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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, sind die Auskoppelflächen der einzelnen Lichtleiter idealerweise auf der Bildebene der Sekundärlinse angeordnet. Somit ist ein hoher Kontrast zwischen einzelnen Lichtleitern ermöglicht.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Optik zu schaffen, welche verbesserte Leuchteigenschaften aufweist. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung, eine optische Anordnung mit 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 14 und hinsichtlich eines Scheinwerfers gemäß den Merkmalen des Anspruchs 15.
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Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich jeweils in den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß ist eine Optik, insbesondere für ein Fahrzeug, 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 oder mehrere Lichtquellen für einen Lichtleiter vorgesehen sind. 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 zumindest ein Teil der Auskoppelfläche des Lichtleiters in einer Bildebene eines, der Optik nachgeschalteten optischen Elements, insbesondere einer Linse, insbesondere einer bikonvexen Linse, angeordnet sein. Zusätzlich kann eine Auskoppelfläche zumindest eines weiteren Lichtleiters oder ein Teil der Auskoppelfläche des weiteren Lichtleiters außerhalb der Bildebene des optischen Elements in Richtung der ihr zugeordneten Lichtquelle versetzt sein.
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Diese Lösung hat den Vorteil, dass durch eine Anpassung einer Länge der einzelnen Lichtleiter, beispielsweise indem die Auskoppelfläche des entsprechenden Lichtleiters nicht auf der Bildebene des nachgelagerten optischen Elements liegt, eine unscharfe Abbildung dieser Lichtleiter erreicht werden kann. Damit kann beispielsweise für einzelne Lichtleiter oder für einzelne Kanten (Begrenzungslinien) einzelner Lichtleiter oder für mehrere Lichtleiter gezielt ein weicherer Kontrast mit höherer Homogenität erreicht werden.
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Die Auskoppelflächen oder die Teile der Auskoppelflächen, welche außerhalb der Bildebene liegen, sind in Strahlungsrichtung gesehen vorzugsweise zwischen der Bildebene und den Einkoppelflächen angeordnet. Dadurch kann in diesen Bereichen ein Kontrast des ausgegebenen Lichts zu dem ausgegebenen Licht eines benachbarten Lichtleiters (Tapers) zugunsten einer höheren Homogenität des Lichts im Übergangsbereich zwischen den Lichtleitern verringert werden.
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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 einer Fahrbahn 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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Es ist dabei möglich, dass ein Abschnitt der Auskoppelfläche oder zumindest ein Abschnitt eines Flächenrands der Auskoppelfläche zumindest eines Lichtleiters oder einer Mehrzahl von Lichtleitern in der Bildebene des optischen Elements liegt. Ein weiterer Abschnitt der Auskoppelfläche oder zumindest ein Abschnitt eines Flächenrands der Auskoppelfläche zumindest eines Lichtleiters oder einer Mehrzahl von Lichtleitern kann dann beispielsweise nicht in der Bildebene liegen. Dieser Abschnitt kann mit anderen Worten zurückversetzt sein.
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Liegt ein Lichtleiter beispielsweise nur mit einem Teil seiner Auskoppelfläche an der Bildebene an, ist es vorteilhafterweise möglich, an dieser Stelle einen hohen Kontrast zu den benachbarten Lichtleitern oder eine scharfe Hell-Dunkel-Kante zu erreichen. Liegt beispielsweise eine, insbesondere etwa rechteckförmige oder eckige Auskoppelfläche mit einer Kante in der Bildebene des optischen Elements, kann an dieser Kante ein scharfer Kontrast erreicht werden, während an den restlichen Kanten, beziehungsweise dem Bereich der Auskoppelfläche, welcher nicht in der Bildebene des optischen Elements liegt, eine höhere Homogenität des ausgestrahlten Lichts erreicht werden kann. Somit kann beispielsweise ein zu beleuchtender Teil der Fahrbahn homogen ausgeleuchtet werden, und zu einem anderen, zu beleuchtenden Teil der Fahrbahn ein hoher Kontrast, oder eine scharfe Hell-Dunkel-Kante erreicht werden. Das ist insbesondere vorteilhaft, um beispielsweise Gegenverkehr nicht zu blenden. Weiterhin vorteilhaft kann somit einem Lichtverlust entgegengewirkt werden, indem beispielsweise kein Licht in eine Region strahlt, in der es nicht gewünscht oder nicht nötig ist.
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Vorteilhafterweise können die Lichtleiter mit ihren jeweiligen Auskoppelflächen in einem Verbindungsabschnitt, beispielsweise in einer Ebene des Verbindungsabschnitts, der Optik münden. Es ist auch möglich, dass der Verbindungsabschnitt zumindest eine oder mehrere Stufen aufweist, in denen dann die Auskoppelflächen zumindest eines Teils der Lichtleiter münden können. Dadurch können verschiedene Ebenen vorgesehen sein, in welche die Auskoppelflächen der Lichtleiter münden, wobei die Ebenen in einem Parallelabstand angeordnet sein können. Bevorzugt können die Ebenen jeweils auch in einem Parallelabstand zu einer Ebene mit den Einkoppelflächen der Lichtleiter angeordnet sein. Weitere Geometrien für den Verbindungsabschnitt und damit die Auskoppelflächen sind ebenso denkbar. Auf diese Weise können die Lichtleiter unterschiedlich lang ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann zumindest ein Teil der Lichtleiter relativ zur Bildebene der Sekundäroptik zurückversetzt sein, wobei der Abstand zur Bildebene für einzelne Lichtleiter unterschiedlich sein kann. Der Verbindungsabschnitt kann bevorzugt zumindest abschnittsweise in der Bildebene des der Optik nachgeschalteten optischen Elements liegen. Zurückversetzte Lichtleiter können dann bevorzugt mit ihrer Auskoppelfläche oder mit einem Teil ihrer Auskoppelfläche nicht in der Bildebene des optischen Elements liegen und/oder von der Bildebene beabstandet sein. An den Verbindungsabschnitt kann sich beispielsweise ein Flansch oder eine Halterung anschließen. Der Flansch kann beispielsweise für eine Befestigung der Optik vorgesehen sein.
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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 oder eines Teils der benachbarten Lichtleiter können dann aneinander angrenzen.
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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. Die jeweilige Einkoppelfläche kann beispielsweise Teil einer TIR (Totale interne Reflexion) Optik sein. Die TIR-Optik kann eine refraktive Einkoppelfläche und eine refraktive Auskoppelfläche aufweisen. Eine Außenmantelfläche der TIR-Optik kann, insbesondere etwa, paraboloidförmig ausgestaltet und als TIR Oberfläche ausgebildet sein. In die TIR-Optik kann ein zentraler Lichtpfad und eine seitlicher Lichtpfad eintreten. Die Strahlung im seitlichen Lichtpfad kann an der TIR Oberfläche reflektiert werden.
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Weiter vorteilhafterweise kann somit in einem Bereich, in dem die Auskoppelfläche der Lichtleiter im Wesentlichen ganz oder zumindest abschnittsweise auf der Bildebene des optischen Elements liegen, beispielsweise in einem Zentrum der Optik, eine hohe Auflösung für eine zu beleuchtende Fläche ohne Übersprechen der einzelnen Lichtleiter bereitgestellt werden. In einem Bereich, in dem die Auskoppelflächen der Lichtleiter nicht oder nicht vollständig auf der Bildebene des optischen Elements liegen, wird geduldetes Übersprechen erzielt. Dadurch kann dann aber vorteilhafterweise eine Homogenität des ausgegebenen Lichtbilds erhöht sein. Wenn die Optik beispielsweise in einem Fahrzeugscheinwerfer vorgesehen ist, kann beispielsweise die Fahrbahn oder ein mittiger Bereich der Fahrbahn mit hoher Auflösung ausgeleuchtet werden, während ein Randbereich der Fahrbahn mit niedrigerer Auflösung ausgeleuchtet wird.
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Vorteilhafterweise können Herstellungskosten und Montagekosten der Optik verringert werden, da diese bauraumtechnisch klein 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. Dabei kann die Optik vorteilhafterweise einfach und kostengünstig durch ein Spritzgussverfahren hergestellt werden. Besonders bevorzugt kann die Optik einstückig ausgebildet sein, wodurch sich Montagekosten verringern können.
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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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Vorteilhafterweise können durch die Optik, insbesondere wenn diese bei einem Fahrzeug vorgesehen ist, mehrere Lichtfunktionen, beispielsweise Fern- und Abblendlicht, mit einem einzigen optische Element als Sekundärlinse erzeugt werden. Ein hoher Kontrast und/oder eine hohe Homogenität in dem ausgegeben Lichtbild kann dann vorteilhafterweise von der Optik bereitgestellt werden. Dazu kann vorteilhafterweise ein Bereich zumindest eines Lichtleiters oder zumindest ein Bereich mehrerer Lichtleiter zurückgesetzt werden. Somit ist es beispielsweise möglich, ohne ein Ändern des optischen Elements für mehrere Lichtfunktionen jeweils einen vorteilhaften Kontrast und/oder eine vorteilhafte Homogenität zu erreichen. Das kann erreicht werden, wie oben bereits beschrieben, indem zumindest ein Teil eines Lichtleiters (oder jeweils ein Teil mehrerer Lichtleiter) zurückversetzt angeordnet sein kann, während ein weiterer Teil des Lichtleiters (oder ein jeweils weiterer Teil mehrerer Lichtleiter) in einer Bildebene des optischen Elements angeordnet ist. Bei dem zuürckversetzten Teil kann die Strahlung der Lichtquelle dann vorzugsweise mit hoher Homogenität abstrahlen, während die Strahlung bei dem Teil, welcher in der Bildebene liegt, vorzugsweise einen hohen Kontrast aufweisen kann.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel können die Lichtleiter in einer Zeile angeordnet sein. Dabei kann die Auskoppelfläche zumindest eines äußeren Lichtleiters oder eines Teils der äußeren Lichtleiter oder aller äußeren Lichtleiter, vorzugsweise in beide Richtungen der Zeile, beabstandet zur Bildebene des optischen Elements sein. Weiterhin kann die Auskoppelfläche zumindest eines inneren oder einer Mehrzahl von inneren Lichtleiter, insbesondere vollständig oder teilweise, in der Bildebene des optischen Elements liegen. Dabei können ausgehend vom Zeileninneren hin zum Zeilenäußeren die Abstände der jeweiligen Auskoppelflächen zu der jeweiligen Einkoppelfläche einzelner Lichtleiter oder Gruppen von Lichtleiter stufenweise zunehmen.
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel können die Lichtleiter in einer Zeile angeordnet sein. Die Auskoppelfläche zumindest eines äußeren Lichtleiters oder eines Teils der äußeren Lichtleiter oder aller äußeren Lichtleiter kann dann, insbesondere vollständig oder teilweise, in der Bildebene des optischen Elements liegen. Die Auskoppelfläche zumindest eines inneren oder einer Mehrzahl von inneren Lichtleiter kann dann, insbesondere teilweise oder vollständig, beabstandet von der Bildebene angeordnet sein. Dabei können ausgehend vom Zeileninneren hin zum Zeilenäußeren die Abstände der Auskoppelfläche zu der jeweiligen Einkoppelfläche einzelner Lichtleiter oder Gruppen von Lichtleiter stufenweise abnehmen.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel, können die Lichtleiter in zwei Zeilen angeordnet sein. Die Auskoppelflächen der Lichtleitern in der ersten Zeile können dann bevorzugt in einer Ebene liegen, die sich vorzugsweise im Parallelabstand zur Ebene der Einkoppelflächen erstreckt. Die jeweiligen Abstände der Auskoppelflächen zu den Einkoppelflächen der Lichtleiter in der weiteren Zeile können vorteilhafterweise zur Mitte der Zeile hin stufenweise abnehmen. Die Auskoppelflächen liegen hierbei vorzugsweise jeweils in einer Ebene, die sich im Parallelabstand zur Ebene der Einkoppelflächen erstreckt.
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In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel, können die Lichtleiter in zwei Zeilen angeordnet sein. Die Auskoppelflächen der Lichtleiter in der ersten Zeile können dann vorteilhafterweise in einer Ebene liegen, die sich vorzugsweise im Parallelabstand zur Ebene der Einkoppelflächen erstreckt. Die Auskoppelflächen der Lichtleiter in der weiteren Zeile können bevorzugt in einer weiteren Ebene liegen, die sich vorzugsweise ebenso im Parallelabstand zur Ebene der Einkoppelflächen erstreckt. Dabei kann die weitere Ebene einen kürzeren Abstand zu der Ebene der Einkoppelflächen aufweisen.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin eine optische Anordnung vorgesehen, welche die Optik, insbesondere als Primäroptik, und das optische Element, insbesondere als Sekundäroptik, aufweisen kann. Das optische Element kann bevorzugt auf der optischen Hauptachse der Optik angeordnet sein. Mit Vorteil ist das optische Element derart von der Optik beabstandet angeordnet, dass die jeweilige Auskoppelfläche eines Lichtleiters oder eines Teils der Lichtleiter oder ein jeweiliger Teil einer Auskoppelfläche eines Lichtleiters oder eines Teils der Lichtleiter auf der Bildebene der Linse liegt.
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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.
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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 von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
- 1 in einem Längsschnitt eine optische Anordnung gemäß einem nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
- 2a eine Lichtverteilung eines Pixels einer einreihigen optischen Anordnung,
- 2b eine Lichtverteilung eines Pixels einer einreihigen optischen Anordnung mit zurückversetzten Lichtleitern,
- 2c eine Lichtverteilung eines Pixels einer einreihigen optischen Anordnung mit noch weiter zurückversetzten Lichtleitern,
- 2d ein horizontales Profil durch die Lichtverteilungen der 2a bis 2c,
- 3a in einer perspektivischen Ansicht eine Optik gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
- 3b in einer Seitenansicht die Optik aus 3a,
- 3c in einer weiteren Seitenansicht die Optik aus 3a,
- 4a in einer perspektivischen Ansicht eine Optik gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
- 4b in einer Seitenansicht die Optik aus 4a,
- 4c in einer weiteren Seitenansicht die Optik aus 4a,
- 5a in einer perspektivischen Ansicht eine Optik gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
- 5b in einer Draufsicht die Optik aus 5a,
- 6a in einer perspektivischen Ansicht eine Optik gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,
- 6b in einer Draufsicht die Optik aus 6a,
- 7a eine Lichtverteilung zweier Pixel einer zweireihigen optischen Anordnung,
- 7b eine Lichtverteilung zweier Pixel einer zweireihigen optischen Anordnung mit zurückversetzten Lichtleitern in einer der Reihen,
- 7c eine Lichtverteilung zweier Pixel einer zweireihigen optischen Anordnung mit noch weiter zurückversetzten Lichtleitern in einer der Reihen, und
- 8 eine Übersicht über ein Verhältnis von Kontrast zu Homogenität verschiedener Lichtfunktionen.
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In 1 ist eine optische Anordnung 1 dargestellt, wie sie noch nicht einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel entspricht. 1 ist also zum besseren Verständnis der nachfolgend angeführten, erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele gezeigt. Sie stellt die optische Anordnung, mit einer Optik 2 und einer Linse oder Sekundärlinse 4, wobei deren optische Hauptachsen 6 koaxial zueinander angeordnet sind, dar. 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 in einer Richtung weg von der Sekundärlinse 4 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. Für jeden Lichtleiter 10 bis 28 ist eine Licht emittierende Diode (LED) 34 als Lichtquelle, von denen der Einfachheit halber nur eine mit einem Bezugszeichen versehen ist, 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.
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Die Auskoppelflächen 32 der Lichtleiter 10 bis 28 liegen auf einer Bildebene 36 der Sekundärlinse 4, die gemäß 1 gepunktet dargestellt ist. Dies führt dazu, dass die Lichtpunkte der einzelne Lichtleiter mit hohem Kontrast abgebildet werden können. Die Bildebene 36 ist bevorzugt sphärisch ausgebildet, kann aber auch elliptisch oder freiförmig sein. Des Weiteren ist die Bildebene 36 von den Einkoppelflächen 30 aus gesehen konvex ausgestaltet.
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Der Verbindungsabschnitt 8 der Optik 2 ist dabei so ausgestaltet, dass er auf einer zur Sekundärlinse 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 oder Fresnelstrukturen.
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Der Verbindungsabschnitt 8 ist in einer Richtung weg von der Sekundärlinse 4 entlang der Bildebene 38 der Sekundärlinse 4 verbreitert. Der Verbindungsabschnitt 8 weist einen Flansch 39 auf, welcher beispielsweise zur Befestigung der Optik 2 vorgesehen ist.
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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. Die optische Anordnung 1 kann beispielsweise in einem Scheinwerfer 40, vereinfacht durch eine Strichlinie dargestellt, vorgesehen sein.
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2a zeigt eine Lichtverteilung 42 eines Pixels, welche beispielsweise durch die Strahlung eines exemplarisch ausgewählten Lichtleiters 28, siehe 1, erzeugt ist, wenn dessen Auskoppelfläche 32 auf der Bildebene 36 der Sekundärlinse 4 liegt.
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In der 2b ist eine Lichtverteilung 44 eines Pixels dargestellt, welche entsteht, wenn die Auskoppelfläche 32 (1) des exemplarisch ausgewählten Lichtleiters 28, insbesondere um 1,8mm, hinter die Bildebene 36 der Sekundärlinse zurückgesetzt ist (nicht in 1 gezeigt). Die Lichtverteilung 44 ist deutlich breiter als die Lichtverteilung 42 der 2a.
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Eine Lichtverteilung 46 der 2c entsteht, wenn die Auskoppelfläche 32 (1) des exemplarisch ausgehwählten Lichtleiters 28, insbesondere um 3,8mm, hinter die Bildebene 36 der Sekundärlinse 4 zurückgesetzt ist (nicht in 1 gezeigt). Die Lichtverteilung 46 ist noch einmal deutlich breiter als die Lichtverteilung 44 der 2b.
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2d zeigt ein horizontales Profil durch die Lichtverteilungen 42 bis 46 der 2a bis 2c. Es ist zu erkennen, dass die Lichtverteilung 46 breiter ist, als die Lichtverteilung 44, welche breiter ist als die Lichtverteilung 42. Die Lichtverteilung 42 zeigt also ein Pixel mit vergleichsweise hohem Kontrast und niedriger Homogenität, während die Lichtverteilung 46 ein Pixel mit vergleichsweise niedrigem Kontrast und hoher Homogenität zeigt. Die Lichtverteilung 44 zeigt ein Pixel mit vergleichsweise mittlerem Kontrast und mittlerer Homogenität.
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3a zeigt eine Optik 54 mit einer Reihe von Lichtleitern 56 bis 74. Diese weisen jeweils einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 69 auf, welcher sich an einen Einkoppelabschnitt 76 anschließt, exemplarisch nur am Lichtleiter 56 mit einem Bezugszeichen versehen. Der Einkoppelabschnitt 76 ist jeweils beispielsweise als totale interne Reflexionslinse (TIR) ausgebildet. Eine jeweilige Auskoppelfläche (nicht gezeigt) der Lichtleiter 56 bis 74 ist etwa rechteckförmig ausgestaltet und mündet in einem Verbindungsabschnitt 77 der Optik. Für jeden Lichtleiter 56 bis 74 ist eine Licht emittierende Diode (LED) (ohne Bezugszeichen) als Lichtquelle derart angeordnet, dass durch sie Licht in die jeweilige Einkoppelfläche der Lichtleiter 56 bis 74 einkoppelbar ist.
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Die Lichtleiter 56 bis 74 sind gemäß 3b im Parallelabstand zueinander angeordnet, wobei ihre Einkoppelflächen 79 in einer Ebene liegen. Die Länge der äußeren Lichtleiter 56, 74 ist am kürzesten. Die Länge der Lichtleiter 56 bis 74 nimmt vom Zeilenäußeren zum Zeileninneren zu. Von außen gesehen können die nächsten und übernächsten Lichtleiter, 58, 60, 70, 72 länger ausgestaltet sein, als die Lichtleiter 56 und 74. Die, insbesondere vier, inneren Lichtleiter 62 bis 68 sind am längsten. Sie liegen auf der Bildebene der Sekundärlinse. Die Homogenität nimmt in diesem Fall vom Zeilenäußeren zum Zeileninneren ab, während der Kontrast zugleich zunimmt. Dadurch ist der Verbindungsabschnitt 77 auf den zu den Lichtleitern 56 bis 74 weisenden Seite gestuft ausgebildet. Er weist von innen nach außen, in beide Richtungen gesehen, eine erste und eine zweite Stufe 71 und 73 auf. Die Auskoppelfläche 75 der Optik 54 ist konvex ausgestaltet. Der Verbindungsabschnitt 77 weist einen umlaufenden Flansch 78 (siehe 1) zur Befestigung der Optik 54 auf. Für jeden Lichtleiter 56 bis 74 ist eine Licht emittierende Diode (LED) (ohne Bezugszeichen) als Lichtquelle derart angeordnet, dass durch sie Licht in die jeweilige Einkoppelfläche der Lichtleiter 56 bis 74 einkoppelbar ist.
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3c zeigt die Optik 54 aus 3a in einer weiteren Ansicht. Die Auskoppelfläche 75 ist konvex ausgebildet.
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4a zeigt eine Optik 80 mit einer Reihe von Lichtleitern 82 bis 104. Diese weisen jeweils einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 106 auf, welcher sich an einen Einkoppelabschnitt 108 anschließt, exemplarisch nur am Lichtleiter 90 mit einem Bezugszeichen versehen. Der Einkoppelabschnitt 108 ist jeweils beispielsweise als totale interne Reflexionslinse (TIR) ausgebildet. Eine jeweilige Auskoppelfläche (nicht gezeigt) der Lichtleiter 82 bis 104 ist etwa rechteckförmig ausgestaltet und mündet in einem Verbindungsabschnitt 110 der Optik 80. Für jeden Lichtleiter 82 bis 104 ist eine Licht emittierende Diode (LED) (ohne Bezugszeichen) als Lichtquelle derart angeordnet, dass durch sie Licht in die jeweilige Einkoppelfläche der Lichtleiter 82 bis 104 einkoppelbar ist.
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Die Lichtleiter 82 bis 104 sind gemäß 4b im Parallelabstand zueinander angeordnet, wobei ihre Einkoppelflächen 111 in einer Ebene liegen. Die Länge der äußeren Lichtleiter 82, 104 ist am längsten. Die Länge der Lichtleiter 82 bis 104 nimmt vom Zeilenäußeren zum Zeileninneren ab. Von außen gesehen können die nächsten und übernächsten Lichtleiter, 84, 86, 100, 102 kürzer ausgestaltet sein, als die Lichtleiter 82 und 104. Die, insbesondere vier, inneren Lichtleiter 90 bis 96 sind am längsten. Dadurch ist der Verbindungsabschnitt 112 auf den zu den Lichtleitern 82 bis 104 weisenden Seite gestuft ausgebildet. Er weist von innen nach außen, in beide Richtungen gesehen, eine erste und eine zweite Stufe 113 und 115 auf. Die Auskoppelfläche 117 der Optik 54 ist konvex ausgestaltet. Der Verbindungsabschnitt 110 weist einen umlaufenden Flansch 112 zur Befestigung der Optik 80 auf. Für jeden Lichtleiter 82 bis 104 ist eine Licht emittierende Diode (LED) (ohne Bezugszeichen) als Lichtquelle derart angeordnet, dass durch sie Licht in die jeweilige Einkoppelfläche der Lichtleiter 82 bis 104 einkoppelbar ist.
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4c zeigt die Optik 80 aus 4a in einer weiteren Ansicht. Die Auskoppelfläche 117 ist konvex ausgebildet.
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5a zeigt eine Optik 116 mit einer zweireihigen Lichtleiteranordnung. Dabei ist eine Reihe 118 von Lichtleitern 120, exemplarisch nur an einem Lichtleiter mit einem Bezugszeichen versehen, gleichmäßig ausgestaltet, so dass ein kegelstumpfförmiger Abschnitt 122 der Lichtleiter 120 mit einer jeweiligen Auskoppelfläche (nicht gezeigt) in einen Verbindungsabschnitt 124 der Optik 116 mündet. Die zweite Reihe 126 weist die selbe Verteilung der Lichtleiter auf, wie sie in 4a gezeigt ist, und soll daher hier nicht erneut beschrieben werden. Die Längen der Lichtleiter verkürzen sich also stufenartig nach innen über zwei Stufen 123 und 125. Die Einkoppelflächen 127, exemplarisch nur an einem Lichtleiter 120 mit einem Bezugszeichen versehen, aller Lichtleiter 120 liegen in einer Ebene. Für jeden der Lichtleiter ist eine Licht emittierende Diode (LED) (ohne Bezugszeichen) als Lichtquelle derart angeordnet, dass durch sie Licht in die jeweilige Einkoppelfläche der Lichtleiter einkoppelbar ist.
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5b zeigt die Optik 116 aus einer Draufsicht.
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6a zeigt eine Optik 128 mit einer zweireihigen Lichtleiteranordnung. Diese weist zwei Reihen 130 und 132 auf. Die Lichtleiter 134 der Reihe 130, exemplarisch nur an einer Stelle mit einem Bezugszeichen versehen, weisen einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 136 und einen Einkoppelabschnitt 138 auf. Der Einkoppelabschnitt 138 ist jeweils beispielsweise als totale interne Reflexionslinse (TIR) ausgebildet. Der kegelstumpfförmige Abschnitt 136 mündet jeweils mit einer Auskoppelfläche (nicht gezeigt) der Lichtleiter 134 direkt in Verbindungsabschnitt 140 der Optik 128. Der Einkoppelabschnitt 138 ist von einer dem Verbindungsabschnitt 140 abgewandten Seite der Lichtleiter 134 angeordnet. Die Auskoppelfläche der Lichtleiter 134 liegen in einer Ebene bei dem Verbindungsabschnitt 140 der Optik 128. Die Lichtleiter 142, exemplarisch nur an einer Stelle mit einem Bezugszeichen versehen, der Reihe 132 weisen jeweils einen, im Vergleich zu den Lichtleitern 134, sehr kurzen kegelstumpfförmigen Abschnitt 144 auf. An diesen schließt sich in Richtung weg von dem Verbindungsabschnitt 140 ein Einkoppelabschnitt 146 an. Der Einkoppelabschnitt 146 ist jeweils beispielsweise als totale interne Reflexionslinse (TIR) ausgebildet. Zwischen dem Bund 140 und dem Einkoppelabschnitt 146 ist eine Stufe 148 angeordnet, welche mit dem Verbindungsabschnitt 140 verbunden ist. Die Lichtleiter 142 münden mit ihrer Auskoppelfläche (nicht gezeigt) in einer Ebene in der Stufe. Jeweilige Einkoppelflächen 150, exemplarisch nur an einem Lichtleiter 134 mit einem Bezugsrechten versehen, aller Lichtleiter 134, 142 liegen in einer Ebene. Für jeden der Lichtleiter ist eine Licht emittierende Diode (LED) (ohne Bezugszeichen) als Lichtquelle derart angeordnet, dass durch sie Licht in die jeweilige Einkoppelfläche der Lichtleiter einkoppelbar ist.
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6b zeigt die Optik 128 aus einer Draufsicht.
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Gemäß 7a ist eine Lichtverteilung 152 zweier Pixel von jeweils zwei Lichtleitern 134, 142, siehe beispielsweise eine ähnliche Optik wie die Optik 128 aus 6a, gezeigt. Die Auskoppelflächen (nicht gezeigt) beider Lichtleiter 134, 142 (6a) liegen jeweils auf der Bildebene einer nachgeschalteten Linse (nicht gezeigt).
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7b zeigt eine Lichtverteilung 154 zweier Pixel von jeweils zwei Lichtleitern 134, 142, siehe beispielsweise eine die Optik 128 aus 6a. Die Auskoppelflächen (nicht gezeigt) eines Lichtleiters 142 ist gegenüber der des anderen Lichtleiters 134 (siehe 6a) zurückverssetzt. Die Lichtverteilung 154 ist oben deutlich breiter, als unten. Das bedeutet, der obere Lichtleiter 142 ( 6a) ist zurückversetzt.
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Eine Lichtverteilung 156 zweier Pixel wie in 7c gezeigt, entsteht, wenn der Lichtleiter 142 (siehe 6a) noch weiter zurückversetzt wird, als in 7b gezeigt. Die Lichtverteilung 156 verbreitert sich merklich nach oben gesehen, bis hin zu einer T-förmigen Gestalt.
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8 zeigt verschiedene Anforderungen an verschiedene Lichtfunktionen F1 bis F5. Dabei bezeichnet F1 ein Abblendlicht, F2 ein Fernlicht, F3 ein AFS Abblendlicht (adaptive front-lightning System), F4 ein ADB Fernlicht(adaptive driving beam) und F5 ein dynamisches Abblendlicht (dynamischer Kink). H steht für Homogenität und K für Kontrast. Ein Kreis steht für eine vertikale Richtung in einem Fahrzeug, während ein Viereck für eine horizontale Richtung steht. Es ist also gezeigt, dass für eine Funktion F1, das Abblendlicht, eine hohe horizontale Homogenität und ein hoher vertikaler Kontrast benötigt ist. Für eine Funktion F2, ein Fernlicht, ist eine hohe Homogenität, sowohl vertikal, als auch horizontal gefordert. Eine Funktion F3, ein AFS Abblendlicht oder Kurvenlicht, benötigt eine mittlere Homogenität in horizontaler Richtung und einen hohen Kontrast in vertikaler Richtung. Eine Funktion F4, ein ADB Fernlicht, weist idealerweise eine hohe vertikale Homogenität und einen mittleren horizontalen Kontrast auf, während eine Funktion F5, ein dynamisches Abblendlicht, einen hohen horizontalen und vertikalen Kontrast aufweist.
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Offenbart ist eine Optik mit einer Mehrzahl von Lichtleitern, die jeweils für zumindest eine Lichtquelle vorgesehen sind, und die jeweils eine Einkoppelfläche und eine Auskoppelfläche aufweisen, wobei eine Strahlung der zumindest einen Lichtquelle in die jeweilige Einkoppelfläche der Lichtleiter einkoppelbar ist und über die jeweilige Auskoppelfläche auskoppelbar ist, wobei die Auskoppelfläche oder ein Teil der Auskoppelfläche zumindest eines Lichtleiters in einer Bildebene eines, der Optik nachschaltbaren, optischen Elements liegt, und dass die Auskoppelfläche oder ein Teil der Auskoppelfläche zumindest eines weiteren Lichtleiters außerhalb der Bildebene des optischen Elements liegt.
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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 |
| Flansch |
39 |
| Scheinwerfer |
40 |
| Lichtverteilung |
42,44,46 |
| Optik |
54 |
| Lichtleiter |
56 bis 74 |
| kegelstumpfförmiger Abschnitt |
69 |
| Stufe |
71, 73 |
| Auskoppelfläche |
75 |
| Einkoppelabschnitt |
76 |
| Verbindungsabschnitt |
77 |
| Flansch |
78 |
| Einkoppelfläche |
79 |
| Optik |
80 |
| Lichtleiter |
82 bis 104 |
| kegelstumpfförmiger Abschnitt |
106 |
| Einkoppelabschnitt |
108 |
| Verbindungsabschnitt |
110 |
| Einkoppelfläche |
111 |
| Flansch |
112 |
| Stufe |
113,115 |
| Optik |
116 |
| Auskoppelfläche |
117 |
| Reihe |
118 |
| Lichtleiter |
120 |
| kegelstumpfförmiger Abschnitt |
122 |
| Stufe |
123,125 |
| Verbindungsabschnitt |
124 |
| Reihe |
126 |
| Einkoppelfläche |
127 |
| Optik |
128 |
| Riehe |
130,132 |
| Lichtleiter |
134 |
| kegelstumpfförmiger Abschnitt |
136 |
| Einkoppelabschnitt |
138 |
| Verbindungsabschnitt |
140 |
| Lichtleiter |
142 |
| kegelstumpfförmiger Abschnitt |
144 |
| Einkoppelabschnitt |
146 |
| Stufe |
148 |
| Einkoppelfläche |
150 |
| Lichtverteilung |
152,154,156 |
