchteinrichtung (100) als Leuchteinrichtung für ein Fahrzeug ausgebildet ist.