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Die Erfindung betrifft eine optische Scheibe für Beleuchtungszwecke, insbesondere für den Einsatz in einer Beleuchtungseinrichtung für Kraftfahrzeuge, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Beleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13.
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Beleuchtungseinrichtungen für Kraftfahrzeuge können als Scheinwerfer oder als Leuchten ausgebildet sein. Scheinwerfer sind im Frontbereich eines Fahrzeugs angeordnet und dienen primär der aktiven Ausleuchtung eines Bereichs vor dem Fahrzeug, beispielweise in Form einer Abblend-, Fern- oder Nebel-Lichtverteilung. Leuchten dienen primär dazu, andere Verkehrsteilnehmer auf die Gegenwart eines Fahrzeugs und gegebenenfalls sein Verhalten aufmerksam zu machen. So werden Leuchten im Frontbereich des Fahrzeugs beispielsweise zur Erzeugung von Tagfahrlicht, Blinklicht oder Positionslicht, und Heckleuchten im Heckbereich des Fahrzeugs beispielsweise als Bremslicht, Rückleuchte, Rückfahrlicht oder Blinklicht eingesetzt. In eine Leuchte sind häufig mehrere Leuchtenfunktionen integriert. Ein homogenes, helles Erscheinungsbild der Leuchte ist unter anderem aus gestalterischen Aspekten erwünscht.
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Aus dem Stand der Technik sind optische Scheiben bzw. Beleuchtungseinrichtungen der eingangs genannten Art in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Beispielsweise ist bekannt, dass Leuchten von Fahrzeugen mit optischen Scheiben, beispielsweise Abdeck- oder Abschlussscheiben versehen werden, um das Licht von einer Lichtquelle in eine gewünschte Form und eine gewünschte Abstrahlfunktionalität zu bringen. Beispielsweise kann mit derartigen optischen Scheiben eine Bündelung oder eine Streuung der einzelnen Lichtstrahlen vorgenommen werden.
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Dazu weisen die aus dem Stand der Technik bekannten Scheiben beispielsweise eine Kissenstruktur aus eingeformten Streukissen auf, welche eine gezielte Streuung des hindurchtretenden Lichts bewirken.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Scheiben weisen eine meist eine geometrisch regelmäßige, symmetrische Kissenstruktur auf. Beispielsweise sind die eingeformten Streukissen gleich groß, weisen die gleiche Form auf und/oder sind nach einem bestimmten Muster angeordnet.
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Nachteilig an regelmäßigen, symmetrischen, einem Muster folgenden Strukturen ist, dass im Zusammenwirken mit einer weiteren regelmäßigen, symmetrischen Struktur störende Effekte, beispielsweise Moire-Bilder oder Schwebungen, entstehen können.
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Sind nun beispielsweise auf einem weiteren optischen Element der Beleuchtungseinrichtung regelmäßige, symmetrische, einem Muster folgende Strukturen ausgebildet, beeinflussen die genannten Effekte die Abstrahlcharakteristik und das Erscheinungsbild der Beleuchtungseinrichtung.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine optische Scheibe und eine Beleuchtungseinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die vorstehend genannten Nachteile überwunden werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine optische Scheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße optische Scheibe unterscheidet sich von dem eingangs genannten Stand der Technik dadurch, dass die einzelnen Oberflächenelemente der Kissenstruktur nicht gleichmäßig, einem Muster folgend, sondern unregelmäßig angeordnet sind. Dies wird dadurch erreicht, dass die Bezugspunkte der Teilabschnitte der Basisgeometrie in unterschiedlichen Abständen beabstandet voneinander über den Bereich mit der Kissenstruktur verstreut angeordnet sind.
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Durch Verschneiden der einzelnen Teilabschnitte entsteht dann eine Kissenstruktur mit einer Vielzahl von unregelmäßig angeordneten, sich über verschieden große Flächenabschnitte erstreckenden Oberflächenelementen.
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Unter einem Bezugspunkt wird beispielsweise ein Scheitelpunkt der Basisgeometrie und/oder ein Punkt, an dem die Basisgeometrie und/oder der Teilabschnitt der Basisgeometrie ein lokales Maximum aufweist, verstanden.
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Jedes Oberflächenelement ist vorzugsweise so geformt, dass auf die optische Scheibe auftreffendes bzw. von der optischen Scheibe nach außen austretendes Licht bevorzugt in solche Raumwinkelbereiche gerichtet wird, in denen gesetzlich geforderte Mindesthelligkeiten erreicht werden müssen.
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Um ein gezieltes unregelmäßiges Anordnen der einzelnen Oberflächenelemente zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass die Bezugspunkte derart über den Bereich mit der Kissenstruktur angeordnet sind, dass beim Unterteilen des Bereichs in eine mehrere Einzelzellen umfassende Gitterstruktur in jeder der Einzelzellen jeweils ein Bezugspunkt des jeweiligen Teilabschnittes angeordnet ist. Der Bezugspunkt kann dabei an einem beliebigen, zufälligen Punkt innerhalb der Einzelzelle angeordnet sein.
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Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass der jeweilige Bezugspunkt in der jeweiligen Einzelzelle um eine jeweilige, zufällige Abweichung ausgehend von einem Bezugspunkt P0 der Einzelzelle verschoben angeordnet ist.
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Weiter kann ist vorteilhafter Weise vorgesehen, dass der Bezugspunkt P0 der Einzelzelle der Mittelpunkt und/oder der geometrische Schwerpunkt der jeweiligen Einzelzelle ist.
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Weiter ist vorgesehen, dass die jeweilige Abweichung von dem Bezugspunkt P0 innerhalb vorgebbarer Grenzwerte liegt. Beispielsweise wird der Bezugspunkt des Teilabschnittes auf einem Kreis mit Radius um den Bezugspunkt P0 der Einzelzelle der Einzelzelle positioniert, mit R<H/2 und R<B/2. Alternativ kann der Bezugspunkt auch ausgehend von dem Bezugspunkt P0 der Einzelzelle in zwei zueinander orthogonale Richtungen x und y verschoben positioniert werden, mit -B/2<x<B/2 und -H/2<y<H/2. Unter B wird bei einer rechteckigen Einzelzelle die Breite und unter H die Höhe der Einzelzelle verstanden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Einzelzellen der Gitterstruktur in Spalten und Zeilen angeordnet sind. Die Einzelzellen können dabei eine beliebige geometrische Form aufweisen. Beispielsweise sind die Einzelzellen in Zeilen und Spalten angeordnete Quadrate.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Einzelzellen der Gitterstruktur radial in mehreren konzentrischen Kreisen angeordnet sind. Dies kann sich als beispielweise als vorteilhaft erweisen, wenn der Bereich mit der Kissenstruktur eine Kreisform umfasst.
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Es ist denkbar, dass die Basisgeometrie ein Ellipsoid oder ein Torus ist. In diesem Fall sind die Oberflächenelemente bildenden Teilabschnitte, Teilabschnitte eines Ellipsoids oder eines Torus. Alternativ kann die Basisgeometrie aber auch eine Freiformfläche sein, wobei die Oberflächenelemente bildenden Teilabschnitte dann Teilabschnitt der Freiformfläche sind. Die Oberflächenelemente einer Kissenstruktur können auch Teilabschnitte verschiedener Basisgeometrie gebildet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der die Kissenoptik umfassende Bereich auf einer Lichtauskoppelseite der Scheibe angeordnet. Es ist denkbar, dass die der Lichtauskoppelseite gegenüberliegende Seite der optischen Scheibe glatt ist. Alternativ kann die der Lichtauskoppelseite gegenüberliegende Seite eine nicht glatte Struktur, beispielsweise in Form von Prismen, Zylindern oder eingeformten Streukissen aufweisen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der die Kissenoptik umfassende Bereich auf einer Lichteinkoppelseite der Scheibe angeordnet. In diesem Fall ist es ebenfalls denkbar, dass die der Lichteinkoppelseite gegenüberliegende Seite der optischen Scheibe glatt ist. Alternativ kann die der Lichtauskoppelseite gegenüberliegende Seite eine nicht glatte Struktur, beispielsweise in Form von Prismen, Zylindern oder eingeformten Streukissen aufweisen.
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Es ist denkbar, dass die optische Scheibe eine flache, ebene Scheibe ist.
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In einer alternativen Ausführungsform kann die optische Scheibe eine Krümmung umfassen.
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Vorteilhafterweise ist die optische Scheibe als Spritzgussteil herstellbar. In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, dass die Oberflächenelemente konvex geformt sind, sodass die Formen in das Spritzgusswerkzeug konkav einfräsbar sind.
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Alternativ kann die optische Scheibe auch eine die Kissenstruktur umfassende Folie umfassen.
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Ferner wird die Aufgabe auch durch eine Beleuchtungseinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, umfassend mindestens eine Lichtquelle zur Abstrahlung von Licht und mindestens eine der Lichtquelle zugeordnete Primäroptik, mit einer erfindungsgemäßen Lichtscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 12 gelöst. Die Primäroptik ist beispielsweise als Reflektor, Lichtleiter, Linse oder Vorsatzoptik ausgebildet, und dient der Strahlformung des von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichts.
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Sind nun beispielsweise auf der Primäroptik der Beleuchtungseinrichtung regelmäßige, symmetrische, einem Muster folgende Strukturen ausgebildet, kann durch erfindungsgemäße optische Scheibe eine störende Überlagerung dieser Muster vermieden werden.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
- 1 eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung mit einer erfindungsgemäßen optischen Scheibe gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 2 eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung mit einer erfindungsgemäßen optischen Scheibe gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 3 eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung mit einer erfindungsgemäßen optischen Scheibe gemäß einer dritten Ausführungsform;
- 4 die erfindungsgemäße optische Scheibe aus 1 und 3;
- 5 die erfindungsgemäße optische Scheibe aus 2;
- 6 eine Gitterstruktur mit mehreren Einzelzellen;
- 7 eine Basisgeometrie gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 8 eine Basisgeometrie gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 9 einer Lichtverteilung der Beleuchtungseinrichtung aus 1, und
- 10 ein Erscheinungsbild der Beleuchtungseinrichtung aus 1.
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1 zeigt eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung in einer Ansicht von der Seite, die in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichnet ist. Die Beleuchtungseinrichtung umfasst eine Lichtquelle 4 zum Aussenden von Lichtstrahlen und eine der Lichtquelle 4 zugeordnete Primäroptik 6. Die Primäroptik 6 ist gemäß der dargestellten Ausführungsform als Reflektor 8 zum Reflektieren zumindest eines Teils der von der Lichtquelle 4 ausgesandten Lichtstrahlen ausgebildet. Die Lichtquelle 6 umfasst bspw. eine Glühlampe oder eine oder mehrere Halbleiterlichtquellen (sog. Light Emitting Diodes; LEDs). Der Reflektor 8 hat beispielsweise die Form eines Rotationsellipsoids, eines Paraboloids oder einer auf diesen Flächen basierende Freiformfläche.
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Schließlich umfasst die Beleuchtungseinrichtung 2 eine optische Scheibe 10. Die optische Scheibe 10 ist derart angeordnet ist, dass zumindest ein Teil der von dem Reflektor 8 reflektierten Lichtstrahlen auf einer dem Reflektor 8 zugewandten Lichteinkoppelseite 12 der optischen Scheibe 10 eingekoppelt werden.
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Auf einer Lichtauskoppelseite 14 der optischen Scheibe 10 ist gemäß der dargestellten Ausführungsform ein Bereich 16 mit einer Kissenstruktur 18 ausgebildet. Die Kissenstruktur 18 umfasst eine Vielzahl von einzelnen Oberflächenelementen 20, wobei die einzelnen Oberflächenelemente nicht gleichmäßig und einem Muster folgend, sondern unregelmäßig angeordnet sind.
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Durch die Kissenstruktur 18 der optischen Scheibe 10 wird eine gezielte Streuung des hindurchtretenden Lichts bewirkt. Die Kissenstruktur 18 wird nachstehend anhand der 4 bis 8 im Detail erläutert.
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2 zeigt eine zweite Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 2 in einer Ansicht von der Seite. Die optische Scheibe 10 weist dabei eine Krümmung auf.
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3 zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 2, ebenfalls in einer Ansicht von der Seite. Die Beleuchtungseinrichtung umfasst mehrere Lichtquellen 4. Jeder Lichtquelle 4 ist jeweils eine Primäroptik 6 zugeordnet, die gemäß 3 als Vorsatzoptik ausgebildet ist. Die Vorsatzoptik dient gemäß der dargestellten Ausführungsform einer Bündelung der von der jeweiligen Lichtquelle 4 ausgesandten Lichtstrahlen.
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Alternativ zu den in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen kann der Bereich 16 mit der Kissenstruktur 18 auch auf der Lichteinkoppelseite 12 der optischen Scheibe 10 angeordnet sein.
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4 zeigt die erfindungsgemäße optische Scheibe 10 der Beleuchtungseinrichtung 2 aus den 1 und 3. Die optische Scheibe 10 ist eine flache Scheibe. 5 zeigt die erfindungsgemäße optische Scheibe 10 der Beleuchtungseinrichtung 2 aus 2. Die optische Scheibe 10 umfasst in diesem Fall eine Krümmung. Die Bereiche 16 mit der Kissenstruktur 18 der optische Scheiben 10 umfassen eine Vielzahl von einzelnen Oberflächenelementen 20. Ein einzelnes Oberflächenelement 20 ist jeweils durch einen Teilabschnitt 22 einer Basisgeometrie 24 gebildet. Die Basisgeometrie 24 ist beispielsweise ein Ellipsoid 26 ( 7) oder ein Torus 28 (8), und ein Teilabschnitt 22 dementsprechend entweder ein Teilabschnitt des Ellipsoids 26 oder des Torus 28.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die einzelnen Oberflächenelemente 20 der Kissenstruktur 18 nicht gleichmäßig, einem Muster folgend, sondern unregelmäßig angeordnet. Dies wird dadurch erreicht, dass Bezugspunkte 30 der Teilabschnitte 22 der Basisgeometrie 24 in unterschiedlichen Abständen beabstandet voneinander über den Bereich 16 mit der Kissenstruktur 18 verstreut angeordnet sind.
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Dies kann beispielweise dadurch erreicht werden, dass der die Kissenstruktur 18 umfassende Bereich 16 in eine mehrere Einzelzellen 32 umfassende Gitterstruktur 34 unterteilt wird und in jeder der Einzelzellen 32 jeweils ein Bezugspunkt 30 des jeweiligen Teilabschnittes 22 angeordnet ist. 6 zeigt einen bespielhaften Ausschnitt der Gitterstruktur 34. Die Einzelzellen 32 der Gitterstruktur 34 sind in Spalten 36 und Zeilen 38 angeordnet. Alternativ ist beispielsweise auch denkbar die Einzelzellen 32 der Gitterstruktur 34 radial in mehreren konzentrischen Kreisen anzuordnen.
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Die Geometrie der Einzelzellen 32 und der Gitterstruktur 34 ist nicht auf die in 6 dargestellte Ausführungsform beschränkt. Eine Einzelzelle 32 kann jede denkbare Form, beispielsweise die Form eines Rechtecks, Parallelogramms, Raute, Sechseck, Fünfeck, Dreieck usw. umfassen. Die Gitterstruktur 34 kann dann Einzelzellen 32 jeglicher denkbarer Geometrien umfassen, die sich zu beliebigen Mustern zusammensetzen lassen.
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In jeder Einzelzelle 32 wird nun ein Teilabschnitt 22 positioniert, in dem der Bezugspunkt 30 des Teilabschnitts 22 an einem beliebigen zufälligen Punkt innerhalb der Einzelzelle 32 positioniert wird. Vorteilhafterweise wird der Bezugspunkt 30 ausgehend von einem Bezugspunkt P0 der Einzelzelle 32 um eine jeweilige, zufällige Abweichung gegenüber dem Bezugspunkt P0 der Einzelzelle verschoben. Der Bezugspunkt P0 ist gemäß der dargestellten Ausführungsform der Mittelpunkt der Einzelzelle.
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Beispielsweise wird der Bezugspunkt 30 des Teilabschnittes 22 auf einem Kreis 40 mit Radius R um den Bezugspunkt P0 der Einzelzelle 32 positioniert, mit R<H/2 und R<B/2.
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Alternativ kann der Bezugspunkt 30 auch ausgehend von dem Bezugspunkt P0 der Einzelzelle 32 in zwei orthogonale Richtungen x und y verschoben positioniert werden, mit - B/2<x<B/2 und -H/2<y<H/2.
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Mit entsprechenden vom Zufall beeinflussten Positionen für die Bezugspunkte 30 entsteht eine unregelmäßig über die Gitterstruktur 34 verteilte Punktewolke. Die Bezugspunkte 30 der Teilabschnitte 22 sind somit in unterschiedlichen Abständen beabstandet voneinander, über den Bereich 16 mit der Kissenstruktur 18 verstreut, angeordnet. Durch Verschneiden der einzelnen sich überschneidenden Teilabschnitte 22 entsteht dann die Kissenstruktur 18 mit einer Vielzahl von unregelmäßig angeordneten Oberflächenelementen 20.
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In 9 ist ein Ausschnitt einer Lichtverteilung, die mit der Beleuchtungseinrichtung 2 aus 1 erzeugbar ist, dargestellt. Die Lichtverteilung ist mit dem Bezugszeichen 42 bezeichnet. Die in der Lichtverteilung 42 eingezeichneten Linien 44 sind sog. Isoluxlinien, die Bereiche gleicher Beleuchtungsstärke kennzeichnen. Ein zentraler Bereich 46 der Lichtverteilung 42 mit der größten Beleuchtungsstärke liegt etwa zwischen -/+ 10° horizontal und etwa -/+ 5° vertikal. Ausgehend von dem Bereich 46 nimmt die Beleuchtungsstärke in horizontaler und vertikaler Richtung ab.
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Schließlich zeigt 10 beispielhaft und schematisch ein Erscheinungsbild 48 der Beleuchtungseinrichtung 2 aus 1 in einer Draufsicht auf die Lichtauskoppelseite 14 der optischen Scheibe 10.
