DE102019102042A1

DE102019102042A1 - Optik, Leuchte damit, Fahrzeug damit, Herstellungsverfahren für eine Optik und Betriebsverfahren für eine Leuchte

Info

Publication number: DE102019102042A1
Application number: DE102019102042.5A
Authority: DE
Inventors: Daniel Weissenberger; Thomas Feil; Martin Petzold
Original assignee: Osram Continental GmbH
Current assignee: Plastic Omnium Lighting Systems GmbH
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2020-07-30

Abstract

Offenbart wird eine Optik (1) mit einem Linsenkörper (2), welcher an einer lateralen Fläche (18) eine Grenzfläche (16) aufweist. Weiterbildend kann die Optik einen Halter (4) aufweisen und/oder Teil einer Leuchte sein. Offenbart werden auch Herstellungsverfahren dafür und ein Betriebsverfahren.

Description

Die Erfindung geht von einer Optik für eine Leuchte aus, welche Optik einen Linsenkörper aufweist, der sich entlang einer Hauptachse von zumindest einer Einkoppelstruktur zu einer Auskoppelfläche erstreckt. Daneben geht die Erfindung von einer Leuchte mit der Optik und zumindest einer der Einkoppelstruktur vorgeschalteten Lichtquelle aus. Außerdem geht die Erfindung von einem Fahrzeug mit der Leuchte aus. Bezüglich des Herstellungsverfahrens geht die Erfindung aus von dem Schritt Formen eines Linsenkörpers, so dass der Linsenkörper sich entlang einer Hauptachse von zumindest einer Einkoppelstruktur zu einer Auskoppelfläche erstreckt.
Im Gebiet der Abblendlichtleuchten oder Front-Nebelleuchten ist eine als „reiner Reflektor“ bezeichnete Bauweise mit einem an die Lichtquelle zum Bilden eines starken Gradienten im Fernfeld (fachsprachlich cut-off), wie einer Hell-Dunkel-Grenze, angepassten Reflektor bekannt. Weiters ist bei Einsatz einer Punktlichtquelle oder dergleichen eine als „Projektionssystem“ bezeichnete Bauweise bekannt, wobei in den Strahlengang zwischen der Punktlichtquelle und einer nachgeschalteten Optik in der Abbildungsebene der Optik teilweise ein Verschluss (fachsprachlich shutter) zum Bilden des starken Gradienten im Fernfeld angepasst hineinragt; dabei kann durch Verwenden eines Reflektors, der im Strahlengang zwischen Lichtquelle und Verschluss angebracht ist, die optische Effizienz gesteigert werden.
Die bekannten Bauweisen benötigen eine Vielzahl von Bauteilen, welche aufwendig montiert werden müssen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Herstellung und Montage einer Leuchte, bevorzugt für Abblendlicht oder Front-Nebellicht, zu vereinfachen. Eine Eignung für die Serienfertigung im Fahrzeugbau wird bevorzugt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der jeweiligen unabhängigen Ansprüche gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß ist die Optik zur Verwendung in einer Leuchte, insbesondere in einer Leuchte in einem Scheinwerfer, bevorzugt zur Verwendung in einem Fahrzeug, geeignet. Das Fahrzeug kann ein Luftfahrzeug oder ein wassergebundenes Fahrzeug oder ein landgebundenes Fahrzeug, dabei bevorzugt ein Schienenfahrzeug oder ein Fahrrad oder ein Kraftfahrzeug, dabei bevorzugt ein Lastkraftwagen oder ein Personenkraftwagen oder ein Kraftrad, sein. Das Fahrzeug kann des Weiteren als nicht-autonomes oder teilautonomes oder autonomes Fahrzeug ausgestaltet sein. Eine Eignung für eine Verwendung in einem Fahrzeug kann eine Eignung für einen Dauerbetrieb bei einer Temperatur zwischen -40°C bis +120°C, wie etwa bei 85°C, sein.
Die Optik ist vorzugsweise zum Erzeugen einer Lichtverteilung im Nahfeld innerhalb eines Fahrzeugscheinwerfers geeignet. Die Leuchte kann neben der beschriebenen Optik noch mindestens ein weiteres optisches Element enthalten.
Insbesondere ist eine Sekundärlinse vorgesehen, die die von der beschriebenen Optik im Nahfeld geformte Lichtverteilung ins Fernfeld abbildet. Im Fahrzeugwesen wird typischerweise der Bereich ab 25m als Fernfeld bezeichnet.
Der Linsenkörper weist zumindest eine Einkoppelstruktur auf, von welcher aus er sich entlang einer Hauptachse zu zumindest einer Auskoppelfläche erstreckt.
Sind mehrere Einkoppelstrukturen vorgesehen, kann eine mittels der Optik abgebbare Helligkeit mit Vorteil gesteigert werden. Vorzugsweise weist der Linsenkörper eine Vielzahl von Einkoppelstrukturen auf, welche in einem zweidimensionalen Muster, beispielsweise entlang einer etwa Linie, entlang eines Kreises und/oder eines Ovals und/oder einer Ellipse und/oder schachbrettartig und/oder regelmäßig und/oder gemäß einer Dichteverteilung, an einer Einkoppelseite des Linsenkörpers angeordnet sind.
Eine Einkoppelstruktur kann beispielsweise als eine leicht zu fertigende Einkoppelfläche bzw. Einkoppelseite und/oder eine optische sehr effiziente TIR-Einkoppelstruktur ausgebildet sein. Eine TIR-Einkoppelstruktur hat beispielsweise eine refraktive Einkoppelstruktur und eine paraboloidförmig zur internen Totalreflexion ausgestaltete Außenmantelfläche, sodass eine Strahlung im seitlichen Lichtpfad an der Außenmantelfläche reflektierbar ist. Indem eine TIR-Einkoppelstruktur verwendet wird, kann synergetisch nochmals die Herstellung und Montage vereinfachend auf einen der Linse vorgeschalteten Reflektor verzichtet werden.
Die zumindest eine Auskoppelfläche ist zum Lichtabgeben, insbesondere in ein Nahfeld, geeignet. Vorzugsweise ist eine Auskoppelfläche vorgesehen. Beispielsweise können mehrere Auskoppelflächen zum Erzeugen unterschiedlicher Lichtbildbereiche vorgesehen sein.
Die Hauptachse ist eine virtuelle Achse bzw. Richtung, welche sich von der zumindest einen Einkoppelstruktur zu der zumindest einen Auskoppelfläche erstreckt. Im Fall einer Einkoppelstrukturenvielzahl kann die Hauptachse eine der Einkoppelstrukturen und/oder einen mittleren Punkt aller Einkoppelstrukturen schneiden.
Der Linsenkörper weist mit der zumindest einen Einkoppelstruktur bzw. Einkoppelseite und der Auskoppelfläche Stirnseiten auf, zwischen welchen der Linsenkörper peripher durch zumindest eine laterale Fläche bzw. Umfangsfläche peripher bzw. außen begrenzt bzw. definiert wird. An zumindest einer dieser lateralen Flächen und/oder einem Abschnitt einer solchen lateralen Fläche ist erfindungsgemäß eine Grenzfläche angeordnet. Die Grenzfläche ist dazu ausgelegt, ein sichtbares Licht von einer der zumindest einen Einkoppelstruktur zu einer der zumindest einen Auskoppelfläche zu reflektieren. Somit kann eine Leuchte mit nur der Optik und zumindest einer Lichtquelle unter Verzicht auf einen Verschluss oder Teilverschluss (fachsprachlich shutter) und dergleichen realisiert werden. Die geringere Teilezahl vereinfacht die Herstellung und macht sie günstiger. Die Montage wird durch weniger Arbeitsschritte vereinfacht. Die Optik ist vorzugsweise in einer Abblendlichtfunktion, wie einem Low Beam (Fachsprache), in einer Front-Nebellichtfunktion, wie einem Front Fog light (Fachsprache), aber grundsätzlich auch in einer Fernlichtfunktion, wie einem High Beam (Fachsprache), oder einer AFS-Funktion (fachsprachlich automotive frontlighting system oder advanced frontlighting system), oder einer ADB-Funktion (fachsprachlich adaptive driving beam) einsetzbar. Mit anderen Worten: mittels der Grenzfläche ist eine Lichtverteilung aufweisend einen starken Gradienten generierbar. Letztlich erreicht man eine preisgünstige Optik.
Weiterbildend können die Grenzfläche bzw. der Linsenkörper dazu ausgelegt sein, ein sichtbares Licht von einer der zumindest einen Einkoppelstruktur zu einer der zumindest einen Auskoppelfläche an der Grenzfläche total zu reflektieren. Vorzugsweise trifft das Licht von der Einkoppelstruktur unter einem flachen Winkel auf die Grenzfläche, wobei der Winkel wellenlängenabhängig zur Reflexion geeignet ist. Auf diese Weisen kann, mit zunehmender optischer Effizienz, im Lichtbild ein besonders großer Gradient erzeugt werden, um beispielsweise ein Abblendlicht zu formen.
Um einen besonders großen Gradienten zu erreichen, also um einen besonders abrupten Wechsel zwischen Hell und Dunkel bzw. eine solche Kante (fachsprachlich) im Lichtbild zu erreichen, ist zusätzlich oder alternativ auch eine zumindest stetige Grenzfläche von Vorteil. Eine stetige Grenzfläche ist ununterbrochen. Mit anderen Worten: sie kann durch ein Konstruktionsmerkmal, wie eine Halterung und/oder eine Aussparung, unbeeinträchtigt bzw. bzgl. ihres Strahlengangs ungestört sein. Eine zumindest stetige Grenzfläche kann beispielsweise eben bzw. plan, gekrümmt und/oder zumindest einmal spitz, senkrecht und/oder bevorzugt stumpf geknickt sein. Eine mehrmals geknickte Grenzfläche kann weiterbildend eine abgestufte und/oder konvex geknickte und/oder konkav geknickte Grenzfläche sein.
Die Grenzfläche kann einen konkaven Abschnitt enthalten oder daraus bestehen, wie einen kontinuierlich konkaven Abschnitt. Die Grenzfläche kann einen konvexen Abschnitt enthalten oder daraus bestehen, wie einen kontinuierlich konvexen Abschnitt. Die Grenzfläche kann einen geknickten Abschnitt enthalten und/oder daraus bestehen. Die Grenzfläche kann einen abgestuften Abschnitt enthalten und/oder daraus bestehen. Diese Abschnitte können einen geraden Verlauf und/oder einen gebogenen Verlaus aufweisen. Diese Abschnitte können eine zur Hauptachse parallelen oder näherungsweise parallelen Verlauf aufweisen; etwa derart, dass eine Mittelpunktsachse eines konkaven Abschnitts zu der Hauptachse parallel ist; außerdem können diese Abschnitte einen zu der Hauptachse windschiefen oder bevorzugt queren wie quer versetzten Verlauf aufweisen. Diese Abschnitte können einen bezüglich der Hauptachse von der zumindest einen Einkoppelstruktur zu der Auskoppelfläche divergierenden und/oder konvergierenden Verlauf aufweisen.
Der Linsenkörper weist vorzugsweise ein Material auf, welches in einer Luftumgebung zur internen Reflexion, stärker bevorzugt zur totalen internen Reflexion geeignet ist. Vorzugsweise soll Material des Linsenkörpers eine größere Dichte als ein an die Grenzfläche außen anliegendes Material bzw. Medium, wie Luft, aufweisen. Das Material des Linsenkörper soll zumindest in einem Teilbereich des sichtbaren Lichts durchlässig sein. Unter Aspekten wie Herstellbarkeit, Formbarkeit, Festigkeit, Steifigkeit, Flexibilität, Widerstand gegen hohe auftretende Leistungsdichten, Hitzebeständigkeit, Alterungsbeständigkeit, Transparenz, Wirtschaftlichkeit, Unfallsicherheit und/oder nichttechnischen Faktoren, wie Gestaltungsaspekten, sind beispielsweise die Materialklassen Silikon, Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA) und/oder Glas bevorzugbar.
Der Optik umfasst vorliegend den Linsenkörper als optisches Element. Die Optik kann zumindest ein weiteres optisches Element enthalten, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche beispielsweise eine Linse, einen Reflektor, eine Blende, einen Lichtleiter, ein holografisches Element, ein Liquid Crystal Display (LCD), eine digitale Spiegelvorrichtung (fachsprachlich Digital Mirror Device bzw. DMD) und/oder einen Konverter mit einem Leuchtstoff enthält. Insofern kann der Linsenkörper als Primärlinse bezeichnet werden. Die Optik kann auch zumindest ein funktional dazugehöriges Anbauteil enthalten, wie einen mit dem Linsenkörper verbundenen und/oder festgelegten Halter oder einen zu dem Linsenkörper separaten Halter, welcher den Linsenkörper oder die gesamte Optik bezüglich zumindest einer Lichtquelle und/oder bezüglich einer nachgeschalteten Einrichtung festlegt. Ein lötbarer Halter ist von Vorteil, um die Optik in einem Lötschritt an einem weiteren Teil, wie einer Leiterplatte (fachsprachlich PCB bzw. printed circuit board) wirtschaftlich festzulegen.
Weiterbildend kann der Linsenkörper zumindest teilweise und/oder auf zumindest einer Seite und/oder Fläche dichroitisch beschichtet sein. Eine dichroitische Beschichtung kann beispielsweise eine wellenlängenbereichsabhängig transmissive und/oder wellenlängenbereichsabhängig reflektive Beschichtung sein.
Mit anderen Worten, es wird eine preisgünstige und optisch effiziente Optik vorgeschlagen, in welcher eine reflektierende / totalreflektierende Grenzfläche bereitgestellt wird. Die optische Effizienz kann bspw. durch eine TIR-Einkopplung nochmals gesteigert werden.
Unabhängig beanspruchbar ist eine Leuchte, welche eine vorstehend beschriebene Optik mit zumindest einer Lichtquelle kombiniert. Die zumindest eine Lichtquelle ist der zumindest einen Einkoppelstruktur vorgeschaltet. Da die Leuchte die Optik enthält, kann sie vereinfacht hergestellt und montiert werden. Wird die zumindest eine Lichtauskoppelfläche bzw. Lichtaustrittsfläche dichroitisch beschichtet, ermöglich dies einerseits, den Farbort des abgegebenen Lichts einzustellen, und/oder kann zur Sicherheitserhöhung ein bestimmtes Licht, wie ein Laserlicht, am Austritt gehindert werden. Dieselben Vorteile werden durch dichroitisches Beschichten der zumindest einen Lichteinkoppelstruktur bzw. Lichteintrittsfläche bewirkt.
Als Lichtquelle kommt jede Art Strahlungsquelle in Betracht, solange sie zumindest einen Anteil einer emittierten Strahlung im sichtbaren Bereich abgibt. Die zumindest eine Lichtquelle kann beispielsweise ausgebildet sein: als eine Glühlampe; als eine Halogenlampe; als eine Entladungslampe; als eine Licht emittierende Diode (LED); als ein Laser; als eine LED oder ein Laser oder eine andere Lichtquelle, die jeweils ein nach dem Prinzip Laser Activated Remote Phosphor (LARP) arbeitendes System sind; als ein nach einem Digital Light Processing (DLP)-Prinzip arbeitender Projektor; als eine IR-Strahlungsquelle; oder als eine andere eine elektromagnetische Strahlung in und/oder teilweise in und/oder nahe bei und/oder teilweise nahe bei dem sichtbaren Bereich abgebende, wiedergebende und/oder erzeugende Vorrichtung.
Eine Entladungslampe kann als High Intensity Discharge (HID) bezeichnet sein, und/oder sie kann beispielsweise eine Gasentladungslampe sein.
Unter einer Licht emittierenden Diode sollen insbesondere eine LED mit einem nachgelagerten Leuchtstoff zur teilweisen Umwandlung von Primärlicht (Emissionslicht der LED) in Sekundärlicht (Konversionslicht des Leuchtstoffs); eine ein warmweißes Licht emittierende LED; eine ein kaltweißes Licht emittierende LED; eine LED, welche in Vollkonversion betrieben wird; eine LED ohne einen nachgelagerten Leuchtstoff; eine pixelierte LED-Matrixanordnung; eine organische LED (OLED) und/oder dergleichen verstanden werden. Weiterbildend kann eine LED eine LED-Anordnung, wie rein beispielsweise eine zum Erzeugen mehrfarbigen Lichts vorbereitete LED-Anordnung, sein. Bevorzugt emittieren die LED-Chips weißes Licht im genormten ECE-Weißfeld der Automobilindustrie, beispielsweise realisiert durch einen blauen Emitter und einen gelb/grünen Konverter. Einsetzbar und bevorzugt sind auch MikroLEDs bzw. µLEDs mit beispielsweise einer Fläche von 0,25mm² bzw. 500µm Kantenlänge. Bei mehrfarbigen LEDs kann durch ein Zusammenschalten ein weißes Licht erzeugt werden.
Bei der LARP-Technologie wird ein von einer Strahlungsquelle meist beabstandet angeordnetes Konversionselement, das einen Leuchtstoff (Hinweis: der Begriff Phosphor umfasst fachsprachlich auch Phosphor-freie Leuchtstoffe) aufweist oder daraus besteht, mit einer Anregungsstrahlung, insbesondere einem Anregungsstrahl oder Pumpstrahl oder Pumplaserstrahl, bestrahlt, insbesondere mit dem Anregungsstrahl einer Laserdiode. Die Anregungsstrahlung wird vom Leuchtstoff zumindest teilweise absorbiert und zumindest teilweise in eine Konversionsstrahlung oder in ein Konversionslicht umgewandelt, deren Wellenlängen und somit spektralen Eigenschaften und/oder Farbe durch die Konversionseigenschaften des Leuchtstoffs bestimmt wird. Bei der Down-Konversion wird die Anregungsstrahlung der Strahlungsquelle durch den bestrahlten Leuchtstoff in eine Konversionsstrahlung mit längeren Wellenlängen als die Anregungsstrahlung konvertiert. Beispielsweise kann so mit Hilfe des Konversionselements eine blaue Anregungsstrahlung, insbesondere ein blaues Laserlicht, in eine rote und/oder grüne und/oder gelbe Konversionsstrahlung konvertiert werden. Bei einer teilweisen Konversion ergibt dann beispielsweise eine Überlagerung eines nichtkonvertierten blauen Anregungslichts und eines gelben Konversionslichts ein weißes Nutzlicht. Aus dem Stand der Technik sind LARP-Systeme oder µLARP-Systeme beispielsweise aus der DE102012223854 A1 und der DE102012201307 A1 , sowie den Patentschriften US20160290856 , DE102015213460 und DE102015220838 bekannt. Das Konversionselement ist üblicherweise mit einem Substrat verbunden, und es bildet dann zusammen mit dem Substrat einen Konverter. Der Konverter kann hierbei transmittierend ausgestaltet sein, wobei jeweils eine Einkoppelseite und eine Auskoppelseite des Konversionselements für die Strahlung vorgesehen sind. Alternativ kann der Konverter als reflektiver Konverter ausgestaltet sein, wobei eine Seite als Ein- und Auskoppelseite dient. Hierbei ist das Substrat vorzugsweise reflektierend ausgebildet.
Eine IR-Strahlungsquelle kann insbesondere eine IR-Laserdiode sein. Besonders bevorzugt sind die Lichtquellen vom Typ Licht emittierende Dioden (LEDs), weil LEDs sehr platz- und energiesparende Lichtquellen sind.
Weiterbildend wird besonders bevorzugt, wenn die Lichtquellen, wie LEDs, ihrem Binning gemäß zum Abgeben der unterschiedlichen Lichtfarben angeordnet sind. Unter einem Binning wird eine Klassierung gefertigter Lichtquellen, insbesondere LEDs, nach zumindest einer Eigenschaft, wie vorliegend nach der abgebbaren Lichtfarbe, verstanden. Hierdurch wird erreicht, dass die unterschiedlichen Lichtfarben sehr präzise bestimmbar sind. Vorteilhaft können unterschiedliche Lichtfarben mit Lichtquellen gleichen Typs (und damit beispielsweise gleichen Anforderungen und gleicher Ansteuerung) verwendet werden.
Unter einer Lichtquelle kann eine Einzellichtquelle oder eine Lichtquellengruppe verstanden werden. Eine Lichtquellengruppe kann gleiche Lichtquellen (wie LEDs gleichen Binnings), zumindest typgleiche Lichtquellen (wie LEDs), zumindest typähnliche Lichtquellen (wie LEDs und Laserdioden) und/oder verschiedene Lichtquellen umfassen. Eine bevorzugte Lichtquellengruppe kann jeweils eine rote, eine blaue und eine grüne Lichtquelle umfassen. Eine andere bevorzugte Lichtquellengruppe kann nur aus kaltweißen oder warmweißen Lichtquellen bestehen, also Lichtquellen unterschiedlicher Farbtemperatur. Eine andere bevorzugte Lichtquellengruppe kann eine kaltweiße, ein warmweiße, eine rote, eine grüne und eine blaue Lichtquelle umfassen.
Es kann vorgesehen sein, dass eine jeweilige Lichtquelle oder bevorzugt Einzellichtquelle hinsichtlich ihrer Licht emittierenden Fläche eine Größe aufweist, die aus folgenden Größen ausgewählt ist: 0,3 mm², 0,5 mm², 0,7 mm², 1 mm², 2 mm², und so weiter.
Ferner weisen jeweilige Lichtquellen bevorzugt eine Leuchtdichte aus folgenden Leuchtdichten auf, wobei unterschiedliche Leuchtdichten in einer Vorrichtung bevorzugt sein können: 50 cd/mm², 100 cd/mm², 350 cd/mm², 1000 cd/mm², usw. Somit können sich die Lichtquellen hinsichtlich ihrer optischen Performance unterscheiden. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, dass sich die Lichtquellen hinsichtlich ihrer Lichtverteilung oder Abstrahlcharakteristik unterscheiden.
Vorzugsweise wird eine Lichtquellengruppe einer jeweiligen Einkoppelstruktur, wie einer TIR-Einkoppelstruktur, konstruktiv zugeordnet.
Vorzugsweise kommt eine dimmbare Lichtquelle zum Einsatz, um eine AFS-Funktion (fachsprachlich automotive frontlighting system oder advanced frontlighting system, siehe oben) zu realisieren, welche eine bevorzugt standardkonforme Lichtabgabemengenänderung sein kann. Eine dimmbare Lichtquelle kann vorzugsweise bezüglich einer Lichtabgabezeit zu einer Lichtnichtabgabezeit in einem Intervall und/oder bezüglich einem Lichtstrom in einer Lichtabgabezeit einstellbar sein. Demgemäß kann unter einem Dimmen ein Anpassen, wie ein Steuern und/oder Rückmeldungssteuern, beispielsweise ein Erhöhen oder Verringern, einer Lichtabgabemenge der jeweiligen Lichtquelle verstanden werden.
Die jeweilige Lichtquelle kann angeordnet sein, sodass ein bestimmter Anteil des von ihr abgebbaren Lichts möglichst verlustfrei in die Einkoppelstruktur einkoppelbar ist. Der bestimmte Anteil kann zumindest etwa 50% der Lichtmenge, vorzugsweise etwa 75% der Lichtmenge und bevorzugt näherungsweise die Lichtmenge der jeweiligen Lichtquelle betragen. Vorzugsweise ist zur Effizienzsteigerung ein Spalt (bevorzugte Breite: 0,01mm -4mm)zwischen einer Lichtquelle und der zugeordneten Einkoppelstruktur derart konfiguriert, dass ein möglichst hoher bestimmter Anteil einkoppelbar ist. Die Anordnung berücksichtigt vorzugsweise die Abstrahlcharakteristik der jeweiligen Lichtquelle, welche bei einer LED beispielsweise ein Kegel mit einem Öffnungswinkel von 150° sein kann. Zum Erhöhen des in den Linsenkörper einkoppelbaren bestimmten Anteils ist der Linsenkörper vorzugsweise direkt und bevorzugt nicht anliegend bzw. berührend über der jeweiligen Lichtquelle und/oder im Abstrahlfeld derselben angebracht. Mit anderen Worten, die Einkoppelstruktur des Linsenkörpers kann so angeordnet sein, dass sie das erste Element bzw. optische Element ist, welches ein abgegebener Lichtstrahl der Lichtquelle trifft.
Vorzugsweise ist jeder Einkoppelstruktur zumindest eine Lichtquelle zugeordnet, beispielsweise indem die jeweilige Einkoppelstruktur etwa in der jeweiligen Abstrahlcharakteristik angeordnet ist, sodass eine vollständigere und/oder gleichmäßigere Ausleuchtung erleichtert wird. Vorzugsweise ist zumindest einer Einkoppelstruktur eine Vielzahl von Lichtquellen zugeordnet, sodass beispielsweise ein Lichtbildbereich heller und/oder zuverlässiger und/oder farbiger und/oder effizienter ausleuchtbar ist. Bei einer kombinierte Ausführungsform sind jeder Einkoppelstruktur mindestens eine Lichtquelle und dabei zumindest einer Einkoppelstruktur eine Vielzahl von Lichtquellen zugeordnet, sodass eine gleichmäßigere Ausleuchtung mit einem helleren Bereich, beispielsweise in der Mitte und/oder im Zentrum des Lichtbilds, kombinierbar ist, insbesondere bei einer ungeraden Zahl von Einkoppelstrukturen, wie drei Einkoppelstrukturen.
Vorzugsweise ist die Leuchte dazu konfiguriert, zumindest zwei Lichtquellen mit unterschiedlicher elektrischer Leistung zu betreiben, beispielsweise indem einer Lichtquelle ein schwächerer oder stärkerer elektrischer Strom zugeführt wird. Beispielsweise kann bei einer ungeraden Zahl von Einkoppelstrukturen, wie bevorzugt drei Einkoppelstrukturen, die der mittleren Einkoppelstruktur und/oder dem Zentrum des Lichtbilds zugeordnete zumindest eine Lichtquelle mit einem, zumindest zeitweise, stärkeren elektrischen Strom als die der jeweiligen außermittigen Einkoppelstruktur und/oder dem außerzentralen Lichtbild zugeordnete zumindest eine Lichtquelle betreibbar sein (kann fachsprachlich als Boost-Modus umschrieben werden).
Ein mittiges bzw. zentrales Aufhellen kann nahe bzw. neben dem durch die Grenzfläche verursachten starken Gradienten im Lichtbild angeordnet sein. Diese Funktion ist in beispielsweise einer Fernlichtfunktion zum konzentrierten Ausleuchten des zentralen Bereichs der Lichtverteilung, vorzugsweise der Nahfeld-Lichtverteilung und/oder der Fernfeld-Lichtverteilung, vorteilhaft.
Vorzugsweise sind der Linsenkörper derart dimensioniert und/oder das Material des Linsenkörpers derart gewählt, dass der Linsenkörper, vorzugsweise unter Fahrzeugbaubedingungen, unter dem Einfluss der Bestrahlungsstärke der zumindest einen Lichtquelle dauerhaltbar ist.
Die Leuchte kann weiterbildend ein Projektionssystem sein. Vorzugsweise ist die Optik eine Primäroptik des Projektionssystems.
Unabhängig beanspruchbar ist ein Scheinwerfer umfassend zumindest zwei vorstehend beschriebene Leuchten, welche vorzugsweise in einer Einheit, wie einer Baugruppe, zusammengefasst sind. Unabhängig beanspruchbar ist auch ein Fahrzeug mit zumindest einer vorstehend beschriebenen Leuchte und/oder einem vorstehend beschriebenen Scheinwerfer. Da der Scheinwerfer und das Fahrzeug jeweils die Optik enthalten, können sie vereinfacht hergestellt und montiert werden.
Unabhängig beanspruchbar ist ein Herstellungsverfahren für eine Optik umfassend den Schritt Formen eines Linsenkörpers, so dass sich der geformte Linsenkörper entlang einer Hauptachse von zumindest einer Einkoppelstruktur zu einer Auskoppelfläche erstreckt. Indem bei dem Formen an dem Linsenkörper eine Grenzfläche gebildet wird, welche an einer lateralen Fläche des Linsenkörpers angeordnet ist, wird die Optik vereinfacht hergestellt, und kann sie vereinfacht montiert werden. Im Übrigen wird auf die Vorbeschreibung verwiesen.
Weiterbildend kann zusätzlich zu dem Formen, also vor und/oder nach und/oder gleichzeitig zu dem Formen, als ein Schritt ein Bereitstellen eines Halters vorgesehen sein, und kann zusätzlich als ein Schritt ein Verbinden und/oder Befestigen des Halters und des Linsenkörpers zueinander vorgesehen sein:

- Zum Beispiel kann der Linsenkörper mittels eines Einsetzformens, wie eines Einsetzspritzgießens, (fachsprachlich insert moulding) an dem Halter gebildet werden, sodass zuerst der Halter bereitgestellt wird, ehe das Formen und das Verbinden als ein gemeinsamer bzw. einzelner Schritt eines Anformens des Linsenkörpers an den Halter erfolgt. Dieses Verfahren ist für einen separat gefertigte, beispielsweise metallischen, Halter besonders geeignet.
- Beispielsweise kann der geformte Linsenkörper mit dem bereitgestellten, zuvor und/oder gleichzeitig und/oder danach hergestellten Halter verbunden werden, beispielswiese mittels Klebens oder Klemmens.
- Beispielsweise können der Halter und der Linsenkörper als homogenes Spritzgussteil oder Zweiphasenspritzgussteil gefertigt werden, wobei die Schritte Formen bzw. Anformen, Bereitstellen und Verbinden beispielsweise gleichzeitig erfolgen.

Die Reihenfolge der Schritte kann sich somit einen Vorteil erzielend beispielsweise nach der Materialpaarung und/oder den Herstellungsteilverfahren richten.
Weiterbildend kann als ein Schritt ein Befestigen des Halters an einer Leiterplatte, welche zumindest eine Lichtquelle trägt, vorgesehen werden. Das Befestigen erfolgt vorzugsweise nach dem vorstehend beschriebenen Herstellen einer Optik enthaltend ein Verbinden des Linsenkörpers und des Halters. Das Befestigen erfolgt alternativ vorzugsweise nach einem Bereitstellen einer vorstehend beschriebenen Optik enthaltend einen Halter, der mit einem Linsenkörper mit einer Grenzfläche an einer lateralen Seite verbunden ist.
Unabhängig beanspruchbar ist schließlich auch ein Betriebsverfahren einer vorbeschriebenen Leuchte aufweisend eine vorbeschriebene Optik und zumindest eine vorbeschriebene, vorgeschaltete Lichtquelle. Das Betriebsverfahren umfasst zum Anpassen des Fernfelds als einen Schritt ein Dimmen zumindest einer der zumindest einen Lichtquelle.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer Optik mit einem Linsenkörper mit planer Grenzfläche gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 eine Seitenansicht der Optik gemäß der ersten Ausführungsform,
3 eine Draufsicht auf die Optik gemäß der ersten Ausführungsform,
4 eine perspektivische Ansicht einer Optik mit einem Linsenkörper mit hauptachsenparallel konkaver Grenzfläche gemäß einer zweiten Ausführungsform,
5 eine perspektivische Ansicht einer Optik mit einem Linsenkörper mit hauptachsenquer konvexer Grenzfläche gemäß einer dritten Ausführungsform,
6 eine perspektivische Ansicht einer Optik mit einem Linsenkörper mit hauptachsenparallel konvexer Grenzfläche gemäß einer vierten Ausführungsform,
7 eine perspektivische Ansicht einer Optik mit einem Linsenkörper mit zunehmend hauptachsenparallel konvexer Grenzfläche gemäß einer fünften Ausführungsform,
8 eine perspektivische Ansicht einer Optik mit einem Linsenkörper mit hauptachsenparallel gestufter Grenzfläche gemäß einer sechsten Ausführungsform, und
9 eine perspektivische Ansicht einer Optik mit einem Linsenkörper mit zunehmend hauptachsenquer konkaver und hauptachsenparallel konvexer Grenzfläche gemäß einer siebten Ausführungsform.

Die 1 bis 3 zeigen eine Optik 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Die Optik 1 enthält einen Linsenkörper 2 und einen Halter 4. Der Linsenkörper 2 weist die Grundform eines einseitig abgeflachten elliptischen Zylinders auf. Der Linsenkörper 2 weist eine in der 2 unten liegende Einkoppelseite 6 mit vorliegend drei paraboloid hervorkragenden TIR-Einkoppelstrukturen 8 auf. Diese TIR-Einkoppelstrukturen können identisch ausgestaltet sein, können aber auch unterschiedlich ausgestaltet sein, beispielsweise können sie unterschiedliche Abmessungen aufweisen. Weiters weist der Linsenkörper 2 eine in der 2 oben liegende Auskopppelseite 10 auf, welche eine plane Auskoppelfläche 12 bildet. Der Linsenkörper 2 erstreckt sich entlang einer Hauptachse 14, welche durch die mittlere der drei Einkoppelstrukturen 8 und den Mittelpunkt im Sinne des Schnittpunkts der Halbachsen der elliptischen Grundfläche der Auskoppelfläche 12 geht.
Weiters weist der Linsenkörper 2 eine Grenzfläche 16 auf. Diese liegt an einer lateralen Fläche 18 des Linsenkörpers 2. Die Grenzfläche 16 ist vorliegend hauptachsenparallel plan, das heißt, es gibt zumindest eine Parallele der Hauptachse, welche in der Grenzfläche 16 verläuft.
Der Linsenkörper 16 ist aus Silikon an den Halter 4 angeformt. Der Halter 4 ist aus einem Metall gebildet. Der Halter 4 weist eine mittige Aufnahme 20 auf, welche aus einem Hauptabschnitt 22 des Halters 4 ausgenommen und von diesem vollständig umschlossen ist. Die Aufnahme 20 umschließt den Linsenkörper 2. Dabei umgibt die Aufnahme 20 die Grenzfläche 16 mit einem als Lücke ausgebildeten Abstand, so dass die Grenzfläche 16 nicht durch den Halter 4 beeinflusst wird.
Von dem Hauptabschnitt 22 des Halters 4 kragen zwei endseitig abgestufte Halteabschnitte 24 aus, welche sich in Richtung der Einkoppelstrukturen 8 erstrecken, wobei die Abstufungen 26 der Halteabschnitte 24 entlang der Hauptachse 14 zumindest etwa bis zu den Einkoppelstrukturen 8 vorstehen, sodass die Halteabschnitte 24 an eine in der 2 als Linie dargestellte Anlagefläche 28, beispielsweise einer Leiterplatte, unter Zwischenfügen nicht dargestellter Lichtquellen zwischen die Anlagefläche 28 und Einkoppelflächen der Einkoppelstrukturen 8 festlegbar sind.
Somit wird eine Optik 1 mit einem Linsenkörper 2, welcher an einer lateralen Fläche 18 eine Grenzfläche 16 aufweist, offenbart. Weiterbildend kann die Optik einen Halter 4 aufweisen und/oder Teil einer Leuchte sein. Offenbart werden vorstehend auch Herstellungsverfahren dafür und ein Betriebsverfahren.
Nachfolgend wird anhand der 4 die Optik 1 der zweiten Ausführungsform auf die zur ersten Ausführungsform unterschiedliche Grenzfläche 16 konzentriert beschrieben; im Übrigen gilt die Vorbeschreibung. Die Grenzfläche 16 der zweiten Ausführungsform ist hauptachsenparallel konkav gebildet. Jeweilige lokale Krümmungsmittelpunkte der konkaven Fläche liegen auf zumindest einer zu der Hauptachse 14 parallelen Achse auf einer von der Hauptachse 14 abgewandten Seite der Grenzfläche 16. Dabei bedeutet „lokal“, dass die Grenzfläche keine kreisrunde Form haben muss.
Nachfolgend wird anhand der 5 die Optik 1 der dritten Ausführungsform auf die zu den obigen Ausführungsformen unterschiedliche Grenzfläche 1 konzentriert beschrieben; im Übrigen gilt die Vorbeschreibung. Die Grenzfläche 16 der dritten Ausführungsform ist hauptachsenquer konvex gebildet. Jeweilige lokale Krümmungsmittelpunkte der konvexen Fläche liegen auf zumindest einer zu der Hauptachse 14 senkrechten, wie senkrechten versetzten, Achse auf einer zu der Hauptachse 14 zugewandten Seite der Grenzfläche 16.
Nachfolgend wird anhand der 6 die Optik 1 der vierten Ausführungsform auf die zu den obigen Ausführungsformen unterschiedliche Grenzfläche 1 konzentriert beschrieben; im Übrigen gilt die Vorbeschreibung. Die Grenzfläche 16 der vierten Ausführungsform ist hauptachsenparallel konvex gebildet. Jeweilige lokale Krümmungsmittelpunkte der konvexen Fläche liegen auf zumindest einer zu der Hauptachse 14 parallelen Achse auf einer zu der Hauptachse 14 zugewandten Seite der Grenzfläche 16.
Nachfolgend wird anhand der 7 die Optik 1 der fünften Ausführungsform auf die zu den obigen Ausführungsformen unterschiedliche Grenzfläche 1 konzentriert beschrieben; im Übrigen gilt die Vorbeschreibung. Die Grenzfläche 16 der fünften Ausführungsform ist von plan in hauptachsenparallel konvex hauptachsenparallel zunehmend bzw. übergehend gebildet. An einem an die Einkoppelseite 6 angrenzenden Ende ist Grenzfläche 16 gerade bzw. näherungsweise plan, und am entgegengesetzten an die Auskoppelseite 10 angrenzenden Ende ist sie hauptachsenparallel konvex. Jeweilige lokale Krümmungsmittelpunkte der konvexen Fläche liegen zumindest auf einer zu der Hauptachse 14 zugewandten Seite der Grenzfläche 16.
Nachfolgend wird anhand der 8 die Optik 1 der sechsten Ausführungsform auf die zu den obigen Ausführungsformen unterschiedliche Grenzfläche 1 konzentriert beschrieben; im Übrigen gilt die Vorbeschreibung. Die Grenzfläche 16 der sechsten Ausführungsform ist hauptachsenparallel gestuft gebildet. Die Grenzfläche 16 enthält drei plane hauptachsenparallele Abschnitte, das heißt, es gibt zumindest eine Parallele der Hauptachse, welche in dem jeweiligen Flächenabschnitt verläuft. Die Knickkanten verlaufen hauptachsenparallel. Die Stufe wird vorliegend durch zwei flache Knicke gebildet, also durch eine Umknicken um jeweils unter 90 Grad. Vorliegend sind die beiden äußeren Abschnitte zueinander parallel.
Nachfolgend wird anhand der 9 die Optik 1 der siebten Ausführungsform auf die zu den obigen Ausführungsformen unterschiedliche Grenzfläche 1 konzentriert beschrieben; im Übrigen gilt die Vorbeschreibung. Die Grenzfläche 16 der siebten Ausführungsform ist hauptachsenquer konkav und hauptachsenparallel konvex gebildet. Jeweilige lokale Krümmungsmittelpunkte der konvexen Fläche liegen auf zumindest einer zu der Hauptachse 14 parallelen Achse auf einer zu der Hauptachse 14 zugewandten Seite der Grenzfläche 16. Jeweilige lokale Krümmungsmittelpunkte der konkaven Fläche liegen auf zumindest einer zu der Hauptachse 14 senkrechten Achse auf einer von der Hauptachse 14 abgewandten Seite der Grenzfläche 16.
Bezugszeichenliste

1: Optik
2: Linsenkörper
4: Halter
6: Einkoppelseite
8: Einkoppelstruktur
10: Auskoppelseite
12: Auskoppelfläche
14: Hauptachse
16: Grenzfläche
18: laterale Fläche
20: Aufnahme
22: Hautabschnitt
24: Halteabschnitt
26: Abstufung
28: Anlagefläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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US 20160290856 [0026]
DE 102015213460 [0026]
DE 102015220838 [0026]

Claims

Optik für eine Leuchte, aufweisend einen Linsenkörper (2), der sich entlang einer Hauptachse (14) von zumindest einer Einkoppelstruktur (8) zu einer Auskoppelfläche (12) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Linsenkörper (2) eine Grenzfläche (16) aufweist, die an einer lateralen Fläche (18) angeordnet ist.
Optik gemäß dem Anspruch 1, wobei die Grenzfläche (16) zumindest stetig ist.
Optik gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Grenzfläche (16) zumindest einen konvexen und/oder konkaven und/oder planen und/oder geknickten und/oder abgestuften und/oder freiförmigen Abschnitt aufweist, und/oder wobei zumindest zwei solche Abschnitte kontinuierlich ineinander übergehen.
Optik gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Grenzfläche (16) dazu ausgelegt ist, ein sichtbares Licht von der zumindest einen Einkoppelstruktur (8) zu der Auskoppelfläche (12) total zu reflektieren.
Optik gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Linsenkörper (2) ein Material enthält oder daraus besteht, welches aus zumindest einer der Klassen Silikon, Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA) und/oder Glas gewählt ist.
Optik gemäß einem der vorstehenden Ansprüche aufweisend einem mit dem Linsenkörper (2) verbundenen Halter (4) .
Optik gemäß dem Anspruch 6, wobei der Halter (4) lötbar ist.
Leuchte mit der Optik (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche und zumindest einer der zumindest einen Einkoppelstruktur (8) vorgeschalteten Lichtquelle, sowie optional mindestens einem weiteren optischen Element, beispielsweise einer Sekundärlinse.
Herstellungsverfahren für eine Optik (1) umfassend den Schritt Formen eines Linsenkörpers (2), so dass der Linsenkörper (2) sich entlang einer Hauptachse (14) von zumindest einer Einkoppelstruktur (8) zu einer Auskoppelfläche (12) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Formen an dem Linsenkörper (2) eine Grenzfläche (16) gebildet wird, welche an einer lateralen Fläche (18) angeordnet ist.
Herstellungsverfahren gemäß dem Anspruch 9, zusätzlich umfassend den Schritt Bereitstellen eines Halters (4), wobei bei dem Formen des Linsenkörpers (2) der Linsenkörper (2) an den Halter (4) angeformt wird.
Herstellungsverfahren für eine Leuchte umfassend zuerst den Schritt Bereitstellen einer Optik (1) gemäß dem Anspruch 6 oder 7 oder Herstellen einer Optik (1) gemäß dem Anspruch 10 und dann den Schritt Befestigen des Halters (4) an einer zumindest eine Lichtquelle tragenden Leiterplatte (28).
Betriebsverfahren zum Anpassen der Lichtverteilung des von einer Leuchte gemäß dem Anspruch 8 abgegebenen Lichts, aufweisend den Schritt Dimmen zumindest einer der zumindest einen Lichtquelle.